CDMA基站室外天線解決高層建筑室內覆蓋問題探討

劉 陽，辛煒博，吳章成（上海郵電設計咨詢研究院有限公司，上海200050）

前言

隨著上海電信移動網業務的不斷發展，客戶數量穩步增長。特大型城市普遍存在著立體覆蓋問題。高層覆蓋狀況不僅直接影響著用戶通信質量和主觀感受，對CDMA網絡的發展也起到至關重要的作用。

面對高層覆蓋問題，統一化的覆蓋方式已很難跟上城市化的建設速度。在滿足用戶感知度要求的前提下，用多樣化的覆蓋方式解決特定場景的覆蓋問題，不僅能降低建設成本、縮短建設周期、提高響應速度，還可大幅降低維護成本。室外優化天線選型就是其中的一種方式。

1 高層覆蓋的解決辦法

1.1 常見的高層覆蓋問題

常見的高層覆蓋問題主要有弱覆蓋和導頻污染2個方面。其中：弱覆蓋是指手機的Ec/Io≤-12 dB、反向Tx_Power≥15 dBm、前向 RSSI≤-90 dBm，經常造成接入困難和掉話；導頻污染是指在一般情況下，手機的Ec/Io為-9~-14 dB且導頻數量在4個或以上。導頻污染極易引起通話狀態下的頻繁切換，導致掉話并浪費網絡資源。

1.2 常見的解決方法

解決高層室內覆蓋問題的常見方法有以下幾種。

a）無室分系統優化。主要是通過天饋參數和天線掛高優化、小區天線分裂和天線優化選型的方法來解決。

b）已有室分系統的室外宏站優化。主要是通過天線物理參數調整、采用特殊天線、調整越區基站和調整功率開銷參數的方法來解決。

c）室內分布整改優化。主要是通過室內分布系統的信源、天線位置、結構和天線類型等器件改造的方法來解決。

d）室內異頻解決方案。主要是通過室內分布系統采用專用頻點結合單區異頻、分區異頻的方法來解決。

1.3 室外天線選型對解決高層覆蓋問題的作用

在高層覆蓋問題的解決方案中，室內分布整改優化和室內異頻解決2種方案的工程量大、費用高、建設難度大，加之存在大量的無源器件，維護成本也較高。相對而言，無室分系統優化和室外宏站優化2種方式具有投資少、工程量小、操作方便等優點，而特型天線、天線的優化選型是其不可或缺的重要過程。因此，研討室外天線的優化選型對解決都市高層覆蓋問題有著極其重要的意義。

2 應用案例

下面就以上海高層覆蓋問題的解決為案例，分析室外天線的優化選型的具體應用。根據覆蓋樓宇的規模和覆蓋寬度，我們分別定義了單體樓高層覆蓋和成片樓高層覆蓋2種情況。

2.1 單體樓

單體樓高層覆蓋是指要覆蓋的高層樓宇為獨幢樓或連接為一體（不超過3幢）的單排樓。下面就以徐匯苑為案例，分析室外天線的選型在解決高層覆蓋問題中的應用情況。

2.1.1總體分析

徐匯苑位于徐家匯商圈，為商業住宅樓，建筑面積25萬m2，正對上海體育場，距“2010年世博會”場館僅10 min車程，交通通暢便捷。客戶投訴2、3、4號樓15層以上覆蓋不良、語音斷續，數據速率，特別是EVDO速率很低。

徐匯苑周邊雖有“萬體”、“宛平南”和“華富大廈”基站，但因高層阻擋，室內信號很弱（Ec/Io≤-10 dB，SINR≤-3 dB）、話音質量差、經常掉話，DO下載速率小于200 kbit/s。

針對該室內弱覆蓋問題，采用在距2、3、4號樓約150 m的南區局樓頂安裝1副上傾天線方案來解決。徐匯苑單體樓覆蓋解決方案見圖1。

圖1 徐匯苑單體樓覆蓋解決方案

2.1.2天線選型分析

a）頻段要求。上海電信采用CDMA800系統，天線頻段的選擇為824~896 MHz。

b）波束寬度（覆蓋廣度要求）。天線水平、垂直波束寬度計算分別見表1、圖2和表2、圖3。

表1 天線水平波束寬度計算

圖2 天線水平波束寬度計算

表2 天線垂直波束寬度計算

c）天線增益（覆蓋深度要求）。總體來說，為滿足覆蓋深度要求，在滿足波束寬度要求的情況下盡量選擇大增益的天線。徐匯苑為典型的雙戶排式樓，必須穿透4層墻體才能在室內形成有效覆蓋。根據鏈路損耗計算，天線增益必須為16.5 dB以上。天線增益計算見表3。

圖3 天線垂直波束寬度計算

表3 天線增益計算

d）其他要求。考慮到工程實際需要，天線除滿足一般性能外，安裝尺寸應不大于1.8 m，并采用雙極化方式。

e）天線的美化。在解決都市高層覆蓋問題的同時，考慮到高層覆蓋樓宇品質一般較高、城市整體美觀和周邊住戶對景觀的要求，需對安裝的天線進行必要的美化。

f）天線選型結果。根據上述分析，也為對比普通天線和特型天線的覆蓋效果，選用了如表4所示的3種天線。

2.1.3測試結果分析

a）覆蓋測試結果。所選3種天線的覆蓋、性能測試結果見表5。由表5可知：特型天線一和特型天線三能滿足覆蓋和網絡性能要求，普通天線二不僅不能滿足覆蓋要求，同時還導致網絡性能惡化。

b）天線控制效果測試對比。天線覆蓋控制性能對比見表6，其覆蓋控制見圖4。從天線垂直范圍控制分析來看，特型天線三的控制效果更佳，能減少對周邊和底層樓宇的覆蓋影響。

2.1.4其他方面影響

2.1.4.1覆蓋范圍控制

對徐匯苑周邊樓宇及底層道路的測試表明，該天線選型方案對覆蓋范圍控制較好，對于周邊無線環境覆蓋無明顯負面影響。

2011年9月中旬對徐匯苑周邊道路完成了1次對比測試，具體結果如下所述。

a）前向覆蓋Ec/Io。其前后對比見圖5。周邊道路Ec/Io大多在-8 dB以上，與新開站前覆蓋相當；新開站PN 278信號到達路面已很弱，Ec/Io在-20 dB以下，說明對路面覆蓋影響很小。

b）手機的通話質量FER。其前后對比見圖6。大部分路段的FER＜4%，語音質量正常，與新開站之前指標相當；部分道路速率較慢（與新開站前指標相當），主要是由于處于覆蓋緣邊造成的。

表4 天線選型

表5 覆蓋、性能測試結果

表6 天線覆蓋控制性能對比

圖4 覆蓋控制

c）DO的前向覆蓋SINR。其前后對比見圖7。大部分路段的SINR在0 dB以上，載干比良好，與新開站前指標相當。

2.1.4.2系統性能影響

方案實施后1周內，各項性能指標平穩，話務量略有增長，未出現明顯波動。性能指標前后對比見表7。由表7可知，扇區的呼叫建立成功率及業務信道掉話率等均有所改善。

2.1.5結論分析

天線優化選型對覆蓋效果有著密切的關聯影響。細致縝密的天線選型，對于覆蓋效果的控制起到至關重要的作用。

a）采用上揚的特型天線覆蓋方案，對解決特定場景單體樓的高層覆蓋效果明顯，能有效地解決室內覆蓋問題、提高網絡質量、改善用戶感受。

b）采用這種方案不僅能解決高層覆蓋問題，同時配合特型天線的使用能很好地控制覆蓋范圍，減少對周邊樓宇和底層的影響。

c）不同類型和廠家天線的電氣實測性能與標稱值均存在不同的差異，對每個場景的方案設計均應以實測結果為第一判斷依據。

d）方案整體相對簡單，建設及維護成本低。

2.2 成片樓

成片樓高層覆蓋是指覆蓋的高層樓宇為多幢連成一體的單體樓或環狀回型樓。下面以上海電信中區局的西陵局為案例，分析室外天線選型在解決成片高層覆蓋問題的應用。

西陵局位于制造局路和斜土路交口附近，高層住宅較多，室內信號不良、用戶投訴較多。經測試，Ec/Io≤-9 dB、SINR≤-4 dB，且導頻污染現象嚴重。

西陵局周邊有A~H 8幢回型樓，樓宇間距為60~120 m。考慮到周邊樓宇間距及建站條件等因素，采用了以下覆蓋解決方案。

a）在小區中心位置新建BBU+RRU基站。

b）采用4RRU或1RRU+3光放方式，新增4個扇區，用4幅特型天線分別覆蓋A樓（32層、高110 m）、B、C、D 樓（30 層、高 100 m）；考慮到 E~H 樓室內信號強度和周邊基站的影響，以反射信號和旁瓣進行覆蓋。

c）覆蓋高度為15層以上，覆蓋深度要求為4層墻體的穿透有效覆蓋。

圖6 通話質量FER前后對比

表7 性能指標前后對比

d）天線選型參照單體樓方式。

目前，西陵局成片樓方案正在實施中。從初步測試的結果來看，A~D主覆蓋樓宇的室內信號覆蓋正常，語音質量和數據業務下載速率滿足用戶要求，效果良好。

3 結束語

從以上2案例不難看出,采用室外特型天線解決特定場景的都市高層覆蓋問題具有明顯優勢：較建設和改造室內分布系統具有工程量小、投資少、成效快的特點；可省去與物業等部門的大量溝通協調工作，實施難度較小；覆蓋效果良好，能很好地滿足高層室內覆蓋要求，減少用戶投訴、提高用戶感受，同時對周邊樓宇和低層樓宇的覆蓋影響較小。當然，該方式并不適用于所有高層覆蓋案例，例如經貿大廈等超高、超大型獨立建筑及不規則寬體樓宇等通過傳統的室內分布來解決，效果更加理想。

圖7 DO前向覆蓋SINR前后對比

在后續的探索中，我們將通過具體案例不斷積累和完善，根據樓宇分類制訂出一套高層室內覆蓋解決策略、分析思路及實施步驟，逐步固化高層室內覆蓋解決流程。同時，通過對天線選型的優化分析、信息收集，完善適用于高層室內覆蓋的天線資料庫，為以后都市高層覆蓋問題的解決積累經驗。

筆者認為，采用室外特型天線，利用室外信號解決都市高層室內覆蓋問題的方案，在網絡優化中具有現實可行性，能解決一些特殊場景的高層覆蓋問題，是高層覆蓋解決方法的重要補充。