基于交叉覆蓋的高層綜合方案及衍生方案研究

黃苗苗，黃英銘，謝少彬

（1.揭陽職業技術學院 信息工程系，廣東 揭陽 522000；2.廣東無線網絡運營中心 揭陽中心，廣東 揭陽 522000）

隨著中國城鎮化進程的推進，高層住宅小區不斷涌現.由此帶來的移動網絡質量問題日趨明顯，主要體現在高層小區室內導頻污染加劇，信號頻繁切換［1］，網絡質量惡化.同時，由于城市地貌變化，破壞了原有網絡結構，覆蓋空洞增多，嚴重影響移動用戶使用感知度.如何正視這些問題，并采取相應的辦法解決，已成為影響各大運營商品牌的重要因素之一.

1 高層住宅小區覆蓋問題

對于移動通信網絡而言，高層建筑物的出現，大致會導致兩大類的問題，一類是高層建筑本身的覆蓋問題，另一類是高層建筑附近區域的覆蓋問題.

1.1 高層住宅小區本身問題

基站天線的能量主要集中在“主瓣”上［2］，而“旁瓣”的能量較弱.對于小區而言，高層部分主要由基站的“上旁瓣”覆蓋.由于能量較小，基站信號到達室內時強度弱，同時高層室內能夠接收到周邊，甚至10多公里外基站信號，但沒強導頻可作“主導頻”，信號頻繁切換，“乒乓效應”明顯，用戶感知嚴重惡化.

1.2 高層住宅小區附帶影響

高層建筑物的出現，破壞了原蜂窩網絡結構.一方面，建筑物周邊由于阻擋出現覆蓋陰影；另一方面，由于高層建筑物對周邊基站信號的反射作用，導致建筑物四周信號混雜，導頻污染加劇［3］，網絡質量惡化.

移動網絡質量的好壞，取決于信號強度和信號純凈度.對于高層小區而言，為了達到這兩項要求，僅靠傳統的室外宏基站無法達到.

2 高層小區覆蓋解決方案

由于高度原因，普通宏基站無法徹底解決高層小區的深度覆蓋問題.小區綜合覆蓋方案是解決這類問題的有效辦法.

2.1 方案思路

傳統小區覆蓋模型主要是改善電梯和地下停車場的質量，這類區域通話需求量小，投資效益低，對于運營商而言，形象大于利益.小區綜合覆蓋（交叉覆蓋，見圖1）是在原小區覆蓋模型基礎上，增加樓層覆蓋，形成綜合化的覆蓋模式.樓層覆蓋采用美化天線“對打”，確保信號到達室內時仍能夠滿足通話需求.

功率設計：該覆蓋方式的優點是確保室內能夠形成“主導頻”，同時要求避免對大網產生干擾，因此對天線口的設計功率有嚴格要求.本方案采用近距離對打的方式，信號損耗可以近似等于自由空間損耗和建筑物穿透損耗之和.

圖1 交叉覆蓋模式

自由空間損耗計算公式：Ls＝32.4 s+20 lg f+20 lg d［4］

其中f為頻率，d為傳輸距離，由于距離d較小可不計，以800 Mz CDMA2000系統為例，可求得路徑損耗：Ls＝32.4+20lg f=32.45+20lg 800=90 dB.

建筑物穿透損耗參考城區建筑物穿透損耗典型值20 dB［5］.考慮到大部分信號可以從陽臺或窗戶進入室內，穿透損耗建議取10 dBm.為了確保深度覆蓋質量，降低“乒乓效應”［6］，接收端主導頻強度需大于-70 dBm，衰落裕量取5.4 dB.

發射端（dBm）＝接受端（dBm）＋路徑損耗（dB）＋穿透損耗（dB）＋衰落裕量（dB）＝-70＋90＋10＋5.4＝35.4 dBm.

以增益為10 dBi的普通射燈天線為例，天線口的設計功率要大于25 dBm.考慮到信號外泄對網絡的干擾，設計功率也不宜過大，建議以25 dBm為參考，根據實際覆蓋情況進行修正.

2.2 衍生方案

高層住宅小區一般集中在建筑及人流量較大的地區，目前此類地區傳統宏基站建設難度大，可以通過小區綜合覆蓋外引方式，快速解決網絡覆蓋問題.另外，在密集住宅區域，也可以利用小區綜合覆蓋外引方式解決其他小區的覆蓋問題，能夠有效降低覆蓋成本.

3 實際應用分析

根據實際應用場景的不同，歸納了如下3種主要的覆蓋模式.

3.1 單小區綜合覆蓋模式

單小區綜合覆蓋模式只考慮小區本身，通過天線對打改善樓層的深度覆蓋.圖2為某小區的綜合覆蓋設計方案，方案共使用2臺射頻拉遠和5臺光纖直放站，設備均安裝于小區頂樓，采用射燈型美化天線進行樓與樓之間的交叉覆蓋.通過實地測試，綜合覆蓋建設后，小區深度覆蓋優良比明顯改善.

圖2 單小區綜合覆蓋模式實際案例

3.2 多小區綜合覆蓋模式

多小區覆蓋模式不只考慮小區本身，同時考慮周圍住宅小區的信號覆蓋，當然，小區間距離不宜過大，理想情況是小區間的距離不超100 m.這樣既能夠保障覆蓋質量，同時又能有效控制信號泄漏.圖3為多小區綜合覆蓋模式實際案例，主小區內部通過射燈型美化天線交叉覆蓋，由于該小區超過25層，為達到更好的覆蓋效果，采用分層覆蓋方式，每個覆蓋方向設計兩面天線進行覆蓋.對于周邊小區采用較高增益的排氣管美化天線直接覆蓋，高增益天線有利于集中天線能量，減少泄漏，同時由于覆蓋區域較大，天線口設計功率應相應提升，本案例天線口設計功率為37 dBm.

圖3 多小區綜合覆蓋模式實際案例

3.3 “以點帶面”覆蓋模式

“以點帶面”覆蓋模式在考慮小區本身覆蓋的同時，兼顧周邊區域的網絡覆蓋，能夠快速提升密集城區的覆蓋質量.圖4為“以點帶面”覆蓋模式實際案例，方案共使用2臺射頻拉遠和1臺數字光纖直放站，以及3面15 dBi增益的排氣管美化天線，1面設計覆蓋小區內部，另外2面設計覆蓋小區周邊弱覆蓋區域.由于小區周邊容量需求較大，設計時采用兩臺射頻拉遠，既提升覆蓋質量，又能提升網絡容量，滿足用戶使用需求.方案實施后周邊網絡質量明顯提升.

圖4 “以點帶面”覆蓋模式實際案例

4 投資成本簡析

傳統室外宏基站存在建設成本高、建設周期長、站點獲取難度高等缺點，特別是由于人們對通信輻射危害的誤解，導致站點獲取難度和成本不斷增大，成為制約城市移動網絡發展的主要因素.小區綜合覆蓋建設則具備如下優點：

（1）小區綜合覆蓋方案是在傳統室內覆蓋基礎上發展而來，與室內覆蓋建設打包談點，并采用美化型天線，消除用戶對輻射的顧慮，談點成本下降.

（2）免去基站機房的配套建設，建設周期短.配套成本下降，投資回報快.

以上優點使該方案較傳統宏基站建設成本大幅下降，有利于降低運營商的成本支出.

5 結語

當前，通信市場競爭日趨劇烈，如何改善網絡質量，提升用戶忠誠度，已成為運營商急需解決的問題.小區綜合覆蓋及衍生方案能夠適應當前城市移動網絡發展需要，快速提升網絡覆蓋質量，改善熱點區域用戶感知，對運營商品牌的樹立具有重要意義.同時，在建設成本不斷壓縮的情況下，該方案能夠大幅度減少運營商的投入，有效提升網絡資產價值.

［1］詹同.3G背景下移動通信網絡優化系統關鍵技術研究［J］.硅谷,2008(6)：10-11.

［2］李翠然,蔣占軍,李旭,等.移動通信原理與系統［M］.成都:西南交通大學出版社,2010.

［3］Jhong Same Lee.CDMA 系統工程手冊［M］.北京:人民郵電出版社,2000.

［4］百度百科.自由空間損耗［EB/OL］.［2013-09-12］.http://baike.baidu.com/link url=Ou2kmnX2QcbwD3XMkUjUTb6R4UNmAau5DM F0l-Pe3oCSoW6vzDejsuSPb9ANaDxFQ2omgkv2JlFv5qXYzxPZAK.

［5］中國電信技術教材.技術原理篇系列教材之——CDMA無線網絡優化技術［EB/OL］.［2013-09-12］.http://doc.mbalib.com/view/674e18c 771080db65f5b 807821a4d3dd.html.

［6］朱立忠.寬帶CDMA網絡越區切換算法關鍵技術研究［M］.沈陽:東北大學出版社,2010.