高層建筑無線網絡優化研究

張潔瓊

（中國移動通信集團河南有限公司新鄉分公司，新鄉 453000）

1 研究背景

移動無線網絡經過20余年的發展，城區道路基本實現了無縫覆蓋。隨著城市的發展，高層建筑群體建設量突飛猛進，與此同時，高層網絡問題也日益增多，投訴率居高不下。然而，高層問題多而雜散，問題相對棘手，處理效率不高。因此，此次專門針對高層場景深入分析和研究，力圖梳理出一個解決高層問題的通用處理流程和行之有效的解決措施。

2 高層樓宇無線覆蓋場景

一般來說， 10層及以上的樓宇我們稱之為高層建筑。據不完全統計，2015年某市規劃建設各類高層建筑將達到2 200棟，其中17!33層高層占70%。并且統計得出該市區宏站平均高度為32 m。高度最高的已突破200 m。因此，正常情況下，32 m高的宏基基站基本上不可能完全覆蓋高層建筑。對此，我們對純宏站覆蓋的高層進行了實地測試。測試結果發現底層和頂層信號最弱，中部樓層信號最強，同等條件下2G>4G>3G，具體覆蓋情況如圖1所示。

高層覆蓋場景普遍存在高樓層宏站難覆蓋的現象。另外高層樓宇群建設相對密集，底層、低層受周邊樓宇的阻擋嚴重。同時考慮選址投資等因素，無法通過大規模建站解決。特別是城市新區和舊城改造區大規模興建高層樓宇，原有的基站組網結構很多對高層樓宇底層部分做到有效深度覆蓋。高層建筑群相對低樓層建筑群，用戶的使用感受更差。

雖然部分高層樓宇做了室內分布，但是由于墻體均以鋼筋混泥土墻為主，室分天線大多設計在走廊、電梯口等位置，十分難穿透，基本無法做到滿覆蓋。如表1所示，高層復雜多樣的建筑結構對信號衰減不同程度產生影響。

圖1 樓宇各層覆蓋情況

表1 各場景物體空間傳播損耗值

“窗邊效應”是對窗邊易發生的乒乓切換、無主覆蓋、導頻污染等現象的概括。由于大多數客戶都有“窗口打電話信號更好”的心理，同時該心理確實也符合低層建筑窗口衰落小的特點，然而對于高層建筑來說，窗邊通話則“風險”較大。

情景1：從窗邊向室內移動（用戶從窗邊打通電話后向室內移動）

UE占用到“飄”來的宏站信號后，此類信號：波動大，易發生快衰落和“乒乓切換”；往往未添加此室分的鄰區關系，易“拖死”掉話；質量不佳，底噪較高。

此時，UE再向室內移動時發生掉話/掉線事件的概率極高。

情景2：從室內向窗邊移動（用戶從室內打通電話后向窗邊移動）

UE占用室分信號向窗邊移動：若室分天線安裝在走廊，則窗戶距離天線最遠，室分信號穿過兩三堵墻后損耗嚴重，且室分小區一般不添加宏站鄰區；室內外頻點混用，窗邊干擾更大。

3 高層建筑的常見問題的優化措施

高層網絡的常見問題主要分為兩大類：網絡覆蓋類和業務質量類。對高層建筑無線網絡優化的研究，梳理高層建筑存在的各類網絡投訴問題解決方案和問題發掘手段。如圖2所示，總結梳理后的一套完整的高層問題處理流程。

3.1 網絡覆蓋類

此類問題的現象特征是完全無信號或信號弱，時有時無，在不同網絡模式間頻繁跳變。常見問題原因主要有，主覆蓋小區告警或故障或完全無主覆蓋（室分覆蓋不足或宏站覆蓋較差）。此類問題的解決思路從兩個方面入手。

3.1.1 有室分建設

從室分設備故障排查與處理、功率核查與提升、分布線路排查與整改3個方面入手。

（1）室分排障。室分站點排障中，最常見的是駐波告警，駐波值超過1.8后有效輸出功率偏低，直接影響覆蓋強度。因此，室分告警或故障是影響覆蓋的最直接原因，一旦發現及時處理。

圖2 高層問題處理流程圖

（2）室分整改。部分室分站點設計的天線點過少，或施工方未嚴格按照圖紙施工（天線位置不標準、器件增益不足等），都會導致室內覆蓋嚴重不足，甚至電梯、安全通道等完全無信號。因此，此類問題只有通過整改解決。整改方案一般以新增天線點為主，或通過將吸頂天線替換為定向板狀天線來增強覆蓋，也可通過部署室內微型放大器的方式增強覆蓋。

（3）功率核查與提升。有些室分站點建成后可能存在泄露問題，解決手段一般是在一樓天線口增加衰減器或增強宏站信號（使室外強度高于室內10 dB以上）。另外，也可以通過降低基站發射功率來臨時規避，但會收縮基站的覆蓋范圍，造成覆蓋盲區。因此，處理室分泄露問題，優先考慮加衰減器、增強宏站信號和優化鄰區的方式處理，保證室分小區發射功率不低于標準值。

例如：客戶投訴某高層大廈28層部分房間信號差，測試發現該樓層雖有室分但邊緣覆蓋仍較差，因此嘗試提升小區發射功率，提升后整體信號明顯增強，覆蓋漏洞得到有效彌補。

3.1.2 無室分建設

從新建室分或宏站覆蓋，調整周邊宏站天饋與功率，拉遠直放站、射燈，分裂出第四扇區覆蓋室內，宏站天線整改（更換為高增益天線、雙天線等），引入多路微功率分布系統、lampsite、AtomCell一體化微站等新型室內覆蓋設備等方面入手解決。

（1）新建室分或宏站。新入住小區和新建寫字樓等高層建筑一般均無室內覆蓋，若周圍宏站距離較遠，則此類樓宇內往往無信號，因此，新建室分或宏站覆蓋是最佳選擇。其中，增加室外宏站的優點是建設相對簡單，覆蓋面積大，既解決覆蓋又解決容量，特別適合普通居民樓群簇，缺點則是成本高（基站、傳輸等），對于高層辦公樓和地下樓層室內改善甚微。

（2）宏站天饋與功率調整。高層樓宇周邊存在較多宏站信號，但由于天饋、功率等參數不合理導致覆蓋面積和覆蓋深度有限的情況，需首先經過現場測試和周圍環境觀察確定覆蓋高層室內的最佳小區或小區組，然后通過天饋調整、功率抬升等手段逐步實現對室內區域的覆蓋。

圖3 拉遠定向天線覆蓋

（3）光纖拉遠，宏站設備室內覆蓋。常用手段有拉遠直放站、拉遠定向天線等。如圖3所示，依據3種建筑環境進行設計施工。通過宏站天饋設備對高層進行有效覆蓋或補盲。

優點：直接從周邊站點引源搭建，施工簡單，成本低，節約硬件資源，2G/3G/4G均適用。

缺點：覆蓋范圍不易控制，鄰區關系較復雜，對搭建位置和覆蓋場景有要求，如電梯井、雙子樓等。

（4）宏站運用特殊天線。常用手段有更換為垂直波束寬度更大的天線、單小區雙天線（增加主打高層的天線）、 天線上傾（定向覆蓋）、水平波瓣和垂直波瓣互換、架設高增益拋物面天線等。

目前，采用的天線垂直波束寬度為15°;較難適應高層建筑的覆蓋需要，可采用垂直波束寬度達到40°～ 60°的天線。

（5）引入新型室分設備。

目前，市場上針對室分覆蓋的新型設備主要有Lampsite小基站、AtomCell一體化微站、多路微功率分布系統等。表2詳細描述了新型室內基站產品Lampsite的性能優勢。

3.2 業務質量類

此類問題的常見現象有語音通話質量差（斷斷續續、雜音、回聲、單通）、無法接通、掉話、無法上網、打開網頁慢、頻繁掉線等。常見問題原因主要有鄰區不合理，乒乓切換或切換不及時，導頻污染嚴重，室分無源器件互調干擾、頻率干擾等。此類問題的解決思路從4個方面入手。

3.2.1 鄰區關系現場核查

高層鄰區不合理會使UE占不到強導頻，一方面導致切換失敗后掉話、掉線，另一方面造成頻繁切換，引發業務質量差。

常見位置為一層門口、高層窗口、地下車庫出入口、電梯出入口等，常見鄰區問題有鄰區漏配、冗余鄰區多，鄰區關系紊亂。

針對此類問題，首先確保室分單驗時鄰區關系配置完整、合理，其次是在日常投訴處理中及時發現處理，定期篩查現網切換失敗TOP室分小區進行分析調整。

表2 Lampsite新型室分覆蓋系統

3.2.2 鄰區關系規劃與優化

優化原則如下：

（1）一環內室外鄰區為主要的低層雙向鄰區

電平切換門限：大樓向室外宏蜂窩的電平切換門限一般應定義為6!12 dBm,室外宏蜂窩向室內切換電平一般建議為3!6dBm,確保手機良好駐留室內小區，避免頻繁地切換到室外小區。

（2）二環、三環室外鄰區為主要的高層單向鄰區，切換電平一般建議為3!6 dBm。

（3） 三環以外的鄰區應該盡量避免建立單向鄰區（信號漂浮幅度太大，不穩定）。

3.2.3 調整切換參數 減少乒乓切換

樓宇內，窗口邊，導頻信號多而強。隨著用戶的移動，UE在不同小區間切換頻繁，易造成話音質差、數據業務速率低，甚至單通、掉線。因此，需要首先明確主導頻，拉開主、次導頻電平間差距。其次，修改鄰區間切換偏置，提高切換判決條件，使UE占用主導頻后不會輕易切換至其他小區信號。

3.2.4 梳理導頻信號 降低導頻污染

解決高層導頻污染的思路主要是從高層導頻污染問題的根源著手，找出相應解決方案，對癥下藥。總體思路為：調整室外宏站天線來抑制導頻信號對高層室內的影響；優化室內外鄰區關系；確保室分信號在室內的主導地位。

3.2.5 凈化室內頻點 消除同鄰頻干擾

頻點優化是降低系統內干擾的最佳手段。

3.2.6 較高樓宇分層設計，降低鏈路衰耗，減輕容量壓力。

（1）鏈路損耗方面：分布設計常采用自下而上的傳輸方式，樓層越高距離越長、沿線器件越多，路損越大。分層覆蓋后衰耗降低一半，可有效避免天線末端信號質差。因此，分層覆蓋的樓宇，高層信號質量有保障。

（2）容量方面：樓宇分層=容量翻倍。

首先，進行負荷計算，以公寓式住宅為例，30層×16戶×2人=960人，商場高峰時段為1 000!2 000人。其次，以3G承載的話音用戶為例，單載波16×最大載波數12=192人（2:4時隙配比），明顯單小區承載能力非常弱，忙時發生擁塞的可能性大。然而，樓宇分層后，原有單小區覆蓋模式變為雙小區覆蓋模式，分層后的樓宇容量相當于之前的兩倍。

4 高層建筑中特殊區域的設計原則

4.1 高層窗口

高層窗口場景常見問題是導頻信號多且大部分不穩定，無主覆蓋，切換較為頻繁。優化原則如下：

（1） 加強室分覆蓋，提高窗口室分信號強度；

“自2000年至今，醫院護理人員擴容了4倍，已達3400余人。”在張成普看來，這是盛京醫院應和政策及區域民眾需求，進一步擴大延伸護理的底氣。

（2）調整越區站點天饋或功率，減少高層窗口的強導頻數量；

（3）配置單向鄰區關系（僅允許室外->室內）；

（4）調整鄰區間切換偏置，使室內用戶進來保持占用室分信號，避免頻繁切換。

4.2 出入口

高層建筑出入口的優化重在對切換帶的控制和鄰區關系的合理配置。

現象1：個別出入口鄰區不完善導致切換失敗的。優化原則為：

采集各出入口處最強的宏站信號做為鄰區；調整切換門限設置緩沖帶，待用戶真正出來后（宏站信號足夠強后）再占用宏站信號，避免門口的乒乓切換。

現象2：地下至地上坡度較長的出入口（如地下停車場、超市斜坡電梯出口）

4.3 電梯

場景1：僅電梯有室分覆蓋的，需注意各層鄰區和系統間鄰區。

原因：高、中、低層電梯廳內的最強室外信號并非一成不變；電梯內往往僅有一網（2G）覆蓋，而電梯廳2G/3G/4G宏站信號都有。

場景2：涉及分層小區樓宇的，需注意電梯信號歸屬問題。該場景需將電梯與低層小區同信號信源，天線自下向上覆蓋。

原因：一層人流量最大、話務量也大，用低層小區作為電梯信號信源可避免進出電梯的切換；信號從低層引進電梯，其信號強度能照顧到低層的大話務量，到高層后雖然信號強度會降低，但由于高層話務量也減少，仍能滿足需求。

5 總結

此次對高層建筑無線網絡優化的研究，梳理了高層建筑存在的各類網絡問題解決方案和問題發掘手段，解決高層建筑普遍存在網絡覆蓋類和業務質量類問題。并且制定了一套完整完整的高層問題處理流程和詳細的解決方案，供一線人員參考。