地下室無線通信室內覆蓋系統低成本方案研究

李 軍

（中國電信股份有限公司 泰州分公司，江蘇 泰州 225309）

0 引 言

根據工業和信息化部官網統計數據，至2021年一季度，我國移動電話用戶數已經超過16億戶，移動電話用戶普及率已達到113.7戶/百人。經過電信運營商對移動通信無線通信網絡的多期規劃部署，目前已基本實現了無線通信信號在室外的全面覆蓋。但是一些地下停車場等，由于處于封閉場景中而導致無線通信信號衰減嚴重，形成了無線通信信號覆蓋的弱覆蓋區域。

2021年，各地政府相繼出臺政策，將地下室無線通信信號覆蓋列為民生實事工程，旨在解決人民群眾在突發事件時的應急通信保障和生命救援響應，提升人民群眾的信息消費體驗。地下室的室內無線通信信號覆蓋做為室外信號覆蓋的補充，成為了運營商無線通信網絡建設的一個重點工作。

1 地下室室分覆蓋建設類型現狀

傳統的地下室無線通信信號覆蓋方案是通過分布式天線系統（Distributed Antenna System，DAS）進行信號覆蓋，以基帶處理單元（Building Base band Unit，BBU）加射頻拉遠單元（Remote Radio Unit，RRU）作為信源，利用均勻分布的全向吸頂天線，對地下室進行無線通信信號覆蓋，其組成結構如圖1所示[1]。

圖1 傳統地下室室分覆蓋結構圖

傳統地下室DAS系統的覆蓋方式能夠將無線通信信號均勻地分布在目標覆蓋區域內，因地下室場景中一般情況下人流量較少，雖然需求一定的話務量，但對無線通信信號不苛求。因為地下室的無線信號覆蓋投資收益比低，所以需要提出新的地下室無線通信信號室內覆蓋方案來降低投資成本。

2 地下室無線通信室內覆蓋低成本方案分析

根據地下室場景較封閉、開闊、容量需求較低的無線通信信號需求情況，在保障滿足無線通信信號覆蓋效果的基礎上，本文從天饋方案的選取、無線通信信源選擇和整體方案創新調整等方面著手制定了地下室無線通信信號室內覆蓋低成本方案[1]。

2.1 傳統地下室DAS系統優化

傳統地下室DAS系統是全部采用全向吸頂天線組成天饋系統對地下室進行無線通信信號覆蓋，適用于比較空曠、形狀較為規則的地下室，不能適用于所有形狀的地下室，而且傳統地下室DAS系統用到的全向吸頂天線數量較多。經過優化的地下室DAS系統是通過采用全向吸頂天線與定向壁掛天線綜合使用的DAS方案對地下室進行無線通信信號覆蓋。

地下室DAS優化系統相較傳統地下室DAS系統有以下幾個優點。

（1）地下室DAS優化系統適用于更多地下室場景。對于縱向較長地下室，可以采用定向壁掛天線從兩端做主要信號覆蓋，中間部分通過補充全向吸頂天線的方式進行覆蓋。同時，有些地下室中建有隔斷，地下室車輛出入口是狹長的通道，全向吸頂天線不能充分發揮出優勢特點，這些都可以采用定向壁掛天線覆蓋，避免使用全向吸頂天線造成功率浪費。

（2）降本增效。與全向吸頂天線相比，定向壁掛天線的覆蓋方向性更好。在同樣的功率下，定向壁掛天線相比全向吸頂天線，波束更為集中，所以天線增益更高、覆蓋距離更遠。這樣就可以根據地下室情況進行定向壁掛天線覆蓋，減少了覆蓋方案中天饋的布放數量，從而達到了降本增效的效果，如圖2所示。全向吸頂天線和定向掛壁天線的性能對比如表1所示。

圖2 全向天線和定向天線的波瓣

表1 全向吸頂天線和定向掛壁天線的性能對比

（3）便于施工，減少工期。地下室DAS優化系統減少了天線的部署數量，同時減少了饋線的排布，使得方案更為簡潔，減少了工作量，降低了施工難度，縮減了工程周期，有利于整個工程的開通。

2.2 利舊現有站點信源

利舊現有站點信源是指利用樓宇已有室內無線分布系統、樓頂滴灌站點或者覆蓋目標附近宏基站信源中的剩余功率，結合新增DAS優化天饋系統來對地下室場景進行無線通信信號覆蓋。

傳統地下室覆蓋方案中，新增信源的主設備費用在室分覆蓋工程總投資中所占比例很大，一般占總投資的40%～50%，對于面積較小的地下室，這個占比甚至更高。利舊現有站點信源的剩余功率來對地下室進行無線通信信號覆蓋，避免了新增室分信源，能夠大幅度降低地下室室分工程建設成本，同時運營商對資源的管理也能刪繁就簡，所以利舊現有站點信源應在地下室無線通信信號室內覆蓋中廣泛推廣。此方案由于是利用現有站點信源的剩余功率，且有饋線損耗，因此一般比較適合信源較近、地下室面積在4 000 m2以下的場景使用，或者較大的地下室附近有多個信源可利舊。

2.3 新建地下室室分基站方案

對于沒有現有站點信源可利舊的居民地下室，或者大型居民區內較大的地下室需求無線通信信號覆蓋，往往需要對其新建室內分布系統進行無線通信信號覆蓋。本文提出以下幾個低成本覆蓋方案。

2.3.1 RRU+直放站

對于面積較大的地下室，饋線部署距離較長，信號損耗比較大，往往新增1臺RRU信源設備無法滿足覆蓋需求，而新增多臺RRU信源設備成本較高，投資收益率低。為了提高降低成本，提高投資收益率，本文提出RRU加直放站的形式進行地下室無線通信信號覆蓋。對于一些附近有其他站址信源的地下室，甚至可以不新增RRU，直接利舊其RRU信源設備，新增直放站進行覆蓋[2]。

直放站屬于RRU信源的中繼器，通過大功率基站耦合器將RRU的信號耦合至直放站。在直放站中，通過低噪放大器將有用信號放大，抑制信號中的噪聲信號，提高信噪比；再經下變頻至中頻信號，由濾波器濾波，中頻放大，再移頻上變頻至射頻，經功率放大器放大，最終輸送到天饋系統中，對目標場景進行無線通信信號覆蓋[3]。

耦合直放站，使得RRU信源的無線通信信號覆蓋范圍得到了延伸，這樣就可以在不多增加RRU信源設備的前提下保證無線通信網絡的覆蓋，從而實現“小容量、大覆蓋”目標。從成本角度出發，1臺直放站的費用一般只有1臺RRU費用的1/3，可以看出RRU+直放站的覆蓋方案在保證無線通信信號覆蓋質量的同時，進一步縮減了工程成本。應該注意的是，1臺直放站近端所匹配的直放站遠端最好不要超過3臺，以免影響覆蓋效果。RRU+直放站的室分覆蓋系統結構如圖3所示。

圖3 RRU+直放站的室分覆蓋系統結構圖

2.3.2 皮基站

對于一些高檔小區、場景較為復雜（如隔斷比較多）的地下室，可以應用皮基站對其進行無線通信信號覆蓋或優化[4]。

皮基站，也簡稱皮站（Pico Site），是一種比微基站更小的基站，覆蓋半徑為20～50 m，一般可分為一體化皮基站和分布式皮基站。

如圖4所示，皮基站中pRRU與RHUB之間是以網線相連接的，而傳統室內分布系統是以饋線連接，相比之下，皮基站覆蓋系統在材料上的成本有了明顯下降。在皮基站覆蓋系統中，當網線不超過80 m時，pRRU設備可以脫離電纜供電，通過網線有源以太網（Power Over Ethernet，POE）的方式供電，從而減少了接電系統上的投資[5]。同時，皮基站的設備更為輕小、安裝更加方便、組網更加靈活，相比傳統室內分布系統減少了很多機房配套設施，同時大幅降低的施工難度、縮短了施工周期、減少了工程投資成本。此外，皮基站系統每一級的狀態都可以通過運營商的網絡管理系統進行對其進行監控，如果出現問題，可以更輕松、準確、快速的排查到，并精準地對問題作出最佳的解決方案，極大地降低了后期人工維護成本，避免了人工巡檢中因人為主觀產生的問題和漏洞。

圖4 分布式皮基站結構圖

3 案例分析

在上述理論的基礎上，本文對幾個地下室進行了無線通信信號覆蓋施工，通過實踐得到現場測算數據，并進行了處理分析，如表2所示。

表2 不同覆蓋方案的測算對比

從上面的數據分析看到不同室分分布系統的覆蓋能力和單位面積工程的造價等信息。分析得出，在不影響無線通信室內覆蓋質量的情況下，本文提出的幾種地下室無線通信室內覆蓋系統低成本方案相較于傳統地下室無線通信室內覆蓋系統，不同程度上減少了工程投資，確實達到了預期的降本增效的效果。在設計地下室無線通信室內覆蓋方案時，可以根據不同的覆蓋場景選擇其中1個或多個結合的方式進行建設覆蓋。

4 結 論

大數據時代已經到來，移動通信已進入到社會生活的方方面面，影響著人們的衣、食、住、行、用。移動電話用戶的巨量增加以及我國居民城鎮化的趨勢，使得地下室無線通信室內覆蓋成為無線通信覆蓋的重點之一。本文分析了地下室室內覆蓋建設類型現狀，從優化傳統地下室DAS系統、利舊現有站點信源、新建地下室室內分布系統這3個角度對覆蓋地下室提出了多個對應的行之有效的建設建議，得出建設低成本、覆蓋質量好的地下室無線通信室內覆蓋方案。