室内分布系统建设难点及实践分析

关键词：运营商信息化期望人们

随着信息化在人们日常生活中发挥着越来越重要的作用, 人们在任何时间、任何地点与任何人发生任何种类的信息交流的需求越来大, 对通信质量的期望也越来越高。有运营商数据统计表明, 用户在室内与室外使用通信业务的占比为7:3, 尤其是视频通信等高速、大数据量数据业务发生在室内的概率更高达90%。由于无线信号在建筑物中传播的穿透损耗等原因, 室外基站在覆盖现代高层楼宇、大型购物中心、地铁等地下建筑、室内电梯等区域常常出现“盲点”, 而同时这些人流量大的区域往往又是业务需求量大的“热点”区域, 因此这些区域移动通信面临着覆盖与容量两大问题。室内分布系统就是专门为解决这些区域的覆盖与容量的需求而诞生的。

一、室内分布系统组成

室内分布系统按照网络功能可分成信源部分和信号分布系统两部分, 其原理是将室内天线安装在室内特定的位置, 通过室内天线将信源发出的信号均匀分布到室内空间, 从而实现无线信号覆盖[1]。

室内分布系统按照其信源接入系统分类有四种: (1) 宏蜂窝基站接入:选用附近的宏蜂窝基站无线信号作为信号源接入室内分布系统。 (2) 微蜂窝基站接入:选用室内微蜂窝系统作为信号源接入室内分布系统。 (3) 直放站接入:通过直放站将室外接入室内分布系统。直放站是在无线信号传输过程中起到信号增强的无线中转设备, 它只能放大信号, 不能单独增加容量。 (4) 分布式接入, 目前应用最广泛是室内分布系统, 其原理是采用BBU+RRU的分布式组网[2]。

室内分布系统除按信源接入系统分类之外, 还可以分类为有源室内分布系统和无源室内分布系统;按照传输媒介分类为同轴电缆室内分布系统、泄露电缆室内分布系统、混合式光纤室内分布系统和混合式五类线室内分布系统[3]。

二、室内分布系统建设难点

随着城市现代化的发展, 各种高层及大型建筑不断增加, 室内无线信号覆盖的环境也更加复杂, 室内分布系统在建设方面面临的主要难点有:室内传播环境、系统容量、泄露及切换等问题。

(一) 室内传播环境

无线信号在室内狭小而又复杂的空间传播中, 由于受到建筑物的架构形式、尺寸、空间布局甚至各种装修材料的影响, 会产生大量的反射、绕射、散射, 形成多径效应, 导致信号出现散杂、交调、阻塞等干扰。

为了研究室内传播环境, 国内外大量人员研究室内传播模型, 目的是通过模拟电磁波在室内传播过程, 指导传播过程损耗的算法。目前常见的模型包括:经验模型、半经验模型、半确定性模型、确定性模型。确定性模型是根据电磁波传播特性, 精确地计算无线信号在室内传播路径及损耗, 包括射线跟踪模型和时域有限差分模型。

(二) 系统容量

在人口密集的室内环境中, 由于用户众多会出现区域内网络容量紧张, 导致出现信道拥塞, 用户无法及时接入、下载速度低、掉话等情况。

由于不同的业务种类的业务负荷具有差异, 系统容量需要在规划时候根据实际用户的具体网络应用业务进行综合考虑。在规划中, 两个重要的指标是吞吐量和用户数, 吞吐量代表了系统业务面的容量能力, 用户数反映了系统控制面的容量能力。

(三) 泄露及切换

泄露是指室内覆盖的信号外泄到室外, 从而干扰到室外基站覆盖的区域。信号泄露产生原因主要是两种, 一种是在室内分布系统设计中没有遵循“多天线, 小功率”的原则, 另外一种是靠近窗户的天线功率过大或者天线安装位置不合理导致。

切换是指移动终端在室内不同分层小区之间移动或者是从室外小区移动到室内小区保持通信不中断的过程。切换失败会出现掉话, 频繁的切换会增加系统开销, 导致网络性能降低。一般因切换导致网络出现问题的主要原因是空间信号杂乱、出现干扰导致出现乒乓效应或者是切换参数、区域设置不合理, 导致出现频繁切换甚至无法切换。

三、室内分布系统实践案例

(一) 大型场馆类型场景

体育场馆、会展中心等大型场馆类型场景, 建筑架构多为钢铁骨架、玻璃幕墙、面积大, 活动区域空间大。对于此种覆盖面积大的场景, 天线选型应满足场景特点, 天线安装位置也应满足覆盖要求。因为大型场馆具有突发话务量大, 出入口移动量大, 切换频繁等特点。所以容量设计既要考虑场馆峰值话务量, 也需考虑一般时间资源使用率。切换设计需合理规范切换区域, 避免在人员流动频繁区域设置切换区域。

某项目负责体育中心室内分系统建设, 体育中心总建筑面积约为21万平方米, 共计能容纳18000多人。室内分布系统用新建BBU+RRUL进行覆盖, 通过信号源引入主导小区, 将信号均匀分布到各个天线, 覆盖该站点室内的弱信号区域及盲区。项目采用“小功率, 多天线”方式进行覆盖, 天线口功率在12~15d Bm。场馆看台为多层看台, 最上层天线安装在顶层钢架构上, 对齐顶层看台边缘朝内向看台覆盖, 中下层看台天线安装在上一层看台边缘, 向下覆盖。室内功能区采用全向吸顶天线进行滴灌覆盖, 地下停车场使用普通定向壁挂天线进行覆盖。场馆周边, 通过安装隐蔽的美化天线进行无线信号覆盖。为了尽可能减少切换保障通信畅通, 将看台与对应的功能区设置为同小区, 在上下层楼道口安装吸顶天线。

(二) 高层小区场景

高层小区一般有以下特点: (1) 建筑密集, 多为钢筋混凝土结构, 楼层厚度大, 排列具有明显的空间规则。 (2) 小区配套的电梯、地下停车场等一般都是覆盖盲区。 (3) 居民比较集中, 对室内通信需求比较大。 (4) 物管及居民对天线美观性要求较高。

某项目负责建设某房地商楼盘室内分布系统, 楼盘共7栋楼 (A1-A7栋) , 楼高31层, 两梯三户;A3、A5、A6、A7栋楼高23层, 两梯四户;A4栋楼高28层, 四梯十户;共用一个大型停车场。

该项目室内分布系统比较庞大, 建成后话务量比较大, 考虑到多个无线系统需使用同一天馈线系统, 因此采用无源分布系统确保系统稳定, 减少运行和维护成本。天线覆盖方面, 项目在生活道路旁建设射灯天线覆盖楼宇内底层, 并在楼顶新增室外天线对楼层进行深度覆盖, 在电梯、电梯厅、地下车库等室内公共区域安装室内分布系统覆盖, 采用RRU拉远挂天线覆盖中高层。切换方面, 公共区域将电梯与低楼层划分在同一小区, 为了确保电梯与平层之间的切换在电梯厅内发生, 电梯厅使用与电梯同小区信号覆盖。为保证进出入停车场信号的延续, 切换正常, 采用室内天线覆盖停车场出入口。信号外泄方面:严格控制居民小区内信号的外泄, 除了遵循“多天线、小功率”原则外, 小区室内分布系统通过两方面重点控制小区信号的泄漏。一方面充分利用楼体本身阻挡, 另一方面对天线的方向角、下倾角进行重点测试调整。天线安装方面:壁挂天线注意安装牢固, 保证天线垂直美观;吸顶式天线按照规范固定安装在天花吊顶外或天花吊顶内, 保证天线水平美观;同时两种天线都要注意与室内整体环境保持观感一致。在电梯井内用角铁将定向板状天线安装固定, 并注意保持天线和电梯运行轨道的距离, 不影响电梯正常运行。