基于GSM室内分布系统的研究

冼启明

【摘 要】城市向来是移动通信业务热点地区，而室内网络分布系统已成为通信网络规划建设不可分割的组成部分，如何去维持好高质量、稳定的室内系统变得十分重要。文章主要针对GSM室内覆盖设计进行了阐述。

【关键词】移动通信；GSM系统；室内分布

GSM室内分布系统是将基站信号引入室内，解决室内盲区覆盖；它可以有效解决信号延伸和覆盖，改善室内通信质量；它将基站信号科学地分配到室内的各个房间、通道，而又不产生相互干扰。它是基站和微蜂窝的补充和延伸，又不能被基站和直放站所代替，是大都市中移动通信不可缺少的组成部分。

1.室内覆盖的提出

随着人们生活水平的逐步提高，城市建筑越来越密集，结构越来越复杂，对无线信号的阻挡越来越严重，室内无线信号的质量越来越差，这与人们日益追求高品质的无线服务，如高速率数据传输、高清晰手机通话等相悖。GSM网已是很成熟的2G网络，就国内来看，GSM网的大网建设基本完成，室外的信号基本符合要求，室内信号质量差的现状亟待解决。改善网络质量，提高服务水平主要有三种地方是室内覆盖的重点：

（1）由室外宏蜂窝同时提供覆盖区域内的室内覆盖，这种方法仍然是当前国内最主要的方式。

（2）在室外站存在富余容量的情况下，通过直放站（Repeater）将室外信号引入室内的覆盖盲区。

（3）在话务量集中的地方，设置室内微蜂窝，同时解决覆盖和容量问题。

2.室内覆盖的方式

从获取信号源的角度来划分，可以把室内覆盖分布分为有线传输方式及无线中继方式。

（1）有线传输方式：用馈线、光纤等有线的方式从基站设备（如ERICSSON的RBS2202、RBS2308等）中获取信号，经合理设计的天馈线分布系统实现室内覆盖；

（2）无线中继方式：采用天线及放大器接收施主基站的信号并进行放大后引入室内进行室内覆盖。

由图1可见，室内无线电波传播特性随着建筑物的形状和内部状况的不同而有所不同。另外，经过测试，得出以下障碍物的损耗：砖墙1O～l5dB，钢筋混凝土结构约为20dB，楼层闻的损耗约为20dB等。

3.GSM 室内分布系统规划原则

3.1 不影响室外信号的原则

室内分布系统，顾名思议，是提供室内环境使用的无线信号。所以需要杜绝室内的信号外泄至室外，在道路测试中不得占用室内分布信号，要求室分系统信号在离开覆盖的建筑物10 米外的信号场强不得高于-85dBm。如未达标，一般采用的优化手段为在低层天线前加信号衰减器或更换定向天线。

3.2 频率分配的原则

频率规划，是移动通信的重点问题。为了避免与室外信号产生同频、邻频干扰，室内分布系统一般采用专用频率，各大移动通信运营商都会规定某些特定的频点专门用于室内分布。例如中国移动广西分公司使用以下6个频点31、34、37、40、43、46。

3.3 信号覆盖优化的原则

在已经安装了室内分布系统的建筑物内，依然有弱信号区域，则可以通过以下方法解决：（1）楼层有弱信号区域，则增加天线。

（2）电梯内信号弱，如原有覆盖方式为电梯间覆盖，则将原电梯间覆盖的方式改为在电梯井的覆盖方式。如原有覆盖方式为电梯井覆盖，则增加天线。

3.4 切换优化的原则

室内分布信号，与室外的信号之间，会产生新的切换关系。所以，一定要把室内外信号之间的相邻关系做全，避免造成切换失败。

4.有线传输方式室内覆盖系统的设计

采用有线传输方式进行室内覆盖，其优点是信号稳定，且易于获得足够的信号强度，.可覆盖较大面积的建筑物，并可增加网络的容量；另外，较容易利用参数的设置控制其覆盖、优先级别等。缺点是投资较大，需租用专门的传输电路，施工难度较大，工期较长。

4.1设计步骤

（1）根据现有网络的无线覆盖、话务分布状况及其服务质量（用户投诉、交换局的话务报表及现场测试）等，确定需进行室内覆盖的地方；

（2）进行现场信号的测试及模拟测试，确定信号源的选取及采用的信号分布系统的方式；

（3）根据测试结果现场确定室内天线安装的位置，并确定馈线路由，进行信号分布系统原理图的设计；天线分布系统的原理图的设计，是天线分布系统设计的核心。根据室内无线电波的传播特性规律及建筑物的结构特点，先估计出模拟发射天线应摆放的位置，然后在应覆盖的地区的边缘及典型地点处用TEMS测试模拟信号的强度。经过测试比较，确定天线安装的最佳位置。

4.2应注意的问题

（1）基站的功率设置应考虑上下行平衡，不是越大越好。室内覆盖的分集效果不明显，故一般不采用分集接收的方式。上下行平衡的计算公式如下：

PBS-Lc-SMS= PMS-SBS

PBS、PMS：分别表示基站及手机的发射功率；

Lc：基站合成器的损耗

SBS、SMS：分别表示基站及手机的接收灵敏度

（2）室内分布系统的天线口发射功率不是越大越好，一般覆盖边缘的场强取-85dBm左右，信号应控制在室内（出入口除外）。边缘场强主要取决于手机接收灵敏度、衰落储备、干扰储备和噪声储备。

（3）系统设计时应特别注意室内外进出口覆盖的处理，以避免手机经过时出现掉话；

（4）对于一些重要场所或高话务地区，可考虑预留GSM18O0及CDMA接口；但如果GSM9O0系统能够满足话务要求，则不应盲目地加入GSM18O0及CDMA系统，以节省投资。

（5）如果用微蜂窝设备覆盖较大的区域，可考虑采用干线放大器、光纤、有源天线等形式，但放大器会引入噪声，一般不采用放大器串联的形式。

5.无线中继方式室内覆盖系统的设计

5.1安装室外天线应遵照的原则

（1）施主基站的信号在放大器输入端应足够强：一般应大于-75dBm，这主要是从放大器的电器性能及信号的稳定程度方面考虑的；

（2）施主基站的信号应比邻近基站的信号强10dB以上：放大器的最大输出功率是固定的，输入的信号越多，每载波输出功率越小，因此施主基站的信号应较干净；

（3）施主基站的天线到室内覆盖的室外天线最好能视递，这样，天线可收到施主基站的直射信号。若天线收到施主基站的反射信号，则信号不稳定，且上行信号易对邻近基站造成干扰。另外，对基站方向不允许采用全向天线，避免干扰其它基站；

（4）应利用建筑物的阻挡避免上行信号对邻近基站的干扰，如将天线选在两栋大楼之间等；

（5）在城市内应尽量采用街道站作为施主基站，这样就可把信号控制在街道内，最大限度地避免对其它基站的干扰。

5.2进行现场信号的测试应注意以下问题

（1）将TEMS幅发射机置于准备安装室外天线的地方，先进行扫频测试，选出几个信号强度最强的小区；

（2）分析测试结果，如果主用信号不能比其它小区强1OdB以上，则应根据实际情况（如所覆盖范围的大小，模拟测试的结果等）来判断是否适宜采用无线中继方式来进行室内覆盖设计。另外，进去的信号越杂乱，则容易产生手机通话时的频繁切换，若当地处于两个位置区的边缘，手机空闲状态下也容易产生频繁的位置区更新。进行室内覆盖设计时，设计人员应清楚周围基站的布点情况、方向、频率、色码等数据，以便更合理地选取施主基站。由于网络在不断建设，对工程的变化情况也应了解，并随工程的变化情况对原设计进行调整。

（3）一般，安装室外天线时，应用扫频仪对进入放大器前的射频信号进行测试，因为TEMS手机是全向天线，用八木天线测试时收到的信号可能来自四面八方，而实际工程中一般采用八木天线或角反射天线等方向性较好的天线对准施主基站，用扫频仪可以更直观地反映实际情况。并可以根据实际情况调整室外天线的方向，使进入放大器的信号更干净。

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5.3收发天线的隔离度

在进行室外直放站的设计时，我们知道，放大器能否正常工作很大程度取决于收发天线的隔离度。同样，用无线中继方式进行室内覆盖设计时，也应该谨慎地处理收发天线的隔离度问题。

某地下停车场属于无信号覆盖但话务量很小的地方，面积约有40000m?经过现场测试，决定采用无线方式进行设计。

本站在室外天线处接收到施主基站的信号强度为-46dBm，已知施主基站天线口有效发射功率为51dBm，则电磁波空间传播损耗为

L=51-（-46）=97dB

又设馈线传播损耗LF为1.3dB，环境噪声电平为-l2ldBm，G1、G2分别为倍增器及干线放大器的上下行增益（Gl预置为60dB，G2预置为28dB），L为衰减器的衰减， NF1、NF2分别为倍增器及干线放大器的噪声系数（均为5dB），GR为室外天线增益（10dBi）， G为基站天线增益（15dBi），则到达基站接收机的噪声电平为

SSn=-12l+NFl+NF2+Gl+G2-L-LF+GR-L+G

=-12l+5+5+28+60-20-1.3+10-97+ 15， =-ll6.3dBm>-120dBm

可见，到达基站接收机的噪声电平超过了基站接收机的灵敏度，这将对施主基站覆盖边缘的用户造成影响，因此，应将倍增器的上行增益调为56dB。

6.结束语

总之，室内网络分布系统已成为通信网络规划建设不可分割的组成部分，因此，提高网络的室内覆盖质量，也就成为工程建设和网络优化工作的一项重要内容。GSM室内分布系统既可延伸网络的覆盖区域，改善网络服务质量，提高运营商的信誉，又能增加运营商的收益，可获得良好的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]吴进海；李轶男；周彦彪；GSM移动通信网络优化[J]；辽宁大学学报（自然科学版）；2006年02期

[2] 程亚黎；实现GSM网络无缝覆盖[N]；人民邮电；2002年