居民小区码分多址精确化低成本覆盖

江苏省邮电规划设计院有限责任公司 彭 鹏 周 玮 周 禹

小区场景和楼宇的多样性，给CDMA（码分多址）网络深度覆盖解决手段带来了诸多变数与困难，需要探索新的覆盖手段来解决小区精确化、低成本的覆盖问题，并且要采用多种覆盖手段相结合的方法，对小区进行精细化的整体方案设计。

1 小区覆盖建设难点

随着人们环保意识的增强，在小区内或小区边缘选择站址的难度越来越大。其次，住宅小区内建筑高度差别大，无线信号的多径衰落严重，室外容易形成信号的盲区，同时又由于墙体穿透损耗等因素，室内无信号的现象也时有发生。

1.1 覆盖目标相对分散

目前新建小区规模一般都较大，且小区内建筑物密集，楼宇（中高层建筑）较多，且各楼宇间、地下车库彼此独立互不相通。覆盖目标相对分散导致信源的选型和功率分配存在很大困难，给小区覆盖系统的整体性设计带来困难。

1.2 墙体穿透损耗大

住宅小区内的楼体具有下列一些特点：公共区域面积小，私有区域面积大，楼层中部区域多为承重的楼梯墙壁、电梯墙壁，且间隔小；房间内多为普通砖墙或其他轻质隔断，“内密外松”，对室外信号隔离小，对室内信号隔离大；房间隔断多，结构复杂，信号在室内传播需要穿透多堵墙体，并经过多次折射或反射，信号的快衰落严重。

1.3 导频污染难以控制

由于密集城区站间距较近，平均站间距在600～700m 或更小。并且实际工程中选址困难等因素导致的局部区域站间距过近，使得实际网络结构不可能达到理想的蜂窝状布局。另外，由于站址高度垂直分层：密集城区内最低天线挂高20m 左右，最高超过50m，造成重叠覆盖、越区覆盖严重。而且一些居民小区楼外立面不平整，对基站信号的反射、折射效应严重，造成楼层内可接收信号增多。因此，小区覆盖中如何抑制并解决导频污染是小区深度覆盖的又一难点。

1.4 信号泄露难以控制

信号泄露是一个不可避免的问题，它的产生有以下一些原因：居民小区内与小区外公共区域基本没有电磁隔离；住宅楼外墙面玻璃材料的面积占比较大，电磁穿透性良好，室内信号很容易透过窗户泄漏到室外区域；采用楼顶天线能够达到最佳的覆盖效果，同时很容易将信号泄漏至小区外。

1.5 工程实施难度大

在站点选择过程、建设过程中存在各种类型的困难，主要有：选择困难，施工资源匮乏，投资高，回报低等。

2 小区覆盖理论依据

2.1 小区覆盖链路预算模型

小区覆盖链路预算主要参照衰弱因子模型，具体公式如下：

式中，LP(d)是路径d 总传输损耗值，d 为覆盖距离，d0 为参考的近距离，LP(d0)为近地参考距离（通常d0＝1m）自由空间衰减值，β为路径损耗因子（β＝0～1.6dB/m），LFAF为隔墙损耗，f 为工作频率。β和LFAF需通过模拟测试进行纠正。

2.2 小区覆盖Ec/Io 估算方法

由Ec/Io（Ec为码片能量，Io 为干扰谱密度）的计算公式

可知，其值与以下参数有关：η为导频信号的占比，PT为载波总功率，W 为扩频带宽，L 为前向链路损耗，FN 为移动台接收机热噪声谱密度，β为其他小区对本小区的干扰比，Pt为载波当前使用的功率。

由于载波实际使用功率Pt的大小以及其他小区对本小区的干扰比β的大小与当前小区与周边小区的实际业务发生量以及业务发生的分布有关，因此，通常较难以精确计算目标覆盖区域的 Ec/Io。而由于 C＝WEc，I＝WIo，因此，C/I＝Ec/Io，在这里W 为码片速率，C 为载波功率，I 为干扰总功率。

由测试数据可知，当室内信号强度高于－85dBm 时，系统Ec/Io变化不大，基本维持在－7dB 以上，其值的变化主要受系统自身负荷的影响。当室内信号强度低于－85dBm 时，系统Ec/Io约等于覆盖电平与－85dBm 的差值。据此，在实际工程应用中，我们可以按照以下两种方式预估覆盖后的Ec/Io。

1）当新增的覆盖电平大于原Rx（接收信号）强度，覆盖后Ec/Io约等于系统自身负荷；

2）当新增的覆盖电平小于原Rx 强度，覆盖后Ec/Io 约等于覆盖信号在目标覆盖区域的导频强度减原Rx 强度。

3 小区覆盖解决方案探索

对于小区不同的建筑物及建筑物特殊区域，应分别确定不同的覆盖目标，设计不同的方案。

1）电梯、地下室应根据平层的信号进行覆盖，不能在平层未做覆盖的情况下对电梯和地下室进行盲目建设。在电梯、地下室的建设时，应尽量采取无容量信源，以降低建设成本；

2）楼道及客厅：由于具备一定的话务可作为重点覆盖区；

3）低层临窗及小区路面：小区内低层如无良好的业务覆盖能力，应列为重点的目标覆盖区进行覆盖；

4）中高层临窗房间和高层临窗房间：该区域内如果不能满足基本的语音业务需求，应列为重点目标覆盖区。同时考虑到投入产出比，应尽量寻求低成本的解决方案。

根据以上的总体思路，本文提出几种解决方案以丰富小区覆盖的建设思路。

3.1 板状天线横置覆盖

由于大都市中建筑高度不断拔高，某些独栋的高层、超高层小区楼宇，中高层存在着严重的导频污染，高层存在着弱覆盖，室外宏基站难以做到信号的良好覆盖，必须通过室分系统来提高信号的覆盖质量。如果由于业主协调等原因，难以建设传统室内分布系统，则可以考虑利用室外天线来进行室内的覆盖。

当室外天线的架设安装点相距楼宇覆盖目标平层距离较远时，为获得较好的覆盖效果，需要采用高增益的室外天线。目前常用的双极化宏基站天线主要有15dBi/65 型和17dBi/90 型，前者主要用于市区覆盖，其增益为15dBi，水平波瓣角65 °，垂直波瓣角为15 °；后者主要用于农村覆盖，其增益为17dBi，水平波瓣角90 °，垂直波瓣角为7 °。

当楼宇的高度相对楼宇宽度比例较大时，通过将天线的横置，并且选择合适水平波瓣角的天线，可以使天线波瓣与楼宇形体最大限度地相匹配，从而改善覆盖效果，并且在一定程度上也能加强对泄漏的控制。

板状天线横打在应用时，一般利用目标楼宇附近的群楼或配楼等作为天线的支点。水平半功率角展开范围内尽量涵盖整个目标覆盖楼宇的高度范围，当作为天线支点的配楼的与目标覆盖楼宇的水平间距D 越近，则板状天线的所需的水平波瓣角就越大。天线发射点越接近目标覆盖楼宇的中点，最大覆盖半径R 的距离将越短，可以减少最远覆盖点的路径损耗，提高最远覆盖点的覆盖效果。

当板状天线采用17dBi/90 型时，通过衰减因子模型可以估算出最大覆盖半径R 的最大距离。当我们取工作频率f 为880MHz，路径损耗因子β为0.26dB/m，穿墙LFAF取为穿越窗户的损耗5dB 时，计算得覆盖半径R＝190m 时总的路径损耗为131.26dB，当板状天线的天线口导频功率在34dBm 时，可得到最远覆盖点的接收电平为：34dBm＋17dBi－131.26dB＝－85.26dBm，基本能够满足平层的覆盖要求。

板状天线横打可应用于解决不具备建设室分条件的超高层小区楼宇的覆盖问题。该方案的优点在于由于高层小区墙体内厚外薄，室外信号的穿透损耗远小于信号从走廊穿墙至室内的穿透损耗。由于信号的发射功率比较大，如果天线型号的选型和安装稍有不当，高功率的无线电信号很容易越过楼宇造成越区。另外，高功率的无线电信号在楼宇外立面墙体的反射信号也会比较大，会对周边的室外信号构成比较大的干扰。因此，板状天线横打的解决方案不宜在密集市区的高层小区应用。

3.2 美化天线上倾覆盖

通过草坪美化天线上倾进行小区平层覆盖时，注意根据不同环境、不同楼宇、不同的实际安装场景选择合适的美化天线，实现与周围的环境协调与统一，可以大大降低室分建设的业主协调难度，有效降低小区居民的心理不舒适程度，保证工程建设的顺利实施与系统后期的持续良好运行。

通过草坪美化天线进行覆盖时，由于天线安装在地面，主干馈线均在地面管井中，可以适当节省馈线走线。草坪美化天线的覆盖方式主要以直射覆盖为主，经过测试验证，单个天线的覆盖范围控制在一个楼宇单元时效果较好。

通过衰减因子模型可以估算出一般11 层小高层环境下，草坪美化天线的所需的天线口出口功率。当我们取工作频率f为880MHz，考虑到地面有部分树叶等遮挡，因此路径损耗因子β取值为0.5dB/m，穿墙LFAF取为10dB 时，当层高按3m 计，美化天线距楼宇30m 计算最大的路径越为45m，计算得路径损耗为101.35dB，此时，板状天线的天线口导频功率在16.00dBm时，最远覆盖点的接收电平可达到－89dBm 以上。

美化天线的上倾覆盖方式，比较适用于楼宇排列整齐的多层、小高层小区。该方案可以较好地解决小区路面、楼宇平层的房间和窗边的信号覆盖。而且该方案可以充分利用建设单位在小区内的管道资源。但该方案也存在着草坪天线易受绿化带电磁吸收的影响，随着小区内绿色植被的生长，信号质量将会受到影响。

3.3 美化天线灯塔式覆盖

由于居民环保意识的不断加强，在小区内建设室分系统的难度不断加大，能够较好与外界环境相匹配的美化天线在一定程度上缓解了这一矛盾。但是由于美化天线的造价相较传统天线为高，因此在实际使用美化天线的难点在于要能较好地做到美化天线的防护和控制美化天线的使用数量。以往通过在楼顶天面安装美化天线，然后直射对面楼宇进行覆盖的方式，能较好做到美化天线的防护问题，但在美化天线的数量控制上并不理想。对于某些体量较大的小区，即使采用大水平波瓣角（如120 °）的美化天线，也难以有效降低美化天线的使用数量。

因此，对于某些覆盖面积较大，而楼宇又以多层、小高层为主的小区可以采取灯塔式覆盖。灯塔式覆盖的思路是综合考虑信号的反射与绕射，选取小区中位置较佳的几个天面，将美化天线布置在楼宇顶部女儿墙上，形成类似于宏基站三叶草的覆盖方式，以完成整个小区的基本面覆盖。由于美化天线灯塔式覆盖方式的天线布置相对集中，因此一方面可以减少馈线的使用量，减少信号在馈线中的损耗，提高效能；另一方面工程实施难度大为减低，可以快速灵活部署。

当采用灯塔式组网方式时，由于覆盖方式不再主要以直射方式进行，而是兼具反射和绕射的覆盖形式，因此在进行链路预算时衰减因子模型将不再适用。COST231Walfish-Ikeygami模型虽然在频段、天线挂高、覆盖距离等方面比较适用，但其主要针对移动台高度在3m 以下，因此亦不适合作为灯塔式组网的传播模型来进行覆盖半径的预测。因目前尚无合适的传播模型应用于此类覆盖，因此采用美化天线灯塔式组网时，应结合各小区的特点以测试验证覆盖效果。

美化天线灯塔式组网覆盖，适合在宏基站覆盖的边缘弱覆盖地带。灯塔式组网方案的缺陷在于天线的选址受业主制约，无线信号的控制性较差，将反射信号应用于覆盖的同时加强其泄漏控制具有一定的难度。另外，该覆盖方式对电梯的穿透覆盖效果较差，后期可结合用户的实际使用习惯，再对部分电梯做针对性的补盲覆盖以节约投资。

3.4 电梯地下室薄覆盖

电梯、地下室由于空间相对密闭，室外信号难以穿透，因此一般都属于信号弱覆盖区域。而正是由于空间密闭，所以干扰也少，信号一般都比较纯净，因此可以以“少天线加小功率”的方式进行薄覆盖，在满足覆盖的情况下，有效降低投资。

在密闭的地下室环境下，天线口导频功率全向天线可以控制在－10dBm 左右，覆盖半径可达20m 以上，定向板状天线可以控制在－10dBm 左右，覆盖半径可达40m。在空旷无视距阻挡的地下室，尽量采用定向板状天线，减少全向天线的使用，可在一定程度上降低馈线的使用量，降低系统建设成本。

电梯、地下室薄覆盖的方式除了采用降低天线密度，减少天线口功率方式来实现之外，还可以采用微型直放站进行薄覆盖。对于一些面积不大的独立地下室，如果在信源引入时存在浪费馈线资源过大的情况，可结合实际情况，灵活采用微型直放站进行覆盖。