室内覆盖信号概述及隧道覆盖设计

丁浩明

（天津京信通信系统有限公司广州分公司，广东 广州 510630）

室内覆盖信号概述及隧道覆盖设计

丁浩明

（天津京信通信系统有限公司广州分公司，广东 广州 510630）

随着人们对网络通信质量的要求越来越高，在城市建设过程中，一些未覆盖地区的网络信号设计成为重点课题。为了提高室内覆盖信号以及隧道覆盖信号质量，文章对当前常用的隧道内无缝覆盖方法进行分析，旨在为信号传输提供支持。

室内覆盖；隧道覆盖；信号质量

1 室内覆盖信号

室内覆盖信号设计指的是针对室内用户群开展的建筑物内部移动通信环境建设方案。在室内覆盖系统中，首先将移动基站的信号均匀分布到室内的每一个角落，确保室内每个区域的信号覆盖效果都达到理想状态。系统的主要组成部分是信号源和分布天线。室内覆盖信号源采用宏蜂窝或者微蜂窝基站，可以对室外宏蜂窝话务进行分担，从而扩大信号覆盖网络，从整体上提高室内信号质量。

1.1 TD-LTE室内分布系统

室内分布是移动通信系统中的重要部分，随着移动通信多年发展，当前网络覆盖中大部分已建室内分布系统都是TD-SCDMA/GSM/WLAN等多网共存的，在现网室内分布系统建设中引入TD-LTE，TD-LTE室内建设模式可以分为两种模式：（1）MIMO双流建设方式，可以通过两路馈线以及天线组成2×2 MIMO系统，通过使用SFBC、空间复用等方式，提高室内覆盖效果以及用户使用网络的速率（见图1）；（2）SIMO单流建设方式，TD-LTE基站仅输出一路（见图2）。

各大城市天线覆盖网络十分广泛。在城市天线覆盖设计时，要对具体的参数进行计算，边缘场强=天线口功率+天线增益－自由空间传播损耗（含衰落余量）。由于不同建筑的室内环境是不同的，所以要采用实际模型测试。在室内覆盖系统设计过程中要对室内小区的数目、天线的数目等进行确定，在实际设计中可以适用测试发射设备，对不同的位置进行检查，查看信号的传输效果。本文所描述的模型是一个站点的通用模型，可以用于典型的室内环境中，在设计信号覆盖网络的时候，要对信号的损耗进行计算，用平均的路径损耗和有关的阴影衰减统计来表征室内路径损耗。基本的模型关系如下：

其中N表示距离损耗系数，随着距离增加，信号损耗越多，f表示信号的频率，单位为Hz，d表示建筑物之间的距离，单位为m，Lj表示穿越楼层时产生的损耗，n表示信号穿过不同楼层之间的楼层数。

例如某个室内覆盖工程设计中，工作频段为2 300 MHz，带宽为20 MHz，慢衰落余量取0 dB，边缘RSRP要求≥-105 dBm，ITU-R P.1238模型中N取28。假设楼层的天线覆盖半径为10 m，则可以计算出自由空间传播损耗为：Lr=20lgf+28lgd+p×w－28+0=20lgf+28lg10+p×w－28。一面墙体的衰落余量大约为15 dB，两面墙体取15 dB×2。

图1 MIMO双流建设方式

图2 SIMO单流建设方式

空间传播损耗Lr=20log（2300）+28LOG（10）+15×1－28+0=82 dB

但是由于天线的单载波功率Lr≥-105 dBm，因此可以得到天线口单载波功率≥-105+82=-23 dBm。

所以该工程中天线口的总功率为：天线口单载波功率+10lg（1200）=-23+30.8=7.8 dBm。

在设计过程中，如果需要穿透两面墙体，则可以取15 dB×2，其他条件不变，可以得到天线口总功率≥7.8 dBm +30 dB =37.8 dBm，已经超过电磁辐射安全标准15 dBm。所以，在进行室内覆盖设计的时候，要综合考虑覆盖效果、室内信号分布情况、信号泄露等问题，LTE室内分布系统的天线功率要按照穿透一面墙进行覆盖规划，遵循“多天线，小功率”的原则进行设计布放，才能提高室内分布系统的稳定性和安全性。

1.2 新型覆盖系统

传统的室内分布系统协调难度较大，而且随着室内通信压力逐渐增大，传统室内分布系统的扩容过程比较困难，传统的覆盖理念不能满足移动宽带时代的需求，所以要加强对分布式系统的研究，深入地解决室内分布系统的覆盖问题。分布式皮基站现代室内分布式系统中的一个重要应用，例如华为公司推出的Lampsite具有易于协调、施工快捷、全系统监控以及扩容快速的优点。Lampsite包括基带处理单元BBU，RHUB，PRRU 3个部分，Lanpsite采用光纤和网线连接的方式，降低了室内分布系统的协调难度，而且中间施工环节较少，建立基站的速度较快，在当前室内信号覆盖领域中的应用越来越广泛。

2 隧道信号覆盖设计

本文以隧道环境为例，对隧道中信号覆盖系统设计进行分析，旨在为其他的地下结构信号设计提供支持。

常见的隧道结构有铁路隧道、公路隧道、地铁隧道，每一种隧道都有不同的特点，在隧道中信号质量明显比隧道外要弱很多，通常公路隧道的信号质量好于铁路隧道和地铁隧道，因为公路隧道的宽度较宽，车道较多，当车辆运行的时候还有一些富余的空间可用于信号覆盖，但铁路隧道以及地铁隧道中，当火车和地铁车辆通过的时候，所剩下的范围较小，导致信号覆盖面减小，对信号的传输有较大的影响。另外，天线的安装也会影响到信号的传输，公路隧道中的天线尺寸要大于地铁和铁路隧道，所以综合起来，导致公路隧道的信号要比铁路隧道和地铁隧道好。对于隧道长短所带来的信号覆盖问题，也有不同的处理方式，对于长度较短的隧道，一般是在隧道入口以及出口附近使用普通的天线对隧道内进行信号覆盖，但是这种方法对于较长的隧道是不适用的。

2.1 隧道覆盖方案设计准备

在进行隧道覆盖方案设计之前，应该要对一些基本参数进行了解，比如隧道的长度、隧道的宽度、隧道是一孔还是两孔，隧道结构、隧道最小的接收电瓶、隧道入口处的电平大小、隧道信号覆盖要求等，其中隧道的覆盖要求有几个不同的等级，分别是覆盖50%，90%，95%，98%，99%。

2.2 隧道无线传播模型

本文主要分析普通信号分布系统在隧道覆盖中的应用。无线电波在隧道传输中具有隧道效应，即信号的传播结果是墙壁反射与直射综合的结果。隧道的环境比较封闭，所以需要考虑的因素较小，在室内覆盖模型设计过程中可以将其简化为下面的关系：室内覆盖的模型可以简化为：L=20lf+30ld－28 dB，其中f表示信号传输频率，d表示传输距离。

2.3 同轴馈电无源分布式天线系统

由于隧道的长短不相同，在隧道中可以设计不同数量的双向天线以及信号放大器，对隧道中的信号进行放大。信号源可以采用GSM小基站，基站的输出功率为39 dBm。假设隧道中需要的最小接收信号电平为-85 dBm，为了保障信号覆盖率达到90%，所以再加上8 dB，双向天线的增益为5 dB，等概率功分器、跳线损耗为2 dB。

2.4 光纤直放站覆盖

对于一些比较长的隧道，在隧道口设计天线并不适合，可以采用同轴馈电无源分布式天线系统叠加使用，但是成本较高，由于隧道较长，在信号传输过程中的损耗也比较大。经过实践发现，对于较长的隧道，可以采用光纤直放站、远端串联的方式进行较长的隧道信号覆盖设计，远端每一次都可以对信号进行放大，当信号在传输的时候就可以尽量减少信号的损耗，确保隧道中的信号强度满足要求。具体的设计方案如图3所示。

图3 光纤直放站覆盖

对于这种方案，要考虑到光线损耗较小的情况，可以根据隧道的实际情况对远端的输出功率进行适当的调整，可以实现在隧道内满功率输出的目的。在距离隧道出口的地方要进行调整，防止信号泄露。

2.5 多网合一

多网合一指的是只使用一套TCP/IP网络设备，通过统一的TCP/IP传输模式，将个股子系统串联起来，从而形成一个复杂的管理网络，在集成网络中可以实现对各个部分的管理和控制。多网合一理念在智能建筑小区建设过程中比较常用，在隧道信号覆盖设计过程中，除了对当前比较热门的3G和4G技术进行应用，也可以实现多网合一，将隧道监控、隧道内的信号传输等各个过程集成在一个系统中，从而提高隧道内信号的传输质量，还可以实现对隧道信号带宽的实时调控。

2.6 GRRU数字光纤射频拉远技术在隧道覆盖中的应用

以铁路为例，铁路车辆运行的速度十分快、信号衰落快，手机需要在不同的基站服务区域间进行切换，而且现代的很多车厢本身对手机信号产生影响导致信号衰耗较大，如果用现有网络去覆盖高铁其接通一般为70%～80%，GRRU数字光纤射频拉远技术在铁路隧道中的应用，可以提高铁路隧道信号覆盖水平。以广深港高铁为例，深圳段建设中信号覆盖采用GSM900系统，提供信号源的小区一共有6个，其中发射点共包括红线内23个拉远点，红线外42个拉远点。

GRRU数字光纤射频拉远技术可以实现多种功能：（1）自动时延调整功能，消除重叠区域的延时色散干扰；（2）网络优化，在信号传输过程中公共网络和专用网络之间可以随时切换，而且在广深港高铁也覆盖了专用网络，确保用户在车辆高速运转过程中的通话质量；（3）专网小区优化，信源小区专用频点在945～954 MHz范围内，而且小区的频点经过调整，实现专网专供，避免对信号产生干扰；（4）网络指标不断提升，由于系统中的有源设备较多，加上自然环境的影响，GRRU的故障率要比主设备高，各个网络指标的优化难度较大，对于设备的稳定性还要不断研究。

3 结语

建设室内覆盖系统，可以有效地改善建筑物内的信号质量，例如改善通话质量，提高电话的接通率。在隧道覆盖设计中，要根据隧道的实际情况，对室内信号覆盖系统设计方案进行灵活应用，以提高信号覆盖水平。

[1]郭本英，米世成.隧道内无线信号覆盖论述[J].信息通信，2013（5）：179-180.

[2]王梦文，窦岩.室内覆盖信号的概述及隧道覆盖的典型设计[J].科学技术与工程，2005（9）：597-600.

Overview of indoor coverage signal and design of tunnel coverage

Ding Haoming
（Guangzhou Branch of Tianjin Jingxin Communication System Co., Ltd., Guangzhou 510630, China）

With the increasing demand for the quality of network communication, some network signal design in some uncoverable areas has become a key issue in urban construction. In order to improve the indoor coverage signal and tunnel coverage signal quality, the article is currently used of the tunnel seamless coverage method for analysis, designed to provide support for signal transmission.

indoor coverage; tunnel coverage; signal quality

丁浩明（1980— ），男，广东梅州人，本科；研究方向：各大运营商多系统通信工程覆盖系统集成。