多制式室内分布系统智能布放方法研究

贺颖姣,赵 君

(1.中国铁塔股份有限公司重庆市分公司,重庆 401120;2.重庆市信息通信咨询设计院有限公司铁塔分院,重庆 401120)

0 引言

人们在网络建设的关键部分——室内分布系统后续的研究中,将面临多制式系统共存等挑战[1]。因此,如何解决系统通信无线频带传输中的信号干扰与共存问题,实现系统的智能投放,是系统开发与科研人员的研究关键。在无线通信系统中,分布系统的布放干扰形式主要有4种:杂散、阻塞、互调、引导干扰。在这种情况下,引导干扰由系统导引线产生,干扰信号大多发生在系统内部,可由系统自身消化处理。杂散干扰是指由干扰装置发出的噪声,落在被干扰接收器的接收波段中,从而影响所需的信号[2]。杂散干扰会使接收器的噪声阈值增大,使接收器的灵敏度下降,从而影响系统的综合性能。信号发射机杂散辐射会对其他系统造成比较严重的影响,因此,各个通信系统技术规程都对此作了严格的规定[3]。为解决系统布放过程中的信号相互干扰问题,提高系统布放的可靠性,本文开展了系统智能布放方法的设计,旨在通过此次设计,提高网络的通信与覆盖能力。

1 多制式室内分布系统布放干扰计算

为满足室内分布系统的布放需求,文章开展相关研究前,对系统在室内环境中布放受到的干扰进行了计算[4]。在此过程中,工作人员应明确室内环境是一个相对复杂的环境,此环境中存在的其他系统会对分布系统的运行造成干扰,室内环境中其他系统的干扰计算公式如式(1)所示。

P=P1+10log(B1/B2)

(1)

式(1)中:P表示室内环境中其他系统的干扰;P1表示杂乱干扰;B1表示室内环境其他系统的测试带宽;B2表示其他系统的信道带宽。在此基础上,考虑到室内环境中其他系统对分布系统的干扰程度取决于系统的热噪声容限,因此,可以通过式(2)计算系统干扰热噪声容限,掌握其他系统对室内分布系统布放的影响[5]。

S=V-L+N×P

(2)

式(2)中:S表示其他系统干扰热噪声容限;V表示热噪声;L表示干扰保护限值;N表示接收器接收的噪声系数,上述参数的计算单位均为dBm。根据上述公式的计算结果,为确保布放的系统达到规范,可按照式(3)设定系统之间干扰噪声的最小隔离度。

D=P-S

(3)

式(3)中:D表示各系统之间干扰噪声的最小隔离度。按照上述方式,完成多制式室内分布系统布放干扰的计算。

2 室内分布系统信号传播链路预算与功率匹配

在上述设计内容的基础上,工作人员考虑到不同的通信环境对应的通信链路带宽是不同的,为确保布放的系统可以在对应的位置发挥预期效果,需要进行室内分布系统信号传播链路的预算。在此过程中,明确链路预算主要是指信号从信源设备终端发出,信号通过对应的链路传输到用户端,当用户端完成信号的接收后,进行信号在传输过程中功率的分配。

本文将链路预算分为2个方面,其一为分布系统传输损耗,其二为传输系统室内损耗。天线口信号的导频功率可通过式(4)计算得到。

A=A1-∑A2-∑A3

(4)

式(4)中:A表示天线口信号的导频功率;A1表示信源输出功率;A2表示传输过程中构件损耗功率;A3表示传输过程中系统的馈线损耗。完成上述计算后,文章进行传输系统室内损耗的分析。室内损耗是指信号传输天线与移动终端之间的损耗,主要由允许路损决定,最大允许路损计算公式如式(5)所示。

M=A-N

(5)

式(5)中:M表示最大允许路损;N表示室内环境边缘覆盖场强。完成上述计算后,考虑到多制式系统的覆盖距离与天线口功率之间的关系较为密切,因此,文章采用功分器进行信号的分离,控制部分功率较大的信源设备,结合实际情况,进行室内分布系统信号传播链路预算与功率匹配。

3 系统智能布放点规划

在上述设计内容的基础上,文章引进多目标优化算法,利用该算法中的Keenan-Motley模型,建立针对分布系统的室内传播模型,模型表达式如式(6)所示。

C=L20lg(4πd/λ)+kK+pW+c

(6)

式(6)中:C表示分布系统的室内传播模型;λ表示发射天线与接收终端之间的距离;k表示建筑室内地板层数;K表示建筑室内地板厚度;W表示墙体层数;c表示信号传播过程中的衰减因子。完成上述计算后,可以将建成区的信号覆盖问题作为一个以最少数量的圆点为目标的几何圆点覆盖范围研究,文章通过此种方式,得到系统在室内环境中的适应度,以此为依据,实现系统智能布放点规划,完成布放方法的设计。

4 实例分析

本文以某多制式室内分布系统为例,从3个方面完成了智能布放方法的设计。为检验该方法在实际应用中的布放效果,本文以某新建综合大厦为例,进行分布系统的智能布放。

为实现对系统布放效果的检验,本文按照下述内容,选择布放后分布系统通信信号强度的测试设备:(1)选择场强测试手机,一般移动设备即可;(2)系统路测软件,鼎力GSM系统;(3)信号测试软件,TD-SCDMA。

根据设计需求,要求完成系统的投放后,建筑物室内边缘区域的信号场强需满足>-85 dBm的需求。若满足上述需求,说明设计的系统智能布放方法应用效果良好,反之,若建筑物室内边缘区域的信号场强≤-85 dBm,说明设计的系统智能布放方法应用效果较差,即不满足室内通信需求。按照上述标准,本文进行建筑室内边缘区域信号场强的测试,统计实验结果如图1所示。

图1 建筑室内边缘区域信号场强测试结果

从图1所示的实验结果可以看出,在建筑室内边缘区域进行信号场强测试,测试后信号场强满足>-85 dBm的需求,说明建筑室内边缘区域的信号强度较高,可以满足通信需求。

在上述内容的基础上,本文选择建筑室内边缘区域业务下载速率作为测试指标,使用场强测试手机进行文件、资料的下载,调用后台数据,记录业务下载速率,要求边缘区域的下载速率需要>500 KB/s,满足上述需求,说明设计的系统智能布放方法应用效果良好,反之,说明系统布放方法应用效果较差。按照上述标准,统计实验结果,如图2所示。

图2 建筑室内边缘区域业务下载速率

从图2所示的实验结果可以看出,在测试时段内,建筑室内边缘区域业务下载速率>500 KB/s,满足设计需求。

上述实验结果表明:本文设计的系统智能布放方法应用效果良好,可以在提高建筑室内边缘区域信号场强的基础上,提高室内边缘区域业务下载速率,充分发挥分布系统在室内环境中的更高价值。

5 结语

文章从技术标准特征和产业发展实际需要层面分析,GSM系统、CDMA 1x系统、PHS系统等技术标准在很长一段时间内将会互补,并在未来实现并存。为发挥分布系统在室内环境中的更高效能与价值,本文通过多制式室内分布系统布放干扰计算、室内分布系统信号传播链路预算与功率匹配、系统智能布放点规划,开展了系统智能布放方法的设计研究。完成设计后,以某新建综合大厦为例,按照本文设计的方法,进行分布系统的智能布放实验。实验结果证明:本文设计的方法可以在提高建筑室内边缘区域信号场强的基础上,提高室内边缘区域业务下载速率。