智能建筑的网络与通信系统设计(四)_ 室内覆盖系统设计

天津商业大学信息工程学院上海中睿昊天信息科技有限公司2003.7室内覆盖项目操作流程智能建筑网络通信系统设计（4）移动通信室内覆盖系统天津商业大学信息工程学院GB/T50314-2006第3.3.2条信息设施系统宜包括通信接入系统、电话交换系统、信息网络系统、综合布线系统、室内移动通信覆盖系统、卫星通信系统、有线电视及卫星电视接收系统、广播系统、会议系统、信息导引及发布系统、时钟系统和其他相关的信息通信系统。天津商业大学信息工程学院一、蜂窝系统知识回顾二、室内覆盖系统的概念三、室内覆盖系统的组成四、信号源引入的方式五、室内分布系统的信号分配方式六、多路系统的问题七、工程建设环节提要天津商业大学信息工程学院蜂窝系统知识回顾天津商业大学信息工程学院基站收发器BTS基站控制器BSC基站收发器BTS基站收发器BTS移动交换中心MSCMSMSMSBSSNSSMS公用通信网PSTN、ISDNVLRHLRAUCA接口Um接口GSM系统原理图天津商业大学信息工程学院蜂窝移动通信系统中，在网络运营初期，运营商的主要目标是建设大型的宏蜂窝小区，取得尽可能大的地域覆盖率。随着用户的增加，宏蜂窝小区进行小区分裂，变得越来越小。当小区小到一定程度时，建站成本就会急剧增加，小区半径的缩小也会带来严重的干扰，另一方面，盲区仍然存在，热点地区的高话务量也无法得到很好的吸收。微蜂窝技术的诞生天津商业大学信息工程学院微蜂窝的主要特征与宏蜂窝相比，微蜂窝主要特征为：1.覆盖范围小，一般30m～300m；2.传输功率低，一般10mW～100mW；3.基站天线相对较低：一般高于地面5-10m，使用增益天线；4.一般安装在建筑物上，无线传播受环境影响大。5.体积小、安装方便灵活。天津商业大学信息工程学院微蜂窝的用途作为宏蜂窝的补充和延伸，微蜂窝的应用主要有两方面：1.提高覆盖率：应用于一些宏蜂窝很难覆盖到的盲点地区，如地铁、地下室；或者加上放大器，用于边远地区覆盖。2.提高容量：主要应用在高话务量地区，如繁华的商业街、购物中心、体育场等。天津商业大学信息工程学院热点地区覆盖初期网络发展连续覆盖热点地区由点逐渐变成片时,宏蜂窝已无法满足,微蜂窝就形成了一个独立的微蜂窝层，各个微蜂窝相连，在一定范围内连续覆盖，在这时，可以使网络容量有很大的提高连点成片微蜂窝主要用于提高网络覆盖质量，应用在零散的“热点”地区（话务量比较集中,且面积较小的地区），此时对整个网络容量的提高很有限。对于半径在1km左右的小区，若在每个扇区的热点地区采用6～8个半径在0.1km左右的微蜂窝组成微蜂窝层，可以使网络容量提高3～4倍。微蜂窝应用的发展天津商业大学信息工程学院随着微蜂窝的发展,移动通信网的分层小区技术迅速提了出来。在一个分层小区结构中,不同大小的小区相互重叠,不同发射功率的基站紧密相邻并同时存在,整个通信网络呈现出多层次的结构。每一层分配不同的频率段,以保证各层之间独立运作,不会相互干扰。分层小区技术宏蜂窝进行大面积的覆盖，作为多层网的底层；微蜂窝则小面积连续覆盖叠加在宏蜂窝上，构成多层网的上层；微蜂窝和宏蜂窝在系统配置上是不同的小区，有独立的广播信道。天津商业大学信息工程学院一个分层小区网络,往往是由一个上层宏蜂窝网络和数个下层微蜂窝网络组成的多元蜂窝系统。它包括宏蜂窝、微蜂窝和微微蜂窝。每种蜂窝执行早已定义好的不同功能。宏蜂窝－－处理快速移动车辆的业务。微蜂窝－－处理慢速移动,集中于步行或交通阻塞车辆的业务。微微蜂窝－－用于覆盖商场和办公区等室内区域。多元蜂窝系统天津商业大学信息工程学院宏蜂窝的广域大功率覆盖可看成宏蜂窝上层网络,并作为移动用户在两个微蜂窝区间移动时的“安全网”,而大量的微蜂窝则构成微蜂窝下层网络。上层网络广域大功率覆盖下层网络相邻微蜂窝的切换都回到所在的宏蜂窝上执行天津商业大学信息工程学院室内覆盖系统的基本概念为什么要建设室内覆盖系统？什么地区需要室内覆盖？什么是室内覆盖系统？天津商业大学信息工程学院为什么要建设室内覆盖系统？随着城市建筑的日益增多以及建筑材料的复杂化，手机在密集的建筑间，建筑物内、地下室、隧道、高速公路等地会出现接通率低、漫游不畅甚至掉话现象，给移动用户带来不便，这就需要移动运营部门不断地对网络进行优化。而室内覆盖系统便是移动运营部门对室内信号弱及信号盲区进行覆盖的主要网络优化方式天津商业大学信息工程学院常见的室内覆盖问题在大型建筑物的低层、地下商场、地下停车场等环境下，移动通信信号弱，手机无法正常使用，形成了移动通信的盲区和阴影区；在中间楼层，由于来自周围不同基站信号的重叠，产生乒乓效应，手机频繁切换，甚至掉话，严重影响了手机的正常使用；在建筑物的高层，由于受基站天线的高度限制，无法正常覆盖，也是移动通信的盲区。另外，在有些建筑物内，虽然手机能够正常通话，但是用户密度大，基站信道拥挤，手机上线困难。天津商业大学信息工程学院建筑物的电磁环境模型天津商业大学信息工程学院什么地方需要室内覆盖？室内盲区新建大型建筑、停车场、办公楼、宾馆和公寓等。话务量高的大型室内场所车站、机场、商场、体育馆、购物中心等，增加微蜂窝建立分层结构。发生频繁切换的室内场所高层建筑的顶部，收到多个基站的功率近似的信号。天津商业大学信息工程学院什么是室内覆盖？室内覆盖是针对室内用户群、用于改善建筑物内移动通信环境的一种成功的方案，其原理是利用室内天线分布系统将移动基站的信号均匀分布在室内每个角落，从而保证室内区域拥有理想的信号覆盖。室内覆盖系统的建设，可以较为全面地改善建筑物内的通话质量，提高移动电话接通率，开辟出高质量的室内移动通信区域；同时，使用微蜂窝系统可以分担室外宏蜂窝话务，扩大网络容量，从整体上提高移动网络的服务水平。天津商业大学信息工程学院室内覆盖的趋势作为基站的重要补充与基站的界限越来越模糊逐渐代替相当部分室外基站（特别是市区）天津商业大学信息工程学院室内覆盖系统的组成天津商业大学信息工程学院室内覆盖系统主要由信号源和信号分布系统两部分组成。室内覆盖系统的组成直放站微蜂窝（基站）无源分布方式有源分布方式光纤分布方式泄露电缆分布方式信号源信号分布系统天津商业大学信息工程学院室内覆盖系统示意图天津商业大学信息工程学院信号源信号源为分布系统提供无线信号，信号源可以是无线通信系统的基站、直放站或其它设备。随着社会经济和通信技术的发展，室内用户的通信业务需求日益呈现出多样性，因而室内无线综合覆盖系统的信号源种类也越来越丰富，包括PHS信号源、WLL信号源、3G信号源、WLAN信号源、GSM信号源、CDMA信号源等。天津商业大学信息工程学院信号分布系统信号分布系统通过耦合器、功分器等无源器件对信号源进行分路，经由馈线将信号尽可能平均地分配到每一分散安装在建筑物各个区域的低功率天线上。信号分布系统包含有源设备的分布系统称为有源分布系统，只包含无源器件的分布系统称为无源分布系统；按布放位置分为干线部分和支线部分。信号分布系统通常包括室内天线、射频同轴电缆、电缆接头、功分器、耦合器、3dB电桥等无源器件以及干放等有源设备。天津商业大学信息工程学院信号源引入方式天津商业大学信息工程学院信号源引入方式分类室内分布系统信号源引入方式主要分为两类：基站直放站①宏蜂窝基站②微蜂窝基站③射频拉远（RRU）①射频直放站②光纤直放站③移频直放站天津商业大学信息工程学院宏蜂窝作信源接入优点：采用宏蜂窝基站作信号源，其特点为容量大、覆盖范围广、信号质量好、容易实现无源分布、网络优化简单，维护比较方便，是室内覆盖系统最好的接入方式。缺点：宏蜂窝设备价格昂贵，需要专用机房和2Mbit/s的传输通路，建设成本较为昂贵；安装施工较麻烦，建设周期长；不易搬迁，灵活性稍差。天津商业大学信息工程学院微蜂窝作信源接入以室内微蜂窝系统作为室内覆盖系统的信号源，适用于覆盖范围较大且话务量相对较高的建筑物内，在市区中心使用较多，解决覆盖和容量问题。优点：微蜂窝方式的通话质量比宏蜂窝方式要高出许多，对宏蜂窝无线指标的影响甚小，并且具有增加网络容量的效果。微蜂窝系统的建设成本较低、对环境要求不高、施工方便等，所以微蜂窝作信号源使用也较为广泛。缺点微蜂窝方式的弱点在于设备成本较为昂贵，需要进行频率规划，需要增建传输系统，网络优化工作量大。因此，对宏蜂窝方式亦或微蜂窝方式的选取，需要综合权衡移动网络和运营商的多方面因素才能定夺。天津商业大学信息工程学院分布式基站（BBU+RRU）作为信源接入BBU+RRU分布式基站是相对于传统的集中式基站而言的，它把传统基站分成了两个相对独立的部分:基带单元（BasebandUnit,BBU）远端射频单元（RemoteRadioUnit，RRU）。作为近端机的基带单元由基带处理板组成，构成一个资源池，可以供多个RRU共享；而远端机RRU则提供信号的射频处理功能。BBU与RRU各自独立安装，分开放置，二者之间通过光纤连接，其接口是基于开放式标准的基带射频接口（CPRI/OBSAI）。BBU+RRU可以看成是一种射频拉远技术，它能够共享主基站基带信道资源，使得Iub接口中继增益最大化，根据话务容量的需求随意更改站点配置和覆盖区域，满足运营商各种场景的建网需求。天津商业大学信息工程学院直放站属于同频放大设备，此种解决方案是利用施主天线空间耦合(无线直放站)或利用耦合器件直接耦合存在富余容量的基站信号(光纤直放站/移频移频直放站)，再利用直放站设备对接收到的信号进行放大，为信号分布系统提供信号源。优点：直放站作信源接入，不需要基站设备和传输设备，安装简便灵活，设备型号也丰富多样，在移动通信网中正扮演扮演着越来越重要的角色。缺点：由于直放站上行噪声会抬升基站底噪，同时直放站的自激、选择性衰落、时延对直放站输出信号影响很大，造成网络覆盖范围降低、语音质量下降、掉话率升高。直放站（Repeater）作信源接入天津商业大学信息工程学院使用基站使用直放站1、是否增加容量根据需要增加容量不能增加容量2、信号质量好一般3、设置优先级可以不可以4、对网络的影响小控制不好影响很大5、是否需要传输设备需要不需要6、是否需要重新频率规划需要不需要7、是否需要调整参数需要支持8、是否支持容量动态分配不支持(容量预分配)支持9、是否支持多运营商不支持支持10、是否支持多频、多系统环境不支持支持11、安装时间较长较短12、投资较多较少使用微蜂窝和直放站的比较天津商业大学信息工程学院信号源提取的几种方法直放站作信号源直放站+微蜂窝天津商业大学信息工程学院1.通过直放站的施主天线直接从附近基站提取信号；2.用耦合器从附近基站耦合部分信号通过光纤传送到盲区内的直放站。3.用耦合器从附近基站耦合部分信号通过电缆传送到盲区内的直放站。直放站做信号源无线方式有线方式天津商业大学信息工程学院1.通过直放站的施主天线直接从附近基站提取信号。天津商业大学信息工程学院2.用耦合器从附近基站耦合部分信号通过光纤传送到欲覆盖区的直放站。天津商业大学信息工程学院3.用耦合器从附近基站耦合部分信号通过电缆传送到欲覆盖区的直放站。天津商业大学信息工程学院微蜂窝(基站)加直放站方式天津商业大学信息工程学院室内分布系统的信号分配方式天津商业大学信息工程学院信号分布方式是室内分布系统功率分配方式的表现形式。信号源S/C光主机光远端干放S/CS/CS/C天线S/CS/CS/C天线光纤天津商业大学信息工程学院信号分布方式的分类按采用设备的不同，可分为：1)无源分布方式2)有源分布方式按射频信号传输介质来划分，主要可分为：1)同轴电缆分布方式2)光纤分布式系统3)泄漏电缆分布方式这些分布方式的系统组成可以是某种单一的传输介质，也可以是多种介质的灵活组合。针对不同的室内覆盖场景，应该选择不同的信号分布方式。天津商业大学信息工程学院无源分布方式无源分布式系统通过无源器件合/分路器、功分器、耦合器、馈线、天线等组成。信号源通过耦合器、功分器等无源器件进行分