TD-SCDMA室内覆盖方案设计要点

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TD-SCDMA室内覆盖方案设计要点

1 引言

  据统计,3G移动通信网络70%的话务量发生在室内,且3G的增值业务绝大多数也发生在室内。所以3G室内覆盖将是移动运营商品牌形象的重要体现,也是运营商吸引用户的重要因素。

  作为中国具有自主知识产权的3G标准,TD-SCDMA系统2007年在全国10个城市开展了扩大化的试验网建设。深圳作为其中之一,到目前为止,TD-SCDMA室内覆盖网络建设、测试以及优化工作已经接近尾声,在这些方面积累了不少经验。为了给后续的TD建网提供经验,本文试图谈谈TD-SCDMA室内覆盖解决方案的设计要点。

  2 信号源的选取

  TD-SCDMA系统信源主要有射频拉远、基带拉远(BBU+RRU),其室内覆盖可以根据实际情况选取。下面介绍几种常用的方案:

  (1)使用TD-SCDMA射频拉远的多通道方案,即TD-SCDMA的多通道信号分别覆盖不同楼层。该方案充分发挥了TD-SCDMA多个信源的作用,减少了干放的使用数量。设计时需要考虑走线井的空间能否容纳多根7/8″或1/2″的馈线,尽量在原室内分布系统的支路与2G信号合路。

  (2)使用TD-SCDMA射频拉远的“单通道+干放”方案,与传统2G室内分布系统类似。由于TD-SCDMA的工作频段较高,信号传输损耗较大,一般需要采用干放。本方案的优势是对走线井的要求低,不需要增加主干馈线,改造施工量比较小;缺点是干放数量较多,增加了上行底噪声。

  (3)“BBU+多通道RRU”方案,BBU集中放置在机房,RRU可安装在合适楼层。BBU与RRU之间采用光纤传输,RRU再通过同轴电缆及功分器(耦合器)等连接至天线,即主干采用光纤,支路采用同轴电缆。由于信号通过光纤传输时损耗很小,降低了系统的馈线损耗,减少了对干放的使用。本方案的优点是信源安装位置灵活,可以根据需要,将RRU安装在使信源功率能够得到最充分利用的位置;缺点是需要新拉光纤,且光纤较易损坏。另外,由于TD-SCDMA系统是在2G系统的基础上进行改造,而2G系统大多在建筑尚未完成装修时就已布线建设;一旦装修完成,很多走线路由已经不通,重新拉线施工难度很大甚至无法重新走线。因此,采用本方案,在设计时需要充分考虑光纤路由是否可行;同时,由于采用了多通道RRU,还要适当考虑走线井的空间。

  (4)“BBU+单通道RRU”方案,原理和方案(3)相同,同时具有方案(2)、(3)的优点。由于采用多个单通道RRU,可以基本上不采用干放,避免了方案(2)中需要大量干放的缺点。但是和方案(3)一样,设计时需要考虑光纤路由是否可行。

  3 干线放大器的设计

  上述四种方案中,干放的使用仿佛成了缺点。但是由于室内分布系统的复杂性,干放不但不可缺少,使用恰当还将有益于TD-SCDMA信源的低功率输出。

  正如前面所说,一旦业主装修好以后,很多地方无法重新拉馈线或光纤。在这种情况下,需要将TD-SCDMA信源和原2G机房安装在一起,充分利用2G系统的主干线,在需要的地方加TD-SCDMA干放。作为有源设备,干放的引入除了弥补信源功率不足外,必然会带来一定的噪声,需要趋利避害。下面就TD-SCDMA干放的不同使用和调测要点进行介绍。

  3.1 放大器(直放站)的影响

           

                         图1  室内直放站的干扰

  干放和直放站的原理相同,室内分布系统中,如果干放调测不好,同样存在图1中的情况,即非干放覆盖区会由于受到干放覆盖区的干扰而阻塞。

  3.2 干放的联接

  TD-SCDMA干放不能串联,原因是串联以后噪声难以控制,容易对基站造成干扰。

        
                              图2  干放并联示意图

  如图2所示,干放并联是允许的,但要调节而使每个干放的上行噪声到达基站时基本相同且平衡,不然同样会有上行增益小的干放覆盖区受到上行增益大的干放噪声干扰而阻塞。

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  方法1:S1=S2=S3=S0,S4=S5=S’0(推荐);

  方法2:如果不希望S1~S5等于S0,那么,(a)计算出L0~L5,则G1=L1,G2=L2,G3=L3,G4=L4+L0+Ls,G5=L5+L0+Ls;(b)在S1=G1=S0的基础上调整,计算Δ=S1-S0,则G2new=G2old+Δ,G3new=G3old+Δ,…,G5new=G5old+Δ。

  (4)通道上同时存在干放覆盖区和非干放覆盖区时

         
            图6  通道上同时存在干放覆盖区和非干放覆盖区

  S0=Ppccpch-10*lgN,N=用于室内覆盖的通道数量。S’0=S0-L0-Ls,Ls是功分损耗,为3.3dB。

  增益设置:

  方法1:S1=S2=S3=S0,S4=S’0(必须);

  方法2:计算出L0~L4,那么G1=L1,G2=L2,G3=L3,G4=L4+L0+Ls。

  注:希望S1和S2不等于S0在任何场合都是不允许的。
另外,下行增益不必等于上行增益,精确调整后,最佳下行增益=放大器前的路径损耗。此时,

  若上行增益=最佳下行增益,那么基站端的底噪恰好提升3dB,室内覆盖系统工作正常;

  若上行增益<最佳下行增益,那么基站端的底噪提升小于3dB,如果Δ不超过5dB,则室内覆盖系统工作正常;

  若上行增益>最佳下行增益,那么基站端的底噪提升大于3dB,如果Δ不超过5dB,则室内覆盖系统工作正常。

  反过来,可根据系统运行情况和基站底噪来决定上行增益是否需要调整和怎样调整。

  4  天线设计

  出于室内传播环境和工程上的考虑, TD-SCDMA室内分布系统无法用到智能天线,而仍然以全向吸顶天线为主。与2G室内分布系统相比,TD-SCDMA系统频率高、空间损耗大、绕射能力差;因此,需要根据实际覆盖效果增加天线数量,保证TD-SCDMA的网络覆盖。其天线设计以“多天线小功率”为原则,天线尽量安装在门口附近。

  EMC标准定义:天线口总功率<15dBm,天线口导频功率<7dBm。室内最小边缘场强MinRxlev=-85dBm,则天线口功率最小值是:(-85)+68-2+13=-6dBm。以PCCPCH作参考,68dB是覆盖半径为15米时的理论传播损耗,2dBi是天线增益,13dB是慢衰落和干扰余量。

  室内覆盖区结构比较复杂,天线到覆盖区往往会受到各种阻挡,应根据实际情况设计天线口功率和天线密度。另外,在天线距手机较近时,为了避免手机接收信号超出功控范围而造成阻塞,一般要求天线口导频功率在-6dBm~7dBm之间。

  5  GPS同步天线的设计

  和CDMA2000一样,TD-SCDMA也需要GPS为系统内部提供同步时钟。基站同步时钟在小区切换时能起到关键作用,因此,GPS是TD基站必不可少的部分;没有它,TD基站就无法和其他相邻小区发生正常切换。TD基站要获取同步信息,至少需要接收到4颗卫星。根据实际工程经验,选取GPS天线位置要考虑以下几点:

  (1)GPS天线上方四周45°范围内没有阻挡是最理想的安装环境;

  (2)GPS天线附近不能有金属物阻挡,否则容易造成接收卫星不稳定;

  (3)GPS天线不能距墙壁太近,经验距离是3米以上。选取安装位置时,首先要确保南北方向至少有一面在GPS天线上方四周45°范围内没有阻挡,东西两面则是次要的。

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  3.3 不同情况下干放上下行增益的调节

  干放增益调节的原则:

  干放的下行增益=上行增益(推荐)。

  某些情况下,上下行增益也可以不同,但是差别应控制在5dB以内;超过5dB系统性能会受影响,例如当上行增益小于下行增益多于5dB时,会出现上行覆盖不足的情况。

  下面列出了几种情况下干放增益的调节:

  (1)各通道所带干放数量相同时

             
                             图3  各通道的干放数相同

  S0=Ppccpch-10*lgN,N=用于室内覆盖的通道数量。

  增益设置:

  方法1:S1=S2=S3=S4=S0(推荐);

  方法2:如果不希望S1~S4等于S0,那么,(a)计算出L1~L4,则G1=L1,G2=L2,G3=L3,G4=L4;(b)在S1=G1=S0的基础上调整,计算Δ=S1-S0,则G2new=G2old+Δ,G3new=G3old+Δ,G4new=G4old+Δ。


  (2)部分通道没带干放时

             
                                 图4  部分通道没带干放

  S0=Ppccpch-10*lgN,N=用于室内覆盖的通道数量。

  增益设置:

  方法1:S1=S2=S3=S4=S0(必须);

  方法2:计算出L1和L2,那么G1=L1,G2=L2。

  注:希望S1和S2不等于S0在任何场合都是不允许的。

  (3)各通道所带干放数量不等时

                 
                        图5  各通道的干放数量不等

  S0=Ppccpch-10*lgN,N=用于室内覆盖的通道数量。S’0=S0-L0-Ls,Ls是功分损耗,为3.3dB。

  增益设置:

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