室分设计

3.3.1. 室内覆盖系统设计

室内覆盖，特别是高层楼宇，复杂建筑群的室内覆盖一直是网络优化的难点。大型建筑物对电磁波有着很强的屏蔽作用，在其低层和地下室、电梯等环境下，信号很弱以至于没有信号，成为移动通信的盲区和阴影区。而在较高楼层，由于容易收到来自周围不同基站的信号，造成信号混杂，切换频繁，严重影响通话质量。另外对于有些建筑物，虽然能够正常通话，但是由于用户密度大，基站支持用户数目有限，通话阻塞率很高。而有人估计，大约70%的移动通信业务量是发生在室内的，因此，一个好的室内覆盖环境不仅可以提升运营商形象、降低投诉率，而且还是提高运营收益的一个主要手段。

室内覆盖系统要达到以下几个主要目的：

（1）使信号尽量均匀的分布于室内覆盖的区域，边缘场强不低于-85dBm； （2）尽量控制信号的外泄，在室外10米处信号电平不得超过-90dBm； （3）室内覆盖区域通话质量良好，绝大多数区域通话质量0级； （4）在室内覆盖区域，手机发射功率较低（*10级以上），手机待机通话时间延长；

（5）室内覆盖系统可以有效地吸收话务量，分担室外宏基站的负担。 早期的室内覆盖与室外宏站是在一起进行频率规划的，室内没有自己的专用频点。比较容易产生同邻频干扰问题。采用室内覆盖专用频点，可以在很大程度上缓解室内室外同频干扰的问题。随着楼宇密度的提高，楼宇之间的同频干扰问题将会成为主要矛盾。对于将数字直放站用作室内覆盖信号源的站点而言，这种楼宇之间的同频时延干扰将会是一种主要的干扰形式。

现有的室内覆盖系统多采用无源的分布式天线系统DAS（Distribute Antenna System），它主要由功分器、耦合器、馈缆和宽带天线（吸顶天线、平板天线、对数周期天线等），有些地方可能需要增加干放。这种传统的室内分布系统称为射频DAS。

室内电磁波的传播特点是：环境是封闭、半封闭，由于墙壁、门窗、家居等物体的存在，从发射天线到接收天线不仅有直射波、反射波、透射波，还有物体棱角边缘产生的绕射波。在建筑物的走廊会有类似与波导的传播效应。

设计室内覆盖系统，一般需要先确定每个天线口的输出功率。现在室内环境下多用吸顶天线，其覆盖半径在10～20米之间。天线增益3.5dBi，天线口功率一般在10～15dBm之间。下面计算当输出功率为10dBm时单个吸顶天线的覆盖面积。

（1）室内覆盖的边缘场强在-70dBm～-85dBm之间，取-80dBm。

（2）天线口的输出功率为10dBm左右，天线增益3.5dBi，按照ITU-R Rec.P.1238建议的室内传播模型：

L0(dB)=20lgf+10nlgd+Lfloor-28

式中，n是室内的传播指数，是一个介于2.0～3.3的常数，与建筑物的性质有关。如下表所示：

表 1：不同类型建筑物的室内传播指数 频段 环境 n 900MHz 商业楼 2.0 住宅与办公楼 3.3 1.2～1.3GHz 商业楼 2.2 住宅与办公楼 3.2 商业楼 2.2 1.8～2.0GHz 住宅 2.8 办公楼 3.0 Lfloor是穿过地板的损耗，它依赖于频率，地板层数与建筑物的性质。 表 2：穿墙（地板）损耗与建筑物性质的关系

m=1 900MHz Lfloor 1.8～2.0GHz m=2 m=3 住宅楼 办公楼 商业楼 9 19 24 4m 15+4(m-1) 6+3(m-1) 其中m为直达波穿过的地板层数，m≥1。

关于穿墙损耗，有建筑外墙与内墙之分，外墙的穿透损耗可以用下式计算：

Le=37-7.9lgf

在900MHz时，Le=13.5；1800MHz时，Le=11.2dB。建筑内墙的损耗，在900MHz频率上为1.4～2.4dB；对1800MHz，为5.8～6.7dB。 室内环境下阴影衰落的标准差可按下表取值： 表 3：室内环境下的阴影衰落的标准差

频率/GHz 0.9 1.8～2.0 5.2

回归正题，接着计算，取f=942MHz，n=2.8，m=2（两层），则最大路径损耗为93.5dB（阴影衰落标准差取6dB，95%覆盖概率）：

住宅 8 办公室 8 10 12 商业楼宇 10 L=31.5+28lgR+19+6×1.65=93.5

由此得出覆盖半径为15.2m，天线之间的间距取1.5倍的覆盖半径，为22.8米。单天线的覆盖面积约1.95R2=1015m2。扣除一些非理想的因素（不止穿一堵墙），一个吸顶天线的覆盖面积也会在500～800m2左右。于是，根据建筑物的结构与建筑面积，就可以确定需要用到多少面天线来完成室内覆盖系统的设计。比如，一座20层高楼，每层建筑面积2500m2，总建筑面积为50000m2。每层需要3～5面天线，总共需要60～100面天线，按100面计算。

接下来，就是根据以上覆盖功率的要求，天线数量，和天线分配损耗、馈缆损耗等等来确定对信源的功率要求。假设天线的数量为M，馈缆的平均长度为L（百米），按照下式计算从信源输出口到天线输入口的损耗：

X(dB)=10lgM+0.5dB×[log2M]+10×L(百米)

上式的一部分为天线分配损耗，第二部分为功分器等器件的介质损耗，第三部分为馈缆的传输损耗。假设馈缆的30%用7/8馈缆，百米损耗5dB，70%用1/2柔性馈缆，百米损耗12dB，平均损耗为百米10dB。这些损耗值均是针对GSM900M系统的。

计算得到天线分配损耗为10lg100=20dB；功分器介质损耗为3.5dB；馈缆损耗为6dB（平均长度60米），整体损耗为29.5dB。而已知天线口功率为10dBm，则要求信号源的输出功率为39.5dBm。工程施工时可以此定出设备规格。

如果只是单系统的覆盖，则以上讨论就足够了，但是现实环境下多是2G/3G混合的覆盖系统，由于频段的差异，馈线的损耗不一样，电波传播特性以及对建筑物的穿透能力也不一样，因此覆盖范围也不同，如下表所示： 表 4：典型室内场景的覆盖半径 区域类型 KTV包房 酒店、宾馆 餐厅包房 写字楼、超市 停车场、会议室、大厅 展厅 区域描述 墙壁较厚，门边有卫生间 砖墙结构，门边有卫生间 玻璃或货架间隔 大部分空旷、中间有电梯厅、柱子或其它机房 空旷、每层有较高净壁挂天线 50 100 吸顶天线 10～20 25 天线类型 吸顶天线 吸顶天线 吸顶天线 3G覆盖半径2G覆盖半径/m 8～10 10～12 12～15 /m 10～12 12～15 15～20 空 壁挂天线（朝电梯电梯 普通电梯 厅） 壁挂天线（朝上或下）

另外一个问题是，在2G/3G信号合路时，合路器的隔离度可能不够，2G系统与3G系统相互之间将形成干扰。这是需要重点关注的地方。 室内覆盖系统还有一个要求是室内覆盖电平不能超过安全水平，满足国家规定的电磁卫生标准。对于900MHz信号，可以用以下公式将功率值转换成电场强度（942MHz）：

E(dBuV/m)=P(dBm)+136.7

国家标准（GB8702-88）规定，在30～3000MHz频段，电磁辐射的安全数值为12V/m，即141.6dBuV，由此可以得到P不能大于4.9dBm。在距离天线1m处，是完全可以满足这个要求的（电场强度与功率密度在远场的换算公式为：S(W/m2)=E2(V/m)/377。S一般在10uW/cm2左右，这时E为0.0614V/m，P=-41dBm）。

共覆盖3层 共覆盖5层 共覆盖5层 共覆盖7层

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