移動通信課程設計---室內覆蓋系統(tǒng)中漏纜覆蓋系統(tǒng)和小天線覆蓋的比較

1、<p><b>　　移動通信課程設計</b></p><p>　　室內覆蓋系統(tǒng)中漏纜覆蓋系統(tǒng)和小天線覆蓋的比較</p><p>　　2013年1月14日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要······

2、;····················· 2</p><p>　　一、引言··········

3、3;·············· 2</p><p>　　二、高層樓宇覆蓋存在問題分析···············4<

4、/p><p>　　三、傳統(tǒng)小天線覆蓋的介紹·················4</p><p>　　四、泄露電纜方案的引入········

5、3;·········8</p><p>　　五、泄露電纜性能及分類··················8</p><p>

6、;　　六、泄露電纜在電梯覆蓋中的可行性分析···········11</p><p>　　七、泄露電纜在電梯覆蓋中的經濟性分析···········13</p><p>　

7、　八、結論·························14</p><p>　　九、附錄······

8、···················15</p><p>　　參考文獻·············

9、;············15</p><p>　　室內覆蓋系統(tǒng)中漏纜覆蓋系統(tǒng)和小天線覆蓋的比較</p><p>　　摘要：隨著現(xiàn)代建筑的大量建造室內覆蓋已經成為現(xiàn)代通信的一個重大解決方面。傳統(tǒng)的小天線覆蓋是解決室內覆蓋的一種辦法但是也有明顯的缺點，而新興的泄露電纜技術已

10、經在高鐵、城市地鐵中大量的使用，其應用場景基本定義在狹長封閉的線型空間內，對于現(xiàn)有的無線通信制式，其出色的寬頻帶能力可滿足多系統(tǒng)接入的需求。本文從泄露電纜的電氣物理特性、高層建筑平面布局，高層電梯覆蓋實現(xiàn)手段、與小天線覆蓋方案對比等方面著手，闡述泄露電纜覆蓋和小天線覆蓋在室內覆蓋應用中的可行性、經濟性、科學性，為TD-SCDMA 及TD-LTE 室內覆蓋建設方案提供必要的依據(jù)。</p><p>　　關鍵詞：小天線

11、覆蓋、泄露電纜、耦合損耗、傳輸損耗、TD-SCDMA、TD-LTE、電梯覆蓋</p><p><b>　　一、引言</b></p><p>　　隨著移動通信的迅速發(fā)展和普及，城市規(guī)模的不斷擴大，摩天大樓和地下設施的大量涌現(xiàn)，室內吸收了大部分的話務量。3G商用網(wǎng)絡的最新業(yè)務統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示（如下圖），在3G網(wǎng)絡中室外的業(yè)務量(語音和數(shù)據(jù))僅占整個網(wǎng)絡業(yè)務的30.3%，而室內

12、業(yè)務占整個網(wǎng)絡業(yè)務的69.7%，這些場所主要是辦公樓、車站、家庭、購物廣場和娛樂場所等。</p><p>　　由以上的統(tǒng)計可以看出：</p><p>　?。?）3G偏向數(shù)據(jù)業(yè)務，對覆蓋和通訊質量要求高</p><p>　　（2）CBD對室內業(yè)務要求高，話務業(yè)務占到整網(wǎng)的70％以上</p><p>　　針對現(xiàn)在許多大城市高樓密集和建筑物內的移動

13、用戶較多的現(xiàn)狀，單依靠室外宏蜂窩基站對其覆蓋已經不能滿足網(wǎng)絡覆蓋、容量和質量的要求。主要存在以下一些問題。</p><p>　　1）覆蓋方面：3G工作頻率高，電波的繞射能力差，穿透損耗較大，導致網(wǎng)絡的深層次覆蓋存在著缺陷，產生信號的弱區(qū)或盲區(qū)，如在建筑物電梯間、地下停車場和地鐵等。</p><p>　　2）容量方面：一些建筑物如超市、會議中心等，由于用戶密度過大，TD-SCDMA及TD-L

14、TE網(wǎng)絡用戶底部噪聲大大抬高，導致容量有限。</p><p>　　質量方面：由于頻率干擾、導頻污染和乒乓效應等導致小區(qū)的信號不穩(wěn)定，話音質量難以保證，甚至發(fā)生掉話。對運營商而言，大量使用室內覆蓋系統(tǒng)，可以爭奪室內的話務量，開拓新的話務量。據(jù)統(tǒng)計，實施室內覆蓋的建筑物內話務量增大了1.43倍。同時室內覆蓋還可以用于分散過密地區(qū)的網(wǎng)絡壓力，解決高端用戶密集城區(qū)覆蓋問題，減少室外基站的數(shù)量和配置，降低室外網(wǎng)絡的整體干擾

15、水平，從而提高整個系統(tǒng)的容量，更好地滿足用戶對質量的要求，其性能的好壞將直接影響到運營商的客戶體驗及其收益，是其取得成功的關鍵因素之一。</p><p>　　與3G其他制式的系統(tǒng)一樣TD-SCDMA、TD-LTE在布網(wǎng)的過程中也無法回避室內覆蓋的問題。僅僅室外的宏蜂窩基站無法保證充分覆蓋，不可避免產生盲區(qū)。解決問題的最有效方法是引入室內分布系統(tǒng)。同時，大部分的室外基站的各個扇區(qū)的話務分布是不均勻的，個別扇區(qū)的話務

16、有較大的空余，室內分布能通過耦合該扇區(qū)的信號作為信號源，把其信號放大到話務量較高扇區(qū)的覆蓋區(qū)內的部分建筑內，能提高基站的資源利用率，并使基站的話務分布趨于均衡和合理。</p><p>　　圖1 典型的內廊結構平面圖</p><p>　　二、高層樓宇覆蓋存在問題分析</p><p>　　（1）高層樓宇覆蓋的共性問題</p><p>　　高層樓宇

17、中，“I 字形”結構，“回字形”結構，我們如果采用小天覆蓋系統(tǒng)，平面層室內信號覆蓋不全面，室外信號雜亂，干擾無法控制，結果是室內覆蓋效果不佳、網(wǎng)絡利用率無法提高；高層電梯內多扇區(qū)設置，扇區(qū)間的信號切換在電梯高速運行中容易造成切換，影響無線性能指標；現(xiàn)網(wǎng)的室內覆蓋中，電梯地下室屬于話務較小的區(qū)域，多電梯覆蓋中信源投放數(shù)量較多，網(wǎng)絡利用率低，效益差。</p><p>　?。?）電梯與平層的切換問題分析</p&g

18、t;<p>　　高層覆蓋基本沿用了電梯覆蓋與平層覆蓋分扇區(qū)設計的思路，避免在高速運行的電梯內發(fā)生扇區(qū)切換的情況，來減少電梯內由于信號波動劇烈而造成掉話的風險。傳統(tǒng)的設計方案一般在電梯門廳設置吸頂天線來解決電梯門廳的覆蓋，這在早期是有效地解決辦法之一但是這樣就存在電梯扇區(qū)和平層扇區(qū)的切換問題。傳統(tǒng)方案的切換區(qū)域基本就設置在電梯口，手機用戶在通話中走出電梯，因電梯門關閉，電梯扇區(qū)信號的快衰弱導致切換失敗，產生掉話。</p

19、><p>　　三、傳統(tǒng)小天線覆蓋的介紹</p><p>　　天線是將傳輸線中的電磁能轉化成自由空間的電磁波或將空間電磁波轉化成傳輸線中的電磁能的設備，天線的主要指標有：增益、帶寬、極化方式、波瓣角（垂直和水平）、前后比、駐波比。通信天線種類按工作頻段分為：超長波、長波、中波、短波、超短波、微波天線；按方向性分為：全向、定向天線；按結構特性：線天線、面天線。主要應用的天線種類有：全向吸頂天線，定

20、向壁掛天線，定向八木天線，下面對其進行簡述：</p><p>　?。?）.全向吸頂天線</p><p>　　全向吸頂天線在室內覆蓋系統(tǒng)應用中主要安裝在天花板上，增益一般為3dBi，主要用于常規(guī)區(qū)域的覆蓋。</p><p>　　參考指標如下表所示：</p><p><b>　　參考圖如下：</b></p>&

21、lt;p><b>　?。?） 壁掛天線</b></p><p>　　壁掛天線在室內覆蓋系統(tǒng)中，主要用于電梯以及長廊的覆蓋，波束集中，前后比高，增益高（一般為7dBi左右）；有時用于控制信號室外泄漏。參考指標如下：</p><p><b>　　參考圖如下：</b></p><p><b>　?。?）八木天線&

22、lt;/b></p><p>　　八木天線的優(yōu)點具有更高的增益，缺點是頻段較窄，在室內覆蓋系統(tǒng)中，主要用于單網(wǎng)系統(tǒng)電梯覆蓋或作為TD-SCDMA 直放站的施主天線。參考指標如下：</p><p><b>　　參考圖如下：</b></p><p><b>　?。?） 柵格天線</b></p><p

23、>　　柵格天線的優(yōu)點高增益，窄波瓣。在室內覆蓋系統(tǒng)中，作為TD-SCDMA 直放站的施主天線。參考指標如下：</p><p><b>　　參考圖如下：</b></p><p>　　四、泄露電纜方案的引入</p><p>　　泄露電纜適合解決長線型覆蓋區(qū)域，因此高層電梯可以認為是“隧道覆蓋垂直型”的一種應用，其理論分析與隧道覆蓋相似，泄露電

24、纜在高層電梯覆蓋中可以考慮兼顧對電梯門廳的覆蓋，從而可以將平層扇區(qū)與電梯扇區(qū)的信號切換區(qū)域設置在距離電梯口3~5 米范圍內，從而實現(xiàn)電梯扇區(qū)與平層扇區(qū)有充足時間實現(xiàn)正常切換。</p><p>　　五、泄露電纜性能及分類</p><p><b>　　1、泄露電纜原理</b></p><p>　　普通同軸電纜是將射頻能量從一端傳輸?shù)搅硪欢?，并且希?/p>

25、有最大的橫向屏蔽，使信號不能穿透電纜以避免傳輸過程中的射頻能量的損耗。而漏泄電纜是特意減小橫向屏蔽，使得電磁能量可以部分地從電纜內穿透到電纜外（發(fā)射），同時電纜外的電磁能量也將感應到電纜內（接收）。泄漏同軸電纜由內導體和外導體兩部分組成，外導體嵌套在內導體的外邊，并與內導體處于同軸狀態(tài)，外導體縱長方向，以一定的間隔和不同形式開槽。開槽的目的是電磁場通過小孔發(fā)生衍射，激發(fā)電纜外導體外部電磁場，使其信號能量能從電纜槽口輻射出來，以達到向外傳

26、播和接收外來無線電波的目的，如圖2 所示。</p><p>　　圖2 泄露電纜開槽結構及輻射原理</p><p><b>　　2、泄漏電纜的類型</b></p><p>　　泄露電纜的開槽的形式取決于所使用的無線電波的頻段，一般情況下分為耦</p><p>　　合型、輻射型兩種，具有不同的傳播特性。耦合型漏纜的外導體上開

27、的槽孔間距</p><p>　　小于波長，泄漏能量無方向性，工作頻帶寬但衰減快；輻射型漏纜的外導體上開的槽孔間距接近波長，泄漏能量同相疊加，工作頻帶窄但衰減慢。</p><p>　　圖3 輻射型和耦合型泄露電纜開槽示意圖</p><p><b>　　3、泄露電纜指標</b></p><p>　　泄漏電纜電性能的主要指標有

28、傳輸衰減和耦合損耗，漏纜的系統(tǒng)損耗=傳輸衰減+耦合損耗。</p><p><b>　?。?）傳輸衰減</b></p><p>　　衰減常數(shù)是考核電磁波在電纜內部所傳輸能量損失的最重要特性。普通同軸電纜內部的信號在一定頻率下，隨傳輸距離而變弱。衰減性能主要取決于絕緣層的類型及電纜的大小。而對于漏纜來說，電纜內部少部分能量在外導體附近的外界環(huán)境中傳播其衰減性能也受制于外導

29、體槽孔的排列方式。</p><p><b>　?。?）耦合損耗</b></p><p>　　耦合損耗描述的是電纜外部因耦合產生且被外界天線接收能量大小的指標，在特定距離下，被外界天線接收的能量與電纜中傳輸?shù)哪芰恐?。由于影響是相互的，也可用類似的方法分析信號從外界天線向電纜的傳輸?shù)哪芰看笮　?lt;/p><p>　　圖4 泄露電纜總損耗與饋線長度的

30、關系</p><p>　　幾種常用規(guī)格的泄露電纜的電氣特性指標如表1 所示：</p><p>　　表1 泄露電纜規(guī)格及電氣特性</p><p>　　六、泄露電纜在電梯覆蓋中的可行性分析</p><p><b>　　1、參考模型分析</b></p><p>　　電梯井道和高鐵隧道都屬于長線型封閉空間

31、，而且電梯跟火車一樣，具有運行速度快，運行空間小的特點，因此電梯覆蓋的模型可參考高鐵隧道覆蓋模型，將泄漏電纜的水平覆蓋改為垂直覆蓋，其相似點分析如下：</p><p>　?。?）無線電波波動影響相似。電梯井道的無線環(huán)境與鐵路隧道相似之處，均為狹長型結構，且電梯運行中，轎廂對井道內無線信號的壓迫導致信號的波動和列車經過隧道無線電波的影響也比較相似。</p><p>　?。?）業(yè)務模型相似。電

32、梯上下行載人與高鐵動車在隧道運行有一定的業(yè)務相似性，均為電梯轎廂內的用戶或火車上的乘客促發(fā)語音或數(shù)據(jù)業(yè)務，在閑置之時沒有業(yè)務發(fā)生，從日常話務統(tǒng)計中可以看出，電梯覆蓋小區(qū)和隧道覆蓋小區(qū)話務量較低。</p><p>　?。?）電梯內無線環(huán)境和隧道類似，均屬于封閉無線環(huán)境，外圍無線信號難以進入，信號干擾較小，可在較低信號電平內實現(xiàn)正常通話。</p><p>　?。?）對于超高層的樓宇需要在電梯井

33、道內實現(xiàn)切換的情況，也可參考高鐵長隧道的切換模型，需要計算出切換距離，保證切換的正常進行。</p><p><b>　　2、技術可行性分析</b></p><p>　　泄漏同軸電纜在系統(tǒng)設計時需要考慮的主要因素有：泄漏同軸電纜的系統(tǒng)損耗、各種分路器件及跳線的插損、環(huán)境條件影響所必須考慮的設計裕量、設備的輸出功率以及設備的最低工作電平，其中，泄漏同軸電纜的系統(tǒng)損耗由泄漏

34、同軸電纜本身的傳輸衰減和耦合損耗兩部分組成，對于指定的工作頻率其大小主要由泄漏同軸電纜的規(guī)格大小來確定，規(guī)格大的泄漏同軸電纜系統(tǒng)損耗較小，傳輸距離相對長，泄露電纜的損耗計算如式（1）所示：</p><p>　?。?）泄露電纜總損耗</p><p>　　αmax. ＝αs ＋M＝α×L＋Lc＋M 式（1）</p><p>　　其中：1）αmax 為總損耗；&

35、lt;/p><p>　　2）αs 為系統(tǒng)損耗值；</p><p>　　3）M 為損耗余量，含接頭損耗2dB、波動裕量5dB、轎廂損耗20dB；</p><p>　　4）α 為衰減系數(shù)；</p><p>　　5）L 為泄露電纜長度；</p><p>　　6）LC 為耦合損耗</p><p>　?。?）

36、泄露電纜長度L，即泄露電纜的覆蓋最大距離：</p><p>　　由式（1）αmax. ＝αs ＋M＝α×L＋Lc＋M</p><p>　　則L=(αmax.－Lc－M)÷α 式（2）</p><p>　　此L 值即為泄漏同軸電纜的最大覆蓋距離。</p><p>　　對于對GSM900，TD-SCDMA,TD-LTE 最大覆

37、蓋距離根據(jù)式（1）、式（2）進行計算，具體結果如表2：</p><p>　　表2 泄露電纜的覆蓋最大距離對比表</p><p>　　由表2 可以看出，距離電纜2m 處的耦合損耗值來確定泄漏同軸電纜在長度方向上的覆蓋距離，也就是在電梯井道水平2m 范圍內，邊緣場強滿足-95dBm（TD）/-85 dBm（TD-LTE）的覆蓋需求；對于TD 和LTE 覆蓋150 米以內的高層電梯（樓宇50 層

38、），采用5/4”泄露電纜可以滿足兩部電梯的覆蓋需求，對于超高層電梯（樓宇超過50 層），需要采用更大規(guī)格的泄露電纜。</p><p>　　（3）距離泄露電纜5 米范圍的覆蓋</p><p>　　對于距離漏纜5m 范圍內的電梯間的覆蓋情況，可通過泄漏電纜耦合損耗（95％，5m）、漏纜傳輸損耗、損耗余量（含建筑物墻體損耗）來計算，以150米漏纜長度為例，計算距離漏纜5m 處電梯間的場強值為：&

39、lt;/p><p>　　表3 泄露電纜長150 米，距離漏纜5 米處信號場強值對比表</p><p>　　從表2 的計算結果可以看出，150 米的高層電梯（樓宇50 層），要同步實現(xiàn)對電梯間的覆蓋，需選擇覆蓋距離5/4”以上型號的漏纜。</p><p>　　七、泄露電纜在電梯覆蓋中的經濟性分析</p><p>　　泄露電纜單從材料單價上看，較普通

40、同軸電纜高，但漏纜本身就是輻射源，不需增加天線，優(yōu)勢明顯：大量減少了接頭和分路器件的使用；系統(tǒng)的駐波比容易控制在1.3 以內；同時有效避免接口松動、器件老化等造成系統(tǒng)故障；滿足多系統(tǒng)接入的需求等。下面將泄露電纜方案從設計、施工、投資方面與傳統(tǒng)方案進行比較，進一步驗證泄露電纜方案的經濟性和科學性。</p><p>　　1、與傳統(tǒng)方案的設計對比</p><p>　?。?）設計周期短。由于沒有繁

41、瑣的功率推算過程，因此泄漏電纜的設計方案較為簡單，設計完成速度比較快；</p><p>　　（2）使用材料較少，泄漏電纜方案所需要的材料只有電纜，無需配置天線和其他過多的無源器件；</p><p>　　（3）覆蓋效果好。采用泄漏電纜方式信號覆蓋比較均勻，信號傳輸比較穩(wěn)定；</p><p>　?。?）適用場景靈活。泄漏電纜方案適用于電梯井道位于建筑物中部，住宅房間對電

42、梯有“包裹效應”的場景，同時可通過耦合型泄露電纜與樓層吸頂相結合的方案，解決高層信號分布不均勻的問題，提高話務吸收能力；</p><p>　?。?）泄漏電纜覆蓋電梯時要求信源安裝在電梯機房或高層弱電間內，有利于信號自上而下的由高到底的信號分布，符合現(xiàn)有高層信號復雜，信號強度稍高的特征；</p><p>　?。?）信源輸出功率可實現(xiàn)兩部50 層電梯井道分配，大大提高了信源設備的利用率，同時又

43、能滿足電梯場景下的覆蓋和容量的平衡；</p><p>　?。?）泄露電纜帶寬較寬，350M~2400M 的帶寬需求，滿足現(xiàn)有移動、聯(lián)通、電信的多制式系統(tǒng)接入需求，符合工信部提出的大型室內分布系統(tǒng)共享共建的需求。</p><p>　　2、與傳統(tǒng)方案施工維護對比</p><p>　?。?）施工工藝要求較高；</p><p>　?。?）施工周期短，

44、不容易受到業(yè)主阻撓；</p><p>　?。?）施工難度較大。泄漏電纜需要整根布放或分段布放，而電梯井道等區(qū)域操作空間狹窄，給施工造成一定的困難；</p><p>　?。?) 施工量小，其施工量小于傳統(tǒng)方案饋線部分的施工量；</p><p>　?。?）維護簡單，只要定期檢查饋線固定卡是否牢固即可。</p><p>　　3、與傳統(tǒng)方案的投資對比

45、</p><p>　　取一20 層大廈其中兩部電梯泄漏電纜方案與傳統(tǒng)方案的投資對比如表4：</p><p>　　由上表可以看出單電梯泄漏電纜方案與傳統(tǒng)方案相比有一定的優(yōu)勢，尤其在人工費方面比傳統(tǒng)方案可節(jié)省約30%，綜合造價也低于傳統(tǒng)方案10%以上。如果以高層建筑多部電梯計算，結合信源的投資和分布系統(tǒng)的綜合造價，泄露電纜的方案優(yōu)勢更加明顯。</p><p><b

46、>　　八、結論</b></p><p>　　首先，泄露電纜的寬屏特性適合高層建筑、大型建筑電梯覆蓋，滿足多系統(tǒng)、多運營商共建共享要求；其次，高層電梯泄漏電纜覆蓋與傳統(tǒng)方案相比在設計、施工、投資等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)方案；第三，泄露電纜電梯覆蓋，其覆蓋效果可滿足電梯間的覆蓋需求；第四，泄露電纜對于平層的覆蓋也有較好的改善作用，通過耦合型泄露電纜和傳統(tǒng)吸頂天線的兼顧使用，覆蓋效果更佳，有利于改善高層導頻污

47、染，提高高層覆蓋質量。</p><p>　　綜上所述，泄露電纜覆蓋方案可以應用于高層、超高層建筑電梯覆蓋，中層建筑多電梯覆蓋，泄露電纜的應用優(yōu)勢以及高層建筑多系統(tǒng)接入本身的需求看，泄露電纜的方案有較大的應用前景。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　?。?） 《TD-SCDMA 通信網(wǎng)絡規(guī)劃與設計》，張傳福，彭燦，李

48、巧玲，石晉，胡敖編著，人民郵</p><p>　　電出版社，2009 年；</p><p>　?。?） 《漏泄電纜功能分析及其選擇要素——漏纜在地鐵無線通信中的運用》，周杭， 現(xiàn)代城</p><p>　　市軌道交通，2007 年4 月；</p><p>　?。?） 《泄漏同軸電纜耦合損耗影響因素》，張 昕，郭黎利，楊曉冬，李文興，哈 爾 濱