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【摘要】GSM网络已发展多年，但在室分建设方面的研究工作较为薄弱，主要依靠模测经验值进行设计和方案审核，使实际覆盖效果不够满意。本文通过实测结合仿真，对不同场景下天线的布放位置、功率设置的效果进行了研究评估，为室分设计提供一个指引。
【关键词】GSM 室分系统 深度覆盖 分场景
1 前言
室内是用户通信的主要场所，但长期以来，由于受各种原因影响，室内分布系统建设举步维艰，仅能覆盖电梯、停车场等公共区域，对于住宅的深度覆盖无能为力。本文通过实测和仿真及理论推导，对不同场景的住宅楼宇的天线布放、功率设置效果进行研究评估，为全覆盖提供了一种设计思路和指引。
2 造成室内弱信号的原因
通过分析归纳，造成住宅深度覆盖不足的主要原因具体表现在三个方面：
A、建筑穿透损耗大，根据自由空间链路预算，信号在离开天线10米之后，只有40～50dB的穿透余量，即约能穿透两堵墙，对于户型较大或结构复杂的住宅，必然会出现弱信号。
B、天线布放不合理，天线与目标之间的距离越近、阻挡越小，效果则越好。天线越高，其覆盖面积越广。因此保持天线主瓣与覆盖目标之间的可视性非常重要。
C、室外基站受波瓣特性影响，不可能完全覆盖室内，容易出现塔下黑和高层信号杂乱的现象。
因此进一步对建筑场景进行细化，分为写字楼、宾馆酒店、住宅小区、城中村、旅游景点、高校宿舍，根据其建筑结构特性来研究天线的布放方式，并将重点放在住宅小区上。
3 室内天线布放
首先根据建筑内部结构的差异，划分为典型的工字型、丁字型、塔型、一字型等，以往通的做法是在楼道内放置一面全向吸顶天线，实际效果很差，用户进门即没了信号。建议改为使用定向天线，并且保证每户至少都有一面天线的主波瓣覆盖，对于楼底、走道等空旷的公共空间则依然使用全向天线。
内部结构不同，天线布放不同
在实现内部天线布放数量和选型之后，还必须进行天线口功率的设置，在以往的设计中，室内天线口功率约为10dBm，实际测试发现功率远不能够满足覆盖需求。测试发现，常规的10dBm天线口功率往往仅能覆盖客厅，提高到15dBm之后，可以扩大到毗邻客厅的房间，提高到20dBm后，则一般的户型基本能都有信号。
在严格满足国家辐射卫生标准前提下，同时考虑到天线口功率大幅增加，必然会大量增加有源设备（如干放、RRU）的数量，因折衷办法是，建议天线口功率在较大户型的住宅楼宇设计时不低于15dBm。
4 室外天线布放
由于室内天线的布放位置易受限制，并且功率不能过大，因此复杂的建筑必然要倚靠外引天线进行覆盖。针对不同的场景，可以利用不同的外引方式。
4.1 单体楼
可利用裙楼将天线上倾覆盖中低层，建议使用定向板状天线，做成射灯等美化形式。对于高层的覆盖，可在楼顶使用对数周期天线，或在附近较矮的楼顶使用天线向上覆盖。还可以在凹槽处使用泄露电缆，使信号通过窗口等进入屋内。
此种楼型水平覆盖宽度较窄，而垂直覆盖距离高，因此建议使用小水平半功率角的天线，同时对于裙楼等上仰天线的仰角计算如下： D*tg（θ-β） >= 楼宇高度-2h （D：为天线到楼宇的距离；Θ：为天线垂直半功率角的1/2；Β：为下倾角；h：为天线高度）。
4.2 别墅区
别墅区由于私密性强，建筑分散，天线入户困难。可在房屋之间使用灯杆加装定向天线，在公共绿地，还可以使用美化天线，做成射灯等形状。发射点的分隔距离可以用下式计算：
PL（d） = 31.5 + 25*Log（d/d0） +FAF（FAF：穿透余量，定为60dB；PL（d）：允许的损耗，以-95dBm边缘场强计算；D0：距离天线1米）。 因此可计算出不同天线功率时的覆盖半径关系：
4.3 高层小区
可以在楼顶部、底部裙楼或绿地，分别使用定向天线覆盖。但在楼层高度超过20层时，由于天线垂直波瓣较窄，可能会造成楼中部的弱信号，此时可每隔一定楼层，将天线安放于外墙。
对打天线可覆盖的楼层高度为： D*[tg（θ+β） + tg（θ-β）] （D： 2栋楼之间的距离；Θ： 天线垂直半功率角的一半；Β ： 天线的下倾角）。
一般小区楼距在50米以内，假设使用定向天线，垂直半功率角30度，下倾5度，则主瓣可覆盖9层楼。即建议每隔9层楼设置一面天线。
5 其它覆盖方式
在依靠常规建设方式难以全覆盖时，还可以考虑一些新的方法。
5.1 有线电视线、五类线
利用现在每家必有的信号线将信号直接耦合入户，可有效解决深度覆盖问题。目前直放站由于干扰问题已经越来越少，而利用有线电视线、五类线的技术和产品都已经较为成熟，在各大地市亦有使用。
5.2 电话线、电力线
电话线（ADSL）、电力线（PLC）都是一般家庭的标配线路，目前的技术已经能提供数据业务，但还不能提供GSM語音。
随着电力线通信国际标准的发展，其可承载带宽将越来越大，在不久的将来或能满足传送射频信号的需求。
5.3 泄露电缆
利用泄漏电缆，在楼外沿墙布放，利用窗户、阳台将信号送入室内，具有布线简单、覆盖好的特点。但施工安全、造价及信号外泄等较普通室分影响要大。
5.4 预埋馈线入户
根据2008年住房建设部要求，今后将逐渐取消毛坯房，向消费者提供全装修成品房，而目前的装修一般会默认安装网线、电话线、有线电视，运营商可考虑介入装修弱电安装阶段，将通信同轴电缆预埋进入用户客厅和书房，并使用设计成插座、网孔的小天线，则可解决绝大部分的深度覆盖问题。
5.5 暖气安装方式
预埋馈线是通过弱电管道布线，对毛坯房或业主会进行二次装修的房屋则无法使用。可以与房地产开发商，将信号入户的安装时间提前，在进行墙面建设就进行安装，采用平面薄膜天线，通过墙暖或地暖的方式，进行信号引入。
墙暖、地暖是采用碳晶片，总厚度仅1厘米，可安装在饰材之下，也可安装在天花，不占面积。
6 总结
室内深度覆盖长期以来一直是困难问题，单纯倚靠室内分布或室外基站，都很难做到全面的信号覆盖，因此需综合尝试多种手段、多步骤来满足，具体可总结为：能做室分尽量用室分，但要选对天线、放对位置、放够数量、放够高度、设够功率；室分不够室外补：充分考虑天线波瓣特征、天线倾角、布放密度来适合不同的场景；深度盲区靠入户：设备要小型、传输巧借用，以减小入户受到的用户阻力。
【关键词】GSM 室分系统 深度覆盖 分场景
1 前言
室内是用户通信的主要场所，但长期以来，由于受各种原因影响，室内分布系统建设举步维艰，仅能覆盖电梯、停车场等公共区域，对于住宅的深度覆盖无能为力。本文通过实测和仿真及理论推导，对不同场景的住宅楼宇的天线布放、功率设置效果进行研究评估，为全覆盖提供了一种设计思路和指引。
2 造成室内弱信号的原因
通过分析归纳，造成住宅深度覆盖不足的主要原因具体表现在三个方面：
A、建筑穿透损耗大，根据自由空间链路预算，信号在离开天线10米之后，只有40～50dB的穿透余量，即约能穿透两堵墙，对于户型较大或结构复杂的住宅，必然会出现弱信号。
B、天线布放不合理，天线与目标之间的距离越近、阻挡越小，效果则越好。天线越高，其覆盖面积越广。因此保持天线主瓣与覆盖目标之间的可视性非常重要。
C、室外基站受波瓣特性影响，不可能完全覆盖室内，容易出现塔下黑和高层信号杂乱的现象。
因此进一步对建筑场景进行细化，分为写字楼、宾馆酒店、住宅小区、城中村、旅游景点、高校宿舍，根据其建筑结构特性来研究天线的布放方式，并将重点放在住宅小区上。
3 室内天线布放
首先根据建筑内部结构的差异，划分为典型的工字型、丁字型、塔型、一字型等，以往通的做法是在楼道内放置一面全向吸顶天线，实际效果很差，用户进门即没了信号。建议改为使用定向天线，并且保证每户至少都有一面天线的主波瓣覆盖，对于楼底、走道等空旷的公共空间则依然使用全向天线。
内部结构不同，天线布放不同
在实现内部天线布放数量和选型之后，还必须进行天线口功率的设置，在以往的设计中，室内天线口功率约为10dBm，实际测试发现功率远不能够满足覆盖需求。测试发现，常规的10dBm天线口功率往往仅能覆盖客厅，提高到15dBm之后，可以扩大到毗邻客厅的房间，提高到20dBm后，则一般的户型基本能都有信号。
在严格满足国家辐射卫生标准前提下，同时考虑到天线口功率大幅增加，必然会大量增加有源设备（如干放、RRU）的数量，因折衷办法是，建议天线口功率在较大户型的住宅楼宇设计时不低于15dBm。
4 室外天线布放
由于室内天线的布放位置易受限制，并且功率不能过大，因此复杂的建筑必然要倚靠外引天线进行覆盖。针对不同的场景，可以利用不同的外引方式。
4.1 单体楼
可利用裙楼将天线上倾覆盖中低层，建议使用定向板状天线，做成射灯等美化形式。对于高层的覆盖，可在楼顶使用对数周期天线，或在附近较矮的楼顶使用天线向上覆盖。还可以在凹槽处使用泄露电缆，使信号通过窗口等进入屋内。
此种楼型水平覆盖宽度较窄，而垂直覆盖距离高，因此建议使用小水平半功率角的天线，同时对于裙楼等上仰天线的仰角计算如下： D*tg（θ-β） >= 楼宇高度-2h （D：为天线到楼宇的距离；Θ：为天线垂直半功率角的1/2；Β：为下倾角；h：为天线高度）。
4.2 别墅区
别墅区由于私密性强，建筑分散，天线入户困难。可在房屋之间使用灯杆加装定向天线，在公共绿地，还可以使用美化天线，做成射灯等形状。发射点的分隔距离可以用下式计算：
PL（d） = 31.5 + 25*Log（d/d0） +FAF（FAF：穿透余量，定为60dB；PL（d）：允许的损耗，以-95dBm边缘场强计算；D0：距离天线1米）。 因此可计算出不同天线功率时的覆盖半径关系：
4.3 高层小区
可以在楼顶部、底部裙楼或绿地，分别使用定向天线覆盖。但在楼层高度超过20层时，由于天线垂直波瓣较窄，可能会造成楼中部的弱信号，此时可每隔一定楼层，将天线安放于外墙。
对打天线可覆盖的楼层高度为： D*[tg（θ+β） + tg（θ-β）] （D： 2栋楼之间的距离；Θ： 天线垂直半功率角的一半；Β ： 天线的下倾角）。
一般小区楼距在50米以内，假设使用定向天线，垂直半功率角30度，下倾5度，则主瓣可覆盖9层楼。即建议每隔9层楼设置一面天线。
5 其它覆盖方式
在依靠常规建设方式难以全覆盖时，还可以考虑一些新的方法。
5.1 有线电视线、五类线
利用现在每家必有的信号线将信号直接耦合入户，可有效解决深度覆盖问题。目前直放站由于干扰问题已经越来越少，而利用有线电视线、五类线的技术和产品都已经较为成熟，在各大地市亦有使用。
5.2 电话线、电力线
电话线（ADSL）、电力线（PLC）都是一般家庭的标配线路，目前的技术已经能提供数据业务，但还不能提供GSM語音。
随着电力线通信国际标准的发展，其可承载带宽将越来越大，在不久的将来或能满足传送射频信号的需求。
5.3 泄露电缆
利用泄漏电缆，在楼外沿墙布放，利用窗户、阳台将信号送入室内，具有布线简单、覆盖好的特点。但施工安全、造价及信号外泄等较普通室分影响要大。
5.4 预埋馈线入户
根据2008年住房建设部要求，今后将逐渐取消毛坯房，向消费者提供全装修成品房，而目前的装修一般会默认安装网线、电话线、有线电视，运营商可考虑介入装修弱电安装阶段，将通信同轴电缆预埋进入用户客厅和书房，并使用设计成插座、网孔的小天线，则可解决绝大部分的深度覆盖问题。
5.5 暖气安装方式
预埋馈线是通过弱电管道布线，对毛坯房或业主会进行二次装修的房屋则无法使用。可以与房地产开发商，将信号入户的安装时间提前，在进行墙面建设就进行安装，采用平面薄膜天线，通过墙暖或地暖的方式，进行信号引入。
墙暖、地暖是采用碳晶片，总厚度仅1厘米，可安装在饰材之下，也可安装在天花，不占面积。
6 总结
室内深度覆盖长期以来一直是困难问题，单纯倚靠室内分布或室外基站，都很难做到全面的信号覆盖，因此需综合尝试多种手段、多步骤来满足，具体可总结为：能做室分尽量用室分，但要选对天线、放对位置、放够数量、放够高度、设够功率；室分不够室外补：充分考虑天线波瓣特征、天线倾角、布放密度来适合不同的场景；深度盲区靠入户：设备要小型、传输巧借用，以减小入户受到的用户阻力。