[分享]生活小区深度覆盖及容量解决方案

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生活小区深度覆盖及容量解决方案1    概述
生活小区（即居民住宅小区）解决方案是HUAWEI企业为针对当前运营商正在实施的方兴未艾的边际网战略所提出的新概念，其实质是特殊场合的点或面的覆盖。当前生活小区一般室外可以覆盖或勉强可以覆盖，但室内尤其是1、2层室内覆盖较差。生活小区解决方案一方面可以解决室内深度覆盖问题，另一方面可以充分吸取这类区域的话务，缓解现有网络容量压力。
1.1     生活小区的无线环境特点
生活小区的特点是建筑物排列比较规则，按楼层高度可以分为：高层（小高层）住宅区，9层以上；普通（多层）住宅区，5～7层；别墅区和低矮住宅区，4层以下。
按建筑密度可分为：高密度住宅区，楼间距10米以内；中等密度住宅区，楼间距10~20米；低密度住宅区，楼间距 20米以上。

   按建筑材料分：混凝土框架结构；砖混结构；新型空心砖墙壁。
另外受气候影响，各地建筑物墙壁的厚度差别较大。总的来说，南方地区墙壁较薄，一般为24、37cm；而北方墙壁较厚，一般大于49cm。
在高档住宅小区通常有地下停车场，这部分目前基本无覆盖。

   1.2     生活小区覆盖目前存在的问题
如上所述，覆盖电平的大小受小区内建筑物的密度、高度，以及墙壁厚度、材料等因素影响很大。
由于受多径影响，周围基站提供生活小区内的覆盖通常存在一些盲点/区，尤其是室内1、2层。3、4层以上的室内覆盖通常能够满足通话要求。但对于高层室内往往由于来自周围多个小区的信号都很强反而产生干扰等问题。另外，周围宏蜂窝小区的富余容量有限，对于较大的住宅区难以满足其容量要求。
随着人们生活质量要求的提高，人们对电磁辐射也越来越关注。要在住宅区内找到合适的站址十分困难，居民对安装在小区内的天线也十分敏感。

   1.3   生活小区解决方案
HUAWEI企业的微蜂窝解决方案采用微蜂窝小区覆盖技术来改善生活小区建筑物之间和建筑物之内的覆盖并吸取话务。其技术特点包括：

   1.   采用微蜂窝结构（这里是指网络规划概念上的微蜂窝，与具体产品无关）；

   2.   根据容量需要选择连续覆盖或点覆盖；

   3.   采用室外型微蜂窝专用小天线，避免周围居民对辐射的敏感；

   4.   特别规划天线安装位置，提高微蜂窝密度，降低相互间干扰。

   2    系统设计
系统设计需要综合考虑无线传播环境、BTS设备性能、天线、站址、网络建设要求等方面因素，对于生活小区这样特殊的应用场合更要如此。

   2.1    生活小区覆盖和容量设计思路
生活小区通常用户多，话务量大，采用直放站不能解决当前GSM网络的容量需求问题，因此需要引入能够增加容量的BTS。
生活小区规划的关键之处在于既要满足室内覆盖（包括第一、二层）和话务吸取要求，又要避免与原有基站之间的相互干扰。如果能够把基站信号限制生活小区之内，就不会与周期其它基站形成相互干扰，这一点对于频率紧张的联通GSM900尤其重要。要到达这一目的，就需要在微蜂窝站址分布、站址选择、天线选型等方面结合生活小区的特点进行设计，以同时满足建筑物底层覆盖和高层覆盖的需求。另外还要规划合适的频点以避免与已有网络相互干扰。
实际规划时，可以先按微蜂窝点覆盖方案设计，当运营商条件成熟时，采用微蜂窝连续覆盖。
推荐：微蜂窝+点覆盖+小型天线 / 微蜂窝+连续覆盖+小型天线

   2.2     站址选择
规划生活小区这种特殊应用环境，站址选择要有讲究，实地察看并进行信号路测是必不可少的。前面已经提到，在生活小区内安装天线困难，因此在选择天线安装位置时需要仔细考虑。当采用微蜂窝方案时，站址通常选择在生活小区内，并尽可能选择在离覆盖存在问题的区域近的地方。建议天线安装位置：

   1.  在建筑物外墙壁（而不是楼顶）上；

   2.  在生活小区内的路灯柱上或另加水泥柱；

   3.  在地下车库内室内分布系统。

   2.3     天线选择
当选择墙壁安装位置时，可以直接利用微蜂窝基站的内置天线，也可以选择其它小尺寸天线。针对生活小区覆盖特点，选择微蜂窝天线型号时应主要考虑如下因素：增益、水平波束宽度、垂直波束宽度、极化方式、视觉效果（尺寸、外形、重量）。

   2.3.1    增益
微蜂窝天线增益建议选择低于9dBi的小尺寸天线。微蜂窝覆盖范围小，安装位置距重点覆盖区域也很近，天线增益可以低一些。而增益大于10dBi的天线尺寸也通常较大，容易引起居民的反对。

   2.3.2   水平、垂直波束宽度
当微蜂窝天线安装在墙壁上时，天线挂高低于周围建筑物高度，为了既能充分覆盖低层室内部分，又能兼顾楼层较高部分的室内覆盖，根据楼层高度不同，可以选择垂直波束宽度范围35~80°的定向天线。水平波束宽度的考虑与微蜂窝天线的安装位置及其覆盖目标有关。可以选择水平波束宽度60~150 °的定向天线，或者全向天线、双向天线（即8字形天线）。

   2.3.3    极化方式
微蜂窝天线可以选择垂直极化或双极化方式。因生活小区中的微蜂窝覆盖范围较小，可以不考虑分集接收，因此采用垂直极化天线一般即可满足要求。

   2.3.4    天线视觉效果
安装在生活小区的微蜂窝天线对天线美观性要特别关注。尺寸要小，外观要与周围建筑物协调，使其不太惹人注目。另外天线重量要轻，使其易于在墙壁或路灯柱上安装。当天线本身颜色与周围建筑物反差较大时，可以给天线喷上相同颜色。

   2.4     覆盖估计
生活小区微蜂窝的覆盖范围小于1km，进行覆盖预测时需要有微蜂窝传播模型和5m以下的高精度数字地图。这样的数字地图十分昂贵，出于国家安全因素，在某些地区也难以购买到这样高精度的地图。
目前常用的做法是采用实测方法。方法如下：

   1.  对生活小区内现有覆盖状况进行测试；

   2.  确定覆盖不好的区域（信号电平低于接收门限）；

   3.  选择候选站址，优先选择覆盖差的位置；

   4.  在候选站址安装测试信号发射机进行验证测量，并选出最佳候选站址。
对将要建设的网络进行覆盖预测或估计的目的是在保证覆盖的前提下，使所需基站数量最少。如采用不连续的点覆盖方案，则直接找到覆盖差的位置安装微蜂窝即可；如要实现微蜂窝连续覆盖，则建议进行验证测量。
为了更好地提供立体覆盖，建议天线安装在墙角，且高度在：
天线安装方位角如下图所示：


图1 微蜂窝天线安装位置（俯视图）
当生活小区规模较大且楼群排列规则时：

图2 微蜂窝天线安装位置（俯视图）
天线安装在墙角的好处是：天线主瓣可以直接辐射到楼之间的空隙。一般应该避免天线主瓣直接正对着附近楼房的墙壁。为使频率可以在这些微蜂窝之间复用，天线方向应尽量保持一致。当然也可以采用功分器（Cell Splitter）用一个小区提供两个方向的覆盖（如上图所示），但要注意频率利用效率会降低，同时有额外的功分器带来的3dB损耗。对于这种楼群排列规则的生活小区，天线建议选择水平波束宽度90~120 °、垂直波束宽度30 °以上的定向小天线。
也可以考虑路灯柱上安装微蜂窝天线：
  
图3 微蜂窝天线安装位置
当楼群排列不规则时，天线可以安装在某一大楼的墙壁上，正对对面的建筑物墙壁，利用其反射信号提供覆盖。天线安装高度原则与上面相同。


图4 微蜂窝天线安装位置
建议选择水平波束90 °以上、垂直波束30 °以上的天线。

   2.5     容量规划
按GOS = 2%，0.02Erl/user 计算，一个1TRX的BTS3001C能够容纳147个用户，一个2TRX的BTS22C能够容纳410个用户。
在确定选择BTS22C和BTS3001C之后，根据生活小区内所需提供服务的用户数量，结合生活小区的面积，及每个微蜂窝的覆盖面积，就可以计算出需要多少个微蜂窝。在规划容量时需要留有一定余量（一般按75~85%计）。
例如：某大型生活小区面积0.7km2，话务密度为10000用户/km2，则该生活小区的总用户数为7000，需要约20个BTS22C微蜂窝基站才能满足容量要求（为简单起见假设用户均匀分布）；如果采用S2的定向微蜂窝基站，需要的覆盖面积为0.035km2，小区半径约为54m（由于是单扇区结构，这里的小区半径等同于站间距）。

   2.6    频率规划
对于多数GSM900网络，没有预留微蜂窝频点。对于中国移动可以要求提供单独的微蜂窝频点，但对中国联通而言，绝大多数场合只能“偷频”。为避免干扰，尽可能使用宏蜂窝BCCH频点。对于采用3个微蜂窝以上的生活小区至少需要3个不受干扰的频点用作微蜂窝的BCCH频点。当每个小区有2个TRX时（BTS22C），需要额外增加3个频点。至少共需要6个频点。对于点覆盖方案，如采用BTS3001C只需要1个不受干扰的频点。
因目前GSM1800的频点比较富余，采用1800的微蜂窝将使干扰减小。需要的微蜂窝基站数量将略有增加。

   2.7     小区参数考虑
在已有的宏蜂窝网络中引入生活小区的微蜂窝网络，因为一般要涉及微蜂窝BSC和宏蜂窝BSC的配合，需要考虑在两个网络间位置更新、重选、切换带来的对网络的影响。还要考虑微蜂窝网络自身容量小，必须控制好话务。因此在小区参数设置上要适当，并根据实际的网络情况加以调整，使生活小区内微蜂窝网络的性能达到最佳。如前所述，在生活小区里的微蜂窝有点覆盖和连续覆盖两种形式，所采用的参数配置策略稍有不同。点覆盖的设计简单，连续覆盖可以采用分层结构，使微蜂窝层比宏蜂窝层的优先级高，使生活小区内的用户在微蜂窝层上进行通话。
在微蜂窝上的话务控制方面可采用的策略是：

   1.  通过CRO等系统参数的设定，当用户在空闲状态下进行小区重选的时候，使生活小区的微蜂窝拥有更高的优先级，使用户尽可能驻留在微蜂窝上。

   2.  当手机在呼叫建立过程中，通过直接重试可以调整话务的分配；

   3.  在通话状态下，通过小区分层和在同一层区分不同的级别，使生活小区内的用户尽量切换到微蜂窝层上完成通话。

   2.7.1   位置更新参数
当宏蜂窝与微蜂窝不是同一个位置区时，微蜂窝和宏蜂窝之间就会有位置更新，不必要的频繁的位置更新会占用许多网络资源，影响网络性能。位置区不同时，建议设置“小区重选滞后”值10dB（实际应用时应根据网络实际情况调整），减少位置更新次数。为了减少位置更新的次数，建议将微蜂窝和宏蜂窝所在的位置区设置为同一位置区（这就要求微蜂窝所在的BSC与周围宏蜂窝所在的BSC属于同一个MSC）。

   2.7.2    小区重选参数
作为生活小区微蜂窝的话务控制手段，通常做法是通过设置手机的接入电平门限、CRO、TO，使手机在空闲状态尽可能驻留在微蜂窝小区上。为了使手机在重选时尽可能驻留在微蜂窝上，建议设置CRO为10dB，使小区内微蜂窝的C2值高于周围宏蜂窝的C2值，调整CRO可以改变空闲状态手机驻留在微蜂窝上的数量范围。但当微蜂窝没有实现连续覆盖时，手机仍会频繁地在微蜂窝和宏蜂窝小区上重选。

   2.7.3    HCS结构
采用分层网（HCS）结构把宏蜂窝和微蜂窝设置成不同层级，通过分层分级的切换算法，对微蜂窝和宏蜂窝上的话务进行控制，使生活小区内的用户在微蜂窝层上进行通话。

   2.7.4    切换参数
实现生活小区微蜂窝与周围宏蜂窝网络间的良好配合，以保持良好的通话质量，处理好切换关系是重要的。对于连续覆盖的微蜂窝层，只设置边缘的微蜂窝小区与外围的宏蜂窝小区有切换关系，以减少微蜂窝与宏蜂窝之间的切换。通过在切换参数上设置适当的切换门限和切换统计时长，切换迟滞等参数减少小区内微蜂窝与宏蜂窝的切换次数，而又不影响在微蜂窝与宏蜂窝的边缘的正常切换。建议从宏蜂窝到微蜂窝切换的最小电平门限设为-85dBm，该值可以根据实际测量值调整。

   2.7.5  功率控制和DTX
   为了减少微蜂窝的干扰，建议打开微蜂窝和周围宏蜂窝的动态功率控制和DTX功能。

   2.8     接收信号强度
连续覆盖时，使微蜂窝信号强度高于宏蜂窝信号10dB以上，使来自微蜂窝的信号有余量克服信号的突然衰落导致的重选、切换和位置更新。

   3    总结
生活小区解决方案是有效解决生活小区的室内覆盖的技术之一。同时，该方案可以提高基站分布密度，在不新增频率资源的前提下大幅度增加网络容量。