作者：江苏省邮电规划设计院有限责任公司 张若文
1 前言
随着经济的发展与城市的建设，城市中的星级宾馆、重要写字楼、大型购物商场、体育场馆等数量逐渐增多，建筑面积多数在数万平方米以上，建筑材料多以钢筋混凝土为骨架，外装修封闭，室内情况复杂，极不利于无线信号的覆盖，使室内通话质量严重下降。同时，用户对移动通信服务质量的要求越来越高，不再仅满足于良好的室外移动通信服务，也要求在室内能享受优质的服务，因此解决重要场所的深度覆盖问题势在必行。
解决建筑物的深度覆盖最有效的方法就是建设室内分布系统，室内分布系统主要由信号源和分布系统两部分组成。
2 室内分布系统的分类
根据传输介质的不同，分布系统可分为电分布系统和光纤分布系统。根据使用器件的不同，电分布系统又可分为无源分布系统、有源分布系统和泄漏电缆分布系统。
2.1电分布系统
在电分布系统中，信号源通过馈线和功率分配器件将信号传输到各个室内发射天线进行覆盖，其中可根据信号衰减的程度增加干线放大器。系统除信号源和干线放大 器外全由无源器件组成，未进行功率放大的电分布系统为无源分布系统；使用了干线放大器等有源器件，在信号的传输中进行了信号放大的电分布系统为有源分布系 统。
（１）无源电分布系统
无源电分布系统除信号源外主要由耦合器、功率分配器、合路器、衰减器、负载、泄漏电缆、室内天线、馈线等无源器件组成。
无源室内分布系统由于信号功率不经过放大，信号源提供的功率有限，同时考虑到上行信号的传播，有效服务范围不可能无限大，一般可以覆盖十几层楼，建筑面积在8000～10000m2左右。
（２）有源电分布系统
在服务区域较大的情况下，为了弥补分布系统中信号功率的衰减，保证末端天线口的功率，在必要的位置需进行功率放大，加装干线放大器或使用有源天线、变频器等有源器件增加功率。
由于干线放大器的加入会引起噪声，多级干线放大器级联会形成噪声的累积，影响系统质量，所以在设计中一般不采用级联干线放大器的方式。采用干线放大器补偿功率的损耗是有限的，系统可达到的覆盖范围仍然受到功率和上行信号损耗的限制。
（3）泄漏电缆分布系统
泄漏电缆分布系统是电分布系统的一种特殊形式，它将所提取的信源信号通过耦合器、功分器等无源器件进行分路后，送入泄漏电缆中。这种方式主要适用于地铁及 隧道等狭长且有弯道的通道型室内区域。泄漏电缆室内分布系统安装方便，但造价高，对电缆的性能要求高，使用较少。
2.2光纤分布系统
由于电分布系统受到功率和上行信号损耗的限制，服务区域有限，在服务区域间隔距离远、需要覆盖的区域面积大的情况下，采用光纤室内分布系统较为有利。光纤 室内分布系统引入了光电转换器和光纤，信号先由电光转换器转换成光信号在光纤中传输到覆盖端，再通过光电转换器转换成电信号， 经过放大后送进天线。光纤的传输损耗小，不受电磁干扰，布线比同轴电缆方便，适合远距离的信号传输以及大型建筑物的室内覆盖，但成本高，维护要求也较高。 在实际应用中，为节省成本，一般以电分布系统为主，在需要进行信号延伸时引入光纤系统组成混合室内分布系统，以扩大系统的服务范围。
3 室内分布系统信号源的分类
室内分布系统可选用宏蜂窝基站、微蜂窝基站、直放站作为信号源，通过一个特定的接口取得信号，即需要信源接入。信号源接入主要有3种方式：宏蜂窝基站直接耦合、微蜂窝基站直接接入、无线或光纤直放站提供信号源。
（1）宏蜂窝基站直接耦合：从附近的宏蜂窝基站用耦合器或分路器获取一定比例的信号，接入室内分布系统。该方式适用于距离基站较近的分布系统。耦合的特点 是信号不会泄漏到外界空间，避免了干扰，成本低、工程施工方便，并且占地面积小。但采用直接耦合方式限制了系统信号源的位置，在室内话务较低时基站话务利 用率低，对无线指标尤其是掉话率的影响比较明显。
（2）微蜂窝基站直接接入：由微蜂窝直接将信号接入室内分布系统。微蜂窝基站覆盖范围小，发射功率低，功耗低，机架也较小。改善高话务量地区的室内信号覆盖，微蜂窝是最佳解决方案。微蜂窝方式的通话质量比宏蜂窝方式要高出许多，对宏蜂窝无线指标的影响甚小，并且具有增加网络容量的效果。
（3）无线或光纤直放站：在室外站存在富余容量的情况下，通过直放站将室外信号引入室内的覆盖盲区。直放站提取信号源信号主要有3种方法：
通过直放站的施主天线直接从附近基站提取信号；
用耦合器从附近基站耦合部分信号通过光纤传送到盲区内的直放站；
用耦合器从附近基站耦合部分信号通过电缆传送到盲区内的直放站。
室内分布系统在选择信号源时，主要应根据无线环境、要服务区域的话务情况和所选室内分布系统类型确定。对较小的室内分布系统，在话务量较低时可选用直放站 从周边小区耦合信号；对较大的室内分布系统，根据其可能达到的话务情况及安装条件选用微蜂窝或宏蜂窝基站作为信号源。
4 室内分布系统的建设原则
（1）建设的室内分布系统无源部分应可兼容GSM900MHz和GSM1 800 MHz频段，对有CDMA网络的运营商（如中国联通）还应兼容CDMA 800 MHz频段；有源部分（如干放等）应留有合路平台，分别接入相应的有源设备。
（2）对于话务量需求不大、面积较小的场所，宜采用直放站作信号源，用同轴电缆作为信号传输媒介的无源系统方案，既保证覆盖效果，又节约投资。对于话务量 需求较大的大型场所，宜选用基站（宏蜂窝或微蜂窝）作室内分布系统的信号源。对于通信质量要求特别高的高档酒店、写字楼、政府机构等场所，可以考虑采用微 蜂窝基站做信号源的光纤室内分布系统或有源电缆方案，来保证高质量的覆盖效果。
（3）服务区域内的信号强度、语音质量和运行指标按照实际需要预先指定。在室内有干扰区域，微蜂窝信号应高于室外信号及干扰信号5～10dB，以保证室内 信号的质量，同时也应尽量避免室内信号的对外泄漏造成对宏蜂窝信号的干扰。在施工中加以保证，并在建设后的验收中进行评估。
（4）充分利用现网资源，CDMA网室内分布系统尽量与GSM网室内分布系统共址建设，尽可能发挥现有通信设施的作用，避免重复投资，努力降低建设成本和运营成本。
（5）在信号杂乱且不稳定的室内无线环境中，避免使用直放站引入基站信号，代之以微蜂窝或宏蜂窝基站作为信号源。
（6）在室内信号较弱或为覆盖盲区的环境中，如果通过定向天线可以取得较纯净且稳定的基站信号，可以考虑采用直放站作为室内分布系统的信号引入设备。例如 隧道、地铁车站、地下商场、酒吧等场所，可以考虑用室内直放站引入基站信号，但必须考虑基站的容量和直放站对室外覆盖的干扰问题。
（7）满足国家有关环保要求，电磁辐射值满足国家标准《电磁辐射防护规定》，即国标GB8702－88的规定，采用的设备与材料及产生的物质对环境无污染，所用设备应达到环保部门对噪音指标的要求。
5 室内分布系统的设计流程
室内分布系统的设计主要分为查勘和设计两个阶段。本文以成都市中心某百货大楼为例说明室内分布系统的设计流程。
5.1查勘阶段
在查勘阶段应对站点的情况作充分的了解，测试站点的无线网络环境，并形成查勘报告。查勘报告应包括站点概况、站点话务量调研、站点无线网络环境测试、站点建筑结构调研及室内覆盖方案等内容。
（1）站点概况
首先要了解站点的名称、地理位置、性质、各层用途、建筑规模、建筑结构，总体评估通话质量状况，见表1。
表1 GSM/CDMA楼宇室内覆盖查勘测试信息
（２）站点话务量及周围基站情况调研
若建筑物已投入使用，应对现有用户数、用户价值进行调查，并预测潜在用户数。若建筑物刚建成尚未使用，应对未来的用户数进行预估。此外，还要调查周围现有基站的位置、配置等信息。
该站点建筑物已经投入使用，每天商场的人流量有数万人次，商务酒店的平均入住率也能达到80%以上，属于人口非常密集的区域。该站点附近有2个宏基站，话务量也非常高。
（３）站点无线网络环境测试
对站点的情况进行调查后，若确定要建设室内分布系统，则需要对建筑内的各处进行CQT测试，见表２。
表２ 无线网络测试结果
由于该大厦所处的地理位置及内部建筑结构的影响，大厦内信号偏弱，很多地方根本没有信号，形成信号盲区。CQT拨打测试表明CDMA、GSM网络通话质量差，易掉话，部分地方不能拨打，用户感受度差。
（４）站点建筑结构调研
向业主索取建筑结构平面图，记录弱电/强电井道位置、移动通信机房位置、层高、吊顶材料，记录覆盖禁忌区，对天馈系统路由可行性进行调查，对设备安装位置的环境进行调查。
（５）确定站点室内覆盖方案
根据站点各楼层的信号覆盖情况和用户分布，确定站点的覆盖方案。该站点由商场和酒店组成，人流量很大，大多数楼层都选择全覆盖，总覆盖面积达到了8万多平方米，见表３和表４。
表３ 建筑物覆盖说明
5.2设计阶段
5.2.1信号源的选型
根据站点的预测话务量、室内覆盖建设规模、站点无线网络状况等选择合适的信号源。可参考室内话务量预测模型预测建筑物的话务量。预测模型分为写字楼模型、商场模型和会展中心模型３种。
模型中各参数定义如下：
ρBH为话务总量(Erl)，ρm为单用户忙时话务量(Erl)，Sa为建筑面积(m2)，Pem为同网络用户手机拥有率，Peu为实用面积比率，Nm为每平方米人数。
ρBH＝Sa×Peu×Nm×Pem×ρm
写字楼模型中，Peu根据情况取60%～80%，Nm根据情况取
0.03～0.08，移动用户Pem为70%，联通用户Pem为20%，ρm一般取0.01Erl。
商场模型中，Peu根据情况取35%～45%，Nm根据情况取0.3～0.4，移动用户Pem为55%，联通用户Pem为15%，ρm一般取
0.02Erl。
会展中心模型中，Peu根据情况取40%～50%，Nm根据情况取0.3～0.4；移动用户Pem为75%，联通用户Pem为20%，ρm一般取0.015Erl。
该站点根据商场话务量预测模型得到预测话务量约为25Erl，再考虑到建筑物位于成都市中心，人流量非常大，因此选用微蜂窝作信号源。
5.2.2分布系统类型
根据站点的实际查勘情况选择使用电分布系统或者光纤分布系统。考虑到建设成本的原因，该站点选用电分布系统。另外，由于该站点覆盖面积达到了8万多平方米，为了保证天线口的输出功率，建议使用干线放大器，因此，该站点分布系统属于有源电分布系统。
5.2.3系统方案设计
根据站点的查勘情况设计系统方案，系统方案中应包括系统框架图、天线位置分布图、所使用的分路器和耦合器等器件的种类、所使用的馈线种类、天线型号等。
（1）馈线
考虑到施工可行性和功率分配的合理性，主干馈线、楼层布线一般采用1/2英寸同轴电缆馈线，损耗为－8dB/（100m，900MHz）。
（2）天线位置、数量和输出功率
通过覆盖测试来确定天线的位置、数量和输出功率。将模拟发射天线放置在多个预设的天线点位处，调整天线的发射功率，然后测试多个区域的场强，最终确定天线 的点位和天线输出功率。在工程中应合理设定天线的位置、数量和输出功率，保证使用较少的天线，较小的输出功率，来达到良好的覆盖效果。该站点选用全向吸顶 天线(3dBi)210副、定向天线(9dBi)7副,天线口功率范围为5～15dBm。
（3）场强与信号功率控制情况
由于高层切换频繁，上线困难，掉话率高，设计中尽量作到室内场强均匀，信号强度好。
（4）噪声影响
尽量少使用干线放大器，以减少噪声的引入。
（5）干扰问题
为建立较完美的无线覆盖网络，在设计时应兼顾边缘场强的计算，保证不会产生明显的信号泄漏。该站点边缘场强采取二级设定，地面楼层的边缘场强大于 －85dBm。楼内天线的设计（输出功率、数量、位置）保证信号泄漏到楼外10m处的信号电平下降到－85dBm以下,从而使信号的泄漏不会对室外形成干 扰。
（6）施工难度
根据实现难度和施工效率，合理安排走线。
（7）扩容考虑
考虑将来的扩容以及3G时代的即将到来，所有无源器件及天馈系列均采用宽频器件，在设计时预留一定的功率分配余量。
5.2.4频率规划
频率的选择（特别是BCCH）应该参考现场查勘时的扫频结果。如果开通前周围网络频率规划变化过大，建议重新进行扫频测试工作。从长远角度来看，室内分布 系统将会越来越多，配置也会越来越大。专门的频点分配非常重要，专门指定的频点不但有利于频率规划，而且对节约室内覆盖的投资也很有帮助。
5.2.5设计技术指标
（1）话务吸收：覆盖区域内95%的话务量由分布系统吸收处理。
（2）覆盖区域：楼内95%以上的面积由系统覆盖。
（3）覆盖场强：95%以上的区域场强应≥－75dBm。
（4）兼容性：无源系统必须能同时满足GSM900MHz和GSM1 800 MHz要求，对有CDMA网络的运营商（如中国联通）还应兼容CDMA 800 MHz频段。
（5）设计指标：掉话率≤1%；呼叫建立成功率＞97%；楼梯场强＞－94dBm；电梯场强＞
－90dBm；室外—室内切换无掉话；电梯外—电梯内切换无掉话；有源设备的上行噪声引入不影响GSM基站接收机信噪比。
5.2.6工程费用预算
在保证质量的前提下，尽量选用经济的设备和造价低的设计方案。