行者孫
弼馬溫？？？
圖1
圖2
針對現在許多大城市高樓密集和建築物內的移動用戶較多的現狀，單依靠室外宏蜂窩基站對其覆蓋已經不能滿足網絡覆蓋、容量和質量的要求。主要存在以下一些問題。
◇覆蓋方麵：3G工作在超短波頻段，而且電波的繞射能力差，穿透損耗較大，導致網絡的深層次覆蓋存在著缺陷，產生信號的弱區或盲區，如在建築物電梯間、地下停車場和地鐵等。
◇容量方麵：一些建築物如超市、會議中心等，由於用戶密度過大，CDMA網絡用戶底部噪聲大大抬高，GSM擁塞嚴重，導致容量有限。
◇質量方麵：由於頻率幹擾、導頻汙染和乒乓效應等導致小區的信號不穩定，話音質量難以保證，甚至發生掉話。
對運營商而言，大量使用室內覆蓋係統，可以爭奪室內的話務量，開拓新的話務量。據DoCoMo的統計，實施室內覆蓋的建築物內話務量增大了1.43倍。同時室內覆蓋還可以用於分散過密地區的網絡壓力，解決高端用戶密集城區覆蓋問題，減少室外基站的數量和配置，降低室外網絡的整體幹擾水平，從而提高整個係統的容量，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。
與3G其他製式的係統一樣，TD-SCDMA在布網的過程中也無法回避室內覆蓋的問題。同樣受限於IMT-2000頻段無線電波的傳播特性和建築物的材質，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。解決問題的最有效方法是引入室內分布係統。
一、室內分布係統的組成
室內分布係統即針對建築物內的移動用戶，解決其通信網絡覆蓋的一種方案。利用室內分布係統將基站信號均勻地覆蓋到室內盲區，以保證室內區域都擁有理想的信號覆蓋。圖3是通過無線同頻直放站引入信號源，再由耦合器、功分器、幹線放大器、室內分布式天線等組成的室內分布係統的示意圖。
圖3 直放站的室內分布係統示意圖
室內分布係統主要由信號源,信號的傳輸和分布係統以及幹線放大器、功分器、耦合器、室內天線等部分組成。按照信號源的不同可以分為宏蜂窩、微蜂窩、直放站、射頻拉遠等。傳輸介質有光纖、同軸電纜和泄漏電纜等。同時設備又分為有源設備和無源設備；天線分為全向天線和定向天線等。
TD-SCDMA的室內分布係統結構與傳統的分布係統類似，主要由三部分組成：信號源，傳輸和分布係統，元器件和天線。TD-SCDMA的室內分布係統可以與其他係統共享相同的單元。由於室內傳播環境和工程上的考慮，智能天線並未引入到室內分布係統的覆蓋中。
在TD-SCDMA的室內分布係統的設計和建設過程中，應該根據覆蓋的目標、服務的類型、工程成本等方麵的要求綜合考慮，選取適當的信號源、元器件和傳輸介質等。
1.信號源
通常可以選作為室內覆蓋的信號源有宏蜂窩基站，微蜂窩基站，直放站和射頻拉遠單元等。
◇宏蜂窩基站
直接采用室外的宏蜂窩基站作為信號源。在密集城區為了深度覆蓋而采用該方式時，需要留出15dB～20dB的穿透損耗餘量，這部分的餘量直接導致小區的半徑縮小，站點數量增加。但是即便如此，室內覆蓋的效果仍然較差，存在大量的覆蓋盲區，另外嚴重的導頻汙染使用戶接收多個強幹擾，3G業務在室內達不到預期的使用效果。最重要的是其網絡容量有限，接通率低。基站的發射功率很大一部分消耗在穿透損耗上，影響了係統的容量。它適用於建築物的電磁密閉性較差或建築物較為稀疏而且話務量較低的場景。
◇微蜂窩基站
采用獨立的微蜂窩基站作為信號源，可以獨立承載話務量，並且可以分擔宏蜂窩小區的話務量。該方式雖然需要傳輸和供電設備，但是實施簡單，無需機房資源，更重要的是能夠提供更多的網絡資源，信號穩定幹淨，抑製導頻汙染，可以靈活結合具體室內分布係統來實現室內覆蓋。因此，該方式通常應用於麵積較大或者人流比較大、話務量比較高的室內覆蓋，如大型購物廣場、候機廳等，但是建設的成本比較高。
◇直放站
采用直放站作為信號源，分為空間直放站和光纖直放站兩種。它隻是通過直放站收發係統將室外的宏基站的信號引入到室內，共享基站的基帶處理能力，並不增加係統的容量，適合在話務量不高的室內環境中。穩定、信號質量好的信號源，可以使用空間直放站作為信號源，但是易受到周圍的無線環境影響及宏基站的穩定性限製。相比之下光纖直放站能夠解決以上的問題，但要受到光纖條件限製。直放站的優點是投資省、安裝方便快捷，可以很快地解決信號弱和盲區問題。缺點是通過定向天線難以取得單一純淨的信號，係統的話音質量相對於蜂窩係統較差，且易造成對其他基站的幹擾。直放站作為一種實現無線覆蓋的輔助技術手段可以利用較少的投資和較短的周期，迅速擴大無線覆蓋範圍和解決盲區覆蓋。
對於TD-SCDMA係統，由於采用TDD模式上下行處於同一個頻點的不同時隙，所以對其的發射端和接收端的隔離度、上下行發射的定時、與室外基站的同步方麵有較高的要求。直放站在放大轉發上行信號過程中會增加信號的傳輸時延，對於信號質量有可能產生負麵影響。對於TD-SCDMA係統中直放站的使用有待進一步研究。
◇射頻拉遠單元(RRU)
該方式可以提供接近微蜂窩基站作為信號源的覆蓋效果，即將基站中的射頻部分取出通過光纖與基站中的數字基帶部分相連，剩下的控製加基帶部分被稱為支持遠端模塊的“宿主基站”。遠端模塊共享宿主基站的基帶資源。RRU避免了直放站信號的簡單重複放大，且不像直放站僅改變原有扇區的覆蓋拓撲，而是占用一定的基帶資源提供容量服務，不會產生直放站的接收底噪抬升以至飽和自激的問題。優點在於建設的成本較低，無需嚴格的機房和建站條件，可以靈活地結合具體的室內覆蓋係統，並且配置和實施十分靈活。缺點是要仔細核算基站的基帶所能承載的處理能力，同時遠端無線接入設備需要獨立的傳輸和供電設備。
對於TD-SCDMA係統，射頻電纜在2GHz以上頻段的損耗比較大，拉遠距離短，一般在60m左右；且射頻電纜數量多，也相應帶動其他輔材數量的增加，給基站成本很大壓力；而射頻拉遠技術在降低饋線損耗和電纜數量及安裝難度控製等方麵麵臨著極大的困難，導致了建設成本偏高的後果。TD-SCDMA網絡中每個宏峰窩基站(一套天線)的覆蓋半徑隻能有1～3km，在城市內高樓林立的地區覆蓋半徑還要小得多，為實現完好的覆蓋，就必須架設大量的基站。
TD-SCDMA係統中，采用中頻拉遠方案就可以很好地解決上述問題，即將無線基站中的模擬射頻收發部分與無線基站的基帶數字信號處理部分在模擬中頻處分開，形成遠端射頻前端設備與室內單元。中頻拉遠技術通過基站室內單元的模擬中頻接口，將射頻的收發信機拉遠至天線附近。下行方向將中頻信號傳輸到射頻前端，經混頻後轉換為射頻信號，再由天線發射；上行方向將從天線發射過來的射頻信號在前端混頻為中頻信號，通過中頻傳輸係統傳回到基站室內單元。遠端射頻前端設備與室內單元間可以用有線和無線傳輸手段相連接。其介質可以是中頻電纜、光纖等。與傳統的射頻拉遠技術相比，中頻拉遠技術具有以下顯著的優點：電纜數量少、傳輸距離遠、組網靈活、成本大幅降低等。
針對以上關於室內覆蓋的信號源的介紹，我們對一些特定方案下的典型場景提出了解決方案，如表1所示。
2.傳輸介質和分布係統
傳輸介質和分布係統作為室內覆蓋係統的重要組成部分，主要有同軸電纜，光纖和泄漏電纜三種。
◇同軸電纜
同軸電纜是最為常用的材料，其優點是性能穩定、造價便宜、設計方案靈活、易於維護和進行線路調整、工作頻段合適、可以兼容多種製式的係統，但覆蓋範圍受同軸電纜的傳輸損耗的限製，傳輸保密性差。大型同軸電纜室內分布係統通常需要多個幹線放大器作為信號的放大接力。
◇光纖
光纖的路損較小，不加幹線放大器也可以將信號送到多個區域，保證足夠的信號強度，性能穩定可靠，傳輸容量較大，易於設計和安裝，可兼容多種移動通信係統。但是在建設的過程中需要增加專門的電轉光，光轉電設備，且依賴於遠端供電。在TD-SCDMA室內分布係統中還有一個問題是光電互換時存在時延，需要在使用中引起注意。
◇泄漏電纜
由導體、絕緣介質和開有周期性槽孔的外導體組成。電磁波在泄漏電纜中縱向傳輸的同時通過槽孔向外界輻射電磁波；外界的電磁場也可以通過槽孔感應到泄漏電纜內部並送到接收端。泄漏電纜提供的是功率低、輻射均勻的“霧狀”覆蓋。優點是信號強度均勻，缺點是較高的電纜傳輸損耗，需要較強的信號輸入；安裝技術要求較高，每隔1m就要求裝一個掛鉤，懸掛起來時電纜不能貼著牆麵，而且至少要與牆麵保持2cm的距離，不但影響美觀，而且價格是普通電纜的2倍。它多用於一些特殊場景下，因為普通天線無法實現較好的覆蓋，如豎井，隧道，地鐵等。
3.元器件和天線
除了信號源，傳輸介質和分布係統之外，室內分布係統還需要功分器，耦合器，幹線放大器和天線等器件。
◇功分器和耦合器
主要有無源和有源(功分器和耦合器)兩種器件，工作頻段合適可以兼容多種製式的係統。采用無源器件的係統設備性能穩定，安全性高，維護簡單，信號經過功分器，耦合器和線路損耗後，到達天線處的強度不同，覆蓋的效果也不同。而有源係統的信號到達末端時被放大器放大，達到理想的強度，保證覆蓋效果。例如一些大型商場，就需要有源係統保證其覆蓋。因而，有源係統建設和維護複雜，有源設備易損壞，係統的安全性和穩定性不如前者。
◇幹線放大器
信號的傳輸會有一定的損耗，為了保證覆蓋的效果，需要在傳輸過程中進行放大，這時就需要幹線放大器。在TD-SCDMA係統中，上下行工作於同一頻段，應該避免上下行鏈路的自激幹擾問題；另外，對於多種製式共用室內分布係統，不同頻段的信號在此前的路損可能不同，應均衡各頻段信號的放大率，以達到最佳的覆蓋效果。
◇天線
室內覆蓋的天線主要有全向天線和定向天線兩種，根據具體場景的需求合理選擇。通常以吸頂天線為主，它主要有3dBi天線和5dBi天線，在水平方向全向發射。兩種天線在垂直方向信號能量集中角度上有區別，3dBi天線適合開闊空間的覆蓋，如會議廳；5dBi天線的垂直發射角度對於前者要小，能量更加集中，適合於樓層間的覆蓋。為了防止室內信號泄漏對室外信號產生幹擾等情況，采用定向天線向室內需求方向覆蓋。與2G等其他係統共用室內分布係統時，需要考慮不同製式的鏈路損耗的區別來調整天線的位置和數量，以滿足覆蓋需求。
綜上所述，信號源，信號的傳輸介質和分布係統以及功分器，耦合器，幹線放大器，天線等器件共同組成了室內分布係統。根據具體的情況選取適合的器件，其中一些器件可以不用，如幹線放大器等。
二、室內分布係統的規劃
1.室內分布係統的一般規劃原則
室內覆蓋的目的是在充分覆蓋室內目標的同時，盡量減少對室外的影響。在這樣的前提下，應該綜合考慮以下幾個方麵。
◇室外信號滲入室內會汙染室內的信號。預提高室內覆蓋的目標而增加其功率，克服室外信號，反而會加重對室外的汙染。建議室內覆蓋的目標定為室內導頻在90%以上的麵積達到Ec/Io>-13dB。
◇新的射頻幹擾會改變原來的切換邊界，產生新的切換區，進而引入不必要的切換，影響室內、室外係統性能。建議室內導頻的強度在建築物10m外不要超過-105dBm。為了防止建築物之間的幹擾，導頻在建築物的外牆內沿要小於-75dBm。特殊情況下需更嚴要求。
◇在基站將方向噪聲限製於-120dBm，這是針對從其他共同接口來的幹擾。
2.TD-SCDMA與其他係統共用室內分布係統
TD-SCDMA與2G等其他係統在使用頻率、編碼技術等方麵不同。在建網的初期，為了節省成本和迅速占領市場，勢必要與其他係統共用室內分布係統。需要對覆蓋，容量，質量進行統一規劃，與其他的係統協調統一，其中重點要考慮與其他係統的互相幹擾問題。
(1)係統如何合路
目前的室內覆蓋係統，無源分布工作頻段涵蓋了800MHz～2500MHz，無需再改動。增加3G在信號源部分使用雙頻或多頻合路器對信號合路後(上行是合路，對下行是分路)送到分布係統即可完成。
對於大的樓宇，信號在傳輸和分配過程中，信號低到一定程度需幹線放大器對其放大，這時需雙頻或多頻合路器把信號分開(下行是分路，對於上行是合路)，通過各自的放大器放大後，再通過雙頻或多頻合路器合路。
(2)功率匹配問題
多係統共用一個分布係統的最大問題是功率匹配，包括信號源輸出功率匹配；不同頻段的信號在分布係統中傳輸損耗不同產生的影響；邊緣覆蓋場強的不同要求；不同頻段的無線電波空中損耗不同而產生的影響等，需設計人員根據運營商的不同要求和各樓的實際情況綜合考慮。
◇頻率和時隙規劃
在頻點選擇上根據建築物位置的室外信號分布環境選擇合適的頻點，在頻譜資源豐富的情況下，可以考慮使用與室外的宏蜂窩信號不同的頻點；使用N頻點的係統的主載頻應該盡量避開信號最強的2個相鄰宏蜂窩主載頻。TD-SCDMA室內分布係統在設計時，對於建築物非完全封閉的情況應采用與室外的宏蜂窩一致的時隙格式，以避免業務時隙的上下行幹擾。
◇覆蓋和容量的統籌考慮
一方麵，根據共用室內分布係統的各自情況，盡量滿足覆蓋和容量的要求。例如，考慮到3G在室內的鏈路損耗一般比GSM900大8dB～12dB，所以一般需要增加一定數量的天線點，以滿足3G覆蓋和容量的要求。另一方麵，由於CDMA網絡是自幹擾係統，室內分布係統的信號泄漏容易造成對室外信號的幹擾，導致室外用戶選用室內信號，使軟切換增多，從而影響室外的掉話率，同時過多的軟切換也會浪費係統的容量。因此，要采用多天線、小功率的方法，減少室內天線的輸出電平，以控製信號泄漏電平；在靠近窗戶、門口等邊緣區域，應采用方向性較好的定向天線，以減少信號的泄漏。
◇多係統共用分布係統的幹擾問題
與2G、小靈通、3G其他係統和WLAN共用一個分布係統，必然會產生相互之間的幹擾。各個係統在發射有用信號的同時，在工作頻帶外還會產生雜散、諧波、互調等無用信號，這些信號就會對其它係統形成幹擾。而產生的帶外雜散、諧波、互調等無用信號的大小，除和設備本身的質量有關以外，主要與兩個因素有關，即自身輸出功率(自身輸出功率越大，無用信號的輸出越大)和偏離工作帶寬的程度(離工作帶寬越遠，無用信號越小)。係統對外來幹擾的承受能力也和兩個因素有關，即本身信號強度(信號越強受幹擾的機會越小)和幹擾信號的大小(幹擾信號電平越小，信號受幹擾程度越低)。
可以通過增加係統間的隔離度、降低幹擾源的發射功率等方式減少幹擾。在發送端或接收端配置濾波器也能有效減少係統間的幹擾。另外選用射頻性能優良的發射機、接收機以及實施後期網絡優化等也是降低幹擾的有效手段。
室內覆蓋係統融合了網絡規劃，性能目標，工程實施和具體承載係統的特性等諸多方麵，應該統籌兼顧，聯合優化。
三、結束語
TD-SCDMA係統作為我國自主研發的通信係統，其室內分布係統至關重要。一方麵應該借鑒現有成功的案例和經驗，另一方麵需要科研單位刻苦攻關，深入研究，從多方麵、多角度、深層次地解決室內覆蓋，提高室內分布係統的性能。隨著TD-SCDMA技術和網絡的不斷發展，相信TD-SCDMA產業能夠在未來中國3G市場上獲得蓬勃發展，增強國人自主開發高科技產業的信心。
