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摘要 室内分布系统是解决室内覆盖，吸收话务量，提高用户满意度的直接有效方式。当前TD-SCDMA即将步入商用化，由于TD-SCDMA具有时分、智能天线等关键特性，室内覆盖的方式、设备注定不同于传统的室内覆盖解决方案。本文探讨了不同覆盖场景内不同覆盖解决方案，为TD-SCDMA室内覆盖的设计提供了参考。
专家预测，未来的3G业务90%会发生在室内，3G会带来丰富多彩的业务应用需要高容量和高QoS的保障，因此，进行3G网络建设必须考虑室内覆盖。
室内覆盖可以有不同选择。一种是采用室外基站进行室内覆盖，另一种是建设更多的室内分布系统。然而，以往的经验表明，如果采用室外基站进行室内覆盖，对于信号的控制和深度覆盖不能做到最优，严重影响用户的满意度，因此3G室内分布系统部署是必然的、也是急迫的。
1、室内分布场景分类
为了方便对室内场景进行话务模型和传播模型分析，综合考虑了建筑物结构、电磁波传播环境和容量需求方面的因素，将室内分布场景细分为以下几类。
（1）商务写字楼。该环境穿透损耗较小，高端用户比重较大。需要考虑一定数量用户的数据业务需求；
（2）大型购物商场。穿透损耗小，层间穿透损耗较大，用户业务主要考虑语音业务，高峰时段的话务密度较大；
（3）会展中心、会议中心、室内体育场馆。室内无线传播条件比较理想，信号为视距传输，能量以直达径为主，与室外的隔离度比较高，用户的话务主要以事件为触发，有大量的数据业务覆盖需求；
（4）民航机场、火车站。传播环境比较简单，信号视距传输，能量以直达径为主。数据业务在总的业务中占的比重相对较高，其中候机大厅、VIP候机厅要保证数据业务的覆盖；
（5）宾馆酒店。该场景穿透损耗较大，高端用户比重较大，语音业务和数据业务量相对较大；
（6）娱乐场所。室内面积小，高端用户多，话务需求不高，场所数量众多且分布不集中；
（7）地下停车场。封闭情况很好。虽然高端用户比重较大，但话务量较小，且以语音业务为主。
2、室内分布的业务模型
2.1 语音业务
语音业务是3G的最基本业务，所以不同室内场景下的语音业务渗透率同室外一样，均设定为100%。表1分别给出了不同场景室内语音业务的单用户话务量及话务量密度（结合用户密度，以1000m2为基本单位）。考虑到体育馆／民航机场在特殊时段，语音话务量会出现高峰，因此其单用户话务量按室外密集一类的最高值给出；相较而言，商场超市、宾馆酒店、娱乐场所的话务量稍低，按室外一般城区给出；而地下停车场的话务量则按照室外的交通干线给出。
表1 室内覆盖的语音业务模型
2.2 可视电话
表2是可视电话的单用户话务量及话务量密度，其单用户行为特征均参考语音业务。
表2 室内覆盖的可视电话业务模型
2.3 数据业务
室内数据业务特征如下。
（1）业务渗透率：在室内有数据业务需求的场景，其渗透率在30%～50%之间，而室外场景最高为50%；
（2）单用户吞吐量：室外密集一类的单用户平均吞吐量为每忙时0.81 kbit/s，而室内的各种场景中，只有娱乐场所按此值定义，其它场景考虑较高的数据需求，均按其3倍取值。另外，对于数据业务，其上下行流量的比例为1:4；
（3）数据业务各类承载的比例为PS64：PS128:PS384=6:3:1。
表3 室内覆盖的数据业务模型
2.4 规模估算
根据混合业务话务量Campbell计算方法，估算典型场景下的载波需求，如表4所示。
表4 典型场景下的载波需求估算
2.5 室内传播模型
选取下述室内传播模型：
Ploss=Plosssm+201lg(d)+FAF+8(dB)
其中：
Ploss：路径损耗（dB）；
Plosssm：距天线1m处的路径衰减（dB），参考值为38.4dB；
d：距离（m）；
FAF：环境损耗附加值（dB），和建筑物类型、建筑结构、所用材料等相关。
8dB：室内环境下的衰落余量，包括空间衰落效应和时间衰落效应引起的衰落。
3、典型场景的室内分布系统
3.1 概述
在信源选择上，根据不同话务需求和覆盖场景选择不同信源，信源的选择要求如表5所示。
表5 信源选择总体要求
对于具体的覆盖场景，在总体原则的指导下，需要从系统容量和功率需求的角度确定信源的规模选型和天线的布置方法。
容量确定方法：首先，通过室内分布的业务模型和场景特性，确定对信道数的需求，再根据信源的能力，确定需要信源的规模。功率确定方法：首先要计算单层覆盖所需的吸顶天线数量及其布放方法，然后计算满足单层覆盖所需的功率，再根据信源设备的功率推算其可以覆盖的楼层数，进而可知要满足整个大楼覆盖所需的信源的规模。从容量和功率需求的角度，综合考虑，确定最终的方案。
3.2 写字楼
首先，根据计算，当写字楼吸顶天线入口处PCCPCH两码道功率为5dBm，分布天线增益为3dRi，覆盖边缘接收电平取-85dBm时，根据传播模型，其单天线覆盖半径为19m，对于单层尺寸为50×50m的写字楼，只需要用3～4个吸顶天线即可解决，但是考虑写字楼高端客户较多，对通信的质量要求较高。在写字楼环境下，按照小天线，多功率的要求，将天线半径控制在10m左右，这样，覆盖楼层需要8个吸顶天线才能完成覆盖。
考虑到写字楼内话务量较大，并且，考虑写字楼远期话务量的发展，方便扩容，采用易于扩容的BBU+RRU方式实现室内覆盖。
假设天线的位置方位图和通道功率需求分布图如图1所示，馈线采用1/2馈线，根据天线入口要求、馈线损耗、以及器件的耦合损耗等可反推出楼层入口处单载波PCCPCH信道功率应为17dBm左右。若室内信源采用2W/3载波的单通道信源，该信源每通道的最大输出功率为33dBm，RRU单通道单载波PCCPCH最大功率为：
图1 天线的位置方位/通道功率需求分布图
33-10lg3-10lg5+3=24（dBm）
这样，从功率分析的角度出发，单RRU信源至少可以覆盖3个楼层（24-10lg3＞17），整个写字楼的全覆盖需要9个RRU。从载波需求表看出，整个大楼需要8个载波，9个RRU可以提供27个载波，满足需求，系统受限于功率。
综合考虑覆盖和容量的需求，对于该典型尺寸的写字楼，需要采用9台单通道RRU信源设备。在光纤资源充足的情况下，可以在每对BBU和RRU之间直连光纤，在光纤资源不足的情况下，RRU可以级联，级联的级数不同厂家有不同的性能。
3.3 商场超市
3.3.1 BBU+RRU
假设该写字楼长150m，宽100m，共6层。通过规模估算，该大楼需3个频点即可完成覆盖，只需要1台RRU（2W/3载波/单通道）即可。从功率角度考虑，根据计算，当商场超市吸顶天线入口处PCCPCH两码道功率为5dBm，分布天线增益为3dBi，覆盖边缘接收电平取-85dBm时，其单天线覆盖半径为20m，对于单层尺寸为150m×100m的商场超市，需要用12个吸顶天线解决。因单层结构面积较大，所以层内采用7/8馈线；若要求覆盖天线入口处功率达到5dBm左右，则单通道单载波PCCPCH信道楼层入口处功率需求为20dBm。
图2 天线功率需求分布图
若用一个RRU（2W/3载波／单通道）进行6层大楼的覆盖，则到达楼层入口单载波的PCCPCH功率为：
33-10lg6-10lg3-10lg5+3=16.47＜20dBm
所以，用单RRU实现全大楼覆盖是不现实的，从功率需求的角度分析，若单通道覆盖2层楼，需采用3台RRU（2W/3载波／单通道）才能实现全覆盖。
33-10lg2-10lg3-10lg5+3=21dBm＞20dBm
主路结构设计：信源设备采用3台RRU（2W/3载波/单通道）。
3.3.2 微蜂窝+无线光纤分布系统（WFDS）方案
容量分析可以看出，本大楼从容量角度只需要3个载波即可，信源可以考虑微蜂窝，从功率的角度出发，微蜂窝+干放+传统室内分布的才能满足功率的需求。
WFDS是北京东方信联开发的第三代室内无线信号分布覆盖系统，其系统标准型WFDS应用方案中主单元与扩展单元（EH）之间采用光纤实现分布传输，在扩展单元与远端天线单元采用五类线或CATV电缆实现中频分布传输。
图3 WFDS原理图
标准型WFDS由主单元、扩展、远端单元组成，主单元和扩展单元用光纤连接，扩展单元与远端单元之间用五类线连接。标准型WFDS最大的连接模式为1:4:32，即一个主单元最多可按4个扩展单元，每个扩展单元最多连接8个RAU，所以一个主单元最多带4个扩展单元、32个远端接入单元。
单层天线的布局和BBU+RRU方案的一致，在平层，天线分为3路，每一个远端天线单元带一路，每层需3个远端单元。
图4 WFDS主路路由与天线分布图
3.4 会展中心
对于会展中心，通常长度在数百米，宽度在数十米左右，高度为3～5层，又分成若干个展厅和大小型会议室，单个展厅的典型场景是100m×100m。以该场景的单个展厅进行规模估算，一个展厅只需3个频点即可完成覆盖，只需要1台RRU（2W/3载波／单通道）即可。
从功率角度考虑，对于会展中心一般楼层较高，比较开阔，可以考虑将天线入口处PCCPCH两码道功率提高到7dBm，采用定向板状天线增益为7dBi，覆盖边缘接收电平取-85dBm时，天线覆盖半径为45m，对于单层尺寸为100m×100m的会展中心，从4个角落往展厅中部发射需用4个天线完成覆盖。
图5 天线功率需求分布图
同商场超市场景相同，因采用的是（2W/3载波/单通道）RRU设备，所以，单载波PCCPCH信道功率可达24dBm。最长馈线估计不会超过100m，加上功分器的分配损耗，单天线最大馈线损耗加分路损耗不超过20 dB，单天线单载波PCCPCH信道入口功率可达7dBm。
综上，对于该场景的一个展厅，选用3载波单通道的RRU设备即可解决其覆盖和容量的需求。对于更大规模的会展中心，可以根据展厅进行分区，每一分区由一RRU实现覆盖，设计方法同上。
3.5 室内体育场馆
室内体育场馆内部比较空旷，屋顶较高，一般可达10 m，所以在此种场景下可以适当提高天线口输出功率，以便减少天线数量，降低施工难度。现假设每载波每时隙支持8个语音用户，根据计算，若采用6载波设备，则需要1台RRU。从覆盖方面，我们考虑PCCPCH信道天线入口功率为7dBm时，其覆盖边长为89m，满足该80m×80m面积体育馆的覆盖。
综上，可以选用2W/6载波／单通道的RRU设备作为该场景的信源，采用在场馆屋顶中央安装一个吸顶天线的方法进行设计和施工。
3.6 宾馆酒店
对于单层面积为60m×17m，共有20层，每层有25间客房的宾馆，假设对于此种场景，每载波每时隙可同时提供8个语音用户，通过计算，要满足该建筑物内用户的通话需求，只需配置1台RRU（3载波/RRU），信源可以采用微蜂窝、宏蜂窝。我们考虑单载波单天线PCCPCH入口功率为5dBm，根据室内传播模型估算覆盖半径为10m，对于下面典型楼层结构可做如下设计。
对于单个楼层，单载波PCCPCH信道入口功率需求为12dBm，因采用3载波设备，所以单载波PCCPCH功率为24dBm，所以每通道至少可以覆盖5个楼层，电梯覆盖由处于电梯门口的吸顶天线兼顾。
该处所需资源较少，可以采用直放站进行覆盖。单楼层天线布置和分区和RRU方案一致，所不同的在于信源部分。
图6 天线功率需求分布图
3.7 娱乐场所
和宾馆场景相比，娱乐场所用户密度更大，高端用户相对较多。通过计算，在50m×50m×5层规模的一个娱乐场所，计算需要2个载波，需要采用1台RRU设备（3载波）。
从覆盖方面，因覆盖面积不大，采用多天线，小功率的覆盖策略，单天线覆盖半径约为17m，以15m为标准，单层需4个天线完成覆盖，单层入口功率约13dBm。
图7 天线分布图与功率需求分布图
信源也可以选择微蜂窝、直放站，从信源出来，可以通过功分器到各层。
3.8 地下停车场
若地下停车场在某大厦下，且该大厦需要进行室内分布系统，则须和大厦地上部分一并考虑，采用同一套分布系统解决。
若地下停车场为一单独的场景，由于其内部话务量可忽略不计，而且功率需求也不大，为节约成本，可以考虑采用直放站解决。
3.9 电梯
若某建筑物需要进行室内覆盖，根据其楼层结构分析，有必要而且可以在电梯口安装吸顶天线时，利用每层安装于电梯门口的吸顶天线兼顾电梯和楼层的覆盖；
另外一种方式是采用壁挂天线，天线口功率采用0～5 dBm，板状定向天线增益为7dBi，边缘场强为-85dBm，那么每一个天线的覆盖距离在15m左右，即5层楼的高度。也就是在电梯覆盖中，每5层楼需要架设一个板状天线。
建筑物本身不需要覆盖，只需对其中电梯进行覆盖，此种情况下，为节省成本，建议采用直放站作信源。在这种情况下，如果需要覆盖的井道较多，一台直放站提供的功率不足的话，可考虑在井道内采用7/8馈线。
另外一种方案是采用东方信联的WFDS系统方案，将五类网线附在电梯数据线上面，远端单元和天线放置在电梯轿箱顶部，远端单元（RAU）和天线随电梯移动，天线口输出功率可控制在5dBm以内，可以实现电梯的良好覆盖。
图8 WFDS电梯覆盖示意图
4、小结
本文通过对室内分布的场景进行分类研究后，建议TD-SCDMA室内分布规划可以遵循如下的思路。
确定TD-SCDMA系统室内话务模型，话务模型是室内分布系统设计和信源选型的依据。当前，对3G数据业务模型在国内尚没有现网参考值，本文中的业务模型也是当前大多数厂家推荐的业务模型，需要在以后的工作中进行修正。
室内分布天线端口功率在0～5dBm左右，根据小功率多天线的策略，天线覆盖半径在10m左右。可以根据不同的场景需求，提高天线出口功率，提高天线覆盖半径，降低成本。
结合室内话务模型和天线半径，从功率和容量的角度，确定场景的容量需求和功率需求。具体方法为：根据场景话务模型，确定容量需求-＞确定单天线入口PCCPCH信道功率（单载波）——确定覆盖半径——确定单个楼层需要天线个数——确定天线安装位置和走线方法——进行单层功率预算，计算单层入口功率需求——确定整个建筑需要的设备数量和主路走线方法。
