WCDMA與GSM共享室內分布系統設計

　　 

    作者：馬蓮  廣東省電信規劃設計院綜合通信設計所

    【摘要】文章首先對WCDMA與GSM共享室內分布系統的可行性進行了分析，然后提出了相關設計指標的建議值和典型的設計方案，對時下正熱門的2G/3G共享室內分布系統的設計具有一定的參考意義。

    【關鍵詞】GSMWCDMA共享室內分布系統

    1  引言

    截至2005年8月底，我國移動用戶數已達到3.73億，占全球移動用戶總數的20%以上。與此同時，盡管中國3G牌照發放形式、數量和時間表仍然撲朔迷離，但是3G的腳步已越來越近卻是勿庸置疑的。

    根據NTTDoCoMo3G運營統計數據：70％的話務發生在室內；且3G帶來的高級業務也絕大多發生在室內。所以3G室內覆蓋將是3G運營商品牌形象的重要體現，同時也是3G運營商吸引用戶的重要手段。

    GSM/WCDMA共享室內分布系統，作為一種既可以節省投資又能夠快速建網的3G室內覆蓋建設方法，時下正成為3G網絡建設研究的一大熱點。

    2  可行性分析

    多系統共享室內分布系統是指在2G、3G等多系統共存的室內覆蓋中采用寬頻合路器等手段來實現室內分布天饋部分的共享。

    2.1GSM/WCDMA共享室內分布系統存在的主要問題

    引入合路器，以及共享天饋線系統會帶來一些問題：

    （1）無源器件問題

    在GSM/WCDMA共享室內分布系統中，所有無源器件工作頻率必須要涵蓋GSM和WCDMA工作頻段。

    （2）有源器件問題

    由于不同制式系統工作方式不同，且存在相互干擾的可能，因此有源器件部分無法共用。在GSM/WCDMA共享室內分布系統中，各系統間有源器件需相互獨立。

    （3）功率損耗差異問題

    在GSM/WCDMA共享室內分布系統中，由于GSM、WCDMA工作頻段不同，無論是在天饋線還是在自由空間傳輸時都存在功率傳輸損耗差異。

    （4）合路器插損問題

    在GSM/WCDMA共享室內分布系統中，由于系統合路時必須在天饋系統中插入雙頻或多頻合路器，該器件接入將造成一定的信號功率的損耗。

    （5）系統間相互干擾問題

    在多系統共享室內分布系統中，邊帶、雜散、互調等噪聲都會引起多系統間的相互干擾。同樣，在GSM/WCDMA共享的室內分布系統中也必然存在相互的干擾，能否將干擾控制在一個可以接受的程度內從而使得各系統協調共存至關重要。

    2.2GSM/WCDMA共享室內分布系統的可行性分析

    針對以上所述的問題，下面逐條進行可行性分析：

    （1）無源器件問題

    在GSM/WCDMA共享室內分布系統中，GSM900使用的頻段為上行890MHz～915MHz，下行935MHz～960MHz；GSM1800使用的頻段為上行1710MHz～1785MHz，下行1805MHz～1880MHz；WCDMA使用的頻段為上行1920MHz～1980MHz，下行2110MHz～2170MHz。因此，系統所用室內天線及無源器件工作頻帶必須涵蓋800MHz～2500MHz。目前，大多數廠家都能提供。已有GSM室內分布系統的無源器件如果不支持多系統的工作頻帶，在引入WCDMA系統時，必須對原有室內分布系統進行改造，將無源器件更換為寬頻器件。

    （2）有源器件問題

    在GSM/WCDMA共享室內分布系統中，有源器件主要指的是干線放大器。對于有源器件無法共用的問題，一般有兩種方法來解決。

    第一種：通過增加多個寬頻合路器（同時也可以做分路器）的方法規避，如圖1所示：

    圖1  增加合路器法規避有源器件的共用

    這種方法首先使用寬頻合路器把信號分開（對于下行是分路，對于上行是合路），通過各自的放大器進行信號放大，然后再通過寬頻合路器進行合路（對于下行是合路，對于上行是分路），從而避免了有源器件的共用問題。

    第二種：通過調整共享接入點的方法規避，如圖2所示：

    圖2  調整共享接入點法規避有源器件的共用

    這種方法通過調整GSM/WCDMA共享接入點，即在各系統的干線放大器之后合路，使得不同的系統分別獨立地的進行信號放大，從而避免了有源器件的共用。

    （3）功率損耗差異問題

    在GSM/WCDMA共享室內分布系統中，可以根據實際情況，通過對信號源與干線放大器的功率調整，以及精心選擇共享接入點，保證各系統的邊緣場強要求。

    （4）合路器插損問題

    在GSM/WCDMA共享室內分布系統中，合路器插損問題可以與功率設計問題聯合考慮，一般可以通過調整天饋系統的輸入信號電平彌補。

    （5）系統間相互干擾問題

    在GSM/WCDMA共享室內分布系統中，由于兩個系統的工作頻帶間隔較遠，邊帶噪聲的影響可以不考慮；另一方面，由于實際系統中很難將互調噪聲和雜散噪聲嚴格區分，按照慣例，這里將互調也歸入到雜散噪聲一類。

    對于雜散干擾，需要采用滿足隔離度要求的合路器來解決。根據3GPP協議要求，WCDMA系統對GSM系統隔離度達到30dB以上時，WCDMA系統不會對GSM系統產生干擾；而根據3GPP規定的GSM系統的雜散輻射限值，可計算得到GSM系統對WCDMA系統的隔離度要求則為≥90dB。這個結果是完全按照協議規定的指標計算出來的，但測試結果表明：在雜散指標上實際設備均有較大的余量M(典型值為30dB)。因此，工程中GSM系統對WCDMA系統的隔離度要求為（90-M）dB。

    根據以上分析，在GSM/WCDMA共享室內分布系統中，合路器的隔離度要求為（90-M）dB。如上面所說，余量M典型值為30dB，所以GSM/WCDMA共享室內分布系統中合路器的隔離度要求的典型值為60dB。在GSM/WCDMA的頻率間隔內，實現隔離度為60dB同時保證較小的帶內插損（≤0.6dB）的合路器是不難做到的。目前大多數廠家都能提供GSM900/WCDMA端口間隔離度≥80dB，GSM1800/WCDMA端口間隔離度60dB的合路器。而當余量M小于30dB，對合路器的隔離度要求有所提高，以至于這樣的合路器難以實現或成本過高時，也可以考慮在GSM設備輸出端口增加帶限濾波器以滿足整體的隔離度要求。

    綜上分析可知：GSM/WCDMA共享室內分布系統在前文所述的無源器件工作頻率、有源器件共用、功率損耗差異、合路器插損、系統間相互干擾等問題上都可以得到解決，因此GSM/WCDMA共享室內分布系統是可行的。

    3  系統設計

    3.1WCDMA與GSM室內分布系統比較

    WCDMA與GSM室內分布系統比較如表1至表5所示：

    3.2WCDMA室內分布系統工程技術指標建議

    （1）一般區域導頻功率≥90dBm，導頻EC/IO≥-12dBm(50%負載)；

    （2）重點區域導頻功率≥-85dBm，導頻EC/IO≥-8dBm（數據業務或語音密集區域）；

    （3）電梯或地下室區域導頻功率≥-100dBm，導頻EC/IO≥-15dBm（數據業務或語音密集區域）；

    （4）外泄電平：室外10米處導頻功率≤-95dBm；

    （5）用戶業務模型

    話音業務12.2k：忙時每用戶0.02Erl；

    數據（分組）業務64k：忙時每用戶0.002Erl；

    分組業務忙時下行鏈路每用戶數據吞吐量為250bps，上行鏈路每用戶數據吞吐量為62.5bps；

    （6）無線信道呼損率取定為2%；中繼電路呼損率取定為0.5%；

    （7）統計指標：掉話率≤1.5%，呼叫建立成功率≥94%，切換成功率≥94%。

    3.3GSM/WCDMA共享室內分布系統設計

    （1）GSM/WCDMA共享室內分布系統設計的總體原則

    ◆性能優先

    確保原有GSM網絡在改造后能達到覆蓋效果；

    確保原有網絡在改造后不受WCDMA網絡干擾；

    確保新建WCDMA網絡覆蓋、質量和容量；

    確保原有網絡不干擾WCDMA網絡。

    ◆利舊原則

    盡量利用原有系統的設備、器件，控制改造成本；

    盡量采用原有GSM系統的設計思路。

    （2）典型的設計方案

    ◆共用總線型

    把GSM、WCDMA信號源通過定制的合路器進行合并，經主干路由耦合分配功率，再通過支持相應頻寬的分布式天饋系統進行室內覆蓋；在功率弱時，使用合路器對信號進行分路，經干放放大、合路進行覆蓋，如圖3所示：

    圖3  共用總線型方案

    該設計方案特點：系統能量分配預算按衰耗最大的系統進行設計，設計預算簡單；GSM、WCDMA功率放大設備需在合路器合路前進行功率適當匹配，才能達到同樣的覆蓋效果合覆蓋范圍；在無須或者暫時無法開通WCDMA的室內分布系統中，可將多頻合路器中的接口用負載暫時代替；在引入功率放大設備時，為防止系統間干擾，需進行信號分離，系統升級成本較高，增加工程改造難度；為使WCDMA達到覆蓋效果，會浪費一部分GSM系統功率，設備功率資源利用不充分。

    ◆獨立總線型

    參照GSM室內覆蓋主干路由路徑，WCDMA信號源經獨立的主干路由，在各覆蓋“分區”接點，通過合路器，接入原GSM室內覆蓋系統進行覆蓋。必要時在接入前，加裝功率放大器。如圖4所示：

    圖4  獨立總線型方案

    該設計方案特點：系統能量分配預算按照GSM、WCDMA系統損耗獨立設計，設計預算簡單；GSM、WCDMA功率放大設備需在合路器合路前進行功率適當匹配，才能達到同樣的覆蓋效果和覆蓋范圍；在無須或者暫時無法開通WCDMA的室內分布系統中，可將多頻合路器中的接口用負載暫時代替；由于獨立設計主干路由，增加物業和工程改造難度。

    4  結束語

    本文首先針對GSM/WCDMA共享室內分布系統中存在的問題進行了可行性分析，然后提出了相關技術指標的建議值和典型的設計方案，對時下正熱門的2G/3G共享室內分布系統的設計具有一定的參考意義。

    參考文獻

    【1】楊峰義等編著.WCDMA無線網絡工程.北京：人民郵電出版社，2004.

    【2】3GPPTR25.942.Radio Frequency（RF）system scenarios. 2002，12

    【3】3GPPTS05.05.Technical Specification Group GSM/EDGE，Radio transmission and reception. 2002，08

原文轉自：http://www.kjueaiud.com