移动通信室内分布系统设计研究

移动通信室内分布系统设计研究

倪增超

中国电子科技集团公司第七研究所  广东 广州 510310

摘要：移动通信室内分布系统是一项重要的研究领域，通过设计和优化室内分布系统，可以提高室内无线通信的质量和用户体验。在当前移动通信的快速发展和数字化社会的加速推动下，移动通信室内分布系统的设计与优化更显得尤为重要。本文概述室内分布系统基本原理，探索室内分布系统设计，仅供参考。

关键词：移动通信；室内分布系统；设计

移动通信不断普及、快速发展，人们对更高质量的室内通信需求也不断增加。通过设计和优化室内分布系统，可以提高室内通信质量和用户体验，满足人们对无线通信的高要求。

1.室内分布系统基本原理

移动通信室内分布系统基于基站和室内天线系统，通过射频规划、信号传播模型和衰减特性、干扰与障碍物处理等技术，实现在室内环境中的信号覆盖和通信传输。这些原理的应用可以提供稳定可靠的室内移动通信服务。

2.常用室内分布系统技术与方法

分布式天线系统（DAS）：过在建筑物内部布置一系列天线，并使用光纤或馈线将信号传输到这些天线，以实现信号的均匀分布和覆盖。

小型基站：通常具有较小的体积和功率，可以提供独立的覆盖和容量，适用于小型办公室、商店和公共场所等。

室内定位系统：用于在室内环境中准确定位移动设备的位置。这些系统采用不同的技术，结合定位算法，可以提供室内导航、位置服务和个性化营销等功能。

功率分配和频率规划：室内分布系统需要合理分配不同基站的功率和频率，以避免干扰和提高系统容量。功率分配可以根据室内区域的需求和信号衰减特性进行优化，而频率规划可以根据相邻基站的频率资源进行合理的分配。

信号增强技术：为了提高室内分布系统的覆盖和信号质量，常用重复器、中继器、分支器和耦合器等信号增强技术。

3.移动通信室内分布系统设计基本流程

确定需求和目标：首先，明确设计的目标和需求，包括室内覆盖范围、容量需求、服务质量要求等。同时，了解室内环境的特点和限制，例如建筑结构、材料、障碍物等。

收集数据和建模：收集室内环境的相关数据，例如建筑平面图、尺寸、材料特性等。根据这些数据建立室内的三维模型，并标注各个区域和障碍物的属性信息。

射频规划：根据设计目标和环境数据，进行射频规划。这包括确定基站的位置和功率分配，频率资源的规划和分配，以及干扰管理策略。

天线布局：基于射频规划的结果，进行室内天线布局设计。考虑室内各个区域的覆盖需求和信号传播特性，确定天线的数量、位置和方向。

信号传播模型和预测：利用信号传播模型和预测工具，对室内信号的传播特性进行模拟和预测。这有助于评估设计方案的性能，并识别可能出现的信号盲区或干扰区域。

可视化分析和优化：将设计方案和预测结果可视化，进行系统性能分析和优化。通过调整天线位置、功率分配和频率规划等参数，优化系统的覆盖范围、容量和服务质量。

安装和调试：在设计被批准后，实施安装和调试工作。包括安装天线和设备，布线和连接，实施功率调整和频率配置，以及传输线路和连接的校准。

测试和验证：对部署的室内分布系统进行测试和验证。这包括信号强度测试、信号覆盖测试、容量测试，以及与外部网络的互通测试。

系统优化和维护：对于初期部署的室内分布系统，进行系统优化工作。根据实际使用情况和反馈信息，进行调整和优化，以达到最佳的服务质量和用户体验。同时，进行定期的维护和监控，确保系统的稳定性和可靠性。

4.室内分布系统设计优化案例分析

4.1系统容量和覆盖率优化

（1）案例背景

某新建综合办公楼因为大楼背后受山体遮挡，楼内移动通信信号较弱。楼内有5层，每层约1500平方米。被任务临时即将入驻约600名员工，高峰时刻要保证至少85%的人口同时进行通话。

（2）设计目标

提高室内移动通信的容量，确保高峰时段至少85%的人同时通话不发生拥塞；保持良好的室内覆盖率，即要求每个楼室的信号强度保持在-75dBm以上，信号覆盖率要达到95%以上；减少小区间和小区内的干扰，保证通话质量。

（3）设计步骤

①选择室内分布天线系统（DAS），该系统能确保室内外的信号一致性，提高通话容量，并减少相邻小区干扰。

②进行楼层布点，考虑到每层约1500平方米，且人口密集，初步计划每层设置3个分布天线，分别在楼层的三个主要区域。这些天线通过光纤与主设备连接，负责接收和发送RF信号。最后的布点还需要根据实地勘察情况进行调整。

③确保楼层交通主干道和电梯井等信号满足要求。常常有人在走廊或电梯中接打电话，所以这些位置的覆盖也很重要。对每层的主干道、电梯井进行特别规划，设置天线。

④在上述布点的基础上，对系统进行容量和覆盖率的优化。根据实地测试，得知每个小区的实际覆盖范围，结合楼层平面图进行分析。然后使用积木式调整法，根据覆盖率和容量的要求，对每个小区进行功率的调整或者增设、撤除天线。

⑤为了提高系统的容量，我们采用了小区拆分。适当地拆分小区，使用更多的频点，可以使得更多的用户同时进行通话。

⑥由于可能的多路径传播和楼层反射，室内通信系统可能存在干扰问题。我们选择了相邻频点切换，并强化每一小区的功控和接入控制，来减小干扰，提高通话质量。

⑦设计和优化后，进行实地测试，验证了系统的容量和覆盖率都大大改善，达到了预期要求。

（4）效果

通过以上设计和优化会解决了办公楼的通信需求，不仅信号得到了提升，同时最大化的提升了系统的容量，满足了高峰期的工作需求，提升了工作效率。

4.2干扰管理

（1）案例背景

一座城市中心的购物中心需要进行移动通信室内分布系统设计。该购物中心共有6层，每层约为2400平方米。购物中心内有大量商铺，人流密集，室内外信号需保持一致，确保优质的通信体验。

（2）设计目标

保证室内移动通信的质量，提供良好的通信体验；确保室内信号强度保持在-75dBm以上，信号覆盖率达到95%以上；有效地进行干扰管理，减少小区间和小区内的干扰，提高通话质量。

（3）设计方案

①选择室内分布系统类型：采用室内分布天线系统（DAS），以满足良好的覆盖和容量需求，并降低干扰。

②规划分布天线位置：根据购物中心各层平面图和信号覆盖需求，选定分布天线的合适位置。充分考虑避免天线直接指向商铺和其他高反射环境，减少多径传播和信号干扰。

③使用定向天线：在一些特定位置，如长走廊、开放式广场采用定向天线进行信号覆盖，以减小天线间的干扰。

④分频复用：采用不同频率的小区作为相邻小区，用更多的频谱资源降低小区间干扰。

（4）干扰管理策略

①动态频率分配(DFA)：在购物中心各小区设立信道短缺指标，根据实时通信负载对信道进行动态分配，防止频率使用不均衡造成干扰。

②功率控制：使用封闭环功率控制策略，根据移动用户与基站距离实时调整UE和基站的发射功率，以降低干扰并提高系统容量。

③载波配置：将发射功率较大的业务放到低频，辐射远端用户，减小对近端用户的干扰。同时，将发射功率较小的业务放到高频，提高室内分布系统对人流密集区的支持能力。

④高速切换：当移动用户在购物中心内快速移动时，加快UE与不同小区之间的切换速度，减少切换过程中的信号干扰。

（5）效果

通过以上设计方案及干扰管理策略的实施，在购物中心的室内分布系统有效地减少了干扰，达到了优质通信体验的目标。同时，在高峰时段和快速移动的情况下，这种干扰管理方法确保了通信质量的稳定性，大幅提高了用户满意度。

4.3系统参数调整与优化算法

（1）案例背景

某商务大楼需要设计一套室内分布系统，提高信号覆盖。建筑物共有5层，每层面积约为2000平方米。

（2）设计目标

每个楼层的室内信号达到-75dBm以上，信号覆盖率达到95%以上；各小区干扰最小化，保证高容量和通话质量。

（3）设计方案

①选择室内分布系统类型：考虑到商务大楼的场景和信号覆盖要求，可以选择使用分布天线系统(DAS)。DAS可以扩展覆盖范围，降低干扰。其他可选方案有基于小型基站的室内覆盖和基于Wi-Fi的室内覆盖。

②选择天线类型和布置：为了提高室内信号质量和覆盖率，可以使用定向天线。根据建筑物的结构和空间，选择合适的天线，布置在合适的位置以获得理想的信号分布。

③设计小区数量和参数：根据设计目标，使用遗传算法计算各个楼层所需的小区数量，确定小区的频点和功率等参数。当算法收敛时，会得到最优化的室内信号分布结果。

（4）主要计算过程

假设室内分布系统使用单频点，天线发射功率为20dBm，为寻找最优设备布置，根据使用情况和优化算法随机生成50个天线布置方案，计算信号覆盖率和容量等评价指标，选择适应度较高的个体；进行交叉和变异操作，产生新的布置方案；经过多次迭代后，最终得到最优的天线布置方案；据此方案，在商务大楼内布置天线，满足信号覆盖达到-75dBm以上和覆盖率达到95%以上。

结论

通过综合运用室内分布系统设计基本原理、常用技术与方法以及系统优化算法，可以实现移动通信室内分布系统的高效设计和优化。这不仅可以提高系统的容量和覆盖率，还可以提升用户的通信质量和体验。

参考文献

[1]陈永霖. 移动通信网络室内分布系统设计与实践 [J]. 无线互联科技, 2023, 19 (02): 24-26.

[2]卢高燕. 移动通信网络室内分布系统设计及改良研究 [J]. 中国新通信, 2019, 21 (05): 35-36.