微蜂窝移动通信系统的结构

3.3.3　微蜂窝移动通信系统的结构

就移动通信的整体而言，宏蜂窝和微蜂窝系统都是移动通信的组成部分。微蜂窝系统建设的目的是解决大厦“内部盲区”和“弱场区”的问题，故又称补盲系统。从吸收室内话务量来看，室内微蜂窝覆盖系统，可给网络营运带来巨大的经济效益。目前，室内覆盖常用的是泄漏电缆覆盖方式和分布天线覆盖方式两大类。国际上通常对地铁、隧道等特定环境采用泄漏电缆覆盖。由于泄漏电缆损耗较大，传输距离短，一般不用于楼宇的室内覆盖。而分布天线覆盖方式是信号由室内覆盖系统传输至需覆盖的区域，通过布放在需覆盖区域内的天线将信号分布在需覆盖的区域，适用于楼宇内覆盖。下面我们就常用的几种分布天线覆盖方式进行讨论。

1）系统的分类

（1）无源分布式室内微蜂窝系统

无源分布式系统通过无源分配器件，将微蜂窝信号分配至各个需要覆盖的区域。这种方式具有许多优点：

①技术成熟，价格便宜，应用广泛；

②采用无源器件，无需供电，可靠性高。而且，元器件使用比较普遍，无需指定配件；

③不受光、热、尘埃和湿度等影响；

④交调和噪声性能良好；

⑤每个天线的有效功率辐射比较大，覆盖范围比较宽；

⑥系统动态范围大，且不会产生上行噪声；

⑦由于无源，无需供电，所以有较好的适应性。

缺点是：缆径较粗，体积较大，需要占有一定的空间；由于路径损耗较大，所以传输长度受限。

综上所述，无源分布式系统价格便宜，易于维护，在可能的情况下，是首选方案。当施工受限或基站覆盖范围过大时，则无源分布式系统一般很难满足需求，需要采用其他方案。

（2）带有干线放大的无源混合分布式室内微蜂窝系统

对于中型楼宇，可采用基站接口单元将基站信号接入后，通过电缆传输至各个需要覆盖的区域。但是电缆传输损耗大，在距离基站较远处，信号可能非常弱，所以在远端用干线放大器将信号放大后，再通过天线输出，这样就能保证在建筑物内各处场强分布均匀。

智能大厦的微蜂窝系统与市区宏蜂窝系统的连接也有两种方式。一种是在顶层以无线信道的方式加以沟通；另一种是在大厦地下层，以光缆的方式连接到附近的市区基站。

（3）带有光纤传输和干线放大的无源混合分布式室内微蜂窝系统

对于大型的建筑，由于传输距离长，为了尽可能地减少传输损耗，常采用光纤传输信号，因为光纤的传输损耗是2dB/1 000m，此外光纤重量轻，体积小，便于施工。但是，光纤价格昂贵，动态范围较小，且远端需要供电，维护也不如无源系统简单，故在具体使用时通常采用光电混合分布方式。在微蜂窝处安装光纤端机，取微蜂窝信号，通过光纤传输至安装在远处的光端机，再通过馈线和天线将信号输出。在微蜂窝附近采用无源方式，用馈线直接引用基站信号；距离微蜂窝较远的地方采用干线放大器，将信号放大后使用。

2）系统的结构

室内微蜂窝系统设置的目的是使整个大厦各个角落都能获得良好的通信效果。因此，在大厦各楼层、通道以至电梯井、地下室，都要安装分布天线，并且使众多的分布天线通信覆盖面达到设计要求。同时，还要建设一个传输网络，这个网络要把收发双向信息有效地加以沟通，因此，在网络中安装了分配器、耦合器、干线放大器等无源、有源器件。大厦建筑内部微蜂窝系统的组成结构如图3.9所示。

图3.9　大厦建筑内微蜂窝系统组成结构

（1）分布天线

分布天线ANT常用全向吸顶天线，频段为800～2 500MHz，增益为2～6dB，垂直极化，驻波比≤1.5，吸顶隐蔽安装在天花板内。

（2）耦合器

耦合器RC有各种不同性能的器件可供选择，一般按电缆单位传输距离衰减的程度选择6dB、10dB、15dB、20dB、45dB等器件。

（3）功率分配器

功率分配器RD是将一路信号分成几路输出的无源器件，有二功分、三功分、四功分等多种型号。安装时必须注意功分器的输出端不能开路（即不加负载）或者短路，否则会造成输入端口严重失配，同时还会影响到其他电路。

（4）网络传输介质

大厦建筑物内的微蜂窝网络系统的传输介质，常用同轴电缆。同轴电缆传输损耗小、抗干扰性好。目前，一般使用D-F型物理高发泡聚乙烯绝缘同轴电缆10D-FB型，这种电缆在900～1 900MHz情况下的最大衰减为10.15～15.67dB/100m，特性阻抗为50Ω；有时还使用LDF4/5-50A型阻燃同轴电缆，它在894MHz～2.0GHz情况下，粗缆（0.875in）最大衰减为3.87～6.11dB/100m，细缆（0.5in）为6.85～10.70dB/100m。

（5）干线放大器

由于分布天线增益有限，再经过同轴缆网络的传输衰减，要把室内手机信号有效地传送给蜂窝机站，需要在微蜂窝输出端口加装干线放大器。GSM干线放大器有多种类型，以满足不同的功能、制式、带宽、输出功率等要求，其分类如下。

按频率划分有：800MHzCDMA、900MHzGSM、1 800MHzDCS、1 900MHzPHS。

按功能划分有：蜂窝系统干线放大器、微蜂窝系统光纤传输干线放大器。

按带宽划分：可根据不同运营商的要求进行带宽设置，避免相互干扰。

干线放大器主机通常为模块结构，采用MIC微带工艺，MID贴片技术，高值腔体双工器和SAW声表面波滤波器，ALC自动控制和故障监控技术。

微蜂窝系统干线放大器通常有两种类型，一种是铜缆传输干线放大器，如图3.10（a）所示；另一种是光缆传输干线放大器，如图3.10（b）所示。

（a）铜缆传输干线放大器

（b）光缆传输干线放大器

图3.10　微蜂窝系统干线放大器结构

在铜缆传输干线放大器中，BS和MS端口分别接收、发射基站上下行信号，经低损耗、高隔离度腔体双工器将上下行信号严格分离，送到各自链路放大器放大后，送往电缆及分配系统。

在光缆传输干线放大器中，A、B端均设有低损耗、高隔离度的双工器、上下行信号放大器；在光信号的传输路径中，设有光分路器、光合路器及光信号衰减器，其信号经40dB耦合器送往前端分配系统。

【例3.5】　某大厦楼内微蜂窝移动通信系统工程实例。

南京市中心地区新街口某大厦，建筑面积8×10⁴m²，地上30层，裙楼5层，主楼两幢各为25层双塔楼，地下2层，直升电梯8部。经测试大厦中部移动信号很弱，电梯轿厢和地下层接近盲区，高层部分存在着严重的乒乓效应。同时，该大厦地处市中心位置，手机用户量大，为减轻宏蜂窝的压力，改善营业区域的用户通话质量，决定在该大厦安装微蜂窝室内天线分布系统，以实现网络优化，改善大厦的信号覆盖效果，提高移动通信的服务质量。

（1）测试数据

应用NOKIA工程测试手机实测数据如表3.3所示。

表3.3　测试点信号数据

（2）建设规模及主要设备配置

该工程以阿尔卡特微蜂窝为信号源，以无源天线分布方式为独立进行传输室内信号的分布模式。阿尔卡特微蜂窝安装于大厦东塔楼转换层的弱电井道内。

①建设规模。该工程安装阿尔卡特（二载波）微蜂窝1台，AW900A-40G-33型干线放大器2台，IA-G900/1800-03型全向吸顶天线108副，IA-G900/1800-08型室内板状定向天线26副，合路器1个，耦合器94个，二功分器23个，三功分器8个，馈线接头（N-50-8D）402个，尾纤134根等。

②主要设备配置。奥维公司的AW900A-40G-33型干线放大器2台及阿尔卡特微蜂窝1台。

AW900A-40G-33型干线放大器的性能指标，如表3.4所示。

表3.4　干线放大器的性能

（3）线路结构

该工程由东、西2个塔楼组成，2个塔楼的线路大致相同。在这里，我们只给出东塔楼电梯井和18F～30F线路，如图3.11所示。

图中，微蜂窝安装在东塔楼转换层弱电井中，一端经光缆接到楼外宏蜂窝基站；另一端经合路器一路信号送至耦合器A，耦合部分信号送至东塔楼干线放大器A，此放大器安装在东塔楼30F弱电井中；另一路经耦合器B直接连到西塔楼干线放大器B，并且耦合部分信号送至地下层1B、2B，以及6F～10F。1F～5F为裙楼、MF为转换层，由于裙楼功能尚不明确，故待日后再行补装。

从图中可见，干线放大器A让2个高层电梯井道提高信号增益，解决盲区问题，同时也对18F～30F所有分布天线的信号进行放大，以满足增益要求。

各楼层走道按照场强分布的要求，都装有吸顶天线，美观起见，吸顶天线均安装在塑料扣板的吊顶内；电梯井道里每隔5层安装一个小板天线，分布天线（所有小板天线与吸顶天线）的所有信号，均经过耦合器、功分器，接到汇总电缆，经放大处理，进入微蜂窝系统。

图3.11　东塔楼18F～30F线路