室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

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【摘要】隨著城市化發(fā)展的不斷推進(jìn)，人口密度越來(lái)越大，人們對(duì)于室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)通信的需求量也在不斷增加。室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，有效地解決了室外基站信號(hào)覆蓋范圍局限的問(wèn)題，通過(guò)室內(nèi)無(wú)線通信技術(shù)對(duì)建筑內(nèi)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)重新規(guī)劃，從而提升信號(hào)質(zhì)量和覆蓋范圍。因此，本文對(duì)室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用進(jìn)行研究，試圖為之提供行之有效的可行性建議。

【關(guān)鍵詞】室內(nèi)無(wú)線；通信網(wǎng)絡(luò)；分布；設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的快速發(fā)展，使得人們對(duì)無(wú)線通信的需求不再局限于室外，更多情況下是處在室內(nèi)場(chǎng)景中使用無(wú)線通信。在現(xiàn)代化智慧城市發(fā)展進(jìn)程中，超高層建筑和大型綜合體建筑不斷涌現(xiàn)，對(duì)于室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)質(zhì)量和覆蓋面積造成極大影響。如果單純依賴室外基站，將無(wú)法滿足這些高層建筑和大型建筑的室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)需求，影響人們工作和生活的質(zhì)量。因此，研究室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)就成為大勢(shì)所趨。室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以較為全面的改善室內(nèi)尤其是超高層和大型建筑物內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，提高無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的接通率，開(kāi)辟出高質(zhì)量的室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)對(duì)室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重新布局和規(guī)劃，從整體上提高室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)質(zhì)量和覆蓋范圍。下文就對(duì)室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行深入分析。

1.室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的需求

隨著無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)終端的普及率逐步擴(kuò)大。人們?nèi)粘９ぷ骱蛯W(xué)習(xí)使用手機(jī)的頻率更大，尤其是在室內(nèi)，使得建筑內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量越來(lái)越受到關(guān)注。以往無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)大都是室外基站提供的，基站發(fā)射的無(wú)線信號(hào)在室內(nèi)覆蓋范圍方面，不可避免的要穿透建筑物，產(chǎn)生屏蔽和信號(hào)吸收的作用，而且不同頻率的無(wú)線信號(hào)，穿透建筑物所產(chǎn)生的衰減不一致，不同的建筑物外墻類型，穿透衰減也不盡相同，從而造成了無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)弱區(qū)域甚至盲區(qū)。另外，在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)容量方面，一些超高層建筑和大型建筑，尤其是購(gòu)物廣場(chǎng)和會(huì)議中心，這些地方的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)需求量較大，局部的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)容量無(wú)法滿足用戶需求，無(wú)線信道會(huì)發(fā)生擁塞現(xiàn)象，并且存在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)無(wú)法覆蓋的位置，嚴(yán)重影響無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。為了實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)有效覆蓋室內(nèi)的各個(gè)區(qū)域，提升室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，就需要增加覆蓋室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備?，F(xiàn)階段，較為常見(jiàn)的是使用室內(nèi)分布系統(tǒng)或者是小基站覆蓋。使用宏蜂窩或者微蜂窩作為室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的信號(hào)源，提升室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

1.2室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)組成

室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)，主要由信號(hào)源和分布系統(tǒng)組成。其中信號(hào)源可以是宏蜂窩、微蜂窩、射頻拉遠(yuǎn)模塊或者直放站。分布系統(tǒng)由功分器、耦合器、合路器等各種無(wú)源器件，以及有源器件和室內(nèi)天線組成。室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

1.2.1無(wú)源分布系統(tǒng)根據(jù)是否需要外加電源，可以將室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)分為無(wú)源分布系統(tǒng)和有源分布系統(tǒng)。無(wú)源分布系統(tǒng)主要由耦合器、分合路器、同軸電纜以及室內(nèi)天線組成。無(wú)源室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)通過(guò)耦合器、功分器等無(wú)源器件，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行分路，并經(jīng)由同軸電纜將信號(hào)盡可能均勻地分配到每個(gè)分散安裝于室內(nèi)的小功率天線上，從而獲得均勻覆蓋的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。無(wú)源室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)的可靠性較高，無(wú)源器件的功率容量大，便于進(jìn)行大容量室內(nèi)分布系統(tǒng)組網(wǎng)，并且擴(kuò)容方便，建設(shè)投資成本低。

1.2.2有源分布系統(tǒng)有源室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)，包括耦合器、分合路器、干線放大器、射頻同軸電纜以及天線。通過(guò)引入有源設(shè)備可以對(duì)無(wú)線通信玩兩個(gè)信號(hào)功率放大，通過(guò)干線放大器可以有效增加信號(hào)覆蓋范圍，有效解決了無(wú)源分布系統(tǒng)覆蓋范圍受到饋線損耗限制的問(wèn)題?？蓴U(kuò)展性也有一定程度提升，可對(duì)有源分布系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

1.2.3同軸電纜室內(nèi)分布系統(tǒng)根據(jù)傳播媒介，可以將室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)分為同軸電纜室內(nèi)分布系統(tǒng)和泄露電纜室內(nèi)分布系統(tǒng)。同軸電纜室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)主要是由信號(hào)源、光近/遠(yuǎn)端機(jī)、射頻電纜、功分器、耦合器、天線組成。該系統(tǒng)是將基站信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，通過(guò)光纜線路將射頻信號(hào)傳輸?shù)浇ㄖ飪?nèi)的遠(yuǎn)端單元，在遠(yuǎn)端單元將其進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，經(jīng)過(guò)放大器放大通過(guò)天線實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)區(qū)域的覆蓋。

1.2.4泄露電纜室內(nèi)分布系統(tǒng)泄露電纜室內(nèi)分布系統(tǒng)主要原理是依據(jù)電磁場(chǎng)理論，在電纜外導(dǎo)體的一系列周期性或者非周期性槽孔中產(chǎn)生表面電流，并形成電磁場(chǎng)。內(nèi)部傳輸?shù)碾姶拍芰靠梢酝ㄟ^(guò)槽孔處以電磁波的形式輻射到外部環(huán)境。外部環(huán)境中的電磁能量也可以通過(guò)槽孔傳輸?shù)诫娎|內(nèi)部，從而實(shí)現(xiàn)了電磁信號(hào)的傳輸。泄露電纜室內(nèi)部分系統(tǒng)信號(hào)覆蓋均勻、信號(hào)波動(dòng)范圍小，減少天線安裝，尤其對(duì)于地鐵、隧道、電梯井等信號(hào)屏蔽較為嚴(yán)重的場(chǎng)所，可以采用泄露電纜室內(nèi)分布系統(tǒng)進(jìn)行組網(wǎng)。

2.室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要考慮室內(nèi)覆蓋范圍以及建筑物內(nèi)環(huán)境等問(wèn)題。建筑物內(nèi)存在各種可能對(duì)信號(hào)產(chǎn)生屏蔽或者吸收的作用，再加上室內(nèi)多隔斷的結(jié)構(gòu)，這些都會(huì)給無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)造成不同程度的衰減。此外，室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)在密集空間的多徑效應(yīng)要高于室外，引起信號(hào)反射、折射、散射的因素也更加復(fù)雜，還存在多徑信號(hào)矢量形成的雜散、交調(diào)、阻塞等干擾。為了有效解決室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋的各種問(wèn)題，科學(xué)合理的室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃具有重要意義。

2.1設(shè)計(jì)原則

室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，包括市場(chǎng)導(dǎo)向原則、統(tǒng)一性原則、質(zhì)量保證原則、經(jīng)濟(jì)性原則以及工程施工原則。室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須緊密結(jié)合市場(chǎng)需求，服務(wù)于用戶。室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)與室外基站分布進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，與室外基站網(wǎng)絡(luò)相互結(jié)合。室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)建設(shè)完成后的系統(tǒng)指標(biāo)、設(shè)備性能等應(yīng)該符合技術(shù)規(guī)范要求，并且便于后期的維護(hù)管理。室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)建設(shè)，應(yīng)該結(jié)合建筑物的實(shí)際使用需求，進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃。室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該符合施工需求，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單同時(shí)不影響建筑物原有的結(jié)構(gòu)和裝修。

2.2信號(hào)源選取

室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)在信號(hào)源的選取方面，需要與建筑物內(nèi)部的需求量、網(wǎng)絡(luò)資源分布情況以及室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋類型進(jìn)行綜合判斷。常見(jiàn)的信號(hào)源特點(diǎn)和使用場(chǎng)景，如下表-1所示：選擇網(wǎng)絡(luò)通信的信號(hào)源，需要重點(diǎn)考慮的是無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的容量和覆蓋范圍。容量方面主要是根據(jù)信號(hào)源可以支持的話務(wù)量和網(wǎng)絡(luò)資源來(lái)決定的。如果對(duì)話務(wù)量要求較低，可以選擇直放站或者從周邊小區(qū)耦合信號(hào)的方式作為信號(hào)源。但是對(duì)于一些話務(wù)量較高的情況，則需要安裝微基站或者宏基站作為信號(hào)源；在覆蓋范圍方面，對(duì)于低話務(wù)密度和小范圍覆蓋的場(chǎng)所，可以優(yōu)先選擇直放站。中等的話務(wù)密度和覆蓋范圍可以選擇微基站作為信號(hào)源。對(duì)于高話務(wù)密度和較大的覆蓋范圍，則可以射頻拉遠(yuǎn)作為信號(hào)源。

2.3天線的選取

室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)天線的選擇應(yīng)該以小功率、多數(shù)量為主，天線布置在公共區(qū)域。對(duì)于寫(xiě)字樓、購(gòu)物廣場(chǎng)、酒店等場(chǎng)所，天線應(yīng)沿著走道進(jìn)行安裝和敷設(shè)。根據(jù)業(yè)主的要求確定天線埋藏安裝或者裸露安裝。如果進(jìn)行埋藏安裝的方式，需要適當(dāng)提高天線口功率以滿足覆蓋要求。天線的布置需要控制外泄，通常情況下1~5層靠近窗邊的天線，需要經(jīng)過(guò)詳細(xì)鏈路計(jì)算和測(cè)量，確保外泄場(chǎng)強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)的應(yīng)用

隨著城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)用戶的飛速發(fā)展，人們生產(chǎn)、交流和工作等活動(dòng)逐步轉(zhuǎn)移到室內(nèi)環(huán)境中進(jìn)行，因此，對(duì)于室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的依賴程度更高，早期建設(shè)的室內(nèi)分布系統(tǒng)，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的要求，無(wú)法承載大量的數(shù)據(jù)傳輸，并且，現(xiàn)代建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和玻璃幕墻對(duì)室外基站信號(hào)造成了不同程度的阻礙，導(dǎo)致室內(nèi)無(wú)線通信傳播的衰減。未來(lái)的室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)是電信運(yùn)營(yíng)商增強(qiáng)信號(hào)覆蓋，提升用戶體驗(yàn)、優(yōu)化室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的有效手段。室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)在具體應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)該緊密結(jié)合建筑物信號(hào)覆蓋的設(shè)計(jì)流程，對(duì)原有的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效利用，并且通過(guò)技術(shù)手段和參數(shù)調(diào)整進(jìn)行資源的合理化配置。室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中需要關(guān)注鄰區(qū)優(yōu)化和信號(hào)源優(yōu)化問(wèn)題，避免優(yōu)先級(jí)設(shè)置不合理，影響用戶體驗(yàn)。此外，當(dāng)前電信運(yùn)營(yíng)商以及相關(guān)專業(yè)的研究人員，已經(jīng)對(duì)室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，為更好的適應(yīng)我國(guó)室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的需求以及未來(lái)5G通信技術(shù)的室內(nèi)覆蓋，需要充分考慮當(dāng)前無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)與5G網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)、技術(shù)以及運(yùn)行特點(diǎn)的相互融合?，F(xiàn)有的室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)，由于受到室外基站信號(hào)滲入的影響，大部分室內(nèi)業(yè)務(wù)無(wú)法有效吸收，仍然需要依靠室外基站，導(dǎo)致所建設(shè)的室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)利用率不高，并且引發(fā)室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)周期長(zhǎng)、投入產(chǎn)出比低等一系列問(wèn)題。另外，考慮到多網(wǎng)絡(luò)制式兼容問(wèn)題，共享資源和多網(wǎng)融合的室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，也將是未來(lái)發(fā)展的主要方向。

4.總結(jié)

綜上所述，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，人們的生活和工作對(duì)于通信網(wǎng)絡(luò)的依賴程度越來(lái)越高。通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)不僅需要滿足不斷增長(zhǎng)的用戶量和業(yè)務(wù)需求，同時(shí)，還要確保用戶接入無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)后的服務(wù)質(zhì)量?，F(xiàn)階段，移動(dòng)終端的普及促使人們行為習(xí)慣的改變，在室內(nèi)人們使用移動(dòng)互聯(lián)設(shè)備的頻率增加，使得室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以有效解決室外基站的信號(hào)盲區(qū)以及干擾區(qū)域，通過(guò)引入宏蜂窩或者微蜂窩作為室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的信號(hào)源，可以有效提升無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。相信隨著室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的相關(guān)研究不斷深入，一些新技術(shù)、新設(shè)備、新方法的涌現(xiàn)，將會(huì)對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行有效升級(jí)和改進(jìn)，室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將更加完善，應(yīng)用范圍也會(huì)更加廣泛。

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作者：楊洪基 單位：山東省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司