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【關鍵詞】MDAS 老小區 信號覆蓋 KPI
中圖分類號:TN915.81 文獻標識碼:A 文章編號:1006-1010(2013)-08-0024-05
1 背景介紹
1.1 網絡現狀
老小區(農居點、多層小區)作為一個城市人口最集中的區域,其話務量需求非常高,因房屋結構密集、業主阻撓施工而產生的弱覆蓋投訴量也非常大,深入覆蓋及優化已經成為當前網絡建設的重點。在敏感站點建設傳統分布系統牽涉到物業及住戶的協調問題,經常引發各類投訴及逼遷事件,是多年來杭州網絡建設中的難點和覆蓋的弱點。若要深度發展老小區內的用戶,就必須要完善其信號覆蓋,提升用戶感知度。
老小區信號覆蓋面臨的問題如下:
(1)多層弱覆蓋投訴需求強于高層“乒乓效應”;
(2)宏站覆蓋有限,增加宏站設備發射功率容易導致越區覆蓋產生干擾;
(3)業主維權意識強,對傳統覆蓋模式較敏感;
(4)TD信號空間損耗大,深度覆蓋不足導致TD用戶發展難度大。
1.2 傳統解決方式介紹
近年來,建設小區分布系統應用各類型美化體或泄漏電纜覆蓋,在解決農居點和多層小區的弱覆蓋投訴、話務量吸收等方面取得了一定的成績。但是隨著居民自我防護意識的增強以及美化天線無法做到真正意義上的隱蔽,在項目實施過程中經常發生居民投訴和強拆事件,造成了資源的浪費,也使得物業協調越發困難。
借助現有技術手段,在部分敏感站點轉變傳統射頻電纜+天線的覆蓋模式,研發及使用低成本、隱蔽型、施工簡單快速的新型覆蓋延伸類產品就顯得極其迫切和重要。經過市場調研和技術論證,多業務數字分布系統(MDAS,Mutiservice Digital Distributed Access System Solution)借助網線傳輸,隱蔽性較好,在不同的覆蓋場景可以和傳統覆蓋方式形成互補。
2 多業務數字分布系統
(MDAS)簡介
MDAS系統是集2G、TD于一體的多模系統,由接入單元、擴展單元和遠端單元組成。其中,接入單元從BTS、TD-RRU耦合GSM和TD信號,采用數字傳輸方式,通過光纖傳輸到擴展單元,在擴展單元將信號進行光電轉換后,由網線傳輸信號至遠端,并為遠端提供POE供電,遠端機對信號進行數字處理后,GSM和TD信號通過天線轉發實現覆蓋。
與傳統覆蓋方式相比,MDAS系統具有外觀隱蔽、施工方便、布點精確、覆蓋效果好等優勢,可真正實現全網監控,通過有線方式監控到每個終端及天線,大大提高了監控穩定性和有效性,便于網絡維護,適合于老小區、沿街商鋪等特殊站點的網絡信號覆蓋。其典型組網如圖1所示。
3 毛家里MDAS系統站點簡介
毛家里地理分布圖如圖2所示。
杭州拱墅區新文村毛家里為典型農居點,房屋建筑結構密集,宏站信號無法深度覆蓋,多年來投訴嚴重。故此次選擇該站點開展MDAS系統試點工程,希望解決其多年來弱覆蓋問題。
毛家里村約有80戶,共有160多幢樓,樓高5—6層,容納人數約5000人。樓內大部分區域場強小于-100dBm,無法正常起呼和通話。
4 毛家里MDAS系統工程實施
毛家里MDAS系統對新文村毛家里重點投訴區(東北片區域)進行2G+TD信號覆蓋,前期試點MDAS系統覆蓋戶數約30戶(超過60幢樓),覆蓋人數1500人。
東北片區域由于房屋面積大,室外信號無法深度覆蓋,話務量和投訴均發生在內部房間。方案設計采用MDAS室外型遠端,網線入戶,遠端單元MRU安裝在內部房屋的外墻上,通過遠端自帶天線覆蓋內部住戶,如圖3所示。
(1)近端單元MAU安裝在上城區科技孵化基地,耦合RRU信號,2G信源6載波,TD信源3載波;
(2)擴展單元MEU安裝在住戶家墻上,內置POE供電器,通過網線統一為遠端單元MRU供電;
(3)遠端單元MRU共安裝25臺,其中15臺借助網線入戶安裝,深度覆蓋內部住戶,10臺安裝在室外電力桿上,覆蓋周邊道路和公共區域。
5 毛家里MDAS系統覆蓋效果
5.1 MDAS試點效果——GSM系統
(1)毛家里MDAS系統開通前后覆蓋對比
如圖4所示,開通后GSM系統DT測試場強改善明顯,尤其是室內覆蓋區域,原手機信號基本脫網,現場強達到-50~-85dBm,通話質量0—2級。
由于室外有其他的宏站小區覆蓋,MDAS覆蓋區對室外有一定改善。而室外宏站信號對室內覆蓋效果較差,遠端單元MRU通過網線引入室內安裝覆蓋后,筆者選取了4層樓內進行開通前后的對比測試。
樓內覆蓋區GSM開通前后覆蓋對比如下:
1)大于-85dBm的場強占比:開通前為0%,開通后為98.15%,大于-85dBm的場強占比提升了98.15%;
2)0—2級的通話質量占比:開通前為0%,開通后為98.46%,0—2級的通話質量占比提升了98.46%。
從以上測試結果來看,開通后對之前為盲區或弱覆蓋的室內有了明顯的改善。MDAS遠端機安裝在二層,通過測試表明其可以很好地完成1—4層的覆蓋,之前2G信號投訴較多的1—3層住戶,經杭州移動拱墅分公司電話回訪,投訴問題已全部解決,設備覆蓋效果得到村民的一致認可。
(2)毛家里MDAS系統開通后KPI指標
根據MDAS系統開通后運行6—8月的話務統計可知,系統運行三個月日平均等效業務量約為540Erl(其中8月24日至25日TD系統信號引入施工對GSM系統業務產生了一定的影響)。如圖5所示:
毛家里MDAS系統開通后,話務吸收明顯,設備運行穩定,各項KPI指標均優于省公司室分考核指標,這說明MDAS系統在充分吸收話務量的同時,未對信源基站產生影響。
5.2 MDAS試點效果——TD系統
(1)測試數據分析
站點信息如表1所示。本次測試內容為:無線網絡覆蓋、CS12.2K語音業務、PS64K上傳、HSDPA下行數據業務。
數據業務測試統計如表2所示:
從TD系統開通后的測試結果來看,毛家里TD覆蓋各項指標能夠達到覆蓋要求。語音業務RSCP、C/I覆蓋整體達標,PS64K上傳數據業務上傳平穩且達標,HSDPA下載數據業務下載平穩且達標。開通后,覆蓋區吸收語音話務量、數據業務量效果明顯。
(2)后臺KPI指標數據
TD系統于2012年8月29日下午開通,查詢8月30日至9月9日的KPI指標如表3所示。
毛家里MDAS-TD系統開通后,設備運行穩定,各項業務現場測試結果良好,觀察后臺KPI指標均能達到覆蓋要求,且覆蓋區語音話務、數據業務吸收明顯,對GSM系統起到很好的分流作用。
6 總結
借助MDAS系統和傳統分布系統的互補優勢,建議在老小區(高話務農居點、弱覆蓋多層小區)推廣使用MDAS系統,以解決該部分區域因深度覆蓋不足導致的弱覆蓋投訴和話務吸收不充分等問題,提高用戶感知度,提升移動品牌形象。
參考文獻:
[1] 蘇華鴻,孫孺石,薛鋒章,等. 蜂窩移動通信射頻工程[M]. 2版. 北京: 人民郵電出版社, 2007.
(一)干擾優化、覆蓋優化、容量優化
網絡優化關系著移動用戶通信的質量,TD網絡優化的內容有干擾優化、覆蓋優化、容量優化。干擾是影響通信質量的重要因素,現實生活的噪音都會影響通信質量,而噪音只是影響通信質量的一個原因,其根本原因是頻率資源短缺,擾碼、網絡信道碼較短,干擾優化關鍵還是解決根本原因,然后減少噪音對通信干擾的制約。通過調整天線優化通信網絡,擴大覆蓋范圍,重點解決覆蓋空洞問題。增加時隙配比和分配最小速率,增加最大承載數,避免電話占線現象的頻繁發生。
(二)具體地點場所的移動網絡問題及優化措施
1.高檔別墅群
一般離市區較遠,整個地形相對簡單,周圍綠化面積大,樓宇之間寬闊,周邊基本無其他需要覆蓋的目標。小區多以2~4層的別墅組成,別墅綠化面積大,樓宇之間寬闊。信號強度分布不均,強弱差異大。用戶都是高端用戶,是寶貴的話務資源。
2.建筑較密的高低層樓宇
位于市區的小區內樓房密集,多為部分高層樓宇及大片中低層樓宇組成,樓間相互遮擋較為嚴重。建筑對信號衰減嚴重,尤其低層、區內信號較差,特別是底層建筑。高層信號復雜,通話質量差,電梯、地下室一般為盲區。話務量小,但用戶較多。
3.建筑物相對分散的多層小區
位于市區的小區內樓房分散、綠化面積大,通常由獨立的幾個大型樓宇組成,一般樓層較高,整體信號較差高層為乒乓效應區,低層為弱信號區。停車場,電梯為盲區,停車場,電梯為盲區手機持有率高,高端用戶很多。目前分散的多層小區的建筑方式越來越多,面積也越來越大,靠單一的覆蓋方式難以達到理想的覆蓋效果,必須同時使用多種覆蓋方式才能解決。例如:用室內分布系統解決電梯和地下層盲區的覆蓋,室外分布系統解決其它區域覆蓋。綜合考慮覆蓋效果及投資等因素,小區覆蓋可進行選擇性覆蓋和全區覆蓋,根據不同的小區也有不同的覆蓋方式。
二、結束語
關鍵詞: TD-LTE;無線網絡;深度覆蓋
前言
4G移動通信網絡是國內最新也是速度最快的移動通信網絡,其數據傳輸速度快能夠為各種移動終端提供良好的數據通信服務。做好TD-LTE無線網絡的深度覆蓋確保TD-LTE無線網絡的數據服務質量是各大運營商的工作目標,同時,TD-LTE無線網絡的覆蓋能力和網絡質量對于運營商的市場競爭力有著十分重要的影響。
1 4G網絡深度覆蓋體系規劃
4G移動通信網絡的深度覆蓋指的是在宏蜂窩基站實現室外及室內區域淺層覆蓋的基礎上,合理的對小基站進行配置并通過加強室內網絡覆蓋系統來實現局部區域的4G網絡的全覆蓋,從而實現對于4G服務區內的深度網絡覆蓋的要求。
在4G通信網絡中為實現深度覆蓋多采用的是異構網絡作為網絡架構。在異構組網的網絡結構中根據其形態可以分為水平和垂直兩大主要結構。其中對于水平結構主要是由站點、基站的站間距、基站信號的重疊覆蓋區域、基站的站高以及基站所采用的天線的特點等的元素所組成。對于異構網絡的垂直結構則主要是指對于網絡采用分層架構的方式來進行網絡的構建。在進行4G移動通信網絡的架構時首先要確保其具有良好的水平蜂窩結構模式,同時還需要根據系統特點對網絡系統實現不同的垂直分層。TD-LTE無線網絡的異構網可以定義為不同制式、不同功率等級基站設備所組成的多系統、多層次的網絡結構模式。在4G移動通信網絡的構建時可以實現在一個目標區域內對于不同的小區采用重疊部署以確保網絡的深層覆蓋。相較于傳統的網絡結構,TD-LTE無線網絡通過對OFDM的特性進行了優化和改進可以實現不同層網絡間的同頻部署。在使用異構網作為小區通信服務網絡時多使用的是宏蜂窩結構來實現小區內移動通信的基礎覆蓋,為解決深層覆蓋問題需要使用微蜂窩、皮基站、中繼站等方式來實現小區室內的移動通信深度覆蓋,用以提高用戶的使用效果。現今,TD-LTE無線網絡已將發展較為成熟,配套與TD-LTE無線網絡的低發射功率深度覆蓋設備也已經在各城市中陸續投入商業運營,并取得了較好的網絡通信效果。隨著TD-LTE無線網絡的發展不斷深入,在未來,TD-LTE無線網絡中的異構結構將會對數據通信較為密集的小區及區域采用分布系統來進行構建,同時為提高區域內的深度覆蓋效果需要采用微基站與宏基站配套的模式來提高區域內網絡的深度覆蓋的效果。而對于小區、中低端寫字樓等移動通信數據第一個檔次的區域則可以通過采用與Femto家庭基站解決方案相類似的方式、方法來提高深度覆蓋效果,用以實小區內的TD-LTE無線網絡的深度覆蓋。
2 4G網絡異構組網結構對于不同區域深層覆蓋的優化
4G網絡的深度覆蓋需要著重解決網絡覆蓋的“點、線、面”的問題,對于基站的配置宏基站終點解決通信網絡的“面”和“線”問題,而深度覆蓋則需要重點在“點”上下功夫,在對4G移動通信網絡的深度覆蓋優化時首先需要對目標區域進行價值評估,初步對需要深度覆蓋的目標進行判斷。通過精確覆蓋分析獲取詳細的需要深度覆蓋區域的位置,為后續的4G通信網絡的建設和優化提供相應的數據參考。
在4G通信網絡深度覆蓋方面通常主要有設備直接深度覆蓋和設備與分布設備相結合這兩種主要的方式。其中,進行直接覆蓋的設備可以采用宏基站、微基站、皮基站等多中設備,采用何種設備形式對4G移動通信網絡進行深度覆蓋需要在分析各設備的類型及使用場合的基礎上進行選定。主設備與分布設備相配合的方式多應用于大中型建筑的深度覆蓋,相對于單一設備的4G信號的深度覆蓋其信號覆蓋效果更好,不足之處則是建設成本較高,因此需要根據使用的場合進行合理的選擇。
在4G通信網絡的TD-LTE無線網絡架構中為實現網絡信號的深度覆蓋需要采用相應的優化措施:(1)在TD-LTE無線網絡中可以利用現有的宏基站的站址資源,將無線信號由室外向室內發射,為提高信號進入效果,對于TD-LTE無線網絡中所使用的天線的傾角需要與俯仰相配合以實現對于區域內室內信號的深度覆蓋。在信號方向上,對于建造高處的信號發射站需要控制其天線傾角使其向下發射以實現對于中低區域的覆蓋。而對于建在中低處的基站則需要控制其信號向上發射以實現對于高層區域的信號覆蓋。對于在市區內樓宇較為密集、信號遮擋較為嚴重的區域,為提高信號深層覆蓋的效果還需要采用F頻段與D頻段相結合、2通道與8通道相結合的方式來實現區內的混合組網分層通信信號的覆蓋。在區域內基站天線等的架設上還需要注意挖掘信號覆蓋不足區域內的路燈桿、監控桿等的位置較高區域,通過在其上架設一些集成度較高、美化度較高的一體化簡易宏基站與微基站協同的產品,來對TD-LTE無線網絡信號覆蓋不足區域的信號覆蓋和補充,以提高區域內的深度覆蓋的效果。(2)對于住宅小區區域,則需要注意小區內較高位置資源的挖掘,通過采用美化天線以實現區域內的信號的深度覆蓋。(3)為實現4G網絡的深度覆蓋,還可以充分利用目標區域內已建好的2/3G室內分布系統進行4G改造,以提高目標區域內的信號深度覆蓋效果。對于一些新建小區,在4G信號的建設上可以通過采用Pico基站與Femto基站相互疊加的方式來提升單位區域內的基站的整體數據容量和邊緣吞吐率。
對于4G通信網絡的深度覆蓋可以使用Relay對其進行優化。Relay工作的原理是通過對基站發送的信號進行調整,將原先數據信號通過UE傳輸調整為首先將數據信號發送給RN而后再通過RN將數據信號發送給UE,通過此種方式可以將基站的系統覆蓋范圍大幅增大并使得4G網絡的系統鏈路性能大幅提升,實現TD-LTE的深度覆蓋。對于4G移動通信網絡中由于異構網所帶來的干擾特性與傳統的蜂窩結構有較大的區別,除了具有同層干擾外還具有層間干擾,對于采用異構網所帶來的干擾問題可以采用eICIC和CoMP技術方案予以解決,在CA情況下采用正交載波調度而在非CA情況下采用頻域、時域錯開機制等方式予以解決。
3 結束語
4G網絡是現今時下的主流通信網絡形式,為提高4G網絡的使用效果需要加強對于4G網絡的深度覆蓋。在覆蓋方式上可以選擇宏基站、小基站、室內覆蓋等的多種方式,在使用上述方式進行4G信號的深度覆蓋時除了需要考慮深度覆蓋的能力外還需要對小基站、室內覆蓋系統與周邊宏基站系統之間的協同覆蓋以便取得良好的覆蓋效果。
參考文獻
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關鍵詞:無線電;蜂窩數據;移動通信;網絡結構;分析
隨著近年來無線網絡用戶的不斷增加,廣大用戶的需求也有了顯著的變化,用戶需求的增加需要對無線網絡進行不斷的優化和提升,以便能夠適應網絡的迅速發展。蜂窩式網絡結構能夠有效解決無線網絡發展中的問題,優化網絡結構,進而有效提高了網絡質量,對促進我國信息化事業的發展意義重大。
1無線電和蜂窩數據移動網絡的基本內涵
1.1蜂窩數據移動網絡的優化
蜂窩移動網絡的結構設計方案能夠實現網絡的全面覆蓋,并有效提高系統容量,進而滿足用戶的實際需求,極大地提高了網絡服務的質量。為了移動通信實現網絡服務目標,需要采用先進的技術手段來完成對無線網絡的構建,實現資源的重復使用。現階段,蜂窩數據移動無線網絡的主要優化措施有:1)將移動數據所處的環境當作無線網絡基站的基礎,實施除六邊形以外小區結構模式來實現網絡信號的全面覆蓋;2)通過改變蜂窩數據的結構來拓展系統容量,在蜂窩數據網絡中,將無線電進行應用,能夠通過對網絡結構改變,而對網絡傳輸信號造成的影響進行控制,進而實現網絡資源的高效應用。
1.2蜂窩數據移動網絡的優勢
近年來,我國的移動通信技術開始不斷的發展,在各種各樣的手段和技術的支持下能夠實現對無線網絡結構的優化,而各種新技術的開展也提高了無線網絡的覆蓋面,促使無線網絡能夠穩定、可靠的運行。分布式的無線電可以利用無線網絡系統中的實際分布情況,來對資源進行合理優化配置,進而提高了網絡資源的利用率,也使得整個系統的綜合效益有了顯著的提升。蜂窩小區移動數據設計結構,在當前已經成為主流趨勢,這項設計的使用,不僅提高了網絡資源的利用率,擴大了移動通信號的覆蓋面,也在一定成熟上提高了系統的性能,提高移動網絡的安全和穩定性。
2蜂窩移動網絡結構對分布式無線電的應用現狀
2.1小區蜂窩網絡的優點
現階段,將分布式無線電應用在蜂窩移動通信網絡中,有著諸多優勢。分布式無線電的應用,能夠讓蜂窩移動通信網絡能夠通過無線信號進行傳輸,無線傳輸的功率較小,且具有靈活的整體結構,這樣就能夠實現分布式無線電在相應環境中的優化設計,并實現對網絡的安裝。與此同時,分布式無線電的應用,也能夠符合未來大部分時間內的無線網絡的發展需求,并有效提高了無線網絡的整體運作效率。因此,想要發揮蜂窩移動通信網絡結構的各種優點,就需要將分布式無線電進行合理應用。在應用的過程中,需要對小區結構合理定位。
2.2分布式無線電的幾種應用方式
1)小區結構。小區結構在接入的過程中,主要有移動通信網絡和RAU和BTS。網絡的覆蓋范圍主要是分布式無線電網絡蜂窩數據中的構成。小區結構的建立能夠擴大蜂窩數據網絡的覆蓋范圍,并提高網絡信號強度,具有十分顯著的重要作用。2)資源管理模式。無線電應用在蜂窩移動通信網絡管理工作中,需要對網絡資源進行管理,主要采用的是兩級無線資源的分配形式,在對廣義小區結構進行資源分配時,一方面可以在小區內利用頻率碼道復用的方式對系統總容量進行有效擴展,這是一種極為有效的方法,但是往往實施起來卻是十分復雜的,另一方面,可以利用不復用方法來對網絡資源進行合理優化配置,實施起來也比較簡單。
3蜂窩移動通信的網絡結構
目前,蜂窩移動通信網絡優化在設計的過程中,所需要遵循的原則就是要擴大網絡無限的覆蓋范圍,進而保證信號的傳輸質量。蜂窩移動通信在新業務的發展中都能具有很好的適應性,并使用戶更加使用網絡設備的演進和推進步伐。蜂窩移動通信網絡的發展,提高了移動系統的業務承載能力,也擴大了移動網絡的覆蓋面積。蜂窩移動通信的網絡結構設計中,將小區結構設計進行應用,能夠讓網絡在傳播的過程中組成相應的小區群,進而形成多小區的網絡結構,提高移動信號的覆蓋率。蜂窩移動通信無線網絡結構需要進一步改進,提高網絡覆蓋率和覆蓋強度,這樣才能適應現代社會的發展。改進的過程中,一方面需要適應六邊形的小區結構,另一方面則需要通過改變蜂窩結構來降低信號的干擾程度,提高信號的傳輸強度。分布式無線電的類型的不同,對基站信號的接收與發送也不相同。因此,需要針對用戶所處的地理位置,來確定安全區域,促進安全區域的建立。分布式無線電在傳輸的過程中,蜂窩數據網絡中的分布式天線主要是由多個天線共同組成的基帶處理器,進而實現對無線通信網絡的控制。
4未來蜂窩通信系統的發展前景
在對蜂窩移動通信系統進行研究和設計能夠針對無線網絡的發展歷程,構建蜂窩小區結構。無線互聯網會隨著無線基帶處理技術,網絡傳輸技術的發展而發展。分布式無線電在蜂窩移動通信網絡結構構建中進行使用,能夠將原本復雜的技術進行簡化,進而讓人們對新技術進行有效的認識,并使新技術得到合理、科學的應用,進而促進未來蜂窩移動通信網絡傳輸的發展。蜂窩移動通信小區的建立,已經成為移動通信網絡中的主流趨勢,它能夠提高無線網絡的頻譜利用率。隨著近年來科學技術的不斷發展進步,需要對蜂窩移動通信進行改進,并對系統進行不斷更新。在蜂窩數據的小區改進中,需要采用先進的無線資源管理策略進行管理。無線網絡資源在管理的過程中,應該提高其使用效率,并對使用速度和效率進行控制。現階段,根據蜂窩移動通信系統的網絡資源進行優化,無線資源管理過程中,需要采用動態方法對無限資源進行調配和管理。切換技術主要是通過對網絡的頻道、無限資源等進行改變而實現對網絡的控制,進而對移動通信終端進行有效控制。空中接口傳輸技術能夠提高無線鏈路傳輸量,同時也能夠完善擴充空間無線資源,通過實踐聯系理論,來對MIMO系統進行利用。網絡傳輸過程中,需要將分布式無線電和蜂窩移動通信網絡結構進行聯系。在未來的移動通信發展過程中需要將分布式無線電極易利用,并充分利用空間資源,進而實現對系統網絡的合理規劃。
5結論
總而言之,在當今信息化和智能化大背景下,無線網絡的發展將會進一步完善和發展。在蜂窩移動通信網絡結構中對分布式無線電技術進行應用。分布式無線電能夠促進蜂窩無線數據的優化升級,并提高移動信號的覆蓋率。將這種方式進行應用,能夠促進無線系統結構的優化,進而促進移動網絡系統空間的優化升級。
作者:李革 單位:重天信科通信建設監理咨詢有限公司
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關鍵詞:移動通信;無線網絡;優化
在科學技術快速發展的背景下,我國的移動通信事業取得了全面的發展,移動網絡的規模和覆蓋面積在不斷的增大,移動通信用戶的數量也飛速增長。客戶數量的增多對現有通信設備、通信網絡的要求越來越高,在這種背景下,移動通信運營商如何做好移動通信無線網絡的優化,提升信號提供的質量,成為更好的服務于客戶、提升市場占有率和經濟效益的一項重要工作。
1 我國移動通信網無線網絡的現狀
當前我們國家現有的移動通信網絡中,主要有三種類型的制式,第一種是GSM升級以后的WCDMA制式,第二種制式是CDMA升級以后的CDMA2000,第三種是TD-SCDMA制式。在這三種制式里面WCDMA制式在移動網絡中的應用效果最突出,網絡優化的水平在不斷的提升,保證了其較高的穩定性。當前我們國家移動網絡優化的理論研究處于初始階段,這也使得我們國家的移動網絡優化軟件的研發使用也處于初級階段。
由于我國移動網絡優化理論和實踐處于初始發展階段,我們國家研發的ANT FOR CDMA、ANT FORGSM等專業優化軟件,在使用的過程中主要通過人工干預來實現的,價值經驗數據的不足,這使得我國的移動通信網絡無線優化自動化程度較低。受到移動通信無線網絡數據資源、知識結構共享程度低的影響,導致了移動網絡優化工作者大部分的時間都耗費在數據的處理方面,導致較少的時間投入到網絡調整方面,這使得我們國家的移動通信無線網絡優化技術發展較為緩慢。受到優化技術的影響,當前我們國家的移動通信無線網絡優化軟件的功能豐富性有待于進一步的提升,優化系統的孤立導致了不能進行全面的分析和優化,影響了移動通信無線網絡優化的效果。
2 移動通信網無線網絡優化的措施
在移動通信網絡管理過程中,通信網絡優化系統包括了數據管理、網絡規劃、專題分析等六個方面的內容,在這六個方面中性能分析是移動通信網絡的關鍵部分,提升對移動通信網無線網絡的優化需要從以下幾個方面做起,以此來更好的滿足客戶的需求:
2.1 提升系統的有效查詢速度
在移動通信網中,為了提升數據導入的便捷性,提升與網管數據模板的統一性,最小的查詢時間力度為十五分鐘,這在一定程度上給查詢速度帶來了非常嚴重的影響。因此,在實施移動通信網無線網絡優化的時候,需要不斷的提升系統的查詢所需時間,降低匯總所需的時間,通過全面的分析客戶的需要,實現對時間協調的優化。提升移動通信網無線網絡系統的健壯性,在使用的過程中,性能分析系統非常容易受到環境等多種因素的印象,導致在操作的時候一些功能不能夠發揮。因此,在進行移動通信網無線網絡優化的過程中,要通過提升系統的兼容性等最大程度上降低外界配置對系統的影響。
2.2 要不斷的進行界面的優化
在移動通信網無線網絡運行的過程中,一次查詢需在操作多個步驟以后才能完成,并且界面也較為復雜,查詢所需的參數等也較為專業化,這影響了普通用戶使用時的便捷性。因此,在提升軟件便捷性與實用性的基礎上,要通過優化界面的設置,來實現無線網絡優化的目的。要不斷提升系統的穩定性,在目前的移動通信網無線網絡性能分析系統里面,出現設備不完整而造成異常問題產生的情況,例如所選取的查詢條件順序存在差異時,查詢的結果出現不同。因此,為了優化這一問題,需要在進行軟件構架設計的時候,通過嚴格、科學的檢測,對這些問題實施針對性的處理,以此來提升移動通信網無線網絡的穩定性。
2.3 加強移動通信系統的覆蓋
當前,在進行移動通信網絡服務質量評價時蜂窩小區的覆蓋率是一個重要的指標,當覆蓋的范圍不能夠滿足設計的要求時,需要實施移動通信網無線網絡的優化,以更好的滿足客戶的需求。在優化的過程中,通過對各個小區的相關信息作出分析,在保證各個小區虎屋均衡的前提下,降低系統相互間的干擾。不管是在網絡規劃階段還是網絡優化時期,都需要作出蜂窩覆蓋的預測等工作,以更好滿足客戶的需求。由于系統內部的干擾會造成小區有效覆蓋范圍受到一定程度的影響。因此,實際的蜂窩小區覆蓋范圍需要按照實際的話務分布來作出合理的優化與配置,以此提升移動通信網無線網絡的優化質量。
2.4 合理設置與使用室內信號分布系統
在移動通信網無線網絡使用的過程中,一些城市中受到高樓密集因素的影響,加之移動用戶數量的不斷增加,傳統的室外基站的小區覆蓋,在一定程度和范圍內不能夠很好的滿足用戶的需求,在使用移動通信網無線網絡的時候,會存在掉話、沒有信號等一些問題。所以,為了解決這些環境下移動通信網無線網絡質量問題,可以使用室內信號分布系統,來提升無線網絡的穩定性。針對一些較為特殊的區域,例如:超高層建筑、高速公路等,可以使用微蜂窩等技術,來加大對移動通信網無線網絡的覆蓋和優化質量。
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中國移動通信集團河南有限公司平頂山分公司河南平頂山467000
摘要 列車的通信系統可以說對于旅客來說是有一定改善需求的領域,由于信息化的加強使得信息產品的使用在生活中越來越密不可分,因而移動通信需求可以說成為了一個比較迫切需要解決的問題。而就實際情況來說,高速鐵路自身的控制系統實際上也需要對于通信技術有更高的要求,雖然二者并非同類,但是技術本源卻是一致的。因而實際上可以說移動通信技術的發展,無論對于客戶需求或者是自身的強化來說,都是有價值的。
關鍵詞 高速鐵路;移動通信系統技術;列車通信系統
移動通信技術的發展在現階段可以說相當的完善了,基本上移動通信工具已經到了人人都有的情況了。而高速鐵路在運行過程中,由于本身的速度極快,這樣的情況就會對于無線電信號產生一定的延遲和干擾。這不僅對于旅客的移動通信使用造成了一定的困擾,對于列車本身來說,同樣是如此。因此高速鐵路移動通信技術的改善已經勢在必行,并以此來推動和提高高鐵本身的運行質量。
1 高速鐵路通信系統技術簡介
1.1 高速鐵路移動通信系統技術的概念
高速鐵路的發展本身是非常迅速的,一般來說其含義也正如名字所說的那樣,是指時速超過一般列車速度比較多,而且通過專線運行的鐵路運營方式。現階段的高速鐵路運行速度一般都在200km/h 以上。
而列車的移動信息通信系統,則是以高速鐵路列車作為核心載體,通過無線設置和有線的接入,從而形成一個有效的接收和發送的網絡。可以說通過計算機系統的控制,進行數據接收儲存傳輸,然后有效地控制一個系統工程。移動通信信息系統本身是可以作用于列車控制,也能夠作用于旅客服務的。因而就實際應用來說,是可以對于整個高速鐵路列車系統而起作用的,也是通信系統所需要改善和加強的重要部分。
1.2 高速鐵路移動通信系統技術的發展背景
就發展背景來說現階段的鐵路系統本身就是朝著高速化的方向來發展的,通過對于列車技術的改善以及鐵路配置的強化,再加上能源效能的加強,可以說快速化的發展就成為了必然的趨勢,對于鐵路系統的提速而言,經過若干年的試驗之后,必然的會出于對于流量速度的要求而進行提速,從而在技術和需求方面給予高速鐵路發展的空間和基礎。
而高速鐵路的移動通信系統技術的出現,則是信息技術運用到高速鐵路上面的重要突破,對于高速鐵路的列車運行來說,本身的需求就有通信方面的聯系需要,而且對控制方面的需求可以說是比較多的。而另一方面來說由于移動通信工具的普及,因而在高速鐵路列車方面的使用也成為了經常的事例。然而高速環境下對于這方面的干擾是有一定的程度的,因而并不能夠非常順暢地進行利用,從而也給工作人員和旅客帶來了些許的不便。需要承認如果列車的運行速度超過了300 千米每小時,那么移動設備運行在正常狀況下會受到很大的影響,對于使用效果來說不可不謂破壞性,因而就改善的需求來說,從各個方面都是面對列車提速所必須解決的問題。
1.3 高速鐵路移動通信系統技術的意義
從我國高速鐵路運行的現狀來看,移動通信系統的問題可以說已經制約到了高速鐵路繼續提速的步伐,而且就現階段的運行來說,可以認為已經出現了一些困擾的因素,只是因為還在能夠接受的范圍之內才沒有什么異議出現。無論是出于繼續發展的需要,還是出于改善管理的目的,在移動通信技術方面都有需要進行加強的地方的。
此外,從另一個角度來看,鐵路行業本身就是服務業的一種,因而服務質量的加強本身也是其改善管理的一個重要方式。高速鐵路本身的發展,也可以說必然面臨著改善服務的強烈需求,因而高鐵移動通信系統建設本身就要求能夠對于客戶需求進一步滿足并且加強自身的服務體系建設,從而對于業務有著更加完善的反映。
2 我國高速鐵路移動通信技術的現狀
高速鐵路的發展已經成為我國現階段經濟發展的一個帶頭因素,某種程度上已經普及了我國中東部的大部分地區,并且通過高速鐵路的帶動,使得相關服務業的發展也有了一定的進步。而高速鐵路通信技術服務也日益成為高鐵服務的一個重要部分,通過對于通信需求的滿足,以及高鐵本身的信息調控能力的提高,還能夠對于旅客的需求進一步的滿足和完善。而且,由于移動技術的發展和普及,列車的移動通信系統技術也需要隨著高速鐵路本身的發展而進一步進步,從而避免被限制的困境。
現階段我國使用的主要的移動通信系統技術是GSM-R 系統,即為鐵路系統專用數字移動通信系統,主要功能包括無線列調,以及無線通信和隧道通信等功能。應當說相對之前的列車通信系統而言,該系統實現了更進一步的升級,對于尋址的定位功能進一步的強化,也可以通過主從同步方式從附近的相關設備中獲取電信號,并且通過無線轉換設備進行信號的轉換和協調,從而能夠實現對接功能。從這個角度來說,也可以認為這也是對于通信技術的運用和發展,保證了本身的服務質量的程度。
3 高速鐵路移動通信技術的構成因素
從需求來說,高速鐵路移動通信技術首要需求就是信息管理方面的,無論是環境狀況或者是自身狀況,都是對通信有一定要求的。同時,對于旅客信息的檢測也自然更加依賴迅捷的信息技術的幫助,因而實際上這也是移動通信系統技術所能夠做到的。從儲存和調度的準確性和快捷性來說,必然的對于移動通信技術有其需求。
其次,列車控制也是對信息和聯通有著很高的需求,就現階段來說由于高速鐵路實際上進一步強化了指揮的要求,而移動通信技術本身也能夠方便對于整個列車的統籌控制,有利于及時地進行管控,來提高列車運行的效率。
另一方面,列車通信的需要也對于移動通信技術的發展是有一定的需求的,由于現階段的移動設備的普及程度很高,因而能夠在相應的地方使用也就成為了一種使用的需要。而且列車在運行中本身就有進行通信的必要性,無論是站內通信的快捷,或者是在通信系統故障的情況下需要臨時應急處理,都是離不開的。因而從任何一個方面來說,實際上都是如此。
最后,在基礎設施方面,整個高速鐵路移動通信系統是需要從來源、轉換以及接收方面同時做好,從而形成一個完善的系統來完成配合工作。并且通過無線系統的引導對整個列車的各方面需求進行滿足。
4 高速鐵路無線通信覆蓋理論研究
本文將詳細對高速鐵路覆蓋理論中存在的種種問題進行研究,主要從車體損耗、多普勒效應、小區切換等方面進行了闡述,為高速鐵路的移動通信覆蓋規劃提出了問題,也初步做出了一些理論性的解決方案,并對實際覆蓋中某些方面指出方向,其中很多地方也為實際勘測指明了重點,是高速鐵路移動通信覆蓋研究不可或缺的內容。
4.1 高鐵通信網絡面臨的挑戰
高速鐵路通信網絡面臨的挑戰也是巨大的,主要集中在這幾個方面:
淤車廂損耗大,主要是傳輸損耗大,以CRH1 型車廂為例,靜態時損耗25db,高速運行時就更高了。
于車速快,對切換和重選非常不利。目前國內高鐵時速最快能達300km/h 以上,多普勒效應非常明顯。
盂高速鐵路通信對SNR 要求高,還有很多乘客網上看視頻、下載等業務同時進行,這種業務集中度高。
榆鐵路的地形地貌復雜多樣性。
在這些挑戰下,針對多普勒頻偏,必須加入糾偏算法,對頻偏糾正和補償,來提高解調的性能。
4.2 多普勒效應的影響
什么是多普勒效應?當終端在高速運動中通信情況下,終端和基站都有直視信號,接收端的信號頻率會發生變化,稱為多普勒效應。
事實上個人認為多普勒效應可以看成是頻域上的多徑效應,多徑效應是“時延”,而多普勒效應是“頻延”,由此可以得到多徑和多普勒相結合的信號的一個核心的式子:
在多普勒的情況下,造成頻延不同的原因其實也是信號多徑傳輸,不同路徑到達時的角度不同,因此相對速度就不同。
高鐵覆蓋中的多普勒頻移也可以用以下公式來表示:FR=,其中FR 是收信機接收頻率,FT 是發信機發射頻率,V 是移動臺移動速度,C 為電波傳播速度。值得注意的是,多普勒頻移引起上行信道的偏移量是下行信道偏移量的兩倍。以GSM900MHz 和GSM1800MHz 為例,在表1 中可以看出不同車速下的最大頻移。
總之,隨著車速的不斷提高,多普勒頻移的影響也越來越明顯,在高鐵覆蓋中首先考慮的是多普勒頻移效應。在仿真環境中,瑞麗衰落時的多普勒效應對信道影響很大很明顯,在直視范圍內的萊斯衰落環境下的多普勒效應對無線信道的影響大大減少,所以,盡量保證發射天線和列車經過的鐵路沿線保持在直視范圍內。天線方位角的規劃,最好在相鄰站點間的2/3的距離來規劃,保證高鐵覆蓋強度和站間重疊覆蓋距離。然后切換時延,就X2 口來說,控制面平均時延大概0.06s,用戶面UL/DL0.057s。車速250km/h 時,切換區域在69m;車速300km/h時,切換區域在83m。
4.3 單站覆蓋距離
Okumura/Hata 模型是應用較為廣泛的覆蓋預測模型,它是以準平滑地形的市區作基準,其余各區的影響均以校正因子的形式出現。Okumura/Hata 模型市區的基本傳輸損耗模式為:
其中:Lb 為市區準平滑地形電波傳播損耗中值(dB);f 為工作頻率(MHz);hb 為基站天線有效高度(m);hm 為移動臺天線有效高度(m);d 為移動臺與基站之間的距離(km);(hm)為移動臺天線高度校正因子;s(a)為建筑物密度因子。
由此式就可以計算出天線高度和覆蓋距離的相關數據。
4.4 相鄰基站重疊覆蓋問題
由于高鐵多以同頻組網方式,來提高頻譜效率,但同頻組網存在著小區間的同頻干擾問題。現實中我們通常是通過管理無線資源使小區間干擾得到控制,也就是小區中資源和負載的情況來進行的多小區無線資源商量著來解決的,就是我們常常所說的ICIC(inter cellinterference cacellation)。
從資源協商來講,頻率服用分為軟頻率復用(SFR,soft frequencyreuse)、部分頻率復用(FFR, fractional frequency reuse)和全頻率復用(Full frequency reuse)三類。
軟頻率復用,是把所有的頻段分成2 組子載波,一組是主子載波,一組是輔子載波,主子載波可以在小區的任何地方使用,權利大的很,輔子載波只能在小區中心被使用,不同小區間的主子載波相互正交,在小區邊緣有效地抑制了干擾。部分頻率復用是把所有的頻率分成4 個組,對于小區中心的用戶,給他頻率復用因子1,固定分配到1 組頻段。對于小于邊緣的用戶,就只能用剩余的3 組頻率了,復用因子是3,保證和其相鄰的小區邊緣用戶的頻段相互正交,互不干擾。全頻率復用就是所有的頻點可放在小區的任何位置使用。
總的來看,三種頻率復用,其實FFR 和SFR 可以算作一邊,全頻率復用算另一邊。FFR 和SFR 是使用聯系多個RB 來組成子頻帶,全頻率復用是使用單個RB,這是很大的區別!第二個區別是在小區中心資源和邊緣資源的不同,換句話說就是使用的復用系數不同,全頻率復用由于無小區中心和邊緣區域資源劃分;也就是說,在頻率劃分上,FFR 和SFR 的不同小區邊緣用戶使用相互正交的子載波,而全頻率復用在不同小區用戶使用相互正交的RB,或者干脆就結合功控來使用同一RB。
4.5 天線選擇
由于鐵路屬于狹長地形場景覆蓋,并且專網小區基站根據實際地理條件與鐵路沿線可能有一定距離,因此根據實際情況需要選擇不同的天線。
以鐵路專網基站與鐵路沿線的垂直距離S 作為參考來選擇天線,說明如下:
(1)當垂直距離S 小于100m 時,優先采用32°窄波束天線(如ODP-032R18dB),并且每個小區使用兩副天線對鐵路實施覆蓋,這樣還可以避免越區覆蓋,見圖1。此外為了保證一定的覆蓋距離(暫定為1000m),在基站中心兩側總長度L 為240m 的范圍內將主要通過天線的副瓣進行主力覆蓋。
(2)當垂直距離在100~300m 范圍內時,可采用65°波束天線(如ODP-065R15dB)。覆蓋方式同上,但整個覆蓋范圍內基本上依靠天線主瓣對鐵路沿線進行主力覆蓋。
(3)當垂直距離大于300m 時,建議重新進行站址規劃。
此外,對于波瓣過窄,導致出現天線零點的地方信號深度衰落,需要采用零點填充的特型天線或者在兩小區正中間增加一面天線,天線增益優先選取為18dBi。
5 高速鐵路移動通信新技術
由于鐵路通信網絡基站一般是平均分布的,而列車的運行又不是非常頻繁,因此在利用率方面存在一定的浪費狀況。針對這樣的情況,采用分布式網絡云結構在一定程度上是可以緩解這些問題的,通過集中的儲存和收集,并且在需要的時候進行分配使用,可以在基帶資源的使用率方面做出一定的改善。
近年,全球掀起了一輪云數據中心建設的浪潮,云計算技術幫助傳統數據中心進行業務遷移、在單數據中心內實現資源調度和彈性擴容,一定程度解決了單個數據中心IT 資源利用率不足、業務部署周期長、管理效率低下的問題。
分布式云系統就可以將分散、分層、異構的單一數據中心架構改造為全扁平式、點到點互聯、統一資源管理的分布式云數據中心架構,可以實現多個不同地域、不同階段、不同規模數據中心上百萬臺服務器資源的邏輯集中管理調度、統一呈現、統一運營,在保護原有投資的前提下更高效的提升整體數據中心資源利用率和管理效率,敏捷響應企業對IT 的核心需求。
可見分布式網絡云架構可以有效地優化使用效率,提高利用率。
6 結語
總體來看現階段的鐵路移動通信系統技術在世界層面的發展已經有一段時間了,不斷地在向成熟化進步。同時,隨著云計算技術的快速發展和應用,高速鐵路移動通信技術也有一些新的變化和發展,這方面也需要盡可能的保持跟進的趨勢,從而使得高鐵移動通信技術不會受到短板的約束和限制。
參考文獻
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【關鍵詞】GPS定位 LBS服務 室內分布系統 室內GPS覆蓋
1 引言
隨著移動通信的飛速發展和智能手機的大量普及,LBS(Location Based Service,基于位置服務)給人們的日常生活帶來了前所未有的便利。在LBS使用到的諸多技術中,最基礎并且最關鍵的一項就是定位技術。
GPS定位是目前全球范圍內應用最廣泛、最成熟的一種定位技術。然而,在定位需求與日俱增的許多室內場所,比如機場、展廳、寫字樓、地下停車場、倉庫等地點,由于GPS衛星信號被遮擋,造成GPS接收機無法實現定位。
基于這樣的背景,本文介紹一種全新的途徑,即利用已經廣泛部署的移動通信室內分布系統來解決GPS信號的室內覆蓋問題。
2 基本原理概述
2.1 LBS的系統架構與原理
簡單地說,LBS包含兩層含義:首先是確定移動設備或用戶所在的地理位置;其次是提供與位置相關的各類信息服務。LBS的常用系統架構如圖1所示:
LBS提供服務的基本原理為通過定位技術獲取移動終端用戶的位置信息,然后再通過GIS數據信息的支持,結合個性化服務應用程序,為用戶提供所需位置服務。
在歐美日韓等國外地區,LBS給各運營商創造了豐厚的利潤,在中國也顯示出了巨大的潛力。目前市場上多款手機提供地圖服務,用戶可以查找自己和好友的位置,查詢周邊信息,規劃自己的交通出行路線。
2.2 GPS系統構成與原理
GPS(Global Positioning System,全球定位系統)是一種可以定時和測距的空間交會定點導航系統,它可以向全球范圍用戶提供精確、連續的三維位置和速度信息,同時滿足軍事部門和民用部門的需要。GPS系統還可向用戶提供精確的時間信息。
整個衛星星座由布置在6個軌道平面上的24顆衛星構成,一個分布在全世界的地面控制監視網絡監視著衛星的健康與工作狀態,這個網絡也向衛星上載導航數據和其他數據。由于用戶接收機是被動無源工作,GPS系統可以向無限數目的用戶提供定位導航服務,如圖2所示。衛星利用高精度的星載原子鐘做時間基準發射導航信號,而星載原子頻標是與內在的GPS系統時基準同步的。CDMA(Code Divided Multi-Address,衛星用碼分多址)技術在L1(1 575.42MHz)和L2(1 227.6MHz)這兩個頻率上廣播測距碼和導航數據。接收機接收導航數據以確認衛星的位置,測距碼則用來確定信號的傳輸延時,從而確定衛星到用戶的距離。如果接收機的時鐘是與衛星同步的,則只需要三顆衛星即可測距,但由于接收機的時鐘相對于衛星時鐘來說比較不穩定,因此至少需要觀測四顆GPS衛星用于計算用戶的經度值、緯度值、高度值和接收機的時鐘偏移值等4個未知量。
GPS定位技術因其覆蓋面廣,在大多數環境下能做到全天時較高精度的定位,成為行人導航的重要手段。但是,因為信號遮擋、衰減和干擾等因素,在諸如機場、展廳、寫字樓、地下停車場、倉庫等室內環境中其接收機的定位時間長、精度很差甚至無法定位。而這類環境正是個人用戶的主要活動區域,為了獲得連續的導航定位結果,必須依賴于其它技術輔助增強或者完全替代它。
2.3 移動通信室內分布系統
室內分布系統是實現室內場所深度覆蓋的重要手段,也是電信運營商的重要戰略資源。其原理是利用室內天線分布系統將移動基站的信號均勻分布在室內每個角落,從而保證室內區域擁有理想的信號覆蓋,滿足容量和質量的需求。
3 室內GPS信號覆蓋系統的設計
3.1 GPS室內信號特性分析
GPS信號包括兩個載波頻率成分:L1和L2。L1的中心頻率為1 575.42MHz,L2的中心頻率為1 227.6MHz。由于這兩個頻率的時間參考是原子頻標,所以它們是非常準確的。目前,L1頻率包含了C/A碼和P(Y)碼信號,而L2頻率只包含了P(Y)碼信號。用于民用定位只能使用精度較低的C/A碼,因此民用GPS接收機主要接收頻率為1 575.42MHz的L1載波。本文主要也是針對解決L1載波C/A碼的室內信號覆蓋問題展開討論。
在地面上接收的GPS信號是十分微弱的,它們的功率電平通常比噪聲電平低得多。每顆GPS衛星在L1頻段上以478.63W(56.8dBm)的功率來廣播C/A碼信號,信號的傳輸路徑大約20 000km。GPS信號在這段路徑中的自由空間損耗,可用下式估算:
Lo=32.4+20lgd+20lgf (1)
其中距離d的單位為km,信號頻率f的單位為MHz。
將d=20 000、f=1 575.42代入(1)式,可算出從衛星到地面的自由空間衰減為182.4dB。因此,L1載波的C/A碼在到達地面的強度約為PC/A=(56.8-182.4)dBm=-125.6dBm。
GPS接口控制文檔中給出的信號強度的最小值為-130dBm,與上述結果基本一致。在室內環境下,由于受到視線信號的削弱和衰落、嚴重的多徑以及各種干擾和熱噪聲的影響,GPS信號比在普通環境中有更多的削弱和衰落,到達時間有更大的延遲,接收信噪比有更大程度的惡化,所以GPS接收機的定位精度和GPS信號的可用性都大大下降。
3.2 系統架構
為了在室內也能接收到良好的GPS信號,本文設計了室內GPS信號覆蓋系統,利用已經得到廣泛應用的移動通信室內分布系統來進行GPS信號的室內覆蓋。該系統的架構圖如圖3所示:
GPS有源天線布設在建筑的屋頂或窗臺等易接收GPS衛星信號的位置,GPS有源天線后接GPS放大器。經過有源天線與放大器放大的GPS信號與原有移動通信信號一起,通過合路器進行合路后,進入原有的移動通信室內分布系統中。由于移動通信室內分布系統用到的功分器、耦合器、天線等無源器件均支持800~ 2 500MHz的寬頻,不需要升級即可兼容L1頻段下的C/A信號。因此本文所述的室內GPS信號覆蓋系統,只需要在原有室內分布系統中新增GPS有源天線、GPS放大器以及合路器這三個主要設備,這樣對原有室分系統改動很小,工程安裝也很便利。
3.3 系統鏈路預算
由于GPS信號在室分系統中進行分配與傳輸時,信號強度會有所減弱,為了保證室內的GPS接收機的接收效果,有必要對整個系統的鏈路預算進行討論。
目前,GPS接收機的靈敏度一般可達-150dBm。為了保證GPS信號的接收效果,可得到下式:
PIN+GSYS-LSYS-LO≥-150dBm (2)
其中:
PIN表示GPS天線接收到的室外GPS信號功率;
GSYS表示整個系統對GPS信號的增益;
LSYS表示整個系統對GPS信號的分配與傳輸所帶來的損耗,即從圖3中的B處到室內天線進行發射后的這段路徑中的信號損耗(假設室分系統設計得足夠好,使得每個天線發射出的信號都具有相同的強度);
LO表示GPS信號從室內發射天線到GPS接收機的自由空間損耗。
根據前文所述,PIN約等于-130dBm。
由于室內分布系統可以兼容GPS信號的傳輸頻段,所以GPS信號與移動通信信號在天饋系統中的衰減程度相近。根據經驗,移動通信信號從合路前(圖3中的A處)到經過室內天線進行發射后,功率通常減少約30dB。因此可認為系統對GPS信號的損耗LSYS也約為30dB。
若室內分布系統的發射天線的信號覆蓋距離為15m,將d=0.015km、f=1 575.42MHz代入公式(1),可以算出空間損耗LO約為60dB。
將PIN=-130dBm、LSYS=30dB、LO=60dB代入公式(2)中,可以得到:為了滿足GPS接收機的最低接收靈敏度,系統增益GSYS必須不小于70dB。
GPS信號的系統增益GSYS由有源天線增益GANT和放大器GAMP組成。目前常見的有源天線產品,其GANT可達37dB,因此理論上只要保證GPS放大器的增益GAMP能大于33dB,即可滿足整個系統的鏈路預算要求。但是為了給系統留有一定的余量,通常要求GAMP>50dB。
由于GPS信號強度十分微弱,這就對室內GPS信號覆蓋系統的噪聲控制水平提出了很高的要求。系統后級的天饋系統均使用無源器件,不會引入噪聲,而位于系統前級的有源天線與放大器均需要采用較高增益、較低噪聲的LNA。
在進行系統設計時,先通過建筑物的周圍環境、室分系統的實際情況來確定GPS有源天線的安裝位置;再根據以上所述的理論估算來選定GPS有源天線與放大器的增益與具體型號,以達到最佳效果。
4 系統硬件實現
按照圖3所示的系統架構圖進行室內GPS信號覆蓋系統的搭建與部署。下面將分別介紹系統中用到的一些主要器件與設備。
4.1 GPS有源接收天線
室內GPS信號覆蓋系統采用如圖4所示的GPS有源接收天線,該天線能實現37dB的增益。
該天線安裝時需要豎直安放,周圍最好可以遠離遮擋物。若需要安裝在建筑物樓頂,則需注意防雷,盡量在避雷裝置的保護范圍內安裝使用。
4.2 GPS放大器
本系統中的GPS放大器(如圖5)采用多級放大電路設計,最大增益可達80dB,最小增益49dB,增益調節步長1dB。由于該放大器增益較大,當發射天線與有源接收天線距離過近時,系統有可能產生自激。這就要求施工時需要根據實際情況適當衰減放大器的增益,或者盡量拉遠有源接收天線與發射天線之間的距離,一般要求兩者至少相距20m。
4.3 GPS/移動通信信號合路器
在實際的場景中,需要合路的移動通信信號的制式存在著不同,所以本系統用到的合路器的種類也有所不同。圖6所示為GPS/CDMA合路器,可實現插損< 0.5dB,隔離度≥80dB。
4.4 天饋系統
GPS和移動通信信號合路后,就可以通過天饋系統在室內進行信號覆蓋。天饋系統主要包括功分器、耦合器、電橋、寬頻吸頂天線等無源器件,如圖7所示。這些器件均支持800~2 500MHz的信號傳輸,因此無需對原有移動通信天饋系統進行改動,即可用于本系統的GPS信號傳輸。
5 總結
以上所述的室內GPS信號覆蓋系統,已經投入到手機賣場、運營商營業廳、高檔寫字樓等這些對LBS服務有著大量需求的室內場所。通過該系統,原來無法進行GPS定位的室內場所現在可以很方便地享受LBS服務帶來的便利,該系統的GPS信號覆蓋效果得到了用戶的一致好評。
在歐美日韓等國外地區,LBS給各運營商創造了豐厚的利潤,在中國也顯示出了巨大的潛力。本文所述的室內GPS信號覆蓋系統,有效地解決了室內環境中無法進行GPS定位的問題,提高了原有移動通信室內分布系統的使用效率,順應了LBS的發展趨勢。
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【關鍵詞】高速鐵路 鐵路數字移動通信系統 GSM-R傳輸干擾 分布式天線
一、前言
1.1研究的背景
隨著經濟的發展,二十一世紀下鐵路行業在不斷的崛起。不斷的有列車高鐵通車,越來越多的和諧號進入大家的視野,為人們的運輸提供了長久的可持續的保障。但是光是運輸而沒有通信卻是遠遠不夠的,因此也就出現了鐵路數字移動通信系統,此系統又一次將鐵路運輸系統推到了風口浪尖,該系統可靠嗎?此系統的傳輸會遭到干擾嗎?答案是肯定的,鐵路運輸是移動的,免不了通信傳輸與越區傳輸,而這些又將是影響系統的因素,所以人們都認為此系統的發展不容樂觀。
1.2研究的目的和意義
隨著列車運行速度的提高,鐵路數字移動通信系統也在不斷的發展,但是在相干時間減少,電平交叉率變快越區切換發生頻繁等干擾因素的存在,鐵路數字移動通信系統在不斷的受到干擾,也會對此系統的服務質量產生不良影響,從而會使顧客不滿意。俗話說顧客是上帝,倘若顧客不滿意,又何談鐵路運輸能夠長遠的發展呢,顧客是經濟發展的命脈,同樣,鐵路數字通信移動系統的命脈也是顧客。所以研究此篇文章的目的在于解決鐵路數字移動通信系統的干擾這一大問題,就如何降低干擾頻率和用何種方法來解決此問題展開研究。而研究的意義則就是顯而顯而易見的了,那就是降低干擾頻率,盡可能地減少任何有可能對鐵路數字移動通信系統干擾的因素,是鐵路服務行業達到最高水準,不僅在高速運輸中取得成功,在移動通信服務運輸中也同樣要取得不可磨滅的成功。這就是此篇文章對鐵路數字移動通信干擾問題展開研究的意義。
二、鐵路數字移動通信系統的影響
2.1對鐵路移動運輸通信的影響
鐵路運輸服務行業是本世紀開始以來最為之重要的一門服務行業,它的發展影響到一個國家進出口貿易的效率與利益,且暫不說完全決定國家的經濟往來貿易,但也是此問題必不可少的一項考慮因素。本來鐵路運輸就是以高速度的運輸為主要開發目的,使合作雙方迅速地進行貨物交流溝通得到有效保障。但是為了增強運輸溝通能力,肯定要在無聲運輸中添加最為之可行的交流措施,那就是鐵路數字移動通信系統,他可以加強人們的移動交流,倘若有個突發狀況,可以在鐵路列車移動時進行有效的交流,是合作雙方能得到最好的溝通的一種保障渠道。
2.2對人們的影響
顧客是上帝,可以在鐵路列車移動時進行有效的溝通交流會使顧客得到滿意,比如說再有重要事宜或偶遇突況需要改變計劃時,可以在移動時進行交流找出解決方案從而確保對貨物運輸的保障會使顧客覺得真實可靠,讓人們更加相信鐵路運輸,更加依賴鐵路運輸,從而進一方面使鐵路數字移動通信系統得到更好的發展,使之影響達到最大化,展開實質性有效性的發展。
2.3對國家的影響
國家的發展離不開一點一滴的積累,小到農民種田,達到制造航空母艦,可就是這處在中間段的鐵路數字移動通信系統往往會被人們所忽視。鐵路運輸好不好,完全決定了一個國家貨物對外交流,經濟貿易對完開張往來的發展趨勢。鐵路數字移動通信系統的影響可以切實有效的實現利益最大化,保障最大化,使人們在移動時得到有依據可靠地交流合作與溝通。而它的影響也是小到影響個人,大到影響國家。在鐵路運輸為主導地位的發展時代,又有什么理由能夠使它被我們所忽略,又有什么理由而不去著手發展他呢?倘若在二十一世紀,鐵路數字移動通信系統排除了干擾,那么將會促使我們運輸行業達到巔峰,使鐵路服務行業指標達到最優化,再進一步說,會使我們國家運輸貿易得到保障,國家GDP得到上升,從二者正躍居為世界強國。
三、鐵路數字移動通信系統的傳輸干擾性能存在的問題
3.1 GSM-R傳輸干擾問題
GSM-R傳輸干擾系統有好幾個部分組成,它是系統服務質量指標體系,其中傳輸干擾性能指標盡在列車服務數據行業進行定義。而GMS-R的誤碼也是一種潛在存在的問題,傳輸干擾率在現在只能粗略地說是兩部分組成。分別是傳輸干擾周期和傳輸無差別周期。在傳輸擾的時候將會有一段時間來發送傳輸擾的信號,此信號在傳輸時就是傳輸無差別周期。在現在的社會,GSM-R系統對鐵路運輸干擾存在的問題還是依舊很多的,可依舊沒有得到實質新的進展來解決。
3.2鐵路頻繁移動問題
鐵路是移動的,在高速移動的鐵路上,想要實現通信不擾簡直就是比登天還難,但是難歸難,我們不能輕言放棄,因為服務行業的未來預測是要非常完美的,服務行業是一個國家的支柱產業倘若鐵路數字移動通信系統在鐵路列車頻繁移動的時候減少擾的頻率,那么無疑對于鐵路服務質量監測指標會是個積極的一面,會使之得到提升。我們會進一步分析如何提高鐵路數字移動通信系統的效率,比如展開分布式天線可擴大小區覆蓋范圍來實現目的,那無疑會是錦上添花,在不久的將來,鐵路數字移動通信系統會在此方法的庇護下在列車高速移動的同時發出更可靠的信號。
3.3鐵路列車頻繁越區問題
要想在鐵路列車頻繁越區時得到保障的通信信號,那么我們就要著手想辦法解決這一棘手問題。越區問題長久以來是鐵路數字移動通信系統的傳輸干擾性能的一大重要問題,也正是因為棘手,未曾解決好過。就此,為了高速的發展,順應時代潮流,分布式天線擴大小區覆蓋范圍的方法逐步深入人心。此方法有效的降低了擾頻率,使我們鐵路通信傳輸系統在頻繁的越區時得到充足的保障,避免了擾的問題,但一切都還在研究當中,還有待進一步的提高。
四、產生鐵路數字移動通信系統的傳輸干擾性能的因素
4.1列控系統的特性因素
傳輸擾的因素有很多,而列控系統的特性在在這些因素中不容被忽視。列控系統特性主要表現在列車高速移動時越區切換的概率上,在越區切換的同時,倘若信號發出與越區切換頻率相碰撞,那么此時鐵路數字移動通信系統將會擾甚至是切斷,使得鐵路數字移動通信系統在傳輸時功虧一簣。列控系統的特性是干擾因素的一大命門,再列車頻繁移動和頻繁越區切換時,信號一旦發生碰撞,則后果將不堪設想,有可能導致運輸的中斷,為了不帶這個風險,我認為列控系統的特性這一因素將要被徹底的注重。
4.2 GSM-R系統特性因素
在列車飛速馳騁下,高速度的提高,從而會使無線信道相干時間變短,最終鐵路移數字動通信系統傳輸將會擾,會變得更加不穩定。在此不得不提到GSM-R的越區切換,此時越區切換采用的是硬切換技術,此項技術在傳輸過程中會中斷一會,所以在GSM-R系統進行工作時,也會影響到傳輸。所以GSM-R系統也是影響鐵路數字移動通信系統的干擾的又一重要因素。
五、鐵路數字移動通信系統傳輸干擾性能的改善方法
5.1采用分布式天線法
分布式天線擴大小區覆蓋范圍可以使得鐵路數字移動通信系統在傳輸時數據趨于穩定,畢竟擴大了覆蓋范圍,所以信號在任何區域都會變得相比較于以往來說會更加強烈,所以在傳輸時也就會減少了碰撞的次數,干擾概率被減小了,穩定性自然也就提高了。也就更加容易實現高利用率的傳輸。
5.2改善系統同頻干擾
此種方法將需要人為來操控電腦系統來擴大信號分布范圍,在傳輸過程中一旦發現將要擾,則立即以另一個系統侵入,來為鐵路數字移動通信系統的傳輸鋪平道路,清除了一切路上的攔路虎,這無疑是在為鐵路傳輸得到更好的保證做鋪墊。
5.3加強區域區之間信號覆蓋率
列車是穿梭在各個省市區域間的,所以越區切換是必不可少的經過環節。倘若在一個區域到另一個區域時,信號穩定傳輸,避免了上述所說的干擾碰撞,那么無疑給了鐵路數字移動通信系統的干擾性能做了保障。區域與區域之間還要加強各鐵路的聯系,在各個列車間設立適合交流聯系的渠道,在人為方面做到負責任的態度,使鐵路數字移動通信系統的干擾降到最低,在如今的社會里,保障最重要。
關鍵詞:網絡覆蓋;直放站
隨著網絡的發展,城市的室內覆蓋已不存在問題,覆蓋的重點也逐漸向山區、高速公路等高難度覆蓋區域轉移。直放站以其靈活簡易的特點成為解決簡單問題的重要方式。 本文通過對無線網絡覆蓋問題的分析,討論了直放站在移動通信中的重要作用及應用。
1 直放站的定義
直放站(又叫中繼器)屬于同頻放大設備,是指在無線通信傳輸過程中起到信號增強的一種無線電發射中轉設備。無論是GSM直放站、CDMA直放站還是3G直放站,其原理是基本相同的。直放站的基本功能就是一個射頻信號功率增強器。
2 直放站的分類
2.1從傳輸信號分有GSM直放站、CDMA直放站和3G直放站
2.1.1 GSM移動通信直放站是為消除GSM900MHz/1800MHz頻段移動通信網的小范圍信號盲區或弱信號區而設計生產的通信設備。被廣泛應用于地下商場、停車場、地鐵、隧道、高層建筑的辦公室等基站信號所無法到達的信號盲區,同時對于消除城市因受高樓大廈影響而產生的室外局部信號陰影區或邊遠郊區個別村鎮的弱信號區也具有相當好的覆蓋效果。
2.1.2 CDMA直放站可以擴大CDMA基站的覆蓋范圍,大大節省CDMA網絡建設的投資(一個CDMA直放站的投資約為一個CDMA基站的十分之一)。特別是在高層樓宇、地下(如地鐵)、以及盲區等特殊環境下,CDMA 直放站將充分發揮它的優勢。由于各種地理環境和用戶的要求不同,所需的CDMA直放站的類型也不同。
2.1.3 CDMA直放站是為了消除移動通信網覆蓋盲區或弱信號,延伸基站信號覆蓋的一種中繼設備,它能解決消除城市因受高樓大廈影響而產生的室外局部信號陰影區,地下停車場、地下隧道、商場、電梯等基地無法到達信號的盲區,提高了覆蓋范圍增強了信號覆蓋延伸。
2.1.4 與傳統的2G無線通信系統相比,由于3G無線通信系統主要使用的頻段在2000MHz附近,根據電波傳播衰減規律,顯然3G的無線信號比2G的無線信號衰減得更快。這樣,在同等功率情況下的3G基站和直放站的覆蓋范圍都比2G的要小。所以在達到與2G網絡同等的覆蓋水平時,需要更多的直放站來完成網絡覆蓋。由此我們可以預期,在即將到來的3G無線網絡建設中,直放站也必然仍將扮演著重要的角色。
2.2 從傳輸帶寬來分有寬帶直放站和選頻(選信道)直放站
2.2.1 GSM移動通信寬帶直放站的主要特點:
高的系統增益且增益連續可調;采用先進的數字濾波技術,帶外抑制特別好;全雙工工作,很高的上/下行隔離度;兩端口標準設計,安裝極為方便;內置電源且設計有電源保護系統和免維護備用電源接口;采用ALC技術,輸出電平連續可調,穩定可靠;可選智能監控,故障自動報警及遠程維護;高線性功放,性能穩定等。
2.2.2 GSM移動通信頻帶選擇直放站的主要特點:
高的系統增益且增益連續可調;全雙工工作,很高的上/下行隔離度;中心頻率和帶寬任意可調,滿足不同客戶要求,帶外抑制好,不同營運商之間的信號不會產生相互干擾;內置電源且設計有電源保護系統和免維護備用電源接口;兩端口標準設計,安裝極為方便;采用PLL控制技術的選頻模塊,性能穩定可靠,噪聲系數低等。
2.3 從傳輸方式來分有無線直放站、光纖直放站和移頻傳輸直放站
2.3.1 無線傳輸直放站
下行從基站接收信號,經放大后向用戶方向覆蓋;上行從用戶接收信號,經放大后發送給基站。為了限帶,加有帶通濾波器
2.3.2 光纖傳輸直放站
將收到的信號,經光電變換變成光信號,傳輸后又經電光變換恢復電信號再發出。
2.3.3 移頻傳輸直放站
將收到的頻率上變頻為微波,傳輸后再下變頻為原先收到的頻率,放大后發送出去。
3 直放站的應用
直放站可以擴大服務范圍,消除覆蓋盲區,如高山,建筑物,樹林等阻擋物而形成的信號盲區;在郊區能夠增強場強,擴大郊區站的覆蓋;沿高速公路架設,增強覆蓋效率;還可以解決室內覆蓋,如大型建筑物內信號衰減信號盲區、地下商城、遂道等衰減信號盲區;另外 ,將空閑基站的信號引到繁忙基站的覆蓋區內,實現疏忙等。
3.1 公路、郊區重點農村的覆蓋
隨著社會的發展,高速公路逐漸增多,公路的覆蓋成為一個很大難題,為了有效節約資源,直放站在這里得到了廣泛應用。,某條高速公路如果全部利用宏基站覆蓋,共計需要15個宏基站,采用宏基站帶直放站方式,只需要8個宏基站,在很大程度上節約了成本。
3.2 “L”型覆蓋
某一風景區位于山谷中,距離基站不到4公里,但由于被山脈阻擋,根本無網絡信號。在山脈的盡頭安裝一直放站,由于直放站接收信號的方向和發射信號的方向成一定的角度,相當于基站的電波在直放站處轉了一個彎。依靠山體的阻擋,直放站的施主天線和服務天線分別放在山體的兩側,隔離度很大,直放站的性能可以充分發揮,很好地解決了該風景區用戶的通信問題,還使該基站的通信距離向山谷里延伸了6公里。
3.3開闊地域的覆蓋
人口分布較少的開闊地域是使用直放站進行覆蓋的典型場合。當直放站采用全向天線時,只要有一定的鐵塔高度,在直放站工作正常的情況下,3公里內可以明顯地感覺到直放站的增益作用。但距離超過5公里以后,直放站的增益作用就迅速消失,用手機進行基站接收信號電平測試,無論直放站是否工作,接收電平都沒有明顯變化。這是因為在平原開闊地區,房屋建筑和地形地貌造成的傳輸衰耗相對較小,而隨空間距離的增加,電波按32.45+20logf(MHz)+20logD(公里)的規律衰減;即距離每增加一倍,電波衰減6dB。
4 直放站的優點及不足