针对地下隧道覆盖的BBU+RRU的组网方案的分析

描述

中国普天在大规模部署商用3G网络过程中积累了丰富的网络规划和优化经验,并有志于将这些经验充分地在施展出来,为通信事业的发展做出一份贡献。

移动通信网络建设的目标是无缝覆盖,以保证随时随地通信,这就对无线网络规划提出了更高的要求,在实际的网络规划中通常的难点是对一些典型区域的覆盖,比如地下隧道等。地下隧道作为一种特殊场景,是城区覆盖方案的重要组成部分,其主要特点如下:

1、地下隧道能做到很好的电磁波隔离,不用担心与地面宏基站之间的相互干扰;

2、用户以车内用户为主,业务量不高;

3、地下隧道具有中等的移动速度,平均设计时速在40~60km左右;

4、地下隧道可用空间有限,设备安装及走线均需在规划时加以考虑。

针对隧道覆盖的上述特点,中国普天采用BBU+RRU的组网方案,同时考虑到定向天线安装简便、造价低、覆盖距离远的特点,采用高增益的对数周期天线(11dBi)进行隧道覆盖。

隧道中段2550m采用盾构法施工,其余采用明挖法施工,局部下穿城市主干道处采用浅埋暗挖法施工;盾构内径10m,外径11m,为便于紧急情况下人员的逃生与救援,在盾构段利用顶部和车道下部富裕空间,分别设置了专用排烟道和人员紧急疏散通道,并在每条隧道的右侧每隔80m左右设置一处滑行道,可以直接进入路面下的安全通道;疏散口部(滑行道)设有电控自动盖,平时关闭,灾害时由设备监控系统控制自动打开,也可手动开启。

设计方案

TD-SCDMA是英文Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access(时分同步码分多址) 的简称,是一种第三代无线通信的技术标准,也是ITU批准的三个3G标准中的一个,相对于另两个主要3G标准(CDMA2000)或(WCDMA)它的起步较晚。

TD-SCDMA作为中国提出的第三代移动通信标准(简称3G),自1998年正式向ITU(国际电联)提交以来,已经历十多年的时间,完成了标准的专家组评估、ITU认可并发布、与3GPP(第三代伙伴项目)体系的融合、新技术特性的引入等一系列的国际标准化工作,从而使TD-SCDMA标准成为第一个由中国提出的,以我国知识产权为主的、被国际上广泛接受和认可的无线通信国际标准。这是我国电信史上重要的里程碑

信源选择传统的TD-SCDMA(以下简称TD)信源包括宏蜂窝、微蜂窝、直放站、BBU+RRU。由于不同型号的BBU和RRU已经兼顾了宏蜂窝大容量和微蜂窝安装简便的优势,同时考虑到直放站不增加话务容量的特点,目前TD室内分布系统一般选择BBU+RRU作为信源。针对该隧道的TD网络覆盖,组网方案选择BBU1324A+RRU1301Ci作为信源。

通信

天线选择结合该隧道自身的特点,并考虑到定向天线安装简便、造价低、覆盖距离远等诸多特点,设计方案选择高增益的对数周期天线(11dBi)进行隧道覆盖。

组网方案经过链路预算和边缘覆盖场强要求的分析后,结合隧道长度计算,我们得出每个RRU负责覆盖的距离及所需RRU个数。

整个方案采用BBU+RRU+定向天线的组网方式,共采用1个BBU、10个RRU,分为两条支路,RRU五级级联,其中RRU1-5负责一孔双车道的覆盖,RRU6-10负责另一个孔的双车道覆盖。隧道内每个RRU通过功分器、耦合器及馈线连接4个定向天线,每副天线负责覆盖200~210m的距离,隧道出口处四个RRU(RRU1、5、6、10)各有一段支路馈线距离设计为135m,是为了满足隧道口多副天线所需功率余量。

逻辑小区划分逻辑小区的划分规则如下。

首先,一个资源池的三个光口引出的RRU可以随意划分为一个逻辑小区,同时最多只能有8个通道设置为一个逻辑小区,也就是BBU串并联所带的RRU1301Ci(单通道)最多允许8个设为一个逻辑小区。

其次,还应综合考虑逻辑小区设置后所产生的切换问题,尽量简化切换关系,避免可能随之而来的乒乓切换、干扰、掉话等问题。

针对该项目,将RRU1、2、3、6、7设置为一个小区,RRU4、5、8、9、10设置为一个小区,这样的设置隧道小区间切换带只有两个,分别位于隧道两孔中部,而在两个隧道出入口处,各作为一个隧道小区与隧道外小区进行切换。

安装及走线如选择新增BBU,可以考虑安装在江南或江北隧道口附近的疏散通道中;RRU均安装在隧道的疏散通道中(双孔均安装)。走线路由方面,如选择新增BBU,则电源引入点、接地点、电表箱安装点均选择在疏散通道内,GPS馈线沿墙布放到隧道洞口平台GPS天线;BBU至RRU、RRU间级联线缆均在疏散通道内。

隧道内外切换为了达成隧道内外小区的顺利切换,需在两个隧道口增加定向天线,以形成延伸覆盖区域,起到过渡的作用。

理论分析

链路计算由上下行链路预算可以得出一个最大覆盖半径265.48m,可见210m的设计覆盖距离满足链路预算要求。

边缘覆盖场强中移动室内分布系统边缘场强要求为:PCCPCHRSCP值≥-85dBm。馈线及接头损耗为20dB,则天线馈入功率可设置在0-5dBm之间,这里以5dBm为例,对数周期天线增益为11dBi,车体穿透损耗为8dB,干扰余量2dB,快衰落余量1dB,阴影衰落余量2dB,设设计覆盖距离为x,则有5+11-(32.45+20lg2010+20lgx)-8dB-2dB-1dB-2dB≥-85。可以得出:x≤300.26m。实际上,210m设计覆盖距离的边缘覆盖场强为5+11-(32.45+20lg2010+20lg0.21)-8-2-1-2=-81.90dB,满足相关要求。

切换区域设逻辑小区间切换时间为3s,长江隧道设计时速为50km/h,即14m/s,因此可考虑设置50m的切换区域。由之前的链路预算可以得出,实际覆盖半径可以达到265.48m,结合210m的设计覆盖距离可以计算出,隧道中段逻辑小区交叠区域约有110m,完全满足50m切换区域的设置需求。

信号外泄长江隧道位于江底,为盾构封闭性建筑,信号外泄不会对室外站点产生影响。隧道口处的延伸覆盖区域是出于对切换成功率的考虑,可通过调整PCCPCH功率及定向天线的下倾角,合理规划切换区域,以避免对室外站点造成不良影响。

扩容分析随着网络建设的不断深入,以及TD网络技术的不断发展,尤其考虑到HSPA+以及LTE的不断成熟,后期需要对该隧道覆盖进行有针对性的扩容。

电磁辐射根据中华人民共和国国家标准《电磁辐射防护规定》,即国标GB8702-88,电磁辐射的限值为:公众照射,在一天24小时内,环境电磁辐射的场量参数在任意连续6分钟内的平均值应满足功率密度<0.4W/m2(频率为30~3000MHz)。职业照射,在一天8小时工作时间内,电磁辐射功率密度的平均值(连续6分钟)应<2W/m2(频率为30~3000MHz)。对电磁辐射源豁免的要求为:输出功率等于或小于15W的移动无线通信设备,频率为3-300000MHz时,电磁辐射体的等效辐射功率小于100W。

主要设备清单

如表所示,本设计方案不仅实现了对隧道内双孔四车道的TD系统有效覆盖,各项指标均可以达到室内分布系统指标要求,同时考虑到隧道两个出入口附近均为宏站覆盖区域,隧道内外做好了切换方面的规划,实现了宏站和室内TD网络间较好的融合。

隧道覆盖只是TD网络规划的一个特殊场景,总的来说,3G比2G的布网要求要复杂得多,更富有挑战性,更需要时间和精力。中国普天在大规模部署商用3G网络过程中积累了丰富的网络规划和优化经验,并有志于将这些经验充分地在施展出来,为通信事业的发展做出一份贡献。

标准的现状

自2001年3月3GPPR4发布后,TD-SCDMA标准规范的实质性工作主要在3GPP体系下完成。在R4标准发布之后的两年多时间里,大唐与其他众多的业界运营商、设备制造商一起,又经过无数次会议讨论、邮件组讨论,通过提交的大量文稿,对TD-SCDMA标准规范的物理层处理、高层协议栈消息、网络和接口信令消息、射频指标和参数、一致性测试等部分的内容进行了一次次的修订和完善,使得到目前为止的TD-SCDMAR4规范达到了相当稳定和成熟的程度。

在3GPP的体系框架下,经过融合完善后,由于双工方式的差别,TD-SCDMA的所有技术特点和优势得以在空中接口的物理层体现。物理层技术的差别是TD-SCDMA与WCDMA最主要的差别所在:在核心网方面,TD-SCDMA与WCDMA采用完全相同的标准规范,包括核心网与无线接入网之间采用相同的Iu接口;在空中接口高层协议栈上,TD-SCDMA与WCDMA二者也完全相同。这些共同之处保证了两个系统之间的无缝漫游、切换、业务支持的一致性、QoS的保证等,也保证了TD-SCDMA和WCDMA在标准技术的后续发展上保持相当的一致性。

2006年1月20日已经被宣布为中国的国家通信标准。(注:说法不确切。1月20日国家信息产业部规定为行业标准,而非国家的通信标准)



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