高层建筑话音质量专题 －山东移动通信泰安分公司
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引言 目前，中国移动GSM网络已经到达一定的规模。庞大的用户群体和多业务的接入需求导致网络内出现资源利用率高，频率复用高，站间距小的现状。网络问题已经由覆盖问题为主向话音质量问题为主转变。 中国移动集团提出客户满意百分百、贴近客户感知的举措表明，网络优化方向已经由个别话统指标的优化转向贴近客户感知的各项指标提升。 高层建筑话音质量差问题，以其场景特殊性，在贴近客户感知的话音质量问题方面尤其突出。主要原因为： 1. 客户所处位置相对较高，部分区域甚至高于周围基站天线挂高，受天线垂直旁瓣的影响严重。 2. 高层建筑相对孤立，周围无遮挡的情况较多。 3. 在高层建筑周围往往是市区话务密集区域，频率复用紧密，站距相对较小。 4. 高层建筑内部结构复杂，混凝土浇筑，装修成型的内部不允许破土施工等问题严重影响网优设备（室内分布）的覆盖效果。 5. 1800M网络的引入，在发展过程存在一些问题，如覆盖效果相对较差，设备资源不足，建设时未能形成连续覆盖或扇区方向不完整，而配合1800M载频设备入网的网优设备(直放站、GRRU等)投入量少等。 上述这些原因导致了高层建筑内极易出现多重信号交叠、信号飘移、越区、孤岛等现象，优化过程中出现频率干扰严重却无法找到干净频点，控制越区下压倾角无效果等现象，造成现网高层建筑内900M信号干扰而得不到有效解决。 根据目前的客观条件和网络环境，有必要对高层建筑话音质量问题进行专项分析和整治。 高层建筑常见特殊场景在日常优化及问题处理分析过程中，我们归纳了目前中小型城市的高层建筑中出现的典型场景，基本能涵盖主要的高层建筑结构、周围环境以及影响类型。 孤立的大厦：这类建筑结构相对简单，主要结构为南变单面或南北双面的办公室及走廊。这类结构的大厦一般在走廊均装有900M的室内分布，但在办公室内，尤其是靠近窗口的区域，往往室内分布信号要弱于外围宏基站信号，导致900M室分形同虚设。 建筑单层水平面结构示意图如下： 回字形、折角形大厦：这类建筑结构相对复杂，楼层平面面积较大，且结构复杂，折角或回字形导致外面单个宏基站小区无法兼顾多面覆盖，建筑内部结构兼顾，屏蔽严重，部分区域为盲区，而外围区域信号杂乱干扰严重。900M室分能够解决内部盲区房间和中间走廊的覆盖，但外围办公室内干扰却无法解决甚至加重干扰。 建筑单层水平面结构示意图如下： 回字形： 折角形： 多个高层林立的写字楼或住宅楼这类建筑群内干扰问题类似于孤立的简单结构大厦，但不同的是这类建筑群之间的相对位置会造成部分楼体阻挡最近的主覆盖宏基站小区，导致主覆盖衰落严重，但其他方向的杂乱信号却较难控制和抑制。 建筑单层水平面结构示意图如下： 空间传播损耗研究 刀锋效应在城市中摩天大楼密布的密集市区的传输损耗时，通常还要分析绕射损耗。绕射损耗是对障碍物高度和天线高度的一种测量。障碍物高度必须同传播波长比较。同一障碍物高度对长波长产生的绕射损耗小于短波长。预测路径损耗时，把这些障碍物看作尖形障碍，即“刃形”。用物理光学中常用的方法可计算损耗。如下图所示，图中有两种障碍物。第一种情况下，高H处的视距路径无障碍物。第二种情况下，障碍物在电波路径中。第一种中我们假设障碍物高度是负数，第二种假设障碍物高度是正数。绕射损耗F可通过绕射常数v求出，v由下式给出。
结论是，因为位置低的基站相对于周围障碍物来说应该是比较高的，对于高楼层来说，在高楼层和低站天线之间可以认为无障碍物阻挡，位置低的基站信号到高层仍旧可以看作视距信号传播。 在高楼层可以收到的信号强度可以由计算无线传播损耗的常用模型：9999传播模型公式来计算。下表列出了不同距离下信号强度，假设发射小区天线高度为25米，接收信号为60米左右，无障碍物阻挡情况下的9999传播模型计算结果，可以作为高楼层接收到基站的信号强度理论值。
| 基站功率 |
43
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馈线和接头损耗
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-4
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天线增益
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18
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人体损耗
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-3
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对数衰落
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-8
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9999传播模型的公式计算结果如下，在15公里距离内的空间传播损耗为： 25米高度天线传播损耗表
| 天线 | 1公里信号强度 (dBm) | 2公里信号强度 (dBm) | 3公里信号强度 (dBm) | 5公里信号强度 (dBm) | 10公里信号强度 (dBm) | 15公里信号强度 (dBm) | | 18dBi天线 0度下倾角 | -36.73 | -46.02 | -51.46 | -58.30 | -67.59 | -73.03 | | 18dBi天线 3度下倾角 | -39.73 | -49.02 | -54.46 | -61.30 | -70.59 | -76.03 | | 18dBi天线 6度下倾角 | -44.73 | -54.02 | -59.46 | -66.30 | -75.59 | -81.03 | | 18dBi天线 9度下倾角 | -51.73 | -61.02 | -66.46 | -73.30 | -82.59 | -88.03 |
垂直下倾角的调整，主要是调整上波瓣的信号，根据不同的下倾角，调整后信号衰减相对于0度下倾角分别为3dB,8dB,15dB。低站的下倾角一般为3度，根据上表，该小区在5KM视距传播以外的信号强度为－61dBm左右，这和实际测试结果相符。 其他条件不变，高站的计算结果如下，假设基站高40米。 40米高度天线传播损耗表
| 天线 | 1公里信号强度 (dBm) | 2公里信号强度 (dBm) | 3公里信号强度 (dBm) | 5公里信号强度 (dBm) | 10公里信号强度 (dBm) | 15公里信号强度 (dBm) | | 18dBi天线 0度下倾角 | -37.73287 | -44.0227 | -49.4569 | -56.3032 | -65.5931 | -71.02728 | | 18dBi天线 3度下倾角 | -37.73287 | -47.0227 | -52.4569 | -59.3032 | -68.5931 | -74.02728 | | 18dBi天线 6度下倾角 | -42.73287 | -52.0227 | -57.4569 | -64.3032 | -73.5931 | -79.02728 | | 18dBi天线 9度下倾角 | -49.73287 | -59.02271 | -64.45693 | -71.30322 | -80.59307 | -86.02728 |
高站的下倾角一般为9度左右，同样在5KM左右的距离外信号强度为-71dBm，这和实际测试结果也相符。 比较高站和低站在高层上覆盖强度，40米比25米左右的低站弱10dB左右，信号强度的不同主要原因是下倾角大小不同，低站较小的下倾角导致在高空中传播的信号能量较多，信号相对比较强，由此可以解释，低站信号反而在高层覆盖较强，由此可以解释低站反而在高处覆盖更远。简而言之，低站倾角下压的较小，高站倾角下压的较大，因此旁瓣信号低站在高空传播的会更远。 空间传播的损耗和地面传播损耗的差异：由于高层信号信号无阻挡，完全是LOS(light of sight), 信号衰减较慢，根据9999传播模型计算出的40米高度天线传播损耗表和实际定点测试结果，理论计算出的不同距离下的信号强度和实测信号强度，其数值是非常接近的。如实际测试到的15公里外的天线下倾角为3度的郊区小区在60米以上的高层上有－75dBm左右的覆盖，而理论计算结果为－74dBm，两者非常接近。 说明该理论计算结果可以作为分析依据。 从天线传播损耗表可知：调整下倾角的效果取决于调整角度大小和基站离高楼的距离。如在3公里外的宏蜂窝小区天线，调整前后的最大信号差15dB左右。从上表可知，原先的信号强度在－52dBm左右，调整后的信号强度有－64dBm左右，该信号仍属于强信号，容易对其他小区造成干扰。 而地面区域，由于存在着建筑物的阻挡，天线下倾角调整之后，信号被阻挡的范围增大，原有视距覆盖的过远区域，可能被障碍物阻挡，障碍物产生的信号衰减为10－20dB，信号强度急剧衰弱，覆盖范围会产生明显变化。调整下倾角，对于地面或低于20米的近地面覆盖有明显效果，如调整下倾角从3度到6度，覆盖范围可以缩小20％左右。 下图为天线垂直波瓣示意图： 根据上图能看出，在天线正向发射的同时，在上下两边均有不同程度的旁瓣发射，虽然旁瓣信号比正向功率较弱，但在一定垂直角度范围内仍有较大影响，结合高层建筑的视距传播效果，下压倾角后，旁瓣信号在高层建筑较难得到有效控制。 所以，根据无线传播原理，调整下倾角，对于控制地面或低于20米的近地面覆盖有明显效果，而对于高于30米以上的高层楼宇内覆盖，效果不一定明显，无法彻底完全解决高层的过多信号覆盖问题，而如果调整下倾角程度过大，则会过大的影响基站对地面区域的覆盖效果，容易出现覆盖空洞。 解决高层建筑话音质量差的方案在研究了无线信号空间传播特性后，得出一个下压倾角无法根本解决高层干扰问题的结论，那么高层建筑内的话音质量差问题如何解决呢？这就需要我们重新梳理解决高层建筑话音质量的优化思路。 解决思路我们在日常CQT测试中发现，理想化的网络质量需要满足几个条件： 1．稳定占用一个小区信号。 2．信号强度稳定在-80dBm以上。 3．频率不被干扰，C/I稳定在高于9db的水平。 根据这三个条件，我们希望高层建筑这样的特殊环境的网络也能满足这样的要求。 首先，在日常优化中我们想使用户在一定区域内稳定占用在某个小区有几种方法：第一，保证要占用的小区信号强度绝对高于其他信号；第二，依靠小区分层优先级提高要占用小区的层级，控制手机占用到较高层小区；第三，使小区孤立，只定义单向切入邻区关系，而不定义切出邻区关系，使占用到小区后的手机尽量少的对其他的BCCH频点进行测量，无向外切出或重选出的目标。 在高层建筑的较高的楼层上很少存在无信号覆盖或信号覆盖不足的问题，高层建筑的特殊场景决定其信号阻挡情况少，多个信号交叠情况多。因此信号覆盖强度是可以满足的。 再次，在高层建筑最突出的问题是频率干扰严重，原因主要是这类特殊场景下周围信号空间衰落均较小，多个信号交叠，而前边章节提到下压倾角控制效果不会很明显。那么如何保证所占用的小区信号不被干扰，只有一种方法，那就是使用专用频段。使用专用频段常用的有两种方法： 第一种就是在900M频段划定一定的频率作为室分专用，严格控制宏基站偷用专用频点。如将1-10号频点划为室分专用，根据话务不同在楼层型成微微蜂窝结构。 第二种就是在900M密集区域使用1800M专有频段作为室内分布或使用高层建筑专向覆盖小区。 整理成型的方案: 根据如上思路，我们归纳了几种可有效解决高层建筑话音质量差问题的方案： 900M室分应用方案1. 900M网络环境分频： 在日常频率规划和优化过程中，我们规定1-10号频点作为室分高层专用频点，依靠室内分布相互不会出现越区的特性，可高度复用。 在条件允许的情况下，做一次全网翻频将宏站中使用的1-10号频率空出，为室分专用。 2. 邻区关系及小区分层设置 在高楼层层与低楼层分别使用不同小区做室分信源，并只在低层楼层的小区与大厦入口的单个或个别主覆盖宏基站小区做邻区关系，而覆盖建筑较高楼层小区只与低楼层一个小区做邻区关系。室分小区的小区LAYER层级设置要高于周围宏基站层级，并依据室内分布的覆盖强度设置合理的LAYER层门限。 这样做的思路是考虑到用户手机进入大厦的路线比较单一，只需保证通话过程进出大厦和电梯时能够连续不掉话，从而保证手机在大厦内稳定占用室内分布信号，不发生向外界小区的切换和重选，配合专用频率的设定可保证通话质量，不受频率干扰。在此需严格注意的是室内分布需完全覆盖大厦各个角落，不出现覆盖空洞，否则手机由于进入室内分布小区覆盖空洞脱网而选择到其他宏基站信号后将较难切换回室内分布小区。 3. 室内分布施主小区调整 在网络建设初期，考虑节约投资成本，光纤拉远的室内分布多使用距离较近的宏基站的背向小区信号作为信源，这样在频率复用不紧密的区域是可以的，但作为现阶段高层室内分布的信源就会造成很大的干扰，频率复用较为密集区域的频率是需要严格考虑宏基站天线覆盖方向的，如果室内分布采用了背向小区信号，那么在该区域正向和背向均出现同一组频率发射，受干扰的几率将会增大很多。而这样使用的室内分布小区由于与宏基站同小区，无法使用特殊的层级、邻区及频率设置，这样的室内分布在高层只会增加干扰。 因此，为解决高层话音质量，室分应使用独立的BTS信源设备，按照室分位置重新规划频率和邻区，这样可有目的的减少频率干扰，也方便针对小区进行参数的优化调整。 1800M应用方案：1800M室内分布应用类似于900M室内分布应用，在此不多赘述。 下面主要考虑的是利用1800M宏小区或利用1800M室外天线覆盖高层室内的方法。 考虑1800M的传播特性与900M有所不同，受阻挡的衰落更大，绕射和反射能力均较差，因此若需1800M小区提供有效覆盖，则在选择天线位置时需要尽量朝向高层建筑的窗口方向，避开高层建筑的水泥混凝土结构墙体，直接从衰减较小的玻璃窗口将信号送入室内。达到稳定高层室内覆盖。需注意的是，高层建筑专向覆盖的1800M室外天线和室外小区的天线位置不能太高，尽量采取仰视的方法达到对高层建筑较高的楼层提供稳定覆盖，而同时信号并不散落到地面，对地面附近网络不产生影响。 简示图如下： 巧用1800M依靠层优先级稳定高层覆盖宏基站增加1800M小区专向覆盖高层建筑泰隆宿舍位于泰安高新区，宿舍内住的均为泰隆集团的员工，泰隆宿舍周围由于均是高新区刚刚开发的空地，大楼周围非常空旷。虽然泰隆宿舍大楼并非实际的楼层较高，但结合周围地形并在该处实地勘查测试发现，该处类似孤立的高层建筑场景。 现场测试手机占用900M信号通话时，邻区频率测量中邻小区的信号很多，且信号强度基本接近，平均信号强度均在-75dbm左右，切换频繁，干扰严重。 投诉点测试结果： 泰隆宿舍大楼外景： 经过观察周围环境，发现在泰隆宿舍西南侧有一基站（蒙牛基站），中间无遮挡，且距离泰隆大楼不足500M，因此提出方案，在蒙牛基站增加1800M小区，专向覆盖泰隆宿舍，依靠1800M小区层级优先特性保证泰隆宿舍内手机在通话时稳定占用1800M小区，保证通话质量。 泰隆大楼与蒙牛基站相对位置： 增加1800M小区后测试结果截图： 根据上图可看出，泰隆宿舍复测时占用1800M信号，C/I很好，虽然信号并不是最强，但稳定占用不切换，良好的保证了手机通话质量。 用1800M室分替换900M室分 海关大厦为结构比较简单的高层建筑，楼高14层。南北向临近区域建筑较低，高于6层后视野开阔。 海关大厦主体照片： 海关大厦南侧较为空旷： 大厦内部原装有一套900M的室内分布系统，但是由于功率较小的吸顶天线因不能破坏装修，无法分布进入办公室内，只能在走廊安装。简示图如下： 这样的安装方式在很多高层场景均能见到，大多数室分系统均是这样安装的。这样安装比较容易出现的一个问题就是在办公室内靠近窗口的地方，由于距离室分天线较远，在较高楼层内室分信号无法保证强于室外宏基站信号。且900M信号在该处质量较差，多个信号重叠，干扰严重，通话质量很差。这样原有的室内分布在高层建筑内徒增干扰，无实际作用。 测试时受到干扰截图： 因此将海关大厦的室分系统替换为1800M，单独提供施主小区，且只在海关大楼入口处通过CQT测试确定切入小区，保证出入大厦时通话稳定切换，而其他周围临近小区一律不加邻区关系。 这样，用户进入大厦第一时间无论是否通话，重选或切换至1800M室内分布系统，走向高楼层后则无向外切换或重选的测量目标，稳定占用室分系统信号，只需保证用户手机不走入室分覆盖盲区拖网就可保证用户稳定占用室分信号。 替换1800M室分系统后测试结果如下： 上图显示在通话过程占用1800M小区C/I较高，话音质量较好。 多个1800M宏基站小区环绕覆盖回字形大楼银泰商厦位于泰安市中心区域，为商业商场集中的地段。银泰商厦楼高12层，占地较宽，为标准的回字形大厦。 结构简示图： 大厦外景图： 东北角： 西南角： 该大厦内部结构为回字形走廊，两边分布的写字间办公室，内圈的办公室内基本为盲区，依靠大厦原有走廊内安装的900M室分系统覆盖。而外圈的办公室窗口向外，四个方向均有，照片中四面外侧均为大厦外圈办公室的窗口，由于楼层较高，信号交叠干扰非常严重。 测试干扰情况如下图： 根据对原有室分信号锁频测试发现，大厦结构较为坚固，墙体敦厚，在走廊的900M室分信号到达办公室内衰减到-80dbm左右，无法高于外侧杂乱信号。经验推断，900M信号覆盖能力如此，1800M信号则会更差。并且，这个大厦占地面积较大，出口四通八达，周围邻区关系相对复杂，不容易保证大厦室内用户稳定占用一个小区信号，因此判断替换900M室分为1800M的方案不合理，无法达到覆盖效果。 因此在勘察核实了周围的网络环境后，该处使用周围最近的两个基站从照片的两个方向增加1800M定向小区每个定向小区分别覆盖大厦外圈办公室的两面。依靠1800M小区的层优先级，使用户在通话的第一时间切换至1800M小区，保证通话质量。 简示图如下： 增加小区后在大厦高层办公室内测试结果如下图： 根据上图可看出，在此处手机空闲依然占用900M信号，原因是在空闲时手机小区选择不受层门限控制，但在通话起呼后，第一时间切换至1800M小区，很大程度上改善了客户感知通话质量。 利用多个高层之间林立的相对位置用1800M室分信号在外墙悬挂伪装天线互相交叉覆盖 银座城市广场高层小区处在泰安市市中心火车站附近，是泰安市较为高档的住宅小区，小区由三栋24层的高层住宅楼组成。 单个高楼：
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发表于 2020-11-20 10:23:56
