无线基站信号覆盖问题分析与解决方案的案例探

　　1 引言
　　移动通信网络经历了十几年的建设和发展，基站数量不断增加，基本上没有信号盲区。但是随着城市化建设的推进，高楼和地下建筑不断林立，无线网络环境又复杂多变，不断有移动用户投诉手机信号覆盖差等问题。用户投诉较多的区域如：住宅小区的室内外、高层建筑、人员密集公共区域、地下场所等。为什么会出现无线信号覆盖差，如何解决这个问题？首先我们先来了解下，移动通信网络的结构。
　　2 移动通信网络结构和功能
　　整个移动通信网络，可以大体上分为两大部分：BSS和NSS。网路子系统（NSS）的主要功能是，提供移动通信用户数据交互、用户移动性管理和安全性管理所需的数据库。基站子系统（BSS）是移动通信系统中与无线网络关系最直接的部分。它的主要功能是通过空中Um接口与手机相接，负责无线信号的发送接收和无线资源管理。基站子系统是由基站（BTS）和基站控制器（BSC）两部分构成。基站控制器（BSC）是基站子系统（BSS）的控制部分，管理无线资源和无线参数。基站收发信台（BTS）属于基站子系统的无线部分，由基站控制器（BSC）控制，通过空中接口（Um接口）完成无线信号的收发功能。
　　从上述分析，我们可以得出：影响无线基站信号覆盖的主要原因，集中在基站系统、基站与手机之间的无线通信环境。
　　3 基站系统组成
　　基站的分类，基站按照不同使用场景，可分为：宏基站、微蜂窝（宏蜂窝）、室内分布系统、直放站和射频拉远等。
　　（1）宏基站：发射功率较强，覆盖范围较远，可以提供较大的用户容量承载能力。需要独立的机房，设备可靠性较高，方便维护。常见于铁塔基站、独杆塔基站，主要应用于市区等话务量密集地区或者郊区、乡镇等广覆盖地区。（2）微蜂窝（宏蜂窝）：微蜂窝可以看成是宏基站的缩小版，是将所有的基站设备模块，集成在一个比较小的机体内。微蜂窝覆盖范围较小，承载的用户容量较小，不需要单独的机房，安装快速、方便。主要应用于城市的信号盲区、室内覆盖等环境。（3）室内分布系统：室内分布系统通过将宏基站、微蜂窝（宏蜂窝）和直放站等设备的射频输出信号，作为为信号源引入到需要覆盖的室内环境，来提高室内覆盖性能，本身不能提供容量。主要应用环境为高层建筑物、写字楼、地下场所等地方。（4）直放站：是一种信号中继器，是对基站发出的射频信号根据需要放大，本身不能提供容量。其应用环境主要包括无线信号覆盖不好且用户容量要求比较小的区域覆盖。（5）射频拉远：用光纤将基站的射频部分拉到一定距离之外，远端射频模块体积小，安装灵活方便。光纤拉远的基带部分安放在原基站处。用光纤把无线信号送到发射点，减少因馈线过长，导致信号衰减等问题，主要应用于地铁、隧道、电梯井等不易安装基站的地方。
　　4 无线信号覆盖问题的原因分析
　　移动通信网络经历了十几年时间的建设，基站数量不断增加，人们使用手机，信号理应越来越好，但常常用户却反映信号倒不如以前了。人们在进入建筑物内部、地下场所等地方时，拨打手机接入十分困难，通话过程中会有单通、杂音、无声等现象。为什么会出现无线信号覆盖差的问题呢？
　　4.1 建筑物对信号的衰减
　　现代城市化发展十分迅速，建筑物越来越高、数量持续增加，尤其是市区建筑物密度越来越大。无线网络信号在建筑物之间，因受到阻挡而衰减，现代建筑多以钢筋等金属材料为骨架，再加上全封闭式的外装修，对信号的屏蔽和衰减特别厉害，因此室内的无线信号相对较弱，难以进行正常的手机通信。
　　4.2 无线信号存在弱区和盲区
　　因为基站选址困难和通信运营商的关注度不够，在一些高层建筑物的低层，无线信号通常较弱，存在信号弱区；在某些超高建筑物的高层，又没有覆盖；大多数的地下建筑，如地下商场、地下停车场、涵洞隧道、地铁等场所，通常都是信号盲区。
　　4.3 基站和天馈系统故障
　　基站传输误码率过高，基站射频模块的发射功率过高或者过低，射频模块之间的射频连线松动，都会影响无线信号的覆盖。天馈线系统故障，比如室内、外馈线及接头进水或被压扁，会引起驻波高（驻波比合格标准为：驻波比测试仪Site master测试值在1.5以下），导致基站收发信号变弱，从而影响覆盖区信号。此外，还有天线破损、老化、方位角和下倾角不对等因素，都会导致无线信号变差。
　　4.4 存在同频、邻频的干扰
　　由于话务量的需要，市区的站点分布越来越密，但是无线网络的频率资源是有限的。在频率规划时，会大大增加同频、邻频的可能性。而且在一些没有完全封闭的建筑物，进入建筑物内部的信号非常杂乱，包括近处、远处的基站信号通过直射、折射、反射、绕射等方式进入室内，信号忽强忽弱不稳定，同频、邻频干扰会更加严重。手机在这种环境下使用，未通话时，小区频繁重选；通话过程中频繁切换，话音质量差，会有严重的掉话现象。
　　5 无线信号覆盖问题的解决方案
　　5.1 根据不同区域场所的特点，新建不同的基站类型，减少信号盲区和弱区，优化、改善网络质量，提高无线信号覆盖
　　（1）大型商业办公楼的信号覆盖解决方案：在大型商业办公楼内，有众多公司办公，人员相对较多。平时话务量较高，通信运营商的经济收益较多，所以一定要确保这种场所的信号覆盖、通话质量和话务量承载能力。针对这样的建筑特点，要提供一个良好的通话环境。我们应该使用“宏基站+室内分布系统”的方案，宏基站能提高话务量承载能力，室内分布系统可以保证良好的信号覆盖。两者结合起来，保证大楼内移动通信的质量。如果办公楼附近有宏基站存在，也可以采用“直放站+室内分布系统”的方式，直放站的无线信号信源可以从该基站通过扩容的方式解决。使用直放站，能较快解决无线信号的信源问题，不需要独立的机房，工程建设周期较短、不需要调测基站的传输、节省基站资源等优点。
　（2）大型住宅小区的信号覆盖解决方案：对于大型住宅小区来说，单位面积建筑物密度大，楼间距比较近，这些建筑物对无线信号衰减大，而且特殊时段话务量高等特点。根据这种特定需要，应该采取“室外微蜂窝+室外光纤分布”的方案。使用微蜂窝，站址选择灵活，建设成本相对于宏基站较便宜，覆盖效果好，而且可以有效地吸收覆盖 区域的话务量，分担周围宏基站小区的话务量。使用室外光纤拉远的方式，可以较快地解决基站传输问题。并且室外微蜂窝的天线相对较小，可以灵活选择天线安装摆放位置、天线角度和挂高。
　　（3）高层住宅建筑物内部的信号覆盖解决方案：针对高层住宅建筑和建筑物的地下停车场，主要是满足信号覆盖的要求，可以采用“直放站”的方式，采用周围基站的信号作为信源，建设成本相对低廉，实现无线信号的覆盖。依靠建筑物墙体对无线信号的衰减作用，确保高层住宅内部的信号不会干扰室外无线环境的信号，降低网内信号干扰。
　　（4）话务密集室内区域的信号覆盖解决方案：对于大型购物娱乐商场、机场、火车站等人员比较密集的区域，这些地方的话务量都比较大，但都没有足够的空间建立单独机房，应该采用“宏蜂窝+室内光纤分布”的解决方案。宏蜂窝相对于微蜂窝，可以提高用户容量的承载能力，保证网络覆盖效果和话务量的需要。使用室内光纤分布，方便基站传输的布局，降低基站建设施工的难度。
　　（5）郊区、乡镇等低话务量区域的信号覆盖解决方案：在郊区、乡镇地区，地势平坦，没有高层建筑物的遮挡，这些地区的基站数量不多，平时话务量也小，考虑到投入和产出等因素。可以采用“宏基站+提高天线挂高”的方式，宏基站的发射功率较强，可以高功率发射无线信号，提高天线的挂高，可以提供较大的信号覆盖范围。如果在这些区域仍然存在无线信号覆盖弱区或者盲区，这时我们可以采用 “塔放”等设备来扩大基站信号的覆盖范围，这种方式投资较少，安装快捷。
　　（6）地铁、隧道、电梯井等狭小复杂环境的信号覆盖解决方案：地铁、隧道、涵洞、电梯井等地方建设之初，所留的空间就很小，可能连放置微蜂窝的地方可能都没有，通常这些区域话务量不高，建设基站的作用是解决无线信号覆盖，消除信号盲区。这种情况下可以采用“射频拉远”的方式，在这些场所，放置体积较小的远端射频模块，由源基站通过拉远光纤进行控制，进行发射接收无线信号。这种方式安装较方便快捷，同时又满足信号覆盖的需求。
　　5.2 检查基站系统自身故障和小区参数设置，提高无线信号覆盖
　　（1）对宏基站、微蜂窝、直放机等硬件设备进行检查，确保基站硬件部分工作正常。定期检查基站的射频模块，包括射频模块之间射频连线是否松动、破损，射频模块的发射功率是否在正常的区间，提高基站收发信系统的性能，降低网内互调干扰。还要定期调整基站的时钟频偏（越小越好），减少小区内部信道之间的干扰，提高无线信号质量及话务量。（2）检查基站天馈系统驻波比。排查室内、外馈线是否压扁、进水，馈线接头是否安装牢固，可以使用驻波比测试仪Site master，对天馈系统进行分段驻波比测试（在测试驻波比时，一定要把基站射频模块锁闭，不发射功率，减少射频信号对人体伤害），如果天馈系统出现问题，驻波比肯定高于1.5。可以从基站机柜机顶处的1/2跳线处，往天线方向上逐段测试驻波比，使用驻波比测试仪测试，找出驻波比超过1.5以上的天馈故障点位置，进行维修整改。实际网络中天馈系统的故障，如天馈进水、弯曲度过大、馈线接头连接不牢固，都会造成驻波比增大的情况，会对无线基站信号覆盖造成严重影响，因此要加强对天馈系统的定期巡检。（3）通过BSC维护软件（如华为BSC WEB LMT软件），检查小区BCCH、BSIC、CI、LAC、频点等参数的设置是否合理。适当调整基站的发射功率，改变基站信号的覆盖范围，减少越区覆盖，干扰相邻基站。通过对存在信号问题的小区，进行多次的CQT测试（拨打测试），并根据测试结果不断修改小区参数，以获得最佳的无线信号覆盖。（4）使用跳频技术。即在不同时隙上，发射载频的频点在不断地改变（跳频频点符合频率规划原则）。跳频技术可有效地改善无线信号的传输质量，由于信号传输过程中的衰落具有一定的频带性，引入跳频可减少瑞利衰落的相关性。跳频使得发射载频以突发脉冲序列为基础进行跳变，从而可明显减低同频和邻频干扰，达到干扰源分集和频率分集的效果。
　　5.3 优化基站设备和装置，提高无线信号覆盖
　　（1）使用高增益天线。相对于普通天线，高增益天线可以大幅提高天线朝一个特定方向收发信号的能力，从而增大无线信号的覆盖范围。（2）安装基站塔顶放大器，俗称塔放。是安装在塔顶部靠近天线后面的一个低噪声放大器，可将接收信号放大近10dB，提高上行链路无线信号质量，提高通话质量，同时扩大下行覆盖面积，增加小区覆盖面积。塔放一般应用于远离城市的郊区、乡镇等开阔地带。（3）通过调整天线的俯仰角、方向角、天线的挂高等方法，调整无线信号覆盖距离和范围，改善无线网络信号质量，提高用户感知度。  
　　6 结语
　　无线基站信号覆盖问题的产生原因，大体上可以分为几类：（1）建筑物内部无基站信号覆盖或者弱覆盖；（2）基站设备和天馈系统故障；（3）网络规划不合理，有同频、邻频干扰，网络优化不完善；（4）基站设备和装置过于老旧。针对不同的原因，采取不同的解决方案。无线基站信号覆盖问题是一个不断调整、优化的过程，要做到定期检查、合理规划、持续优化。
　　参考文献
　　[1]吴伟陵.移动通信原理[M].电子工业出版社，2009.
　　[2]朱里奇.基站与无线覆盖技术[M].机械工业出版社，2011.