本文针对现有无线移动通信网络室内覆盖系统存在的问题和3G移动通信网络建设发展面临的挑战，提出了新一代高性能移动通信网络综合室内覆盖解决方案（第三代无线信号室内覆盖系统方案，简称3D室内分布系统），并给出了3D室内分布系统的技术特点与优势分析，同时给出了几种特定场合的解决方案，并简要给出了该系统技术方案在国际国内的成功应用案例介绍。
1、背景
室内分布系统的应用，可以在不增加频率资源需求的情况下大大改善网络信号在建筑物内的覆盖。应用室内分布系统，能够显著提高网络资源利用效率，强化无线接入应用，优化有线和无线通信资源，提高无线电频率资源的利用率，降低无线电辐射，改善电磁环境，减少室外基站数量，改善城市景观，降低网络建设成本。
在移动通信网络的建设发展初期，为了在节省成本的前提下改善网络覆盖，采用了直放站来延伸基站的信号覆盖，同时，为了改善基站接收性能，采用了塔顶（低噪声）放大器。直放站和塔顶放大器作为第一代移动通信网络的室外、室内覆盖解决方案在网络建设中发挥了积极的作用。
随着移动通信用户的飞速增加，移动用户在室内的通信要求越来越高，提高移动通信网络在建筑物内的信号覆盖质量问题越来越突出。由于现代都市中建筑物的影响，不同基站的信号通过直射、折射、反射、绕射等方式进入室内后，室内的信号忽强忽弱不稳定，同频、邻频干扰严重，导致移动网中的手机终端在未通话时小区重选频繁，通话过程中频繁切换，话音质量差，掉话现象严重。
为了改善移动通信网络在室内的通信效果，人们大量采用了以同轴电缆为传输介质、以基站射频信号直接放大的方法解决室内信号覆盖问题，此类解决方案为了实现建筑物，尤其是大型场馆的室内覆盖，一般采用大功率的基站作信号源，使用干线放大器补偿同轴电缆对射频信号的损耗，使得噪声引入严重，尤其是上行信号的噪声。上行信号噪声的引入将直接影响基站的接收灵敏度和覆盖范围，降低CDMA系统的用户容量；同时，同轴电缆的损耗使耗电增加、基站不能远距离放置、大量同轴电缆布放施工困难等问题非常突出。
目前中国已经建立了多种移动通信制式的网络，包括GSM900、GSM1800、CDMA800、CDMA1900、CDMA20001X、PHS、WLAN等不同制式的移动通信网络，同时还建立了WCDMA和TD-SCDMA的试验网，并即将面临3G网络的建设问题。多网建设重复投资严重、施工困难，统一解决多种网络共享建筑物室内的覆盖问题成为网络建设者的难题。现有同轴电缆传输室内覆盖解决方案，由于对不同频率信号的传输损耗差异性非常大，难以满足多种无线通信网络同时接入的统一平台要求；同时，其在室内分布系统中的传输损耗大使得信号源引接功率大、高功率的射频信号在分布系统中传输时的电磁辐射大、用户终端发射功率大、投资控制与实施协调难度大等问题突出。针对上述问题，东方信联推出了一套全新的高性能室内分布接入系统解决方案，即第三代无线信号室内覆盖系统解决方案，简称3D室内分布系统。
2、方案描述
3D室内分布系统是东方信联利用国际先进、成熟商用的技术，开发完成的一套全新的高性能综合无线信号室内分布系统解决方案。该方案改变现有室内分布系统射频直放传输方式，利用变频技术采用中频传输方式实现信号的室内分布，具有技术先进、性能优越、网络设计简单、工程施工方便、网络运行监控管理完善、网络升级能力强、网络运行安全可靠等显著特点。
2.1 3D室内分布系统方案组成
3D室内分布系统由以下部件组成：变频及信号处理主单元（具有两种类型：基本型和扩展型）、扩展单元、变频及信号处理远端单元（远端天线单元）、天线以及五类线、同轴电缆和光纤。该系统针对建筑物室内覆盖需求的规模设计了两种应用组网结构：单星组网结构和多星组网结构。其中单星组网方案结构由基本型主单元、远端天线单元、五类线、同轴电缆和天线组成。一个基本型主单元可接多个远端天线单元及天线，方案组成与应用如图1所示，基本型主单元与远端天线单元之间可以采用五类线传输，五类线的长度一般不超过100m（增加延长器可延伸到170m），远端天线单元采用同轴电缆连接天线。
多星组网方案结构由扩展型主单元、扩展单元、远端天线单元、五类线、同轴电缆跳线和天线组成。一个扩展型主单元可接多个扩展单元，每个扩展单元可接多个远端天线单元，方案组成与应用如图2所示。扩展型主单元和扩展单元采用光纤连接，如果采用多模光纤，光纤的长度一般不超过1.5km，如果采用单模光纤，光纤的传输距离一般不超过6km；扩展单元与远端天线单元之间可以采用五类线连接，五类线的长度要求一般不超过100m（通过延长器可达到170m），远端天线单元采用同轴电缆连接天线。
2.2 3D室内分布系统的方案特点
3D室内分布系统与传统的同轴电缆室内分布系统相比在解决方案应用中具有显著的优势特点。
（1）对信号源的要求低，降低信源设备及其建设投资
传统的同轴电缆室内分布系统信号源基站建设方案一般采用大功率的基站设备，输出功率10～20W，而采用3D室内分布系统只需要微功率的信号源（0～10dBm），大大节约信号源基站的采购成本，同时，大功率基站设备体积大、耗电高（一般在2千瓦）、对环境要求高（需要空调机房）、安装施工困难。使用微功率基站体积减少50%，总耗电（加上室内分布系统）减少50%，安装施工简单。
（2）系统的传输损耗低，手机终端省电，对电磁环境干扰小
同轴电缆室内分布系统采用射频信号传输，传输损耗大。而3D室内分布系统采用中频传输，传输损耗非常小，降低了手机终端发射功率。在接收到相同信号强度的情况下，可以使手机的发射功率降低到原来的1/4到1/10，大大降低了电磁污染及其对人体的影响，提高手机电池的待机和通话时间。
（3）采用光纤与五类线传输，适应光纤接入和综合布线发展趋势，传输距离远，站址选择灵活同轴电缆室内分布系统采用射频信号传输，传输距离严重受传输损耗的限制。3D室内分布系统利用光纤和五类线作为传输和分布手段，适应光纤接入和综合布线发展趋势，传输距离可以达到6公里，而且和射频电缆比较它施工简单，占用空间小，基站可以远距离集中放置，机房站址选择灵活，方便网络重新规划和站址变更调整工作。
（4）采用前置低噪声放大结构，有效改善上行信号质量，提高系统性能
3D室内分布系统从信号源到天线口的总衰减非常小，同时采用在天线附近进行低噪声接收结构，使上行信号的噪声小，降低对作为信号源的基站的干扰门限，能够有效地改善基站的接收灵敏度和覆盖范围，降低手机终端发射功率，提高CDMA系统室内覆盖系统的用户接入容量。
（5）支持多系统共享接入，减少重复投资，网络升级适应能力强
3D室内分布系统采用中频信号传输，对于不同频率的传输衰减基本保持不变，同时支持工作带宽在800MHz～2200MHz内的所有移动通信体制，支持多系统共享接入，可以将不同制式的基站集中放置在一个机房内，减少室外基站的数量和所需机房以及相应的传输、电源配套设施，从而避免重复建设投资，网络升级适应能力强。
（6）具有统一完善的集中网管监控系统，网络运行安全可靠性高，节省运维费用
3D室内分布系统具有强大的集中网管监控能力，可以实现本地、远程集中监控到每一个天线的信号工作状态，网络运行安全可靠性高，维护和优化方便，结合基站的集中放置使得我们能够对容量集中进行规划，调整容量也很方便，只需通过跳线调整。当某个小区负荷过大时，可及时将闲置的扇区/基站的射频信号源跳线接入到连接这个小区的3D光纤多系统综合接入系统的主单元；当某些小区资源闲置时，可及时把冗余的扇区/基站转移到急需扩容的地方，基站集中放置，可以减少基站站址数量，可以有效地提高后期管理和维护效率，降低维护成本。
（7）具有环保和节能特色
3D室内分布系统采用的材料是价格低廉的光纤和5/6类网线，在目前铜金属短缺的市场环境下会更具有生命力；减少了基站站址数量和多系统的重复建设；可以有效降低手机发射功率，使手机做到真正的绿色环保，电磁辐射低，大大节约用电，减少对环境的破坏，使资源利用率最大化，符合建设节约型社会的原则。
3、3D室内分布系统的应用解决方案
在一些特色场合应用中，3D室内分布系统与传统的同轴电缆室内分布系统相比具有无可比拟的优势，下面简要给出了利用3D室内分布系统优势对几个特色场合的信号覆盖问题的应用解决方案。
3.1 电梯覆盖解决方案
电梯内的覆盖信号容易随电梯的移动而变化。
利用3D室内分布系统的设备小巧、线缆细软，容易安装与布放的特点，将室内覆盖天线放置在电梯轿箱内随电梯移动，保障轿箱内信号均匀，使信号强度不随电梯轿箱的升降而变化；同时利用3D室内分布系统完善的监控，调节远端天线单元的输出功率，严格控制覆盖信号的强度，满足电磁环境的需求。此方案性能优越，施工简单快捷。
3.2 医院覆盖解决方案
医院对电磁辐射干扰要求高，需要特别考虑解决电磁辐射对手术室、大型医疗设备等设施的干扰问题。
3D室内分布系统具有的特点特别适应于医院的室内覆盖要求：采用小功率的信号源，中频小功率传输，对楼层室内天线的布放采用低功率、多天线原则，降低天线口的发射功率，用户终端发射功率小，电磁辐射小；对于电磁环境要求严格的特殊区域，如手术室、有重要设备的医疗室等，利用3D室内分布系统完善的监控系统，采用独立的扩展单元或远端天线单元进行覆盖，特殊的情况下可以通过监控系统调整其信号强度，或者可以随时关闭/开启这些区域的信号覆盖。 3.3 大型场馆覆盖解决方案
大型场馆需要覆盖的面积大，同时具有极大的峰值容量需求，忙时、闲时容量需求差别巨大，信号源一般选用宏蜂窝基站。
3D室内分布系统特别适合解决大型场馆的室内覆盖应用。它采用光纤和五类线作为传输和分布手段，适应光纤接入和综合布线发展趋势，具有安装快速、便捷的特点；同时信号在光缆中传输损耗小，天线能够远离机房进行安装，多个小区的信号源设备可以放置在同一个机房，节约机房数量；具有很强的扩展性，对容量调整容易方便：扩容时只需通过跳线在机房内增加信号源的输入，容量冗余时只需通过跳线从机房内撤出相应的信号源；具有完善的监控功能，能够有效地提高后期管理和维护效率，降低维护成本等。从信号源、分布系统、维护成本等多方面考虑，不仅具有性能优越的特点，而且能够降低系统的总体造价，具有较高的性价比。
3.4 小区覆盖解决方案
小区环境具有网络信号复杂、信号幅度起伏大、工程施工协调难度大、环境美化要求高等特点。
3D室内分布系统的应用特点特别适用于高话务的密集闹市区和大型集会区，包括各种室内场馆和室外商业街、步行街、小区等。3D室内分布系统采用光纤和五类线传输布网克服了粗大的同轴电缆布放问题，安装快速、便捷，施工、协调容易；利用3D室内分布系统多分区覆盖特点有效地解决了小区覆盖用户容量的问题；小功率信号源可以使各种制式的微功率基站集中放置，能够大大降低机房及配套设施建设成本；利用完善的网管监控能力、采用动态容量调配的设计思路可以灵活有效地利用网络资源，方便地调整和控制小区边缘天线信号强度，改善电磁干扰；3D室内分布系统设备小巧、线缆细软、布放方便，易于环境美化。
3.5 网络升级解决方案
网络升级最大的问题是室内覆盖系统如何方便地实现网络升级、现有网络设施能否满足网络升级对信号覆盖质量的要求。
对于网络从2G到3G系统的升级，由于3G信号工作频段更高，在同轴电缆馈线中的传输损耗要远大于2G信号，因此采用同轴室内分布系统应对网络升级时需要将原来2W功率的干线放大器用5W的代替，才能保持覆盖半径不变，网络升级将需要对现有网络进行改造且增加建设成本；而3D室内分布系统采用中频信号传输，对于2G网络和3G网络的信号在3D室内分布系统中传输，其信号损耗基本一致，因此，使用3D室内分布系统可以方便地实现网络升级，同时不因网络升级而额外增加不必要的设备和工程上的成本。
4、3D室内分布系统的方案应用案例
3D室内分布系统作为先进的无线信号室内覆盖系统技术在国外大量的机场和大型场馆中已经得到了成功的商用，在国内也进行了多个成功试点应用。典型应用案例列举如下。
（1）悉尼奥运场馆（奥林匹克公园，面积：1Km×1.6Km），作为大型综合场馆，为主运营商Telestra、Optus和Vodafone接入到各自的网络中，三方共同承担成本，同时在关键区域各自具有自己特色的网络覆盖。应用系统包括Vodafone（2G（GSM）、3G（WCDMA））、Optus（2G（GSM）、3G（WCDMA））、Telstra（2G（GSM）、3G（WCDMA）），提供了多个无线通信网的接入平台，很好地解决了多个运营商、多种无线通信网络信号在场馆区域的覆盖，成功地满足了2000年奥运会期间的通信需求。
（2）盐湖城冬奥会场馆，在9个会议场馆和办公场所部署了24套系统，包括76个主单元、168个扩展单元和514个远端天线单元；为4个运营商ATTWS、QwestWireless、NextelCommunicationsand Sprint PCS提供了CDMA、GPRS、PCS、双频Unision系统等网络的覆盖，成功满足了2002年冬奥会期间的通信需求。（3）悉尼国际机场，作为澳大利亚最繁忙的客运和货运机场，其年客流量超过2600万人次，应用系统包括了3个运营商6个系统：Vodafone（2G（GSM）、3G（WCDMA））、Optus（2G（GSM）、3G（WCDMA））、Telstra（2G（GSM）、3G（WCDMA）），覆盖了多个无线通信网系统平台，很好地解决了多个运营商、多种无线通信网络信号在机场的覆盖，满足了机场及用户的通信需求。
在国外，该系统技术方案在许多国际机场及场馆已经得到了广泛应用，同时在许多应用了3G移动通信网络的国家已经并正在进行大量的商用；在国内，随着3G网络技术试验网工作的推进，东方信联与运营商合作，在中国移动深圳分公司、东莞分公司、贵阳分公司、重庆分公司以及中国电信的相关综合楼宇中进行了多种楼宇的信号覆盖成功试点应用，目前试点系统在试运行中。
小结：与现有同轴传输室内覆盖系统方案相比，3D室内分布系统方案表现的灵活性、技术先进性、优越的性能，以及在多系统共享统一平台能力、运行安全可靠的网络监控管理能力、网络升级适应能力、施工简单、工程维护方便等方面的优越特点，特别是针对3G移动通信网络建设发展时代的应用性能优势，必将在促进我国无线通信网络的建设与发展中发挥应有的积极作用，同时，3D室内分布系统的应用将促进我国在无线通信网络的室内覆盖建设中对于先进技术的应用与世界同步，促进通信服务质量完善。
