1 引 言

随着移动通信技术的迅猛发展，4G终端已进入千家万户。截止到2016年底，中国移动基站已超过140万个，4G用户达到5亿户，4G高清语音(Voice over LTE，VoLTE)用户3 000万户以上。目前，中国移动通过大量室外基站建设基本解决了广域覆盖问题。但深度覆盖即室内覆盖在2G、3G时代就一直是老大难问题。调查表明，大约2/3的语音业务和90%以上的数据业务是发生在20%的室内区域[1]。随着4G VoLTE用户数增加，客户的体验效果差的问题会更加凸显，用户投诉会持续增加。从语音时代到数据时代，用户体验是运营商赢得市场的核心竞争力，因此解决4G信号室内覆盖必将是各运营商竞争的焦点所在。

目前业内对室内深度覆盖的方案主要有如下几种：一是室外基站采用高站照射、上打、楼间对打、扇面分裂等方式覆盖,这是较传统的方案[2]；二是室外基站或分布系统与室内分布系统一体化覆盖[3]；三是微基站与室外基站和分布系统相结合覆盖[4-5]；四是采用光纤分布、信号满格宝、皮基站等新方式覆盖[6]。然而，因各种原因这些已有的方案和设备难以入户，且由于环境差异，不管采用何种方案或技术，据统计仍有5%～10%家庭区域是信号弱覆盖区甚至是盲区。因此,本文提出一种移动信号室内深度覆盖系统，用以解决上述问题。

2 系统设计

2.1 系统原理

本系统基于有线电视(Community Antenna Television，CATV)同轴电缆已基本覆盖每个家庭用户的特点以及移动室分系统在大部分高楼密集区域布设的情况进行设计。系统架构如图1所示。

图1 系统架构 Fig.1 System structure

首先通过合路器将移动室分系统中获取的4G和2G信号，与广电系统中获取的CATV信号合路，合路信号通过同轴电缆传输给跨路器；然后，跨路器将该信号平均分配给N(N=2～16)个用户，通过已布设的同轴电缆进入用户家中；智能终端对输入的4G和2G信号分别放大，通过天线发射输出，手机发射的信号也通过上述链路返回室分系统，从而实现4G和2G信号的室内深度覆盖。同时,智能终端将CATV信号无干扰的传输至用户原有机顶盒，不影响CATV使用。

2.2 参数设计

系统设计的应用场景为面积150 m2(长15 m,宽10 m)公寓(涵盖国内大部分家庭居住面积)，如智能终端安置于公寓中心位置，则需要覆盖的半径长度为9 m，并假定信号要穿透一堵墙。参考无线信号室内传播模型[7]，覆盖信号总的传输损耗为

Lt=20lg f+Nlg d+Lf(n)-28+Mar 。

(1)

式中：Lt为总的损耗(dB)，f为频率(MHz)，N为距离功率损耗系数，d为天线覆盖距离(m)，Lf为墙体穿透损耗因子(dB)，n为天线覆盖范围内的墙体数，Mar为系统设计余量。

根据模型，计算GSM系统参数。公式(1)中f=900 MHz，N=33，d=16.5 m(考虑不同用户家庭CATV布线不同，智能终端最差情况只能放置于公寓边缘)，Lf=9 dB，n=1，Mar=10，计算得到Lt=90.3 dB。

合路器结构如图2所示。50 Ω阻抗输入端连接射频馈线，接收4G和2G信号。75 Ω阻抗输入端连接同轴电缆，接收CATV信号。阻抗匹配模块将两个不同阻抗的输入信号统一转换成75 Ω阻抗输出，再通过能量转换模块，将两个信号耦合滤波，通过同轴电缆输出。

Pout1=PBCCH+Lt-Gant1+Gant2 。

(2)

式中：Gant1为智能终端用于信号发射/接收的天线增益，Gant2为用户终端(主要是手机)的天线增益，假定均为3 dBi。由公式(2)计算得到Pout1=15.3 dBm。

CATV同轴电缆对移动2G和4G信号的衰减在2.2小节中已计算，系统还需要解决的问题是广电系统现有分配器带宽不足(设计通过1 GHz信号)对4G信号的衰减，以及同轴电缆75 Ω阻抗和射频系统50 Ω阻抗不匹配造成的信号反射。系统需要重新设计可通过4G信号的跨路器，替换通路中原有分配器。然后根据通路线缆连接情况，与同轴电缆相连的输入/输出阻抗设计为75 Ω，与射频线缆和天线相连的输入/输出阻抗设计为50 Ω。

Pout2=PRSRP+Lt-Gant1+Gant2，

(3)

由公式(3)计算得到Pout2=-16.3 dBm。

完成系统输出值计算后，计算系统中智能终端增益Gter：

Gter=Pout-Pin+L1+L2+L3 。

(4)

式中：Pin为系统输入功率，L1为合路器损耗，L2为跨路器损耗，L3为CATV同轴电缆传输损耗。

文献[8]通过仿真和测试证明CATV同轴电缆传输2.4 GHz的WiFi信号具有较好的衰减特性，因此传输更低频率的GSM和LTE信号也是完全可行的。公式(5)[9]为75-5(“75-5”表示一般家庭用户接入的同轴电缆尺寸，阻抗为75 Ω)同轴电缆衰减值与频率、温度关系计算公式:

(5)

式中：f为通过信号频率(MHz),t为工作温度(℃)。

当f=925 MHz、t=30 ℃时，GSM频段信号在同轴电缆中的衰减值L3GSM=18.44 dB/100 m;当f=2 350 MHz、t=30 ℃时，LTE频段信号在同轴电缆中的衰减值L3LTE=29.53 dB/100 m。(移动室分系统采用的GSM信号频段为890～960 MHz，LTE信号频段为2 320～2 370 MHz，为兼顾整个频段衰减，选取了各频段的中间值进行计算)。

已知移动室分系统输出功率在GSM频段最低为0 dBm，在LTE频段最低为-20 dBm；合路器衰减为6 dB；跨路器在GSM频段衰减最差为12 dB(平均分配给16个用户)，在LTE频段衰减最差为20 dB；广电现有系统到用户家中已布设的同轴电缆长度不超过30 m。通过公式(4)计算得到

GterGSM=38.83 dB,

(6)

GterLTE=38.56 dB，

(7)

即智能终端对移动2G和4G信号的增益均要达到39 dB。

2.3 系统关键问题

2.3.1 阻抗匹配问题

移动LTE的室分系统一般采用E频段，已知LTE系统边缘场强要求是PRSRP≥-105 dBm，则公式(1)中f=2 400 MHz，N=28，d=16.5 m，Lf=10 dB，n=1，Mar=5，计算得到Lt=88.7 dB，智能终端输出信号功率Pout2为

2.3.2 干扰问题

由于系统同时接入移动室分系统和广电CATV系统，因此必须分析系统对它们的干扰，以及移动室分系统和广电CATV系统相互间的干扰问题。

系统中智能终端对信号的放大频段被严格限定，其他频段信号和噪声均视为干扰信号被内置多级滤波器滤除和隔离。在放大频段内噪声方面，智能终端只对输入信号做线性放大处理。其次，智能终端所采用的放大器件引入的频段内噪声被系统信号链路衰减，衰减值远大于器件噪声值。另外，环境中频段内噪声较小，影响可忽略不计。因此，系统对移动室分系统的干扰等效于在室分系统旁增加一台手机。智能终端对广电系统的干扰通过合路器中低通滤波器来消除。系统中合路器和跨路器是无源器件，不产生额外干扰。

移动室分系统和广电CATV系统相互间的干扰问题主要由合路器产生。设计的合路器内置多个滤波器，滤除带外无效信号，并通过高隔离度将移动室分系统和广电系统有效隔离。

根据考证，傣族的纺织历史可追溯至西汉时期。东汉以后，傣族的手工业已很发达，到了元明时期，傣族的织锦工艺更为精湛，甚至出现了专为宫廷和贵族织锦的手工业者。其中以德宏傣族地区的“干崖布”、明洪武年间的西双版纳傣族的“丝幔帐”及“绒棉”最具代表性。

3 系统实现

系统主要由合路器、跨路器和智能终端三部分组成。

跨路器结构如图3所示。75 Ω阻抗输入端连接同轴电缆，接收合路器输出的4G、2G和CATV混合信号。能量分配模块将接收到的信号按用户数平均分配能量。隔离模块将这些分路有效隔离，防止信号间干扰，并将这些分路信号通过75 Ω阻抗输出端经由同轴电缆传输。

根据GSM系统功率规划要求，目标覆盖区域的边缘场强要求在90%以上的地方不低于-75 dBm，99%的地方不低于-85 dBm，按PBCCH≥-75 dBm计算，则智能终端输出信号功率Pout1为

图2 合路器结构图 Fig.2 Block diagram of combiner

但动物园中的北白犀停止了繁殖。研究发现，雄性犀牛为了保护领地而发生争斗是激发性激素的重要途径。但人工环境中，雄性犀牛没有了领地，也无法维持以前的领地意识，性激素分泌锐减；雌性犀牛长期不能繁殖，导致繁殖能力衰退直至绝育。

阻抗匹配滤波模块由3个高阶滤波器组成，其中低通滤波器用于滤除2G和4G信号，通带范围5～860 MHz。带通滤波器用于滤除CATV和4G信号，通带范围890～960 MHz；高通滤波器用于滤除CATV和2G信号，通带范围2 320～3 000 MHz。3个滤波器的输入阻抗为75 Ω，输出阻抗为50 Ω，相互间隔离度大于40 dB。

图3 跨路器结构图 Fig.3 Block diagram of distributor

智能终端结构如图4所示。首先通过阻抗匹配滤波模块，将输入信号分成4G、2G和CATV三路，分别传输至4G链路、2G链路和CATV输出端。

设计中还需考虑4G上下行链路在开关切换转换点上避免放大模块同时打开的问题，以及同步模块与基站的实际空口距离不确定的问题[15]，因此GPIO0和GPIO1切换点的处理如下：在DwPTS结束的2 μs后将GPIO0关闭，然后再延迟3 μs打开GPIO1，如图6(a)所示。上行时隙结束到下行时隙开始存在20 μs的GP，因此在下行时隙开始前的11.5 μs处将GPIO1关闭后，然后延迟3 μs打开GPIO0，如图6(b)所示。

图4 智能终端结构框图 Fig.4 Block diagram of intelligent terminal

本系统信号链路对CATV信号的损耗要小于等于原有广电系统链路的损耗，在无法确认用户机顶盒内滤波模块性能的情况下，保证了机顶盒输入信号的一致性，避免对CATV使用产生影响。

结合对企业环境行为驱动因素的研究，针对重污染企业制定的企业环境管理政策的改进方向也可大致分为企业内部和企业外部两大部分。

式中：Hw为入冬前溢洪道侧墙后地下水位的高程，m；w为饱和土湿度,%；w1为季节性冻融坝体土壤干燥部分的湿度,%；τlim 0为坝顶季节性冻融层冻结的时期,d；τlim 1为季节性冻融土壤冻结在溢洪道侧墙后的时间,d；H0、H1分别为坝顶和溢洪道侧墙后季节性冻融层厚度,m；HV0、HV1为坝顶和溢洪道侧墙后季节性冻融土壤的秋冬平均冻结率,m/d；ρ为土壤密度,kg/m3。

4G链路和2G链路的主要区别在于同步模块。由于移动采用TD-LTE技术，4G上下行信号处于同一频段，通过不同的时隙比例来切换，因此需要设计同步模块来区分4G信号的上下行，分别放大[10-11]。同步模块在TD-LTE网络下智能终端开机后的小区搜索[12-14]流程如下：先搜索PSS，得到5 ms定时信息和OFDM符号时间，然后搜索SSS，得到10 ms定时信息和小区组ID，再进行更加精确的时间和频率同步；接着读取MIB和SIB信息，在SIB信息中得到TDD的上下行时隙比和特殊子帧格式等信息；同步模块完成正常的小区搜索、注册、数据传输等功能后，通过GPIO口输出上下行时隙有效指示等TDD信息。

图5为在上下行时隙格式为D/S/U/D/D下的同步模块输出的上下行时隙切换信号示意图，GPIO0和GPIO1分别代表下行和上行时隙指示信号。图中，5 ms无线帧的时隙1(特殊时隙)的GP阶段，GPIO0拉低，GPIO1置高。在时隙2结束和时隙3开始处；GPIO0置高，GPIO1拉低。

图5 上下行时隙切换信号示意图 Fig.5 Switching signal diagram of up/down time slot

后来，随着颍河的多次改道，小商河水日益枯竭，不再是一个水气氤氲，凤凰栖身的所在。干涸的河道，凝滞的河水，千年沧桑应如是，迢迢来路应如是。

图6 转换点信号处理示意图 Fig.6 Signal processing diagram of switch point

由于系统应用场景差异较大，信号传输链路也不尽相同，系统输入信号强度存在不一致的情况。为实现智能终端稳定可靠运行和最佳性能，在放大模块中增加了自动增益调节功能。放大模块结构如图7所示。

STEP3：设备数据采集开始，设所有设备总数为n，建立与第i台设备连接，连接成功后对该台进行数据采集，遍历所有设备；

图7 智能终端放大模块内部结构图 Fig.7 Block diagram of amplifier module

第一级、第二级、第三级放大模块用于信号放大，实现所需的39 dB增益。调节模块在上电后预设一个调节值，保护第二级和第三级放大模块不会因为输入信号过大而发生损坏。功率检测模块对接收到的第二级放大模块输出信号进行采集、放大、检测、模数转换等处理，输出与信号功率大小成正比的数字信号。控制模块通过内部程序判断该数字信号大小，并将此值与预设调节值作比较，根据比较结果输出不同的控制信号到调节模块，保证调节模块输出在不超过第二级和第三级放大模块输入功率限制情况下最大。随着放大模块输入信号变化重复上述步骤，最终实现智能终端在可调节范围内动态输出信号功率最大，并且拥有良好的稳定性和可靠性。

4 实地测试结果

表1为本系统与移动现有室内覆盖系统的对比情况。

表1 本系统与移动现有室内覆盖系统对比 Tab.1 Comparison between the system and the existing indoor coverage systems

系统技术实现覆盖能力配置切换施工难度适用场景一体化皮基站一种小型化、低功率、低功耗的蜂窝技术，通过有线宽带回传到移动核心网，为用户提供移动通信业务，主要由一体化皮基站、安全网关、接入网关、一体化皮基站网管系统等部分组成单站覆盖面积100～200m2配置复杂，目前要人工配置和切换配置需要与移动宽带或移动PTN共同进入用户家中，相对适用用户较少，协调难度较大对于小型企业、小型营业厅或零星用户并且已有移动传输资源的场景进行灵活建设手机伴侣/信号满格宝通过室外接收天线接收室外信号，利用馈线引入室内将信号放大单台终端覆盖面积100m2以内安装后可以直接投入使用(非常注意天线间隔离，避免自激)需在墙体施工布线，协调难度大用于低层室外信号稳定，室内深度覆盖不足的场景本系统将移动2/4G信号和有线电视信号通过合路器、跨路器以及终端(包含2G、4G信号放大功能)合路后放大入户单台终端覆盖面积超过100m2安装后可以直接投入使用与有线电视信号共同进入用户家中，协调难度较低用于有线电视信号已覆盖，传统覆盖手段无法实现深度覆盖的家庭级场景

系统在湖南某高层小区进行实地测试，该小区共4栋楼，3栋49层，1栋30层，约540户。其中一户A栋1912室建筑面积约160 m2，如图8所示。

模式兴趣度的度量评估发现模式的简洁性、确定性、实用性或新颖性。这些度量能够帮助减少返回用户的不感兴趣的模式度量。这实际上就是对多边矩阵剖面广义交叉乘积的运算符号函数的选择问题。

图8 A栋1912室建筑平面图 Fig.8 Floor plan of Room 1912,Building A

室内选取4个测试点，对每个测试点的2G信号覆盖、4G信号覆盖、下载、上传、VoLTE通话情况进行综合评估。测试结果如表2。测试数据如图9和图10所示，图中RxLevelSub和RSRP分别表示2G和4G信号强度，SINR表示智能终端输出信号与干扰加噪声比，PDCP Throughput的Downlink和Uplink分别表示4G信号的下载和上传速度。从表2和图9、10可以看出，在离设备最远的且隔了两堵墙的测试点4，2G和4G信号的电平值分别为-83 dBm和-104 dBm，使用2G信号能勉强通话，VoLTE能正常通话；4G信号与干扰加噪声比为17 dB，4G信号的下载和上传速度为14 Mbit/s和0.5 Mbit/s，可以满足基本应用需求；另外三个测试点的各项数据均优于测试点4。

另据移动公司的数据，安装30台智能终端后，该处4G小区测量报告(Measurement Report，MR)覆盖率提升1%左右；对2G/4G室分系统性能经统计分析后无影响。

与我不一样，乔三喜出来，家里人是同意的。他读不进书。他说，他喜欢书，书不喜欢他。书像迷魂药，让他迷糊，见到书就犯困。

表2 A栋1912室测试结果 Tab.2 Test results of Room 1912,Building A

网络制式安装前覆盖情况测试点1dBm安装后覆盖情况测试点1(距离智能终端8m)电平/dBm信号与干扰噪声比/dB下载/(Mbit·s-1)上传/(Mbit·s-1)测试点2(隔一堵墙)电平/dBm信号与干扰噪声比/dB下载/(Mbit·s-1)上传/(Mbit·s-1)测试点4(隔两堵墙)电平/dBm信号与干扰噪声比/dB下载/(Mbit·s-1)上传/(Mbit·s-1)2G-78-50///-62///-83///4G-110-6130497-8022336-10417140．5注：VoLTE通话和CSFB均正常

图9 系统安装前覆盖情况 Fig.9 The signal coverage before system application

图10 系统安装后信号最差的测试点4覆盖情况 Fig.10 The signal coverage at test point 4 after system application

5 结束语

本文设计了一种移动信号室内深度覆盖系统，阐述了系统的基本原理，计算了系统各项参数，具体描述了合路器、跨路器和智能终端的实现，包括核心阻抗匹配滤波、同步和放大模块的实现方法。在湖南某高层小区进行实地应用测试，移动公司测试结果表明，系统达到了设计要求，能够在安装前基本无2G和4G信号覆盖的情况下，实现160 m2高层住宅家庭的深度覆盖，提高了小区MR覆盖率，同时对移动室分系统性能也无影响。本系统具有成本低、施工快速、协调简单、抗干扰、支持多网融合等优势，是一种新颖实用的移动信号室内深度覆盖实现方式。另外，由于实际应用场景变化多样，还需要进一步完善系统设计参数，并对系统干扰问题进一步研究。

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