如何测算专用对讲机室内覆盖系统同频复用距离

何测霉专用对讲机
随着上海城市不断建设发展，上海地区楼宇建筑层起林 立。据《上海统计年鉴2010年》数值显示，截止2010年，上海 市高层建筑已达1.9万余幢，超高层建筑近1000幢。经营性场 所的高层建筑如大型商务楼宇、星级酒店、商场、展览中心、 以及大型企业厂房等为了提高物业的服务水平，更好地为服 务客户及保障生产,越来越多地使用专用对讲机，用于日常管 理所需,并将其作为必备通信工具配给清洁、设备维修、保安 等人员使用。这些需求的特点是移动终端大部分集中在建筑 物内或在建筑物周边15米的范围内，易产生的瓶颈问题主要 为：一方面,专用对讲机用户的数量增加，使得对讲机使用过 程干扰增大、覆盖范围减少、通信质量下降情况越来越严重； 另一方面,在高楼林立的情况下,楼宇管理工作主要的覆盖要 求已经从传统的平面转向立体垂直的覆盖。而继续使用传统 的大功率、开放式天馈的转发模式，将不利于频率资源的再 利用；同时，根据室内无线电播的传播特性，由于楼板、墙壁 对无线电波的阻挡，信号的衰减非常大，无线信号的传输特
文/陆唯群秦方钟卫强

性也难以实现建筑物的全覆盖,特别是楼宇地下室、电梯间等 更是覆盖盲点。

为解决楼宇无线通信网络覆盖问题，上世纪90年代开 始，上海地区无线电管理部门与相关研发集成单位加强研 究，积极推进专用对讲机室内覆盖技术的应用。近二十余年 的实践表明，采用室内覆盖技术进行高层建筑内的无线通信 系统覆盖，符合有效解决上海地区楼宇密集、无线通信量大、 专用频率紧缺等实际应用需求的特点。

目前全市主要使用上世纪90年代规划分配的400MHz频 段的2对频率作为专用对讲机室内覆盖系统使用。由于频率 数量少,楼宇数量多,且部分楼宇间距非常小，系统均采用模 拟制式的对讲机系统，因此系统之间的干扰非常严重，且无 法克服。由于用户需求客观存在，而频率资源不能满足用户 需求’也在一定程度助长了非法使用频率的现象，造成电磁 环境比较差，政府部门管理比较困难。因此，增加专用对讲 机室内覆盖频率以及进行有效的频率复用是解决专用对讲机

专用对讲机室内覆盖系统是信道机接收从对讲机发出 的信号，再通过信道机转发输出的大功率信号经分路后由同 轴电缆传输至大楼的各个楼层的室内天线，再经无线传输到 专用对讲机，其系统主要由信道机、发射合路器、接收分路 器、双工器、定向耦合器、放大器、功分器、室内天线及专用 对讲机组成。根据中华人民共和国国家标准GB 9175-88《环 境电磁波卫生标准》中规定的一级安全区的要求，专用对讲 机室内覆盖系统天线输出口的功率不得大于15dBm;根据上 海市无线电管理的相关规定及参照公众移动通信网络室内 覆盖系统的技术要求，对专用对讲室内覆盖系统信号的泄漏 值规定外墙10〜15米距离处的泄漏信号小于-95dBm。

一般信道机的发射输出功率为不大于25W(44dBm)，信道 机的嫩灵敏度为-117dBm0当移动对讲雛收信号为_95dBm，

贝(J从信道机到移动终端的全部■■为44一 (-95) =139dBo当 移动对讲机的发射功率为0.5W(27dBm)时，到达信道机的接收 功率为:27-139=-112dBm,大于信道机的雛灵敏度-117dBm, 因此移动对讲机在发射功率可降低至0.5Wo

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室内覆盖系统由信道机、合/分路器、衰减器、同轴电缆、
超柔跳线及吸顶天线等组成。在室内区域采用吸顶天线实现 分区域对讲信号覆盖，每套天线覆盖的区域互相连接，从而实 现楼宇内信号的均匀、无缝隙覆盖。室内覆盖系统下行链路为 信道机发射、经室内覆盖天馈系统至对讲终端接收，上行链路 为对讲终端发射、经室内覆盖天馈系统至信道机接收。上行链 路同频干扰最严重场景为近地面，楼宇係统（见图2)位于楼宇 夕卜、工作区边缘的对讲终端发射信号对同频系统2内对讲终端 的影响。下行链路同频干扰最严重场景有二种情況，第一种为高 空、无阻挡情况下，系统1吸顶天线发射信号对同频系统2内对讲 终端的影响；第二种为系统1的终端对同频楼宇2系统（见图2) 内对讲终端的影响。

在测算模型中，根据专用对讲机工作频段和使用方式等 将使用多种无线电波的传播模型，包括无线电波在室外传播 时的传播模型采用Egli模型，无线电波自由空间的传播模型 和室内覆盖传播模型：

无线电波在自由空间的传播模型：

Lbs=32.45+201gf (MHz) +201gd (km) (dB) (3-1) 无线电波的Egli传播模型：

L邮=88+201gf (MHz) —201ght (m) —201ghr (m) +401gd (km) (dB) (3-2)

无线电波的室内传播模型：

L室内=32.45 + 201gf (GHz) +n*10*lgd (m) + K*F (dB) (3-3)

上述公式中，f为工作频率，d为传输距离，ht为发射天线 有效高度，k为接收天线有效高度，n为距离损耗指数，不同 建筑类型n的取值不同，在本文计算中!!取值为2.76，K为信号 穿越楼层数，F为每层楼宇损耗，Lfe、LbEgli和!^为不同环境 下的无线电波传播损耗。
根据数字对讲机系统的技术指标：

数字对讲机发射功率Pt: 3W (34.8dBm)，0.5W (27dBm);工作频率f: 150MHz和400MHz二个频段；频率 间隔：12.5kHz;接收灵敏度Pe: 0.3(5%' BER)，相当于 101g(U2/R) - -117.45dBm (等效电阻位5011);发射和接收 对讲机均为手持机，距地高度㈨和匕)约1.5m。

系统设计的参数选取：按照覆盖区的边缘可通率90°/。， 根据《电信工程设计手册移动通信》第213、214页的计算公 式和査表，在地形起伏波动取值150米的情况下，根据计算 150MHz频段的系统备余量队为10.26dB、400MHz频段的 Dj^；19.23dB;手持机天线受人体影响、天线驻波、连接损 耗等而产生的损耗11.6dB;计算对讲机最小接收场强IV 则150MHz频段最小接收场强为（-117.45+10.26+11.6)

= -95.59dBm; 400MHz频段匕为(-117.45+19.23+11.6) =-86.62dBm。（本文同频干扰测算时，考虑的是较恶劣场 景）。下文主要分析了两种情形的同频复用距离测算。

上行链路最严重干扰情况下的同频复用距离测算 系统参数：

干扰信号传输路径为：干扰源。来自距楼宇1系统（见图 2)覆盖区域边缘处（墙外15米），经近地面空间传输（Pu)、 再穿过楼宇2系统（见图2)的玻璃幕墙（P12)，到达室内覆 盖楼宇2系统的覆盖区域边缘，影响对讲终端的接收；相邻 楼宇的外墙为穿透损耗最小材质，设穿透损耗为3dB的玻 璃幕墙；覆盖系统终端发射功率为Pie •’信号源P2。为楼宇2 系统（见图2)内覆盖系统的边缘（墙内），室内覆盖边缘信 号最小接收场强1\ (dBm) : 150MHz频段Pj^-95.59dBm， 400MHz频段P^-86.62dBm;楼宇间无线传输模型为Egli， 楼宇间距离为各频段最小复用距离d;室内覆盖系统的同频 抑制：多10dBD

同频复用鞞离测算：

根据上述系统参数计算150从出频段情况：

干扰源Pi。：

• Pl2=Pl0—EbEgli 一 Lb穿透损耗

=P10-[88+20%(150)-20%(15)-20%(1.5)+40%(d150MHz)]-3 =P10-[127.48+40*lg(d150MHz)] dBm 同频抑制為10dB:

P20~Pl2 彡 10

(-95.5)-[P10-127.48-40*lg(d150MHz)彡 10 40*lg(d150MHz)多P10-21.89

则P10按照规定最大发射功率3W(34.78dBm)， 则d15()MHz-2.1km;若釆用终端发射功率最大为0.5W， 则山5QMHz« 1.34km。同法，400MHz频段的同频复用距离 d4ooMHz« 0.77km;若采用终端发射功率最大为0.5W，则
^oomhz 5=5 0 - 49km。

系统参数：

干扰信号传输路径为：干扰源p1()来自距楼宇1#室内覆 盖系统吸顶天线25米，即覆盖区域边缘处的墙内，穿过楼 宇1系统（见图2)的玻璃幕墙（Pn)、经高空/无阻挡的自 由空间损耗（P12)、再穿过楼宇2系统（见图2)的玻璃幕墙 (P13)，到达室内覆盖系统2#的覆盖区域边缘，影响对讲 终端的接收；相邻楼宇最近的外墙为穿透损耗最小材质，设 穿透损耗为3dB的玻璃幕墙；覆盖系统1#吸顶天线口面最 大输出电平P1()为15dBm;信号源P2。为楼宇2系统（见图2) 内覆盖系统的边缘（墙内），室内覆盖边缘信号最小接收场 强匕(dBm) ： 150MHz频段PrS—95.59dBm，400MHz频段Pr 为-86.62dBm; 二点距地面一定高度、/K平高度相同，且楼宇 之间视距无阻挡；室内覆盖系统的同频抑制：^10dB;同频 复用距离采用第三章第二节中测算值：150MHz为1.34km， 400MHz 为 0.49kmo

同频复用距离验证：

根据上述系统参数计算150MHz频段同频复用距离： 干扰源P10:

Pn = P10_Lb 室内=15-[32.45+20*lg(0.15)+2.76*10*lg(25)+3] =-42.55 dBm 楼宇2系统（见图2)墙外P12:

P12 = PfLb 自由空间=(-42.55) _[32.45+20*lg(150)+20*lg(1.34)] =-121.07 dBm 楼宇2系统（见图2)墙内P13:

P13 = P12-Lb穿透损耗=(-121.07) -3 =-124.07 dBm 同频抑制多

P20-P13 = (—95.59)—(-124.07)為 10 dB 150MHz频段的同频复用距离满足下行链路干扰容限要 求。同法，400MHZ频段的同频复用距离满足下行链路干扰 容限要求。

综合上述分析，在楼宇间无阻挡情况下楼宇对讲室 内覆盖系统同频复用距离主要与移动终端的发射功率有 关，在移动终端发射功率为0.5W时，建议150MHz频段为 1.34km以上、400MHz频段为0.49km以上；移动终端发射 功率增大时，需增加同频复用的距离；每个系统应设立不 同的亚音频，以尽量减小系统间的干扰。在有楼宇阻挡的 情况下可根据实际情况缩短频率复用的距离。因而，科学 进行专用对讲机室内覆盖系统同频复用距离测算，对有效 提高频率资源利用率，更好地适应发展需求提供了可靠的 分析评判依据。