光纤直放站工程实例

l前言
在移动通信迅速发展的今天，无论何种无线通信的覆盖区域都将产生弱信号区和盲区，而对一些偏远地区和用户数不多的盲区，要架设模拟或数字基站成本太高，基础设施也较复杂，为此提供一种成本低、架设简单，却具有小型基站功能的经济有效的设备——直放站是很有必要的。用直放站可以扩大已建模拟和数字移动通信基站的覆盖范围，是解决盲区、边远地区移动通信的最经济有效的手段。但对于直放站工程设计、安装后的效果如何及稳定性怎样是用户最为关心的问题，本文以光纤直放站为例对这些问题进行分析和说明。

2基本原理
光纤直放站的原理结构框图如图1所示。
光纤直放站近端机的定向天线收到基站的下行信号(935MHz—960MHz)送至近端主机，放大后送到光端机内进行电／光转换，发射1．55Îμm波长的光信号，再送到光波复用器，同原传输链路的光信号(波长1．31μm)合在一起经光缆传到远端；远端光波波分器将1．31μm和1．55μm波长的光信号分开后，让1．55μm波长的光信号输入光端机进行光／电转换，还原成下行信号(935MHz—960MHz)，再经远端主机内部功放放大，由全向天线发射出去送给移动台。移动台的上行信号(890MHz—915MHz)逆向送到基站，这样就完成了基站与移动台的信号联系，建立通话。
3传输距离的分析

光纤直放站的核心部分是光端机，它的好坏影响直放站的传输质量及可靠性，现在国内光端机质量已相当好，因此，光纤直放站的可靠性是不成问题的，下面对传输距离进行计算。
对1．55μm波长的光端机，其已知条件是：
光功率输出为0dBm;光接收灵敏度优于—26dBm;光端机内射频信号具有自动增益控制
(AGC)20dB；光端机内电／光及光／电转换时电信号将损耗10dB；光缆损耗≤0．35dB／km；活动连接器衰耗≤0．1dB；波分复用器的损耗≤0．3dB，系统光功率储备7dB(为保证电信号的载噪比而设)。则对于50km远的光缆，就能计算光信号在传输系统中的衰耗为L=光缆损耗+连接器损耗+波分复用器的损耗=0．35×50+0．1×2+0．3×2＝18．3db。系统光功率余量=光功率-系统衰耗-光接收门限＝OdB–18.3dB–(–26)dB＝7.7dB，该值大于系统功率储备7dB，由此可知光纤直放站的光信号可以传输50km远的距离，光／电转换后的电信号还能满足直放站所需电信号载噪比的要求。

4系统工程设计原理
我们知道在设计一个光纤直放站的覆盖区域时，需要掌握一个基本原则和三个相互制约的要素。
原则：设法使上行和下行信道的系统余量相等，从而保证上、下行信道的通信距离，话音质量和通信概率大体相同。
要素：①覆盖半径，②话音质量，②通信概率(可靠性)。
除上述三要素外，还应考虑传播环境，地形地物特征，使用频段以及可利用的系统参数等因素，因此有以下设计方程。
SM=SG-SL(1)
SG=Pt+Gt+Gr-Pmin(2)
SL=La+Lt+Lr (3)
Pmin=Pr+d (4)
式中：SM：系统余量(dB)
SG：系统增益(dB)
SL：系统衰耗(dB)
Pt：发射机输出功率(dBW)
Gt：发射天线增益(dB)
Gr: 门接收天线增益(dB)
d：恶化量
Pmin：接收机输入端最低保护功率电平(dBm)
La：实际路径衰耗中值(dB)
Lt: 发射端附加衰耗(dB)
Lr：接收端附加衰耗(dB)
Pr：接收机的噪声门限电平
对于移动通信的电波传播，其衰落特性由下列已知公式及图2─图5来表征。
自由空间的传播衰耗：
Lbs＝32.45+20lpD(km)+20lgf(MHz)(5)
准平滑地形市区路径传播衰耗中值：
Ltt＝Lbs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f) (6)


Am(f,d)，Hb(hb,d)，Hm(hm,f)为相应的修正因子，其中An(f,d)为基本衰耗中值，Hb(hb,d)为基站天线高度增益因子，Hm(hm,f)为移动天线高度增益因子。

5场强分析
针对某一个8信道的模拟基站，要覆盖50km远外一小镇(5km覆盖半径)，其地形为准平滑地形，则在此建一光纤直放站，其直放站所架天线位于20m高的房顶上一个30m的铁塔顶部，馈线选SDY—50—22的低损耗(0.05dB／m)电缆40m,要求保证5km以上边缘通信概率为50％。
所建直放站可以确定为每信道输出功率为1W(0dBW)，发射全向天线增益为10dB，移动台接收灵敏度(A)为—110dBm(0．7μV)，保证50％的通信概率
则有：SM＝0，由(1)式得到：
SG＝SL (7)
由于接收机输入功率电平
Pr＝A—101gR—126(8)
由已知条件可得：Pt＝1W＝0dBW，Gt＝10dB，Gr＝2dB，A＝0．7μV，Lt＝1．56dB，Lr＝0．5dB，d＝6dB(查附图(2))，R＝50Ω
由(2)—(4)，(7)，(8)式和已知条件可求得：
SG＝Pt+Gt+Gr—Pmin＝152dBW (9)
(9)式代入(3)式得到实际衰耗中值：
La＝SL—Lt—Lr＝149．94dB (10)
查图3得：
Am(f，d)＝Am(900MHz，5km)＝26．5dB (11)
查图5得：
Hb(hb，d)＝Hb(50m，5km)＝—10．5dB (12)
查图4得：
Hm(hm，f)＝Hm(2m，900MHz)＝—2dB(13)
由公式(5)、(6)及(11)、(12)、(13)得出，路径传播衰耗中值为：
Ltt＝Lbs+Am(900MHz，5km)—Hb(50m，5km)—Hm(2m，900MHz)
＝32．45+20lgD+20lg900+39＝71．45+20lgD+20lg900(14)
因La＝Ltt，则由(10)，(14)式可求出覆盖半径D＝9．3km
因此，半径9．3km的覆盖范围可以满足边缘通信概率为50％盲区，如果地形更好的话，覆盖范围将更大。