【资料名称】：直放站系统中信源信号应满足的下几个要求

【资料作者】：王倩

【资料日期】：20110713

【资料语言】：中文

【资料格式】：DOC

【资料目录和简介】：

直放站系统中信源信号应满足以下几个要求

信源信号应高于一定电平值X；X的值可由以下方法确定：
直放站最大增益为N，天线增益为L，输出最大功率为M，则X≥M-N-L，若接收电平低于这个值，直放站就不能满功率输出，并且有可能导致隔离度不够，引发严重的自激。2、信号无同频、邻频干扰，且为直射信号，（即可直视信源基站）电平稳定，通话质量高；通过观察测试手机的各项参数如接收电平、C1、C2值等，较长时间的观察才能确定信号的状况；此外还应注意一个参数，即时延值TA，这个参数反映了信源基站距离安装点的距离，一般来说这个值不应大于30，即距离小于15km，否则较大的时延也会带来通话质量的下降。3、对于宽带无线直放站来说，还应注意信号是否比较纯净，通过确定基站分布情况、频率分布情况及测试手机所显示的临频列表等确定找到最为纯净的信源信号，尽量避免将临近信源引入直放站，同时要人为的巧妙利用收发天线的角度与方位，进一步滤除其他无用邻近信号。4、一种特殊情况偶尔会碰上，例如恰好在两个不同MSC（一般是两个地市）的交界处，如果信源的切换关系没有作好，直放站开通后就会经常出现切换失败，这种情况要提早发现。其次，直放站的选址是要注意收发天线的位置和相对角度。因为收发天线都是定向天线，故一般来讲，收发天线之间应保持大于90度的夹角，这是用来保证直放站的隔离度的关键，只有在极其特殊的情况下才例外。再次，直放站整体选址应注意方位与高度，要有效利用地形或建筑物的高度增强覆盖效果，并尽可能的利用建筑物或地形的阻挡实现收发天线更有效的隔离，以京信直放站为例，用户天线的垂直高度30米时，覆盖效果最为理想。最后，就是对覆盖区域电平的模拟估算，当然这是指在无条件进行模拟测试的情况下的。估算的最基本依据是自由空间路径损耗公式：L=32.44dB+20Lgf(MHz)+20Lgd(km),然后根据现场的具体地貌与经验加上其他的损耗,就可算得覆盖区域某点的理论电平。只有估算值能够满足覆盖要求并留有一定余量，才可确定直放站安装的可行性。隔离度是室外无线直放站系统开通中尤其重要的一个参数，隔离度的计算公式如下：I=F/BD++F/BP+LP。收发隔离要求：ERP-I＜PRX，隔离度要求I＞ERP-PRX。天线的前后比与直放站的增益是设备固有参数，所以直放站要实现良好的隔离，一般就应在LP和LW这两个参数上面动脑筋实现；增加施主天线与用户天线之间的损耗有以下几个途径：增加两天线之间直线距离，使两天线之间夹角最大化，利用山体或建筑物实现两天线之间有效隔离阻碍。另外，通过一年多来的工作总结，我发现，在使用高增益板状天线做收发天线时，利用垂直作隔离（一般5-10米要比水平隔离（40-50米）容易的多，这一点在铁塔安装时有为重要。当然，在自然条件受限时，我们还可以选用前后比更高的其他类型天线来实现隔离。有些时候，施工工艺的好坏也会影响隔离度，例如输出、输入馈线的交*和同路捆绑会影响隔离度，直放站主机内信号线接头松动也会降低隔离，施工中这几点小因素也不应忽视
放直站上下行平衡的说明在直放站安装使用过程中，用户较关心的问题是，覆盖范围有多大，这跟下行输出功率有关，国家无委在型号核准检测时规定直放站下行输出功率30dBm±3dBm，但直放站下行输出功率应该多大？是否越大越好？因为移动通信是双向的，必须考虑上下行的平衡，以下就基站与手机、直放站与手机的上下行平衡作一说明。

一般来说，直放站设计输出功率比基站要低得多，对于基站，下行输出功率大致为43dBm（各厂家有所不同，ERICSSON最大为47dBm），现常用的手机上行输出功率仅33dBm，二者存在10dB左右的差值，在基站采用分集接收等手段后，上行可增加6dB左右增益，基站接收机噪声系数NBSF约2dB，手机接收机噪声系数NMSF约6dB，根据上下行平衡原理：
　　PBS＋NBSD＝PMS＋NMSF＋6dB（分集增益）
　　43dBm＋2dB＝33dBm＋6dB＋6dB（分集增益）
下行输出虽然大于上行，但上下行是平衡的。假设直放站下行输出功率33dBm，上行接收机噪声系数NRPF约4dB，直放站没有分集接收功能，且增加直放站后，基站接收上行噪声会增加约2dB，根据上下行平衡原理：
　　PRP＋NRPF＋△S（基站接收增加噪声）＝PMS＋NMSF
　　33dBm＋4dB＋2dB＝33dBm＋6dB
上下行是平衡的！如果直放站下行输出功率大于33dBm，则上下行将不平衡，如果上下行出现不平衡，将会:
　　--- 扰乱手机的自动功率控制；
　　--- 由于上下行不平衡，在覆盖区内会产生掉话，影响话务统计中的接通率和掉话率。
　　所以国家无委明确规定直放站下行输出功率30dBm±3dBm，主要是为了上下行平衡，不至于在安装直放站后影响网络参数。
实际上，直放站覆盖好坏主要体现在使用效果、设备性能指标、稳定性、不影响网络参数上，单纯追求下行的大功率是没有意义的，且违反国家无委的有关规定
总之，移动通信直放站的设置应主要解决诸如郊县主要公路、铁路交通等狭长地形的覆盖；对于基站载频利用率不高的区域，可以通过直放站将富余的通信能力转给需要的地方，提高设备利用率；尽量设在相对隔离区域，选择合适的基站作为信号源，以免产生无线干扰。

若直放站与基站间的空间损耗为90dBm,直放站上行增益设在什么范围内才能保证上行躁声对基站接收灵敏度影响不大？
以下仅提供粗略估算：设直放站输出功率为P1，基站接收机灵敏度P2为-110dBm，空间损耗为90dB（注意不是dBm），接收机阻塞电平L=50dB，则链路增益应小于阻塞电平L=P1-P2-90=P1+20=50,所以P1=30dBm=1W，详细计算应具体设备指标和系统配置。

直放站的稳定性分析
直放站实际上是一种特殊的放大器，在下行链路上，其输入端就是放大器的上行天线接口，输出端就是下行天线接口。在上行链路上恰与此相反。同时它又是一种上下行天线之间存在信号耦合的反馈放大器，根据放大器的稳定性理论，要使放大器稳定须满足幅度平衡条件：AF＜1式中A为放大器的开环增益，F为放大器反馈系数，同时还要满足反馈信号与输入信号同相，这称之为相位平衡条件。
下面对直放站的稳定性进行分析。直放站是上下行信号都放大的双向放大器，一般上行增益要比下行增益小几dB，只要下行放大器稳定就能保证整个直放站的稳定，直放站的稳定性分析实际上就是下行链路的稳定性分析。由于无线信号的多径传播，直放站系统中的重发信号经过反馈路径总有某些信号分量与输入信号同相，要使系统稳定必须从幅度平衡条件考虑。将AF＝1表示为dB形式：
G－L=0或G＝L（1）
G为放大器的开环增益即直放站主设备两天线接口之间的增益，L为反馈路径的损耗，信号从下行天线接口至上行天线接口之间的损耗。
一般情况下直放站的最大增益是固定的，它等于设备内各放大环节最大增益之和。在实际应用中，设备并非工作于最大增益状态，而是在满足覆盖要求的增益下运行，称之为工作增益（Gw）。
Gw=Po-Pi（2）
其中Po为直放站的输出功率（两载频设备一般在33dB左右）， Pi为设备输入功率。
Po=Poa-Gtx（3）
Pi=Pia+Grx（4）
Gtx 、Grx分别为上行和下行天线的增益，Poa 、Pia分别为整个直放站系统（含天线）的输出和输入的信号功率。
根据以上关系，幅度平衡条件Gw－L<0，可表示为
Po-Pi<L，或Po-Pia- Grx <L（5）
上式中L是直放站设备输入口和输出口之间的隔离度，即由收发信天线的增益和天线间的空间隔离两部分组成，L=L空间- (Gtx +Grx)
可见，直放站系统的稳定性与直放站的输入信号强度Pi，输出信号强度Po，收发信天线隔离度L三个因素有直接关系，其中Po是已知的，L与收发信天线间的传播环境和收发信天线的增益有关，Pi由基站到直放站间的传播环境有关。
从式Po-Pi<L中看出在同样的覆盖（Po相同）要求下，上行天线处的信号（Pia）越弱所需的隔离度越大。同时（5）式也确定了要使直放站稳定工作必须满足的隔离度条件：L>o-Pi
当然，要使直放站系统稳定运行除要满足Po-Pi<L外，还需要Pi大于直放站主机的灵敏度。（一般在-75dBm左右）。

2) 直放站增益的计算
引入直放站设备，给手机和基站之间的信号增加了热噪声，增加热噪声的直接后果是降低了基站的接收灵敏度。下面看一下应如何正确设置直放站的增益，减小引入直放站对GSM网络的影响。

　　a. 基站接收端的噪声
在没有引入直放站的情况下，基站接收端的噪声为热噪声和基站噪声系数之和，称为基站底噪声。 热噪声的计算公式为：N＝10Lg[KTB]，其中K为波次曼常数，T为绝对温度，B为信号带宽；基站噪声系数Nfbts一般为2dB。
因此，基站接收端的底噪声电平Npbts为： Npbts=10Lg[KTB]＋Nfbts =-121dBm/Hz＋2dB ＝－119dBm 当引入直放站，该基站成为直放站的施主基站后，其接收端的噪声为基站底噪声加上直放站的噪声增量。

　　b. 引入直放站后基站接收端噪声的变化　　
基站接收端接收到直放站的噪声电平与直放站的上行增益有关，下面看一看直放站上行增益对基站输入端噪声的影响。先从无线直放站引出相关的计算，直放站输出的噪声功率Np'rep为直放站的热噪声N加上直放站的噪声系数Nfrep再加上直放站的增益Grep,即：
Np'rep=10Lg[KTB]＋Nfrep＋Grep,
把从基站发射机至直放站的所有损耗计为路径损耗Lp，则直放站产生，在基站接收端的噪声电平Nprep为：
Nprep = Np'rep -Lp =10Lg[KTB]＋Nfrep＋Grep -Lp =-121＋Nfrep＋Grep-Lp (1)
引入直放站后，基站接收端的总噪声(NP)total为基站底噪声Nbts和直放站在基站接收端产生的噪声Nrep的叠加，即：
(NP)total=10Lg[10Npbts+10Nprep]=NPbts+10Lg[1+10Nfrep-Nfbts+Grep-Lp]令10Lg[1+10Nfrep-Nfbts+Grep-Lp]= ΔNbts (2)
则： (NP)total =Npbts+ΔNbts
　　从以上推算可以看到，引入直放站以后，基站接收端的噪声电平比无直放站时增加了ΔNbts，这个值为噪声增量。噪声增量与基站、直放站的噪声系数、直放站的增益、基站发射机至直放站的路径损耗有关。

根据公式（2）计算：当Nfrep-Nfbts+Grep-Lp＝0时，基站接收端的噪声增量ΔNbts为3dB；当Nfrep-Nfbts+Grep-Lp＝－６时，基站接收端的噪声增量为ΔNbts降为0.97 dB，也就是说基站的灵敏度下降了0.97 dB。这时，可以认为直放站引入基本上对基站的无影响。一般，基站噪声系数Nfbts为2dB，那么，按公式(1)计算直放站在基站接收端产生的噪声电平Nprep为－125dBm。

　　在工程实际中，基站和直放站的噪声系数一定，噪声增量主要受直放站增益和基站发射机至直放站的路径损耗的影响。基站噪声系数Nfbts为2dB，直放站噪声系数Nfrep为4dB，那么，直放站的增益Grep应比基站发射机至直放站的路径损耗Lp小8dB，才能把基站接收端的噪声增量控制在1dB以内。
　　光纤直放站一般从基站直接耦合信号，光纤直放站的路径损耗Lp为耦合器的耦合损耗，同样的原理，光纤直放站的上行增益需比耦合损耗小8dB左右。在工程实际中，我们一般选择高耦合比的耦合器，使输入光纤直放站的信号在0dBm，这样，基站至光纤直放站的路径损耗为40dB左右，而光纤直放站的上行增益设置为30dB，保证了光纤直放站引入后，原基站灵敏度基本不受影响。
　　在网络设计中，如果目标覆盖的范围较大，需要到多个光纤直放站并联才能完成覆盖，这种情况下，基站接收端的噪声为基站底噪声与基站接收到各直放站噪声的叠加，即， NPtotal=10lg[10NPBTS+?0(Nprep)］（Nprep）i为每一个直放站在基站接收端产生的噪声，n为直放站的数量。为了控制直放站总的噪声水平，即总的ΔNbts保持小于１dB，需要减小每一个直放站的增益。假设每一个直放站对基站产生的噪声增量ΔNbts相等，那么，n个直放站时每一个直放站在基站接收端产生的噪声Ｎp'rep与一个直放站时产生的噪声－125dBm相比，需满足以下公式：Ｎp'rep<-125-10Lgn 如果每一个直放站的路径损耗相等，那么，n个直放站时，每一个直放站的增益G'rep，比一个直放站时的增益Grep小10Lgn，即 G'rep。

这样，n个直放站在基站接收端产生的总噪声增量将控制在1dB以内。
总的说来，设置光纤直放站上行增益时需考虑基站发射机至直放站接收机的路径损耗和并联在该基站上光纤直放站的数量。
c. 正确设置光纤直放站的下行增益－直放站与手机之间上下行平衡的计算
设置光纤直放站的下行增益，也就是控制直放站的输出功率，需要考虑的是直放站与手机之间上下行平衡的问题。为保证上下行平衡，直放站的发射功率需满足以下公式： 直放站发射功率Po＋直放站噪声系数Nf＝手机发射功率Pm＋手机噪声系数Nfm其中：手机最大发射功率Pm＝33dBm手机噪声系数＝6dB直放站噪声系数＝4dB因此直放站的发射功率Po最大为：Po=33+6-4=35 dBm这是设置直放站下行功率要注意的问题。
无线直放站在工程中，设置增益时还需考虑收发天线之间的隔离度，要求增益必须小于收发隔离度，才能避免直放站自激。光纤直放站一般收发天线相距较远，隔离度不需要考虑。