GSM网络室外直放站的设计

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1、GSM网络室外直放站的设计在GSM无线网络中由于各种原因的影响不可能达到完全的无缝隙覆盖，在一些偏远的农村，处于盲区的厂矿企业采用室外直放站进行覆盖是一种快捷、经济的好办法。室外直放站系统的设计主要包括稳定性设计和覆盖设计两个方面。1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：AF1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

2、。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AF1表示为dB形式：GL=0或GL（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

3、，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GwL0，可表示为Po-PiL，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P

4、i，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-PiPo-Pi当然，要使直放站系统稳定运行除要满足Po-PiL外，还需要Pi大于直放站主机的灵敏度。（一般在-75dBm左右）。2收发信天线隔离度的估算由上文可以看出上下行天线之间的隔离度对于整个系统的稳定是至关重要的，在直放站勘测选址过程中需要对隔离度进行正确的估算。天线之间的隔离是多方面因素共同作用的结果，主要包括：空间隔离和建筑物隔离。（下文计算的隔离度为信号从下行天线接口至上行天线接口之间的损耗）2.1 空间隔离空

5、间隔离是指收发信天线间相距一定距离形成的空间损耗。可用下面半经验的公式计算：（1）水平隔离度Lhu=22+20lg(d/) +Dt（）+Dr（）- (Gtx +Grx)（6）Lh=31.5+20lgd+Dt（）+Dr（）- (Gtx +Grx)（GSM900情况）式中Dt、Dr为两天线的水平方性向函数(水平方向圆图)造成的损耗，具体数值可以在天线方向图中查得，如右图所示的方向图中，在55。角时有3dB的附加损耗。当上下行天线夹角为180。时，方向性损耗即为天线的前后比。（2）垂直隔离度Lv=28+40lg(d/) +Dt（）+Dr（）- (Gtx +Grx)（7）Lv= 47.1+40lgd+

6、Dt（）+Dr（）- (Gtx +Grx)（GSM900情况）在该式中，为天线的俯仰角。d为天线间距，Dt、Dr为两天线的垂直方向性函数，与水平方向性函数类似。（3） 倾斜隔离度Ls=(Lv-Lh)(/90)+Lh（8）式中为两天线在垂直面内的夹角。2.2 建筑物隔离建筑物隔离是由于建筑物的阻挡造成信号衰落而形成隔离。这种隔离计算没有较为奏效的方法，一般采用直接代入经验值的方法。如一堵墙的隔离度为1020dBm。3、隔离度的测量由于无线信号的传播受多方面因素的影响，通过计算只能较为粗略的确定隔离度的大小，在实际工程设计中如果需要比较准确的隔离度值可以才通过实地测量的办法获得。将已知强度为p的信

7、号加在下行天线上，用测试手机在上行天线处测量接收到的信号强度r（如图），则隔离度为：L=p+G-r-D（9）其中，G为下行天线增益，D为前后比。4、直放站的标称功率与实际输出功率在直放站的说明书中往往标明设备的单载频功率（一般在36dB），也就是设备只放大一个频点时的输出功率，实际工作中频点数量每增加一倍设备输出功率就减少3dB。5、覆盖预测直放站开通的最终目标是满足覆盖需要，在设计过程中对设备的覆盖情况进行预测是十分必要的。5.1 Okumura/Hata公式Okumura/Hata模型是应用较为广泛的覆盖预测模型，它是以准平滑地形的市区作基准，其余各区的影响均以校正因子的形式出现。Okum

8、ura/Hata模型市区的基本传输损耗模式为：Lb69.5526.16lgf13.82lghb(hm)（44.96.55lghb）lgd（10）Lb：市区准平滑地形电波传播损耗中值（dB）f：工作频率（MHz）hb：基站天线有效高度（mhm：移动台天线有效高度（m）d ：移动台与基站之间的距离（km）(hm)：移动台天线高度因子s(a)：建筑物密度因子（11）其中a为建筑物密度。一般可取手机天线有效高度为1.5米，则在GSM900系统中，(hm)约为0。上式可表达为：Lb=146.833-13.82lghb+（44.9-6.55lghb）lgd-s(a)对于郊区采用如下修正办法：Lbs Lb（

9、市区）2lg（f/28）2-5.4（12）对于乡村采用如下修正办法Lbs Lb（市区）lg（f/28）2-2.39(lgf)2+9.17lgf-23.17（13）对于开阔地采用如下修正办法Lbq= Lb（市区）4.78（lg f）2 18.33lg f40.94（14）5.2 Okumura/Hata公式在直放站覆盖估测中的应用在应用Okumura/Hata公式之前要对覆盖区建筑特点进行认真分析，不能盲目运用，要根据具体情况选择合适的修正方法。对于农村如果采用乡村模型预测结果将与实际结果差别较大。我国现阶段的村庄分布零散不均匀，村与村之间多为开阔地（农田），村庄面积较小，村内建筑物往往高度较小

10、，建筑屏蔽较小，但是十分密集，其密集程度不亚于大城市的建筑物。建筑物绝大部分为民宅，公共建筑物占很小比例。街道狭窄，不利于信号传播。一般情况下，村内信号强度要比村外低10-30dB。在丘陵和山地，村庄往往处于地势较低的洼地或山谷之中，村庄之间是高地或大山。严重影响信号的传播。鉴于我国现阶段农村建筑物特点可以采用市区修正方法对农村覆盖进行预测。建筑物密度可通过下式计算获得：a户数150/村庄面积（15）6、室外直放站系统的设计步骤室外直放站的设计主要包括系统的稳定性设计和覆盖设计两个方面，通过以上论述，可以把直放站的设计步骤归纳如下：（1）根据接收信号强度、覆盖及地理因素选择选择上站地点。（2）

11、根据接收信号强度，设备输出功率以及上下行天线的参数确定所需的隔离度，并保留一定裕量。（3）综合利用垂直隔离，水平隔离，建筑物隔离保证所需的隔离度。确定天线挂高，上下行天线距离等。必要时实地测量隔离度。（4）应用覆盖预测模型如：Okumura/Hata模型进行覆盖预测。如不能保证覆盖，则要调整直放站的下行天线过高等以满足覆盖需求。（5）根据设计方案实施工程，验证系统稳定性和覆盖情况。7、其他问题出于对现网的影响角度考虑，在直放站的设计建设过程中除了要遵循上述原则外，还要注意以下几点：（1）上行天线应对准基站，如果上行天线偏离基站，直放站的上行信号可能会给附近其他基站带来干扰，使掉话增加。（2）上

12、行增益要恰当设置，如果上行增益过大会使上行信号过强，使基站接受放大器饱和以致无法接收信号。如果上行信号过弱，则易受到其他同频或邻频的干扰，增加掉话（3）下行增益不应过大，有些直放站为了满足覆盖，设置了过大的下行增益，使功放超过额定功率工作，致使输出信号畸变，谐波成分增加带来不必要的干扰，是掉话增加直放站工程安装时常见问题1） 直放站覆盖区域内，手机接收场强很好，但无法拨打电话这个问题分析有几种可能：1施主信号是否正常；2输入信号不能太强，范围大概在-60dBm至-35dBm之间；3施主、重发天线的隔离度是否能满足要求，有没有自激现象；4调整设备时上下行链路是否平衡，重新调整上下行增益；5对于光

13、纤直放站要考虑时延的问题，基站的搜索窗是否够大，对于GSM设备要考虑TA值的设置；6查看设备上行链路是否正常2） 放站输出功率很小，无法满足覆盖要求分析：1输入信号强度是否符合设备增益要求；2下行增益调节范围是否标准；3 ALC开关是否起控，将ALC关闭，看看输出功率是否正常；4测试设备下行链路模块是否正常3） 本地监控无法与设备通讯分析：1检查监控板供电是否正常；2检查监控软件的版本是否正确；3光纤直放站要检查主、从机光输出功率是否正常，光路损耗是否正常，光收发模块是否正常；4检查监控板的CPU程序和EPLD程序版本是否正确；5如果以上检查没有发现异常，更换监控板4） 功率指示不准分析：1检

14、测直放站直放站功放输出到监控的线缆是否连接好；2直放站的使用电磁环境复杂，现场电磁环境下的功率指示可能与生产测试时加纯净的信道信号差异较大，功率指示会有差异；3现场可微调监控板上的电位器JW3(上行)、JW5(下行)。使功率指示与实际一致。5）上、下行增益不足分析：将直放站下行的衰减设置为0db，首先根据直放站的增益进行初步计算出下行输入信号电平，再用频谱仪测试好整机下行输入端口的下行输入信号电平P1，逐级向后延伸检查、测试各个单元模块的输出电平，然后计算出该模块的增益，用该增益与的每个模块增益进行比较，判断其增益是否正确。如果发现模块的增益不正常，还需用相同的方法确认与该模块相连的线缆是否正

15、常，如果线缆正常，则可确定该模块的该模块增益不正常，该模块有故障。特别注意：1、需要仔细检查信号通路的线缆连接是否正确，是否有松动、脱落、开裂等现象，如果有异常现象，必须首先排除。2、在功放模块的输出测试时，必须加装30db的衰减器。在计算增益时将其计算进去。（上行增益的测试方法同下行的一样）6）安装直放站时，对站址勘测需要注意要点 重点为:1) 选站址;2) 确定基站载频号;3)测试接收点场强值;4)确定使用设备类型,天线类型,天线安装高度和位置;5)计算预测设备工作增益,最大输出功率;6)预测覆盖范围及覆盖效果.还有隔离度的预测。7）安装室内分布系统的直放站应注意哪些问题?主要是：1）直放

16、站本身设备是否符合技术要求；2）直放站设置和布局是否合理，即能否满足覆盖要求；3）安装工艺是否达到要求。8）直放站的防雷有什么要求？地阻一般要求多大？直放站的防雷设计要求请参考有关资料；地阻一般为0.33，因具体土壤条件，是否为雷区，站址环境和设计要求而异。9）如何计算直放站会否对基站造成干扰，如何尽量减少干扰？减少直放站对基站造成干扰主要措施是要求直放站天线波束场图有良好的前后比，在建站时要注意：a.天线场图的好坏；b.天线上波瓣的好坏，好的波瓣抑制对减少基站的同频道干扰十分重要；c. 直放站天线的背向辐射引起的干扰有时可以通过调节天线电子或机械下倾角或通过调节天线内部馈电络来减少干扰。10

17、）直放站指标中的1dB压缩点怎样解释？ 根据国家行业标准“YD/T 952-1998”中的定义，对1dB压缩点输出功率是指增益下降1dB时，直放站输出给标准输出负载的载频功率。放大器有一个线性动态范围，在这个范围内，放大器的输出功率随输入功率线性增加。这种放大器称之为线性放大器，这两个功率之比就是功率增益G。随着输入功率的继续增大，放大器进入非线性区，其输出功率不再随输入功率的增加而线性增加，也就是说，其输出功率低于小信号增益所预计的值。通常把增益下降到比线性增益低1dB时的输出功率值定义为输出功率的1dB压缩点，用P1dB表示。11）一CDMA网耦合型光纤直放站，距离20公里。开通后手机测得

18、下行场强良好，拨打1001，有时能接通，有时则无法上线或要七八秒钟才能上线，请问这是由于时延还是上下行不匹配或是别的什么原因引起的？ 有以下几种原因：(1) 可能是因为上下行链路不平衡而引起的，通常检查一下上行链路是否正常。 首先检查直放站的上下行增益设置；确认测试地距离直放站的距离，找到一个最坏的点；一般来说，在这些最坏的点上，接收到的功率几乎被导频功率，寻呼功率占了，所以看起来信号很强，但是一旦接入业务信道，就没有功率可以分配了，造成启呼困难；如果接入的，应该也是比较困难的。所以直放站的调整，最主要的还是保证上下行链路平衡，不能光考虑下行覆盖，应该考虑的“有效的覆盖”。(2) 交换方面的问

19、题。先排除1001话务台的因素，因为1001的排队机以及中继线有时很忙。我们一般都是接入一些普通的语音平台（如：13010171444，北京）。(3) 假如离天线不远处测试，出现这样的情况，此时看手机的发射功率是否是正数，因为光纤距离太长，时延太大，这不是直放站的原因，此时将基站的搜索窗口调大一点。12）光纤直放站最多可以一拖几？公司光纤直放站按理论可以做到1拖8（需定做），考虑到实地开通和维护不方便性，不建议采取该方式进行覆盖。原因有：a、话务量过于集中到某一个扇区，造成拥塞。尤其在手机登录时最为明显（如：地铁、地下商场等特定地区）；b、反向噪声很难控制。由于引入8个远端，低噪放和光器件产生

20、的噪声，直接影响到基站反向的接收灵敏度，减少了基站的反向覆盖距离。如果必须使用1拖8的系统进行覆盖，应注意近端需采用耦合三个扇区的方式来分摊话务量和控制噪声。13）直放站的最大输出功率？为了获得较大的覆盖距离，直放站最大的输出功率可高达+43dBm。但需注意以下问题：a、无线直放站输出自激。当地面信号手机接收电平低于-90dBm，施主天线架高45m，空中手机接收电平一般在-65-75dBm，加天线增益减线缆损耗，进设备渴望达到-55-65dBm。如果直放站增益为85dB，直放站输出功率只能+30+20dBm。由于铁塔高度、施主和重发天线的水平与垂直距离不够等原因，直放站增益很难达到85dB以上

21、；b、设备应保留一定余量。以基站为例，功放的最大输出是20W，在无用户的情况下，只要导频和同步信道有输出，功率2W多一点（约为33dBm输出），相差一个数量级（10dB左右）。所以要保证设备有6dB左右的余量。（尤其在使用韩国功放的情况下，如没有保证一定的余量，设备极易关断保护）；c、光纤直放站。由于需减小直放站对基站反向的噪声干扰，直放站反向增益一般不会很高，如一味的提高设备的输出功率，则覆盖存在前向、反向增益不匹配的问题。综上所述在直放站覆盖区域内Ec/Io满足要求的情况下，过高要求直放站的最大输出是不科学的。14）直放站安装时应注意干扰源的问题？800MHz频段不如900MHz频谱干净，

22、容易收到干扰。以下为需注意干扰源：a、农村广泛使用带有放大器的电视天线，而广播电视使用U频段；b、280MHz寻呼发射功率为100W左右，三倍频谐波分量是840MHz；c、寻呼链路发射机一般工作在400420MHz，功率为20W，其二倍频正好干扰283信道。因此无线直放站安装天线时，应注意避免靠近以上干扰源。15）反向信道自激问题？由于前向功率控制比较直观，如直放站功率输出过大。而反向信道放大器输入信号变化极大，手机并非总处于发射状态，且距离时远时近，某种情况下可以引发反向信道放大器自激，由于输入突然减小，放大器又恢复正常。该情况无规律，有时好几个小时都不自激。（现象主要表现在：手机与市话通信，手机听市话正常，而市话听手机时断时通，并且手机发射功率较大，话音质量差。）解决方法：减小反向增益，调节天线的隔离度，加屏蔽网等常用方法。（现在有部分无线覆盖只调整前向增益，防止自激保护，而反向增益没有进行相应的调整，容易出现该现象。）16）市区内使用直放站应注意的问题？使用无线覆盖时应注意直放站接收基站的导频，施主天线尽量使用抛物面天线、避免指向市区、接收最强的PN序列信号、同时要保证其Ec/Io要好。直放站开通时要尽量减小反向增益，减少干扰。