毕业设计GSM直放站设计

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1、毕业设计（论文）课题:GSM直放站设计学生:张强 系部: 通信工程班级:通信084 学号:2008120317 指导教师:夏西全 装订交卷日期:装订顺序: （1）封面（2）毕业设计（论文）成绩评定记录（3）标题、中文摘要及关键词（4）正文（5）附录（6）参考文献毕业设计（论文）成绩评定记录表注：1.此表适用于不参加毕业答辩学生的毕业设计（论文）成绩评定；2.平时成绩占40%、卷面评阅成绩占60%，在上面的评分表中，可分别按40分、60分来量化评分，二项相加所得总分即为总评成绩，总评成绩请转换为优秀、良好、中等、及格指导教师评语（包含学生在毕业实习期间的表现）:成绩（平时成绩）: 指导教师签名：

2、年 月 日评阅教师评语：成绩（评阅成绩）: 指导教师签名： 年 月 日总评成绩:毕业设计GSM网络直放站设计摘要直放站是一种中继产品，衡量直放站好坏的指标主要有，智能化程度（如远程监控等）、低噪声系数(NF)、整机可靠性、良好的技术服务等。使用直放站作为实现“小容量、大覆盖”目标的必要手段之一，主要是由于使用直放站一是在不增加基站数量的前提下保证网络覆盖，二是其造价远远低于有同样效果的微蜂窝系统。直放站是解决通信网络延伸覆盖能力的一种优选方案。它与基站相比有结构简单、投资较少和安装方便等优点，可广泛用于难于覆盖的盲区和弱区，如商场、宾馆、机场、码头、车站、体育馆、娱乐厅、地铁、隧道、高速公路、

3、海岛等各种场所，提高通信质量，解决掉话等问题。关键字：直放站、GSM、设计 Design of GSM network repeaterAbstractRepeater is a relay product, good or bad indicators to measure the main repeater, intelligent (such as remote monitoring, etc.), low noise figure (NF), machine reliability, excellent technical services. Achieved using the re

4、peater as a small capacity, large coverage one of the means necessary to target, mainly due to increased use of the base station repeater First, the number does not guarantee coverage under the premise, and second, the cost is much lower than that the same effect of micro-cellular systems. Extended

5、to solve the communication network repeater coverage of a selection program. It is simple in structure compared with the base station, less investment, and ease of installation, etc., can be widely used for difficult to cover blind spots and weak areas, such as shopping malls, hotels, airports, term

6、inals, stations, sports, entertainment halls, subways, tunnels, highway, islands and other places, to improve communication quality, dropped calls and other issues to resolve Keywords: Repeater, GSM, design 目 录摘要51.1直放站的定义71.2直放站的种类与类型81.2.1移动通信直放站的种类 - 从传输信号分有GSM直放站和CDMA直放站; - 从安装场所来分有室外型机和室内型机; -

7、从传输带宽来分有宽带直放站和选频（选信道）直放站; - 从传输方式来分有直放式直放站、光纤传输直放站和移频传输直放站。81.2.2移动通信直放站的类型81.3直放站的构成81.4直放站的应用91.5直放站工程建设101.5.1前期勘测及理论测算101.5.2站址选择及定位 如果为了扩大基站覆盖范围，直放站应安装在基站覆盖区边界处。101.5.3. 确定施主天线及重发天线的安装101.5.4.测量收发稳定性与隔离度111.5.4.1直放站的稳定性分析111.5.4.2收发信天线隔离度的估算121.5.4.2.1空间隔离121.5.43、隔离度的测量121.8.1 Okumura/Hata公式13

8、1.8、室外直放站系统的设计步骤141.9.设备调整与调测142. 路测优化142.1工程设计确认142.1、其他问题14结束语152.2参考文献161.1直放站的定义 直放站（中继器）属于同频放大设备，是指在无线通信传输过程中起到信号增强的一种无线电发射中转设备。直放站的基本功能就是一个射频信号功率增强器。直放站在下行链路中，由施主天线现有的覆盖区域中拾取信号，通过带通滤波器对带通外的信号进行极好的隔离，将滤波的信号经功放放大后再次发射到待覆盖区域。在上行链接路径中，覆盖区域内的移动台手机的信号以同样的工作方式由上行放大链路处理后发射到相应基站，从而达到基地站与手机的信号传递。下图为移动直放

9、站的原理图GSM移动通信直放站原理图1.2直放站的种类与类型1.2.1移动通信直放站的种类- 从传输信号分有GSM直放站和CDMA直放站;- 从安装场所来分有室外型机和室内型机;- 从传输带宽来分有宽带直放站和选频（选信道）直放站; - 从传输方式来分有直放式直放站、光纤传输直放站和移频传输直放站。1.2.2移动通信直放站的类型GSM移动通信直放站GSM移动通信直放站是解决基站覆盖而存在信号盲区的一种方式。通过架设直放站不但能改善覆盖效果，同时能大大减少投资基站之成本。CDMA移动通信直放站CDMA直放站可以扩大CDMA基站的覆盖范围，大大节省CDMA网络建设的投资。由于各种地理环境和用户的要

10、求不同，所需的CDMA直放站的类型也不同。1.3直放站的构成移动通信直放站的构成因种类而异。直放式直放机下行从基站接收信号，经放大后向用户方向覆盖；上行从用户接收信号，经放大后发送给基站。为了限带，加有带通滤波器。选频式直放站为了选频，将上、下行频率下变频为中频，进行选频限带处理后，再上变频恢复上、下行频率。如下图所示:光纤传输直放站将收到的信号，经光电变换变成光信号，传输后又经电光变换恢复电信号再发出。移频传输直放站将收到的频率上变频为微波，传输后再下变频为原先收到的频率，放大后发送出去。室内直放站室内直放站是一种简易型的设备，其要求与室外型机是不一样的。1.4直放站的应用 根据直放站系列产

11、品的特点和移动通信网络的需求，不同的地理环境及应用场合，系统的解决方案是不同的，这需要认真分析，区别对待。对于无线直放站来说，信号的隔离显得尤为重要。无线直放站是从空间接收信号，势必要求空间信号尽可能纯净；而在基站较为密集区域，分离不同基站或扇区信号的难度将大大增加，容易使直放站增加对基站干扰。所以在基站较为密集区域，建议尽量采用有线信号的引入方式，比如光纤直放站。在不具备使用光纤直放站条件的场所，只能采用无线直放站，但其施主天线必须具有足够的方向选择性。应用场合有一下几种:扩大服务范围，消除覆盖盲区，如高山，建筑物，树林等阻挡物而形成的信号盲区； 在郊区增强场强，扩大郊区站的覆盖； 沿高速公

12、路架设，增强覆盖效率； 解决室内覆盖，如大型建筑物内信号衰减信号盲区、地下商城、地铁、遂道等衰减信号盲区； 将空闲基站的信号引到繁忙基站的覆盖区内，实现疏忙； 其它因屏蔽不能使信号直接穿透之区域等。1.5直放站工程建设1.5.1前期勘测及理论测算为了最大限度发挥直放站工作效果，在安装前均需进行实地测点，并按照测点的结果对覆盖效果及覆盖面积进行初步估算，测点通常按照以下几个步骤进行。根据覆盖要求确定设备具体安装站址，准备前期的基础工程，如铁塔、机房、供电、接地等； 确定需要转发的基站载频号，并测试接收点信号场强值；根据场强值初步确定使用设备的类型，天线的使用类型，天线的安装高度及位置；通过计算预

13、测设备的工作增益、最大输出功率值；根据设备的输出功率及重发天线的类型预测设备开通后的覆盖范围及覆盖效果。1.5.2站址选择及定位如果为了扩大基站覆盖范围，直放站应安装在基站覆盖区边界处。直放站距离基站太近（源天线接收信号强），则直放站与基站形成重叠覆盖，移动台信号一路通过直放站延时后到达基站，一路直接到达基站，将会对基站形成多径干扰。所以，尽量减少直放站与基站重叠覆盖的区域面积，以保证对移动通信网的干扰尽可能最小。直放站距离基站太远，源天线接收信号弱，则直放站前向输出功率较小，覆盖范围较小，达不到增大覆盖面的目的。由于重发天线是定向角度天线，直放站站址最好选在盲区外，靠近盲区边沿（根据现场条件

14、确定，通常大约50-200米）1.5.3. 确定施主天线及重发天线的安装天线位置的选择对直放站的覆盖范围影响很大，除考虑天线隔离度、输入信号电平大小因素之外，还需要考虑直放站输入信号的波形质量。1.5.4.测量收发稳定性与隔离度1.5.4.1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

15、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

16、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

17、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-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）。1.5.4.2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

18、口之间的损耗）1.5.4.2.1空间隔离空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（）- (G

19、tx +Grx) （7）Lv= 47.1+40lgd+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。1.5.4.2.2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。1.5.43、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

20、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1.6、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。1.7、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。1.8.1 Okumura/Hata公式Okumura/Hata模型是应用较为广泛的覆

21、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。Okumura/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（m）hm：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=146.833-13.82l

22、ghb+（44.9-6.55lghb）lgd-s(a) 对于郊区采用如下修正办法：Lbs Lb（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）1.8.2 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

23、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，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）1.8、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

24、面，通过以上论述，可以把直放站的设计步骤归纳如下：根据接收信号强度、覆盖及地理因素选择选择上站地点。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。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。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。根据设计方案实施工程，验证系统稳定性和覆盖情况。1.9.设备调整与调测天线馈线与直放站正确连接，加电开机，设置直放站增益，使最大工作增益低于收发隔离度约12dB。2. 路测优化根据网

25、络规划、覆盖要求、路测覆盖范围，调整转发天线的水平角度、俯仰角度和直放站增益，达到直放站理想覆盖。在覆盖公路、隧道等带状区域时，可调整角反射器角度，通过控制波束宽度来满足对该区域的理想覆盖。路测时，应识别基站信号、经直放站放大后的信号、相邻基站信号，并作好相关记录。2.1工程设计确认通过仪器测试及实地通话测试，确认工程方案是否达到原设计要求，如与原来有较大的出入，需对以下工作重新调整。 必要时重新确定直放站站址； 重新调整设备及天馈，使收发隔离度达到预定值； 重新调整直放站的各项工作参数（如增益等），使其达到最佳工作状态。2.1、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

26、遵循上述原则外，还要注意以下几点：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。上行增益要恰当设置，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。结束语毕业设计即将结束，大学生活也即将结束了。逝者如斯，不舍昼夜，两次春去春又来，岁月稍纵即逝。此时，回头看看这段短暂的求学路，时而喜悦，时而惆怅。感谢命运的安排，让我有

27、幸结识了许多良师益友，是他们教我如何品味人生，让我懂得如何更好的生活！人生处处是驿站，已是挥手作别之时，在此，向所有帮助过我的人献上最诚挚的谢意。“饮其流时思其源,成吾学时念吾师。”至此论文完成之际，谨向我尊敬的导师严飞致以诚挚的谢意和崇高的敬意。感谢您从本设计开始一路指导至论文的完成，正是因为您思路清晰、反应敏捷，学术态度清晰，才使我的毕业论文有了极大的写作空间。您的悉心点播，耐心指导，常让我有“山穷水尽疑无路，柳暗花明又一村”的感觉。“何当共剪西窗烛，却话巴山夜雨时。”大学三年期间与我朝夕相处的同学是我最宝贵的财富，感谢室友的真挚友情，我想对你们说：“认识你们很高兴！”生活中有了你们的陪伴

28、而更显丰富，有了你们的帮助而倍感轻松，有了你们的支持而深受鼓舞感谢所有的同学，感谢所有的朋友，很幸运能够认识你们，但愿我们的友情长久，祝福我们的未来更美好！“可怜天下父母心，”在我告别学习生涯之时，请允许我向我最爱的家人表示诚挚的谢意，想到他们，我总是感到温暖而安详。正因为有你们的支持和鼓励，才有了今天的我。你们的哺育之恩，爱护之情让我永生难忘。在我成功的时候，你们的笑容散发着幸福、满足和荣耀的光芒，照亮了我的前程；在我失败的时候，你们的眼神透露出理解、包容和鼓励的信息，让我意气风发，鼓足了勇气！感谢所有关心我，爱护我的亲人，祝福你们身体健康，万事如意！最后感谢和我一起工作的同事们，感谢他们对毕业设计的贡献，也感谢对我的支持，给我了很大的帮助，在我迷茫时在一旁悉心指导我，耐心的讲解直至我明白。正是在这样一个团结友爱，相互促进的环境中，才有了今天我们的小收获，才使我时刻充满信心和勇气，克服路上的种种困难和障碍，顺利的完成大学的学习!“天下无不散的筵席”虽不舍说“再见”，再见的时刻却以来临，无人能阻止时间前进的脚步，唯有将泪低于心头，将记忆封于脑海之中。别了，美丽的青春校园，你是我避风的港湾，是我成长的摇篮;别了，亲爱的良师益友，你们是我今世的知音，伴我成长，是甘甜雨露，滋润我心田。2.2参考文献1（百度文库GSM室外直放站设计）2（百度搜索网优入门手册）2