直放站及室内分布系统.doc

直放站及室内分布系统 所谓直放站，就是同频双向放大的中继站，有称同频中继器，传输方式是透明传输。功能是接收和转发基站（BS）与移动台（MS）之间的信号。直放站的用途：1、安装简单，能快速扩大网络覆盖；、2、提高话务量，提高基站设备的利用率；3、盲区覆盖，改善现有的网络的覆盖质量；4、以较低成本扩大覆盖范围；5、话务分流。目前直放站流行的方案：1、无线直放站2、光纤直放站3、微蜂窝外置功放4、室内分布系统5、微波直放站（现在还没有出现）无线直放站在至高点能接收到良好信号的村镇、小区、道路的地方，一般采用无线直放站；在收不到基站信号的村镇、小区以及道路的地方，一般采用光纤直放站；由于微蜂窝输出的功率较低，有时候为了提升微蜂窝输出功率，扩大微蜂窝覆盖范围，采用微蜂窝外置功放；有的建筑物内（如：地铁、商场、酒店），通话密度一般，建筑面积不大（一般的不超过15000平方）的时候，就采用室内分布系统；通话密度高，建筑面积较大的情况下，一般采用微蜂窝+光纤室内分布系统。无线直放站实际意义如图所示，是移动基站的中继转发，空间无线耦合的工作方式，他包括：无线直放站、微蜂窝外置功放、太阳能供电系统的无线直放站，无线直放站的特点：采用空间信号直放方式；输入的信号与输出的信号频率相同，透明信道；转发天线一般采用定向天线，工程选点需考虑收发天线的隔离；无线直放站的输出功率一般在3333dBm/；设备安装简单，投资少，见效快。设备安装点能直接收到移动基站足够强的信号（一般的保证接收强度要大于dBm），能满足收发天线的隔离要求（隔离度要求大于放大器的增益）。无线直放站的应用范围比较广泛，他能填补盲区，扩大覆盖。应用与村镇、公路、厂矿、旅游景点等。无线直放站从其对无线信号的选择方式分，可分为频段选频方式和载波选频方式。频段选频方式的直放站，其工作带宽进行放大，一般带宽可调；而载波选频方式的直放站（又叫窄带选频）只对工作频段内指定的信号（载波）进行选频放大（带宽），对其它无关的载波信号则进行滤除抑制，每载波均采用独立的功放模块对信号进行放大，避免了宽带放大器产生的交调。目前，一部分的无线直放站都具有远程无线监控报警功能，通过无线Modem对直放站进行远程设置、监控直放站的工作状态。根据覆盖区域的要求，无线直放站的设计可以是单波束、双波束（向一个方向或向多个方向）。这样根据需要进行单个方向、两个方向的覆盖，实现其使用的灵活性。微蜂窝外置功放，主要是为了提升微蜂窝下行输出功率，扩大微蜂窝覆盖半径，微蜂窝外置功放适用于村镇、旅游景点、公路的覆盖。太阳能供电系统直放站，是一种新型的供电系统。利用光电转换，将太阳能转成电能，供无线直放站设备使用。主要用途是为了解决无市电供给地区的无线信号覆盖（如公路、岛屿、草原等地区）。太阳能供电系统设计需考虑的因素：直放站功耗（日能耗）；安装地点（安装点的纬度、年日照辐射总量）；连续供电时间（连续阴雨天供电天数）；太阳能电池的性能；安装条件等。太阳能供电系统的设计主要考虑：直放站工作电压、日能耗、最小连续工作时间、安装的地理条件；太阳能电池方阵工作电压，太阳能电池板数量；蓄电池容量；充电控制器。太阳能直放站的安装：太阳能电池方阵应安装在室外周围无遮挡的空地、物顶或电杆上，支架应牢固固定，确保其抗风能力；蓄电池组应注意防水、防寒（大于度），必要时应放置室内或地下；各电气连接导线应足够粗，以减小线路损耗。室内信号分布系统（天馈分布系统） 室内信号分布系统需考虑不同的建筑，不同的隔墙阻挡（525db）、楼层的阻挡（20db以上）、室内的家具等其它障碍物的阻挡（215db）、多路径衰落（10db以上），高层建筑（20层以上）注意解决“孤岛效应”（同频、邻频干扰严重，手机无法登录）和“乒乓效应”（信号强度理想，但切换频繁，通话困难），信号是无线接入的话，应注意信号接入点的高度（一般要求不超过8层），信号引入源方向、位置、强度。 解决室内覆盖的基本方法，通过天馈系统的分布，将信号送达建筑物的各个区域，以得到尽善尽美的信号覆盖。信号源的接入方式：微蜂窝基站接入基站直接接入无线接入选取周围基站小区的信号室内信号分布系统的作用：克服建筑屏蔽、填补建筑物内的盲区、解决大型建筑物内信号场强分布不均的问题、吸纳话务量，增加话费收入。室内信号分布系统是选取不同的耦合比的耦合器、功分器，经由馈线将信号送达建筑物内的各个区域；通过天馈系统的分布，使信号得到均匀的覆盖；它适合于覆盖800015000平方左右的建筑，对于较大型的建筑物覆盖，需增加放大器（中继），以补偿传输过程中的损耗。 微蜂窝天馈系统，主要是针对附近基站无较多的空闲信道或附近的基站距离太远无法直接耦合信号和无线耦合信号强度不够甚至没有的地方;较高（20层以上）、较大（30000平方以上）的建筑物或较长（如地铁长度达到250米以上等）的场所,附近的基站无法提供足够的空闲信道,所采用的由移动公司提供微蜂窝系统作为信号源,天馈分布的办法实行覆盖。特殊较大的地方，采用光纤+信号分布系统的办法，来解决较大、较高和较长的场所或建筑物。光纤直放站 光纤直放站即可采用无线耦合信号，也可采用基站直接耦合信号的办法。他的特点：覆盖区的天线可根据地形情况选择全向或定向天线；并不存在直放站收发隔离问题，选点方便；光纤中继距离可达20公里左右；一个光端中继设备可同时与多个覆盖端机连接。设备安装所需的条件：光中继端，需一对空闲或已占用但有空闲窗口的光纤，或一条有两个空闲窗口的单模光纤。光纤直放站的应用广泛，能够较便宜的填补盲区，扩大覆盖，特别是接收不到空间无线信号的地区（无法安装无线中继站的地方），适用与村镇、公路、厂矿、小区、旅游景点等；话务分流，将空闲小区的信号经光纤引到高话务量区域，分流该区域的话务量。光纤直放站的传输有多余备用光纤对的情况，可采用普通方式。也可通过波分复用方式，与别的信号共享一对光纤，或独用一根光纤。根据所需覆盖的地方光纤直放站需带的覆盖端机的数目，可是点对点传输，也可是点对多点传输（包括星形、串联及复合形）。光纤传输与同轴电缆相比，同轴电缆：布线困难、损耗大，不适用于长距离传输信号；光纤：传输损耗小，布线方便，适合远距离信号传输，适用于大型写字楼、高层酒店、地下隧道的信号覆盖。应注意的事项 中继器应有较好的频带选择性，较好的线性指标；中继器的安装调试对上行信号、噪声应有严格的测算和控制，以防止干扰基站。无线接入方式中继站因工程安装不当或质量问题造成的不良后果：1、干扰基站阻塞信道、掉话率上升、接通率下降甚至基站死机2、中继站覆盖区内上下行不平衡干扰基站的原因：83562000张小姐1、上行输出噪声干扰（上行输出噪声电平-80-下行输入电平），一般的调小下行的输入信号的电平值2、放大器线形不好（交调过大），这种情况，一般的要更换放大器3、下行交调产物串入上行干扰基站，更换上行低通滤波器，不行的话，就要更换上行放大器和上行滤波器4、收发天线隔离不够，系统自激，做直放站设计的时候，就应该考虑到的问题。无线直放站应该只是将基站信号的延伸、折射（较大的角度），绝对不能做成反射。天线的隔离度等于施主天线前后比加上用户天线前后比加上遮挡损耗加上两天线的空间损耗，（两天线间的空间损耗=32.44+10lgd(两天线的距离，单位为米)10lgf(发射频率,单位为)（由于隔离度是室外直放站所必须面对的问题，在后面专门讲到）。直接偶合方式一般不会出现隔离等上述问题，但应注意输入功率一定要在中继器或功率直放机允许输入的范围内。在无线偶合方式时也应该注意这个问题。出现这个问题时，无线偶合时，应该在施主天线与中继放大器之间接入衰减器，衰减器的大小应根据实际情况而定；直接偶合时，如果是宏基站就采用大功率耦合器，微蜂窝就加入可调衰减器。假如是微蜂窝直放器应该要求业主（移动或连通）方减小微蜂窝的输出功率。直放站工程设计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用户天线的类型预测设备开通后的覆盖范围及覆盖效果。*在基本确定了设备的功率、用户天线的高度后，可对信号覆盖范围作一个初步的测算，利用陆地移动通信电波传播衰耗特性，通过Okumura模型可计算路径损耗。Okumra经验公式如下： Lm=69.55+26.16logf-13.82log(hb)-a(hm)+449.9-6.51log(hb)log(d)取频率f=870MHz，上式可简化为：Lm=146.4-13.8log(hb)-a(hm)+44.9-6.5log(hb)log(d)其中: a(hm)为修正因子， 中小城市：a(hm)=2.53hm-3.8; 大城市：a(hm)=3.2lg(11.75km)12-4.97hm为移动用户天线高度，取hm=1.5m, 则a(hm)=0，通过路径损耗Lm可以预算出覆盖距离。一般的在实际操作中，室外直放站就只须估计出大概的所覆盖的区域的边缘地方的接收强度就可以了，因为地理的不同、时间不同，室外的覆盖区域很大的变化，计算的值有时还不如估计的准确。在室内的天馈分布系统来说，受天气、地理、时间的变化要小的多，估算出覆盖区域边缘最远地方的场强天线出口功率天线的增益多路径衰落余量隔墙损耗自由空间损耗，其他的地方的信号场强就应该大于该强度了。2站址选择及定位 室外建直放站无线偶合信号时，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。假如直放站距离基站远，在施主天线处测得基站信号强度最好能大于-75dBm。（小于-75dBm信号应考虑基站的载频数，以防止直放站的输出功率过小无法达到覆盖效果）。假如直放站距离基站很近（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，将会对基站形成多路径干扰。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。由于用户和施主天线都是定向角度天线，直放站站址最好选在盲区外，*近盲区边沿（根据现场条件而定，通常大约50-200米）。如图1。如果选在盲区内（如图2），则不能达到最佳覆盖效果。直放站覆盖城市边缘的密集住宅区时，应避免在楼群的正面选点（如图3），因为信号要直接穿透*前的楼房，才可覆盖到后面的区域，由于信号在穿透过程中衰减很大，信号强度将会很弱。如果从高楼的侧面覆盖（如图4），信号可以从楼与楼之间的空隙穿过，并借助反射达到很好的覆盖效果。 3确定施主天线及用户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。施主天线位置不合适，直放站向覆盖区转发恶劣信号，手机用户不可能接入基站。为增大隔离度，施主天线与用户天线应该严格采用背对背安装，天线的落差，天线之间最好有阻挡物等方式。当安装在铁塔上时，使用铁塔平台对天线进行隔离，当安装在楼房顶时，使用建筑物或增大天线水平距离进行隔离。如果两天线之间有隔离物，如楼顶的水箱、电梯间等，安装时要避免两天线在一侧。如果建筑物为钢筋混凝土结构，施主天线在满足信号接收强度的基础上，应尽量*近建筑物（通常重发天线可放在建筑物上面，施主天线*近建筑物侧墙）。如果建筑物为一般砖墙结构，应考虑用建筑物隔离和拉长距离的方法来满足隔离度要求。如塔上平台可做隔离物，天线可分别安装在平台、下塔身处。4测量收发隔离度收发隔离度，即信号从直放站前向输出端口至前向输入端口（或者从反向输出端口至反向输入端口）的空中路径衰减值，其大小直接影响着直放站的增益配置，在确定天线位置后，一定要测量隔离度。直放站前向输出功率比反向输出功率大，主要考虑前向链路的收发隔离度。用频谱仪就能够测试隔离度：把频谱仪的PF OUT端口连接到覆盖天线端，RF IN端口连接到施主天线端，连接方式图所示（若频谱仪没有点频输出，则需要用信号发生器产生一个点频信号接入覆盖天线，再用频谱仪观测施主天线接收信号的波形）。调频谱仪（信号发生器）产生一个中心频率为GSM工作频带内测试信道（不用信道，一般用较低的信道做测试信道）的频率，带宽为200KHz，信号强度为20dBm的点频信号PT，通过RF OUT端口馈入覆盖天线发射出去。用频谱仪观测从施主天线接收的从覆盖天线发射过来的信号PR。则隔离度I=PT-PR，单位是dB。有的直放站的收发信隔离度也可采用手提电脑测量。把直放站系统连接完毕，将手提电脑与直放站连机，设置一空闲信道（载波选频直放站）或一空闲工作频段（频段选频直放站）将增益衰减调为30dB，逐渐调大直放站增益，用频谱仪动态监测MT端，在调大直放站增益过程中，所设信道或频段内出现自激波形，则系统隔离度为出现自激时系统的增益值。将直放站增益调到最大，所设信道或频段内不出现自激波形，则系统隔离度大于系统的最大增益。 在施工过程中，应视具体情况加以必要调整，以最大限度满足现场对隔离度的要求。5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。以某一直放站调整为例，该直放站额定输出功率为+30dBm4CH(1W)，额定增益不超过90-95dB，若施主天线接收点接收的基站场强值为-80dBm，施主天线采用1.8米栅网抛物面天线，则天线增益Gant21.6dB。若施主天线距主机30米，馈线则采用SYV-50-22型低耗馈线，该馈线850MHz时每米损耗约0.03dBm，则馈线损耗L=0.9dB，若收发隔离度达到102dB，则Gmax为102dB-12dB90dB。直放站输出功率Pout=-80dbm+Gmax+Gant-L=30.5dB。在已达到设备的额定输出功率要求，现场安装后用频谱分析仪实测输出功率Pout为30.1dBm，通过实测得出结果与以上计算的基本吻合。调整增益时，在动态范围内按照从小到大步进调整的方法进行，但不能超过最大增益Gmax，否则容易使直放站产生过压和自激现象。天线的隔离决定了直放站增益的大小，间接决定了直放站是否可达到最大的输出功率，影响着直放站的覆盖范围。另外，直放站安装后，隔离度并非不再变化，它受到外界环境的影响，会产生波动。直放站应具有隔离度自动控制和监测功能，以保持其在各种外界环境下正常工作。6路测优化根据网络规划、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。7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。8 工程设计中需要注意的几个问题（1）信号自激直放站安装不当，收发天线隔离度不够，整机增益偏大时，输出信号经延时反馈到入端，致使直放站输出信号发生严重失真产生自激发生自激后CDMA信号波形质量变差，严重影响通话质量，产生掉话现象。克服自激现象的方法有两种：一是增大施主与重发天线的隔离度;二是降低直放站增益。当要求直放站覆盖范围较小时，可采用了降低增益的办法。当要求直放站的范围较大时，应增大隔离度。工程中主要采用以下几种方法：增大收发天线的水平及垂直距离；增加遮挡物，如加装屏蔽网等；增加施主天线的方向性，如定向板状天线加反射板或使用抛物面天线；选用方向更强的重发天线，如定向角度天线；调整施主与重发天线的角度和方向，使两者尽量背向。（2）导频信号切换频繁（即“乒乓”现象）这种现象主要是指在直放站覆盖区内，手机用户在2个或多个基站导频间反复切换，经常同时接入多个基站。其原因是直放站天线安装不当，施主天线安装在多个基站重叠覆盖区内，接收到多个基站的导频信号，而且强度相近，交替占优，经直放站中继后各导频信号强度仍很接近，造成覆盖区内移动台在多个基站间频繁切换，俗称“乒乓”现象。当各导频信号强度之差小于3dB时，移动台同时接入2个或多个基站，给系统控制的负荷加重或引起过载，增加了中断通信的可能性，并降低基站系统容量。这种情况多出现在地形复杂的山区、丘陵地带和楼群密集的城区，如图7所示。为尽量避免“乒乓”现象，工程中主要采取以下措施。改变施主天线安装位置，使施主天线对准一个基站，直到找出较强的导频信号且稳定；改变直放站安装站址，尽量不要选址在基站覆盖区的交界处，以避开相邻基站的干扰；选用方向性更强的施主天线，如高增益大口径抛物面天线；采用分集接收技术。一般在测点选址时，需要使用频谱分析仪或路测仪对基站信号强度进行监测，避免在基站覆盖交*区域和基站导频切换频繁地区安装直放站。（3）接收信号频率选择性衰落如图8所示，由于空中信号传输多径，会造成信号的频率选择性衰落。当施主天线接收到这样的信号时，经直放站放大，发射到覆盖区，移动台接收此信号，通话质量较差，严重时手机用户将检测不到前向导频信号。所以，以安装施主天线时，一定要检测施主天线接收到的前向信号的频谱，发现频率选择性衰落时，要及时调整天线角度或位置，直至收到频谱比较理想且电平较高的前向信号。9 直放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30dBm3dBm，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