GSM多载频室内分布系统问题2007.11.01(修改)

GSM 多载频室内分布系统上行语音质量差的分析 京信苏华鸿 蒋明利 2007 7 摘要 针对 GSM 多载频组网时 室内分布系统容易出现语音误码过大 出现金 属敲击声 通过多种组网方式上行链路的计算 找到了问题出现在多 载频强信号覆盖时 才会出现上行接收电平过强 引起语音误码 文 中还提出解决问题的各种方案 供参考 关键词 GSM 多载频 室内分布 少天线强信号 语音质量差 多天线小信 号 语音质量好 1 概述 在实际工程应用中 如海口移动办公楼 海口美兰机场 博鳌亚洲论坛等 多载波室内分布系统均出现过通话过程中有 喀啦声 的现象 造成用户 的重要投诉 如何有效地解决这些问题成为下文讨论的课题 2 GSM 基站上行正常接收电平范围 根据 GSM 相关规范 当接入电平大于 48dBm 和小于接收机灵敏度时 要进 行切换 在工程上有些设计规范建议小区边界场强不能小于 85dBm 这就 意味着接收机正常接收电平应在 48dBm 85dBm 之间 因为 GSM 手机初始接收入时没有功率控制 将按最大功率发射 即 2W 33dBm 发射 当正常接通后受系统功率控制 最小发射功率为 5dBm 在下文分析中是假定手机发射处于功率控制后 如果上行接收电平 还超过 48dBm 就可以认定接收电平过强 3 宏基站 8 载频上行最强接收电平计算 设基站天线高度为 35m 手机与基站天线为视通状态 距离为 50m 天线角 度去耦后增益为 6dBi 馈线损耗 3 0dB 如图 1 所示 图 2 是宏基站 8 载 频天馈系统组成图 GSM 手机 BTS 35米 天线 35m 15dBi 图 1 基站示意图 天线 15dB TX1234 3 5dB 3 5dB 1dB 3dB RX1 8765 3 5dB 3 5dB 1dB 3dB RX2 P 上 行 收 P 上 行 收 图 2 宏基站 8 载频天馈系统组成图 宏基站上行最强接收电平 P上行收 P上行收 P手机 L50 米空间损耗 G天线 L馈线 L双工器 10lg n 用户 式 1 将已知数代入式 1 得 P上行收 5dBm 32 4 20lg50 6dBi 3dB 1dB 9dB 50 4 dBm 计算结果表明宏基站上行多用户接入时最强接收电平仍然在正常接收电平 之内 曾经试验过将 8 个用户同时在离基站较近处进行视通呼叫 手机接 收电平在 50 dBm 左右 也听到过一些误码较大的喀啦声 但像图 1 这样 的正常设站很少听到过喀啦声 因此 可以认为在宏基站的条件下 通常 不会发生上行接收电平过强问题 但在一些特殊场合 如应急通信时 载频 数很多 基站和手机视通不足 10 米 语音误码率较大 有可能出现喀啦声 4 室内无源分布系统 纯基站室内分布系统 有的人认为上行接收电平过强是由于直放站引起 其实不然 很多工程发 现根本没有加直放站 或干放 照样在多载频组网情况下 通话时也会出 现喀啦声或很强金属敲击声 以下先分析在无源分布系统时可能出现的问 题 1 无源 8 载频分布系统 设吸顶天线输入功率PA 10dBm 如图3 所示 计算上行最强接收电平P上行 收 P 上 行 收 1234 3 5dB 3 5dB 1dB RX PTX8765 3 5dB 0 5dB LX PA 1米 GSM 手机 图 3 室内 8 载频无源分布系统图 设基站发射功率为 4 个档次 PTX 40W 20W 10W 5W 均为 8 载频发射 首先计算收发共馈线段的损耗值 LX LX PTX L合路器总损耗 PA 式 2 将已知数代入式 2 得 LX1 40W 46dBm 12dB 10dBm 24dB LX2 20W 43dBm 12dB 10dBm 21dB LX3 10W 40dBm 12dB 10dBm 18dB LX4 5W 37dBm 12dB 10dBm 15dB 计算 P上行收 P上行收 P手机 L1 米自由空间 Lx L双工器 10lgn 用户 式 3 依据公式 3 计算得 P上行收 P上行收 LX1 5dBm 32 4dB 24 dB 1 dB 10lg8 dB 43 4dBm P上行收 LX2 40 4dBm P上行收 LX3 37 4dBm P上行收 LX4 34 4dBm 设吸顶天线输入口功率为 PA 0dBm 如图 3 所示 计算此时的上行最强 接收电平 将相关值代入式 2 得到馈线损耗 Lx LX1 40W 46dBm 12dB 0dBm 34dB LX2 20W 31dB LX3 10W 28dB LX4 5W 25dB 将相关值代入式 3 得 P上行收 P上行收 Lx1 52 4dBm P上行收 Lx2 49 4dBm P上行收 Lx3 46 4dBm P上行收 Lx4 43 4dBm 从本节计算可知当天线口每载频功率 PA设为 10dBm 时 在 8 载频情况 上 行信号均过强 当 PA设为 0dBm 时 基站功率设为 40W 或 20W 时 就可以 满足上行正常接收电平要求 2 无源 4 载频分布系统 如图 4 所示 P 上 行 收 1dB RX 0 5dB LX PA 1米 GSM 手机 1234 3 5dB 3 5dB TX 图 4 室内 4 载频无源分布系统 设吸顶天线输入功率 PA 10dBm 如图 4 所示 计算上行最强接收电平 首先计算分布射频电缆损耗 LX 依据式 2 得 LX1 40W 27dB LX2 20W 24dB LX3 10W 21dB LX4 5W 18dB 依据式 3 求得 P上行收 P上行收 Lx1 48 4dBm P上行收 Lx2 45 4dBm P上行收 Lx3 42 4dBm P上行收 Lx4 39 4dBm 设吸顶天线输入功率 PA 0dBm 如图 4 所示 计算上行最强接收电平 依据式 2 得 LX LX1 40W 37dB LX2 20W 34dB LX3 10W 31dB LX4 5W 28dB 依据式 3 求得 P上行收 P上行收 Lx1 58 4dBm P上行收 Lx2 55 4dBm P上行收 Lx3 52 4dBm P上行收 Lx4 49 4dBm 本节小结 对于 4 载频无源分布系统 只要将输入到吸顶天线口的功率从 PA 10dBm 设计为 PA 0dBm 就可以完全满足指标要求 说明载频数较少的 分布系统比较容易满足上行接收电平的要求 5 室内有源分布系统 有源分布系统是在无源分布中加入干放 如下图 5 所示 设干放的增益 GUP 与 LXO相等 并假定干放输出功率 Pm分别为 10W 5W 2W 三种 1 室内 8 载频有源分布系统如下图 5 所示 1234 RX TX 8765 LX PA 1米 GSM 手机 干放Pm TX P 上 行 收 Gup LX0 图 5 室内 8 载频有源分布系统示意图 设吸顶天线输入口功率为 PA 10dBm 计算基站上行输入口最强接收电平 P上行收 首先计算干放输出至吸顶天线之间的损耗 LX LX PM n 个载频 PA 式 4 将相关已知数代入式 4 得 LX1 10W 40dBm 10lg8 10dBm 21dB LX2 5W 37dBm 9dB 10dBm 18dB LX3 2W 33dBm 9dB 10dBm 14dB 计算上行最强接收电平 P上行收 P上行收 Lx P手机 L1 米自由空间损耗 Lx 10lgn 用户 GUP LXO 式 5 将已知数代入式 5 得 P上行收 Lx1 5dBm 32 4dB 21dB 10lg8 39 4dBm P上行收 Lx2 36 4dBm P上行收 Lx3 32 4dBm 设吸顶天线输入口功率 PA 0dBm 计算此时基站上行最强接收电平 P上行 收依据公式 4 得 LX LX1 10W 40dBm 10lg8 0dBm 31dB LX2 5W 37dBm 10lg8 0dBm 28dB LX3 2W 33dBm 10lg8 0dBm 24dB 依据式 5 得 P上行收 P上行收 Lx1 49 4dBm P上行收 Lx2 46 4dBm P上行收 Lx3 42 4dBm 本节小结 可以看出 8 载频有源分布系统当吸顶天线口功率设计过高时 各 种功率级别的有源干放 其输入至基站上行电平均显得过强 只有当吸顶天 线口功率从 10dBm 降至 0dBm 才有可能满足要求 2 室内 4 载频有源分布系统如下图所示 P 上 行 收 RX LX PA 1234TX TX 干放Pm Gup LX0 图 6 室内 4 载频有源分布系统示意图 设吸顶天线输入口功率 PA 10dBm 计算基站上行输入口最强接收电平 P上行收依据式 4 得 LX LX1 10W 40dBm 10lg4 10dBm 24dB LX2 5W 37dBm 10lg4 10dBm 21dB LX3 2W 33dBm 10lg4 10dBm 17dB 依据式 5 得 P上行收 P上行收 Lx1 5dBm 32 4dB 24dB 10lg4 GUP LX 45 4dBm P上行收 Lx2 5dBm 32 4dB 21dB 10lg4 42 4dBm P上行收 Lx3 5dBm 32 4dB 17dB 10lg4 38 4dBm 设吸顶天线输入口功率 PA 0dBm 计算基站上行输入口最强接收电平 P上行收依据公式 4 得 LX LX1 10W 40dBm 10lg4 0dBm 34dB LX2 5W 37dBm 10lg4 0dBm 31dB LX3 2W 33dBm 10lg4 0dBm 27dB 依据式 5 得 P上行收 P上行收 Lx1 5dBm 32 4dB 34dB 10lg4 GUP LX 55 4dBm P上行收 Lx2 5dBm 32 4dB 31dB 10lg4 52 4dBm P上行收 Lx3 5dBm 32 4dB 27dB 10lg4 48 4dBm 本节小结 通过计算可知 当室内有源分布为 4 载频时 吸顶天线功率过 高时 不能满足要求 只有当吸顶天线口功率从 10dBm 下降到 0dBm 时 各 种功率等级的干放均可满足其输入至基站上行电平的要求 6 室内无源分布系统建设的建议 1 已建室内无源分布系统改造的建议 如果已经建成的室内多载频无源分布系统出现上行信号太强 甚至通话时 出现金属敲击声 采用增加或减小基站输出功率的办法是无济于事 建议 采用下面办法来解决 如图所示 2 3 48765 合路系统 1 TX 衰减器 10 20dB TX 吸顶天线 12n P 上 行 收 图 7 室内 8 载频无源分布系统改造示意图 图中是在双工器接收端口加入 10 20dB 衰减 仅对上行信号进行调整 使 其基站接收机的输入电平在正常范围之内 注意不可在双工器至天线之间 加衰减器 这样会白白浪费下行功率 同时也使距离吸顶天线较远处的用 户原来是可以正常通话 加衰减器反而掉话 2 新建室内无源分布系统的建议 建设室内分布系统应采用 多天线 小信号 的覆盖方式 不但可以防止 信号外泄 还可以抑制外来干扰 不但可防止上行信号过强 引起非线性失 真 同时还可以减少有源放大器功率 或者说原来采用 8 载频 40W 宏基站只 能带 40 副天线覆盖 10 层楼 如将天线口功率从 10dBm 降为 0dBm 覆盖面 积至少可以增大一半 因此不建议图 8 少天线 强信号 覆盖方式 而 建议图 9 多天线 小信号 覆盖方式 8 载频无源分布系统 少天线强信号 覆盖方式 P上行收 2 3 487651 PTX PA 10dBm 合路系统 衰减器 12dB RX 1dB PTX 46 12 34dBm 7dB 3dB 6dB F1层 F2层 F3层 F4层 F5层 F6层 F7层 F8层 F9层 F10层 图 8 室内 8 载频无源分布系统 少天线强信号 覆盖方式示意图 天线输入口功率 PA PA 34dBm 10lg40 天线 8dB 馈线总损耗 10dBm 馈入天线口功率 每层天线数 4 副 天线口功率 10dBm 共计可覆盖 10 层楼 这种覆盖方式 容易造成上行信号过强 还应在接收端加衰减器 如图 8 所示 如不加衰减 时接收电平 P上行收 5dBm 32 4dB 17dB 合路器 6 dB 总馈线损 10lg8 43 4dBm 表明信号太强 需加衰减器 12dB 使其上行接收电平 达到规定范围之内 8 载频无源分布系统 多天线小信号 覆盖方式 P上行收 2 3 487651 PTX 46dBm PA 0dBm 合路器12dB 损耗 RX 1dB PTX 46 12 34dBm 7dB 3dB 6dB F11层 F12层 F13层 F14层 F15层 F16层 F17层 F18层 F19层 F20层 F1层 F2层 F3层 F4层 F5层 F6层 F7层 F8层 F9层 F10层 3dB 图 9 室内 8 载频无源分布系统 多天线小信号 覆盖示意图 计算输入到吸顶天线口功率 PA PA 34dBm 10lg160 天线 12dB 馈线总损耗 0dBm 每层天线数为 8 副 天线口功率 0dBm 共计可覆盖 20 层楼 多天线覆盖方 式好处是不增加发信功率的情况下 覆盖面积可增加一半 上行接收电平 P上行收 5dBm 32 4dBm 23dB 合路器总损耗 12dB 馈线损耗 10lg8 53 4dBm 满足上行接入电平规定要求 7 室内有源分布系统建设的建议 1 已建室内有源分布系统的建议 对于已建室内有源分布系统在多载频情况下 上行信号太强问题主要出现 在上行输入至干放的低噪声放大器信号太强 引起非线性失真 建议在干 放的上行输入端增加衰减 或手机至基站总的 MCL 最小耦合损耗 太小 应在 P上行收 LA0 0 20dB可调 2 3 487651 PTX 46dBm 合路器系统 12dB RX 1dB PTX 46 12 34dBm TX 15dB 15dB 3dBm 33dBm 吸顶天线 10dBm 手机 衰减器 干放33dBm 每载频 或取消低噪放级 衰减器 LA0 0 20dB可调 Lxo Gup Lx 图 10 已建室内有源分布系统改造示意图 基站上行增加衰减 LAo 0 20dB 可调