室内分布系统的工程参数和干扰专题分析资料.docx
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室内分布系统的工程参数和干扰专题分析资料
室内分布系统的工程参数和干扰专题分析
1、前言
室内覆盖工程在移动网络的建设中占据主要的位置，直接影响到整体的网络品质和用户的满意度，室内通话行为在整个用户通信行为中占据主导地位。
室内覆盖工程中的直放站和干放调试不好，不仅仅会导致建筑物室内的信号覆盖和质量不好，同时对主网也产生较严重的影响。
室内分布系统中直放站和干放工作参数的取值大小将直接影响网络的掉话率和接通率指标，因此有必要对室内分布系统中直放站信号源和干放的工作参数作深入的分析，尤其是针对CDMA无线同频直放站信号源。
直放站在移动通信覆盖网络中的基本作用是对前向和反向信号的再放大，是设置在基站和移动终端之间的双向放大器。
直放站的前向输出功率和反向级联噪声系数系数以及上行增益是影响网络通话质量的主要工作参数。
反向级联噪声系数的大小不仅与直放站的反向覆盖距离有关，还与基站的反向覆盖有关，而上行增益的取值又决定了反向级联噪声系数的大小。
前向输出功率的大小关系到直放站的前向覆盖距离以及前向和反向的平衡，影响到网络的通话质量。
下文将着重讨论这三个参数的取值方法，以及它们之间的相互关系。
2、反向级联噪声系数与上行增益关系
直放站工作系统是由基站、直放站以及基站与直放站之间的射频链路三部分组成，如图
（1）（a）所示。
就反向链路而言，直放站工作系统可视为基站接收放大器与直放站反向放大器的级联，在二级放大器之间串接一个链路损耗，如图
（1）（b）所示，当直放站与基站以级联方式工作时，在基站接收。
放大器的输入端会引进一个附加噪声△NFBTS，在直放站反向放大器输入端会等效增加噪声系数增量△NFREP。
下文分析可知基站噪声增量△NFBTS和直放站噪声增量△NFREP分别与基站、直放站的设备噪声系数NFBTS、NFREP和直放站的上行增益GREP以及基站与直放站之间的链路损耗LBTS-REP有关。
PREP-Noise
图
（1）直放站工作系统框图
2.1.直放站对施主基站的噪声影响
由于电子器件存在热噪声，直放站在正常工作时不可避免会有噪声电平输出，其输出的噪声电平为
PREP-Noise=10log（K·T·B）+NFREP+GREP（dB）
（1）
式中：
PREP-Noise——直放站上行输出噪声电平
K——波尔兹曼常数（1.38×10-23）
T——环境温度，可取295℃（绝对温度）
B——CDMA载波信号带宽，1.23MHz
NFREP——直放站设备噪声系数（dB）
GREP——直放站上行增益（dB）
直放站上行输出的噪声电平PREP-Noise经过上行路径损耗后发送到基站，结果在基站接收机输入端引入了直放站的噪声，引入到基站的这部分噪声我们用PREP-Inj表示,其噪声电平为：
PREP-INj=PREP-Noise–LBTS-REP（dB值）
（2）
LBTS-REP——从直放站上行输出端口到基站接收端口的路径损耗（dB）
由于直放站噪声的引入，在基站输入端的总输入噪声将是基站噪声与引入的直放站噪声功率之和，如下式所示：
PBTS-Noise-Total=PBTS-Noise+PREP-INj（线性值）（3）
其中：
PBTS-Noise=10log（K·T·B）+NFBTS（dB），为基站输入端等效
噪声电平
（4）
NFBTS为基站的噪声系数（dB）
由上式可知，直放站对施主基站的噪声影响表现在基站接收机输入端增加了噪声电平PREP-INj，这种噪声增加量用dB值表示为：
ΔNFBTS=10log[1+10]（dB）（6）
NFREP-NFBTS+GREP-LBTS-REP
10
将PBTS-Noise和PREP-INj代入上式，则在基站输入端由直放站引入的噪声增量为：
Nrise=（NFREP-NFBTS）+（GREP-LBTS-REP0）（dB）（8）
Nrise定义为噪声增量因子，由上式可知：
噪声增量因子Nrise=直放站与基站的噪声系数差+上行增益与路径损耗差
噪声增量因子Nrise可以≥0或≤0，其数值越大，基站的噪声增量就越大，对基站的影响就越大；其数值越小，对基站的影响就越小。
在工程设计中，直放站和基站的噪声系数是已知的常数，因此噪声增量因子的变量是直放站上行增益GREP和直放站与基站间的路径损耗。
一旦直放站安装完毕，进入开通调试时，上行路径损耗的值在一定时间内是相对稳定的，此时上行增益是决定噪声增量因子的唯一变量。
显然上行增益越大，引入基站的噪声增量就越大；上行增益越小，引入基站的噪声增量也就越小。
这就是为什么将直放站上行增益调得太大会影响基站的原因。
当基站引入直放站工作后，施主基站接收机输入端的噪声系数将变为级联噪声系数NFBTS-cascade，基站端的级联躁声将由基站设备噪声系数NFBTS和由直放站引入的噪声系数增量成分△NFBTS组成，其表达式为：
基站级联噪声系数：
NFBTS-cascade=NFBTS+△NFBTS
=NFBTS+10log[1+10Nrise/10]（9）
式中：
Nrise=（NFREP-NFBTS）+（GREP-LBES-REP），
通常，基站设备噪声系数与直放站设备噪声系数相近，因此，可视NFREP-NFBTS为零，则有
Nrise=GREP-LBES-REP
2.2.直放站反向级联噪声系数与上行增益关系
在实际工程中我们会注意到，如果将直放站上行增益调得太小会减小直放站的上行覆盖距离。
应用级联放大器噪声系数的分析方法可知，直放站上行增益的变化可以等效为直放站输入端级联噪声系数的变化，而直放站系统级联噪声系数的大小又决定了反向允许的最大路径损耗，因此，上行增益的变化自然会影响上行的覆盖距离。
可以证明，直放站反向级联噪声系数同样可以用（8）式的噪声增量因子来表示：
直放站反向级联噪声系数：
NFREP-cascade=NFREP+△NFREP
=NFREP+10log[1+10-Nrise/10]（10）
式中：
△NFREP=10log[1+10-Nrise/10]
△NFREP为直放站噪声增量，
这一噪声增量成份事实上是上行链路损耗在直放站输入端的反映。
比较（9）式和（10）式可知，基站端的级联噪声系数与直放站端的级联噪声系数都是用噪声增量因子来表征，只不过基站级联噪声系数与噪声增量因子Nrise成正比，而直放站级联噪声系数与噪声增量因子成反比，如图2所示。
在工程应用中，Nrise是由反向增益GREP决定，下面我们来看反向增益GREP的几个取值对噪声系数的影响。
当GREP=LBTS—REP时，基站和直放站的噪声系数均在原有数值上增加了3dB，对上行覆盖范围的影响是相同的。
当GREP—LBTS—REP＜0时，基站的噪声增量将＜3dB，GREP小于LBTS—REP越多，对基站的噪声影响就越小，例如，当GREP—LBTS—REP=-10dB时，△NFBTS只有0.4dB，这时对基站的覆盖范围不会有影响，但是当GREP小于LBTS—REP越多时，对直放站的噪声影响就越大。
当GREP小于LBTS—REP=-10dB时，直放站的噪声系数将增加10.4dB，这意味着直放站的覆盖距离要缩短一倍以上。
当GREP小于LBTS—REP＞0时，基站的噪声增量将＞3dB，直放站的噪声增量将＜3dB，GREP比LBTS—REP越大，基站的覆盖范围距离就越小，而直放站的覆盖距离就越大。
设NFREP=NFBTS
图2基站、直放站系统噪声增量曲线图
2.3.引入多台直放站时的级联噪声系数
2.1和2.2所讨论的级联噪声系数仅仅是1个施主基站配置1台直放站的情况，在实际应用中，经常会需要1个施主基站配置多台直放站。
基站引入多台直放站的应用形式主要有三种：
星形、串联形及星形与串联形混合。
大多数的应用属星形，后两者也会有应用。
对于这三种应用形式，我们只需讨论星形和串联形的级联噪声系数，混合形的级联噪声系数可以从星形和串联形的结果中得到。
2.3.1.星形结构多台直放站级联噪声系数与上行增益
由多个直放站与基站组成的星形无线覆盖网如图3所示。
图3星形结构直放站系统示意图
为了分析方便，假设所有直放站具有相同的噪声系数，同时要求各直放站具有相同反向覆盖最大链路损耗，这些假设符合实际应用要求。
为了保证每个直放站能获得相同的反向覆盖最大链路损耗，则要求在基站端接收到每个直放站发来的上行噪声电平必须相同。
由于各直放站到达基站的链路损耗（L1、L2、L3……Ln）各不相同，为了使各直放站发送到基站的噪声电平相同，各直放站的上行增益应满足下式：
G－L1=G2－L2=G3－L3=Nrise（12）
Nrise=GREP－LBTS—REP
其中：
LBTS-REP=
GREP=
上式表明当直放站与基站之间的链路损耗大时，其直放站的上行增益需要大，当链路损耗小时，其直放站增益也要小，但是各个直放站所设置的上行增益与其对应的上行链路损耗之差值必须相同。
在满足上式的条件下，星形结构的施主基站和各直放站的级联噪声系数分别为：
基站级联噪声系数：
NFBTS-cascade=NFBTS+△NFBTS
=NFBTS+10[1+n·10Nrise/10]（13）
直放站级联噪声系数：
NFREP-cascade=NFREP+△NFREP
=NFREP+10[n+10-Nrise/10]（14）
式中：
n为直放站数
2.3.2串联形结构多台直放站级联噪声系数与上行增益
由多个直放站与基站组成的串联结构如图4所示：
图4串联形连接的直放站系统示意图
对串联形结构的分析，可等同于级联放大器的等效噪声系数分析。
如果要求各直放站具有相同的上行覆盖最大链路损耗，那么各个直放站在施主基站接收机所贡献的噪声增量必须相同。
应用级联放大器噪声系数分析方法，可以证明在各直放站的上行增益（G1、G2、G3……Gn）满足下式时，各直放站将具有相同的级联噪声系数，也就是具有相同的上行覆盖最大全链路损耗。
L2-G2=L3-G3=…….=Ln-Gn=0（15）
令：
LBTS-REP=L1GREP=G1
在满足上式的条件下，串联结构的施主基站和各直放站的噪声增量与星形结构具有相同的表达式。
串联结构的施主基站噪声增量可用（13）式表示，各直放站的噪声增量可用（14）式表示。
基站级联噪声系数：
NFBTS-CASCADE=NFBTS+△NFBTS
=NFBTS+10[1+n·10Nrise/10]
直放站级联噪声系数：
NFREP-CASCADE=NFREP+△NFREP
=NFREP+10[n+10-Nrise/10]
式中：
n为直放站数Nrise=G1-L1
图5给出了引入多台直放站的噪声增量曲线图。
从图中可见，随着直放站站数的增加，直放站噪声增量和基站的噪声增量也随之增加，由此带来的结果是基站和直放站的反向覆盖最大链路损耗减小，覆盖区要比引入单个直放站时要小。
图5基站、直放站系统等效噪声系数曲线图
3、直放站前向输出功率
3.1.直放站需要的最大前向输出功率
在直放站的应用中，为了获取最大的覆盖范围，通常只会想到加大前向输出功率，一味选用前向功率较大的直放站，而往往忽视反向级联噪声系数对覆盖区反向链路最大路径损耗的限制，忽视前向反向链路的平衡。
当前向链路允许的最大路径损耗小于反向链路允许的最大路径损耗时，增加前向功率可以扩大直放站的覆盖范围；而当前向链路允许的最大路径损耗大于反向链路时，增大前向功率对扩大直放站的覆盖区域是毫无意义的，还会由于前向覆盖大于反向覆盖造成前向反向不平衡，而损害网络运营指标。
直放站需要的最大前向功率是达到前反向平衡时所需要的功率，满足前反向平衡所需要的最大输出功率可通过两种方法进行计算：
一是参考基站输出功率的比较计算，二是应用前反向平衡公式计算。
下面作逐一介绍：
1比较计算：
我们可以认为基站额定的最大每载波输出功率是满足前向反向平衡条件下设计的结果。
目前CDMA基站的输出功率为43dBm，由于基站与直放站级联后会引入噪声增量，使直放站反向级联噪声系数（直放站本机噪声系数+噪声系数增量）要比基站大4~7dB，也就是说直放站的反向接收灵敏度要比基站差4~7dB，为了达到前向反向平衡，自然直放站的前向功率也要比基站小4~7dB，因此直放站所需的输出功率应在36~39dBm之间（43dBm-（4~7）dB），最大输出功率应为：
39dBm。
2前向反向平衡公式计算：
以1个基站带1个直放站为例，设由直放站引入基站的噪声增量控制在2dB以内，直放站本机噪声系数为NFREP。
由图5曲线图可知，直放站噪声系数增量△NFREP为4dB，直放站级联噪声系数NFREP-cascade为5dB+4dB=9dB，其它参数为：
下行：
上行：
Ec/No.t=8-21=-13dBPm=200mW=23dBm
Io.oc/Io.sc=2.5dBSNR=-15dB
移动台噪声系数NFm=8dB载荷η=70%
导频功率分配比ξp=15%NFREP=9dB
求在前向反向链路平衡条件下，直放站前向输出多大功率PREP：
B=L下行max-L上行max
取B=1
1=[（SNR）-（Ec/No.t）]+[NFREP–NFm]+[PREP–Pm]
1=[-15+13]+[9-8]+[PREP-23]
PREP=39dBm
从以上两种方法的计算结果可知，直放站每载波所需的最大输出功率应为39dBm，39dBm可作为直放站设备设计最大输出功率的参考。
3.2.直放站正常工作所需的输出功率
从上述分析结果可知，直放站的覆盖范围往往不是受限于前向输出功率，而是受限于反向级联噪声系数。
直放站与基站级联工作时在基站和直放站的反向输入端将增加额外的噪声，使反向级联噪声系数增大，当配置的直放站数增大时，级联噪声系数也随之增大。
在前反向平衡条件下，直放站正常工作所需的输出功率是与直放站的级联噪声系数成反比关系，级联噪声系数越大，需要的前向输出功率越小，反之亦然。
从图5看，级联噪声系数在工程中主要是由直放站的上行增益和直放站的配置数决定的，当反向增益GREP增大，噪声增量因子Nrise随之增大，直放站的噪声增加量将减小，这样有利于直放站开大功率，有利于直放站的覆盖。
但同时，直放站的反向增益增大，基站的噪声增量也会增大，随之对基站的干扰也就增大，这样不利于基站的覆盖。
因此，为了不至于对基站造成严重干扰，同时又能尽可能发挥直放站的设备性能，我们在调整反向增益时需要考虑基站与直放站之间的噪声增量分配，只有合理分配基站和直放站之间的噪声增量，才能取得基站和直放站相得益彰的覆盖效果。
在工程中，首先需要确定基站覆盖区允许的噪声增量，然后通过查图5的曲线来确定直放站的级联噪声系数，最后根据级联噪声系数确认前向输出功率。
一般来说2dB以下的噪声增量对基站覆盖不会造成明显的影响，但是4dB以上的噪声增量会对基站覆盖造成明显的影响。
表1、表2分别给出了基站噪声增量2dB、1dB时，直放站站数从1台到10台时直放站级联噪声系数和所需前向输出功率的一组数值，可供工程应用参考。
表1CDMA直放站需要的下行输出功率（对施主基站影响2dB的情况）
直放站配置数N
基站噪声增量
ΔNFBTS（dB）
直放站噪声增量ΔNFREP（dB）
直放站级联噪声系数
NFREP+ΔNFREP（dB）
反向允许最大传输损耗
Lmax（dB）
满足上下行平衡（B=1dB）的前向输出功率PREP（dBm）
最大传输路径（km）
0
0
0
5
155
42
9.9
1
2
4
9
151
38
7.7
2
2
7
12
148
35
6.3
3
2
9
14
146
33
5.6
4
2
11
16
144
31
4.9
5
2
12
17
143
30
4.6
6
2
12
17
143
30
4.6
7
2
13
18
142
29
4.3
8
2
14
19
141
28
4.0
9
2
14
19
141
28
4.0
10
2
15
20
140
27
3.8
表2CDMA直放站需要的下行输出功率（对施主基站影响1dB的情况）
直放站配置数N
基站噪声增量
ΔNFBTS（dB）
直放站噪声增量ΔNFREP（dB）
直放站级联噪声系数
NFREP+ΔNFREP（dB）
反向允许最大传输损耗
Lmax（dB）
满足上下行平衡（B=1dB）的前向输出功率PREP（dBm）
最大传输路径（km）
0
0
0
5
155
42
9.9
1
1
7
12
148
35
6.3
2
1
10
15
145
32
5.2
3
1
12
17
143
30
4.6
4
1
13
18
142
29
4.3
5
1
14
19
141
28
4.0
6
1
15
20
140
27
3.8
7
1
15
20
140
27
3.8
8
1
16
21
139
26
3.6
9
1
16
21
139
26
3.6
10
1
17
22
138
25
3.4
条件：
移动台输出功率Pm=23dB，直放站天线增益Ga=14dB，移动台天线增益0dB，Eb/N0+I0：
下行8dB，上行6dB，直放站设备噪声系数NFREP=5dB,N为直放站个数。
小负荷因子X=70%，路径损耗L=113+3.6×10log10dkm+σ，σ=6dB（边界阴影衰落标准偏差）。
4、小结
以上我们讨论了CDMA直放站的级联噪声系数、反向增益、前向输出功率参数，这些参数的设置是否合理不仅关系到直放站设备本身的工作性能，还影响到移动网络的通话质量。
这几个参数之间是相互关联的，基站的级联噪声系数和直放站的反向级联噪声系数是由直放站反向增益确定，而直放站前向输出功率是由反向级联噪声系数确定。
因此，直放站的反向增益调试是直放站工程开通调试的关键。
前向输出功率的取值要服从前反向链路平衡条件，因为，前反向链路不平衡，极可能产生移动终端的越区掉话以及对邻域集小区的干扰，因此，满足前反向链路平衡条件下的前向输出功率才是直放站正常工作所需的输出功率。
从讨论中可以看到，直放站在移动通信网络的应用犹如一把双刃剑，使用得当可扩大和优化移动通信网络覆盖，反之则对网络运营造成危害。
如此看来，在直放站的建设过程中，选择优质的直放站设备固然重要，更重要的是不能轻视对供应商工程技术服务质量的考量，否则会给网络建设带来较大的麻烦。
只有优质的产品加上优质的技术服务才能使直放站这一产品在移动通信网络中显露其应有的价值。
5、室内分布系统上行噪声干扰计算案例
假设某大厦CDMA网络室内分布系统通过空间耦合,采用无线同频直放站用作信源解决室内的信号覆盖。
由于覆盖的需要，共用了3台干线放大器，系统示意图及部分参数如下：
图1
抽象出反向链路模型：
G’=Gup1-L1=-3
NFGF=6
Gup1
L1
G’=Gup2-L2=-3
NFGF=6
Gup2
L2
Gup=90dB
NFREP=5dB
L
NFBTS=5dB
G’=Gup3-L3=-3
NFGF=6
Gup3
L3
图2
图中：
综合链路损耗：
L=PPILOT－（Rx＋Ec/Io）＝97dB
10
首先计算虚线部分系统等效噪声：
NFREP’=NFREP+ΔNFREP’NFGF－NFREP＋G’
=NFREP+10log（1+3*10）
=9dB
再进一步简化模型：
图3
其中虚线部分对应为图2的虚线部分，则：
10
基站端系统等效噪声：
NFBTS’=NFBTS+ΔNFBTS’NFREP’－NFBTS＋Gup‘－L
=NFBTS+10log（1+3*10）
=5.97dB
此时基站的上行噪声:
I=-113+Gup‘+NFREP’+NFBTS’－L
=－108dB
另外，由于到达基站端的上行噪声过低，频谱仪无法测出其实际值，在实际工程中是在室内分布系统内无用户的情况下，使用频谱仪测量直放站上行输出端的带内噪声p，则基站的上行噪声：
I＝p－L
附件5:
室内分布系统上下行平衡专题分析
1、前言
上、下行链路平衡是室内分布系统十分重要的问题，在设计阶段应予以充分的考虑，对覆盖区域内的上下链路损耗、基站到施主天线之间的空间损耗、信源主机设计输入和输出功率都要求有十分明确的数据，达到链路平衡是一个工程性很强的操作，它跨越了在信源勘测、覆盖天线分布、功率分配、主机运行状态参数、基站运行状态等环节非常清楚的基础上；上、下链路平衡是在开通、调测阶段得以实施、验证，在设计阶段应给出主机参数设置、调测的指导性数据说明（在开通、调测时可以根据实际状况调整）。
2、工程调测的基本方法
简明的说，在开通分布系统时为达到上、下行链路平衡，就是使得分布系统下行覆盖范围与上行覆盖范围相同，它以主机上行噪声不干扰基站为基准来设定上行增益GUP，根据上行增益GUP设定下行增益GDOWN（此时一般比上行高5dB）。
具体操作步骤：
1、测量主机输入端口输入功率RX（dBm），根据方案设计要求设置主机输出功率Pout（dBm），得出下行增益Gdown，此时上行增益GUP也由此确定。
一般室内分布系统主机上行最初设定为GUP=Gdown-5
2、测量主机上行噪声电平PNO，根据RX，基站发射功率PC（CDMA：
33dBm，GSM：
40dBm），基站天线增益一般取14dBi，因从基站到施主天线之间的上、下行空间损耗LP基本相同，即LP=（PC+14）-RX，由此计算到达基站端的噪声LNT=PNO-LP，为使得到达基站端的噪声不高于-120dBm，CDMA网络不高于-125dBm，即PNO≤-120+LP。
3、如果不满足上述要求，调低上行增益GUP，测量主机上行噪声电平PNO，直到满足2要求。
4、到覆盖区域进行通话路测，查看是否达到预期覆盖效果，并分析是否已对基站产生干扰，若是继续执行项目3；同时要到覆盖边缘地带进行拨打、通话测试，查看边缘区切换是否正常，查看有无单通、手机有信号而无法拨出，或者从网外拨入该手机，有无不在服务区的通知，若无上述现象，再从网络测试数据上，从一般工程数据上查看有无异常数据，查看有无接收电平正常而发射功率较高，一般情况CDMA应满足：
|TX+RX|=73±10，则上下行已平衡，可正常开通。
否则，进行下一步。
5、适当调低下行增益注，重复上一步操作，直到上、下行覆盖区大小一致为止。
[注]：
此种情况一般为室内结构复杂、快速衰落严重、覆盖前信号分布严重不均匀，或主机功率设计过高，或分布系统设计不合理，天线分布不合理等多种原因造成，在满足覆盖要求和网络
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