6 直放站及室内覆盖系统讲义.docx

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6直放站及室内覆盖系统讲义

第一章直放站的概念

直放站就是用于对无线信号进行中继放大转发的设备，在移动通信网络中，可以通过使用各类直放站解决边远地区、公路以及室内覆盖盲区，扩大覆盖范围。

一、直放站的分类

1.室外型直放站

室外型无线宽带直放站

室外型无线选频直放站

室外型光纤直放站

室外型移频直放站

2.室内型直放站

室内型无线宽带直放站

室内型无线选频直放站

室内型光纤直放站

二、各类直放站的特点

1.室外型无线宽带直放站

作用：

通过该设备对所在地基站与移动用户之间的射频信号进行接收和转发并对工作频段内指定的基站信号进行带通放大，对其它无关信号滤除抑制，增强上、下行信号场强，扩大基站覆盖范围。

特点：

①采用空间信号直放方式，为透明通信；

②工程建站需考虑收发天线的隔离；

③设备安装简单；

④无需使用传输电路；

⑤工作带宽较宽，一般在2M~19M之间；

⑥不受施主小区的载波数、跳频方式和扩容限制；

⑦互调干扰和噪声电平较大；

⑧主机增益大但多载波输出功率小，覆盖范围教小。

应用范围：

适用于施主小区的载波数较多且基站采用了射频跳频技术的边远村镇和公路。

2.室外型无线选频直放站

作用：

通过该设备对所在地基站与移动用户之间的射频信号进行接收和转发并对施主基站信号进行选频放大，对其它无关信号滤除抑制，增强上、下行信号场强，扩大基站覆盖范围。

特点：

①采用空间信号直放方式，为透明通信；

②工程建站需考虑收发天线的隔离；

③设备安装简单；

④无需使用传输电路；

⑤工作带宽为200KHZ；

⑥只对选定的载波进行放大，最多8个信道；

⑦受施主小区的载波数、跳频方式和扩容限制；

⑧互调干扰和噪声电平较小；

⑨主机增益大，每载波输出功率也大，覆盖范围教大。

应用范围：

适用于施主小区的载波数较少且施主基站未采用了射频跳频技术的边远村镇和公路。

3.室外型光纤直放站

作用：

通过该设备对基站与移动用户之间的射频信号通过光纤进行接收和转发并对工作频段内指定的基站信号进行带通放大，对其它无关信号滤除抑制，增强上、下行信号场强，扩大基站覆盖范围。

光纤直放站也分为载波和宽带两种。

特点：

①采用基站直接耦合方式经光纤中继设备将信号传输到远端覆盖区，理论上可以传输20KM；

②输出信号频率与输入信号频率相同属透明通道；

③不存在直放站收发隔离问题，选点方便；

④需租用或铺设光缆；

⑤主机增益较小；

⑥互调干扰小，噪声电平较大；

⑦一个光中继站可以同时与多个覆盖端机相连，覆盖范围大。

应用范围：

适用于无法安装基站的边远村镇和公路，还可以将空闲小区的信号引入话务区进行话务分流。

4.室内型无线宽带直放站

作用：

通过该设备对所在地基站与移动用户之间的射频信号进行接收和转发并对工作频段内指定的基站信号进行带通放大，对其它无关信号滤除抑制，增强上、下行信号场强，扩大基站覆盖范围。

特点：

①采用空间信号直放方式，为透明通信；

②工程建站需考虑收发天线的隔离；

③设备安装简单；

④无需使用传输电路；

⑤工作带宽较宽，一般在2M~19M之间；

⑥不受施主小区的载波数、跳频方式和扩容限制；

⑦互调干扰和噪声电平较大；

⑧主机增益大但多载波输出功率小，覆盖范围教小。

应用范围：

适用于施主小区的载波数较多且基站采用了射频跳频技术的边远村镇和公路。

5.室内型无线选频直放站

作用：

通过该设备对所在地基站与移动用户之间的射频信号进行接收和转发并对施主基站信号进行选频放大，对其它无关信号滤除抑制，增强上、下行信号场强，扩大基站覆盖范围。

特点：

①采用空间信号直放方式，为透明通信；

②工程建站需考虑收发天线的隔离；

③设备安装简单；

④无需使用传输电路；

⑤工作带宽为200KHZ；

⑥只对选定的载波进行放大，最多8个信道；

⑦受施主小区的载波数、跳频方式和扩容限制；

⑧互调干扰和噪声电平较小；

⑨主机增益大，每载波输出功率也大，覆盖范围教大。

应用范围：

适用于施主小区的载波数较少且施主基站未采用了射频跳频技术的边远村镇和公路。

三、直放站技术指标

1.工作频段

Ø定义：

直放站发挥中继和放大作用所使用的频段，只有在此频段内的信号才能通过直放站无失真地放大转发，其它频段的信号则被抑制滤除，由于直放站分上、下行链路所以分别有上下行工作频段。

Ø标准值：

移动GSM网使用的频段为：

上行：

890~909下行935~954MHz

联通GSM网使用的频段为：

上行：

909~915下行954~960MHz

2.工作带宽

Ø定义：

直放站的系统增益比峰值下降3dB时所对应的频率范围。

Ø标准值：

宽带直放站：

一般要求在2~19MHz之间，中心频率可在工作频段内变动，但带宽的上下限不能超出工作频带的范围。

载波选频机：

每选频信道带宽即GSM载波信号的带宽为200kHz，中心频率即所需要放大的载波信号的载频。

3.主机额定增益

Ø定义：

直放站在线性状态下最大电平时的放大能力。

若主机额定增益为Gmax，输入功率为Fin，输出功率为Fout,则Fout=Fin+Gmax称为满增益输出。

另外，直放站的上行增益和下行增益是分开调节的，但为了达到上下行平衡，一般设为一致。

Ø标准值：

室外无线直放站：

一般要求在80~95dB之间，太低则输出功率无法满足覆盖要求，太高又很难满足隔离度的要求。

室内直放站：

一般比室外无线直放站低一些，在50~70dB之间，主要原因是防止噪声电平和干扰过高影响施主基站和覆盖效果。

室外光纤直放站：

一般比室外无线直放站低一些，在45~65之间，主要是因为光纤传输损耗小，容易得到较高的输出功率，另外，还要防止上行噪声电平过高影响施主基站。

塔放：

主要是解决GSM基站上、下行不平衡的问题。

4.上下行增益可调范围

Ø定义：

直放站上行增益和下行增益在最大增益的基础上可以连续调整的范围。

Ø标准值：

一般要求有20~40dB的连续可调范围，调节步长为1dB或2dB。

5.增益调整线性

Ø定义：

标称的直放站增益调整数量与实际增益调整量间的误差波动范围。

Ø标准值：

一般调整误差在10%左右，即：

增益衰减30dB，则调整误差波动范围为±3dB。

若增益衰减16dB，则调整误差波动范围为1.6dB。

6.最大输出功率

Ø定义：

保证直放站正常工作下所能得到的最大有效输出功率，一般取直放站1dB压缩点回退6~11dB所对应的输出功率。

1dB压缩点输出功率是指当输出功率达到饱和状态的临界点的回退1dB所对应的输出功率，是直放站工作在线性工作区内的最大输出功率，但由于该点为临界点，工作不稳定，所以一般直放站容许的最大输出功率要比1dB压缩点回退几db.

Ø标准值：

室外无线宽带直放站：

Pmax一般在33dBm（2W）以上，但为所有通过直放站信号功率的总和，若通过的信号越多，每信号的功率越小，所以宽带直放站的覆盖范围较小。

室内无线宽带直放站：

我国无委和信息产业部的要求为不大于17dBm（50MW）。

室外无线载波直放站：

直放站有两个选频信道时，每载波信号的输出功率一般在30-33dBm；4个选频信道，每载波信号的输出功率衰减3dB；8个选频信道，每载波信号的输出功率衰减6dB。

P=Pmax-10LgN

7.杂散辐射

Ø定义：

在除工作带宽内和由于正常调制和切换瞬态引起的边带以及离散频率上的辐射，一般分为天线的连接处，电源引线引起的传导型杂散辐射和由机箱以及设备的结构引起的辐射型杂散两种。

杂散辐射主要是指带外的杂散辐射，带内的杂散很小可以忽略不计。

Ø标准值：

根据GSM11.26标准和国家无委要求，当增益调到最大时：

在900MHz杂散辐射小于-36dBm（带外）

在1800MHz杂散辐射小于-30dBm（带外）

8.互调产物

Ø定义：

与载波信号频率有某一特定频率关系的两个或多个带内信号由于直放站内部器件的非线性而相互调制产生的互（交）调干扰信号，是衡量直放站机制各种干扰的能力的指标，对于直放站，我们主要考虑的是可能落在工作带宽内的三阶互（交）调产物IM3。

Ø标准值：

根据GSM11.26标准和国家无委要求，当增益调到最大时：

在900MHz互调产物小于-36dBm（带外）

在1800MHz互调产物小于-30dBm（带外）

9.互（交）调抑制比

Ø定义：

载波信号的功率电平与最高互调干扰信号的功率电平之比IMD，也是衡量直放站抑制各种干扰的能力的指标。

IMD与IM3的关系：

IMD=P0-IM3

Ø标准值：

根据GSM11.26标准和国家无委要求，当增益调到最大时：

在900MHzIMD大于70dBc（带外）

在1800MHzIMD大于50dBc（带外）

根据《900MHz直放站技术要求及测试方法》标准中要求，在直放站1dB压缩点输出功率回退6dB时在900MHz频段，IMD大于30dBc（带外）。

IP3=P0+IMD/2或者表示为

可见，三阶交调截获点并非实际存在的值，主要用于计算三阶互调产物和互调抑制比也是衡量直放站抑制各种干扰的能力的指标，这个指标只适用于线性放大器。

10.带外增益抑制度

Ø定义：

直放站对在工作带宽外所获得的信号增益的抑制程度。

在工作频带±△f处的带外增益抑制度=G-G'

Ø标准值：

根据GSM11.26关于直放站规范的要求，带外增益抑制度的标准为设f1,f0,f2分别为滤波器带宽的下限，中心频率和上限，直放站的增益为85dBm。

则：

频率增益衰减

f1-5MHz＜-60dB

f1-1MHz＜-50dB

f1-600KHz＜-45dB

f1-400KHz＜-35dB

f1＜-3dB

f00dB

f2＜-3dB

f2+400KHz＜-35dB

f2+600KHz＜-45dB

f2+1MHz＜-50dB

f2+5MHz＜-60dB

11.噪声系数

Ø定义：

直放站输入端的信噪比（S/N）i与输出端信噪比（S/N）o的比值，即：

Nf=（S/N）i/（S/N）o=（Si/Ni）/（So/No）

用dB表示为：

Nf（dB）=10lgNf=10lg（S/N）i/（S/N）o

噪声系数是衡量信号通过直放站，叠加了直放站本身产生的噪声后信号信噪比变坏程度的指标，理想情况下Nf（dB）为0，但由于直放站本身会产生噪声所以一般大于0。

Ø标准值：

标准要求小于4dB。

12.驻波比（VSWR）

Ø定义：

在直放站输出端测得的电压极大值与电压极小值之比，是衡量直放站产生的信号反射波对原入射信号影响程度。

VSWR=（1+ſ）/（1-ſ）

其中ſ为反射系数，即反射波与入射波强度之比。

也可以用回波损耗值来表示：

αr=20lgſdB

Ø标准值：

一般为1.5（对应回波损耗为14dB）。

13.自动功率控制（ALC）

Ø定义：

自动功率控制功能就是对直放站输出功率设定一个门限，若输出功率超过此门限，该功能就会启动，利用负反馈电路把输出功率降到门限以下，保证直放站工作在线性工作区内，一旦ALC功能启动，输出信号会出现削波失真，严重畸变，所以一般设置ALC门限为最大输出功率。

Ø标准值：

与最大输出功率值一样。

第二章直放站对通信网络的影响及解决办法

一、直放站对移动网络的影响

✧掉话率增高，特别是质差断线。

✧通话质量差，误码率高，通话时断时续。

✧信噪比低，出现信号很强但打不了电话的情况。

✧造成基站C/I及附近基站C/A下降，情况严重时会造成基站长期闭塞。

二、造成影响的原因

直放站会对周围移动网络造成不良影响主要是由于直放站设备质量不过关，性能指标不符合GSM和国家标准要求以及直放站安装调试不规范等原因造成的。

以下就从直放站性能指标上分析直放站对移动网络造成影响的原因。

1.三阶互调产物的影响

互（交）调干扰一向是影响移动通信网络质量的主要问题之一，而直放站内部存在非线性器件不可避免的成为产生互（交）调信号的干扰源，对网络上、下行信道都产生不良影响，对于载波选频直放站，由于它的工作带宽很窄，进入每个选频单元的干扰信号较少，所以产生的互（交）调干扰产物也很少，一般不会对通信网络造成影响。

对于宽带直放站，由于它的工作带宽较宽，进入直放站的各种信号很多，如果直放站器件的非线性严重就会产生大量的互（交）调干扰产物，造成掉话率上升，通话值差等不良影响。

2.三阶互调产物对下行信号的影响

例：

设有用信号上叠加了两个三阶互调干扰信号，有三种情况，一种三阶互调产物符合GSM规范，IM3低于-36dBm交调抑制度为70dBc，此时，IM3对系统的影响为在原有的C/I的基础上叠加了两个C/I为70dB的干扰源，如果我们按照GSM规范要求，假设系统C/I=12dB，此时系统工作正常，叠加三阶交调后，系统的C/I下降为：

C/I=-10lg[10-（C/I）1/10+10-（C/I）2/10+10-（C/I）3/10]

=10lg[10-36/10+10-36/10+10-12/10]

=10lg[2*10-3.6+0.0631]

=11.97

总体下降0.03，几乎没有影响。

若符合我国《900MHZ直放机技术要求及测试方法》要求在1dB压缩点回退6dB后，要求大于30dBc，计算：

C/I=-10lg[10-（C/I）1/10+10-（C/I）2/10+10-（C/I）3/10]

=10lg[10-30/10+10-30/10+10-12/10]

=10lg[2*10-3+0.0631]

=11.86

总体下降0.14dB略有影响，若以三阶交调抑制比为20dBc，计算：

C/I=-10lg[10-（C/I）1/10+10-（C/I）2/10+10-（C/I）3/10]

=10lg[10-20/10+10-20/10+10-12/10]

=10lg[2*10-2+0.0631]

=10.80

C/I下降了1.2dB，由此可见，系统已经受到比较大的影响，已造成误码率高，可能引起值差掉话。

3.三阶互调产物对上行信号的影响

上行信道的三阶产物除了上行信号相互调制产生的三阶互调产物外，还有下行有用信号相互调制产生的刚好落在上行信号的三阶互调产物，若直放站的上、下行抑制度较高，下行信号产物的这种三阶互调产物对上行信道的影响很小，可忽略不计。

三阶互调对上行信号的影响与下行信号一样，可以折合到C/I恶化量来比较，与下行不同的是：

●上行信号的三阶互调与直放站服务区的用户是否同时使用及同时使用数量有关。

●与施主基站带有多少个直放站有更大的关系，所带直放站越多，C/I下降越严重。

●可能对邻近小区造成干扰。

如果上行的三阶互调太大会使施主基站的C/I严重下降，系统为了维护原来的C/I，只能降低接收灵敏度，从而减少了覆盖范围。

4.噪声的影响

由于直放站有许多高频器件，本身不可避免成为噪声源，对系统造成影响是直放站影响网络质量的最重要指标之一，直放站产生的噪声对系统的影响有：

●直放站的噪声系数越高，施主基站接收到的上行噪声电平就越高，这样，造成基站系统的信噪比下降，这不仅影响到直放站用户区内的用户还会对施主基站其它用户区的用户产生影响，系统为保证原有的S/N比，将降低接收机灵敏度，造成用户手机必须提高发射功率，对于一些处于边缘地区的用户，由于无法再提高发射功率，越区切换提前进行，基站覆盖区域将变小，也就是说，直放站的引入，会减少原来基站的覆盖范围，手机也比以前更耗电。

下行噪声电平引起信噪比下降，会造成误码率提高，值差断线增加，通话杂音增加。

●若直放站上行增益过大或者离施主基站太近，施主基站接收到的直放站上行信号和噪声电平都很大，对于直放站用户区的用户来说，信噪比仍能满足要求，但对施主基站在直放站用户区外的用户来说，由于其上行信号较小，信噪比就可能下降到系统无法识别的情况，将出现能接收到非常强的基站信号却无法打电话的情况，当直放站上行噪声电平提高到某一程度，施主站将由于噪声电平过强而闭塞。

5.带外抑制度的影响

●带外抑制度高的直放站可有效地抑制掉工作频段外的其它干扰信号，大大减少互调产物、杂散辐射、带外噪声等，从而大大减轻辐射对基站的影响。

●带外抑制度低的直放站会使许多无用信号和干扰信号引入覆盖区，不仅增大直放站的互调产物、杂散辐射、带外噪声外还会降低有用信号的输出功率从而减少覆盖范围，另外，带外抑制度低会造成上、下行抑制不够，严重时会造成自激。

上图a为带外抑制度高的直放站通带特性图，可见在工作频段内（935-954MHz）的直放站的增益变动在3dB以内，保证所有工作频段内的信号得到很好地放大；而在工作频段外，如联通频段956MHz处，增益衰减高达57dB，则此信号被非常有效地抑制掉了。

同样直放站也可有效地抑制掉工作频带外的其他干扰信号，大大减少互调产物、杂散辐射、带外噪声等，从而大大减轻对基站的影响。

上图b为带外抑制度低的直放站通带特性图，可见在工作频段内（935-954MHz）的直放站的增益变动也不大，但在工作频段外，如频段965MHz处，增益衰减仅有15dB，没有把信号有效的抑制。

这样一来，会把许多无用信号和干扰信号引入覆盖区，不仅会增大直放站的互调产物、杂散辐射、带外噪声等，还会降低有用信号的输出功率，从而减少覆盖范围。

另外，带外抑制度低会造成上下行抑制不够，严重时会造成自激。

6.驻波比值的影响

●驻波比太高会引起回波和反射波加大，进一步削弱了直射有用信号，但噪声电平并不会因反射而减少，因而造成信噪比下降。

●驻波比太高还会产生很多回波干扰，最后将全部折回到噪声电平上，引起系统信噪比的进一步下降。

7.配件（如：

天线）选择的影响

直放站的配件主要有：

收发天线、馈线及接头、无源器件等。

它们的性能不好或选择不当也会对系统造成不良的影响，影响如下：

●若收发天线选择了全向天线，其上行信号会被多个小区同时接收到，而下行却收到多个小区的信号造成：

直放站的噪声将不只对一个基站进行干扰而是多个小区。

对于采用非等距复用的基站，本来三阶互调可以通过天线方向性去耦避免干扰产生，使用全向天线时，使得三阶互调信号可以直接对周围基站干扰。

●对于宽频带直放站，同时收到太多小区的信号将降低放大器的效率，接收到越多的载波，三阶互调信号越多干扰电平越严重，引入的噪声也越多，使得下行信号质量严重下降。

●接收信号如果为发射信号那么直放站上行的信号也只能通过反射路径到达施主站，其信号不稳定，容易掉话，同时，上行主信号却被其它小区接收到而造成影响。

●若选择的天线前后比很小，会造成收发天线隔离度不够，严重时会造成自激。

●若选择的配件与直放站阻抗不匹配，则会造成很高的驻波比，从而对系统产生影响。

●若选择的配件损耗很大，会减少系统的输出功率，从而减少覆盖范围。

8.安装调试质量的影响

●若没有专业的仪器对直放站进行测试，就无法控制系统的功率、噪声电平等在合乎要求的范围内从而可能对系统造成严重干扰，甚至闭塞基站，无法开通。

增益设置不正确，使得输出功率超过ALC起控功率，产生削波失真，信号处于限幅状态，严重变形，质量很差。

另外，若把增益调得太大，将令上行噪声电平过高以至无法打电话甚至闭塞基站。

●若不熟悉网络的实际情况，周围基站频率、位置、话务状况等情况就无法正确选择接收合适的施主小区信号，甚至选择使用错误的直放站类型，不仅使覆盖效果不佳还可能把附近所有基站造成干扰。

●若安装工艺差，使得系统阻抗不匹配，回波加大，能量损耗也增加，不仅将引入噪声对系统造成影响，还影响覆盖范围。

三、解决方法

直放站的各项性能指标应符合GSM规范和国家规范，特别是三阶互调产物、噪声系数（噪声电平）、带外抑制度三项指标一定要严格符合。

应该选择优质配件，特别是性能良好的天线还有驻波比及损耗都很小的馈线、接头和无源器件。

安装测试应当规范，应当请拥有专业测试仪器，熟悉实际运营网络情况、无线设备特别是直放站设备安装经验丰富的施工队伍。

1.直放站设计、安装、调试的要求

选取符合规范要求的合格产品，加上正确的设计是确保直放站正确引入的重要因素。

下面以直放站实施流程图为线索，介绍如何正确设计及安装调试直放站。

1.1现场勘察及电平测试

在进行现场勘测前，我们必须对网络有一个全面的了解，主要是全网各基站位置，使用频率及拟装直放站位置，勘察时必须了解的内容有：

●周围环境及电磁波传播环境。

●用TEMS或其它测试手机测试所能收到的所有信号电平并通过当地最新的基站频率分布图和基站情况表识别个信号的方向，所在基站名、小区号、载波数、跳频方式、话务情况等。

●确定直放站要求覆盖范围，测试可能引起的干扰程度。

1.2选取施主小区和安装地点

●对室外直放站，一般选取信号最强（一般要求大于-75dBm）基站在目视范围内（直射波），且周围基站信号教弱的基站小区做施主小区，若原定安装地点无法选取理想的施主小区，天线又无法找到合适的安装位置，则需考虑另外选点。

●对于室内直放站，选取的原则与室外直放站基本一致，但由于室内直放站一般安装在城市中，邻频、同频干扰问题比较严重，所以选取考虑的重点不是信号的强度问题，而是能否选取到较纯净的施主小区信号的问题，即应该选取在安装地点处邻频、同频干扰问题不严重且能起主导作用的基站做施主基站，同时还要兼顾话务量问题。

1.3选取设备及天线

选用载波机或宽带机，以直放站周围基站的情况及环境考虑决定，若可以选取到载波数教少，而且没有开跳频或只开了基带跳频的施主小区则最好选用载波选频或直放站，若安装地点附近没有基站，无法选取到主信号，传输问题又可以保证，则可以考虑上光纤直放站，

2.对于室外直放站需考虑以下问题

2.1收发无线隔离度问题

隔离度：

I=F/BD+LW+F/BR+LP

收发隔离度：

ERP-I

隔离度要求：

I>ERP-PRX

空间传播损耗（D为两天线之间的距离，单位为KM）

LP=92.4+20LgD

F/BD>23dBLW=15dBF/BP>25dB

ERP=POUT+GT-LL=29+15.5-2.1=42.4dBm

传播损耗（D=30M）：

LP=92.4+20Lg（0.03）=62dB

隔离度I=F/BD+LW+F/BP+LP=23-1.5+25+62=125dB

POUT：

主机输出功率

GT：

覆盖天线增益

LL：

馈线损耗

PRX>ERP-I

PRX>42.4-125=-82.6dBm（即来自基站的信号电平不能小于-82.6dBm）

2.2天线隔离度的测试方法

●从覆盖天线接头馈入一个不用信道的信号PT，通常将PT电平调为0dBm；

●然后用频谱仪测量施主天线接收下来的信号电平PR；

隔离度I=PT-PR

放大器正常工作的条件：

G（放大器增益）

2.3收发天线隔离度的要求

●收发天线应选用方向性好、前后比高的定向天线；

●收发天线应尽量背对背、距离尽量远；

●收发天线尽量利用建筑物或自然条件作为隔离阻挡；

●收发天线尽量不要安装在同一水平面上，安装时尽量做到一高一低以增加收发天线间的垂直距离。

2.4收发天线的方向问题

施主天线应安装在与施主基站可视通的地方以接受直射波信号，此时，施主天线的方向性越尖锐越好。

若无法与施主天线可视通，接收到的施主基站信号可能是发射波，此时，施主天线的方向性就不能太尖锐，最好采用反射板波瓣角为65˚~90˚左右的定向天线，安装在覆盖效果最好的方向。

对于室内直