[热点推荐] 详解【移动通信直放站】长篇连载

斯嘉丽

收获了，谢谢楼主！

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4. CDMA直放站应用组网
如图5-2所示了CDMA直放站应用组网示意图。
                          
                  图5-2 CDMA直放站组网示意图

5. CDMA直放站产品类型
　　基于CDMA网络建设需求，可能采用以下各种类型的直放站。 　　
(1) 不同带宽的直放站
　　目前联通新时空开通使用的频段带宽为10MHz（下行频率870-880MHz，上行频率825-835MHz），单载频使用时带宽需求为1.23MHz。因此，所需使用设备的工作带宽要求应符合这两种带宽的条件，一般情况下，室外应用的直放站多采用选频设备，室内分布多采用宽带设备。(2) 不同功率的直放站
　　CDMA的直放站可有各种功率选择：1Ｗ/5Ｗ/10Ｗ/20Ｗ，不同的功率档次适合不同的应用场合。如光纤直放站可采用大功率工作方式（10Ｗ/20Ｗ），室内直放站则采用小功率工作方式（1Ｗ/2Ｗ/5Ｗ），室外应用的直放站设备最大输出功率不超过10Ｗ。(3) 不同接入方式的直放站
　　应用的场合不同，接入方式也有差别，主要接入方式有直接耦合和空间耦合，无线接入采取空间耦合方式，光纤/电缆等接入采取直接耦合方式，直接耦合方式可取得纯度较高的信号源。

(4) 不同安装的直放站
　　直放站一般分为室内及室外安装，室内安装时要考虑良好的通风，室外安装要考虑密封环境下的防水、防潮、散热情况。

6. CDMA直放站采用的关键技术
　　用于CDMA系统中的直放站产品在设计开发过程中，采用了一系列的关键技术以满足CDMA系统的应用特性：　　
(1) 低噪声电路设计技术
　　采用低噪声设计技术包括低噪声前级放大器和线性功放，主要考虑在较高接收灵敏度的情况下，使得信号具有更好的信噪比。
(2) 线性功放技术
　　CDMA系统的调制方式以及频谱的利用率，对功放的线性度也提出了很高的要求，如ＡＣＰＲ、ＩＭＤ3等指标均与线性功放的性能有关。
(3) 增益、功率控制技术
　　为了保证应用的直放站不会影响CDMA系统环路控制的正常工作，直放站本身必须具备增益、功率调整控制技术，这种调整可以是现场的，也可以是远端的。
(4) 收发双工技术 　　
     通过双工器可以使直放站、下行收发天线共用，便于工程施工，减少工程造价，当直放站采用分体机结构时，使用双工器可以更方便的使前后端匹配。
(5) 滤波技术
　　CDMA系统上下行频率相隔45MHz，为了避免直放站设备内部形成环路自激，保证设备稳定工作，放大链路需有足够的滤波电路，对于需要严格控制带宽的设备（如选频型），还要采用变频、中频ＳＡＷ滤波等技术。
(6) 光传输技术
　　光纤直放站利用光纤进行信号的传输，需要ＲＦ信号与光信号转换单元，以及光波分复用、光耦合及光功率分配等技术。
(7) 集中控制管理技术
　　为了便于设备的维护管理，直放站内部应具有较为完善的智能管理单元，以提供远程的遥测、遥控功能，并可定时上传状态信息，故障自动告警等。
(8) 多频合路、多模兼容技术
　　在室内分布应用的情况下，要考虑同已经安装的其它室内分布系统（如ＧＳＭ）的兼容工作，这需要用到多频、多模兼容技术。  

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9. CDMA直放站对CDMA系统的干扰　　
在CDMA系统中直放站使用不仅可以消除盲区，而且还可以延伸基站的覆盖范围。但是，直放站的使用也会对CDMA系统产生下述的干扰问题。　

(1) 干扰所引起的问题
    ◆ 噪声叠加
　　上行链路中直放站的使用使CDMA系统的噪声叠加，基站的接收灵敏度下降。

    ◆ 使原基站覆盖范围缩小
　　CDMA直放站的使用所引入的噪声，导致基站系统的接收灵敏度下降，从而引起上行链路覆盖范围的收缩。通常情况下，在郊区，当上行链路中由于直放站使基站的噪声电平提高2.1dB时，上行链路的覆盖范围将收缩13％。因而，CDMA系统中，直放站的架设位置不能处于原小区边缘。     
    ◆ 下行链路的导频时延
　　在CDMA系统中使用直放站会产生定时时延和信号延时扩散，如果时延较大，将使CDMA系统导频码的相位发生变化，产生掉话等。　　在存在双重覆盖区域的情况下，来自直放站和基站信号的多径传播导致接收端的延时扩散。为了减少多径干扰，应慎重选择直放站的站址，使双重覆盖所产生的时延在一个时间窗之内；另外可以调整基站的时间窗，使系统导频信号不产生混乱。


(2) 直放站对系统容量的影响
 
任何能够改变基站接收端信号电平或干扰电平的因素，都对系统的容量产生影响。下面分几种不同的情况分析直放站引入对CDMA系统容量的影响：　　
 

◆ CDMA系统容量　　比特能量与总的噪声功能谱密度之比：Eb/No=PG/(V*(N-1)*(1+Iother/Iself))　　系统容量：N=1+PG/(V*Eb/No(1+Iother/Iself))　　其中：PG=21dB　为CDMA系统处理增益，V为话音激活增益，通常取0.4。　　Iother来自于其它小区的干扰，Iself自身小区的干扰假设系统要求Eb/No=10dB。　　--- 对于单小区系统，来自于相邻小区的干扰为零，即Iother/Iself=0，代入得系统容量N=32.5。　　--- 对于多小区无直放站的系统容量取决于相邻小区的干扰情况。　　
 

◆ 安装CDMA直放站时的系统容量　　--- 在单小区有直放站时，因为Iother/Iself=0，系统容量不变。　　--- 在多小区有直放站，分以下两种情况进行讨论：　　a. 移动台位于小区边缘与直放站之间的情况下，因为直放站的作用，相邻小区移动台的发射功率减小，因而来自相邻小区的干扰减小，即公式中Iother/Iself减小，因而系统容量增加。　　b. 移动台位于基站与直放站之间的情况下，当直放站位于基站与直放站之间，因为直放站的增益，使得对相邻小区的干扰增加，通过分析可以得到该项的影响较弱。　　多小区安装直放站的情况下，对于相邻小区干扰主要来自本小区边界的用户，采用直放站后，这些用户发射功率减小，降低了相邻小区的影响，使系统容量得以增加。统计表明，通常情况下，Iother/Iself可降低12％-6％，容量增加2-3个用户。　　综上所述，对于单蜂窝系统，直放站的使用可在保持原有容量的前提下，增加覆盖范围；对多蜂窝系统，直放站的使用不仅可以增加覆盖范围，还可使系统容量略有增加。 　　

(3) 基站每扇区可带直放站的数目　　

假设基站和直放站的噪声系数均为5dB，经过有关计算，可得到以下结论：　　 

◆ 对于直放站的输出功率为100ｍＷ（20ｄＢｍ）时，加入60台直放站后，将引入2ｄＢ的附加噪声。　　


◆ 对于1Ｗ（30ｄＢｍ）的直放站，加入10台，将引入2ｄＢ的附加噪声。　　


◆ 对于10Ｗ（40ｄＢｍ）直放站，加入1台直放站后，将引入1.5ｄＢ的附加噪声，加入4台直放站，将引入4ｄＢ左右的附加噪声。

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欲知下文，且听下回分解。

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四、GSM/CDMA光纤直放站  
　　光纤直放站与无线直放站的最大区别在于施主基站信号的传输方式上，无线直放站通过接收空间传播的无线信号进行放大，从而扩大基站的覆盖范围。光纤直放站是通过光纤进行传输，采用光信号接收器和转换器连接偏远的区域。

1. 光纤直放站的特点
 
（1）工作稳定，覆盖效果好
光纤直放站通过光纤传输信号，不受地理环境、天气变化或施主基站覆盖范围调整的影响，因此工作稳定，覆盖效果好。

（2）设计和施工更为灵活
根据无线直放站的工作原理，无线直放站需把施主天线安装在可以接收到GSM信号的地方，而且接收信号强度不能小于－80dBm，所以无线直放站一般只能安装在基站覆盖范围的边缘，并向顺着基站覆盖的方向延伸覆盖。同时，为了防止直放站自激，还需保证施主天线和覆盖天线有足够的隔离度。因此，无线直放站的安装位置和方式受到一定限制，而且一般采用定向天线进行覆盖，覆盖范围较小。光纤直放站在设计时无需考虑安装地点能否接收到信号；不需考虑收发隔离问题，选址方便；覆盖天线可根据需要采用全向或定向天线。另外射频信号能够在很小的传送损失的情况下被传送到远达20公里的远处, 光缆很细,容易铺设。因此，设计和施工的灵活性大。

(3) 避免了同频干扰，可全向覆盖, 干扰少
光纤直放站是为了扩大移动电话基地站的覆盖范围， 把CDMA移动电话信号变成光纤后，从基地站到远程地区，可使干扰及插入损失减小到最小。

(4) 适用于GSM宽带信道选择型、CDMA宽带信道选择型；

(5) 单级传输距离长达50Km以上，扩大覆盖范围；

(6) 可提高增益而不会自激，有利于加大下行信号发射功率；

(7) 信号传输不受地理条件限制
特别适合边远城镇或地形复杂的山区。

2. 光纤直放站的传输方式光纤直放站的最大特点是通过光纤进行信号传输，光纤传输可以单独敷设，也可以利用现有的传输网络。其主要有三种应用方式：

(1) 普通双光纤方式
这种方式多用于光缆中有现成多余备用光纤对的情况。

(2) 波分复用方式
如光纤中的1.3μm波长窗口已经被其他信号占用时，可以通过波分复用器将直放站信号复用到1.55μm波长的窗口上，实现直放站信号与其他信号同纤传输。

(3) 一发两收方式
如果传输距离不太远，且话务量不大的两个地方都需要采用直放站，则可利用光纤分路器给成一发两收方式。和同纤传输方式。

一般来说，如果能够从基站敷设光纤至光远端机或现成的光纤网络中有富余的纤芯，都采用普通双光纤的方式解决光纤传输的问题。采用波分复用器可以提高光纤的利用率，但由于波分复用器投资较大，一般较少使用。

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3. 光纤直放站的工作原理
　　光纤直放站的原理图如图4-1所示，主要有光近端机、光纤、光远端机（覆盖单元）几个部分组成。光近端机和光远端机都包括射频单元(RF单元)和光单元。无线信号从基站中耦合出来后，进入光近端机，通过电光转换，电信号转变为光信号，从光近端机输入至光纤，经过光纤传输到光远端机，光远端机把光信号转为电信号，进入RF单元进行放大，信号经过放大后送入发射天线，覆盖目标区域。上行链路的工作原理一样，手机发射的信号通过接收天线至光远端机，再到近端机，回到基站。
 

 
    图4-1 光纤直放站的原理图光纤直放站的原理结构框图如图4-2所示。  

 
                             图4-2 光纤直放站原理结构框图
    光纤直放站近端机的定向天线收到基站的下行信号(935MHz-960MHz)送至近端主机，放大后送到光端机内进行电／光转换，发射1.55&1.31μm波长的光信号，再送到光波复用器，同原传输链路的光信号(波长1.31μm)合在一起经光缆传到远端；远端光波波分器将1.31μm和1.55μm波长的光信号分开后，让1.55μm波长的光信号输入光端机进行光／电转换，还原成下行信号(935MHz-960MHz)，再经远端主机内部功放放大，由全向天线发射出去送给移动台。移动台的上行信号(890MHz-915MHz)逆向送到基站，这样就完成了基站与移动台的信号联系，建立通话。

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4. 光纤直放站的主要指标
--- 光路参数
    光纤：G.652单模光纤（对于1.55μm波长，适于采用G.652单模光纤）
    光源：1.3μm/1.55μm波长激光器组件
    入纤光功率：≥3dBm(1.3μm波长) ≥0dBm(1.55μm波长)
    光检测器：Pin接收组件
    连接器：APC/FC,PC/FC

---射频参数
　　频率范围：800MHz -1000MHz
　　输入电平： 下行：-20dBm 上行：-20dBm - -60dBm
　　阻抗：50Ω 　
　　射频电缆接口：SMA

---传输指标
　　光接收灵敏度：（传输载噪比≥24dB）
　　路数（CH） 　　　8 　16 　24 　32 　40 　48
　　光功率（dBm）：-30 -28.5 -27.6 -27 -26.5 -26.1
　　接收端AGC范围：20dB（相当于10dB光衰减）
　　传输带宽：890MHz-960MHz（±0.5dB） 800MHz-890MHz（±0.5dB）
　　输出电平： 下行：-20dBm 上行：-20dBm - -60dBm
　　两频三阶互调产物：≤-38dBc
　　噪声系数：≤5dB（光接收机噪声底为-126dBm/CH）
　　输入输出阻抗：50Ω
　　驻波比：≤1.5

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5. 光纤直放站应用及组网图 由于光纤直放站传输距离长，避免了同频干扰可全向覆盖因而选址方便，且信号传输不受地理条件限制，特别适于郊区、乡村边远城镇和地形复杂的山区以及乡镇、丘陵地带的通信盲区等。如图4-3所示了光纤直放站组网示意图。
 

                                图4-3 光纤直放站组网示意图  


6. 光纤直放站工程设计原理与举例
在设计一个光纤直放站的覆盖区域时，需要掌握一个基本原则和三个相互制约的要素。
原则：设法使上行和下行信道的系统余量相等，从而保证上、下行信道的通信距离，话音质量和通信概率大体相同。
要素：①覆盖半径，②话音质量，②通信概率(可靠性)。

除上述三要素外，还应考虑传播环境，地形地物特征，使用频段以及可利用的系统参数等因素，因此有以下设计方程。 SM=SG-SL (1)
SG=Pt+Gt+Gr-Pmin (2)
SL=La+Lt+Lr (3)
Pmin=Pr+d (4)
式中：
SM：系统余量(dB)
SG：系统增益(dB)
SL：系统衰耗(dB)
Pt：发射机输出功率(dBW)
Gt：发射天线增益(dB)
Gr: 接收天线增益(dB)
d：恶化量
Pmin：接收机输入端最低保护功率电平(dBm)
La：实际路径衰耗中值(dB)
Lt: 发射端附加衰耗(dB)
Lr：接收端附加衰耗(dB)
Pr：接收机的噪声门限电平
对于移动通信的电波传播，其衰落特性由下列已知公式及图2─图5来表征。
--- 自由空间的传播衰耗：
Lbs＝32.45+20lpD(km)+20lgf(MHz) (5)
--- 准平滑地形市区路径传播衰耗中值：
Ltt＝Lbs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f) (6)
Am(f,d)，Hb(hb,d)，Hm(hm,f)为相应的修正因子，其中An(f,d)为基本衰耗中值，Hb(hb,d)为基站天线高度增益因子，Hm(hm,f)为移动天线高度增益因子。

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例如：针对某一个8信道的基站，要覆盖50km远外一小镇(5km覆盖半径)，其地形为准平滑地形，则在此建一光纤直放站，其直放站所架天线位于20m高的房顶上一个30m的铁塔顶部，馈线选SDY-50-22的低损耗(0.05dB／m)电缆40m, 要求保证5km以上边缘通信概率为50％。

所建直放站可以确定为每信道输出功率为1W(0dBW)，发射全向天线增益为10dB，移动台接收灵敏度(A)为-110dBm(0.7μV)，保证50％的通信概率。则有：
SM＝0，由(1)式得到：
SG＝SL (7)
由于接收机输入功率电平
Pr＝A-101gR-126 (8)
由已知条件可得：Pt＝1W＝0dBW，Gt＝10dB，Gr＝2dB，A＝0.7μV，Lt＝1.56dB，Lr＝0.5dB，d＝6dB(查附图(2))，R＝50Ω
由(2)-(4)，(7)，(8)式和已知条件可求得：
SG＝Pt+Gt+Gr-Pmin＝152dBW (9)
(9)式代入(3)式得到实际衰耗中值：
La＝SL-Lt-Lr＝149.94dB (10)
查图3得：
Am(f，d)＝Am(900MHz，5km)＝26.5dB (11)
查图5得：
Hb(hb，d)＝Hb(50m，5km)＝-10.5dB (12)
查图4得：
Hm(hm，f)＝Hm(2m，900MHz)＝-2dB (13)
由公式(5)、(6)及(11)、(12)、(13)得出，路径传播衰耗中值为：
Ltt＝Lbs+Am(900MHz，5km)-Hb(50m，5km)-Hm(2m，900MHz)
＝32.45+20lgD+20lg900+39＝71.45+20lgD+20lg900 (14)
因La＝Ltt，则由(10)，(14)式可求出覆盖半径D＝9.3km
因此，半径9.3km的覆盖范围可以满足边缘通信概率为50％盲区，如果地形更的话，覆盖范围将更大。