蜂窝移动通信直放站技术

1盲区直放站覆盖区基站覆盖区基站覆盖区直放站蜂窝移动通信系统直放站技术一、直放站的作用1、补盲在基站覆盖扇区中某处电波被阻隔，就形成了盲区。直放站将盲区外的信号经放大辐射到盲区，使盲区变为非盲区。直放站的这个作用称补盲。如图（1）所示：图（1）补盲示意图2、延伸覆盖在基站覆盖扇区外的某个区域有一些用户群，但又不值得专为这些用户群增添一个基站，就用直放站将某基站信号辐射到该区域，起到了基站延伸覆盖的作用。如图（2）所示：图（2）延伸覆盖示意图延伸区2近端机远端机手机（900－45）MHZ900MHZ（1500－45）MHZ1500MHZ（900－45）MHZ900MHZ需要说明的一点，直放站的建立，并不增加基站的通信容量，因为直放站没有产生新的频率（或信道），所以容量不会增加，但它帮助基站吸收用户，提高了基站的工作效率。二、直放站的类型1、宽带（选带）直放站工作于某个频段的全部或任选部份频段的直放站。2、选频直放站工作于某制式频段内1个或多个信道的直放站。3、光纤直放站将基站信号，借助光纤（缆）传送至补盲区或延伸区的直放站。4、移频直放站是将基站某制式频段上移或下移到另一频段或将本频段内的一个或多个信道的信号移至到另外的信道发送到补盲区或延伸区的直放站，如图（3）所示：图（3）移频直放站系统框图移频或移信道的主要目的为了解决同频直放站的施主天线与业务天线的隔离度问题。移频的结果使直放站的输入/输出频率BS3下行放大链路BSDC上行放大链路下行上行～不相同了，加大了输出与输入的隔离，天线安装不再受距离的限制，方便了、甚至远端机的业务天线用全向的都可以。三、直放站的功率等级共分6级，上下行功率差3～6dB，主要因为基站灵敏度高，且上行空间衰减也小些的原因。如表1所示：表1直放站功率分级等级123456下行功率（W）0.51251020上行功率（W）0.50.50.5225四、直放站的基本组成1、普通直放站基本组成如图（4）所示：图（4）组成框图·定向耦合器（C）：为远程监控的无线modem提供去基站的通路。Modem的发射功率最大2W，经20dB的耦合损耗和20dBCDY双工器（1）含LNA，XP（XD）,PARCUCPU含LNA，XP（XD）,PA双工器（2）MS4·RCU组成：电池，充电器，modemCPU通过modem与监控中心发生联系，实现直放站的远程监控。的方向损耗，进到下行链路的输入电平Pim=Pom－20－20－90（上/下行隔离）＝－97dBm，此功率不会使下行LNA进入非线性区，即对下行链路不产生影响。进入到上行功放输出端的电平是：Pim＝Pom－耦合度－方向损耗＝33－20－20＝－7dBm此功率与上行链路输出功率，在功放末级产生的互调在－60dBC以下，且modem也不是常发射，所以对通信网络也没有影响。·双工器（1）、（2）双工器由上/下行两个带通滤波器一端共接组成。由于滤波器的相互隔离作用，完成了上/下行共用天线或共用电缆网的收发双工功能。·下行放大链路或称前向链路完成下行信号的低噪、选频（XP）或选带（XD）、AGC、DGC、功放的功能和达到线性等指标的要求·上行链路（也称反向链路）是与下行链路完全对称的链路，完成对上行信号的放大并达到所要求的指标。·CPU数据处理器在直放站中完成各部件的状态监视与控制，并与RCU（远程控制单元）连接完成对直放站的远程监控。5近端机远端机天线（电缆网）上行上行链路DC光缆下行ACAC下行链路远程监控。·电源（DY）直放站的能源供给，应能适应220V或－48V或24V输入至输出的转换。具有防雷、浪勇、过欠压等保护，满足电磁兼容要求等。2、光纤直放站①基本组成如图（5）所示图（5）光纤直放站框图·C是定向耦合器。一般宏基站接40dB的，链路计算是基于40dB的耦合信号进行的。基站输出功率按20W。·双工器（1）、（2）提供上/下行链路隔离，实现收发共天线或共电缆网。·光模块一对（近、远端）、实现射频信号的电——光转换及BSCALC、DGCPALNA、XPALC、DGCCPU双工器（1）光模块光模块双工器（2）DYmodemCPUDY6图（6）移频直放站近端机DC光传输（光缆）。光模块中有FSK信号的发送和接收，有FSK的调制与解调，完成监控数据的传送。·远端机中的下行链路含DGC、ALC和功放。·远端机中的上行链路含LNA、XP（或选带（XD））、DGC等。·远端机中的CPU将远端机中的各部件监控项目数据送给光模块，并以FSK的调制方式，电光转换后通过光纤到达近端，从近端光模块送给近端的CPU，可在近端实现本地监控，通过无线猫可在监控中心实行远控。·电源（DY），近端供电可能是－48V或220V，远端一般是220V或24V（太阳能）。3、移频直放站①基站无线接入的其近端机和远端机与普通直放站组成相同，设计思路也一样。②基站耦合式移频直放站的组成框图与普通型光纤直放站基本一样，只是去掉光模块，改光缆传输为无线传输。如图（6）、（7）所示：BSCDY双工器（1）双工器（2）下行移频放大RCUCPU上行移频放大7ACDC上行下行图（7）移频直放站远端机框图在转移单元中由于近、远端本振不共源，因此输入输出频率存在频差，必须限定在5×10－8的范围内。于是近、远端的本振参考晶振的准稳度要保证在1×10－8量级，一般用恒温晶振。4、时分制式的直放站时分制式中上/下行同频，由时间来区分上/下行。用双工器来分离上/下行就不能用了，唯一的办法就是开关倒换。开关倒换要解两个问题：其一是同步问题。其二是倒换时间长短问题。众所周知，一个区域内有很多时分基站，它们之间都同步在GPS的时间基准上，如果直放站也从GPS上获取时间基准，自行产生上/下行同步信号去开/关上/下行信道，应该是可以的，PHS直放站用这种同步方式成功了，TD—SCDMA也应该没有问题。这种同步方式只适用于上/下行时隙对称的业务，好在TD—SCDMA运营的前期都是对称业务，是否出现不对双工器（1）双工器（2）移频放大RCUCPU移频放大CDY8MS开/关关/开秒信号输出称业务现在大唐也说不清。要能适应不对称业务，直放站必须与基站同步，那就是从基站下行数字基带信号中获取同步信号。与制造商合作开发要几百万人民币，将来肯定会有这种芯片。用GPS同步的时分直放站组成如图（8）所示：图（8）TDD直放站框图可以使用开关阵，将上/下行链路合二而一使用，对降低成本大为有利。五、干放的组成（室内覆盖用）干放与直放站国外都称repeater，是增强转发器的意思，实际也是这么一回事。与直放站比较只是增益低、功率小而已，组成上没有什么大的本质区别，不再赘述。六、直放站的参数及其说明。1、工作频段直放站应该适应各种制式和频段，如表2所示：GPS接收机分频处理下行放大链路上行放大链路≈≈9表2通信制式与频段对照表制式频段（MHZ）制式频段（MHZ）GSM－M890～909935～954CDMA－95831～835876～880GSM－U909～915954～960CDMA－2000GSM－R885～889930～934CDMA450450～455460～465EGSM885～909930～954SCDMA1785～1805406.5～409.5集群806～821851～866PHS1893～1910/1915/1920DCS1800M1710～17251805～1820TD－SCDMA1785～1805；1880～19202010～2025；2300～2400DCS1800U1745～17551840～1850WCDMA1920～19802110～2170WLAN2400～24852、增益增益表示直放站从输入端口至输出端口对信号的放大能力。用分贝表示，即：10㏒（PO/Pi）＝PO－Pi＝G（dB）行业推荐标准规定G≤113dB10G不能太大，主要受限于直放站的上行输出噪声。众所周知直放站上行输出噪声：PNO＝KTBNFG①它与增益G成正比，当此噪声到达基站后仍比基站的信号接收灵敏度电平大，就会降低基站的灵敏度，缩小基站的覆盖范围；另外无线覆盖的直放站有两面天线，对其天线的隔离度要求是：LG（dB）＝G＋13②式中G是直放站增益，LG与G也是正比关系。根据有关计算，当LG＝90＋13＝103dB时，两天线的安装距离在50米以上，G增大，距离还要大，场地受限，馈线损耗大，没有什么好处。3、增益调整范围直放站最大增益与最小增益之差就是调整范围，是由链路中设置的数字衰减器（DGC）来完成。整机调试中不得占用，留给工程开通时使用，其作用主要是改变直放站上行输出噪声功率大小，以满足基站的要求。如果能做到在改变增益的同时还不影响功率的输出，就把DGC置入AGC环内，并且紧挨着AGC的ATT，这样DGC的介入也不会使互调变坏。行业推荐标准规定ΔG≥30dB＝Gmax－Gmin,，也就是DGC的可介入的最大值。4、增益调节步长及精度行标规定每步长≤2dB，精度：0～20dB：±1dB，20～30dB：±1.5dB11能算出链路的使用增益GS＝Gmax－LDGC－LAGC④5、噪声系数（NF）是直放站输入端口的噪声系数（NF）。NF＝（S/N）i/（S/N）o（dB），是大于0dB的数，因为直放站不可能没有内部噪声。直放站的NF＝L双＋NFL＋NFH③式中L双是双工器的扦损（≤2dB）NFL是低噪放的噪声系数（≤1.5dB）NFH是低噪放后部件的总贡献（一般0.2～0.5dB）所以NF可以做到≤4dB行业推荐标准规定：NF≤5dB一些用户提出NF≤2dB、3dB是不可实现的。6、AGC（或ALC）范围AGC是反应放大链路在线性工作状态下所允许的输入信号的范围。行标规定在满功率输出时，输入信号再增加10dB，输出变化不超过±2dB或关断功放。实际工作时，动态10dB不够，一般厂家都设计有20～30dB的范围。AGC（ALC）主要作用是扩大输入动态范围，对输出起到保护。AGC有模拟和数字之分。数字AGC用得越来越多，它的主要优点是控了多少比较容易地给出数字量，这样就12式中Gmax是最大增益的设计值LDGC是工程开通对DGC的设置值LAGC是AGC的介入值PO－GS＝输入电平Pi可在监控界面显示。7、输出功率（PO）行标推荐标准规定在表1，变化范围±2dB，出厂时最好将PO调到中心值以保证高低温时能在变化范围内。PO是平均值，由于数字调制等原因出现瞬间峰值，峰值不能控，应让它能自由增长，因此要求放大链路，特别是功放的线性度要有一定余量，否则峰出现时会把放大器推到非线性状态，引起信号失真。GSM的峰均比很小,因为他是GMSK的恒包络调制.CDMA、CDMA－2000、WCDMA、PHS、TD－SCDMA等制式都在10dB左右，为了不控峰值，AGC（ALC）的时常数应大于1ms。时常数的控制主要是改变射频检波后平滑滤波的RC时常数，使RC≥1ms。8、互调（IMD）互调是放大器的线性指标，行标规定：在额定功率输出时，IMD3≤－36dBm（GSM），CDMA是≤－15dBm，要达到这个指标非前馈功放不可。这个技术很难，费用昂贵，国内掌握的人不多，所以国内没有推广开。因此，国家无委也不检测大功率的直放站（GSM）。132f1－f2f12f2－f1f2IMD3IMD3f三阶互调是在放大器的输入端加两个不同频率，间隔为600KHZ（GSM）、1.23MHZ（CDMA）、300KHZ（PHS）、5MHZ（WCDMA）的CW信号，用频谱仪在输出端测试IMD3，相对值是dBC，“绝对”值是dBm。IMD3产物对称分布在信号的两侧，共两根谱线。其一是2f1－f2，其二是2f2－f1，f1、f2的谐波系数之和等于3，所以称3阶。如图（9）所示：图（9）IMD3谱线图IMD3越小放大器就越线性，信道间相互干扰就越小，通信质量就越高。由于IMD3的高指标做不到（－36dBm），各厂家指标就不统一。前期东方信联坚持IMD3≤－50dBC，实践证明难度还比较大，不利于批生产，现改为IMD3≤