無線通信直放站的工程設(shè)計(jì)和工程調(diào)測

無線通信直放站的工程設(shè)計(jì)和工程調(diào)測近年來，隨著移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，移動(dòng)通信直放站以其有效性和經(jīng)濟(jì)性得到了運(yùn)營商的青睞,在網(wǎng)絡(luò)覆蓋中大顯身手。與基站相比,直放站有結(jié)構(gòu)簡單、投資較少和安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于覆蓋難度大的盲區(qū)和弱區(qū)，如山區(qū)、賓館、地下商場、地鐵、碼頭、車站、隧道及電梯等各種場所，有效改善通信質(zhì)量。目前，直放站已成為優(yōu)化無線通信網(wǎng)絡(luò)的重要工具和增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)延伸覆蓋能力的一種優(yōu)選方案，因此研究直放站的工程設(shè)計(jì)和調(diào)測方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。直放站的工程設(shè)計(jì)在公眾移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)過程中，有兩種情況需要建直放站，一種是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，運(yùn)營商急于擴(kuò)大服務(wù)區(qū)域，這時(shí)省時(shí)省力、投資較少的直放站便成為好的選擇；另一種是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化時(shí)期，在基本覆蓋完成后，需對(duì)信號(hào)盲區(qū)查遺補(bǔ)漏，各種類型的直放站便成為必然選擇。一旦確定建站，對(duì)工程建設(shè)和設(shè)計(jì)者而言，首先要進(jìn)行現(xiàn)場勘測，之后結(jié)合理論計(jì)算制訂設(shè)計(jì)方案。1.1直放站的選型和選址為充分發(fā)揮直放站效用，工程設(shè)計(jì)者在建站前必須實(shí)地測量基站覆蓋區(qū)邊緣的信號(hào)場強(qiáng)值，并根據(jù)測量結(jié)果和覆蓋需求以及具體的地理環(huán)境，選擇適宜的直放站類型和站址，確定需轉(zhuǎn)發(fā)的基站載頻，初步確定設(shè)備輸出功率及收發(fā)天線的類型、安裝位置及離地面高度，準(zhǔn)備前期基礎(chǔ)工程，如鐵塔、機(jī)房、供電、接地等。在市區(qū)等基站分布密集區(qū)域分離不同基站或扇區(qū)信號(hào)的難度較大，容易增加對(duì)基站的干擾，所以盡量不建直放站。必須建站時(shí)，應(yīng)盡量采用有線信號(hào)的引入方式，如光纖直放站。在不具備建立光纖直放站條件的場所，只能采用無線直放站。建立無線直放站要求施主天線必須具有足夠強(qiáng)的方向性，并選擇功率較小的直放站（1W以下）。在城市邊緣、山區(qū)及鄉(xiāng)村，因?yàn)樵O(shè)立直放站的主要目的是解決信號(hào)覆蓋問題，所以在已鋪設(shè)光纖的地區(qū)最好采用大功率（10W/20W）光纖直放站，無光纖時(shí)可利用無線直放站進(jìn)行延伸覆蓋，采用方向性好的施主天線提取較為純凈的源信號(hào)，輸出功率為5W/10W，等同于基站的輸出，可達(dá)到較好的覆蓋效果;另外，在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，由于基站數(shù)量較少，可以采用大功率的無線或光纖直放站，以擴(kuò)大覆蓋范圍。直放站站址對(duì)其覆蓋能力影響很大。為擴(kuò)大覆蓋范圍，首先，直放站的安裝要有一定的高度。在山區(qū)可以選擇山頂或高坡來實(shí)現(xiàn)；平原地區(qū)必須建設(shè)鐵塔，這樣既可以提高施主天線和服務(wù)天線間的隔離，又有利于獲得較強(qiáng)的輸入信號(hào)，輸出功率有限的直放站才可以有較大的覆蓋。其次，直放站應(yīng)安裝在基站覆蓋區(qū)邊緣處（基站信號(hào)強(qiáng)度一般為-85dBm?-95dBm）。直放站距離基站太近，易與基站形成重疊覆蓋，移動(dòng)臺(tái)信號(hào)一路通過直放站延時(shí)后到達(dá)基站，一路直接到達(dá)基站，易形成多徑干擾;直放站距離基站太遠(yuǎn)，施主天線接收到的信號(hào)弱，則直放站前向輸出功率較小，覆蓋范圍較小，達(dá)不到擴(kuò)大覆蓋面的目的。再次，由于重發(fā)天線是定

向天線，直放站站址最好選在盲區(qū)外（見圖1）靠近盲區(qū)邊沿處（一般50米~200米），如果選在盲區(qū)內(nèi)（見圖2），則不能達(dá)到最佳覆蓋效果。1A".">亞：GM'H'1A".">亞：GM'H'：■；?；-；左#圖1氐枚站站址選在百區(qū)外圖2點(diǎn)放站站址選拄FT區(qū)內(nèi)國3直枚站站堆選在蟻銷正面墜4豆披站姑址選往摟群側(cè)面另外，直放站覆蓋密集住宅區(qū)時(shí)，應(yīng)避免在樓群的正面選點(diǎn)（見圖3），因?yàn)樾盘?hào)要直接穿透靠前的樓房才能覆蓋到后面的區(qū)域。由于信號(hào)在穿透過程中衰減很大，強(qiáng)度將會(huì)很弱。如果從高樓的側(cè)面選點(diǎn)（見圖4），信號(hào)可從樓與樓之間的空隙穿過，并借助反射達(dá)到很好的覆蓋效果。1.2天線隔離度的計(jì)算和測量天線隔離度即信號(hào)從直放站前向輸出端口至前向輸入端口（或者從反向輸出端口至反向輸入端口）的路徑衰減值，與直放站設(shè)備本身沒有關(guān)系，它取決于施主天線和重發(fā)天線的安裝位置，與垂直及水平的距離、相向的角度有關(guān)。其大小直接影響直放站的增益配置，關(guān)系到直放站系統(tǒng)的穩(wěn)定。施主天線和重發(fā)天線之間隔離度較大，才能提高主機(jī)增益，獲得較大的輸出功率。天線之間的隔離是多方面因素共同作用的結(jié)果，主要包括空間隔離（水平隔離度和垂直隔離度）及建筑物隔離。按照工程設(shè)計(jì)要求，天線隔離度L（dB）應(yīng)大于直放站最大工作增益Gmax約10dB?15dB，若取值12dB，考慮通常情況下Gmax為90dB,故L一般應(yīng)不小于102dB。?水平隔離度Lh是收發(fā)信天線在水平間隔距離上產(chǎn)生的空間損耗，表示公式如下:Lh=22.0+201g(d/九)-(Gt+Gr)+(Dt+Dr)(1)其中:22.0為傳播常數(shù);d為收發(fā)天線水平間隔(m)入為天線工作波長(m);Gt、Gr分別為發(fā)射和接收天線的增益(dB);Dt、Dr分別為發(fā)射和接收天線的水平方向性函數(shù)造成的損耗，具體數(shù)值可以在天線方向圖中查得，當(dāng)上下行天線夾角為180°時(shí)，方向性損耗即為天線的前后比。?垂直隔離度Lv是收發(fā)信天線在垂直間隔距離上產(chǎn)生的空間損耗，表示公式如下：Lv=28.0+401g(d/九)-(Gt+Gr)+(Dt+Dr)(2)其中:28.0為傳播常數(shù)；d為收發(fā)天線垂直間隔(m);Dt、Dr為兩天線的垂直方向性函數(shù)造成的損耗，與水平方向性函數(shù)類似。無線通信直放站的工程設(shè)計(jì)和工程調(diào)測(2)作者：邊永生 來源：通信世界 字體［放大、標(biāo)準(zhǔn)、縮?。?建筑物隔離度La是指收發(fā)天線間存在建筑物的情況下，因建筑物阻擋造成信號(hào)衰落而形成的隔離，這種隔離的計(jì)算一般采用直接代入經(jīng)驗(yàn)值的方法。如一堵墻的隔離度為lOdBm?20dBm。天線隔離度與水平放置和垂直放置的兩天線空間距離的關(guān)系曲線見圖5f=850MHZ，Gr=Gt=5dB，La=0)。以上算法是天線隔離度的工程估算法，由于無線信號(hào)的傳播受多方面因素的影響，通過計(jì)算只能較為粗略地確定隔離度的大小。因此在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行實(shí)地測量，以最大限度滿足現(xiàn)場對(duì)隔離度的要求。測量方法如下:天線fA天線fA厲廉奇真翌空何距離的關(guān)系「盤津J::”:：:?玖f召*….…:心：??;*:rr— -；：.. -.::-氏誡：-論因 ...i將已知強(qiáng)度為p的信號(hào)加在下行天線上，用測試手機(jī)在上行天線處測量接收到的信號(hào)強(qiáng)度r,則隔離度為：L=p+G-r-D(3)其中，G為下行天線增益，D為前后比。1.3天線的選擇和安裝天線的質(zhì)量往往直接影響到最終的覆蓋效果，其中用于接收基站信號(hào)的施主天線應(yīng)選用方向性更強(qiáng)的天線（如高增益大口徑拋物面天線），要求水平波束角小、方向性好、增益高、前后比大;重發(fā)天線用于覆蓋盲區(qū)，通常采用定向天線（如定向板狀天線），天線波束在水平面和垂直面上應(yīng)具有較好的方向圖，要求增益高、前后比大，具有較強(qiáng)的旁瓣抑制能力和較好的零填充特性，天線下傾角機(jī)械可調(diào)，互調(diào)和駐波比等參數(shù)指標(biāo)良好，同時(shí)要求天線的體積小、重量輕、安裝簡單，所選饋線及接頭符合國際標(biāo)準(zhǔn)、電氣性能好。因受多徑效應(yīng)影響，天線位置的選擇對(duì)直放站的覆蓋范圍影響較大，為增大隔離度，施主天線與重發(fā)天線采用背對(duì)背安裝方式，重發(fā)天線在上，施主天線在下，充分利用山體、水塔、建筑物等自然地形地物的阻隔，盡量拉開二者的距離（通常兩天線的垂直距離為15米或水平距離20米）。安裝在鐵塔上時(shí)，使用鐵塔平臺(tái)對(duì)天線進(jìn)行隔離；安裝在樓頂時(shí)，使用建筑物或增大天線水平距離進(jìn)行隔離，如果兩天線之間有隔離物，如樓頂?shù)乃?、電梯間等，安裝時(shí)應(yīng)避免兩天線在同側(cè)；若建筑物為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，施主天線在滿足信號(hào)接收強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量靠近建筑物（通常重發(fā)天線可放在建筑物上面，施主天線靠近建筑物側(cè)墻）；若建筑物為一般磚墻結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮用建筑物隔離和拉長距離的方法來滿足收發(fā)隔離度的要求;如果塔上平臺(tái)可做隔離，天線可分別安裝在平臺(tái)、下塔身處。1.4理論計(jì)算和覆蓋預(yù)測基本確定了設(shè)備的輸出功率和天線掛高后，可對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)覆蓋范圍作初步的測算。根據(jù)陸地移動(dòng)通信電波傳播衰耗特性，在市區(qū)準(zhǔn)平滑地形條件下，在800MHz?1000MHz頻段可通過Okumura傳播模型計(jì)算電波傳播路徑損耗?；緜鬏敁p耗表示式如下:Lb（市區(qū)）=69.55+26.161gf-13.821g（hb）-a（hm）+[44.9-6.551g（hb）]lgd。 （4）其中:Lb（市區(qū)）為電波傳播路徑損耗（dB）;f為工作頻率（MHz）;hb為重發(fā)天線有效高度（m）;hm為移動(dòng)臺(tái)天線有效高度（m）;d為移動(dòng)臺(tái)與直放站之間的距離（km）;a（hm）為移動(dòng)臺(tái)天線咼度因子（dB）。在中小城市里:a(hm)=(1.11gf-0.7)hm-(1.561gf-0.8)。(5)在大城市(建筑物平均高于15m)里：a(hm)=3.2[lg(11.75km)]2-4.97。(6)若取hm=1.5m,則a(hm)=0，代入⑷式，得:Lb(市區(qū))=69.55+26.161gf-13.821g(hb)+[44.9-6.551g(hb)]lgd。對(duì)郊區(qū)可采用以下修正辦法:Lbs=Lb（市區(qū)）-2[lg（f/28）]2-5.4。（7）對(duì)鄉(xiāng)村可采用以下修正辦法:Lbs=Lb（市區(qū)）-[lg（f/28）]2-2.39（lgf）2+9.171gf-23.17。（8）對(duì)開闊地可采用以下修正辦法:Lbq=Lb（市區(qū)）-4.78（lgf）2+18.33lgf-40.94。（9）由Lb可以測出覆蓋距離，若不能滿足設(shè)計(jì)要求，可適當(dāng)調(diào)整天線掛高。直放站的工程調(diào)測直放站安裝完畢后，必須對(duì)其上下行增益等參數(shù)進(jìn)行調(diào)測，以滿足設(shè)計(jì)要求，然后到盲區(qū)路測，驗(yàn)證信號(hào)覆蓋情況。若發(fā)現(xiàn)不理想的地方，需重新調(diào)整，以達(dá)到最好的覆蓋效果。2.1設(shè)備調(diào)試將天饋線與直放站正確連接，加電開機(jī)，調(diào)整直放站增益，使最大工作增益低于天線隔離度約12dB。以某CDMA直放站調(diào)整為例，該直放站額定輸出功率為30dBm（1W）,額定增益不超過95dB，測得施主天線接收點(diǎn)接收的基站場強(qiáng)值為-80dBm，施主天線為1.8米拋物面天線，則天線增益Ga=21.6dBm。因施主天線距主機(jī)30米，饋線采用SYV-50-22型低損耗饋線，該型饋線中心頻率為850MHz時(shí)每米損耗約0.03dBm，則饋線損耗L=0.9dB。若天線隔離度達(dá)到102dB,則Gmax=102dB-12dB=90dB,直放站輸出功率Po=-80dBm+Gmax+Ga-L=30.5dB。達(dá)到設(shè)備的額定輸出功率要求，現(xiàn)場安裝后用E4407頻譜分析儀實(shí)測得輸出功率為30.1dBm,結(jié)果與理論計(jì)算值基本一致。調(diào)試直放站時(shí)，不可將直放站的增益調(diào)得過大，應(yīng)在動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)由小到大地調(diào)整，且不可超過最大增益Gmax。增益和輸出功率要留有一定的余量，增益余量不足會(huì)引發(fā)直放站自激;功率余量不足易使直放站過載，造成話音質(zhì)量明顯下降甚至系統(tǒng)癱瘓。直放站具有上下兩個(gè)鏈路，有各自獨(dú)立的增益控制和功率放大能力，調(diào)試時(shí)應(yīng)保持其鏈路平衡。保持鏈路平衡不能簡單地理解為直放站的上下行增益設(shè)置的平衡，而是對(duì)應(yīng)于施主基站的鏈路平衡。直放站加入移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，不能破壞施主基站覆蓋區(qū)已經(jīng)建立的上下通道的平衡，直放站調(diào)整增益平衡的前提條件是:上行增益的調(diào)整要保證底部噪聲不對(duì)基站造成干擾，下行增益的調(diào)整不影響輸出信號(hào)的線性特性。若下行增益遠(yuǎn)大于上行增益，會(huì)導(dǎo)致手機(jī)接收?qǐng)鰪?qiáng)很高，卻打不出電話；若上行增益遠(yuǎn)大于下行增益，會(huì)導(dǎo)致覆蓋范圍縮小。較合理的范圍是上下行增益相差小于3dB。2.2路測確認(rèn)運(yùn)用安裝有專門軟件（如東信eastcom2000）的路測儀器進(jìn)行路測，結(jié)合實(shí)地通話測試，確認(rèn)工程實(shí)施效果是否達(dá)到原設(shè)計(jì)要求，如覆蓋范圍是否滿足需要，施主基站和相鄰基站信號(hào)是否受到影響等。若與設(shè)計(jì)有較大的出入，就需作出一系列調(diào)整，如重新確定直放站站址，重新調(diào)整天饋線位置，使天線隔離度達(dá)到預(yù)定值；重新調(diào)整直放站設(shè)備工作參數(shù)，使其達(dá)到最