通信學(xué)論文-GSM網(wǎng)絡(luò)室外直放站的設(shè)計(jì).doc

通信學(xué)論文-GSM網(wǎng)絡(luò)室外直放站的設(shè)計(jì)在GSM無線網(wǎng)絡(luò)中由于各種原因的影響不可能達(dá)到完全的無縫隙覆蓋，在一些偏遠(yuǎn)的農(nóng)村，處于盲區(qū)的廠礦企業(yè)采用室外直放站進(jìn)行覆蓋是一種快捷、經(jīng)濟(jì)的好辦法。室外直放站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括穩(wěn)定性設(shè)計(jì)和覆蓋設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。1直放站的穩(wěn)定性分析直放站實(shí)際上是一種特殊的放大器，在下行鏈路上，其輸入端就是放大器的上行天線接口，輸出端就是下行天線接口。在上行鏈路上恰與此相反。同時(shí)它又是一種上下行天線之間存在信號(hào)耦合的反饋放大器，根據(jù)放大器的穩(wěn)定性理論，要使放大器穩(wěn)定須滿足幅度平衡條件：AF1式中A為放大器的開環(huán)增益，F(xiàn)為放大器反饋系數(shù)，同時(shí)還要滿足反饋信號(hào)與輸入信號(hào)同相，這稱之為相位平衡條件。下面對(duì)直放站的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。直放站是上下行信號(hào)都放大的雙向放大器，一般上行增益要比下行增益小幾dB，只要下行放大器穩(wěn)定就能保證整個(gè)直放站的穩(wěn)定，直放站的穩(wěn)定性分析實(shí)際上就是下行鏈路的穩(wěn)定性分析。由于無線信號(hào)的多徑傳播，直放站系統(tǒng)中的重發(fā)信號(hào)經(jīng)過反饋路徑總有某些信號(hào)分量與輸入信號(hào)同相，要使系統(tǒng)穩(wěn)定必須從幅度平衡條件考慮。將AF1表示為dB形式：GL=0或GL（1）G為放大器的開環(huán)增益即直放站主設(shè)備兩天線接口之間的增益，L為反饋路徑的損耗，信號(hào)從下行天線接口至上行天線接口之間的損耗。一般情況下直放站的最大增益是固定的，它等于設(shè)備內(nèi)各放大環(huán)節(jié)最大增益之和。在實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)備并非工作于最大增益狀態(tài)，而是在滿足覆蓋要求的增益下運(yùn)行，稱之為工作增益（Gw）。Gw=Po-Pi（2）其中Po為直放站的輸出功率（兩載頻設(shè)備一般在33dB左右），Pi為設(shè)備輸入功率。Po=Poa-Gtx（3）Pi=Pia+Grx（4）Gtx、Grx分別為上行和下行天線的增益，Poa、Pia分別為整個(gè)直放站系統(tǒng)（含天線）的輸出和輸入的信號(hào)功率。根據(jù)以上關(guān)系，幅度平衡條件GwL0，可表示為Po-PiL，或Po-Pia-GrxL（5）上式中L是直放站設(shè)備輸入口和輸出口之間的隔離度，即由收發(fā)信天線的增益和天線間的空間隔離兩部分組成，L=L空間-(Gtx+Grx)可見，直放站系統(tǒng)的穩(wěn)定性與直放站的輸入信號(hào)強(qiáng)度Pi，輸出信號(hào)強(qiáng)度Po，收發(fā)信天線隔離度L三個(gè)因素有直接關(guān)系，其中Po是已知的，L與收發(fā)信天線間的傳播環(huán)境和收發(fā)信天線的增益有關(guān)，Pi由基站到直放站間的傳播環(huán)境有關(guān)。從式Po-PiPo-Pi當(dāng)然，要使直放站系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行除要滿足Po-PiL外，還需要Pi大于直放站主機(jī)的靈敏度。（一般在-75dBm左右）。2收發(fā)信天線隔離度的估算由上文可以看出上下行天線之間的隔離度對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定是至關(guān)重要的，在直放站勘測選址過程中需要對(duì)隔離度進(jìn)行正確的估算。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：空間隔離和建筑物隔離。（下文計(jì)算的隔離度為信號(hào)從下行天線接口至上行天線接口之間的損耗）2.1空間隔離空間隔離是指收發(fā)信天線間相距一定距離形成的空間損耗?？捎孟旅姘虢?jīng)驗(yàn)的公式計(jì)算：（1）水平隔離度Lhu=22+20lg(d/)+Dt（）+Dr（）-(Gtx+Grx)（6）Lh=31.5+20lgd+Dt（）+Dr（）-(Gtx+Grx)（GSM900情況）式中Dt、Dr為兩天線的水平方性向函數(shù)(水平方向圓圖)造成的損耗，具體數(shù)值可以在天線方向圖中查得，如右圖所示的方向圖中，在55。角時(shí)有3dB的附加損耗。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。（2）垂直隔離度Lv=28+40lg(d/)+Dt（）+Dr（）-(Gtx+Grx)（7）Lv=47.1+40lgd+Dt（）+Dr（）-(Gtx+Grx)（GSM900情況）在該式中，為天線的俯仰角。d為天線間距，Dt、Dr為兩天線的垂直方向性函數(shù)，與水平方向性函數(shù)類似。（3）傾斜隔離度Ls=(Lv-Lh)(/90)+Lh（8）式中為兩天線在垂直面內(nèi)的夾角。2.2建筑物隔離建筑物隔離是由于建筑物的阻擋造成信號(hào)衰落而形成隔離。這種隔離計(jì)算沒有較為奏效的方法，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1020dBm。3、隔離度的測量由于無線信號(hào)的傳播受多方面因素的影響，通過計(jì)算只能較為粗略的確定隔離度的大小，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中如果需要比較準(zhǔn)確的隔離度值可以才通過實(shí)地測量的辦法獲得。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（如圖），則隔離度為：L=p+G-r-D（9）其中，G為下行天線增益，D為前后比。4、直放站的標(biāo)稱功率與實(shí)際輸出功率在直放站的說明書中往往標(biāo)明設(shè)備的單載頻功率（一般在36dB），也就是設(shè)備只放大一個(gè)頻點(diǎn)時(shí)的輸出功率，實(shí)際工作中頻點(diǎn)數(shù)量每增加一倍設(shè)備輸出功率就減少3dB。5、覆蓋預(yù)測直放站開通的最終目標(biāo)是滿足覆蓋需要，在設(shè)計(jì)過程中對(duì)設(shè)備的覆蓋情況進(jìn)行預(yù)測是十分必要的。5.1Okumura/Hata公式Okumura/Hata模型是應(yīng)用較為廣泛的覆蓋預(yù)測模型，它是以準(zhǔn)平滑地形的市區(qū)作基準(zhǔn)，其余各區(qū)的影響均以校正因子的形式出現(xiàn)。Okumura/Hata模型市區(qū)的基本傳輸損耗模式為：Lb69.5526.16lgf13.82lghb(hm)（44.96.55lghb）lgd（10）Lb：市區(qū)準(zhǔn)平滑地形電波傳播損耗中值（dB）f：工作頻率（MHz）hb：基站天線有效高度（m）hm：移動(dòng)臺(tái)天線有效高度（m）d：移動(dòng)臺(tái)與基站之間的距離（km）(hm)：移動(dòng)臺(tái)天線高度因子s(a)：建筑物密度因子（11）其中a為建筑物密度。一般可取手機(jī)天線有效高度為1.5米，則在GSM900系統(tǒng)中，(hm)約為0。上式可表達(dá)為：Lb=146.833-13.82lghb+（44.9-6.55lghb）lgd-s(a)對(duì)于郊區(qū)采用如下修正辦法：LbsLb（市區(qū)）2lg（f/28）2-5.4（12）對(duì)于鄉(xiāng)村采用如下修正辦法LbsLb（市區(qū)）lg（f/28）2-2.39(lgf)2+9.17lgf-23.17（13）對(duì)于開闊地采用如下修正辦法Lbq=Lb（市區(qū)）4.78（lgf）218.33lgf40.94（14）5.2Okumura/Hata公式在直放站覆蓋估測中的應(yīng)用在應(yīng)用Okumura/Hata公式之前要對(duì)覆蓋區(qū)建筑特點(diǎn)進(jìn)行認(rèn)真分析，不能盲目運(yùn)用，要根據(jù)具體情況選擇合適的修正方法。對(duì)于農(nóng)村如果采用鄉(xiāng)村模型預(yù)測結(jié)果將與實(shí)際結(jié)果差別較大。我國現(xiàn)階段的村莊分布零散不均勻，村與村之間多為開闊地（農(nóng)田），村莊面積較小，村內(nèi)建筑物往往高度較小，建筑屏蔽較小，但是十分密集，其密集程度不亞于大城市的建筑物。建筑物絕大部分為民宅，公共建筑物占很小比例。街道狹窄，不利于信號(hào)傳播。一般情況下，村內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度要比村外低10-30dB。在丘陵和山地，村莊往往處于地勢較低的洼地或山谷之中，村莊之間是高地或大山。嚴(yán)重影響信號(hào)的傳播。鑒于我國現(xiàn)階段農(nóng)村建筑物特點(diǎn)可以采用市區(qū)修正方法對(duì)農(nóng)村覆蓋進(jìn)行預(yù)測。建筑物密度可通過下式計(jì)算獲得：a戶數(shù)150/村莊面積（15）6、室外直放站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟室外直放站的設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)和覆蓋設(shè)計(jì)兩個(gè)方面，通過以上論述，可以把直放站的設(shè)計(jì)步驟歸納如下：（1）根據(jù)接收信號(hào)強(qiáng)度、覆蓋及地理因素選擇選擇上站地點(diǎn)。（2）根據(jù)接收信號(hào)強(qiáng)度，設(shè)備輸出功率以及上下行天線的參數(shù)確定所需的隔離度，并保留一定裕量。（3）綜合利用垂直隔離，水平隔離，建筑物隔離保證所需的隔離度。確定天線掛高，上下行天線距離等。必要時(shí)實(shí)地測量隔離度。（4）應(yīng)用覆蓋預(yù)測模型如：Okumura/Hata模型進(jìn)行覆蓋預(yù)測。如不能保證覆蓋，則要調(diào)整直放站的下行天線過高等以滿足覆蓋需求。（5）根據(jù)設(shè)計(jì)方案實(shí)施工程，驗(yàn)證系統(tǒng)穩(wěn)定性和覆蓋情況。7、其他問題出于對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的影響角度考慮，在直放站的設(shè)計(jì)建設(shè)過程中除了要遵循上述原則外，還要注意以下幾點(diǎn)：（1）上行天線應(yīng)對(duì)準(zhǔn)基站，如果上行天線偏離基站，直放站的上行信號(hào)可能會(huì)給