直放站原理及應(yīng)用

直放站工程技術(shù)原理直放站的分類室外型直放站室外型無線寬帶射頻式直放站室外型無線載波選頻式直放站室外型光纖直放站室內(nèi)型直放站室內(nèi)型無線寬帶直放站室內(nèi)型無線選頻直放站各類直放站的特點(diǎn)各類直放站的特點(diǎn)各類直放站的圖例無線直放站（含寬帶和載波選頻）BSFoutFin無線直放站各類直放站圖例室外光纖直放站中繼端機(jī)鄉(xiāng)鎮(zhèn)覆蓋端機(jī)光纖BS各類直放站圖例室內(nèi)直放站(含寬帶和載波選頻)BS室內(nèi)直放站平面天線壁掛天線吸頂天線吸頂天線二功分器二功分器直放站的基本結(jié)構(gòu)電源模塊穩(wěn)壓電源AC220VDCAC220VBSMS935~954MHzUPLINKDOWNLINK選頻單元PP選頻單元避雷器890~909MHz雙工濾波單元施主天線低噪放高功放雙工濾波單元低噪放高功放覆蓋天線NoteBookPC接口監(jiān)控單元直放站的基本結(jié)構(gòu)無線載波選頻直放站直放站的基本結(jié)構(gòu)MT低噪放NoteBookPC接口DOWNLINK功分器DUP2功分器DUP1DTRC1UPLINK監(jiān)控單元CardPhone選頻模塊選頻模塊選頻模塊選頻模塊功放功放合路單元合路單元低噪放光纖直放站直放站的基本結(jié)構(gòu)電源單元DC-48V（AC220V）DC電源單元DCDC-48V（AC220V）光纖光纖PDCDCDC光發(fā)送機(jī)光接收機(jī)光模塊電源DC光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)光模塊電源DC光衰減器DCPDCDC光衰減器BS直放站的主要性能指標(biāo)工作頻段定義直放站發(fā)揮中繼和放大作用所使用的頻段，只有在此頻段內(nèi)的信號(hào)才可通過直放站無失真地放大轉(zhuǎn)發(fā)，其他頻段的信號(hào)則被抑制濾除。由于直放站分上下行鏈路，所以分別有上下行的工作頻段。

標(biāo)準(zhǔn)值移動(dòng)GSM網(wǎng)使用的頻段為:上行:890MHz--909MHz

下行:935MHz--954MHz

所以我們所使用的直放站的工作頻段也在此范圍內(nèi)。

工作帶寬定義即直放站的系統(tǒng)增益比峰值下降3dB時(shí)所對應(yīng)的頻率范圍。標(biāo)準(zhǔn)寬帶直放站一般要求在2-19MHz之間，中心頻率可在工作頻帶內(nèi)變動(dòng)，但帶寬的上下限不能超出工作頻帶的范圍?，F(xiàn)在一些廠家可做到中心頻率和帶寬均可根據(jù)實(shí)際需要變動(dòng)。載波選頻直放站每選頻信道帶寬即GSM載波信號(hào)的帶寬，為200KHz；中心頻率即所需放大的載波信號(hào)的載頻。

直放站的主要性能指標(biāo)主機(jī)額定增益定義直放站在線性狀態(tài)下最大輸入電平時(shí)的放大能力。設(shè)主機(jī)額定增益為Gmax，輸入功率為Fin，輸出功率為Fout，則Fout

=Fin+Gmax

稱為滿增益輸出。另外，直放站的上行增益和下行增益是分開調(diào)節(jié)的，但為了達(dá)到上下行平衡，一般設(shè)為一致。標(biāo)準(zhǔn)值室外無線直放站一般要求在80-95dB之間，太低則輸出功率無法滿足覆蓋要求，太高又很難滿足隔離度的要求。室外光纖直放站一般比室外無線直放站低一些，在45-65dB之間，主要是因?yàn)楣饫w傳輸損耗小，容易得到較高的輸出功率，另外還要防止上行噪聲電平過高影響施主基站。室內(nèi)直放站一般比室外無線直放站低一些，在50-70dB之間，主要原因是防止噪聲電平和干擾過高影響施主基站和覆蓋效果。直放站的主要性能指標(biāo)上下行增益可調(diào)范圍定義直放站上行增益和下行增益在最大增益的基礎(chǔ)上可以連續(xù)調(diào)整的范圍。標(biāo)準(zhǔn)值一般要求有20-40dB的連續(xù)可調(diào)范圍，調(diào)節(jié)步長為1dB或2dB。直放站的主要性能指標(biāo)增益調(diào)整線性定義標(biāo)稱的直放站增益調(diào)整量與實(shí)際增益調(diào)整量間的誤差波動(dòng)范圍。標(biāo)準(zhǔn)值一般調(diào)整誤差在10%左右，即若增益衰減16dB，則調(diào)整誤差波動(dòng)范圍為1.6dBm

若增益衰減22dB，則調(diào)整誤差波動(dòng)范圍為2.2dBm

若增益衰減30dB，則調(diào)整誤差波動(dòng)范圍為3.0dBm直放站的主要性能指標(biāo)直放站的主要性能指標(biāo)最大輸出功率定義保證直放站正常工作下所能得到的最大有效輸出功率，一般是指直放站1dB壓縮點(diǎn)的輸出功率。如下圖所示：

1dB壓縮點(diǎn)輸出功率即指當(dāng)輸出功率達(dá)到進(jìn)入飽和狀態(tài)的臨界點(diǎn)時(shí)，回退1dB所對應(yīng)的輸出功率，是直放站工作在線性工作區(qū)內(nèi)的最大輸出功率。PoutPin1dB直放站的主要性能指標(biāo)最大輸出功率標(biāo)準(zhǔn)值室外無線寬帶直放站

Fmax一般在33dBm（2W）以上，但為所有通過直放站信號(hào)的功率總和，若通過的信號(hào)越多，每信號(hào)的功率越小，所以寬帶直放站的覆蓋范圍較小。室外無線載波選頻直放站直放站有兩個(gè)選頻信道時(shí)，每載波信號(hào)的輸出功率一般在30-33dBm；4個(gè)選頻信道，每載波信號(hào)的輸出功率衰減3dB；8個(gè)選頻信道，每載波信號(hào)的輸出功率衰減6dB。室內(nèi)無線寬帶直放站我國無委和信息產(chǎn)業(yè)部的要求為不大于17dBm（50mW）。直放站的主要性能指標(biāo)雜散輻射定義在除工作帶寬內(nèi)和由于正常調(diào)制和切換瞬態(tài)引起的邊帶以及離散頻率上的輻射，一般分為由天線連接處、電源引線引起的傳導(dǎo)型雜散輻射和由機(jī)箱以及設(shè)備的結(jié)構(gòu)引起的輻射型雜散輻射兩種。雜散輻射主要是指帶外的雜散輻射，帶內(nèi)的雜散很小可忽略不計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)GSM11.26標(biāo)準(zhǔn)和國家無委的要求，當(dāng)增益調(diào)到最大時(shí)，在900MHz頻段，雜散輻射小于負(fù)36dBm（帶外）。

在1800MHz頻段，雜散輻射小于負(fù)30dBm（帶外）。

直放站的主要性能指標(biāo)互調(diào)產(chǎn)物定義與載波信號(hào)頻率有某一特定頻率關(guān)系的兩個(gè)或多個(gè)帶內(nèi)信號(hào)，由于直放站內(nèi)部器件的非線性而相互調(diào)制產(chǎn)生的互（交）調(diào)干擾信號(hào)，是衡量直放站抑制各種干擾的能力的指標(biāo)。對于直放站，我們主要考慮的是可能落在工作帶寬內(nèi)的三階互（交）調(diào)產(chǎn)物IM3。標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)GSM11.26標(biāo)準(zhǔn)和國家無委的要求，當(dāng)增益調(diào)到最大時(shí)，在900MHz頻段，互調(diào)產(chǎn)物小于負(fù)36dBm（帶內(nèi)）。在1800MHz頻段，互調(diào)產(chǎn)物小于負(fù)30dBm（帶內(nèi)）。

測試方法

直放站的主要性能指標(biāo)互（交）調(diào)抑制比定義載波信號(hào)的功率電平與最高互調(diào)干擾信號(hào)的功率電平之比IMD，也是衡量直放站抑制各種干擾的能力的指標(biāo)。從下圖可見IMD與IM3的關(guān)系為：

IMD=P0-IM3標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)GSM11.26標(biāo)準(zhǔn)的要求，當(dāng)增益調(diào)到最大時(shí)，在900MHz頻段，IMD大于70dBc（帶內(nèi)）。在1800MHz頻段，IMD大于50dBc（帶內(nèi)）。根據(jù)我國《900MHz直放站技術(shù)要求及測試方法》標(biāo)準(zhǔn)中要求，在直放站1dB壓縮點(diǎn)輸出功率回退6dB時(shí)，在900MHz頻段，IMD大于30dBc（帶內(nèi)）。

P0IMD（dBc）IM3（dBm）直放站的主要性能指標(biāo)三階交調(diào)截獲點(diǎn)定義如下圖：

可見,三階交調(diào)截獲點(diǎn)并非實(shí)際存在的值,主要用于計(jì)算三階互調(diào)產(chǎn)物和互調(diào)抑制比,也是衡量直放站抑制各種干擾的能力的指標(biāo)。這個(gè)指標(biāo)只適用于線性放大器。三階互調(diào)輸出特性曲線線性放大器理想輸出特性曲線線性放大器實(shí)際輸出特性曲線IP3P0IM3三階互調(diào)截獲點(diǎn),IP3值為該點(diǎn)對應(yīng)輸出功率線性工作點(diǎn)三階互調(diào)產(chǎn)物值PoutPin直放站的主要性能指標(biāo)帶外增益抑制度定義直放站對在工作帶寬外所獲得的信號(hào)增益的抑制程度。如圖所示：在工作帶寬外±f處的帶外增益抑制度=G’-Gf0f1f2BWGG’f1-ff2+f直放站的主要性能指標(biāo)帶外增益抑制度標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)GSM11.26關(guān)于直放站的規(guī)范要求，帶外增益抑制度的標(biāo)準(zhǔn)為：設(shè)f1、f0、f2分別為濾波器帶寬的下限、中心頻率和上限，直放站增益為85dB，則頻率 增益衰減 f1-5MHz <-60dB f2 <-3dB f1-1MHz <-50dB f2+400KHz <-35dBf1-600KHz <-45dB

f2+600KHz <-45dBf1-400KHz <-35dB f2+1MHz <-50dB f1 <-3dB f2+5MHz <-60dB f0

0dB

直放站的主要性能指標(biāo)噪聲系數(shù)定義直放站輸入端的信噪比(S/N)i與輸出端信噪比(S/N)o的比值，即

用dB表示的NF為：

噪聲系數(shù)是衡量信號(hào)通過直放站，疊加了直放站本身產(chǎn)生的噪聲后信號(hào)信噪比變壞程度的指標(biāo)。理想情況下NF（dB）為0，但由于直放站本身會(huì)產(chǎn)生噪聲，所以一般大于0。標(biāo)準(zhǔn)值我國《900MHz直放站技術(shù)要求及測試方法》標(biāo)準(zhǔn)中要求小于4dB。

直放站的主要性能指標(biāo)駐波比(VSWR)定義在直放站輸出端測得的電壓極大值與極小值之比，是衡量直放站產(chǎn)生的信號(hào)反射波對原入射信號(hào)影響程度的指標(biāo)，公式表示為：

其中為反射系數(shù)，即反射波與入射波強(qiáng)度之比。

一些廠家還會(huì)用回波損耗值r來表示這個(gè)指標(biāo)：r=-20logdB標(biāo)準(zhǔn)值一般為1.5(對應(yīng)回波損耗值為14dB)。直放站的主要性能指標(biāo)自動(dòng)功率控制(ALC)定義自動(dòng)功率控制功能就是對直放站輸出功率設(shè)定一個(gè)門限，若輸出功率超出此門限，該功能就會(huì)啟動(dòng)，利用負(fù)反饋電路把輸出功率降到門限以下，保證直放站工作在線性工作區(qū)內(nèi)。一旦ALC功能啟動(dòng)，輸出信號(hào)會(huì)出現(xiàn)削波失真，嚴(yán)重畸變，所以一般設(shè)置ALC門限值為最大輸出功率。標(biāo)準(zhǔn)值與最大輸出功率值一樣。

各類直放站簡介室外型無線寬帶射頻式直放站室外型無線寬帶射頻式直放站的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)等在前面已做了介紹，現(xiàn)僅就室外型無線寬帶射頻式直放站的技術(shù)指標(biāo)要求做簡介如下：頻率范圍上行：890MHZ-909MHZ

下行：935MHZ-954MHZ2.2、工作帶寬2~19MHZ間，并且可以根據(jù)實(shí)際需要變化中心頻率和帶寬范圍。額定增益：大于85dB。

上下行增益可調(diào)范圍：大于30dB（連續(xù)可調(diào)）。增益調(diào)整線性-16dB±1.6dB

-22dB±2.2dB-30dB±3.0dB

互調(diào)產(chǎn)物：小于負(fù)36dBm。雜散發(fā)射900MHz頻段，小于負(fù)36dBm。1800MHz頻段，小于負(fù)30dBm。

主機(jī)輸出端最大功率：大于33dBm。

噪聲系數(shù)：小于6dB。各類直放站簡介濾波器特性設(shè)f1、f0、f2分別為濾波器帶寬的下限、中心頻率和上限，直放站增益為85dB，則頻率 增益衰減 f1-5MHz <-60dB f1-1MHz <-50dB f1-600KHz<-45dB f1-400KHz<-35dB f1 -3dB f0 0dB f2 -3dB f2+400KHz<-35dB f2+600KHz<-45dB f2+1MHz<-50dB f2+5MHz<-60dB 各類直放站簡介上下行信號(hào)抑制：大于90dB。

具有ALC功能帶內(nèi)平坦度：峰-峰值小于2dB。

電源必須提供220V/50Hz交流電源，可波動(dòng)范圍大于+20%~-15%之間，浪涌電壓大于1000V。若只提供直流電源，則必須提供220VAC/DC的電源轉(zhuǎn)換器。應(yīng)具備自動(dòng)告警和監(jiān)控功能。各類直放站簡介室外型無線載波選頻式直放站室外型無線載波選頻式直放站的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)等在前面已做了介紹，現(xiàn)僅就室外型無線載波選頻式直放站的技術(shù)指標(biāo)要求做簡介如下頻率范圍上行：890MHZ-909MHZ

下行：935MHZ-954MHZ轉(zhuǎn)發(fā)載波數(shù)：轉(zhuǎn)發(fā)基站載波數(shù)從一個(gè)到8個(gè)載波可任意調(diào)整設(shè)置。主機(jī)增益：大于85dB。上下行增益可調(diào)范圍：大于30dB（連續(xù)可調(diào)）。增益調(diào)整線性-16dB±1.6dB-22dB±2.2dB-30dB±3.0dB各類直放站簡介濾波器特性設(shè)f0為濾波器中心頻率，直放站增益為85dB，則頻率 增益衰減 f0-1MHz <-50dB f0-600KHz <-45dB f0-400KHz <-35dB f0-100KHz >-3dB f0 0dB f0+100KHz >-3dB f0+400KHz <-35dB f0+600KHz <-45dB f0+1MHz <-50dB f0+5MHz <-60dB 各類直放站簡介互調(diào)產(chǎn)物：小于負(fù)36dBm。

雜散發(fā)射900MHz頻段，小于負(fù)36dBm。1800MHz頻段，小于負(fù)30dBm。主機(jī)輸出端最大功率：大于30dBm/每載波(四載波)。噪聲系數(shù)：小于6dB。

上下行信號(hào)抑制：直放站本機(jī)對上下行信號(hào)的抑制度大于90dB。

具有ALC功能帶內(nèi)平坦度：峰-峰值小于2dB。電源必須提供220V/50Hz交流電源，可波動(dòng)范圍大于+20%~-15%之間，浪涌電壓大于1000V。若只提供直流電源，則必須提供220VAC/DC的電源轉(zhuǎn)換器。應(yīng)具備自動(dòng)告警和監(jiān)控功能。各類直放站簡介室外光纖直放站由于光纖直放站與無線直放站在傳輸方式等方面有較大差別，將就以下幾點(diǎn)作較詳細(xì)的介紹。光纖直放站的技術(shù)指標(biāo)要求光纖直放站的幾種傳輸方式光纖直放站的應(yīng)用分類傳輸時(shí)延對光纖直放站的影響各類直放站簡介光纖直放站的技術(shù)指標(biāo)要求頻率范圍上行：890MHZ-909MHZ

下行：935MHZ-954MHZ

主機(jī)增益：大于45dB。

上下行增益可調(diào)范圍：大于20dB（連續(xù)可調(diào)）。上行最大輸出功率：-5dBm±3dB

傳輸時(shí)延：6us

其余指標(biāo)與室外型GSM無線射頻式直放站一致。各類直放站簡介10公里20公里30公里同步楨信息時(shí)隙1時(shí)隙2時(shí)隙8時(shí)隙保護(hù)間隔5公里基站最大傳輸距離35公里各類直放站簡介傳輸時(shí)延對光纖直放站的限制因?yàn)樾盘?hào)在光纖中的傳播速度=C空間/1.5,所以光纖直放站中繼端與覆蓋端間的最大傳輸距離=35/1.5=20km。室內(nèi)信號(hào)分布系統(tǒng)室內(nèi)信號(hào)分布系統(tǒng)綜述天饋分布系統(tǒng)天饋分布系統(tǒng)的延伸光纖信號(hào)分布系統(tǒng)室內(nèi)信號(hào)分布系統(tǒng)的無線接入方式中繼站對基站的影響室內(nèi)覆蓋需考慮的因素隔墻的阻擋（5~20dB）樓層的阻擋（20dB以上）家具等其它障礙物的阻擋（2~15dB）多路徑衰落高層建筑（20層以上）“孤島效應(yīng)”——無信號(hào)覆蓋“乒乓效應(yīng)”——信號(hào)強(qiáng)度理想，而通話困難解決室內(nèi)覆蓋的基本方法通過天饋系統(tǒng)的分布，將信號(hào)送達(dá)建筑物內(nèi)的各個(gè)區(qū)域，以得到盡善盡美的信號(hào)覆蓋。信源基站的接入方式：微蜂窩基站接入基站直接接入無線接入——選取周圍基站小區(qū)的信號(hào)室內(nèi)信號(hào)分布系統(tǒng)的作用克服建筑屏蔽填補(bǔ)建筑物內(nèi)的盲區(qū)解決大型建筑物內(nèi)信號(hào)場強(qiáng)分布不均的問題吸納話務(wù)量，增加話費(fèi)收入基站接入方式微蜂窩基站（Microcell）特點(diǎn)：發(fā)射功率?。ㄒ话阕畲?W/載波）安裝簡便（室內(nèi)或室外壁掛式安裝）易于頻率規(guī)劃，微小區(qū)不易產(chǎn)生頻率干擾。最大發(fā)射功率：33dBm/載波接收靈敏度：-107dBm

微蜂窩是解決移動(dòng)通信在高話務(wù)量區(qū)的最佳選擇。5-5天饋分布系統(tǒng)BTS天饋分布系統(tǒng)方案無源天饋分布系統(tǒng)有源天饋分布系統(tǒng)光纖分布系統(tǒng)漏纜分布系統(tǒng)無源天饋分布系統(tǒng)選取不同耦合比的耦合器、功分器，經(jīng)由饋線將信號(hào)送達(dá)建筑物內(nèi)的各個(gè)區(qū)域。通過天饋系統(tǒng)的分布，使信號(hào)得到均勻的覆蓋。適合于覆蓋8,000~15,000m2左右的建筑。相關(guān)材料技術(shù)指標(biāo)微帶電路二功分器損耗≤3.5dB

三功分器損耗≤5dB

四功分器損耗≤7dB15~30dB耦合器損耗<0.3dB10dB耦合器損耗<0.7dB5dB耦合器損耗<2.2dB腔體式二功分器損耗≤3.5dB

三功分器損耗≤5dB

四功分器損耗≤7dB7dB耦合器損耗<1dB15dB耦合器損耗<0.3dB壁掛式和吸頂式天線增益2~4dB天饋分布系統(tǒng)的能量估算15dB~20dB耦合器損耗<0.3dB10dB耦合器損耗<0.7dB5dB耦合器損耗<2.2dB8D-SFAE軟饋線4m損耗

≈0.5dB（含接頭損耗）BTS30dBm29.2

28.4

27.6

26.8

2625.224.423.622.822

21.22018.817.6

16.410dBm9.28.47.611.81110.29.48.67.8711.2108.87.611.48.77.5

7.513.711.5-3.5dB-0.7dB-0.3dB-0.3dB-20dB-20-20-20-15-15-15

-15-15-15-15-10-10-10-10-5-5-2.2dB天饋分布系統(tǒng)的能量估算(1)饋線損耗：1.13dB/10m40m=4.5dB(2)天線口電平：7dBm-4.5=2.5dBm(3)30米自由空間損耗：LD=-63dB(4)室內(nèi)隔墻的損耗及多路徑衰落余量：-20dB(5)距天線30米處（A點(diǎn)）手機(jī)接收電平：

PR=2.5-63-20=-80.5dBm40米A30米40米無源天饋分布系統(tǒng)的延伸天饋分布系統(tǒng)適合于一個(gè)微蜂窩覆蓋十幾層樓左右，建筑面積約8,000~15,000m2。若更大的建筑，一般無源天饋系統(tǒng)很難滿足覆蓋需要。對于較大型的建筑覆蓋，需增加放大器（中繼），以補(bǔ)償信號(hào)在傳輸過程中的損耗。無源天饋分布系統(tǒng)的延伸干線放大器的特點(diǎn)：增益：20~30dB（上行），20~30dB（下行）可調(diào)下行輸出功率：30dBm/每載波（4載波時(shí)）噪聲系數(shù)低全雙工具有ALC功能按供電方式分：自供電型、外饋電型

GSM功率直放機(jī)用于干線放大干線放大器的應(yīng)用

GSM功率直放機(jī)對信號(hào)進(jìn)行放大，將覆蓋區(qū)域延伸。M-4000B11.5dBm10.80dBm30dBm/CH10dBm-10dB干線放大器的應(yīng)用M-4000BGSM功率直放機(jī)用于提供區(qū)域覆蓋BTSM-4000B……COMBATELECOM

SYSTEMS解決室內(nèi)覆蓋的信號(hào)分布系統(tǒng)一般方案AS-5621/C07定向天線BTS直放站無線接入基站接入耦合器GSM功率直放機(jī)耦合器二功分器R