GSM基站覆蓋延系統(tǒng)上下行平衡考慮

1、重點(diǎn)對(duì)安裝基站覆蓋延伸系統(tǒng)后系統(tǒng)上、下行鏈路平衡作了分析并指出了相關(guān)注意事項(xiàng)。一、引言隨著移動(dòng)用戶(hù)的增加，移動(dòng)用戶(hù)的活動(dòng)范圍越來(lái)越廣，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)要不斷加深覆蓋的范圍及深度。然而在解決山區(qū)道路、邊遠(yuǎn)地區(qū)村落的覆蓋問(wèn)題時(shí)，如新建基站、直放站等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方式在工程實(shí)施上難度很高，投資成本和效益回報(bào)也不合理。眾所周知，通過(guò)加強(qiáng)基站的發(fā)射功率可以擴(kuò)大基站到終端的覆蓋范圍。通過(guò)自由空間衰耗公式：Ls=32.45+20*log(f)MHz+20log(d)Km可以知道，基站發(fā)射功率提高6dBm，覆蓋距離將提高一倍。手機(jī)接收信號(hào)加強(qiáng)，但普通手機(jī)的最大功率33dBm，如果遠(yuǎn)離基站，手機(jī)的上行信號(hào)如果不增強(qiáng)就無(wú)法

2、解析。造成系統(tǒng)上、下行覆蓋不平衡，后果便是單通、質(zhì)量差、掉話(huà)等?；靖采w延伸系統(tǒng)從基站系統(tǒng)上、下行兩個(gè)方向改善基站覆蓋范圍，是解決信號(hào)廣度、深度覆蓋的一種好辦法。二、基站覆蓋延伸系統(tǒng)簡(jiǎn)介基站覆蓋延伸系統(tǒng)主要由基站放大器和塔頂放大器兩部分組成，簡(jiǎn)稱(chēng)基放和塔放?；攀前惭b在基站機(jī)房里，用于提高基站發(fā)射功率，擴(kuò)大下行信號(hào)覆蓋范圍。塔放是安裝在基站天線口的低噪聲放大設(shè)備，用來(lái)增強(qiáng)手機(jī)上行發(fā)射功率，提高基站接收靈敏度?；靖采w延伸系統(tǒng)工作原理如圖1所示。通?；据d頻發(fā)射功率為43dBm/單載波。而200W的基放輸出功率能達(dá)到53dBm/單載波，下行信號(hào)增強(qiáng)10dB。基站覆蓋延伸系統(tǒng)對(duì)上行信號(hào)增強(qiáng)約10d

3、B。整個(gè)系統(tǒng)能有效地延伸基站的覆蓋范圍。三、加裝基站覆蓋延伸后對(duì)系統(tǒng)上、下行覆蓋的影響1、加裝塔放對(duì)系統(tǒng)噪聲系數(shù)的分析：噪聲系數(shù)NF用來(lái)描述放大器對(duì)信噪比的惡化程度，噪聲系數(shù)越小，輸出的信噪比惡化程度就越小。對(duì)一個(gè)多級(jí)放大系統(tǒng)，它的系統(tǒng)噪聲系數(shù)為：NF=F1+(F21)/G1+(F31)/G1*G2+其中：F1、F2、F3是第一級(jí)到第三級(jí)的的噪聲系數(shù)，無(wú)源器件的噪聲系數(shù)等于其損耗值。G1,G2是第一級(jí)到第二級(jí)的增益，無(wú)源器件增益等于其損耗值得倒數(shù)。從以上公式可以看出，多級(jí)放大系統(tǒng)的噪聲系數(shù)主要取決于第一級(jí)的噪聲系數(shù)F1。塔放的原理就是通過(guò)在基站接收系統(tǒng)的前端，即緊靠接收天線下增加一個(gè)低噪聲放大

4、器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)基站接收性能的改善。2、上、下行平衡的分析2.1上、下行平衡的定義在我們所要求的覆蓋區(qū)域內(nèi)，保證上、下鏈路正常傳輸，基站和手機(jī)分別接收的信號(hào)可以解調(diào)，從而保證雙向通信的正常建立。2.2原基站系統(tǒng)上、下行平衡的理論推算如圖所示：理論上基站口的上行接收靈敏度MBTS=110dBm，上行分集接收增益約F=4dB，手機(jī)的接收靈敏度MMS=104dBm，手機(jī)的最大發(fā)射功率PMS=33dBm，假設(shè)BTS到天線口的信號(hào)衰減量R=4dB，天線增益為S，基站發(fā)射功率為T(mén)。若要求上、下行平衡，則上行可允許的最大空間損耗HRX=下行可允許的最大空間損耗HTX。其中：MBTS=PMSHRX+F+SRMMS=

5、TR+SHTX所以：HRX=PMSMBTS+F+SRHTX=TR+SMMS由HRX=HTX可得：為保證上下行的理想平衡,基站口的發(fā)射有效功率為T(mén)=PMSMBTS+F+MMS=33dBm(110dBm)+4dB+(104dBm)=43dBm由此可以看出，基站單載波發(fā)射功率在(20W)43dBm時(shí)，上行覆蓋范圍和下行覆蓋范圍相當(dāng)，系統(tǒng)處于較理想的平衡狀態(tài)。2.3、加裝基放后的上、下行平衡推算。2.3.1塔放增益的選擇。未加裝塔放的原基站系統(tǒng)噪聲系數(shù)Nfsys(天線口)約為：Nfsys=Nfbts+Lc【公式1】其中：Nfbts是基站本身的噪聲系數(shù)Lc為饋線回路的損耗加裝塔放后系統(tǒng)噪聲系數(shù)約為：NF

6、=NFTA+(Nfsys1)/GTA【公式2】從上述兩公式中可以得出以下結(jié)論：基站在使用塔放前噪聲系數(shù)Nfsys是由BTS設(shè)備本身噪聲系數(shù)Nfbts和天饋線損耗Lc決定的。使用塔放后的基站接收噪聲系數(shù)NF主要取決于塔放的噪聲系數(shù)NFTA。在饋線較長(zhǎng)，損耗Lc越大時(shí)，加裝塔放對(duì)基站系統(tǒng)的接收靈敏度改善越明顯。塔放增益GTA越大，基站接收系統(tǒng)噪聲NF越小。但塔放增益GTA增大，也會(huì)提高白噪聲KTB電平，影響基站對(duì)信號(hào)的接收。一般GSM基站對(duì)0級(jí)信號(hào)通話(huà)質(zhì)量的底部噪聲定義是小于113dBm。常溫情況下，GSM系統(tǒng)的白噪聲NKTB=121dBm，為保證上行的通話(huà)質(zhì)量，接收噪聲電平值要滿(mǎn)足以下要求：塔放

7、增益GTA+（121dBm）+NFLc113dBm。加裝塔放后系統(tǒng)噪聲系數(shù)NF約等于2dB。一般情況下，Lc4dB，所以塔放增益G10dB。當(dāng)然每個(gè)站點(diǎn)塔放的工作增益應(yīng)根據(jù)饋線回路的損耗Lc的大小做適當(dāng)調(diào)整。2.3.2基放功率的選擇。一般情況下，基站口的發(fā)射功率是43dBm/單載波時(shí)，下行覆蓋104dBm的地方，手機(jī)信號(hào)到達(dá)基站剛好能夠被解調(diào)，屬于較理想的平衡狀態(tài)。這里我們還是首先假設(shè)條件如下：基站口上行接收靈敏度為110dBm（分集處理增益4dB）；手機(jī)的最大發(fā)射功率為33dBm?；窘邮招盘?hào)最低載噪比C/I=9；基站自身的噪聲系數(shù)為Nfbts=3.5dB;通過(guò)基站解調(diào)上行信號(hào)的最低載噪比C

8、/I=9Nfbts=93.5=5.5dB，塔放噪聲系數(shù)為NFTA=1.5dB；饋線回路的損耗Lc=4dB；塔放增益GTA=10dB；要使得手機(jī)信號(hào)到達(dá)基站能夠被正確解調(diào)需要同時(shí)滿(mǎn)足兩個(gè)條件：1、到達(dá)基站（分集增益4dB后）電平值信號(hào)電平值不低于-110dBm；2、基站解調(diào)時(shí)信號(hào)載噪比C/I不得低于3.5dB。下面我們來(lái)分析加裝塔放前后天線口需要的電平值的大小區(qū)別。未加裝塔放前基站天線口的最低接收信號(hào)電平=基站口上行接收靈敏度（分集處理前）+Lc=110dBm+4dB=106dBm基站處理后解調(diào)前C/I=106LcNKTBNfbts=7.5dB5.5dB兩個(gè)條件都滿(mǎn)足時(shí)天線口的最低電平值為P前=

9、-106dBm加裝塔放后的基站天線口的最低接收信號(hào)電平=基站口上行接收靈敏度+Lc塔放增益=110+410=116dBm加裝延伸系統(tǒng)后的整體噪聲系數(shù)NF約為2dB，那么基站處理后的C/I=116NKTBNF=3dB5.5dB由于C/I不能達(dá)到5.5dB，不能被正確解調(diào)。為了保證解調(diào)時(shí)的最低C/I值5.5dB，所需要的天線口最低接收電平值為116+(5.53)=113.5dBm兩個(gè)條件都滿(mǎn)足時(shí)天線口的最低電平值為P后=-113.5dBm通過(guò)比較可以看出，加裝塔放后基站上行靈敏度抬高值為P前P后=106（113.5）=7.5dB在以上情況下,塔放提高了基站的接收靈敏度7.5dB。很顯然對(duì)于Lc越大

10、,提高的基站接收靈敏度就越大，具體詳細(xì)列表如下：饋線回路基站設(shè)備噪聲加裝塔放后整體基站接收的損耗Lc系數(shù)Nfbts噪聲系數(shù)靈敏度改善量3dB3.5dB2dB6.5dB4dB7.5dB5dB8.5dB由以上結(jié)論可以看出，要想使得基站在加裝覆蓋延伸系統(tǒng)后仍保持理想平衡狀態(tài)，基放的功率Pj=43+基站接收靈敏度改善量。以上結(jié)論是基于上下行傳輸損耗完全一致來(lái)推斷的。如果基站的分集接收效果好于4dB，或者在草原、沙漠、海域等區(qū)域信號(hào)覆蓋需求大于通話(huà)質(zhì)量需求的情況下，基站放大器功率也可以適當(dāng)放大。四、由于上、下行平衡原因可能出現(xiàn)的問(wèn)題探討在實(shí)際的應(yīng)用中，無(wú)線信號(hào)的繞射、反射、和周?chē)鸁o(wú)線環(huán)境的影響，下行信號(hào)

11、強(qiáng)于94dBm時(shí)對(duì)正常通信才具有保障。無(wú)形之中將手機(jī)的接收信號(hào)強(qiáng)度由原來(lái)理論的104dBm提升到94dBm，所以，我們將94dBm作為下行信號(hào)覆蓋的邊緣場(chǎng)強(qiáng)來(lái)對(duì)上、下行的平衡來(lái)做分析，來(lái)探討可能出現(xiàn)的問(wèn)題及克服辦法。Lc=4dB情況下，使用了53dBm（200W）的基放，下行覆蓋范圍延伸了10dB。塔放改善了基站接收靈敏度7.5dB。覆蓋范圍的延伸情況如下圖所示：由此可以得出以下結(jié)論：在下行信號(hào)高于91.5dBm的B、A區(qū)域內(nèi)，上、下行都具有距理論極限10dB的余量，上、下行可以正常通信，我們認(rèn)為是平衡的。在下行信號(hào)為101.5dBm91.5dBm的D、C區(qū)域內(nèi)，下行有2.5dB以上余量，基本可以正常通信；上行具有的余量在010dB之間，從而上行通信具有一些不可靠性。在下行信號(hào)為104dBm101.5dBm的E區(qū)域內(nèi)，下行有02.5dB的余量，具有不可靠性；上行具有的信噪比已經(jīng)不能滿(mǎn)足要求，不能通信。我們認(rèn)為這個(gè)區(qū)域是不平衡的。安裝基站覆蓋延伸系統(tǒng)后基站統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的變化是和基站周?chē)挠脩?hù)分布相關(guān)的。在Lc=4dB情況下，如果大部分用戶(hù)多分布在B、C區(qū)域內(nèi)，覆蓋延伸系統(tǒng)開(kāi)通前基站掉話(huà)率較高，開(kāi)通后該指標(biāo)會(huì)大大改善。相反如果用戶(hù)大多分布在D、E區(qū)域內(nèi)，開(kāi)通前用戶(hù)不能通話(huà)，不會(huì)對(duì)掉話(huà)指標(biāo)造成影響；但開(kāi)通后，這些用戶(hù)進(jìn)入了不可靠通話(huà)區(qū)域，就會(huì)大大影響基站掉話(huà)率指標(biāo)。通常的辦法是加大