直放站的分类与案例设计应用研讨.docx
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直放站的分类与案例设计应用研讨
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直放站的分类及案例设计应用
作者：
廖树生
单位：
福建省富通信息产业有限公司
2011-9-1
摘要：
在移动通信飞速发展的时代，直放站（Repeater）作为一种低投资，高回报的通讯辅助覆盖设备，在室内分布，小区覆盖，隧道覆盖，广域覆盖等众多区域有着非常重要的作用，本文简单阐述了直放站的定义、应用场合和直放站的分类，然后通过实际工程案例来详细阐述直放站在通讯领域的应用。
关键词：
直放站REPEATER室内覆盖室内分布
一：
直放站简介
直放站（Repeater）属于一种放大设备，是指在无线通信传输过程中起到信号增强的一种无线电发射中转设备。
其基本功能就是一个射频信号功率增强器。
在下行链路中，由施主天线在现有的覆盖区域中获取信号（signal），通过滤波器对带外的信号进行极好的隔离，将滤波的信号经功放放大后再次发射到需要覆盖的区域。
在上行链接路径中，覆盖区域内的移动台手机的信号以同样的工作方式由上行放大链路处理后发射到相应的基站，从而达到基地站与手机的通讯目的。
下面为直放站的结构示意图：
二：
直放站的作用
直放站作为实现“小容量、大覆盖”目标是现在移动通讯当中一种必要的手段，主要是由于使用直放站一是在不增加基站数量的前提下可以保证网络覆盖，提高用户的满意度，二是其造价远远低于具有同样效果的微蜂窝系统。
直放站是解决通信网络延伸覆盖能力的一种优选方案。
属于终端延伸覆盖的一种，其与基站相比具有结构简单、安装方便、投资较少，维护简单等优点，同时现在随着直放站的发展，直放站具有远程监控等功能，可广泛用于覆盖盲区和弱区，如室内覆盖，电梯，码头，隧道等等，同时可以解决孤岛效应，乒乓效应等许多通讯问题。
三：
直放站的分类
---按传输信号分类：
GSM直放站和CDMA直放站;
---按安装场所分类：
室外型机和室内型机;
---按传输带宽分类：
宽带直放站和选频直放站;
---按传输方式分类：
无线直放站、光纤传输直放站和移频传输直放站。
四：
直放站的实际工程案例应用：
在这个工程案例中，通过对武汉体育中心的室内分布系统来详细说明直放站在移动通讯中的应用。
一、设计方案概述
二、设计思路及方案说明
2.1信源及主干线路说明
2.2、信源的确定
2.3、设计目标说明
2.4设计依据
2.5设计原则
三、设计分析及计算方法
3.1、下行链路分析
3.1.1、下行场强分析
3.1.2、下行外泄电平
3.1.3下行载噪比分析
3.2上行链路分析
3.2.1上行载噪比分析
3.2.2上行噪声分析
四、安装说明：
1．设备和器件的安装
2．馈线的布放
3．无源器件的连接
4．电源线的安装
5．地线的连接
五、主要设备及器件指标
1．干线放大器
2．功分器
3．耦合器
六、路测图（附件一）
七、室内分布系统拓扑图
八、室内分布系统平面图
一、概述
武汉体育中心位于武汉经济技术开发区内，南连京珠高速公路，西邻318国道，北接中环线，有多条道路直达武汉三镇及省内外各地区，交通便捷，区位优势明显。
该中心占地88万平方米，按规划将建设成为集体育竞技设施、体育康乐设施、体育训练设施、园林景点、休闲、娱乐于一体的综合性、多功能的“中心”。
其主要建设内容有：
体育场、体育馆、水上运动中心、文化广场、网球中心及健身、休闲、娱乐设施等。
武汉体育中心体育馆是可容纳6万名观众的综合性体育场，其照明、音响、监控等设施均按照国际田联、国际足联的最新标准设计，配套硬件设施堪称国内一流水平；而位于体育场东北角的体育馆是可容纳8000人的大型综合性体育馆。
本次覆盖考虑体育场与体育馆内部观众席、工作人员办公区与环绕体育馆与体育场的入口处及周围停车场的话务量吸收。
大楼具体地理位置见下图：
经纬为N:
30º30´05.3´´E:
114º10´01.6´´
大楼建筑物情况见下表：
武汉体育中心
大楼地理位置
武汉经济技术开发区内
场馆名称
用途
面积（㎡）
覆盖情况
体育场
足球赛及大型娱乐活动
80848
全覆盖
体育馆
篮球赛及中小型娱乐活动
15600
全覆盖
停车场
观众停车
全覆盖
大楼内有电梯4部。
电梯情况见下表：
电梯编号
运行区间
备注
体育场
L1
1F-3F
L2
1F-3F
体育馆
L1
1F-3F
L2
1F-3F
二、设计思路及方案说明
2.1、信源及主干线路说明
武汉体育中心室内覆盖采用光纤站为信源，我公司拟以5套光纤站耦合宏蜂窝信号分别对体育场、体育馆及停车场进行覆盖。
体育场分成四个东南西北小区进行覆盖，每个小区包含覆盖体育场外的广场区域和场内的办公区、观众看台、二层外围过道。
每个小区各用一台光纤站拖3台干放进行覆盖。
体育馆采用一台10W光纤站拖6台10W干放对体育馆办公区、观众席及周边的出入口与停车场进行覆盖。
2.2、信源的确定
本系统根据大楼的人流量来进行话务量预测，预测应满足大楼未来5年的话务需求。
分析如下：
移动通信系统信道配置，是通过“爱尔兰B公式”，从所需覆盖区域的业务量中估算出来的。
一个重要的参数是在峰值小时的给定时刻，所有信道均被使用的概率，阻塞概率用来衡量一次呼叫尝试由于没有空闲信道而失败的概率，“爱尔兰B公式”在假定呼叫建立时刻及通话持续时间都服从泊松公式的情况下，建立了平均信道数目、信道数目和阻塞概率之间的关系。
每个用户的业务量定义为峰值小时期间的某一给定时刻，每一给定用户进行通话的平均概率，其单位是爱尔兰。
移动通信网络设计中所采用的值为0.02ERL/用户，中国原邮电部规定的是0.01-0.03之间，现取0.02。
系统在某一时刻所能支持用户数的估算结果如下：
载波数
TCH数量
2％呼损率的爱尔兰b表对应话务量
实际信道利用率
实际承载最佳话务量
每用户爱尔兰值为0.02支持用户数
手机拥有率为85％支持的用户数
拨打率为
30％支持
的用户数
移动用户为70％移动用户的最大支持用户数
1
7
2.94
0.474
1.39356
69.678
81.97
273.25
390.35
2
14
8.2
0.529
4.3378
216.89
255.16
850.549
1215.07
3
22
14.9
0.598
8.9102
445.51
524.13
1747.098
2495.85
4
30
21.93
0.62
13.5966
679.83
799.80
2666
3808.57
5
37
28.25
0.637
17.99525
899.7625
1058.54
3528.48
5040.69
6
45
35.61
0.761
27.09921
1354.9605
1594.0712
5313.571
7590.8151
7
53
43.06
0.778
33.50068
1675.034
1970.63
6568.761
9383.94
8
60
49.64
0.787
39.06668
1953.334
2298.04
7660.133
10943.05
9
67
56.28
0.75
42.21
2110.5
2482.94
8276.471
11823.53
10
75
63.9
0.763
48.7557
2437.785
2867.98
9559.941
13657.06
11
83
71.57
0.812
58.11484
2905.742
3418.52
11395.07
16278.67
12
91
79.27
0.838
66.42826
3321.413
3907.54
13025.15
18607.36
武汉体育中心其主要建设内容有：
体育场、体育馆、水上运动中心、文化广场、网球中心及健身、休闲、娱乐设施等。
现武汉体育中心主体育场可容纳观众60000人，体育馆可容纳观众8000人，加上内部工作人员及运动员与教练等3000人，预计总人数在71000左右，其中90%的人拥有手机，75%的人使用的是移动手机；所以移动手机用户数约为47925人，根据“爱尔兰B表”，建议GSM的信号源采用1×48载波的配置。
2.3、设计目标说明
（1）GSM系统
1.1无线信道的呼损率取定：
话音信道（TCH）呼损为2%；控制信道（SDCCH）呼损为0.1%。
1.2噪声电平：
从基站接收端位置测试上行噪声电平，噪声电平小于-120dBm。
1.3发射功率：
分布式天线的发射功率小于15dBm/载波。
1.4信号强度
室内信号强度95%以上不得低于-85dBm，99%以上不得低于-90dBm，。
室内覆盖系统的信号不过度覆盖到室外，距室内覆盖系统5米外接收到来自室内覆盖系统的信号强度低于-80dBm。
1.5通话质量
通话过程中话音清晰无噪声，无断续，无串音，无单通等现象。
RxQual的测试，等级≤2的测试点数量占95％以上。
施主小区在设备安装后比设备安装前的掉话率（非考核掉话率）增加的百分数（以直放站开通前后5天的话务统计的平均值为标准）不超过0.2个百分点，而且安装后的施主基站的掉话率不超过2%。
1.6切换测试
室内覆盖区与周围各个小区之间应有良好的无间断切换；切换成功率大于95%。
1.7吸收覆盖区内95%以上的话务量
2.4、设计依据
本方案的设计依据为：
1、中国移动通信有限公司《移动电话室内布线系统方案设计暂行规定》；
2、邮电部颁布的《900MHzTDMA数字公用陆地蜂窝移动通信网技术体制》（TZ019-95）；
3、原邮电部颁布的《900MHzTDMA数字移动通信工程设计暂行规定》（部
内标准）；
4、原邮电部《900/1800MHzTDMA数字移动通信网基站子系统设备技术要求
及无线指标测试方法》（YD/T883-1999）；
5、国家无线电管理委员会国无管（1990）11号“关于调整900MHZ频段的函”
6、FCC和GSM900ETSI标准；
7、现场勘察资料及测试数据;
8、中华人民共和国国家标准《电磁辐射防护规定》,（国标GB8702-88）；
9、设备和器件的参数手册。
10、本次招标的相关要求。
2.5、设计原则
1）、系统尽量采用无源器件组成，尽可能减少器件数量，充分利用原有基站能量；
2）、电磁环境卫生计算按中华人民共和国国家标准《电磁幅射防护规定》GB8702—88,微波辐射一级卫生标准为10uw/cm2；
3）、统筹及兼顾施工难易程度及工程进度；
4）、充分考虑信号覆盖强度和切换要求；
5）、耦合器、功分器和室内天线均采用宽频器件；
三、设计分析
3.1、下行链路分析
我们在下行链路的设计中，重点考虑下行链路的场强、载噪比，以确保大楼内部覆盖区域的GSM的覆盖效果。
3.1.1、下行场强分析
按设计的初步分析，在武汉体育中心天馈分布系统中，由于周边信号比较强，考虑压制室外信号，GSM网天线口单载波输出功率为10dBm左右，考虑基站为4载波配置；
（1）设计中1类、2类、3类覆盖区覆盖半径分别为8米,15米,20米。
该无线覆盖区域场强具体分析如下：
电磁场在自由空间传播损耗：
PL（d）[dB]=32.4[dB]+20lgF[dB]+20lgD[dB]+多径衰落[dB]+楼内墙体损耗[dB]；
F：
工作频率（MHZ）
D：
距离（KM）
根据上式可分别算出GSM网的自由空间传输损耗（多径衰落10dB,楼内墙体损耗20dB）
频率距离
8m（一类）
15m（二类）
20m（三类）
900M
80dB
85dB
87.5dB
室内吸顶天线增益为2dBi；
对于2类区域的GSM边缘场强为
10+2-85=-73dBm
对于其他区域场强,计算可知:
频率区域
一类
二类
三类
GSM网要求边缘场强（dBm）
≥-85
≥-85
≥-85
GSM网设计边缘场强（dBm）
-68
-73
-75.5
因此,GSM网在不同业务区域的边缘场强满足设计要求
3.1.2、下行外泄电平
对于GSM,设计中要求楼外5米处的外泄电平＜-80dBm,因此,对于2类区域的GSM来说,它的空间距离为15+10=25米,外墙损耗为20dB,外泄电平值为:
10+2-（32.4+20lg900+20lg0.025+10+20+20）=-93dBm
对于其他区域场强,计算可知:
频率区域
一类
二类
三类
GSM网要求外泄场强（dBm）
＜-85
＜-90
＜-90
GSM网设计外泄场强（dBm）
-88
-93
-95.5
因此,GSM网和WCDMA网在不同业务区域的外泄电平满足设计要求
3.1.3下行载噪比分析
（1）对于GSM系统：
手机底部噪声LN=10lg（KTB）+NF
=－121dBm+6dB
=－115dBm
式中NF：
噪声系数取6dB
K：
波尔曼兹常数,其值为1.38×10-23J/K
T：
热力学温度,取290K;
B：
带宽取200K
由设计分析可知，全部覆盖区域最弱场强不小于-75.5dBm，则移动台接收机天线端口的载噪比C/I+N为：
－75.5dBm－（－115dBm）＝39.5dB
从上面分析计算可以看出，移动台接收机天线端口的载噪比均大于39.5dB。
因此,GSM的下行载噪比均满足设计要求
3.2上行链路分析
3.2.1上行载噪比分析
当上行载噪比不能满足要求时，移动用户通话时话音质量会很差，甚至无法通话。
由上面分析可知，本系统上行最大链路损耗为87.5dB，对GSM基站接收到的信号功率为33dBm－87.5Bm＝－54.5dBm，而基站的底部噪声为：
LN=10lg（KTB）+NF
=－121dBm+3dB
＝－118dBm
式中NF：
噪声系数,基站假设为3dB
K：
波尔曼兹常数,其值为1.38×10-23J/K
T：
热力学温度,取290K;
B：
带宽取200K
基站接收信号的载干比（C/I）为－54.5dBm－（－118dBm）＝63.5dB，优于规范指标要求。
3.2.2上行噪声分析
1.基站允许最大噪声为-120dBm，为了保证接收机的灵敏度，需要设置上行增益，使上行链路的总输入噪声小于-120dBm。
如：
基站输出P＝43dBm，输入到设备为-50dBm，即有效路径损耗为93dB，那么直放站的上行增益设置一定要小于：
93－后极总的噪声系数
如:
放大器是有源器件，噪声系数为5dB，增益应设为小于88db;
如:
增益设为85，直放站总的噪声-115dBm（白噪声＋噪声系数），在输出口变为-30dBm，经过93dB的有效路径损耗输入到基站为-123dBm，小于源噪声-120dBm,
因此可通过调节放大器的上行增益来满足基站上行允许的最大噪声电平。
四、安装说明：
1．设备和器件的安装说明
根据设备安装说明所述步骤进行，并保证不破坏建筑本身及整体美观。
2．馈线的布放
a、馈线应根据实地情况本着节约原则，合理布线，安装牢固；
b、馈线走线严禁与高压、强电，消防管道一起走线；
c、馈线需要弯曲布放时，要求弯曲角保持圆滑，其弯曲半径（1/2馈线）不宜超过如下弯曲半径：
210mm（多次弯曲）、125mm（单次弯曲）；
d、馈线走线尽可能不要交叉，扭曲现象，保证走线的美观，并便于今后系统的维护
e、其它具体施工规范据工程施工相关文件进行。
3．无源器件的连接
a、无源器件连接必须拧紧，保证连接插损最小；
b、室外无源器件接头处必须用胶带包扎，以免水气渗入或其它物质腐蚀；
c、无源器件必须采用扎带或馈线卡等进行可靠固定；
4．电源线的安装
设备安装处必须提供AC220V电源并配一两芯及一三芯插座
5．地线的连接
各有源设备的供电采用分散方式，在各楼就近选取，应和物业管理部门协商做到24小时供电。
为保证调测供电，所有供电之处应安装插座并保证安全。
各有源设备必须良好接地，接地电阻小于10Ω。
五、主要设备及器件指标
1、GSM干线放大器
参数
指标
工作频段
上行
885～909MHz
下行
930～954MHz
增益
≥38±2dB
工作带宽
24M
增益可调范围
≥20dB
自动电平控制（ALC）
有
上行输出功率
0dBm（0/-2dB）
下行输出功率
30/33/37/40dBm（0/-2dB）
噪声系数
≤4dB（上行）
带外杂散发射
-36dBm（9K～1GHz）
-30dBm（1～12.75GHz）
带内波动（峰峰值）
≤2dB
三阶互调
≥50dBc
电压驻波比
≤1.4
天线口连接形式
N—K
体积（长×宽×高）
重量
电源
165～275VAC/50Hz
环境温度
-5～+50℃
相对湿度
5～95%
远程监控功能
具有设备电源、设备温度、系统增益、输出功率等参数的远程监控功能
远程监控接口
RS-232、PSTN、GSMMODEM（数据业务或短消息业务）
其他要求1
应支持跳频工作方式
其他要求2
无偿提供安装该设备所需的电源线、地线、防雷插座、空气开关、配件箱等
2、功分器
规格
性能
二功分器
三功分器
四功分器
适用频率范围
800-2500MHz
插入损耗（不含分配损耗）
≤0.3dB
≤0.4dB
≤0.5dB
隔离度
≥20dB
驻波比
≤1.5
特性阻抗
50Ω
带内波动
≤0.3dB
接头
N-K
功率容量
≥100W
工作温度
-20～50℃
工作湿度
5～95%
3、耦合器
规格性能
5dB
6dB
7dB
8dB
10dB
12dB
15dB
20dB
25dB
30dB
频率范围
800-2500MHz
主干损耗
1.8dB
1.6dB
1.2dB
1dB
0.8dB
0.6dB
0.5dB
0.4dB
0.4dB
0.3dB
隔离度
≥20dB
≥30dB
驻波比
≤1.5
接口
N-K
功率容量
≥100W
工作温度
-20～50℃
工作湿度
5～95%
六、路测图（见附件图）
七、室内分布系统拓扑图
八、室内分布系统平面图
体育场天馈分布图:
体育馆天线分布图:
参考文献：
（1）《射频工程》京信通讯有限公司
（2）GSM原理极其网络优化韩斌杰著机械工业出版社
（3）《cdma2000 1x无线网络规划与优化》 华为技术有限公司
（4）无线通信原理与应用（美国）拉帕波特电子工业出版社2009年07月ISBN:
9787121092312
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