通信网络基站延伸覆盖系统基础知识学习材料文档格式.docx
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V0
电压增益
G（dB）=20lg=V0（dBv）-Vi（dBv）
Vi
V0（dBv）=G+Vi（dBv）
Vi（dBv）=V0（dBv）-G（dB）
衰减网络是负增益。
5、自动增益控制（AGC）
1作用：
●扩大输入信号动态范围
●防止放大器阻塞、烧毁
●保持输出恒定
2实现的机理
AGC是自适应增益调整环。
控制对象是电调衰减器。
信号采集是检波放大器。
环路框图如下：
电调ATT
out
in
◄
►
w
图
（1）AGC环路框图
KD*KV*Ke=1（环路增益）
式中KD是电调衰减器斜率（负增益）
KV是直流放大器的增益
Ke是检波前的耦合度
3工作原理
检波前耦合-10dB
检波放大为KV（dB）
电调斜率K=-30dB/v
则K=-10+KV-30=1
KV=1+10+30=41dB
运放增益>
41dB,可能引起环路振荡，不足41dB,在输入变化30dB范围内，其输出变化范围要大一些（超过±
0.5dB,可能是±
0.8dB；
±
1dB等）。
当发现AGC不正常，要考虑环路增益是否过大或过小，可调整KV或耦合度。
6、自动电平控制（ALC）
工作原理与AGC完全一样，只是ALC放在功放中，AGC放在接收机的前端，特别要注意，电调衰减器不能放在输入端的第一级，否则影响接收机的噪声系数，降低灵敏度。
7、接收机的灵敏度定义
当接收机满足输出信噪比和幅度要求时，其输入的最小电平称接收机的灵敏度或灵敏电平，即Pi=KTBNF（S/N）
灵敏度与增益，带宽，噪声系数和温度有关，当带宽、温度不变，增益也足够时要提高灵敏度，唯一的办法就是降低噪声系数NF，在卫星地面站的接收机工作在负温状态，是从温度这点出发进一步减小噪声系数，以进一步提高灵敏度。
以C网宽带直放站为例，看灵敏度有多少？
B=10MHz，NF=5dB,（S/N）0=10dB
S/N=Pi/KTBNF=10
Pi（dBm）=10㏒KTBNF+10
=-174+70+5+10
=-89dBm
在直放站中未出现过灵敏度的字样，因为直放站和基站、手机联用，直放站是中间环节，单独讨论灵敏度无意义，所以一般只提输入电平，此电平行标规定为-62dBm，比可能达到的灵敏度高出29dB。
-62dBm不是灵敏度电平，故直放站中不提灵敏度。
8、噪声系数
1热噪声是电子热运动、相互碰撞产生的电磁骚动，在有源电路中除了热噪声外还有分配噪声、散弹噪声等，这就是内部噪声。
由于它的存在，对电路输入一个信号，输出除信号外还有噪声，也就是输出信噪比变坏了，衡量这种变坏的程度就是噪声系数NF。
定义如下：
NF（dB）=10lg[（S/N）i/（S/N）0]
NF就倍数而言是>
1的数，分贝数>
0。
2无源器件的NF
一个电阻、尽管两端不馈电，仍然有端电压，当然这个电压是很小的。
更主要的是无源网络衰减了信号，使（S/N）0成倍下降，因此噪声系数也成倍增加，因此NF=G。
3级联噪声系数公式：
NF4-1
NF3-1
NF2-1
G1*G2*G3
G1*G2
G1
NF=NF1++++……
计算时：
如果NF和G是用倍数表示的可直接用上式，如果NF和G是用分贝表示的，应先化成倍数后再用上式计算，结果不取对数是NF的倍数,取对数╳10是NF的分贝表示数（dB）,工程应用上一般都是用分贝表示，从上式可见，整机的NF决定于前两级，第一级的增益（G1）越大,后级NF的贡献就越小,当然越往后贡献就更小。
第一级的增益不可盲目地增大,必须注意该级的动态范围,因为它不受控.
9、接收机的输出噪声功率
干放、直放站的上下行放大链路以及频谱仪等都可以看作是接收机，都有噪声功率输出，比如频谱仪在输入未接信号（开路）时，基线上那些杂乱无章的东西就是噪声。
输出噪声为PN0=KTBNFG
PN0（dBw）=10lgKT+10lgB+10lgNF+10lgG
式中：
K——1.38╳10-23焦耳/度,Hz。
T——绝对温度取300（27℃）
B——带宽、单位Hz
NF——噪声系数（倍）
G——增益（倍）
PN0——单位是瓦特（W）
从上式可见,调整输出噪声的大小,改变增益是最容易的,在室内覆盖系统中为使上行至基站的噪声不高于基站的接收灵敏度（一般要求低10dB）,就调干放或直放站的上行增益（调数控衰减器DGC）.
10、直放站到基站的噪声计算模型
PNi
PN0
R
G2
）
（
直放站
基站
上行
图
（2）噪声计算模型
PNi=PNo+G1-LR+G2-LS
式中：
PN0——直放站输出噪功率（dBm）
G1——直放站施主天线增益（dBi）
G2——基站上行收天线增益（dBi）
LR——空间传输衰减（dB）
LR=32.4+20log+（MHz）+20logR（Km）
LS------衰落中值23dB
G1,G2一般为15dB左右，K=1.38╳10-23,T=300（K）直放站的B=1.23MHz,NF=5dB,G=90dB
则PNi=10lgKT+10lg1.23╳106+5+90-15-32.4-20lg875-20lg5+15
=-174+60.9+5+90+15-32.4-58.8-14+15-23
=-116.3dBm
基站的灵敏度一般是-108dBm，则可允许进入的噪声是-108-10=-118dBm,-116.3还比-118大1.7dB,这就意味着上行增益应下调1.7dB,才能满足基站的要求。
直放站到手机的噪声也要合适,也可调下行的DGC.
11、地面两天线的通视距离（R）
R=3.57╳h1+h2
式中R——两天线的通视距离单位Km
h1——第一面天线的高度，单位m
h2——第二面天线的高度，单位m
假如基站天线高度为30米，直放站高度为20米，则通视距离R=3.57╳30+20
=25.2公里
12、两定向天线间的隔离度
在地面上放置两定向天线（等高），背对背其中往一天线发信号，在另一天线也能收到信号，发功率与收功率之比就是隔离度（L）。
比如发43dBm（20w）,收功率为-70dBm。
则隔离度L=43-（-70）=113dB。
接收信号的取得，主要是由两天线的后瓣增益和两天线间的距离决定，相隔越远隔离度越大。
如果两天线不等高，隔离度变小，应乘以两天线连线与水平线夹角的余弦值。
即L=113+10lgcos,比如=300则L=113+（-0.6）=112.4dB
如果两天线同杆，上下反向安装，隔离度较大，因为理论上推导出定向天线的垂直付瓣没有，实际上还是存在一点，比水平方向小很多，这样安装天线容易达到隔离度要求。
直放站有两个天线，对准基站的是施主天线，向覆盖区的是业务天线，两天线的安装要密切注意隔离问题、否则功率开不满。
直放站安装中两天线距离的估算。
假定：
直放站下行输出功率P0=43dBm两天线的前后比均为-25dB,反向等高安装，施主天线收基站信号是-50dBm（天线输出）
如下图所示：
施主天线
业务天线
Pi=-50dBm
Pi1=-65dBm
43dB
频谱仪
信号源
图（3）两天线隔离测试
Pi是施主天线在现场能收到的基站下行信号电平。
Pi1是直放站在信号源的馈入时达到43dBm通过天线的前后比，空间衰耗到达施主天线的信号，它应比有用信号小15dB，所以Pi1=-50-15=-65dBm
在上述给出的数据情况下可算出距离R值。
Pi1=43+前后比+LR+前后比=-65
则43-25-32.4-20lg960MHz-20lgR-25=-65
-20lgR=34
R=lg-1-34/20=19.9米
这是一个理想值，没有考虑地面反射，周围物体折射等环境影响。
理论值仅供参考。
两天线间有遮挡物更好。
13、放大链路中滤波器带宽的选择。
链路中滤波器是串联关系，即相乘的关系（对数运算中就是相加的关系），比如两个带宽完全相同的滤波器串联，其结果:
原来的-3dB带宽，就变成了-6dB带宽[（-3+（-3））。
串联后的-3dB带宽,显然变窄了.如果我们取综合结果，则每个滤波器都要比所要求的带宽要宽许多。
有时把其中一个滤波器的带宽设计成所需要的带宽，其余滤波器的带宽都比这个宽,相乘的结果取决于窄的.为什么要用多级滤波，主要是为了增加带外抑制。
14、传输信道中中频的选择
由于放大器（含混频器）的非线性，当输入多个频率分量的信号时，其输出除原有的分量外还会出现许多新的频率分量，如下图所示：
f1
mf1±
nf2
m,n=0,1,2,3……
f2
m=1,n=1是二阶组合分量，作为混频器，是需要的信号（中频）。
奇次阶产物，比如3，5阶能量最强，离信号也最近，不好滤除，如果该产物落入中频带内那将是一种同频干扰。
中频选择恰当，就能避开这种干扰。
因此，提出了中频选择问题。
1下变频三阶情况：
可以列出一些不等式，式中B1，Bi分别是射频和中频带宽。
2（fR±
B/2）-fL≠fi±
Bi/2
（1）
B/2）+fL≠fi±
Bi/2
（2）
fR±
B/2-2fL≠fi±
Bi/2（3）
B/2+2fL≠fi±
Bi/2（4）
低本振时fL=fR±
B/2-fi
解
（1）式,并将fL=fR±
B/2-fi代入
2fR±
B-fR±
B/2+fi≠fi±
Bi/2不成立
解
（2）式：
2fR±
B+fR±
B/2-fi≠fi±
Bi/2
fi≠3fR/2±
3B/4±
Bi/4
解（3）式：
B/2-2fR±
B+2fi≠fi±
Bi/2
fi≠fR±
3B/2±
Bi/2
解（4）式：
B/2+2fR±
B-2fi≠fi±
B/6±
Bi/6
2下变频五阶情况
B/2）-3fL≠fi±
Bi/2（5）
B/2）+3fL≠fi±
Bi/2（6）
3fL-2（fR±
B/2）≠fi±
Bi/2（7）
3fL+2（fR±
Bi/2（8）
解式（5）—（8）就可得出fi不可选取的范围，把这些不可选的中频值在频率轴上表示出来，就可在可选处选取中频频率值，当然要考虑中频的合理性、滤波器的通用性等.标准中频有465KHz、10.7MHz、70MHz、140MHz等,这些频率的滤波器容易买到.
3上变频的中频选择情况也可以用上述方法推出,不再一一赘述.
15、线性放大
△G
信号通过一个网络，最基本的要求是不能失真。
从时域上看就是波形（示波器观察）不能畸变，从频域（频谱仪观察）上看就是不能出现新的频率成份。
失真是绝对的，不失真是相对的。
必须有一个指标来表征线性度（不失真度）。
G
在模拟图像传输中用微分增益=的百分数来表示，用微分相位△的度数来表示。
在通信系统中用互调大小表示，特别在宽带多信道传输时，对互调要求就严格，主要是怕相互干扰，窄带选频系统要求不严格，尽管最后，通过合路器，双工器等无源器件合在一起，但无源器件的互调很小（-130dBc以下），不足以引起信道间的相互干扰。
要减小互调，首先要使放大器的工作在甲类状态（A类），信号的一个周期内全导通，即波形不失真。
有时把线性范围设计得很大。
实际工作在一个很小的范围内，这就是一般说的功率回退法，即选用P-1=30w的管子，使其输出0.5w或1w,显然是大材小用，效率极低，是不得已而为之。
还有一种是人们常说的预失真法。
顾名思义是使末级功放前的故意失真与后失真（功放失真）相综合，达到改善失真的目的，如下图所示。
P0
功放失真曲线
预失真曲线
综合曲线
图（4）预失真示意图
从图可见，综合曲线的线性范围扩展了。
预失真受温度影响比较大，不被人们所看重,逐渐被人们所淘汰。
还有一种前馈法或者叫互调抵消法。
如图（5）所示。
互调
功放
放大
相减器
（1）
相减器
（2）
小信号部份
图（5）前馈示意框图
从图（5）可见，小信号部份没有互调，经功放放大后出现了不小的互调产物，在相减器
（1）中有用信号被减掉，剩下互调产物，放大后在相减器
（2）中把互调产物对消了，只输出有用信号，互调指标可达到70dBc（20w功率下）。
国内华为组织了一帮人研究过，目前还没有大量上市，都因技术复杂，造价高而进展缓慢。
•
回过头来还说功率回退法。
如图（6）所示。
三阶失真曲线
IP3
P-1
1dB
图（6）P-1与IP3的示意
P-1是放大器1dB压缩点的功率，从此功率回退就逐渐进入线性区，在这个区域内功率下降1dB,互调减小2dB.
理论分析在P-1的互调是-24dBc,由于生产的不一致性和材料的差别，工程设计中取P-1的互调系数是-20dBc，有了这个值，就可以求出在某功率下达到所要求的互调值应选的P-1功率管，即P-1=P0+（IMD3-20）/2
P0=要求输出的功率（dBm）
IMD3是要求的互调（dBc）
20是P-1的互调系数（dBc）
2是功率回退系数（dB）.
如果手册中未给出P-1，但给出了IP3，则IP3（dBm）-10dB=P-1（dBm）.
功率回退法是目前普遍采用的方法，举列：
要制作一个2w（33dBm）的功放，IMD≥50dBc,求未级功放管的P-1
P-1=P0+（IMD3-20）/2
=33+（50-20）/2
=48dBm（63w）
可见大马拉小车，效率很低，大约4%左右，是不得已而为之。
16、射频传输线的反射系数与驻波
传输线都有特性阻抗，波导是300Ω，同轴传输线有50Ω和75Ω的，电视信号多用75Ω的传输线发送。
u反
传输线要与负载匹配，即电缆的特性阻抗要与负载阻抗相等，否则信号在线上形成驻波，是入射波与反射波叠加的结果。
反射越大，负载吸收的功率就越少。
如果是功放，功率被反射回来，集聚在功率管的漏极或集电极上发热就会把管子给烧毁。
u入
反射系数：
=
u反——反射电压
u入——入射电压
1+
=
u入（1+u入）
1-
u入-u反
u入+u反
波谷电压
波腹电压
驻波系数：
VSWR===
u入（1-u入）
电压
波腹
驻波
X馈线
波谷
X（馈线）
行波
无耗
有耗
当驻波1.5时，其反射系数=?
=1.5
1+=1.5-1.5
=0.2
用对数表示：
=20log0.2=-13.97（dB）
如果用功率反射系数表示：
2
u入2
u反2
==（）=2（V）
当VSWR=1.5时
（功率）=2（电压）=（0.2）2=0.04=4%（-13.97dB）
VSWR=2时
（功率）=11.1%（-9.5dB）
VSWR=1.2时
（功率）=0.8%（-20.9dB）
人们比较关心的还是功率反射系数，不同的电压驻波比有不同的反射系数，依照上述方法可以列出表来，一目了然。
驻波与反射系数对照表：
VSWR
（V）
（功率）
备注
%
dB
1.0
利用公式
VSWR=
导出
（功率）=2（V）
1.1
4.76
-26.44
0.2267
1.2
9.09
0.8264
-20.82
1.3
13.04
1.7013
-17.69
1.4
16.66
2.7777
-15.56
1.5
20.00
4.00
-13.98
1.7
25.92
6.72
-11.72
1.8
28.57
8.16
-10.88
1.9
31.03
9.63
-10.16
2.0
33.33
11.11
-9.54
2.5
42.85
18.36
-7.36
3.0
50.00
25.00
-6.02
3.5
55.55
30.86
-5.11
4.0
60.00
36.00
-4.44
4.5
63.64
40.49
-3.93
5.0
66.66
44.44
-3.52
17、光传输
射频信号调到光信号上通过光纤（光缆）传送到远处（20公里），再由光检测器（解调）还原成射频信号，达到射频信号传送的目的。
光纤传输的优点是：
1损耗小，光纤每公里损耗0.4dB比相同情况下的无线传输设备造价低。
2不受干扰，传输信号质量高。
3光纤一般走地沟，不走明线；
一方面可靠，另一方面不影响环境美观。
光纤一般分单模和多模，单模光谱纯，传送信号质量高。
光源就是激光器，现
在国内普遍使用两种波长的激光器，其一是1310nm和1550nm两种，相当于频率分别是22900GHz和19355GHz。
传送信号时，其电信号首先对激光器进行光强度调制（类似于无线电技术中的调幅），调制后的光强度变化代表了调制信号。
光纤远端把这种光强度变化检测出来（解调）就得到了原射频信号。
光纤两端的调制器和检测放大器称光端机。
在移动通信中的光端机都是双向的，即在每个光端机中都有调制器和解调器。
如果用单纤（一根）连接光端机传送信号的称波分复用光端机，即光纤中存在两个波长的光信号（用波长来区分上下行），如果用两根光纤连接光端机称非波分复用光端机，即1个波长的光信号走一根光纤，隔离度会好些但造价高，现在基本上都用波分复用模式，走一根光纤。
光信号在光纤中传输也有损耗，光信号损耗1dB,它所传送的电信号损耗2dB，如果光纤长度是20公里，从一端馈入0dBm的射频功率，其末端所得到的射频功率只有0-0.4×
20×
2=-16dBm,即光纤损耗16dB（20公里）.
一个光载频上可以调制多个电信号，基本上不受限制，其输入电信号的幅度可达10dBm，最佳值是0dBm左右。
光端机中激光器输出光功率一般在0-5dBm，低于-5dBm告警。
接收光功率可达+5dBm，最小接收光功率一般在-10dBm左右，低于此值便告警，不等于不工作，低于此值后输出信噪声会大一些，这个门槛的设置是人为的，可以按照不同的要求去设置，我们要求厂家设置在-12dBm左右。
光端机还有数据传输通道，采用的是FSK调制传输方式，可以利用它来实现光纤直放站的远程监控功能。
目前我们的远程监控功能仍然采取在直放站中用无线猫的方式完成的，尚未利用光模块中的FSK功能。
光模块必须成对使用，光模块的基本参数可用下表列出：
参数
数值
光波长
1310nm
1550nm
发光功率
0—5dBm
最小收光功率
-12dBm
输入电功率
0—10dBm
RF增益
0±
5dB
≤-60dBc@双音0dBm
隔离
≥60dB（上下行）
底噪
≤-135dBm
18、双工器
双工系指收、发两种功能，共用一副天线。
同时可收发的称全双工，分时收发的称半双工，完成这个功能的器件称双工器。
一般是异频双工，同频双工很难做，所以至今没有同频全双工体制的通信系统。
双工器由两个不同频率的腔体滤波器组成。
一般称公共端为ANT（天线端口），其余两端分别是TX（收端口）和RX（发端口）。
如下图所示。
RX
TX
ANT
≀≀≀
图（7）双工器示意图
其内部有两个不同频率的带通滤波器，它们由多级高Q谐振腔串联而成。
主要特点是低扦损，高抑制（带外），收发隔离一般在100dB左右，另外低驻波。
19、合路器
在室内覆盖系统中现在通信网越来越多，比如C网、GSM网、小灵通网、WLAN网、DCS1800网、WCDMA网（3G）、集群网、SCDMA网等，如果在一座大楼内各网单独自成系统，显然浪费很大，另外电缆纵横交错、天线星罗棋布，严重地影响建筑物的外形与内部的美观。
因此希望把多网合并成一网。
合并就是通过合路器来完成，合并后再分开也用合路器（反用）来完成。
图（8）合路器使用示意图
❍4
❍3
❍2
❍1
WLAN干放
Cn
D
合路器平台
PHS
干放
3G
G网
C网
C1
MCDMA
WLAN
GSM
CDMA
比如一个很大的一个公用场所，安装了多个基站，就可以把这些基站信号通过合路器合并在一起，通过一根电缆传送给室内安装的各个天线，将各基站信号辐射出去。
在传送过程中信号不够了，再用合路器（反用）将各个信号分开，分别放大后又通过合路器合并成一路再馈给各个天线。
当然上行信号原路返回基站。
如图（8）所示：
天线
图中：
C——————定向耦合器
D——————功分器
合路器
升级会员 