基塔放和智能天线在3G覆盖中的应用Word文件下载.docx
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图1-1：
2、基放的原理和指标
从图1-1可以知道基放是用在重发天线之前，对下行链路信号进行功率放大的一种双工超线性放大器。
其原理框图如下：
由BTS来的下行信号，直接送入功率放大单元，在功率放大单元内部经可调衰减器衰减，调整输入信号大小，送入功率放大模块放大后输出，经双工器滤波后，送给基站天线。
如果基站功率放大器工作在双工状态，则从基站天线接收的上行信号，经过双工器滤波后，直接送给基站。
在功率放大单元内部输入、输出都有射频同轴开关，受控制单元控制，作为功率放大模块出现故障、或停电时，旁路信号用，以保证基站正常工作。
功率放大模块采用Motorola的LDMOS大功率管放大，输出端采用隔离器隔离。
控制单元总共可以控制4路功率放大单元、12路塔顶放大器单元，采用高亮度的液晶显示屏，提供友好的人机界面。
控制单元可以提供无线Modem，实现远程监控；
也可以通过告警电平信号，接入基站监控接口。
GSM基放的指标如下：
序号
项目
指标
1
工作频段
联通：
954-960MHz，移动：
935-954MHz
2
最大输出功率/载波
100W、150W、200W三个等级，具体参见型号列表
3
载波数
100W、150W：
1-2个，200W：
1个，具体参见型号列表
4
功耗
最大400W/载波
5
增益
下行，11±
2dB；
上行，通路损耗<
0.5dB
6
增益调节范围
7.5dB，步进0.5dB
7
自动电平控制范围
≥3dB
8
旁路损耗
单双工：
≤1.5dB，双双工≤2dB
9
最大输入功率
30W
10
杂散辐射
≤－36dBm
9kHz-1GHz/100KHz
≤－30dBm
1GHz-12.75GHz/1MHz
≤－98dBm
825MHz-835MHz/100KHz
≤－47dBm
870MHz-880MHz/100KHz
1800MHz-1920MHz/100KHz
3.4GHz-3.52GHz/100KHz
885MHz-915MHz/100KHz
11
发射射频载波功率包络
符合GSM05.05技术规范（遵循YD/T883-1999标准要求）
12
输出调制频谱
13
瞬态切换频谱
14
RMS相位误差
≤20
15
互调衰减
≥70dBc，当在设备输出端有低于发送信号30dB的
干扰信号存在时
16
频率误差
≤0.01ppm
17
传输时延
≤100ns
18
带内波动
≤0.5dB
19
端口阻抗
50Ω
20
驻波比
≤1.3
21
MTBF
≥50000h
22
隔离度
≥90dB，双工方式时，设备本身TX/RX的隔离度
23
供电方式
交流220V：
170VAC～260VAC，或直流DC-48V：
-36VDC～-62VDC
24
工作温度范围
-15℃―+50℃
25
外形尺寸（mm）
600×
650×
1200（宽×
厚×
高）
26
整机重量
27
主要功能
故障/掉电旁路、温控冷却、功放保护、功率指示、电源指示、告警指示等监控协议，满足中国联通基站放大器协议标准监控软件，可远程升级，远程传输介质是
短消息的情况除外
3、塔放的原理和指标
从图3-1可知，塔放是放置在施主天线之后对施主天线接收的上行信号进行放大的放大器。
从本质上讲，它是一种低噪声放大器，对微弱信号进行第一级放大，满足后续放大器对输入信号信噪比的要求。
不同类型放大器的原理图如下：
双工单向塔放原理图：
单工塔放原理图：
双工双向塔放原理图：
以双工双向塔放为例说明塔放原理：
从基站来的下行信号，经双工器2后，送到大功率输入旁路开关，然后经输入功率衰减器处理后，送给下行功放，从下行功放输出的信号，经输出旁路开关，直接送给双工器1输出给天线。
在设备出现故障或断电时，输入、输出旁路开关将下行信号旁路。
输入旁路开关自带隔离器，可以防止双向塔放对基站的干扰。
从天线来的上行信号经双功器1后，经过上行低噪放后输出给双工器2，送给基站。
上行低噪放带有旁路功能。
功放模块由旁路单元和功率放大单元组成。
控制单元检测下行输入功率、功放输出功率、功放反射功率、功放工作电压、功放工作电流，功放工作温度等参量，并控制上行、下行增益，监测风扇是否正常。
控制单元提供无线Modem，实现远程监控
控制单元，采用高亮度的液晶显示屏，键盘操作，提供友好的本地人机界面。
塔放的信号旁路功能，当本机掉电或出现故障时可以为信号提供自动导通回路，以保证通信的畅通。
也可以手动切换到旁路状态，具体方法是关掉塔放的供电电源。
基放也对此也采取保护功能，当塔放供电电流小于60mA或者大于160mA的时候，基放自动停止对塔放的供电，塔放进入旁路通信状态。
塔放主要部件指标：
1、功率放大器技术指标
a．工作频段：
CDMA，870-880MHz；
GSM，930-960MHz
b．增益：
CDMA，16±
1dB；
GSM，17±
1dB
c．最大输出功率：
45dBm
d．端口阻抗：
e．端口驻波：
<
1.3
f．电源：
28V/8Amax
2、上行低噪放技术指标
SXTFLAND-C，825-835MHz；
SXTFLNAD-G，885-915MHz
b．最大输出功率：
-10dBm
c．IMD3：
-60dBc，-10dBm输出时
d．通路、旁路损耗：
0.4
e．端口阻抗：
f．端口驻波：
g．增益调节范围：
5dB，步近1dB
f．噪声系数：
0.9
g．电源：
10-15V
二、基塔放在2G中的应用
1、基放在2G网络中的应用
基站功率放大器在提高基站下行功率的基础上，配合上行塔顶放大器，改善基站覆盖范围及基站覆盖区域内的信号质量，使原有移动网络覆盖范围更广，信号质量更高。
安装基站功率放大器后可取得以下效果：
（1）扩大基站覆盖范围
在移动通信系统中，由于基站和移动台发射功率和接收灵敏度的差异，会造成上、下行功
率不平衡。
由于移动网络设计过程中一般以理论值作为基站建立的依据。
而实际使用过程中，考虑到地形环境的影响，很多基站并未达到设计初期的效果。
这就表现为在相邻基站中间位置经常出现通话质量降低、网络质量下降甚至无网络服务的现象。
如下图所示，红色虚线所示区域为一般基站理论覆盖范围，粉红色区域为实际覆盖区域。
基站功率放大器安装前基站覆盖范围：
安装基站功率放大器后，下行信号电平可以提高至51dBm，上行信号经塔顶放大器放大后增加12dB。
因此，将基站覆盖范围扩大，实现弱信号地区信号质量的改善，同时，使原有盲区范围变小甚至实现无盲区覆盖。
如下图所示，安装基站功率放大器后的基站覆盖范围已完全达到理论覆盖范围，实现相邻基站间的无缝连接，从而扩大基站覆盖范围。
（2）改善弱信号或无信号地区的信号强度
正如前面讨论的一样，在将移动基站下行功率放大至126W或200W同时提高上行电平增益后，根据空间电波传播损耗可知，实际覆盖区域得到扩大，弱信号地区的电平增强，基站附近盲区范围缩小，整体覆盖效果显著提高。
（3）降低掉话率，改善通话质量
随着下行电平提高，原有通话质量较差地区的下行电平得到改善，由下行信号较弱导致的掉话将会明显降低。
同时，由于上行塔顶放大器的安装，使由馈线引入的噪声降低，改善上行信号质量，在最大限度上改善整个网络的通话质量。
（4）降低手机发射功率，改善电磁环境
在基站覆盖区域内，相对于安装基站功率放大器之前与安装后的同一地点，手机发射功率由于受到上、下行电平改善的影响，手机发射电平降低。
因此，在安装基站功率放大器后，基站覆盖区域内由手机发射功率导致的电磁干扰就会随之降低，达到改善电磁环境的目的。
2、塔放在2G网络中的应用
加装塔放的基站除了具备上述加装基放的优点外，由于安装位置的不同，还有如下几方面的优势：
（1）技术优势
基站接收灵敏度的提高一直是一个困难的问题，这主要是由于基站接收系统的有源器件和射频导体中的电子热运动引起的热噪声。
如：
接收回路中的馈线、跳线和基站内的接收分路器、高频放大器等。
这些热噪声的引入，降低了系统接收的信噪比（S/N），从而限制了基站接收灵敏度的提高、降低了通话质量。
信号传输中的多级放大器原理有利于改善系统热噪声的影响。
对一个多级放大系统，它的系统噪声系数为：
F=F
（1）+[F
（2）-1]/[G
（1）]+[F（3）-1]/[G
（1）xG
（2）]＋…….
其中：
F（n）第n级电路噪声系数，数值表示。
G（n）第n级电路增益或损耗，数值表示。
从上述公式中可以看出，多级放大系统的噪声主要取决于第一级的噪声系数F1。
塔顶放大器的原理就是通过在基站接收系统的前端，即紧靠接收天线下增加一个低噪声放大器来实现对基站接收性能的改善。
假设：
F
（1）=F（TMA）=1.6（2dB）G
（1）=G（TMA）=16（12dB）
F
（2）=F（lineloss）=2（3dB）G
（2）=G（lineloss）=0.5（-3dB）
F（3）=F（BTS）=3.1（5dB）
F（system）=1.6+[2-1]/（16）+[3.1-1]/（16x0.5）=1.925（单位为数值）===>
NF（system）3dB
无塔放时系统噪声系数：
NF（system）=Loss+NF（receiver）=3dB+5dB=8dB
系统噪声系数改善=8dB-3dB=5dB
由此可见，系统噪声系数改善了5dB。
（2）组网的优势
从上面的分析中我们可以看出，加装塔放的基站，其覆盖区域内的手机发射功率降低，因此网络干扰也将减少。
我们知道网络干扰的减少意味着可以采用更高频率复用率方案对（GSM系统），提高系统容量。
从另一方面说，加装塔放后，基站有效覆盖面积增加，因此覆盖一定区域的基站数量可以减少。
在一个没加装塔放的基站中，要求天线输出功率为-104dbm，
加装塔放后，要求天线输出的功率为-109dBm。
网络性能改善了5dB。
上行链路决定覆盖范围，而上行链路覆盖范围受噪声限制。
无线覆盖范围最基本的形式是：
Pt×
Gt×
Gr×
c
Rn（n表示次幂）
Smin＝
Pt：
发射功率Gt：
发射天线增益Gr：
接受天线增益
c：
常数集合Rn（n表示次幂）：
范围函数
则：
或
令：
则：
保守估计：
n＝4，而使用塔放后，对接收天线输出信号功率有5db下降，5db＝0.31，则：
也就是说，使用塔放后，基站覆盖范围增加了33％。
（3）性能价格比的优势
在上面分析中，我们提到：
我们可以考虑，一个普通基站若灵敏度希望从-104dBm提高到-109dBm，将需要增加多少
费用。
进而可以设想，在有馈线和分、合路部件损耗的条件下，靠提高基站接收机灵敏度来提高系统灵敏度是事倍功半，有时是不可能的。
而加装塔放很容易做到这一点。
第二章3G概述
一、CDMA概述
全称宽带码分多址接入。
WCDMA主要起源于欧洲和日本，其标准化组织为1998年12月成立的3GPP（第三代伙伴项目）。
WCDMA标准可由GPRS（2.5代）平稳演进。
目前在全球已发放的125张3G牌照中，有117张是WCDMA牌照。
在我国，中国移动是最有可能采用该技术的电信营运商。
截至2004年6月份，全球已有24个国家的46个WCDMA网络投入商用。
2004年8月，全球用户突破1200万。
宽带CDMA进一步拓展了标准的CDMA概念，在一个相对更宽的频带上扩展信号，从而减少由多径和衰减带来的传播问题，具有更大的容量，可以根据不同的需要使用不同的带宽，具有较强的抗衰落能力与抗干扰能力，支持多路同步通话或数据传输，且兼容现有设备。
WCDMA的技术参数：
信道间隔
5MHZ
接入方式
单载波宽带直接序列扩频CDMA多址接入
双工方式
FDD
码片速率
3.84Mcps
基站同步方式
异步（不需GPS）同步为可选方式
帧长
10ms
调制方式
QPSK（前向），BPSK（后向）
切换
软切换，频间切换，与GSM间的切换
话音编码
自适应多速率
功率控制
内环，外环，速率1500hz
可变数据速率的支持
最高为2.048Mbps
业务特性
适应于对称业务如话音、交互式实时数据业务
二、TD-SCDMA概述
全称时分同步码分多址。
TD-SCDMA技术是我国大唐电信集团研发的、获得ITU接纳成为三大主流标准之一的3G标准。
TD-SCDMA采用了TDD双工模式，空分多址技术和码分多址接入方式。
该标准目前尚未商用，产业化联盟已形成，商用化进程正在加速。
该标准由SCDMA技术演进。
TD-SCDMA系统的的建设只需在已有的GSM网络上增加TD-SCDMA设备即可。
支持独立组网和混合组网。
TD-SCDMA在我国获得了155MHZ的频段。
TD-SCDMA的技术特色是TDD、智能天线、联合检测和上行同步技术。
这些技术的使得TD-SCDMA有如下四大技术优势：
1更高的频谱利用率和频谱灵活性。
2更大的系统容量。
3更低的设备成本。
4特别适合移动数据业务。
TD-SCDMA的技术参数：
1.6MHZ
时分同步＋CDMA多址接入
TDD
1.28Mcps
同步（主从同步，GPS）
内环，外环
尤其适应于不对称业务
三、CDMA2000概述
全称码分多址接入2000。
CDMA200源于美国高通公司的IS95-CDMA，其标准化组织是3GPP2。
该标准的演进路线是：
CDMA1X－1XEV-DO－1XEV-DV。
目前中国联通已在部分地区部署1XEV-DO。
在目前已发放的117张3G牌照中，有3张是CDMA2000牌照。
有1X过渡到EX-DO或EX-DV,不需要增加基站，只需软件升级和加插双模信道卡及增加部分功能。
在中国，中国联通是最有可能采用该标准的运营商。
CDMA1XEV-DO的技术特点：
前向链路
1将码分多址方式改为了时分多址方式。
在1XEV-DO系统的前向链路上，一个时刻只有一个用户在接受服务，不同用户在不同的时刻接受服务。
具体给哪个用户提供服务，由相应的调度算法来确定。
虽然改为时分多址，但是CDMA中的调制和扩频技术仍然保留，也就保留了CDMA抗多径干扰的特性。
2前向链路上由于每个时刻只有一个用户在接受服务，基站使用全部发射功率给该用户服务，1XEV-DO系统中的前向链路上不再采用功率控制，取而代之的是速率控制，以动态调整用户的数据速率。
3前向链路的业务信道，没有采用软切换技术，而是采用快速小区交换。
这是由于软切换要占用更多的系统资源。
快速小区交换实质上是一种类似于硬切换的技术。
但是在前向链路的控制信道上，仍然采用软切换技术。
反向链路
对于反向链路上的数据传输，本质上和CDMA20001X反向链路没有太大差别。
依然是码分多址方式，仍然采用软切换以及快速功率控制。
CDMA2000的技术参数
1.25MHZ
单载波直接序列扩频CDMA多址接入
1.2288Mcps
同步（需GPS）
20ms
软切换，频间切换，与IS-95B间的切换
可变速率
开环，闭环，速率800Hz
1X最高307Kbps，1XEV可支持2.4Mbps
适合于对称业务，如话音、交换式实时数据业务
四、3G信号传播模型
第三章基塔放在3G网络中的应用
一、3G基塔放的特点
由于3G系统在频率、带宽、双工模式上等方面与2G系统存在区别，因此3G基塔放在结构与原理上2G基塔放有不同之处。
1、TD-SCDMA基塔放的特点
TD-SCDMA采用时分双工模式，收发采用相同的频率。
它的这种特点表现在基塔放上就是基塔放不需要双工器来对上下行信号进行隔离，因此TD-SCDMA基塔放只能采用单工的方式，单独对上下行信号进行放大。
TD-SCDMA采用时分双工，收发同频，易于对其它3G系统噪声干扰，因为它的每个频率既可是上行也可是下行频率，这样会对别的3G系统无论是上行还是下行都会有干扰，不同于FDD系统上行只干扰下行。
它的这种特点表现在基塔放上就是TD－SCDMA基塔放杂散辐射和带外抑制指标要求很高，以免对WCDMA或CDMA2000系统造成很强的干扰。
TD-SCDMA的时分双工技术对同步要求很高，它在一对不同的时隙上传输上下行信号，移动台在相应的时隙上接收信号。
任何设备的加入对不可避免地对信号传输产生时延，影响基站与移动台之间的同步，因此TD-SCDMA基塔放要有更低的时延。
2、WCDMA、CDMA2000基塔放的特点
WCDMA和CDMA2000在技术有很多相似之处，比如说同为频分双工模式，同为直扩码分多址接入，现在基塔放上也有很多相似之处，因此可以一起来讨论。
在结构上，WCDMA/CDMA2000基塔放与2G基塔放没有多大区别，都具有单工和双工模式，都有上行低噪放和下行功放模块。
只是在滤波里带宽上WCDMA是3.84MHz，CDMA2000是1.23MHz。
在指标上，WCDMA基站无需同步（同步为可选方式），而CDMA2000基站需同步，因此在时延上CDMA2000要求更严格。
二、基塔放在3G网络中的应用
基塔放在2G中的可行性已得到了验证，它的主要功能是补偿馈线损耗和降低移动台的发射功率，从而改善上行覆盖。
在未来的3G网络中，由于3G的频段更高，百米长度的馈线损耗比2G要大（3db左右），所以馈线的补偿更加明显，另一方面，移动台发射功率的降低将减少上行干扰，所以相应地也能提高上行容量。
在3G网络建设初期，主要是考虑覆盖范围，后期网络优化考虑容量。
基塔放在2G中已经被证明在减少基站数量方面有贡献，从而降低了投资成本，因此在网络建设初期，基塔放的应用是可行的的。
3G技术以提供高速率的多媒体数据业务为其主要特征，多媒体数据业务在未来3G应用中将占重要比例。
根据香农公式C＝Blog（1＋S/N）,数据数率越高，其要求的信噪比越高，灵敏度越高，覆盖范围越小，所以在以数据业务为主的3G网络中，为提高覆盖范围，需使用基塔放。
下面将分别讨论3G基塔放在不同网络中的应用。
1、WCDMA基塔放在WCDMA网络中的应用
第四章智能天线技术
一、智能天线的产生
智能天线技术是TD-SCDMA的关键技术，也是现在天线技术的发展趋势。
可以这样说，智能天线是为了满足人们日益增长的通信容量需求，抗多径衰落，解决频谱资源紧张的问题而提出来的。
蜂窝移动通信能够使处于不同小区中的用户复用同一组频率，大大提高了频谱利用率和提高了系统容量，被称为蜂窝革命。
CDMA上下行采用一对不同的频率，所有用户共用频率，依靠所使用码字的正交性来区分不同的用户，在容量上比GSM有了提高。
TD-SCDMA除了码分多址接入外，还使用了空分多址，而智能天线正是空分多址的具体实现，使有限的频谱支持更多的用户，从而更进一步提高了容量和减少了对日益紧张的频谱资源的依赖。
智能天线在蜂窝移动通信中的优势和可行性得到了初步论证。
其基本思想是通过天线阵提取移动用户的空间方向信息，利用用户位置的不同，采用空域滤波来减少同信道干扰（Co-channelInterference,CCD），最终实现在同一信道（频段/时隙/码道）中发送和接收多个用户的信号而不发生相互干扰。
智能天线技术使通信资源不再局限于频率，是通信史上的又一个创新。
智能天线根据天线方向图形成的方式分为两种：
固定多波束天线和自适应天线。
它们的区别在于固定多波束天线的波束是固定的，用户根据情况选择最佳波束。
而自适应天线则根据给定的准则，自动调整波束，使主瓣对准来波方向，零陷对准干扰方向，得到最佳的输出信号。
二、智能天线的特点
1、固定多波束智能天线
固定多波束智能天线具有有限数目的、固定的、预定义的方向图，通过阵列天线技术在同一信道中利用多个波束同时给多个用户发送不同的信号，它从几个预定义的、固定波束中选择其一，检测信号强度，当移动台越过扇区时，从一个波束切换到另一个波束。
在特定的方向上提高灵敏度，从而提高通信容量和序量。
为保证固定多波束智能天线共享同一信道的各移动用户只接收到发给自己的信号而不发生串话，要求基站天线阵产生多个波束来分别照射不同用户，特别地，在每个波束中发送的信息不同而且要互不干扰。
每个波束的方向是固定的，并且其宽度随着天线阵元数而变化。
对于移动用户，基站选择不同的对应波束，使接收的
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