WCDMA RNP 塔放应用指导书.docx

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WCDMARNP塔放应用指导书

华为技术有限公司

产品版本

密级

内部公开

产品名称:

WCDMARNP

共19页

WCDMARNP塔放应用指导书

（仅供内部使用）

拟制:

WCDMARNP

日期：

2003-12-10

审核:

日期：

审核:

日期：

批准:

日期：

华为技术有限公司

修订记录

日期

修订版本

描述

作者

2003-5-27

1.0

初稿完成

黄超

2003-12-10

1.1

将以前塔放噪声系数最大值修改为典型值，并修改塔放的应用原则

王德凯

1天馈系统介绍7

2塔放原理7

3噪声系数计算相关指标分析8

3.1塔放指标8

3.2NDDL指标8

3.3跳线损耗9

3.4NDDL到机顶馈缆损耗9

3.5避雷器插损9

3.6馈缆损耗9

4天线口噪声系数计算9

4.1无塔放噪声系数NF9

4.2有塔放噪声系数10

5塔放的影响11

5.1接收灵敏度11

5.2覆盖11

5.3容量13

5.3.1上行容量13

5.3.2下行容量14

5.4其它16

6应用建议16

6.1塔放应用建议16

6.2馈缆选用建议17

7附录17

参考资料清单19

表目录

表1塔放指标8

表2通道增益为38dB整数值时噪声系数改善表格10

表3通道增益为38dB整数值时半径和面积的变化表格12

表4小区半径不变时塔放的使用对下行容量的影响14

表5下行耦合损耗增大量15

表6塔放详细参数17

表7馈缆详细参数19

图目录

图1天馈系统示意图7

图2塔放组成框图8

图3使用塔放时不同馈缆长度对应的噪声系数11

图4使用塔放时不同馈缆长度对应的噪声系数改善量11

图5使用塔放后小区半径和面积随馈缆长度变化图13

图6小区半径不变时加塔放后下行容量变化曲线15

图7小区半径增大时加塔放后下行容量随馈线长度变化曲线16

塔放应用指导书

关键词：

天馈塔放馈缆接收灵敏度覆盖半径可靠性容量

摘要：

本文较详细论述了使用塔放的利弊，分析了相关指标，给出塔放是否使用的判断条件和建议,用以指导WCDMA建网配置。

塔放的核心为低噪声放大器，用于解决反向链路受限，从而提高上行覆盖性能。

本文首先介绍塔放所处的天馈系统，接着介绍塔放原理，进一步分析了塔放应用所涉及到的相关指标并从指标、可靠性及成本等方面总结了塔放应用的利弊，最后给出在何种情况选用塔放的建议.

1天馈系统介绍

天馈系统为空中电磁波信号进出NodeB的通道，它包括天线、塔放、馈线、跳线和避雷器等.其示意图如图1:

图1天馈系统示意图

其中塔放为三工塔放，目前我司此种规格的塔放共有2种型号：

REMECAirtech公司W20003A2和LGP公司TMA-DDUMTSFB，均为12dB增益，具体的信息参见附录表格。

有关高增益24dB塔放目前产品还不支持，以后补充。

其中馈缆配置分为7/8英寸的馈线和5/4英寸的馈线两种情况。

图1中所有的跳线的直径均为1/2英寸。

2塔放原理

塔放的组成框图如图2：

图2塔放组成框图

在塔顶放大器模块中，同时有发射通道和接收通道，发射通道由发射滤波器组成，接收通道由接收滤波器B、LNA（LNA正常工作时）或旁路（LNA不能正常工作时）和接收滤波器A组成。

RF发射信号和供给LNA的DC由BTS端口输入，其中，RF发射信号经过发射通道由ANT端口输出至天线，DC由BIASTEE的另一端口出来至LNA单元；从天线下来的接收信号由ANT端口输入，经过接收通道将接收信号放大，由BTS端口输出至NDDL。

3噪声系数计算相关指标分析

3.1塔放指标

表1塔放指标

指标要求

实测指标

典型值

噪声系数

常温：

≤1.6dB

全温：

≤2.0dB

Max

Min

1.6dB

1.3dB

1.45dB

按设计规格，塔放增益为12+/-1dB，典型情况下取12dB。

3.2NDDL指标

在NodeB的设计规格中，如使用塔放在各种馈缆损耗条件下维持塔放输入口到NDDL输出口之间的总增益在38

0.5dB范围内,

0.5dB的产生是由于NDDL的衰减是按1dB步进；如不使用塔放，则NDDL放大倍数固定为38dB。

下面列出使用塔放时的各器件的增益（损耗）值。

设馈缆损耗为X，当使用塔放时，NDDL增益从20dB~38dB可调（18dB变化范围）,因为：

塔放增益-馈缆损耗-馈缆到塔放跳线损耗-避雷器插损-避雷器到机顶跳线损耗-NDDL到机顶跳线损耗+NDDL放大倍数=38dB

为分析方便，上式中暂不考虑由于NDDL按1dB步进调整衰减值引起的从塔放到NDDL的整个通道增益的小数误差，结合前面的分析可推知NDDL增益为：

27.4+X

3.3跳线损耗

其中天线口到塔放跳线典型值：

1.5米

塔放到馈缆跳线典型值：

2.5米

无塔放时馈缆到天线口跳线的典型值：

2.5米

避雷器到机顶的跳线典型值：

1.5米

结合1/2英寸的衰减指标及为计算方便，塔放到机顶所有的1/2跳线总的损耗取0.8dB，塔放到天线口1/2跳线损耗取0.3dB

3.4NDDL到机顶馈缆损耗

按NodeB设计指标此值为0.4dB。

3.5避雷器插损

避雷器插损值为0.2dB。

3.6馈缆损耗

此处馈缆指图2中粗黑线段所示意的传输电缆。

对Andrew7/8英寸馈缆，损耗率按6.11dB/100m,如馈缆长度为L，则损耗值为L*6.11/100dB;对5/4英寸馈缆，损耗率按4.43dB/100m,则损耗值为L*4.43/100dB.

4天线口噪声系数计算

4.1无塔放噪声系数NF

为了便于说明是否需要使用塔放，这里噪声系数均指天线口处的噪声系数。

不使用塔放天线口噪声系数为：

NDDL的放大倍数为38dB时机顶口的噪声系数+馈缆损耗+所有跳线引起的损耗+避雷器插损

设从机顶到天线口处的所有馈缆、跳线损耗之和加上避雷器插损的损耗得到的总的损耗值为X，当不使用塔放时

NF=2.2+X

上式中2.2为当NDDL的放大倍数取38dB时机顶口的噪声系数。

4.2有塔放噪声系数

若使用塔放，当馈缆长度取值恰好能使塔放输入口到NDDL输出口的增益为38dB时，设NDDL放大倍数为A，参照前一节的链路增益分配中的各参数值，可推知此时机顶到天线口的馈缆的损耗为:

A–27.4

根据射频提供的指标,我们可得出此时有如下对应关系的表格：

表2通道增益为38dB整数值时噪声系数改善表格

NDDL放大倍数

馈缆损耗（dB）

0.6

1.6

2.6

3.6

4.6

使用塔放天线口噪声系数（dB）

2.3

2.4

2.5

2.7

2.9

不使用塔放天线口噪声系数（dB）

3.8

4.8

5.8

6.8

7.8

噪声系数改善（dB）

1.5

2.4

3.3

4.1

4.9

对应的7/8馈缆长度（m）

9.8

26.2

42.6

59.0

75.4

对应的5/4馈缆长度（m）

13.6

36.4

59.1

81.8

104.5

上表中馈缆损耗指图1中粗黑线段所示意的传输电缆;

根据NodeB产品设计要求说明书，对那些馈缆长度使得理论上的总增益无法取到38dB整数值时，通过在取NDDL衰减时采用四舍五入的办法，保持NDDL的放大倍数为整数。

此时为工程计算方便在使用塔放时天线口的噪声系数假设在上表中的特殊点之间随馈缆损耗呈线性变化。

图3使用塔放时不同馈缆长度对应的噪声系数

图4使用塔放时不同馈缆长度对应的噪声系数改善量

5塔放的影响

5.1接收灵敏度

NodeB上行在天线口处的接收灵敏度为：

SensitivityofReceiver（dBm）

=-174（dBm/Hz）+NF_Antconnector（dB）+10lg[1000*Rb（kHz）]+EbvsNorequired（dB）

从上式可知，增加塔放后随着噪声系数降低，NodeB上行接收灵敏度提高，其改善值等于噪声系数的改善值。

增加塔放后，虽然NodeB上行接收灵敏度可以提高，但是这样对于外界干扰更敏感，原来来自于其它系统的干扰影响比较小，现在可能会对系统性能造成影响，使得增加塔放后噪声系数的改善量没有前面分析的那么大。

在不存在外界干扰时，加塔放时接收机的噪声分别是-174dBm/Hz+10log（Rc）+NF加塔放，不加塔放时接收机的噪声是-174dBm/Hz+10log（Rc）+NF未加塔放，此时增加塔放后随着噪声系数降低，NodeB上行接收灵敏度提高，其改善值等于噪声系数的改善值。

当存在外界干扰时，加塔放时接收机的噪声分别是-174dBm/Hz+10log（Rc）+Interference+NF加塔放，不加塔放时接收机的噪声是-174dBm/Hz+10log（Rc）+Interference+NF未加塔放。

当外界干扰比较大时，加或者不加塔放接收机的噪声主要取决于外界干扰的大小，此时噪声系数的改善，对接收机噪声的影响非常小了。

5.2覆盖

小区的覆盖半径由最大路径损耗和传播模型决定。

小区边缘处的最大路径损耗：

PathLoss（dB）=[EiRP（dBm）–（SensitivityofReceiver（dBm）-GainofAntenna（dBi）+BodyLoss（dB）+InteferenceMargin（dB）-SHOGainoverfastfading（dB）+FastFadingMargin（dB））]-PenetrationLoss（dB）-SlowFadingMargin（dB）+SHOGainoverSlowFading（dB）

从上式可得出，NodeB上行接收灵敏度提高，意味着允许的上行最大路径损耗增加，其增加值就等于灵敏度的改善值，根据链路预算，允许的最大路径损耗增加意味着小区半径增大，小区的上行覆盖范围增大。

对COST231-HATA模型，其计算公式为：

PathLoss（dB）=46.3+33.9*log（f）-13.82*log（Hb）-a（Hm）+[44.9-6.55*log（Hb）]*log（d）+Cm

其中：

a（Hm）=[1.1*log（f）-0.7]*Hm-[1.56*log（f）-0.8]

Cm=0dBformediumsizedcityandsuburbancentreswithmoderatetreedensity

Cm=3dBformetropolitancentres

从上式可知，当频率f，移动台高度Hm、Cm一定时，设基站高度Hb=30m，则有：

PathLoss（dB）=35.22*log（d）+X

设基站高度Hb=50m，则有：

PathLoss（dB）=33.77*log（d）+X

式中X表示公式中其余项。

由上式，我们得到在馈缆损耗一定时，使用塔放后覆盖半径、面积增大比例与馈缆损耗关系表格。

表1通道增益为38dB整数值时半径和面积的变化表格

NDDL放大倍数

馈缆损耗（dB）

0.6

1.6

2.6

3.6

4.6

天线口噪声系数（dB）

2.3

2.4

2.5

2.7

2.9

不使用塔放天线口噪声系数（dB）

3.8

4.8

5.8

6.8

7.8

噪声系数改善（dB）

1.5

2.4

3.3

4.1

4.9

灵敏度改善（dB）

1.5

2.4

3.3

4.1

4.9

基站30m高半径增大百分比

10.3%

17.0%

24.1%

30.7%

37.8%

基站30m高面积增大百分比

21.7%

36.9%

53.9%

70.9%

89.8%

基站50m高半径增大百分比

10.8%

17.8%

25.2%

32.3%

39.7%

基站50m高面积增大百分比

22.7%

38.7%

56.8%

74.9%

95.1%

从上表可以看出使用塔放后，灵敏度改善1.5~4.9dB时，在站高30m时上行覆盖改善10.3%~37.8%，覆盖面积改善21.7%~89.8%；在站高50m时上行覆盖改善10.8%~39.7%，覆盖面积改善22.7%~95.1%。

图5使用塔放后小区半径和面积随馈缆长度变化图

此外，使用塔放后可以提高上行接收灵敏度，改善弱信号覆盖，降低掉话率，提高通话质量。

对大多数移动基站系统，通常其覆盖的问题是上行的问题。

安装塔放后，基站接收系统增加了12dB的增益，上行接收电平得到提高，也就改善了一些弱信号地区的覆盖问题。

使用塔放后降低手机输出功率，减少上行信号的干扰。

加装塔放的基站，由于其上行接收电平得到加强。

因此，所需的手机发射功率可以降低，这不仅为手机用户带来节省电池和减少辐射的好处，更重要的是它有效降低了上行链路的同频和邻频干扰。

加装塔放的基站由于有效覆盖范围扩大，因此，可节省移动网建设资金。

另一方面，由于塔放对上行链路电平和质量改善，不仅可以提高业务信道的通话质量，还可以提高信令信道的传输质量，从而提高接入、寻呼、位置更新、切换等控制消息的成功率。

换句话说，这可以提高无线资源的有效利用率，容纳更大的话务量，从而提高经济效益。

其对话务量的影响，是体现其经济效益的直接原因。

5.3容量

塔放对容量的影响从上行和下行两个方面来分析。

5.3.1上行容量

研究表明上行容量只与负荷、处理增益、Eb/N0以及邻区干扰有关，例如CS域上行的计算公式如下：

η:

为负荷

ƒ：

邻区干扰因子

对上行容量受限的小区，容量不受塔放使用与否的影响。

5.3.2下行容量

下行容量的计算公式较为复杂,经研究混合业务的下行容量可用下式计算：

，

；

其中γC:

表公共信道的功率配比值

γpu:

下行发端负荷

Avirtual:

虑拟业务的单用户负荷

θ：

非正交化因子

ƒ：

邻区干扰因子

PL1i对应小区平均耦合损耗，P1i为发射功率。

塔放的使用增加了耦合损耗，必然导致下行容量的下降。

设塔放带来的插损为0.7dB（下行发射滤波器0.4dB，跳线0.3dB），下行非正交化因子为0.4,邻区干扰因子为0.65，N0W代表热噪声功率。

假设增加塔放之前和之后均为下行容量受限，小半的实际覆盖半径保持不变，计算可得塔放带来下行容量下降为：

表1小区半径不变时塔放的使用对下行容量的影响

下行发端负荷

0.75

无塔放时耦合损耗（dB）

1301

135

140

145

150

有塔放时耦合损耗（dB）

130.7

135.7

140.7

145.7

150.7

下行非正交化因子

0.4

邻区干扰

0.65

使用塔放容量/未用塔放容量

0.997262

0.991673

0.976508

0.944612

0.902938

上表中数据为天线口功率为20W时的数据；从上表知塔放带来的容量的变化与耦合损耗密切相关,就是说与传播环境和小区半径相关。

图6小区半径不变时加塔放后下行容量变化曲线

假设无塔放时小区是上行覆盖受限，增加塔放后由于NodeB噪声系数的改善，使得小区半径增大，上行和下行覆盖均增大，可以近似认为下行耦合损耗的增大量等于上行耦合损耗的增大量加上塔放带来的插损为0.7dB。

此时假定仍未出现下行容量受限情况，并且下行非正交化因子为0.4保持不变。

表1下行耦合损耗增大量

NDDL放大倍数

馈缆损耗（dB）

0.6

1.6

2.6

3.6

4.6

天线口噪声系数（dB）

2.3

2.4

2.5

2.7

2.9

不使用塔放天线口噪声系数（dB）

3.8

4.8

5.8

6.8

7.8

噪声系数改善（dB）

1.5

2.4

3.3

4.1

4.9

下行耦合损耗增大量

2.2

3.1

4.0

4.8

5.6

图7小区半径增大时加塔放后下行容量随馈线长度变化曲线

注1：

上面计算中的130dB，135dB，140dB，145dB，150dB均指下行小区边缘耦合损耗，计算下行容量时使用下行小区的平均耦合损耗=下行小区边缘耦合损耗－6.3dB

从图6中可以看出，如果保持使用塔放前后的覆盖半径不变，使用塔放后对系统的下行容量影响比较小，下行边缘平均耦合损耗从130dB变化到150dB时，下行容量只损失0.3%~9.7%。

从图7中可以看出，如果使用塔放后覆盖半径增大，则下行耦合损耗等于上行耦合损耗的增大量加上塔放带来的插损为0.7dB，此时对系统的下行容量影响需要根据具体环境而定。

随着馈缆损耗从0.6到4.6dB的增加（7/8英寸馈缆长度从9.8m到75.4m；5/4英寸馈缆长度从13.6m到104.5m），在135dB下行边缘平均耦合损耗的环境下，下行容量损失减少2.3%~8.7%。

在140dB下行边缘平均耦合损耗的环境下，下行容量损失减少6.5%~21.8%。

在145dB下行边缘平均耦合损耗的环境下，下行容量损失减少15.2%~41.7%。

5.4其它

1．由于塔放的使用，允许天线与机柜的距离适当增加，降低了选址难度。

2．由于塔放的使用，增加了塔放成本。

但是扩大了基站的覆盖范围，节省了站点数目和机房费用。

3．降低了系统的可靠性。

塔放与NodeB串联，串联结构的故障率是各单元故障率的累加，串联结构的停机时间是各单元停机时间的累加。

6应用建议

根据前一节使用塔放后对覆盖和容量的分析，并充分考虑可维护性的需要,应用具体建议如下：

6.1塔放应用建议

当外界不存在干扰时：

1．在农村、郊区和公路等广覆盖的区域，在较长时期都会处于上行覆盖受限的情况下，而这些区域的下行容量一般不会受限，因此建议选用塔放；

2．在密集城区和城区环境中，根据规划如果系统下行容量未受限，则建议选用塔放，这样可以提高上行接收灵敏度，增大覆盖面积，改善弱信号覆盖，降低掉话率，提高通话质量，降低手机发射功率，减少上行干扰；

3．在密集城区和城区环境中，根据规划如果系统下行容量受限，加装塔放后可提高上行接收灵敏度，改善上行弱信号覆盖，降低掉话率，提高通话质量。

同时降低手机输出功率，减少上行信号的干扰。

虽然会影响下行容量，但影响比较小。

因此如果不考虑增加塔放的成本，建议选用塔放。

当存在外界干扰时：

加塔放时接收机的噪声分别是-174dBm/Hz+10log（Rc）+Interference+NF加塔放，不加塔放时接收机的噪声是-174dBm/Hz+10log（Rc）+Interference+NF未加塔放。

增加塔放后的改善量＝（-174dBm/Hz+10log（Rc）+Interference+NF未加塔放）-（-174dBm/Hz+10log（Rc）+Interference+NF加塔放）>XdB时，和不存在外界干扰情况下同样的分析，建议选用塔放。

例如，X=2dB，Rc＝3.84MHz，NF加塔放=2.5dB，NF未加塔放＝5.8dB，Interference=-105dBm/3.84MHz，则

（-108dBm/3.84MHz+5.8dB+（-105dBm/3.84MHz））-（-108dBm/3.84MHz+2.5dB+（-105dBm/3.84MHz）=1.86dB

因此在此情况下不使用塔放。

此外，在工作环境恶劣，导致如环境温度有时会超过塔放允许的工作范围时不使用塔放。

6.2馈缆选用建议

所需馈缆长度在50米以下建议选用7/8英寸馈缆；50米以上建议选5/4英寸馈缆。

主要是由于NDDL最大只支持6dB的损耗（包括馈线和跳线，插损等损耗）。

7遗留问题

如果网络建设前期是覆盖受限，后期是容量受限，这时需要根据采用何种建网方式进行分析。

1．采用一步到位建网方式，小区半径主要由后期容量决定，后期采用增加载频和功放来扩容，此时是否使用塔放的分析与前面的分析相同。

2．采用前期根据覆盖来建网，后期扩容采用小区分裂增加站点的方式，前期和后期小区的覆盖半径发生变化，是否采用需要根据实际情况进行分析。

8附录

NodeB目前选用的塔放详细参数如下表:

表1塔放详细参数

W20003A2

TMA-DDUMTSFB

REMECAirtech

LGP

ItemCode

FrequencyRange

2110-2170MHz

Bandwidth

60MHz

InsertionLoss

<=0.6dB

<=0.4dB

Ripple

+-0.2dB

ReturnLoss

>18dB

Tx-Rxrejection

>60dB

AverageOperatingPower

<46dBm

4*46dBmWCDMA

SignalPeakPower

<62dBm

GroupDelayDistortion

<20ns

<20ns（5MHzseg.）

FrequencyRange

1920-1980MHz

Bandwidth

60MHz

Gain

12dB+-0.9dB

Ripple

+-0.5dB

NoiseFigure

<=1.6dB（Roomtemp.）<=2.0dB（Fulltemp.）

<=1.8dB（Roomtemp.）<=2.0dB（Fulltemp.）

Output1dBCompression

>+7dBm

Input1dBCompression

-2dBm

OutputIP3

InputIP3

>10dBm

ReturnLoss

>18dB

By-PassLoss

<2.5dB（Roomtemp.）<3.0dB（Fulltemp.）

<2.0dB（Ro

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