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)用戶的增加，移動(dòng)用戶的活動(dòng)范圍越來越廣，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 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)

2、離基站，手機(jī)的上行信號(hào)如果不增強(qiáng)就無法解析。造成系 統(tǒng)上、下行覆蓋不平衡，后果便是單通、質(zhì)量差、掉話等。基站覆蓋延伸系統(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 53d

3、Bm/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 10dB。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+(F2 1)/G1+(F3 1)/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

4、于第一級(jí)的噪聲系數(shù) F1。塔放的原理就是通過在基站接收系統(tǒng)的前端，即緊靠接收天線下增加一個(gè)低 噪聲放大器來實(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。

5、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=PMS HRX+F+S RMMS=T R+S HTX所以： HRX=PMSMBTS+F+SRHTX=T R+S MMS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=PMS MBTS+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

6、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=NFTA+(Nfsys 1 )/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

7、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，為保證上行的通話質(zhì)量，接收 噪聲電平值要滿足以下要求：塔放增益GTA+ ( 121dBm )+NF Lc< 113dBm。 加裝塔放后系統(tǒng)噪聲系數(shù)NF約等于2dB。 一般情況下，Lew 4dB,所以塔放增益GW 10dB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

8、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;通過基站解調(diào)上行信號(hào)的最低載噪比 C/I=9 Nfbts=9 3.5=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

9、3.5dB 。下面我們來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= 106 Lc NKTB Nfbts=7.5dB>5.5dB兩個(gè)條件都滿足時(shí)天線口的最低電平值為P前=-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= 116 NKTB NF=3dB<5.5dB由于 C/I 不能達(dá)

10、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+（5.5 3）= 113.5dBm兩個(gè)條件都滿足時(shí)天線口的最低電平值為P后=-113.5dBm通過比較可以看出，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，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

11、，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)的問題探討 在實(shí)際的應(yīng)用中,無線信號(hào)的繞射、反射、和周圍無線環(huán)境的影響,下行信 號(hào)強(qiáng)于 94dBm 時(shí)對(duì)正常通信才具有保障。無形之中將手機(jī)的接收信號(hào)強(qiáng)度由 原來理論的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)來對(duì)上、 下行的平衡來做分析, 來探討

12、可能出現(xiàn)的問題及克服辦 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104dBm 101.5dBm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)的變化是和基站周圍的用戶分布相關(guān) 的。在Lc=4dB情況下，如果大部分用戶多分布在 B、C區(qū)域內(nèi)，覆蓋延伸系統(tǒng) 開通前基站掉話率較高， 開通后該指標(biāo)會(huì)大大改善。 相反如果用戶大多分布在 D、 E 區(qū)域內(nèi)，開通前用戶不能通話，不會(huì)對(duì)掉話指標(biāo)造成影響；但開通后，這些用 戶進(jìn)入了不可靠通話區(qū)域， 就會(huì)大大影響基站掉話率指標(biāo)。 通常的辦法是加