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1、光纤直放站的工程技术设计分析本文发布时间:2001.12l 前 言 在移动通信迅速发展的今天,无论何种无线通信的覆盖区域都将产生弱信号区和盲区,而对一些偏远地区和用户数不多的盲区,要架设模拟或数字基站成本太高,基础设施也较复杂,为此提供一种成本低、架设简单,却具有小型基站功能的经济有效的设备直放站是很有必要的。用直放站可以扩大已建模拟和数字移动通信基站的覆盖范围,是解决盲区、边远地区移动通信的最经济有效的手段。但对于直放站工程设计、安装后的效果如何及稳定性怎样是用户最为关心的问题,本文以光纤直放站为例对这些问题进行分析和说明。 2 基本原理 光纤直放站的原理结构框图如图 1 所示。 光纤直放站
2、近端机的定向天线收到基站的下行信号(935MHz960MHz)送至近端主机,放大后送到光端机内进行电光转换,发射 155m 波长的光信号,再送到光波复用器,同原传输链路的光信号(波长 131m)合在一起经光缆传到远端;远端光波波分器将 131m 和155m 波长的光信号分开后,让 155m 波长的光信号输入光端机进行光电转换,还原成下行信号(935MHz960MHz),再经远端主机内部功放放大,由全向天线发射出去送给移动台。移动台的上行信号(890MHz915MHz)逆向送到基站,这样就完成了基站与移动台的信号联系,建立通话。 3 传输距离的分析 光纤直放站的核心部分是光端机,它的好坏影响直放
3、站的传输质量及可靠性,现在国内光端机质量已相当好,因此,光纤直放站的可靠性是不成问题的,下面对传输距离进行计算。 对 155m 波长的光端机,其已知条件是: 光功率输出为 0dBm;光接收灵敏度优于26dBm;光端机内射频信号具有自动增益控制 (AGC)20dB;光端机内电光及光电转换时电信号将损耗 10dB;光缆损耗035dBkm;活动连接器衰耗01dB;波分复用器的损耗03dB,系统光功率储备 7dB(为保证电信号的载噪比而设)。则对于 50km 远的光缆,就能计算光信号在传输系统中的衰耗为 L=光缆损耗+连接器损耗+波分复用器的损耗=03550+012+032183db。系统光功率余量=
4、光功率-系统衰耗-光接收门限OdB18.3dB(26)dB7.7dB,该值大于系统功率储备 7dB,由此可知光纤直放站的光信号可以传输 50km 远的距离,光电转换后的电信号还能满足直放站所需电信号载噪比的要求。 4 系统工程设计原理 我们知道在设计一个光纤直放站的覆盖区域时,需要掌握一个基本原则和三个相互制约的要素。 原则:设法使上行和下行信道的系统余量相等,从而保证上、下行信道的通信距离,话音质量和通信概率大体相同。 要素:覆盖半径,话音质量,通信概率(可靠性)。 除上述三要素外,还应考虑传播环境,地形地物特征,使用频段以及可利用的系统参数等因素,因此有以下设计方程。 SM=SG-SL (
5、1) SG=Pt+Gt+Gr-Pmin (2) SL=La+Lt+Lr (3) Pmin=Pr+d (4) 式中:SM:系统余量(dB) SG:系统增益(dB) SL:系统衰耗(dB) Pt:发射机输出功率(dBW) Gt:发射天线增益(dB) Gr: 门接收天线增益(dB) d:恶化量 Pmin:接收机输入端最低保护功率电平(dBm) La:实际路径衰耗中值(dB) Lt: 发射端附加衰耗(dB) Lr:接收端附加衰耗(dB) Pr:接收机的噪声门限电平 对于移动通信的电波传播,其衰落特性由下列已知公式及图 2图 5 来表征。 自由空间的传播衰耗: Lbs32.45+20lpD(km)+20
6、lgf(MHz) (5) 准平滑地形市区路径传播衰耗中值: LttLbs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f) (6) Am(f,d),Hb(hb,d),Hm(hm,f)为相应的修正因子,其中 An(f,d)为基本衰耗中值,Hb(hb,d)为基站天线高度增益因子,Hm(hm,f)为移动天线高度增益因子。 5 场强分析 针对某一个 8 信道的模拟基站,要覆盖 50km 远外一小镇(5km 覆盖半径),其地形为准平滑地形,则在此建一光纤直放站,其直放站所架天线位于 20m 高的房顶上一个 30m 的铁塔顶部,馈线选 SDY5022 的低损耗(0.05dBm)电缆 40m,要求保证 5
7、km 以上边缘通信概率为 50。 所建直放站可以确定为每信道输出功率为 1W(0dBW),发射全向天线增益为 10dB,移动台接收灵敏度(A)为110dBm(07V),保证 50的通信概率 则有:SM0,由(1)式得到: SGSL (7) 由于接收机输入功率电平 PrA101gR126 (8) 由已知条件可得:Pt1W0dBW,Gt10dB,Gr2dB,A07V,Lt156dB,Lr05dB,d6dB(查附图(2),R50 由(2)(4),(7),(8)式和已知条件可求得: SGPt+Gt+GrPmin152dBW (9) (9)式代入(3)式得到实际衰耗中值: LaSLLtLr14994dB
8、 (10) 查图 3 得: Am(f,d)Am(900MHz,5km)265dB (11) 查图 5 得: Hb(hb,d)Hb(50m,5km)105dB (12) 查图 4 得: Hm(hm,f)Hm(2m,900MHz)2dB (13) 由公式(5)、(6)及(11)、(12)、(13)得出,路径传播衰耗中值为: LttLbs+Am(900MHz,5km)Hb(50m,5km)Hm(2m,900MHz) 3245+20lgD+20lg900+397145+20lgD+20lg900 (14) 因 LaLtt,则由(10),(14)式可求出覆盖半径 D93km 因此,半径 93km 的覆盖范围可以满足边缘通信概率为 50盲区,如果地形更好的话,覆盖范围将更大。