1、移动电话室内覆盖的方法与设计 随着移动通信的发展，要求提供更好的室内移动通信业务， 而此类场所由于其建筑原因，往往是覆盖盲区，特别是GSM 系统，其穿透能力比TACS系统更弱。因此，如何解决好室内覆盖，提高网络网络优化的一个 重点。,一、 室内覆盖作用室内覆盖问题从广义上来讲，不仅仅是对室内盲区的 改善，同时也应包括对室内移动通信话音质量、网络质量、 系统容量的改善。除了对诸如地下室，一、二层等屏蔽性 地方信号的引入外，同时也应对一些高层建筑物高层部分 因接收到来自多方向的杂乱不稳定信号而容易造成掉话、 断线、切换不成功等方面进行改善。对于高话务量的商务、 商贸中心，还应该解决室内话务及拥塞问
2、题。,总的来说，其作用主要有下列几个方面： 1）室内覆盖的改善对于扩大覆盖，提高接通率，减少弱信 号断线，提高网络指标，增加业务量有很大的帮助。 2）室内覆盖也作为一种扩容手段，在分担室外话务，增加 网络容量，使室内话务在室内吸收，减少同频干扰等方面起 很大作用。,二、 改善室内覆盖的方法改善室内覆盖可采用的方法非常多种，如： 1）一种是利用室外信号的穿透能呼去解决室内覆盖问题； 2）是采用室内分布天线方式。各种方式都有自己的优缺点，对于采用何种手段时， 应视具体情况而定，应综合考虑环境、话务量、干扰情况、 覆盖范围及要解决的主要矛盾等因素。,1、室外信号解决室内覆盖方式在存在室内盲区的地方附
3、近增设基站或直放站，利用电磁波透能力而达到解决室内覆盖问题，这种方式的优点是：便宜、快捷，不需要花很大的投资，工程工作量较少，不需要在建筑物中作任何布线，建设速度较快。,主要用于在一些网络还不是很完善的地方，一方面不但 解决了要求覆盖的室内问题，另一方面也解决了周围一 大片地方的话务和覆盖。但在网络比较完善，基站密集的 大城市，频率复用次数较多，增加基站需要对网络进行较 大的改动，而采用直放站，设备安装调测不好或设备指标 不合格，会对系统造成干扰或信噪比下降。,这种方式的缺点是：需要进行频率规划，有时甚至是 必须对网络进行全面频率调整。同时，并不是一种全面解 决的方法，对于大型建筑物的地下室，
4、采用金属玻璃幕墙 的建筑物，其室内可能有相当的地方依然是盲区，这种方 法在这里不作详细介绍。,2、室内分布天线系统方式室内覆盖方案与室外覆盖方案不同之处在于需要在室内 布线及安装天线（或泄漏电缆），即在建筑物里面需要覆 盖或解决话务的地方，安装一定数量的小型天线，每个天线 的EIRP电平较低，覆盖很小的范围（一般为几百平方米）， 使信号均匀地分布在建筑物的每一个角落，同时又尽可能减 少每副天线的覆盖重迭区。信号源（基站、微蜂窝、直放站） 直接引入至分布系统中，设计时一般信号不外泄到建筑物外 面，以避免引起过多的切换和同频干扰的产生。常风有以下 几种方式： （1）分布天线 （2）泄漏电缆 （3）
5、混合方式,（1）分布天线方式与传统单天线解决室内覆盖方式相比，分布天线的特点 在于“分布”，通过大量的低功率天线分散安装在建筑物里面， 全面解决室内覆盖的覆盖问题，而单天线如微蜂窝内置天线方 式，一般用于大会堂、体育馆等空旷的大型场所，天线可安装 于离人体较远的地方，室内阻挡不大，安装简单方便。对于大 型筑物，单天线方式只覆盖大型建筑物的一部分，达不到完全 覆盖，而分布天线方式可以做到。分布天线方式可分为：无源分布、有源分布、光纤分布。,1）无源天线分布方式如图一所示，信号源通过藕合器和功分器，尽可能地 平均分配到每一付天线，这是主要的使用方法。其特点是： 器件容易找到，同时造价较低，成本主要
6、为藕合器、功分 器和馈线。为克服馈线的损耗，一般采用较粗的馈线（主 干一般用7/8”或5/4”，馈线支路采用1/2”超软馈线），室内 施工因馈线的硬度和最小弯曲半径限制变得较为困难，距 离不能太远（最远的天线一般离基站在100米以内）。对于 距离太远或只是耦合基站的一部分信号，造成到达远端信号 很弱时，可采用线路放大器（BOOSTER）将信号放大后， 再经分布系统到达每一个天线。,无源分布系统最需要解决问题是如何减少传输中功率的 损耗及如何将功率合理得分配到每一个分布天线，因为功率每损耗3dB，就意味着减少一半的覆盖范围，这点与室外覆 盖有着很大的区别，室外覆盖更多地取决于基站的天线高度、 增
7、益及下倾。要将功率合理地分配到每一个分布天线取决于 器件的损耗和合理的设计，因此，耦合器、功分器、接头和 馈线等器件的选取显得非常重要。耦合器和功分器选取时应 考虑如下指标：（1）插入损耗，即器件本身的损耗越小越好 （如某些进口设备为小于0.05dB，国产设备一般为0.51dB左 右）以避免不必要的功率损耗。（2）驻波比，要求器件本身 的驻波比应小于1.2，对于双波段器件（GSM900和GSM1800）， 应小于1.3。带内平度，要求小于2dB。,（3）其它指标为：承接功率、接头（N头、SMA头等）、 阻抗（50）、体积及形状（应选取体积小、易于安装的器 件）。馈线及接头也尽量用损耗小的，以减
8、少功率的无效损 耗，下表常见馈线损耗，以供参考：,2)线路放大器由于成本上的原因一般为宽带放大器，使用时必须考 虑放大器的噪声系数、互调、带内平坦度、增益、输出功 率等指标，同时应避免线路放大器的多级串联而引起信噪 比的下降。线路放大器的引入除了设备本身的指标外，系 统的调测也非常重要，特别是各端口的电平值，当有两个 放大器串联时，更应特别注意输入与输出电平及噪声电平, 目前国外的一些厂家，将低噪声放大技术（LNA）及前馈 放大器技术应用到线路放大器中，生产出低噪声系数（2.5 dB）的大功率放大器（可达2载波时每载波输出功率为39 dBm）。,）增益：一般还需要太高的增益，在20dB-40d
9、B即可，由于线路放大器信号源较稳定，为保证信号源有较好的信噪比，线路放大器的输入端电平可以较高，一般在0dBm以上，因此不需要太高的增益；为保证线路放大器输入输出端电平合理，降低放大器的插入对系统的影响，要求上下行增益都应该现场可调，特别是上行，在合成端不同路由来的信号电平应基本一致，可调范围应较大。,线路放大器选取时应考虑如下主要指标： (1)增益：一般还需要太高的增益，在20dB-40dB即可，由 于线路放大器信号源较稳定，为保证信号源有较好的信噪 比，线路放大器的输入端电平可以较高，一般在0dBm以 上，因此不需要太高的增益；为保证线路放大器输入输出 端电平合理，降低放大器的插入对系统的
10、影响，要求上下 行增益都应该现场可调，特别是上行，在合成端不同路由 来的信号电平应基本一致，可调范围应较大。,(2)互调：对于带宽放大器，三阶互调是非常重要的指标，根据GSM11.26规定，要求带内互调小于-36dBm（9KHZ 1GHZ），-30dBm（1GHZ12.7GHZ）。正常情况下，我 们要求信号要比互调信号大45-60dBm以上。对于线性放大 器，也可用IP3（Third-Order Intercept Point）来衡量放大器 的线性指标，IP3是指：假设放大器在没有任何增益压缩的 情况下，当在输出端产生的三阶互调信号IM3的电平等于有 用信号Pout的电平时，这时的电平值称为I
11、P3out。IP3不能直 接测量，但可通过测试典型值计算IP3，即IP3=（3*Pout- IM3）/2。,(3)杂散：要求带外杂散小于-36dBm（9KHZ1GHZ）， -30dBm（1GHZ12.7GHZ）。(4)噪声系数：噪声系数是指放大器的输入噪声比与输出噪声比之比。噪声系数为放大器中的一个重要参数，特别是当系统中存在多级放大器串联时，更应考虑噪声的迭加及第一级放大器噪声对后级放大器的影响，这个问题将在下面加以详细介绍。由于线路放大器的增益低，因此，其噪声系数可比一般的直放站做得小，要求小于4dB，有些厂家可做到2.5dB。,(5)输出功率：对于直放站，在考虑衰落储备、噪声储备及 上下
12、行平衡后，其每载波输出功率有一定的限值，再增加 功率已经没有意义；然而，对于线路放大器，我们希望有 较大的输出功率，这是由于线路放大器功率的大小取决于 需要补偿的线路总损耗，同时室内覆盖取决于下行信号，,上下行增益的可调也为增大输出功率提供条件，一定的功 率储备可为以后扩容留点功率余量。在这里需要强调的是， 我们考核的输出功率应是在满足互调指标的前提条件下的 每载波有效输出功率，而不是放大器的可输出最大功率； 同时，宽带放大器的每载波功率与放大的载波数量有关。,因此，在选取放大器时，应将互调指标和容量与输出功率 结合起来考虑，一般的线路放大器输出功率应大于30dBm/2 载波。,(6)ALC：
13、放大器应具有上下行自动增益控制功能。,2.1.3有源天线分布方式：,为克服无源分布系统的馈线施工问题，目前有一些厂 家设计出一些分布系统，采用75同轴电缆或50低损耗 同轴电缆（直径一般为1/4”1/8”）作传输线，由于这些 同轴电缆的损耗较大（每百米在25-58dB），在天线端采用,在天线端采用一些小功率放大器作补偿，再经天线发射出去。 由于放大器功率小，一般在0-20dBm/载波之间，厂家设计时 经常将放大器和天线合为一体。同轴电缆过长时，厂家还提 供用于补偿线路和损耗的在线放大器，而线路分支时，也可 采用有源功分器，其结构图如图二所示。这种方式的特点是： 由于采用小同轴电缆，非常柔软，可
14、任意弯曲，施工非常方 便，同时，同轴电缆价格相对低廉，但缺点是有源天线的噪 声系数高，互调较大。且每付天线终端都必须提供电源（有 的厂家采用远供电源），不是很灵活，当传输距离长时，由 于多级放大补偿，互调和噪声问题在系统设计时必须认真计 算。成本比无源方式要高出一倍。,与无源分布系统相比，有源分布系统设计的关键不再是 功率的节省和分配，只要线路的损耗在远端放大器的补偿范 围内，就能保证其输出功率，因此，有源分布系统的设计要 点在天线的挂放位置、噪声及互调，其中多级串联噪声电平 的控制最为关键，系统能接入的天线数量也取决于它。有源 分布系统的设计要比无源分布系统简单，系统的质量更多地 与产品的性
15、能有关。,2.1.4光纤室内分布系统光纤分布系统是为克服因距离太长线路损耗过大时， 利用光纤传输时的低损耗（每百米约为0.2-0.5dB）特点 而设计的（如图三所示），对于光纤分布系统，一般采用 两根光芯，外加保护设施方式，形成直径比一般尾纤略粗 的小光缆，既利用了光纤尾纤的柔软性，同时，也克服了 尾纤的易断性，可适应一般的拉扯和变折，但无论如何， 在抗拉性上，光缆不如同轴电缆和馈线。其实，光纤分布 系统也可看成是有源分布的另一种形式。其特点是：施工 方便，不受距离限制，不受基站功率限制，但价格相对比 较昂贵。,光纤室内分布系统的设计比无源和有源分布系统简单 得多，主要为光纤路由及每一条光纤的
16、长度，因光纤不可能 象电缆一样现场切断，应事先设计好光纤长度；另外，由于 光纤系统经过多次光-电、电-光变换，系统噪声系数较高， 一般都超过10dB，因此系统设计时应考虑更多的噪声储备。,2.2泄漏电缆方式泄漏电缆主要用于遂道、地铁、长条型走廊等天线难以 发挥作用的地方，其覆盖范围一般为几米到几十米。泄漏电 缆既有信号传输作用，又有天线的功能，与常用同轴电缆不 同的是通过合适的电缆外导体开口，将信号沿电缆纵向地发 射及接收。泄漏电缆必须考虑的电气性能有：频率范围、电 缆的损耗、耦合损耗、反射系数等，其频率特性取决于两个 开口的距离，电缆纵向损耗及耦合损耗是室内覆盖系统要考 虑的最主要参数。,2
17、.2.1泄漏电缆的分类(1)分段开口式：电缆每隔一定距离在外导体预先开口，分 段的距离使耦合损耗与电缆的纵向损耗在某一频带内最小。 与其它结构的泄漏电缆相比，能够增加传输距离，其工作频 带内的耦合损耗与其它结构的泄漏电缆相比也不会有明显的 差距。有些厂家提供的泄漏电缆可随着电缆纵向损耗的增加 而增加开口数量即不断增加泄漏量，保证在离电缆一定的距 离，信号场强基本不变，但这种泄漏电缆需要根据实际情况 订做。分段开口式一般不用于室内覆盖。,(2)等距离开口式：电缆外导体预先等间隔开口，开口的间 隔与频段有关，这种方式使得耦合损耗在某一频段内保持 一致。在某些情况下，这种泄漏电缆的耦合衰减性能的稳
18、定性可明显地改善CDMA与视频的传输。(3)连续开口式：在低损耗的电缆的介质与外导体上连串相同的开口或开槽，工艺比以上两种简单，价格低廉，但纵向损耗相对较大。在室内覆盖系统中用得较多。,2.2.2如何计算泄漏电缆的覆盖 (1)泄漏电缆的耦合损耗：当用户与泄缆的距离小于2米 时，我们可认为泄漏损耗为厂家所提供的C50或C95，当 距离大于2米时，泄漏电缆的耦合损耗可按以下公式计算：Cd=（C50 or C95）+10log(d/2)Cd:为距离泄漏电缆d时的耦合损耗(Db)C50, C95:为50%或90%覆盖概率时的耦合损耗，是按照IEC-96标准，在距离电缆2米的地方测量。d：为移动用户与泄
19、漏电缆的最大距离（米）。,(2)覆盖计算：泄漏电缆的场强与一般天线的覆盖计算一样， 琐的只是将电波的自由空间损耗用耦合损耗代替。即手机 的接收场强为：Pr=Pin-Cd-Lf-Lq+GmPin：泄漏电缆的输入功率。Cd：泄漏电缆的泄漏损耗。Lf：泄漏电缆的电缆损耗，即用户所处位 置离泄漏电缆信号输入处的馈线长度每米损耗。Lq：室内阻挡损耗，具体取值参考下面覆 盖预测部分。Gm：手机的天线增益，一般为0dBI。,2.3混合分布方式混合分布方式是根据实际情况，综合无源分布、有源 分布、光纤分布和泄漏电缆分布方式等各种方式或其中的 一些组合，用于超大型室内分布，如机场、会展中心等， 一般来说，在离信
20、号源较近处，用无源分布；在离信号源 有一定距离或信号较弱时加线路放大器；在离信号源较远 或施工难度较大时，采用有源分布方式或用光纤分布方式； 对于长条形走廊、遂道、电梯等，采用泄漏电缆方式；力 求通过各种方式的合理组合，以达到最佳效果、最低造价、 最方便的施工方式。,三、室内覆盖系统的设计及要点室外网络设计的关键是频率规划及覆盖范围的设计， 而对于室内覆盖系统更主要的是如何选择合适分布系统及 天线安装位置。如何设计一个完整的室内覆盖系统呢？图 四给出进行室内覆盖设计的流程框图，对于不同的实际情 况会略有不同，在这里将会重点介绍如何选择信号及射频 系统的设计。,3.1了解要求覆盖的范围、目的及环
21、境：在进行设计之前， 我们必须对要求室内覆盖的地方进行调查和了解，确定需 要解决的主要矛盾是：话务拥塞、覆盖盲区还是信号不稳 定？覆盖的地方是商务中心、商场、写字楼、政府机关？ 有多大的话务量？是否需要考虑GSM1800和CDMA系统？ 要求覆盖的范围有多大？周围环境如何？施工布线走向及 路由？只有经过充分的调查后，才能确定信号源及采用何 种天线系统。而室内覆盖系统是一旦施工，就很难改变设 计方案。,3.2信号源的选取室内分布系统的信号源来源于基站（微蜂窝）或直放站 两种。设计时信号源的选取主要从以下几个方面加以考虑： 话务量 要求覆盖的范围 所处位置及对网络影 响程度 成本3.2.1直放站由
22、于直放站本身并没有增加信道资源，只是信号的延伸，故直放站一般用于低话务量的地方，覆盖范围也较小，只能作为补盲点用。如小型酒楼、停车场等地方。,使用直放站时还应注意以下问题：对于采用无线 接收方式的直放站，在设计时应与周围环境结合起来考虑 对于存在多次频率复用的市区中，应严格控制使用无线接 入方式，由于室外天线一般装在天顶，上行信号有可能被 多个基站接收到；而且直放站功率远远大于手机功率，手 机具有动态功率控制功能，随着基站的远近而自动调节发 射功率，而直放站一般没有这种功能，此时直放站的引入 会对网络造成同频干扰，造成C/I比下降，掉话率提高，影 响系统质量。设计时要充分计算上行增益及噪声电平
23、， 噪声及功率过强会影响基站的正常工作。对于宽带直放 站，设计时应注意随着载波（信道）的增加，每载波的功 率也会下降，基站扩容时原有的室内覆盖场强会发生变化，,设计时应留有一定的余量，对于选频直放站，基站调整或 扩容时，直放站也应相应的调整或扩容。3.2.2基站基站最好采用与室外网络同一厂家的设备，对于ERICSSON系统，可采用RBS2202、RBS2301、RBS2302等设备，基站功率在考虑上下行平衡后，一般设计在33-40dBm/载波，但考虑到室内覆盖更多地取决于上下行信号强度，实际使用功率可大于设计功率。,3.2.2直放站与基站的比较,3.3室内分布系统的选择室内覆盖的方法及各种分布
24、系统的特点上面已经介绍， 这里主要介绍室内分布系统选择的原则：造价，尽可能采 用成本低的方式，同时必须保证系统质量。施工的难度， 尽度考虑施工比较容易实现，特别是馈线的施工。天线的 位置、数量和输出功率，在保证覆盖的同时用比较少的天线， 比较低的输出功率。考虑受制条件，综合采用各种分布系 统。,3.4射频系统的设计在这里主要介绍室内覆盖的上下行链路功率、如何确 定信号场强、噪声及一些小区参数的设置。 3.4.1上下行链路与室外宏蜂窝相比,室内小区的上下行功率在设计上有所不同,宏蜂窝的覆盖通常取决于上行链路的信号及其载噪比(C/N)，而室内小区的覆盖更多地取决于下行链路的功率强度或C/I和C/A
25、；我们可将室内覆盖分为两种情况，一种是室内存在信号，为解决话务或干扰，特别是建筑物的高层部分，受到来自宏蜂窝多方向的杂乱不稳定信号的干扰，因此需要更大的功率；另一种是完全没有信号的地方，由于没有,外边信号的干扰，上行信号的载噪比较高，只要能保证下 行信号达到一定强度（边缘强度），就能保证覆盖及通话 质量。综上所述，室内系统的设计应更注重于下行信号。 当然，对于系统存在放大器或有源分布，就必须考虑噪声 对系统的影响，如果我们分配专用的频率组用于室内系统 或采用多层小区结构（HCS）时，设计时会有所不同。在这 里我们主要讨论下行链路功率设计、边缘强度取定、干扰 等问题。,3.4.2边缘强度的取定边
26、缘强度主要取决于接收灵敏度、衰落储备及干扰储备。在室内覆盖系统中，多径传播现象比室外系统更突出， 特别是近场区，因此，在考虑快衰落储备时应有比较大的余 量，一般取1015dB左右，而慢衰储备在室内系统中一般不 去做太多的考虑，这是由于室内移动用户移动速度缓慢，覆 盖半径只有几十米左右，周围环境变化不大，在作覆盖预测 时已作为阻挡损耗计算体现在设计中。干扰储备的取定与周围环境及宏蜂窝的频率复用模式有关，在干扰特别情况下，C/N决定小区的覆盖，如：偏远的农村及大型建筑物的中间部分；,因此，我们将室内干扰分为三种情况考虑： A、低干扰情况：宏蜂窝采用4/12的频率复用模式，复用 次数不多，所处位置室
27、外覆盖较差，室内覆盖部分比周围 建筑物高度低，只有靠窗等地方能收到微弱的信号，且都 在-90dBm以下；或室内系统采用专用频率及多层小区优先 接入结构，干扰储备可取较小，一般取5dB以下。B、一般干扰情况：所处位置室外覆盖较好，但室内覆盖部分较差，和周围建筑物高度相差不多，有小部分地方能收到信号，但信号都较弱，在-85dBm以下；干扰储备可取510dB。,C、高干扰情况：宏蜂窝采用3/9或MRP的频率复用模式，复 用次数较多，所处位置室外覆盖较好，室内覆盖为解决高 话务或建筑物的高层部分受到来自宏蜂窝多方向的杂乱不 稳定信号的干扰，或比周围建筑物高，能收到外面信号但质 量较差；干扰储备可取10
28、dB以上。这时室内系统建议采用宏 蜂窝没有用的频率及多层小区结构（HCS），在小区等级、 接入电平及切换参数上设计时应加以注意。,另外，覆盖边缘场强的取定也与宏蜂窝的切换有关系， 当我们要求室内话务完全在室内吸收时，室内系统应不与 宏蜂窝切换或限制切换；当室内覆盖只是作为一种补充手 段时，应与宏蜂窝有正常切换；采用直放站做信号源时， 更与外部信号强度相关。当系统存在有源器件（即存在线 路放大器或有源、光纤分布系统）时，系统应考虑噪声储 备5-10dB，特别是光纤分布系统。综上所述，以手机的接收灵敏度为-102dBm计算，各种 情况下的覆盖边缘强度取定如下表：（以下数据仅供参考）,因此，我们在设
29、计室内系统时，应考虑不同的覆盖边 缘场强，对于靠近窗口或建筑物外围的地方，边缘场强要 求高一些，下行功率设计时要高一点，而对于建筑物中间， 可适当低一点；为此，室内覆盖的天线应尽量挂在靠外部 的地方，而不是建筑物中间。,3.4.2有源系统的噪声与上行功率在这里我们多次强调噪声问题，是因为在室内分布 系统中，系统的性能在很大程度上取决于干扰与噪声。在 引入放大器后，系统的噪声电平被提高，原本很好的上行 链路信噪比一下子变差。从已开通的系统来看，室内分布 系统出现质差掉话率高的原因大都是噪声没有抑制好。其 实，接收机的灵敏度理论上可以做到非常高。但考虑了噪 声以后，灵敏度就受到限制。而在通信系统中
30、，提高接收 机的灵敏度比增加发射机发射功率更为有效，特别是对于 上行链路来说。也就是说，在系统设计中，必须采取措施 降低噪声。只要系统设计得合理，噪声对系统的影响就可 降至合理水平。,（1） 噪声功率我们这里所讲的噪声指的是热噪声，通常我们认为放 大器输入端噪声功率Nin是信号源内阻Rs产生的热噪声，并 假定Rs的温度为290K（即17度）。此时Nin=Vin/4Rs=4KtinRsB/4Rs=KtinBK为波耳兹曼常数K=1.38*10J/KTin=290K为内阻Rs的绝对温度B为带宽,GSM信号为200KHZ 故Nin=1.38*10*290*200*10=8.004*10W=-121dB
31、m,(2)噪声系数大器噪声系数是指放大器输入端信号的信噪比Sin/Nin与 输出端信号的信噪比Sout/Nout之比值。即有：f=（Ain/Nin）/（Sout/Nout）用dB表示时为：Nf=10Log（f）。它表示信号通过放大器后信号信噪比变坏的程度。如果 放大器是理想无噪声网络，则f=1或Nf=0dB，信号与噪声得 到同样的放大。若放大器本身有噪声，则输出噪声功率等于 放大后的输入噪声功率和放大器本身的噪声功率之和。即经 放大器后的输出噪声为：Nout=Nin*G+Np=Nin*Nf*G 其中G为放大器增益，Np为放大器本身产生的噪声功率。 放大器产生的噪声为：Np,（3） 多级放大器的
32、噪声系数我们先考虑二级放大器的噪声：由于第二级放大器的 输入噪声电平即为第一级放大器的输出噪声： 即（Np）根据上面的结论我们可知，第二级放大器的噪声功率 由放大后的第一级放大器的输出噪声功率加上第二级放大 器本身产生的噪声功率Np2。 Np2 这样，第二级放大器输出噪声功率为： （Nout） 按照噪声系数的定义，二级放大器噪声系数为： （N,采用同样方法，可以得n级放大器的噪声系数： （N)由此可见，多级放大器的噪声系数取决于一、二级。 当出现多级放大器时，最关键的第一级不仅要求它噪声系 数低，而且要求增益尽可能大，但在室内分布系统中，由 于每级之间还接入其他用户，因此，应与纯放大器的多级
33、串联有不同的考虑，即应将所有用户状态综合起来考虑。,（4） 室内覆盖系统中应如何控制噪声电平为计算方便，我们假定系统的边缘场强Ss=-85dBm， 假设基站发射功率为Pbts=36dBm。每个天线的EIRP=10 dBm，手机最大发射功率为Pms=33dBm，则从基站到手机 全部耗损最大为：L=Pbts-Ss=121dB，上行信号到达基站接 收端信号为：Sbts=Pms-L=-88dBm。在这里以线路放大器为例：假设线路放大器的最大增益为40dB（可调），输出最大功率为Pa=33dBm/载波，放大器噪声系数为5dB，下行信号在放大器输入 端信号电平Pin=0dBm，则手机到达放大器前端信号电平
34、为：-85dBm，,放大器噪声输入电平Nin=-121dBm，经放大器后，信号强度为：Pout=-45dBm，噪声强度为：-121+40+8=-73dBm。如果让这么强的信号直接引入系统，原来信号会被噪声淹没。实际上放大器输出到BTS之间的馈线、功分器、耦合器等各种损耗为：P bts-Pin=36dB，这时系统噪声功率到达BTS接收端为：-73-36=-109dB/m，整个系统噪声被提高-109+121=12dB。放大器用户信号功率为：-45-36=-81dBm，而比不经放大器到达BTS的用户信号电平高7dB。为使从各个方面来的信号在Sbts时一致，即上行信号必须再衰减7dB。,这也正是我们在
35、线路放大器选择上所要求的上、下行增益 可在比较大范围内调节的原因。经调整增益系统噪声为-121+36+5-36=-116dB。整个系统的噪声电平被提高5dB，S/N=25dB，信噪比下降Nf。这也就是我们上面所介绍的 引入放大器后必须增加一定的噪声储备。由于线路放大器， 下行链路为保证放大器能达到最大输出而未到最大增益时，ALC功能已启动，因此，上行增益可以设置成G上 =（Pout-Pin）下行，也就是说放大器上、下行增益应一致。 在正常情况下，线路放大器应通过增益调节使下行功率达 到最大功率输出而不是利用ALC功能控制功率，ALC限幅 太大会引起波形的畸变。,为减少噪声对系统的影响，可将上行
36、增益下降5dB以上， 此时到达BTS的噪声电平为-121dB以下，但放大器覆盖的 用户到达BTS的信号会比无源系统用户信号弱5dB，信噪 比也下降Nf，若为保证信噪比不变，则必须提高放大器边 缘强度Ss覆盖变小。因此，对于线路放大器的选择应是低 噪声系数，如果Nf只有2.5dB，则以上问题都可以比较完 满解决。,对于多级放大器级联（如图五所示），按照上面所述 （Nf）in=Nf1+9Nf2-1）/G1+，我们以两级级联为例加 以说明。在这里，G1并不能认为是第一级放大器的增益。 因为在室内系统中，第一级和第二级中间存在馈线、功 分器、耦合器等器件。G1应为第二级信号输入电平与第 一级输入信号电
37、平之差。即G1=（Pa2）in-（Pa1）in，在 这里对上行链路进行讨论。（上行的第一级即为下行的未 级，以此类推）那么噪声电平有如下几种情况（假设 Nf1=Nf2=5dB）：,图五,(1) G10时，系统噪声取决于G1和NF1，噪声与NF2关系 不大。(2) G1=0时，Nout2Nin1=NF1+NF2+G2，噪声只与NF1、NF2有关。(3) G10dB 时，Nout2Nin1=NF10+NF2+G2，当G1NF1时，第一级噪声已降至-121 dBm，对第二级影响不大，系统与G1无关，系统引入噪声最小。（注意，噪声功率电平与噪声系数两个概念完全不同）但此时，信噪比下降最多。Pin1的信
38、号信噪比下降了NF1+NF2+|G1|。,我们反过来分析信号的情况。对于G10时，由Qin即 从第二级放大器直接引入的用户信号会比经过放大 后的弱。Qin的信号信噪比下降，共引入NF1+NF2的噪声。 即保证Pin1的信号，却牺牲了Qin的信噪比及信号强度。 若为保证Qin的信噪比与Pin1一致，则必须提高s，即减 少Qin的覆盖。对于第（）种情况，虽然Pin1与Qin信号 一致，信噪比一致，但每经过一次放大器，整个系统增加 个级噪声。而第（）种情况则与第（）种完全 相反，是Pin1信号变坏。,所以，当我们设计的系统对于每一个天线覆盖情况要求 一致时，采用第（）种方式，不同的环境采用不同的方式
39、 。但若级的很小，只有dB，则我们不妨取 ，此时Pin1与Qin的信号差只有dB，但 信噪比一致，不对下级产生噪声，整个系统信噪比都 得到保证。此时段的增益实际上就是电缆及功分器、耦合 器的损耗补偿，这也是我们再次强调要小的原因。其实，系统的噪声是必须控制在一定程度。以 sdBm计算，系统最多只有允许级线路放大 器。若系统存在失真，引入的放大器级数更小。,对于有源分布系统，情况与线路放大器相似，知识分 布系统的增益特别是有源天线，往往是不可调的。故系统 设计时均应将这些因素加以考虑。但由于有源天线在进入 下一级时一般不引入其他用户信号，即没有Qin信号，故有 源天线要求第一级增益高。而有源天线
40、的却难做得很 小。因此，在有源系统中与系统接入处上行信号要求加衰 减器，以降低噪声电平。在这里我们只对设备热噪声进行讨论，而实际上，在 系统中还存在各种各样的噪声，由于这些噪声都叠加在热 噪声上，在实际测试噪声电平时必须加以考虑，其对系统 的影响过程与热噪声一样。,3.4.4下行功率的取决在室内分布系统中，由于手机与接收天线的距离很近， 而且上行信号足够强，天线不需要分集接收；假设手机的 最大发射功率为，手机与基站考虑有d的灵敏度差， 按照上下行链路平衡计算，基站的最大发射功率应为 dBm；实际上，由于上行信号接收（天线）手机所受 的干扰程度不同，室内天线一般为吸顶安装或挂墙安装， 受建筑物的
41、阻挡，室外手机的上行信号到达室内天线的强 度比起室外基站的下行信号到达室内手机的信号强度弱得 多，上行信号不需要那么多的干扰储备，上行功率可适当 增加d，因此，基站的实际输出功率为,sdf+sq 其中：为 基站发射功率；s为边缘强度；d：从天线到室内手机 的空中信号衰减；f：从基站到天线的所有馈线损耗之 和；s：从基站到天线的所有功分器、耦合器损耗；q： 室内阻挡损耗，具体取值参考下面覆盖预测部分。当在计 算预测时，往往按照基站功率取3540dm计算，以保证 实际室内覆盖有更好的质量。对于有源系统，输出功率取决于功率放大器，由于输 入信号较强，一般下行信号没有达到最大增益时，放大器 的ALC已
42、经启控，而上行信号正常可达最大增益，系统变 成考虑如何控制上行功率。,分布系统中由于天线间的距离很近，每天线有效输 出功率（EIRP）太强会引起干扰和重叠区过大，太小时 系统的成本会增大，同时也考虑电磁波对人体的影响， 因此，最佳的每天线有效输出功率（EIRP）应在 1015dm之间。,3.4.5室内电磁波强度及安全标准根据我国国家标准GB917588环境电磁波卫生标准， 将环境电磁波容许辐射强度标准分为二级，一级标准为安全 区，指在该环境电磁波强度下长期居住、工作、生活的一切 人群，均不会受到任何有害影响的区域。第二级标准为中间 区，指在该环境电磁波强度下长期居住、工作、生活的一切 人群可能
43、引起潜在性不良反映的区域。对于300MHZ300GHZ 的微波，一级标准为：10uw/cm2，二级标准为: 40uw/cm2。 因此，对于酒店及写字楼应按一级标准设计，对于商场、商 贸中心，可按二级标准设计。,假设天线的是10dBm=10mw=10000uw。按一级标准计算：允许的功率密度为10uw/cm2，那么 能满足要求的最小距离为：10000uw/10uw/cm2=1000cm2=4d=d=8.93cm29cm2即在距离天线下方cm的地方可满足一级卫生标准。假设要求离天线20cm为安全区，则最大EIRP为：4d2=4*3.14*202=5024cm2EIRP=50240UW=50mw=1
44、7dBm这也是我们要求EIRP在10-15dBm的原因.当然对于商场、 飞机场等非长期居信地区，可按二级标准衡量，其EIRP也 不能超过23dBm。,在实际设计中，我们还必须将天线增益及载波总数一 起考虑。我们采用的吸顶天线为全向增益2Dbi，在 EIRP=10dBm时，其一级安全距离为11.3cm，若采用 907Dbi天线，在天线正前方最大功率处的一级安全距离为： 20cm，载波数多时，功率增大安全距离变小，所以天线应 挂于人体触摸不到的地方为佳。其实，我国的标准要求非常严格，美国及欧洲标准比 我们宽松得多。按照欧洲标准，在离天线1.3cm处已处于安 全区，即天线的保护外壳以外均能满足安全要
45、求，因此， 我们也不必去过多讨论这个问题。,下面为欧洲、美国及我国标准的对比：,3.4.5天线、馈线的选择及挂放位置和其他注意问题A、线的选择：由于室内覆盖分配到每付天线的功率 不会很大，选择天线应以小巧、美观、易安装，与周围 环境相配衬为原则。可选择帽状、杆状、钻石型、书本 状等小型天线。B、天线挂放位置以容易施工、离管进近，相对靠外 为原则。C、馈线选择时应以容易施工为原则，对于主干部分 ，由于可以在管井中布放或沿直线布放的地方，采用料 粗馈线，对于转弯较多的支线部分采用柔软型，线径也 不宜太粗。并且馈线布放时应尽量藏在天花中或藏在看 不见的地方。,B、 光纤应使用抗拉抗折光纤，因室内分布
46、系统施工环 境不会象电信机房那样的环境，布放过程会有穿墙穿天花 布放的可能。C、 应考虑为DCS1800及CDMA等系统的接入预留接口。D、 在设计小区参数时，室内接入电平要比室外站低，分 层为第一层优先接入。E、 根据ICE标准，室内覆盖电缆必须为防火电缆，由于 价格原因，我们常规使用阻燃电缆。,3.4.6安装调测及测试室内覆盖需要现场测试的项目及参考值如下：驻波比a、 从基站或微蜂窝信号引出处测试，前端未接任何有源器件或放大器，其驻波比要求小于1.3，若测试口至末端天线数量小于5付时，驻波比应小于1.4。若中间有放大器或有源器件，从放大器输入端处加一负载或天线，所有有源器件应改为负载或天线
47、。,a、 从管井主干电缆与分支电缆连接处，测至天线端的 驻波比应小于1.3，距离超过100米或所接天线超过10付时， 驻波比应小于1.25。b、从放大器输出端测试，至末端的驻波比，前端未接任何放大器或有源器件，其驻波比要求小于1.3；若从测试口分支计起，天线数量小于5付时，驻波比应小于1.4。c、 对于双波段器件及天线，其驻波比指标可相应增大0.1，但测试频率范围应为800-2000MHZ。,功率测试 a、基站、微蜂窝端口各载波输出功率。b、所有有源器件或放大器的输入输出端各载波功率。c、天线端输入功率（从人体安全辐射范围要求考虑，要求天线口功率小于15dBm）。 噪声电平 从基站接收端位置测
48、试，要求噪声电平均小于-100dBm。,放大器测试 a、频率（在放大器输入输出端测试，要求能收到所有 载波频率）。b、放大器使用频带（带宽3dB点）。c、带内平坦度（要求峰-峰值小于2dB）。d、要求带内所有互调均小于-36dBm。e、带外杂散波要求小于-30dBm。f、增益（实际增益、输入、输出口电平差）。g、ALC电平（要求在最大功率下、最大增益下测试，同时要求对波形畸变程度进行简单描述）。H、输入、输出端口功率。,光纤室内分布系统 a、输入系统功率。b、每天线端输入功率（要求小于10dBm）。c、光输入、输出功率。d、互调（带内小于-36dBm）。e、带外杂散小于-30dBm。f、平坦度
49、（要求峰-峰值小于2dB）。有源分布系统 a、输入系统功率。b、每天线口输入功率。,c、互调（带内小于-36dBm）。d、带外杂散小于-30dBm。e、平坦度（要求峰-峰值小于2dB）。 无源器件 a、插入损耗（每个功分器及耦合器插损）。b、馈线损耗（每条支路馈线损耗）。c、平坦度（要求峰-峰值小于2dB）。,四、覆盖预测 4.1覆盖预测由于室内分布系统发射天线到手机之间一般在几十米以内，室内覆盖电波的传播处于近场区，各种反射、折射、驻波场、装饰材料、建筑物内部结构及间隔等对室内场强分布有比较大的影响。设计时应充分考虑近场区电磁波传播特性及室内环境，不同的装饰材料对电磁场传播会有影响，同时也应
50、充分考虑不同隔墙的损耗，使得不出现盲区或阴影。世界上有许多人在研究室内覆盖预测模式，但目前还没有形成一种理论性和通用性较强或被大多数人公认的模式，对室内分布系统覆盖预测主要采 ,用两种方法。一种是：采用类光源射线分析法和成像分 析法，由于电波在近声区传播与光在空中传播有比较相 似之处，而对不同的建筑材料测出其类似于光材料的反 射率、折射率、吸收系数、穿透系数等，将拟挂天线位 置看作光源，将所有建筑材料看作光材料，可以计算出 各点的比较精确的场强，根据有关报道，在30米以外预 测误差只有0.3dB。由于这种模式很适合于计算机模拟 计算，吸引很多学者的研究，在94-96年度的IEEE杂志上 有发表过不少文章，但在工程应用上却比较困难。另一 种是统计模式，即对各种不同的室内环境进行多次测试，,
