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問(wèn)題已開(kāi)啟 (普通問(wèn)題)

直放站為什么會(huì)帶來(lái)上行干擾和底噪抬升？

RT，各位，直放站具體是什么原因?qū)е铝朔聪蜴溌凡�，抬升了底噪呢�?/div>

提問(wèn)者: 瀕臨O滅絕提問(wèn)時(shí)間: 2012-12-17

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問(wèn)題答案 ( 8 )

有源設(shè)備，1、本身的噪聲 2、直放站上行增益

回答者： kayyongheng 回答時(shí)間：2012-12-17 15:28

直放站對(duì)WCDMA系統(tǒng)容量影響探討

2006/2/17/10:25 來(lái)源：通信世界作者：CharlesHuang
　　【導(dǎo)讀】直放站是在基站和移動(dòng)臺(tái)之間串入的一個(gè)模擬有源設(shè)備，噪聲積累效應(yīng)直接影響施主基站的覆蓋和容量。本文主要討論底噪抬升、鏈路EVM惡化和時(shí)延對(duì)容量的影響，給出了底噪抬升與容量的關(guān)系曲線。分析結(jié)果表明底噪抬升3dB將降低24%上行容量。

　　一、引言

　　直放站是在基站和移動(dòng)臺(tái)之間串入的一個(gè)模擬有源設(shè)備，噪聲積累效應(yīng)直接影響施主基站的覆蓋和容量。

　　當(dāng)直放站上行增益與上行鏈路損耗相等、噪聲系數(shù)與基站相等時(shí)，1個(gè)直放站將使施主基站底噪抬升3dB，影響施主基站的上行覆蓋范圍；由于宏基站的上行覆蓋先受限，因此需要降低施主基站底噪的抬升量，往往采用直放站上行增益低于上行鏈路損耗的措施來(lái)降低抬升量。

　　直放站對(duì)施主基站的容量也有影響。直放站和干放等模擬設(shè)備產(chǎn)生的噪聲是積累的，無(wú)法通過(guò)信號(hào)再生方法消除。因此，引入直放站將降低信號(hào)的信噪比（EVM惡化），降低系統(tǒng)的解調(diào)性能，直接降低WCDMA系統(tǒng)的容量。另外，直放站增加了傳輸時(shí)延和設(shè)備處理時(shí)延，對(duì)快速功控的收斂帶來(lái)一定的影響，也會(huì)直接導(dǎo)致施主基站的容量下降。由于直放站上行和下行均進(jìn)行放大，對(duì)雙向鏈路的容量均產(chǎn)生影響。

　　二、對(duì)上行容量的影響

　　在沒(méi)有周?chē)拘^(qū)干擾的條件下，CDMA系統(tǒng)單業(yè)務(wù)條件下單小區(qū)的上行容量表達(dá)式為：

　�。�1）

　　式中M表示CDMA系統(tǒng)的信道數(shù)（同時(shí)接入的最多用戶數(shù)），是業(yè)務(wù)的處理增益，是背景熱噪聲在通信帶內(nèi)（3.84MHz）的功率，是每個(gè)業(yè)務(wù)信號(hào)到達(dá)基站接收端的功率，是業(yè)務(wù)在一定業(yè)務(wù)質(zhì)量QoS（主要是誤塊率等）下，接收機(jī)解調(diào)所需的信噪比。

　　由公式（1）可見(jiàn)，CDMA系統(tǒng)上行容量取決于處理增益和系統(tǒng)性能（解調(diào)所需的）。

　　不考慮底噪影響時(shí)的容量表達(dá)式（時(shí)的極限或者極點(diǎn)容量）：

　�。�2）

　　CDMA是自干擾系統(tǒng)，自干擾引起功率攀升導(dǎo)致基站總接收噪聲（寬帶接收總功率RTWP，包括底噪和自干擾噪聲）上升，基站小區(qū)負(fù)荷提高，基站小區(qū)上行負(fù)荷公式：

　�。�3）

　　式中是小區(qū)上行負(fù)荷，是基站總接收噪聲上升量。

　　單業(yè)務(wù)上行容量模型不失一般性，結(jié)論可以作為依據(jù)。由于話音業(yè)務(wù)粒度小，比較容量變化誤差相對(duì)較小，下面將話音業(yè)務(wù)作為例子探討。

　　1．底噪抬升對(duì)上行容量和覆蓋的影響

　　從公式（3）可以看到，基站總接收噪聲上升3dB時(shí)，即，上行負(fù)荷已經(jīng)達(dá)到50％，上升6dB時(shí)達(dá)到75%。

　　從公式（1）可以看到，基站底噪抬升后對(duì)上行實(shí)際容量有影響。但底噪抬升對(duì)容量的影響與自干擾功率攀升對(duì)容量的影響是不同的。自干擾引起功率攀升是在功率控制機(jī)理下，比如一個(gè)新用戶接入增加了干擾，已經(jīng)接入的用戶為了滿足原來(lái)的QoS而增加功率，以克服新用戶接入的干擾，這是一個(gè)交替攀升的過(guò)程，理論和仿真結(jié)果證明，在功控收斂的條件下功率攀升不會(huì)無(wú)休止進(jìn)行下去，將達(dá)到一個(gè)新的平衡點(diǎn)。功控收斂條件與功控算法、無(wú)線環(huán)境和鏈路時(shí)延等有關(guān)。

　　底噪抬升3dB并不意味上行容量降低了50％。底噪抬升是指在背景熱噪聲基礎(chǔ)上，用戶不斷接入產(chǎn)生自干擾使基站寬帶接收總功率RTWP上升；底噪抬高后，RTWP更快接近最大限制值，即對(duì)容量有影響。下圖是底噪抬升與自干擾功率攀升示意圖：

圖1不同底噪的自干擾功率攀升示意圖
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　　底噪抬升直接降低上行接收靈敏度，上行覆蓋半徑直接縮小，覆蓋半徑縮小的百分比與傳播模型有關(guān)，室外傳播模型可以使用距離衰減系數(shù)3.53作為參考。

　　底噪抬升對(duì)上行覆蓋半徑縮小比例見(jiàn)下表1：

　　CDMA系統(tǒng)是一個(gè)自干擾系統(tǒng)，干擾增加即容量下降；信號(hào)本身就是干擾，增加發(fā)射功率意味著干擾增加，容量下降。

　　組網(wǎng)時(shí)必然存在多小區(qū)，干擾增加，組網(wǎng)后每個(gè)基站小區(qū)的容量比單小區(qū)容量下降，下降比例取決于干擾的增加量。

　　根據(jù)3GPP協(xié)議【3】，多運(yùn)營(yíng)商和多小區(qū)時(shí)干擾噪聲上升，將引起容量的損失，以容量下降前的容量作為比較基礎(chǔ)，則容量下降（損失）比例為：

　�。�4）

　　是單小區(qū)（或單運(yùn)營(yíng)商）的干擾，是多小區(qū)（或多運(yùn)營(yíng)商）的干擾。按照增加干擾的情況，由（4）式得：

　　（5）

　　式中為增加的干擾比例。

　　或者按照干擾增加的dB值計(jì)算得出容量的下降比例：

　�。�6）

　　根據(jù)參考文獻(xiàn)【6】、【7】結(jié)論，Qualcomm公司進(jìn)行的模擬實(shí)驗(yàn)表明，來(lái)自其它基站小區(qū)的干擾為基站收到的本小區(qū)內(nèi)部干擾的35%，組網(wǎng)后多小區(qū)容量比單小區(qū)容量下降，按照（5）式計(jì)算，相對(duì)下降前的容量，下降比例為：

　�。�7）

　　直放站引起基站底噪抬升，上行接收靈敏度降低，上行覆蓋半徑變小，在相同數(shù)量移動(dòng)臺(tái)的情況下，基站之間的干擾增加。這是因?yàn)槠渌鞠碌囊苿?dòng)臺(tái)在相同地點(diǎn)增加了發(fā)射功率，到達(dá)本基站形成干擾的增加，相當(dāng)于其它基站下移動(dòng)臺(tái)同發(fā)射功率的等效平均距離減小。

　　當(dāng)?shù)自胩齞B時(shí)，假設(shè)室外宏小區(qū)傳播模型的距離衰減系數(shù)＝3.53，則覆蓋半徑縮小比例為：

　�。�8）

　　同發(fā)射功率的等效平均距離減小導(dǎo)致干擾增加，其比例與（7）式相同。

　　比如底噪抬升3dB，靈敏度降低3dB，室外宏小區(qū)傳播模型的距離衰減系數(shù)＝3.53，則小區(qū)半徑縮小17.77%。從式（5）得周?chē)^(qū)對(duì)本小區(qū)的干擾引起容量降低比例為：

　�。�9）

　　可見(jiàn)，底噪抬升3dB增加的干擾導(dǎo)致上行容量下降15.1%。

　　2．EVM惡化對(duì)上行容量的影響

　　直放站、干放引入噪聲后，使調(diào)制信號(hào)信噪比惡化，用誤差矢量幅度（EVM）來(lái)衡量。根據(jù)3GPP協(xié)議規(guī)定【1】【2】，基站的EVM指標(biāo)是低于17.5%，直放站的EVM指標(biāo)要求好于12.5%。無(wú)論如何，引入直放站就增加了系統(tǒng)噪聲，在原來(lái)信號(hào)的基礎(chǔ)上附加了模糊度，影響了整個(gè)系統(tǒng)的EVM指標(biāo)，使解調(diào)時(shí)誤碼率BER（或者誤塊率BLER）上升，噪聲上升增加可以表示為【8】：

　　（10）

　　而經(jīng)過(guò)直放站后，信號(hào)的EVM可以按照一下公式計(jì)算：

　�。�11）

　　這樣，總的EVM值是21.5%，根據(jù)公式（10）得：

　　（12）

　　這樣，直放站引入后噪聲上升約0.20dB，降低容量為：

　　根據(jù)公式（6），，下降了4.5%。

　　或者根據(jù)公式（3），，下降了4.5%。

　　兩種途徑求得的結(jié)果相同，EVM惡化導(dǎo)致容量下降4.5%左右。若EVM惡化指標(biāo)小于協(xié)議規(guī)定的值，EVM導(dǎo)致容量降低的容量將減小，一般可以做到容量?jī)H降低3%左右。

　　3．引入時(shí)延對(duì)上行容量的影響

　　直放站和干放引入額外的時(shí)延，對(duì)1500Hz的功控環(huán)路產(chǎn)生遲滯效應(yīng)，造成功控收斂波動(dòng)大的問(wèn)題（中值仍然收斂于目標(biāo)值，但是方差大），實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在業(yè)務(wù)相同QoS（主要是誤塊率BLER等）下，基帶解調(diào)所需信噪比Eb/N0提高0.2dB左右，使用公式（2）或（3），所需信噪比提高而降低容量為：

　　根據(jù)公式（2）：，下降4.5%

　　根據(jù)公式（3）：，也可以得出相同的結(jié)論。

　　參考文獻(xiàn)【4】對(duì)非理想功率控制對(duì)容量的影響進(jìn)行了研究，經(jīng)過(guò)大量仿真和證明的結(jié)果，在非理想功率控制的標(biāo)準(zhǔn)偏差達(dá)到2.5dB時(shí)，對(duì)容量的降低接近1dB，即容量降低比例約為。

　　上述的3個(gè)因素均降低CDMA的上行容量，總降低量為3個(gè)降低量的總和。

　　三、對(duì)下行容量的影響

　　衡量基站下行容量比較困難，因?yàn)樵诨窘�，每個(gè)用戶所需的功率很小，輸出20W功率可以滿足超過(guò)256個(gè)用戶的需要，此時(shí)是下行碼道（信道）之間的非正交干擾受限和碼資源受限（最多256個(gè)話音碼道或7個(gè)384K碼道），不是功率受限，室外微基站就是這種典型情況。當(dāng)全部用戶在宏基站遠(yuǎn)處接入和通信時(shí)，每個(gè)用戶往往將最大限制的功率用完，20W功率最多只能接入10多個(gè)話音用戶，此時(shí)是功率受限，大區(qū)制宏基站覆蓋（比如覆蓋半徑大于10Km）系統(tǒng)就是這種典型情況，需要加大基站發(fā)射功率或者用直放站增加下行容量，在大區(qū)制宏基站覆蓋系統(tǒng)中直放站可以增加下行容量。

　　在城市環(huán)境，基站覆蓋半徑一般在5Km范圍內(nèi)，下行容量更偏向非正交干擾受限的情況，直放站主要作為補(bǔ)盲覆蓋，覆蓋區(qū)域?qū)嶋H話務(wù)量小，擴(kuò)大下行容量的效果不如大區(qū)制的明顯。

　　直放站引入后，將基站部分功率放大以擴(kuò)大覆蓋面積。但是，不會(huì)增加單位面積的容量（每平方公里的用戶數(shù)），只是彌補(bǔ)基站輸出功率的不足。

　　室內(nèi)覆蓋環(huán)境主要以單徑為主的微微小區(qū)特征，非正交干擾比較小，往往是碼資源受限。已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)。

　　直放站和干放是一個(gè)串入基站到移動(dòng)臺(tái)之間鏈路的模擬有源設(shè)備，是雙向進(jìn)行放大的，因此，對(duì)下行鏈路也產(chǎn)生影響。以下分幾個(gè)方面進(jìn)行闡述。

　　1．直放站增加下行功率從而增大下行容量

　　根據(jù)參考文獻(xiàn)【5】的結(jié)論，直放站上行噪聲系數(shù)要比基站大4～7dB，也就是說(shuō)，直放站的上行接收靈敏度要比基站差4～7dB，為了達(dá)到上、下行平衡，直放站的下行功率要比基站小4～7dB。

　　因此，總下行輸出功率＝基站輸出功率＋直放站輸出功率。

　　使用直放站后增加了下行功率，設(shè)直放站比基站功率低dB，則功率增加倍數(shù)為：

　　（13）

　　當(dāng)＝4～7dB時(shí)，根據(jù)（13）式，1.2～1.4倍，即下行容量增加20％～40％。

　　2．直放站惡化鏈路EVM指標(biāo)導(dǎo)致下行容量下降

　　直放站在下行鏈路中惡化信號(hào)的EVM，參考上行的EVM指標(biāo)，使移動(dòng)臺(tái)接收機(jī)解調(diào)所需要的信噪比提高，所需要的功率增加，同樣距離和業(yè)務(wù)質(zhì)量的情況下，增加了基站下行發(fā)射功率。

　　由鏈路中信號(hào)EVM惡化造成的功率增加與移動(dòng)臺(tái)到基站距離相關(guān)，但下行容量降低比例可以從提高值直接得到，提高0.2dB，根據(jù)（6）式，則容量下降比例。

　　3．直放站額外時(shí)延造成下行功控誤差的標(biāo)準(zhǔn)偏差增加，下行容量下降

　　根據(jù)A.J.維特比的結(jié)論【4】，非理想功率控制對(duì)容量有影響，在非理想功率控制的標(biāo)準(zhǔn)偏差達(dá)到2.5dB時(shí)，對(duì)容量的降低接近1dB，容量下降比例約為。

　　非理想功控使容量降低dB，根據(jù)（6）式容量下降比例為。

　　在由于無(wú)線環(huán)境變化等造成功控來(lái)不及補(bǔ)償衰落而出現(xiàn)誤差，使非理想功率控制的標(biāo)準(zhǔn)偏差達(dá)到5dB以上時(shí)，容量的降低達(dá)到2dB，容量下降比例為。

　　可見(jiàn)，當(dāng)鏈路時(shí)延增加時(shí)，功控更來(lái)不及補(bǔ)償快衰落，功控誤差將更大，非理想功率控制的標(biāo)準(zhǔn)偏差上升更多甚至不能收斂，導(dǎo)致下行容量急劇下降。

　　下行容量變化是以上3個(gè)結(jié)果的總和。

　　綜上所述，直放站引入后下行容量有不同程度的增加，只有當(dāng)額外時(shí)延使功控誤差標(biāo)準(zhǔn)偏差低于2.5dB時(shí)，即使采用輸出功率比基站輸出功率低7dB時(shí)下行容量仍然有所增加，若下行功控誤差標(biāo)準(zhǔn)偏差高于5dB時(shí)，直放站站將使下行容量下降。

　　若直放站時(shí)延、AGC（ALC）等因素使得下行快速功控誤差標(biāo)準(zhǔn)差很大，甚至超出穩(wěn)定的臨界狀態(tài)，以致下行功控不再收斂，此時(shí)下行容量將急劇下降。比如在某些特定條件下，直放站引入額外時(shí)延使功控不收斂，不斷增加鏈路發(fā)射功率，造成下行各條物理鏈路功率很快達(dá)到最大限制值，大大降低下行容量。在3G實(shí)驗(yàn)網(wǎng)中，對(duì)射頻直放站和光纖直放站的實(shí)驗(yàn)時(shí)曾經(jīng)發(fā)生過(guò)類似現(xiàn)象。

　　四、結(jié)束語(yǔ)

　　直放站引入后，造成施主基站底噪抬升，上行覆蓋半徑縮小，同時(shí)引起上行容量下降。在底噪抬升3dB的情況下上行容量降低約15％，EVM惡化和額外時(shí)延另外引起容量降低約9％，即綜合的上行容量總降低量約24％。

　　當(dāng)直放站輸出功率比基站低4～7dB時(shí)，下行容量增加15％～35％。只要額外時(shí)延使功控誤差的標(biāo)準(zhǔn)偏差低于2.5dB，下行容量仍然增加；若下行功控誤差的標(biāo)準(zhǔn)偏差大于5dB時(shí)，下行容量不增反減。當(dāng)直放站引入額外時(shí)延導(dǎo)致下行功控不收斂時(shí)，下行容量將急劇下降。功控不收斂是指超出基站和直放站組成的系統(tǒng)穩(wěn)定邊界條件的情況，需要進(jìn)一步研究，找出穩(wěn)定邊界條件和規(guī)律，以獲得足夠的系統(tǒng)穩(wěn)定裕量，避免整個(gè)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)容量大幅下降的情況。

　　直放站和干放的作用和特性類似，結(jié)論可以在干放場(chǎng)合下借鑒。直放站后串干放的情況將加大噪聲，更需要仔細(xì)分析各個(gè)方面的影響，在實(shí)際工程中采取相應(yīng)的、有效的措施。

回答者： lbblbblbb 回答時(shí)間：2012-12-17 19:44

樓上回答很好學(xué)習(xí)了

回答者：旋光回答時(shí)間：2012-12-18 09:32

引入直放站后基站接收端噪聲的變化
　　基站接收端接收到直放站的噪聲電平與直放站的上行增益有關(guān)，下面看一看直放站上行增益對(duì)基站輸入端噪聲的影響。先從無(wú)線直放站引出相關(guān)的計(jì)算，直放站輸出的噪聲功率Np'rep為直放站的熱噪聲N加上直放站的噪聲系數(shù)Nfrep再加上直放站的增益Grep,即：
　　Np'rep=10Lg[KTB]＋Nfrep＋Grep,
　　把從基站發(fā)射機(jī)至直放站的所有損耗計(jì)為路徑損耗Lp，則直放站產(chǎn)生，在基站接收端的噪聲電平Nprep為：
　　Nprep = Np'rep -Lp =10Lg[KTB]＋Nfrep＋Grep -Lp =-121＋Nfrep＋Grep-Lp (1)
　　引入直放站后，基站接收端的總噪聲(NP)total為基站底噪聲Nbts和直放站在基站接收端產(chǎn)生的噪聲Nrep的疊加，即：
　　(NP)total=10Lg[10Npbts+10Nprep]=NPbts+10Lg[1+10Nfrep-Nfbts+Grep-Lp]令10Lg[1+10Nfrep-Nfbts+Grep-Lp]= ΔNbts (2)
　　則： (NP)total =Npbts+ΔNbts
　　從以上推算可以看到，引入直放站以后，基站接收端的噪聲電平比無(wú)直放站時(shí)增加了ΔNbts，這個(gè)值為噪聲增量。噪聲增量與基站、直放站的噪聲系數(shù)、直放站的增益、基站發(fā)射機(jī)至直放站的路徑損耗有關(guān)。
　　根據(jù)公式（2）計(jì)算：當(dāng)Nfrep-Nfbts+Grep-Lp＝0時(shí)，基站接收端的噪聲增量ΔNbts為3dB；當(dāng)Nfrep-Nfbts+Grep-Lp＝－6時(shí)，基站接收端的噪聲增量為ΔNbts降為0.97 dB，也就是說(shuō)基站的靈敏度下降了0.97 dB。這時(shí)，可以認(rèn)為直放站引入基本上對(duì)基站的無(wú)影響。一般，基站噪聲系數(shù)Nfbts為2dB，那么，按公式(1)計(jì)算直放站在基站接收端產(chǎn)生的噪聲電平Nprep為－125dBm。
　　在工程實(shí)際中，基站和直放站的噪聲系數(shù)一定，噪聲增量主要受直放站增益和基站發(fā)射機(jī)至直放站的路徑損耗的影響�；驹肼曄禂�(shù)Nfbts為2dB，直放站噪聲系數(shù)Nfrep為4dB，那么，直放站的增益Grep應(yīng)比基站發(fā)射機(jī)至直放站的路徑損耗Lp小8dB，才能把基站接收端的噪聲增量控制在1dB以內(nèi)。

回答者： xhy1331 回答時(shí)間：2012-12-18 09:45

簡(jiǎn)單，直放站在放大有用信號(hào)的同時(shí)，也放大了無(wú)用信號(hào)，只要有信號(hào)經(jīng)過(guò)直放站，它都放大。

回答者： guoning0914 回答時(shí)間：2012-12-18 10:17

主要是直放站一般都帶有將信號(hào)功率加大的功能，這就使得不光有用信號(hào)的到放大，噪聲同樣被放大了。

回答者： robut84 回答時(shí)間：2012-12-18 12:38

一句話：干擾信號(hào)也被放大了，導(dǎo)致信源小區(qū)底噪增加。

回答者：風(fēng)之幽回答時(shí)間：2012-12-18 14:51

直放站是雙向放大器，一是把干擾也放大了，二是直放站技術(shù)問(wèn)題造成泄漏，隔離度做得不好，干擾了上行。三是有源設(shè)備的噪音

回答者： luo_2008 回答時(shí)間：2012-12-18 19:17

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