GSM網(wǎng)絡(luò)室外直放站的設(shè)計(jì)

在GSM無線中由于各種原因的不可能達(dá)到完全的無縫隙覆蓋，在一些偏遠(yuǎn)的，處于盲區(qū)的廠礦采用室外直放站進(jìn)行覆蓋是一種快捷、的好辦法。室外直放站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括穩(wěn)定性設(shè)計(jì)和覆蓋設(shè)計(jì)兩個方面。

1．直放站的穩(wěn)定性

直放站實(shí)際上是一種特殊的放大器，在下行鏈路上，其輸入端就是放大器的上行天線接口，輸出端就是下行天線接口。在上行鏈路上恰與此相反。同時(shí)它又是一種上下行天線之間存在信號耦合的反饋放大器，根據(jù)放大器的穩(wěn)定性，要使放大器穩(wěn)定須滿足幅度平衡條件：AF＜1式中A為放大器的開環(huán)增益，F(xiàn)為放大器反饋系數(shù)，同時(shí)還要滿足反饋信號與輸入信號同相，這稱之為相位平衡條件。

dB，只要下行放大器穩(wěn)定就能保證整個直放站的穩(wěn)定，直放站的穩(wěn)定性分析實(shí)際上就是下行鏈路的穩(wěn)定性分析。由于無線信號的多徑傳播，直放站系統(tǒng)中的重發(fā)信號經(jīng)過反饋路徑總有某些信號分量與輸入信號同相，要使系統(tǒng)穩(wěn)定必須從幅度平衡條件考慮。將AF＝1表示為dB形式：

G－L=0或G＝L      （1）

G為放大器的開環(huán)增益即直放站主設(shè)備兩天線接口之間的增益，L為反饋路徑的損耗，信號從下行天線接口至上行天線接口之間的損耗。

一般情況下直放站的最大增益是固定的，它等于設(shè)備內(nèi)各放大環(huán)節(jié)最大增益之和。在實(shí)際中，設(shè)備并非工作于最大增益狀態(tài)，而是在滿足覆蓋要求的增益下運(yùn)行，稱之為工作增益（Gw）。

Gw=Po-Pi      （2）

其中Po為直放站的輸出功率（兩載頻設(shè)備一般在33dB左右）， Pi為設(shè)備輸入功率。

Po=Poa-Gtx     （3）
Pi=Pia+Grx  （4）

Gtx 、Grx分別為上行和下行天線的增益，Poa 、Pia分別為整個直放站系統(tǒng)（含天線）的輸出和輸入的信號功率。

根據(jù)以上關(guān)系，幅度平衡條件Gw－L<0，可表示為

Po-Pi<L，或Po-Pia- Grx <L     （5）

上式中L是直放站設(shè)備輸入口和輸出口之間的隔離度，即由收發(fā)信天線的增益和天線間的空間隔離兩部分組成，L=L空間- (Gtx +Grx)。

可見，直放站系統(tǒng)的穩(wěn)定性與直放站的輸入信號強(qiáng)度Pi，輸出信號強(qiáng)度Po，收發(fā)信天線隔離度L三個因素有直接關(guān)系，其中Po是已知的，L與收發(fā)信天線間的傳播環(huán)境和收發(fā)信天線的增益有關(guān)，Pi由基站到直放站間的傳播環(huán)境有關(guān)。

從式Po-Pi<L中看出在同樣的覆蓋（Po相同）要求下，上行天線處的信號（Pia）越弱所需的隔離度越大。同時(shí)（5）式也確定了要使直放站穩(wěn)定工作必須滿足的隔離度條件：L>Po-Pi

當(dāng)然，要使直放站系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行除要滿足Po-Pi<L外，還需要Pi大于直放站主機(jī)的靈敏度。（一般在-75dBm左右）。

2．收發(fā)信天線隔離度的估算

由上文可以看出上下行天線之間的隔離度對于整個系統(tǒng)的穩(wěn)定是至關(guān)重要的，在直放站勘測選址過程中需要對隔離度進(jìn)行正確的估算。天線之間的隔離是多方面因素共同作用的結(jié)果，主要包括：空間隔離和建筑物隔離。（下文的隔離度為信號從下行天線接口至上行天線接口之間的損耗）

2.1 空間隔離

空間隔離是指收發(fā)信天線間相距一定距離形成的空間損耗。可用下面半經(jīng)驗(yàn)的公式計(jì)算：

（1）    水平隔離度

Lhu=22+20lg(d/λ) +Dt（θ）+Dr（θ）- (Gtx +Grx)   （6）
Lh=31.5+20lgd+Dt（θ）+Dr（θ）- (Gtx +Grx)   （GSM900情況）

式中Dt、Dr為兩天線的水平方性向函數(shù)(水平方向圓圖)造成的損耗，具體數(shù)值可以在天線方向圖中查得，如右圖所示的方向圖中，在55。角時(shí)有3dB的附加損耗。當(dāng)上下行天線夾角為180。時(shí)，方向性損耗即為天線的前后比。

（2）    垂直隔離度

Lv=28+40lg(d/λ) +Dt（θ）+Dr（θ）- (Gtx +Grx)     （7）
Lv= 47.1+40lgd+Dt（θ）+Dr（θ）- (Gtx +Grx)    （GSM900情況）

在該式中，θ為天線的俯仰角。d為天線間距，Dt、Dr為兩天線的垂直方向性函數(shù)，與水平方向性函數(shù)類似。

（3） 傾斜隔離度

Ls=(Lv-Lh)(α/90)+Lh      （8）

式中α為兩天線在垂直面內(nèi)的夾角。

2.2 建筑物隔離

建筑物隔離是由于建筑物的阻擋造成信號衰落而形成隔離。這種隔離沒有較為奏效的，一般采用直接代入經(jīng)驗(yàn)值的方法。如一堵墻的隔離度為10~20dBm。