广东联通室内覆盖工程技术知识普及.doc
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1、广东联通室内覆盖工程技术知识普及读本中国联合网络通信有限公司广东省分公司移动网络建设部二零零九年八月1.室内分布系统简介室内分布系统是将信号源信号均匀地分布在建筑物内部的每个地方,以实现室内覆盖。这种方式可以彻底解决室内覆盖的问题,但设计较复杂,而且采用的结构不同成本亦不同。根据信号传输介质的不同,室内分布系统可分为电分布系统和光纤分布系统,根据使用器件的不同,室内电分布系统又可分为无源分布系统和有源分布系统。1.1电分布系统1.1.1分类电分布系统中,信号源通过馈线和功率分配器件将信号传输到各个室内发射天线进行覆盖,其中可根据信号衰减的程度增加干线放大器。除信号源外全由无源器件组成,未进行功
2、率放大的电分布系统为无源分布系统;使用了干线放大器等有源器件,在信号的传输中进行了信号的放大的电分布系统为有源分布系统。1.1.2无源分布系统1.1.2.1无源电分布系统的主要构成系统除信号源外主要由耦合器、功率分配器、合路器、室内天线、馈线等无源器件和电缆、天线组成。耦合器:是一种非等功率分配的功率分配器件,常见的有5 dB、6dB、10dB、15dB、20dB、30dB和40dB等多种耦合比的耦合器供选择。功率分配器:是等功率分配器件,常见的有2功分、3功分、4功分等品种;合路器:合路器有同频带合路器和双频带合路器两种;同频带合路器能将两个或以上的同频段信号合成一路信号输出;多频带合路器则
3、能将多个频段的多个发射和接收信号合路于同一根馈线、双频天线或宽频泄露同轴电缆;衰减器:用于衰减多余的信号强度,一般用于对输入信号强度有限制的室内型直放站、有源信号分布系统和室内光纤信号分布系统;负载:用于吸收无源器件上未使用端口的信号功率;普通电缆:用于连接系统中的不同功能构件,通常选用同轴电缆;泄露电缆:由同轴电缆上分装多路天线演变出来的连续天线,兼有普通电缆和天线的作用;天线:室内分布系统中采用的天线常见的有全向和定向天线两种,与室外基站使用的天线相比,一般具有增益低、体积小、易安装的特点。在需要兼容GSM1800 网络时可采用对数周期天线,增益特性曲线在900Mhz和1800MHz具有两
4、个波峰。1.1.2.2无源电分布系统的工作方式无源电分布系统主要是以最合适的方式提取信号源,通过耦合器、功分器等无源器件进行分路,经由馈线将信号尽可能均匀地分配到每一付分散安装在建筑物各个区域的低功率天线上,从而实现室内信号的均匀分布,解决室内信号覆盖的问题。也可以提取信源,通过耦合器、功分器等无源器件进行分路后,送入泄露电缆中,在信号传输过程中,将信号均匀的分布在所经过的区域。这种方式主要适用于地铁及隧道等狭长且有弯道的通道型室内区域。1.1.2.3无源电分布系统的特点无源天馈分布系统主要有以下特点:故障率低:由于系统主要由一系列无源器件组成,几乎不存在器件的故障;频带宽:除提供900MHz
5、频段的无源器件外还可以提供1800MHz/900MHz的双频器件;系统容量大:无源电分布系统的容量主要由信号源的载频数决定。由于所有的无源器件均具有较高的功率容限,很容易组成大容量的室内分布系统,扩容也十分方便;信号分配十分灵活;投资少。由于系统中信号功率不经过放大,信号源提供的功率有限,同时考虑到上行信号的传播,无源室内分布系统的有效服务范围不可能无限大,有一定的限制,一般可以覆盖十几层楼,建筑面积在800010000平方米左右。1.1.3有源分布系统1.1.3.1有源电分布系统的主要构成由于电分布系统中使用了功率分配器、耦合器、合路器和馈线进行射频信号的分配与传输,对信号功率衰减较大,在服
6、务区域较大的情况下,为保证末端天线口的功率,在必要的位置需进行功率的放大,加装干线放大器,或使用有源天线、变频器等有源器件增加功率。有源电分布系统中增加的常见器件有:干线放大器:将输入的低功率信号选频放大后进行输出,主要用于补偿由于信号传输和分配而引起的功率衰耗;有源天线:接有电源,可对输入信号先进行放大再输出;有源集线器:连接到集中供电系统,将直接电压分配到有源分布系统中的各有源元器件,并进行必要的监控与调整。1.1.3.2有源电分布系统的工作方式有源电分布系统的工作方式与无源电分布方式基本一致,但在系统中的不同位置增加了有源器件,增加和补偿了射频信号的功率,可连接更多的天线,传送更远的距离
7、,进一步扩大了服务区域。由于干线放大器的加入会引起噪声,多级干线放大器级联会形成噪声的累积,影响系统质量,在设计中一般不采用串联干线放大器的方式。所以,采用干线放大器补偿功率的损耗是有限的,系统可达到的覆盖范围仍然受到功率和上行信号损耗的限制。1.1.3.3有源电分布系统的特点相比于无源电分布系统,有源电分布系统的服务范围大,但由于有源器件工作没有无源器件稳定,要维护的点多,系统维护麻烦,稳定性差,系统成本较高。同时,由于干线放大器一般都是带选放大的,在引入其他频段的信号源时须在干线放大器等节点增加支路分别放大,系统的兼容性较差。1.2 光纤分布系统由于电分布系统始终受到功率和上行信号损耗的限
8、制,服务区域有限,在服务的区域间隔距离远、需要覆盖的区域面积大的情况中,采用光纤室内分布系统较为有利。光纤室内分布系统在系统中引入光电转换器和光纤,信号先由电光转换器转换成光信号在光纤中传输到覆盖端,再通过光电转换器转换成电信号,经过放大后送进天线。由于光纤的传输损耗小,布线比同轴电缆方便,适合于远距离信号传输,适用于大型建筑物室内覆盖,但成本高。在实际的应用中,为节省成本,一般以电分布系统为主,在需要进行信号延伸时引入光纤系统组成混合室内分布系统,扩大和延长系统的服务范围。1.3信源的选用1.3.1信源的接入方式室内分布系统应通过一个特定的接口取得信号,即需要信源接入,信源接入主要有宏蜂窝基
9、站、微蜂窝基站直接接入或耦合和直放站空间耦合。直接接入:由基站直接将信号接入室内分布系统;直接耦合:从附近的基站收、发端口用耦合器或分路器获取一定比例的信号,接入室内分布系统。该方式适用于距离基站较近的分布系统或安装有专供室内分布系统接入的基站的情况。优点是接入或耦合的信号不会泄露到外界空间,避免了干扰,但采用直接耦合方式限制了系统信源的位置,采用专门的基站直接接入在室内话务较低时基站话务利用率低。且须考虑基站的频率配置,以避免站间的干扰。直放站空间耦合:利用直放站来选取合适的附近基站小区信号。直放站的施主天线耦合接收施主小区在空间的下行信号,同时向施主小区发射覆盖区用户的上行信号。优点是成本
10、低,耦合方式简易。但在复杂的空间无线环境中,耦合得到的施主小区信号噪声难以抑制,发射的上行信号可能会对别的小区造成干扰,影响系统的服务质量;如果室内话务量高,则会增加施主小区的负担,甚至造成阻塞。1.3.2 信源设备室内分布系统可选用宏蜂窝基站(含BBU+RRU)、微蜂窝基站、直放站等作为信源。宏蜂窝基站具有功率大的优点,对扩大覆盖范围较为有利,但投资较大,安装不便,需要的配套设施多,在室内分布系统服务区域内话务量不高的情况下会造成话务资源的浪费。微蜂窝基站相比于宏蜂窝基站安装便利,投资较小,但输出功率略小。在室内分布系统吸收的话务量未达到微蜂窝基站设计的话务量时仍会有话务资源的浪费。直放站安
11、装方便,投资最小,但有可能造成系统内与外界网络的干扰,同时在系统服务区域话务量较高时会增加施主基站小区的负担,而且在有源电分布系统中为避免多个放大器串联引起的质量下降,一般不再串联干线放大器,限制了系统的服务区域。室内分布系统在选择信号源时,主要应根据无线环境情况、要服务的区域的话务情况和所选室内分布系统类型确定。一般对较小的室内分布系统,在话务量较低时可选用直放站从周边小区耦合信号;对较大的室内分布系统,根据其可能达到的话务情况及安装条件选用微蜂窝或宏蜂窝基站作为信源。2.室内覆盖工程中器件介绍本节主要介绍室内覆盖工程主要使用到的器件。包括器件的外观、作用、种类、主要技术指标定义和范围等。2
12、.1功分器2.1.1功分器的作用是将功率信号平均地分成几份,给不同的覆盖区使用。 腔体二功分器照片 腔体三功分器照片2.1.2种类功分器一般有二功分、三功分和四功分3种。功分器从结构上分一般分为:微带和腔体2种。腔体功分器内部是一条直径由粗到细成多个阶梯递减的铜杆构成,从而实现阻抗的变换,二微带的则是几条微带线和几个电阻组成,从而实现阻抗变换。2.1.3主要指标包括分配损耗、插入损耗、隔离度、输入输出驻波比、功率容限、频率范围和带内平坦度、输入阻抗。以下对各项指标进行说明:分配损耗:指的是信号功率经过理想功率分配以后和原输入信号相比所减小的量。 此值是理论值,比如二功分是3dB,三功分是8dB
13、,四功分是6dB。(注:因功分器输出端阻抗不同,应使用端口阻抗匹配的网络分析仪能够测得与理论值接近的分配损耗)耦合器和三功分器图示分配损耗的理论计算方法:如上图所示。比如有一个30dBm的信号,转换成毫瓦是1000毫瓦,将此信号通过理想3功分器分成3份的话,每份功率100033333毫瓦,将3333毫瓦转换成dBm10lg3333=.2dBm, 那么理想分配损耗输入信号输出功率30.2=8dB,同样可以算出2功分是3dB,4功分是6dB插入损耗:指的是信号功率通过实际功分器后输出的功率和原输入信号相比所减小的量再减去分配损耗的实际值,(也有的地方指的是信号功率通过实际功分器后输出的功率和原输入
14、信号相比所减小的量)。插入损耗的取值范围一般腔体是:1dB以下;微带的则根据二、三、四功分器不同而不同约为:42dB、53dB、74dB。插损的计算方法:通过网络分析仪可以测出输入端A到输出端B、C、D的损耗,假设3功分是.3dB,那么,插损实际损耗理论分配损耗.3dB-8dB=5dB.微带功分器的插损略大于腔体功分器,一般为5dB左右,腔体的一般为1dB左右。由于插损不能使用网络分析仪直接测出,所以一般都以整个路径上的损耗来表示(即分配损耗插损):5dB/.5dB/.5dB等来表示二/三/四功分器的插损。隔离度:指的是功分器输出各端口之间的隔离,通常也会根据二、三、四功分器不同而不同约为:1
15、822dB、1923dB、2025dB。隔离度可通过网络分析仪测,直接测出各个输出端口之间的损耗,如上图淡蓝色曲线所示,BC间,及 CD间的损耗。输入/输出驻波比:指的是输入/输出端口的匹配情况,由于腔体功分器的输出端口不是50欧姆,所以对于腔体功分器没有输出端口的驻波要求,输入端口要求则一般为:34 甚至有15的;微带功分器则每个端口都有要求,一般范围为输入:23 输出:34。功率容限:指的是可以在此功分器上长期(不损坏的)通过的最大工作功率容限,一般微带功分器为:3070W平均功率,腔体的则为:100500W平均功率。频率范围:一般标称都是写8002200MHz,实际上要求的频段是:824
16、960MHz加上17102200MHz,中间频段不可用。有些功分器还存在8002000MHz和8002500MHz频段带内平坦度:指的是在整个可用频段内插损含分配损耗的最大值和最小值之间的差值,一般为:25dB。2.2耦合器耦合端2.2.1耦合器的作用将信号不均匀地分成2分(称为主干端和耦合端,也有的称为直通端和耦合端)输出端直通端(主干端)腔体耦合器照片2.2.2种类耦合器型号较多如5 dB、10 dB、15 dB、20 dB、25 dB、30 dB等。从结构上分一般分为:微带和腔体2种。腔体耦合器内部是2条金属杆,组成的一级耦合.微带耦合器内部是2条微带线,组成的一个类似于多级耦合的网络.
17、2.2.3主要指标耦合度、隔离度、方向性、插入损耗、输入输出驻波比、功率容限、频段范围、带内平坦度、输入阻抗。以下对各项指标进行说明:耦合度:信号功率经过耦合器,从耦合端口输出的功率和输入信号功率直接的差值。(一般都是理论值如:6dB、10dB、30dB等) 耦合器和三功分器图示耦合度的计算方法:如上图所示。是 信号功率 C-A 的值 比如输入信号A为30dBm 而耦合端输出信号C为24dBm 则耦合度C-A30-246dB,所以此耦合器为6dB耦合器。因为耦合度实际上没有这么理想,一般有个波动的范围,比如标称为6dB的耦合器,实际耦合度可能为:.5.5之间波动。隔离度:指的是输出端口和耦合端
18、口之间的隔离;一般此指标仅用于衡量微带耦合器。并且根据耦合度的不同而不同:如:510dB为1823dB,15dB为2025dB,20dB(含以上)为:2530dB;计算方法:如上图指的是图中的淡蓝色曲线上的损耗,使用网络分析仪将信号由B输入,测C处减小的量即为隔离度。方向性:指的是输出端口和耦合端口之间的隔离度的值再减去耦合度的值所得的值,由于微带的方向性随着耦合度的增加逐渐减小最后30dB以上基本没有方向性,所以微带耦合器没有此指标要求,腔体耦合器的方向性一般为:17002200MHz时:1719dB,824960MHz时:1822dB。计算方法:方向性隔离度耦合度例如6dB的隔离度是38d
19、B,耦合度实测是.5dB,则方向性隔离度耦合度38.5=35dB。耦合损耗:理想的耦合器输入信号为A,耦合一部分到B,则输出端口C必定就要有所减少。耦合器和功分器均为无源器件,在工作中不使用电源(即不消耗能源),没有功率补充,因为能量是守恒的,输入信号与多个输出信号之和相等(不计插入损耗)。计算方法是:首先将所以端口的“dBm”功率转换成“毫瓦”为单位表示,比如A输入端的功率原来是30dBm,转换成“毫瓦”是1000毫瓦,而耦合端的输出是.5dBm(先假设用的是6dB耦合器,并且6dB耦合器实际耦合度是.5dB),将.5dBm转换成毫瓦是:.23毫瓦。再假设此耦合器没有其它损耗,那么剩下的功率
20、应该是1000.23=6877毫瓦,全部由输出端输出。将6877毫瓦转换成“dBm”.349, 那么此耦合器的耦合损耗就等于输入端的功率(dBm)输出端的功率(dBm)30dBm.349dBm651dB这个值指的是耦合器没有额外损耗(器件损耗)的情况下的耦合损耗。插入损耗:指的是信号功率经过耦合器至输出端出来的信号功率减小的值再减去分配损耗的值所得的数值。一般插损对于微带耦合器则根据耦合度不同而不同,一般为:10dB以下的:355dB,10dB以上的:25dB。计算方法:由于实际上耦合器的内导体是有损耗的,如上图所示以6dB耦合器为例,在实际测试中假设输入A是:30dBm,耦合度实测是:.5d
21、B,输出端的理想值是.349dBm(根据实测的输入信号,和耦合度可以计算得出),再实测输出端的信号,假设是.849dBm,那么插损理论输出功率实测输出功率.349-.849=5dB;输入/输出驻波比:指的是输入/输出端口的匹配情况,各端口要求则一般为:24; 功率容限:指的是可以在此耦合器上长期(不损坏的)通过的最大工作功率容限,一般微带耦合器为:3070W平均功率,腔体的则为:100200W平均功率。频率范围:一般标称都是写8002200MHz,实际上要求的频段是:909960MHz加上17102200MHz,中间频段不可用。有些功分器还存在8002000MHz和8002500MHz频段带内
22、平坦度:指的是在整个可用频段耦合度的最大值和最小值之间的差值,微带一般为:52dB。腔体由于耦合度是一条曲线,所以没有此要求。1)微带耦合器平坦度: 10dB以下一般为5dB,1020dB一般为5dB,2030一般为0dB2)腔体耦合器的平坦度:由于腔体耦合器的耦合度是一条类似于抛物线的曲线,所以平坦度非常差.实际使用中表示起来比较困难可以参考下表:2.3 干线放大器2.3.1作用干线放大器简称干放。作用是在室内覆盖信号源功率不够的主干末端对信号功率进行放大,以满足覆盖的要求.2.3.2种类根据运用在不同的网络分为GSM和DCS干线放大器,其内部结构相同于直放站。根据不同的功率主要分为2W和5
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