主頁（http://www.by236.com）：Motorola-Tetra數字集群系統光纖直放站設計方案 中海油信息科技有限公司 彭明超
一 概述1.1 地理環境1.1.1地理位置在廣東惠州大亞灣石化區由Motorola公司提供設備并建設的Tetra(EBTS硬件）數字集群系統主天線架高約40m，而系統主天線距離需要覆蓋的區域約有20KM距離。 1.1.2地理環境該覆蓋區域為馬鞭洲原油庫及該島附件區域，工作人員及過往行人，有一定的話務量同時對通話要求非常高，整個原油庫里面信號為盲區，很有必要對該原油庫以及該島附件區域信號環境進行改善。
1.2 當前無線環境1.2.1 EBTS集群當前信號情況：該地離基站約20KM，中間信號傳播路徑較遠，基站集群信號根本無法覆蓋到馬鞭洲原油庫區域，導致該區域用戶無法通話。 1.2.2 其他信號中國移動GSM信號為盲區 中國聯通GSM和CDMA信號為盲區。 中國電信PHS信號為盲區。 1.3 設計目標本次數字集群光纖直放站工程用以解決以下問題： 解決該覆蓋區域內信號無法打電話的問題，增強網絡的深度覆蓋，減少用戶的投訴，提升運營商的形象和收益。 1.4 覆蓋區域及覆蓋距離覆蓋區域：馬鞭洲原油庫區域 約0.15平方公里的區域。
二 設計依據2.1 項目依據及標準歐洲電信標淮協會(ETSI)制定的TETRA標準 中華人民共和國衛生部頒發“電磁環境衛生標準” 現場勘測資料 其他國標通信系統勘測及設計規范 2.2 設計技術指標2.2.1話務量用戶忙時的話務量為0.025Erl 2.2.2無線信道的呼損率取定話音信道（TCH）：呼損率低于2.0%；控制信道（SDCCH）：呼損率低于0.1% 2.2.3干擾保護比同頻干擾保護比：C/I≥12dB（不開跳頻）；C/I≥9dB（開跳頻） 鄰頻干擾保護比：200KHz：C/I≥-6dB；400KHz：C/I≥-38dB 2.2.4 無線覆蓋區內可接通率要求在無線覆蓋區內的95%位置，99%的時間移動臺可接入網絡 2.2.5無線覆蓋邊緣場強室內：不小于-85dBm；室外：不小于-93dBm 2.2.6 上行噪聲電平在基站接收端位置的收到的上行噪聲電平小于-120dBm 2.2.7 基站小區間切換覆蓋區域應與周圍各小區之間有良好的無間斷切換 2.2.8 通話質量覆蓋區域內誤碼率（RxQual）等級為3以下（不包含3）的地方占90%以上 2.2.9掉話率施主小區在設備安裝后比設備安裝前的掉話率增加的百分數不超過0.2個百分點，而且安裝后的施主基站的掉話率不超過2%
三設計思路3.1施主小區的選取考慮到本工程覆蓋范圍的具體性，根據需求，擬建一套數字集群光纖直放站（SGR-R341HT/HF-10）系統進行有線轉發的室外分布系統對上述區域進行覆蓋。 3.2天線的選取覆蓋天線：由于考慮到覆蓋區域以及覆蓋效果， 覆蓋端： ANT1采用全向天線（SGR-GTX-PB-∠360） 3.3 覆蓋系統設備的選取設備選取：根據路測信號及覆蓋區域實際情況，設計主機輸出37dBm，可以滿足覆蓋要求，預留3dB功率余量，因此主設備選用10W 800M數字集群光纖直放站（SGR-R341HF/HT-10）；饋線：饋線均采用無鹵阻燃饋線，符合防火消防的要求。本期工程使用1/2”饋線； 電源選取：由于覆蓋區域為馬鞭洲原油庫區域及附近海域，且安裝主機站點就在馬鞭洲綜合辦公樓2樓，較易取得交流電源AC220V，同時從成本考慮故采用市電交流供電方式。 3.4 系統擴容及升級考慮考慮將來的系統擴容，本方案設計所有的耦合器、功分器、衰減器均采用GSM900 / 1800 / 3G寬頻器件，便于將來系統擴容所需要的頻率。 3.5 總體解決思路本次800M數字集群光纖直放站工程以10W 光纖直放站（SGR-R341HF/HT-10）作為直放站覆蓋系統的信號源，通過無源器件及饋線分配信號，使覆蓋區域達到中海石油公司要求的強度，并且取得良好的覆蓋效果。
四設計方案分析4.1光纖直放站工作原理光纖直放站由接入端和覆蓋端組成，由接入端引入基站信號，由覆蓋端完成無線信號的覆蓋。 下行：從基站輸出的下行信號在接入端經過電/光轉換，將其調制到光信號上，可經過光分/合路器將信號分成四路，每一路通過光纖傳送到覆蓋地點，覆蓋端機經過光/電轉換，從光信號上解調出射頻信號，先進行放大，濾波后再通過功率放大 ，最后通過重發天線發射給移動臺。 上行：重發天線接收到移動臺發送的上行信號，進行低噪聲放大，然后，做電/光轉換，將電信號調制道光信號上，通過光纖傳送回接入端，接入端機先進行光/電轉換，將光信號恢復成射頻信號，放大濾波送回給基站。 通過整體設備對上行和下行的處理從而實現了信號的中繼、轉發、延伸覆蓋等功能。 4.2光纖型直放站的關鍵部件光發射單元主要由光調制器、光功率自動及手動控制電路、光發射開關電路和光告警電路組成。 光接收單元主要由光解調器、射頻放大及濾波、增益數字控制和接收光強度檢測及告警四部分組成。 FSK通信單元，其主要由控制器、調制解調器及射頻耦合電路組成。 4.3 光纖直放站特點- 光纖傳輸，線路損耗小，光纖色散小，信號穩定，便于遠距離多點覆蓋； - 采用高線性模擬激光器件，光調制解調線性高，工作穩定可靠； - 系統具備RS-232、PSTN、GSM Modem等多種數據傳輸接口，便利的遙測、遙控功能； - 系列化產品支持1310nm、1550nm光波長，可波分復用，提高光纖利用率； - 室內型設備一個接入端最多可接四個覆蓋端，可在多個區域實現覆蓋； - 覆蓋端站可實現全向覆蓋，選址方便； - 室外設備覆蓋端機采用防潮、防海水腐蝕設計，適于當地環境。 4.4 光纖直放站接入端內部
4.5 光纖直放站覆蓋端內部
4.6光纖直放站傳輸距離考慮時延考慮： GSM系統采用TDMA時分多址技術，每載頻分為8個信道分時共用，即每載頻8個時隙。時隙之間的保護間隔很小，為消除手機MS到BTS的傳播時延，GSM系統采用MS提前一定時間來補償時延，時間提前量的取值范圍是0～63，單位為比特，每比特3.69微秒，對應信號傳播約70公里，由于信號一來一回是雙向的，所以，數字信號在每載頻8個時隙時，空間傳播距離是35km。 光纖直放站采用光纖進行傳輸，光信號在光纖中傳輸的損非常小，光纖直放站信號傳輸的距離主要是受信號時延的限制。 光信號在光纖的介質中傳播時，速度是無線信號在空氣中傳播的2/3，加上直放站的時延（大約3μS）和直放站信號覆蓋距離的5公里，因此，光纖直放站距基站距離L,那么 63*3.69/2 - 3 = L/(0.3*2/3)+5/0.3 L= [ 63*3.69/2 - 3 - 5/0.3]*（0.3*2/3)= 19.3km 當然，直放站的時延指標和覆蓋距離不盡相同，我們通常采用的規范是最遠不大于20km。 以上結果是參照GSM規范數據計算，實際的數字集群系統可能不太一致 有資料顯示數字集群無線方式最遠可以超過80公里，下面我們就以80公里來計算使用光纖直放站時基站與直放站遠端的距離。 光信號在光纖的介質中傳播時，速度是無線信號在空氣中傳播的2/3，加上直放站的時延（大約2μS）和直放站信號覆蓋距離的5公里，因此，光纖直放站距基站距離L,那么 80/0.3= L/(0.3*2/3)+5/0.3+2 L= [(80/0.3-5/0.3-2]*(0.3*2/3)= 49.6km 按時隙計算，光纖直放站距離基站的距離不能超過49.6km 損耗考慮： 光纖直放站的核心部分是光端機，它的好壞影響直放站的傳輸質量及可靠性，現在光端機技術非常成熟，因此，光纖直放站的可靠性是不成問題的，下面對傳輸距離進行計算。
對1.55μm波長的光端機，其已知條件是： 則對于56km遠的光纜，就能計算光信號在傳輸系統中的衰耗為: L=光纜損耗+ 連接器損耗+ 波分復用器的損耗=0.35×56+0.1×2+0.3×2＝20.4db。 系統光功率余量=光功率-系統衰耗-光接收門限＝3-20.4-(-25) ＝7.6， 該值大于系統功率儲備7.6dB，由此可知光纖直放站的光信號可以傳輸56km遠的距離，光／電轉換后的電信號還能滿足直放站所需電信號載噪比的要求。 綜合考慮：數字集群光纖直放站覆蓋端距基站最遠不能超過49.6公里。
五 直放站對基站影響分析5.1 一對一組網方式考慮
沒有直放站的時候，基站接收端熱噪聲和基站噪聲系數之和，稱為基站底噪聲。 熱噪聲的計算公式為：N＝10Lg[KTB]， 其中： K為波次曼常數， T為絕對溫度， B為信號帶寬； 基站噪聲系數Nfbts一般為2dB。 因此，基站接收端的底噪聲電平Npbts為： Npbts=10Lg[KTB]＋Nfbts =-121dBm/200KHz＋2dB ＝－119dBm 當引入直放站，該基站成為直放站的施主基站后，其接收端的噪聲為基站底噪聲加上直放站的噪聲增量。 直放站熱噪聲經過放大和傳輸路徑損耗后，到達基站接收機輸入端的熱噪聲電平： PIN = KTB+NFREP+GREP-PLoss KTB 高斯環境噪聲 NFREP 直放站上行噪聲系數 GREP 直放站上行增益 Ploss 直放站到基站路徑衰減值。 基站底部噪聲電平： PBTS = KTB+NFBTS NFBTS 基站接收機噪聲系數 基站熱噪聲電平升高ROT(Rise Over Thermal)： ROT =10log[(10PBTS/10+ 10PINJ/10)/ 10PBTS/10]=10log(1+10-NIM/10) 引入噪聲注入裕量NIM(Noise Injection Margin)： NIM=10log(10PBTS/10 / 10PINJ/10) 也叫等效增益
5.2上行噪聲問題結論我們希望直放站對基站熱噪聲貢獻最小，這種情況發生在噪聲注入裕量很大或為正(對應NIM≥0)時。 - 如果NIM=0，那么會造成3dB惡化； - 一般情況下，使NIM=6dB時，引入的惡化值為0.97dB； - NIM〉6dB時，引入的惡化值在1dB以內。 直放站的應用，必須在等效增益與噪聲惡化量之間取折衷！ 5.3一對多組網方式考慮這種應用方式指的是一個光纖接入端后面帶多個光纖覆蓋端的情況。
基站熱噪聲電平升高ROT(Rise Over Thermal)： ROT =10log[(10PBTS/10+ 10PINJ1/10 + 10PINJ2/10)/10PBTS/10]=10log(1+10-NIM/10) 那么等效增益為： NIM=10log(10PBTS/10 /10（PINJ1/10+ PINJ2/10) 在一定的(上行增益，空間鏈路損耗等)條件下： 假設：基站底噪電平值Npbts=-119dBm 覆蓋端1達到基站時的底部噪聲電平值PIN1=-119dBm 覆蓋端2達到基站時的底部噪聲電平值PIN2=-119dBm 那么：等效增益 NIM=-3 基站熱噪聲電平升高ROT=4.8dB 實際應用中，必須在覆蓋和對系統底噪影響這兩點之間折衷考慮！通過參考資料和計算分析，一般再高速公路、鄉村等應用場合，取NIM=0dB,這時ROT=3dB,在城市中的室內覆蓋系統中，可以適當取大NIM，來降低ROT。
六 施工安裝說明6.1 直放站主機安裝直放站覆蓋端安裝于馬鞭洲綜合辦公樓共2層樓頂，主機本身是防水機型固不要另外考慮防水要求。主機工作環境要求：運行時溫度范圍：-25℃～+55℃；戶外機箱環境要求：符合機箱等級IP55。 ANT1采用全向天線 6.2 施工安裝說明饋線的布放要求整齊、美觀，不得有交叉、扭曲、裂損的情況，饋線敷設的彎曲半徑應符合饋線的技術指標。所有饋線與其它設備器件之間的連接處均要求作良好的防水防塵處理。當饋線需要彎曲時，要求彎曲角保持圓滑。饋線外面套上PVC管并作好固定。 6.3電源設備的安裝說明直放站主機供電電壓為交流220V，由市電直接提供，功耗約為80～150W。電源設備需與直放站主機同時安裝好，并做好接地和防水火保護措施。 6.4避雷抗震措施天線的抱桿固定良好，用水泥作地基，并采用鋼絲繩作三點斜拉固定，抱桿頂端各焊一根60cm長的避雷針。直放站主機、饋線及抱桿均通過專用接地線接地，直放站使用16mm2的接地線，饋線通過專用饋線接地件分別直接與新建簡易地網相連，要求地網地阻小于5Ω。 6.5接地直放站天線、主機均做好接地防雷保護；電源設備做好工作接地保護。并在主機輸入和輸出端用專門的饋線接地件進行饋線接地保護。施主天線及業務天線的抱桿要良好接地；從施主天線及重發天線引出的饋線要分別在各自端進行饋線接地。其中室外接地、饋線接地和抱桿接地的接地點應該分開。最后統一接到地線排上進入新建地網保護中。 附件：工程施工圖
此作品來源于2011摩托羅拉解決方案大獎賽 (中國集群通信網 | 責任編輯：陳曉亮) |
