主頁（http://www.130131.com）：Motorola-Tetra數(shù)字集群系統(tǒng)光纖直放站設(shè)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(huán)境

1.1.1地理位置

在廣東惠州大亞灣石化區(qū)由Motorola公司提供設(shè)備并建設(shè)的Tetra(EBTS硬件）數(shù)字集群系統(tǒng)主天線架高約40m，而系統(tǒng)主天線距離需要覆蓋的區(qū)域約有20KM距離。

1.1.2地理環(huán)境

該覆蓋區(qū)域為馬鞭洲原油庫及該島附件區(qū)域，工作人員及過往行人，有一定的話務(wù)量同時對通話要求非常高，整個原油庫里面信號為盲區(qū)，很有必要對該原油庫以及該島附件區(qū)域信號環(huán)境進行改善。

1.2 當(dāng)前無線環(huán)境

1.2.1 EBTS集群當(dāng)前信號情況：

該地離基站約20KM，中間信號傳播路徑較遠(yuǎn)，基站集群信號根本無法覆蓋到馬鞭洲原油庫區(qū)域，導(dǎo)致該區(qū)域用戶無法通話。

1.2.2 其他信號

中國移動GSM信號為盲區(qū)

中國聯(lián)通GSM和CDMA信號為盲區(qū)。

中國電信PHS信號為盲區(qū)。

1.3 設(shè)計目標(biāo)

本次數(shù)字集群光纖直放站工程用以解決以下問題：

解決該覆蓋區(qū)域內(nèi)信號無法打電話的問題，增強網(wǎng)絡(luò)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(qū)域及覆蓋距離

覆蓋區(qū)域：馬鞭洲原油庫區(qū)域 約0.15平方公里的區(qū)域。

二   設(shè)計依據(jù)

2.1 項目依據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)

歐洲電信標(biāo)淮協(xié)會(ETSI)制定的TETRA標(biāo)準(zhǔn)

中華人民共和國衛(wèi)生部頒發(fā)“電磁環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)”

現(xiàn)場勘測資料

其他國標(biāo)通信系統(tǒng)勘測及設(shè)計規(guī)范

2.2 設(shè)計技術(shù)指標(biāo)

2.2.1話務(wù)量

用戶忙時的話務(wù)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(qū)內(nèi)可接通率

要求在無線覆蓋區(qū)內(nèi)的95%位置，99%的時間移動臺可接入網(wǎng)絡(luò)

2.2.5無線覆蓋邊緣場強

室內(nèi)：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(qū)間切換

覆蓋區(qū)域應(yīng)與周圍各小區(qū)之間有良好的無間斷切換

2.2.8 通話質(zhì)量

覆蓋區(qū)域內(nèi)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(qū)在設(shè)備安裝后比設(shè)備安裝前的掉話率增加的百分?jǐn)?shù)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(shè)計思路

3.1施主小區(qū)的選取

考慮到本工程覆蓋范圍的具體性，根據(jù)需求，擬建一套數(shù)字集群光纖直放站（SGR-R341HT/HF-10）系統(tǒng)進行有線轉(zhuǎn)發(fā)的室外分布系統(tǒng)對上述區(qū)域進行覆蓋。

3.2天線的選取

覆蓋天線：由于考慮到覆蓋區(qū)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(tǒng)設(shè)備的選取

設(shè)備選�。焊鶕�(jù)路測信號及覆蓋區(qū)域?qū)嶋H情況，設(shè)計主機輸出37dBm，可以滿足覆蓋要求，預(yù)留3dB功率余量，因此主設(shè)備選用10W 800M數(shù)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�。河捎诟采w區(qū)域為馬鞭洲原油庫區(qū)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(tǒng)擴容及升級考慮

考慮將來的系統(tǒng)擴容，本方案設(shè)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(tǒng)擴容所需要的頻率。

3.5 總體解決思路

本次800M數(shù)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(tǒng)的信號源，通過無源器件及饋線分配信號，使覆蓋區(qū)域達(dá)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(shè)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(jīng)過電/光轉(zhuǎn)換，將其調(diào)制到光信號上，可經(jīng)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(jīng)過光/電轉(zhuǎn)換，從光信號上解調(diào)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(fā)天線發(fā)射給移動臺。

上行：重發(fā)天線接收到移動臺發(fā)送的上行信號，進行低噪聲放大，然后，做電/光轉(zhuǎn)換，將電信號調(diào)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(zhuǎn)換，將光信號恢復(fù)成射頻信號，放大濾波送回給基站。

通過整體設(shè)備對上行和下行的處理從而實現(xiàn)了信號的中繼、轉(zhuǎn)發(fā)、延伸覆蓋等功能。

4.2光纖型直放站的關(guān)鍵部件

光發(fā)射單元主要由光調(diào)制器、光功率自動及手動控制電路、光發(fā)射開關(guān)電路和光告警電路組成。

光接收單元主要由光解調(diào)器、射頻放大及濾波、增益數(shù)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(diào)制解調(diào)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(wěn)定，便于遠(yuǎn)距離多點覆蓋；

- 采用高線性模擬激光器件，光調(diào)制解調(diào)線性高，工作穩(wěn)定可靠；

- 系統(tǒng)具備RS-232、PSTN、GSM Modem等多種數(shù)據(jù)傳輸接口，便利的遙測、遙控功能；

- 系列化產(chǎn)品支持1310nm、1550nm光波長，可波分復(fù)用，提高光纖利用率；

- 室內(nèi)型設(shè)備一個接入端最多可接四個覆蓋端，可在多個區(qū)域?qū)崿F(xiàn)覆蓋；

- 覆蓋端站可實現(xiàn)全向覆蓋，選址方便；

- 室外設(shè)備覆蓋端機采用防潮、防海水腐蝕設(shè)計，適于當(dāng)?shù)丨h(huán)境。

4.4 光纖直放站接入端內(nèi)部

4.5 光纖直放站覆蓋端內(nèi)部

4.6光纖直放站傳輸距離考慮

時延考慮：

GSM系統(tǒng)采用TDMA時分多址技術(shù)，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(tǒng)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(yīng)信號傳播約70公里，由于信號一來一回是雙向的，所以，數(shù)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?shù)膿p非常小，光纖直放站信號傳輸?shù)木嚯x主要是受信號時延的限制。

光信號在光纖的介質(zhì)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(dāng)然，直放站的時延指標(biāo)和覆蓋距離不盡相同，我們通常采用的規(guī)范是最遠(yuǎn)不大于20km。

以上結(jié)果是參照GSM規(guī)范數(shù)據(jù)計算，實際的數(shù)字集群系統(tǒng)可能不太一致

有資料顯示數(shù)字集群無線方式最遠(yuǎn)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(yuǎn)端的距離。

光信號在光纖的介質(zhì)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(zhì)量及可靠性，現(xiàn)在光端機技術(shù)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：
光功率輸出為3dBm;光接收靈敏度優(yōu)于-25dBm;光端機內(nèi)射頻信號具有自動增益控制(AGC)20dB；光端機內(nèi)電／光及光／電轉(zhuǎn)換時電信號將損耗10dB；光纜損耗≤0.35dB／km；活動連接器衰耗≤0.1dB；波分復(fù)用器的損耗≤0.3dB，系統(tǒng)光功率儲備7dB(為保證電信號的載噪比而設(shè))。

則對于56km遠(yuǎn)的光纜，就能計算光信號在傳輸系統(tǒng)中的衰耗為:

L=光纜損耗+ 連接器損耗+ 波分復(fù)用器的損耗=0.35×56+0.1×2+0.3×2＝20.4db。

系統(tǒng)光功率余量=光功率-系統(tǒng)衰耗-光接收門限＝3-20.4-(-25) ＝7.6，

該值大于系統(tǒng)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(yuǎn)的距離，光／電轉(zhuǎn)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(shù)字集群光纖直放站覆蓋端距基站最遠(yuǎn)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(wǎng)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(shù)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(shù)，

T為絕對溫度，

B為信號帶寬；

基站噪聲系數(shù)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(dāng)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(jīng)過放大和傳輸路徑損耗后，到達(dá)基站接收機輸入端的熱噪聲電平：

PIN = KTB+NFREP+GREP-PLoss

KTB        高斯環(huán)境噪聲

NFREP      直放站上行噪聲系數(shù)

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(shù)

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(jié)論

我們希望直放站對基站熱噪聲貢獻最小，這種情況發(fā)生在噪聲注入裕量很大或為正(對應(yīng)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(nèi)。

直放站的應(yīng)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(wǎng)方式考慮

這種應(yīng)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(shè)：基站底噪電平值Npbts=-119dBm

覆蓋端1達(dá)到基站時的底部噪聲電平值PIN1=-119dBm

覆蓋端2達(dá)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(yīng)用中，必須在覆蓋和對系統(tǒng)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(xiāng)村等應(yīng)用場合，取NIM=0dB,這時ROT=3dB,在城市中的室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)中，可以適當(dāng)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(huán)境要求：運行時溫度范圍：-25℃～+55℃；戶外機箱環(huán)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(shè)的彎曲半徑應(yīng)符合饋線的技術(shù)指標(biāo)。所有饋線與其它設(shè)備器件之間的連接處均要求作良好的防水防塵處理。當(dāng)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(shè)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(shè)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(wǎng)相連，要求地網(wǎng)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(shè)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(yè)務(wù)天線的抱桿要良好接地；從施主天線及重發(fā)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(yīng)該分開。最后統(tǒng)一接到地線排上進入新建地網(wǎng)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