主頁(yè)（http://www.130131.com）：Motorola-Tetra數(shù)字集群系統(tǒng)光纖直放站設(shè)計(jì)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?yàn)轳R鞭洲原油庫(kù)及該島附件區(qū)域，工作人員及過(guò)往行人，有一定的話務(wù)量同時(shí)對(duì)通話要求非常高，整個(gè)原油庫(kù)里面信號(hào)為盲區(qū)，很有必要對(duì)該原油庫(kù)以及該島附件區(qū)域信號(hào)環(huán)境進(jìn)行改善。
1.2 當(dāng)前無(wú)線環(huán)境1.2.1 EBTS集群當(dāng)前信號(hào)情況：該地離基站約20KM，中間信號(hào)傳播路徑較遠(yuǎn)，基站集群信號(hào)根本無(wú)法覆蓋到馬鞭洲原油庫(kù)區(qū)域，導(dǎo)致該區(qū)域用戶(hù)無(wú)法通話。 1.2.2 其他信號(hào)中國(guó)移動(dòng)GSM信號(hào)為盲區(qū) 中國(guó)聯(lián)通GSM和CDMA信號(hào)為盲區(qū)。 中國(guó)電信PHS信號(hào)為盲區(qū)。 1.3 設(shè)計(jì)目標(biāo)本次數(shù)字集群光纖直放站工程用以解決以下問(wèn)題： 解決該覆蓋區(qū)域內(nèi)信號(hào)無(wú)法打電話的問(wèn)題，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的深度覆蓋，減少用戶(hù)的投訴，提升運(yùn)營(yíng)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(kù)區(qū)域 約0.15平方公里的區(qū)域。
二 設(shè)計(jì)依據(jù)2.1 項(xiàng)目依據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)歐洲電信標(biāo)淮協(xié)會(huì)(ETSI)制定的TETRA標(biāo)準(zhǔn) 中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部頒發(fā)“電磁環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)” 現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)資料 其他國(guó)標(biāo)通信系統(tǒng)勘測(cè)及設(shè)計(jì)規(guī)范 2.2 設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)2.2.1話務(wù)量用戶(hù)忙時(shí)的話務(wù)量為0.025Erl 2.2.2無(wú)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(hù)比同頻干擾保護(hù)比：C/I≥12dB（不開(kāi)跳頻）；C/I≥9dB（開(kāi)跳頻） 鄰頻干擾保護(hù)比：200KHz：C/I≥-6dB；400KHz：C/I≥-38dB 2.2.4 無(wú)線覆蓋區(qū)內(nèi)可接通率要求在無(wú)線覆蓋區(qū)內(nèi)的95%位置，99%的時(shí)間移動(dòng)臺(tái)可接入網(wǎng)絡(luò) 2.2.5無(wú)線覆蓋邊緣場(chǎng)強(qiáng)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?chē)餍^(qū)之間有良好的無(wú)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(jí)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(guò)0.2個(gè)百分點(diǎn)，而且安裝后的施主基站的掉話率不超過(guò)2%
三設(shè)計(jì)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(jìn)行有線轉(zhuǎn)發(fā)的室外分布系統(tǒng)對(duì)上述區(qū)域進(jìn)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(cè)信號(hào)及覆蓋區(qū)域?qū)嶋H情況，設(shè)計(jì)主機(jī)輸出37dBm，可以滿(mǎn)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(wú)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(qū)域?yàn)轳R鞭洲原油庫(kù)區(qū)域及附近海域，且安裝主機(jī)站點(diǎn)就在馬鞭洲綜合辦公樓2樓，較易取得交流電源AC220V，同時(shí)從成本考慮故采用市電交流供電方式。 3.4 系統(tǒng)擴(kuò)容及升級(jí)考慮考慮將來(lái)的系統(tǒng)擴(kuò)容，本方案設(shè)計(jì)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(lái)系統(tǒng)擴(kuò)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(hào)源，通過(guò)無(wú)源器件及饋線分配信號(hào)，使覆蓋區(qū)域達(dá)到中海石油公司要求的強(qiáng)度，并且取得良好的覆蓋效果。
四設(shè)計(jì)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(hào)，由覆蓋端完成無(wú)線信號(hào)的覆蓋。 下行：從基站輸出的下行信號(hào)在接入端經(jīng)過(guò)電/光轉(zhuǎn)換，將其調(diào)制到光信號(hào)上，可經(jīng)過(guò)光分/合路器將信號(hào)分成四路，每一路通過(guò)光纖傳送到覆蓋地點(diǎn)，覆蓋端機(jī)經(jīng)過(guò)光/電轉(zhuǎn)換，從光信號(hào)上解調(diào)出射頻信號(hào)，先進(jìn)行放大，濾波后再通過(guò)功率放大 ，最后通過(guò)重發(fā)天線發(fā)射給移動(dòng)臺(tái)。 上行：重發(fā)天線接收到移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的上行信號(hào)，進(jìn)行低噪聲放大，然后，做電/光轉(zhuǎn)換，將電信號(hào)調(diào)制道光信號(hào)上，通過(guò)光纖傳送回接入端，接入端機(jī)先進(jìn)行光/電轉(zhuǎn)換，將光信號(hào)恢復(fù)成射頻信號(hào)，放大濾波送回給基站。 通過(guò)整體設(shè)備對(duì)上行和下行的處理從而實(shí)現(xiàn)了信號(hào)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(dòng)及手動(dòng)控制電路、光發(fā)射開(kāi)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(qiáng)度檢測(cè)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(diǎn)- 光纖傳輸，線路損耗小，光纖色散小，信號(hào)穩(wěn)定，便于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)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(cè)、遙控功能； - 系列化產(chǎn)品支持1310nm、1550nm光波長(zhǎng)，可波分復(fù)用，提高光纖利用率； - 室內(nèi)型設(shè)備一個(gè)接入端最多可接四個(gè)覆蓋端，可在多個(gè)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)覆蓋； - 覆蓋端站可實(shí)現(xiàn)全向覆蓋，選址方便； - 室外設(shè)備覆蓋端機(jī)采用防潮、防海水腐蝕設(shè)計(jì)，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(shí)延考慮： GSM系統(tǒng)采用TDMA時(shí)分多址技術(shù)，每載頻分為8個(gè)信道分時(shí)共用，即每載頻8個(gè)時(shí)隙。時(shí)隙之間的保護(hù)間隔很小，為消除手機(jī)MS到BTS的傳播時(shí)延，GSM系統(tǒng)采用MS提前一定時(shí)間來(lái)補(bǔ)償時(shí)延，時(shí)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(duì)應(yīng)信號(hào)傳播約70公里，由于信號(hào)一來(lái)一回是雙向的，所以，數(shù)字信號(hào)在每載頻8個(gè)時(shí)隙時(shí)，空間傳播距離是35km。 光纖直放站采用光纖進(jìn)行傳輸，光信號(hào)在光纖中傳輸?shù)膿p非常小，光纖直放站信號(hào)傳輸?shù)木嚯x主要是受信號(hào)時(shí)延的限制。 光信號(hào)在光纖的介質(zhì)中傳播時(shí)，速度是無(wú)線信號(hào)在空氣中傳播的2/3，加上直放站的時(shí)延（大約3μS）和直放站信號(hào)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(shí)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(jì)算，實(shí)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(wú)線方式最遠(yuǎn)可以超過(guò)80公里，下面我們就以80公里來(lái)計(jì)算使用光纖直放站時(shí)基站與直放站遠(yuǎn)端的距離。 光信號(hào)在光纖的介質(zhì)中傳播時(shí)，速度是無(wú)線信號(hào)在空氣中傳播的2/3，加上直放站的時(shí)延（大約2μS）和直放站信號(hào)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(shí)隙計(jì)算，光纖直放站距離基站的距離不能超過(guò)49.6km 損耗考慮： 光纖直放站的核心部分是光端機(jī)，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(jī)技術(shù)非常成熟，因此，光纖直放站的可靠性是不成問(wèn)題的，下面對(duì)傳輸距離進(jìn)行計(jì)算。
對(duì)1.55μm波長(zhǎng)的光端機(jī)，其已知條件是： 則對(duì)于56km遠(yuǎn)的光纜，就能計(jì)算光信號(hào)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(mén)限＝3-20.4-(-25) ＝7.6， 該值大于系統(tǒng)功率儲(chǔ)備7.6dB，由此可知光纖直放站的光信號(hào)可以傳輸56km遠(yuǎn)的距離，光／電轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)還能滿(mǎn)足直放站所需電信號(hào)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(guò)49.6公里。
五 直放站對(duì)基站影響分析5.1 一對(duì)一組網(wǎng)方式考慮
沒(méi)有直放站的時(shí)候，基站接收端熱噪聲和基站噪聲系數(shù)之和，稱(chēng)為基站底噪聲。 熱噪聲的計(jì)算公式為：N＝10Lg[KTB]， 其中： K為波次曼常數(shù)， T為絕對(duì)溫度， B為信號(hào)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(guò)放大和傳輸路徑損耗后，到達(dá)基站接收機(jī)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(jī)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(wèn)題結(jié)論我們希望直放站對(duì)基站熱噪聲貢獻(xiàn)最小，這種情況發(fā)生在噪聲注入裕量很大或?yàn)檎?對(duì)應(yīng)NIM≥0)時(shí)。 - 如果NIM=0，那么會(huì)造成3dB惡化； - 一般情況下，使NIM=6dB時(shí)，引入的惡化值為0.97dB； - NIM〉6dB時(shí)，引入的惡化值在1dB以?xún)?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(duì)多組網(wǎng)方式考慮這種應(yīng)用方式指的是一個(gè)光纖接入端后面帶多個(gè)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(shí)的底部噪聲電平值PIN1=-119dBm 覆蓋端2達(dá)到基站時(shí)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(shí)際應(yīng)用中，必須在覆蓋和對(duì)系統(tǒng)底噪影響這兩點(diǎn)之間折衷考慮！通過(guò)參考資料和計(jì)算分析，一般再高速公路、鄉(xiāng)村等應(yīng)用場(chǎng)合，取NIM=0dB,這時(shí)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(lái)降低ROT。
六 施工安裝說(shuō)明6.1 直放站主機(jī)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(jī)本身是防水機(jī)型固不要另外考慮防水要求。主機(jī)工作環(huán)境要求：運(yùn)行時(shí)溫度范圍：-25℃～+55℃；戶(hù)外機(jī)箱環(huán)境要求：符合機(jī)箱等級(jí)IP55。 ANT1采用全向天線 6.2 施工安裝說(shuō)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(shí)，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(shuō)明直放站主機(jī)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(jī)同時(shí)安裝好，并做好接地和防水火保護(hù)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(diǎn)斜拉固定，抱桿頂端各焊一根60cm長(zhǎng)的避雷針。直放站主機(jī)、饋線及抱桿均通過(guò)專(zhuān)用接地線接地，直放站使用16mm2的接地線，饋線通過(guò)專(zhuān)用饋線接地件分別直接與新建簡(jiǎn)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(jī)均做好接地防雷保護(hù)；電源設(shè)備做好工作接地保護(hù)。并在主機(jī)輸入和輸出端用專(zhuān)門(mén)的饋線接地件進(jìn)行饋線接地保護(hù)。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(jìn)行饋線接地。其中室外接地、饋線接地和抱桿接地的接地點(diǎn)應(yīng)該分開(kāi)。最后統(tǒng)一接到地線排上進(jìn)入新建地網(wǎng)保護(hù)中。 附件：工程施工圖
此作品來(lái)源于2011摩托羅拉解決方案大獎(jiǎng)賽 (中國(guó)集群通信網(wǎng) | 責(zé)任編輯：陳曉亮) |
