主页（http://www.pttcn.net）：Motorola-Tetra数字集群系统光纤直放站设计方案 中海油信息科技有限公司 彭明超
一 概述1.1 地理环境1.1.1地理位置在广东惠州大亚湾石化区由Motorola公司提供设备并建设的Tetra(EBTS硬件）数字集群系统主天线架高约40m，而系统主天线距离需要覆盖的区域约有20KM距离。 1.1.2地理环境该覆盖区域为马鞭洲原油库及该岛附件区域，工作人员及过往行人，有一定的话务量同时对通话要求非常高，整个原油库里面信号为盲区，很有必要对该原油库以及该岛附件区域信号环境进行改善。
1.2 当前无线环境1.2.1 EBTS集群当前信号情况：该地离基站约20KM，中间信号传播路径较远，基站集群信号根本无法覆盖到马鞭洲原油库区域，导致该区域用户无法通话。 1.2.2 其他信号中国移动GSM信号为盲区 中国联通GSM和CDMA信号为盲区。 中国电信PHS信号为盲区。 1.3 设计目标本次数字集群光纤直放站工程用以解决以下问题： 解决该覆盖区域内信号无法打电话的问题，增强网络的深度覆盖，减少用户的投诉，提升运营商的形象和收益。 1.4 覆盖区域及覆盖距离覆盖区域：马鞭洲原油库区域 约0.15平方公里的区域。
二 设计依据2.1 项目依据及标准欧洲电信标淮协会(ETSI)制定的TETRA标准 中华人民共和国卫生部颁发“电磁环境卫生标准” 现场勘测资料 其他国标通信系统勘测及设计规范 2.2 设计技术指标2.2.1话务量用户忙时的话务量为0.025Erl 2.2.2无线信道的呼损率取定话音信道（TCH）：呼损率低于2.0%；控制信道（SDCCH）：呼损率低于0.1% 2.2.3干扰保护比同频干扰保护比：C/I≥12dB（不开跳频）；C/I≥9dB（开跳频） 邻频干扰保护比：200KHz：C/I≥-6dB；400KHz：C/I≥-38dB 2.2.4 无线覆盖区内可接通率要求在无线覆盖区内的95%位置，99%的时间移动台可接入网络 2.2.5无线覆盖边缘场强室内：不小于-85dBm；室外：不小于-93dBm 2.2.6 上行噪声电平在基站接收端位置的收到的上行噪声电平小于-120dBm 2.2.7 基站小区间切换覆盖区域应与周围各小区之间有良好的无间断切换 2.2.8 通话质量覆盖区域内误码率（RxQual）等级为3以下（不包含3）的地方占90%以上 2.2.9掉话率施主小区在设备安装后比设备安装前的掉话率增加的百分数不超过0.2个百分点，而且安装后的施主基站的掉话率不超过2%
三设计思路3.1施主小区的选取考虑到本工程覆盖范围的具体性，根据需求，拟建一套数字集群光纤直放站（SGR-R341HT/HF-10）系统进行有线转发的室外分布系统对上述区域进行覆盖。 3.2天线的选取覆盖天线：由于考虑到覆盖区域以及覆盖效果， 覆盖端： ANT1采用全向天线（SGR-GTX-PB-∠360） 3.3 覆盖系统设备的选取设备选取：根据路测信号及覆盖区域实际情况，设计主机输出37dBm，可以满足覆盖要求，预留3dB功率余量，因此主设备选用10W 800M数字集群光纤直放站（SGR-R341HF/HT-10）；馈线：馈线均采用无卤阻燃馈线，符合防火消防的要求。本期工程使用1/2”馈线； 电源选取：由于覆盖区域为马鞭洲原油库区域及附近海域，且安装主机站点就在马鞭洲综合办公楼2楼，较易取得交流电源AC220V，同时从成本考虑故采用市电交流供电方式。 3.4 系统扩容及升级考虑考虑将来的系统扩容，本方案设计所有的耦合器、功分器、衰减器均采用GSM900 / 1800 / 3G宽频器件，便于将来系统扩容所需要的频率。 3.5 总体解决思路本次800M数字集群光纤直放站工程以10W 光纤直放站（SGR-R341HF/HT-10）作为直放站覆盖系统的信号源，通过无源器件及馈线分配信号，使覆盖区域达到中海石油公司要求的强度，并且取得良好的覆盖效果。
四设计方案分析4.1光纤直放站工作原理光纤直放站由接入端和覆盖端组成，由接入端引入基站信号，由覆盖端完成无线信号的覆盖。 下行：从基站输出的下行信号在接入端经过电/光转换，将其调制到光信号上，可经过光分/合路器将信号分成四路，每一路通过光纤传送到覆盖地点，覆盖端机经过光/电转换，从光信号上解调出射频信号，先进行放大，滤波后再通过功率放大 ，最后通过重发天线发射给移动台。 上行：重发天线接收到移动台发送的上行信号，进行低噪声放大，然后，做电/光转换，将电信号调制道光信号上，通过光纤传送回接入端，接入端机先进行光/电转换，将光信号恢复成射频信号，放大滤波送回给基站。 通过整体设备对上行和下行的处理从而实现了信号的中继、转发、延伸覆盖等功能。 4.2光纤型直放站的关键部件光发射单元主要由光调制器、光功率自动及手动控制电路、光发射开关电路和光告警电路组成。 光接收单元主要由光解调器、射频放大及滤波、增益数字控制和接收光强度检测及告警四部分组成。 FSK通信单元，其主要由控制器、调制解调器及射频耦合电路组成。 4.3 光纤直放站特点- 光纤传输，线路损耗小，光纤色散小，信号稳定，便于远距离多点覆盖； - 采用高线性模拟激光器件，光调制解调线性高，工作稳定可靠； - 系统具备RS-232、PSTN、GSM Modem等多种数据传输接口，便利的遥测、遥控功能； - 系列化产品支持1310nm、1550nm光波长，可波分复用，提高光纤利用率； - 室内型设备一个接入端最多可接四个覆盖端，可在多个区域实现覆盖； - 覆盖端站可实现全向覆盖，选址方便； - 室外设备覆盖端机采用防潮、防海水腐蚀设计，适于当地环境。 4.4 光纤直放站接入端内部
4.5 光纤直放站覆盖端内部
4.6光纤直放站传输距离考虑时延考虑： GSM系统采用TDMA时分多址技术，每载频分为8个信道分时共用，即每载频8个时隙。时隙之间的保护间隔很小，为消除手机MS到BTS的传播时延，GSM系统采用MS提前一定时间来补偿时延，时间提前量的取值范围是0～63，单位为比特，每比特3.69微秒，对应信号传播约70公里，由于信号一来一回是双向的，所以，数字信号在每载频8个时隙时，空间传播距离是35km。 光纤直放站采用光纤进行传输，光信号在光纤中传输的损非常小，光纤直放站信号传输的距离主要是受信号时延的限制。 光信号在光纤的介质中传播时，速度是无线信号在空气中传播的2/3，加上直放站的时延（大约3μS）和直放站信号覆盖距离的5公里，因此，光纤直放站距基站距离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 当然，直放站的时延指标和覆盖距离不尽相同，我们通常采用的规范是最远不大于20km。 以上结果是参照GSM规范数据计算，实际的数字集群系统可能不太一致 有资料显示数字集群无线方式最远可以超过80公里，下面我们就以80公里来计算使用光纤直放站时基站与直放站远端的距离。 光信号在光纤的介质中传播时，速度是无线信号在空气中传播的2/3，加上直放站的时延（大约2μS）和直放站信号覆盖距离的5公里，因此，光纤直放站距基站距离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 按时隙计算，光纤直放站距离基站的距离不能超过49.6km 损耗考虑： 光纤直放站的核心部分是光端机，它的好坏影响直放站的传输质量及可靠性，现在光端机技术非常成熟，因此，光纤直放站的可靠性是不成问题的，下面对传输距离进行计算。
对1.55μm波长的光端机，其已知条件是： 则对于56km远的光缆，就能计算光信号在传输系统中的衰耗为: L=光缆损耗+ 连接器损耗+ 波分复用器的损耗=0.35×56+0.1×2+0.3×2＝20.4db。 系统光功率余量=光功率-系统衰耗-光接收门限＝3-20.4-(-25) ＝7.6， 该值大于系统功率储备7.6dB，由此可知光纤直放站的光信号可以传输56km远的距离，光／电转换后的电信号还能满足直放站所需电信号载噪比的要求。 综合考虑：数字集群光纤直放站覆盖端距基站最远不能超过49.6公里。
五 直放站对基站影响分析5.1 一对一组网方式考虑
没有直放站的时候，基站接收端热噪声和基站噪声系数之和，称为基站底噪声。 热噪声的计算公式为：N＝10Lg[KTB]， 其中： K为波次曼常数， T为绝对温度， B为信号带宽； 基站噪声系数Nfbts一般为2dB。 因此，基站接收端的底噪声电平Npbts为： Npbts=10Lg[KTB]＋Nfbts =-121dBm/200KHz＋2dB ＝－119dBm 当引入直放站，该基站成为直放站的施主基站后，其接收端的噪声为基站底噪声加上直放站的噪声增量。 直放站热噪声经过放大和传输路径损耗后，到达基站接收机输入端的热噪声电平： PIN = KTB+NFREP+GREP-PLoss KTB 高斯环境噪声 NFREP 直放站上行噪声系数 GREP 直放站上行增益 Ploss 直放站到基站路径衰减值。 基站底部噪声电平： PBTS = KTB+NFBTS NFBTS 基站接收机噪声系数 基站热噪声电平升高ROT(Rise Over Thermal)： ROT =10log[(10PBTS/10+ 10PINJ/10)/ 10PBTS/10]=10log(1+10-NIM/10) 引入噪声注入裕量NIM(Noise Injection Margin)： NIM=10log(10PBTS/10 / 10PINJ/10) 也叫等效增益
5.2上行噪声问题结论我们希望直放站对基站热噪声贡献最小，这种情况发生在噪声注入裕量很大或为正(对应NIM≥0)时。 - 如果NIM=0，那么会造成3dB恶化； - 一般情况下，使NIM=6dB时，引入的恶化值为0.97dB； - NIM〉6dB时，引入的恶化值在1dB以内。 直放站的应用，必须在等效增益与噪声恶化量之间取折衷！ 5.3一对多组网方式考虑这种应用方式指的是一个光纤接入端后面带多个光纤覆盖端的情况。
基站热噪声电平升高ROT(Rise Over Thermal)： ROT =10log[(10PBTS/10+ 10PINJ1/10 + 10PINJ2/10)/10PBTS/10]=10log(1+10-NIM/10) 那么等效增益为： NIM=10log(10PBTS/10 /10（PINJ1/10+ PINJ2/10) 在一定的(上行增益，空间链路损耗等)条件下： 假设：基站底噪电平值Npbts=-119dBm 覆盖端1达到基站时的底部噪声电平值PIN1=-119dBm 覆盖端2达到基站时的底部噪声电平值PIN2=-119dBm 那么：等效增益 NIM=-3 基站热噪声电平升高ROT=4.8dB 实际应用中，必须在覆盖和对系统底噪影响这两点之间折衷考虑！通过参考资料和计算分析，一般再高速公路、乡村等应用场合，取NIM=0dB,这时ROT=3dB,在城市中的室内覆盖系统中，可以适当取大NIM，来降低ROT。
六 施工安装说明6.1 直放站主机安装直放站覆盖端安装于马鞭洲综合办公楼共2层楼顶，主机本身是防水机型固不要另外考虑防水要求。主机工作环境要求：运行时温度范围：-25℃～+55℃；户外机箱环境要求：符合机箱等级IP55。 ANT1采用全向天线 6.2 施工安装说明馈线的布放要求整齐、美观，不得有交叉、扭曲、裂损的情况，馈线敷设的弯曲半径应符合馈线的技术指标。所有馈线与其它设备器件之间的连接处均要求作良好的防水防尘处理。当馈线需要弯曲时，要求弯曲角保持圆滑。馈线外面套上PVC管并作好固定。 6.3电源设备的安装说明直放站主机供电电压为交流220V，由市电直接提供，功耗约为80～150W。电源设备需与直放站主机同时安装好，并做好接地和防水火保护措施。 6.4避雷抗震措施天线的抱杆固定良好，用水泥作地基，并采用钢丝绳作三点斜拉固定，抱杆顶端各焊一根60cm长的避雷针。直放站主机、馈线及抱杆均通过专用接地线接地，直放站使用16mm2的接地线，馈线通过专用馈线接地件分别直接与新建简易地网相连，要求地网地阻小于5Ω。 6.5接地直放站天线、主机均做好接地防雷保护；电源设备做好工作接地保护。并在主机输入和输出端用专门的馈线接地件进行馈线接地保护。施主天线及业务天线的抱杆要良好接地；从施主天线及重发天线引出的馈线要分别在各自端进行馈线接地。其中室外接地、馈线接地和抱杆接地的接地点应该分开。最后统一接到地线排上进入新建地网保护中。 附件：工程施工图
此作品来源于2011摩托罗拉解决方案大奖赛 (中国集群通信网 | 责任编辑：陈晓亮) |
