CDMA直放站总体方案定稿Word下载.docx

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Q/ZX23.007-1999产品研制阶段可靠性试验要求

Q/ZX23011-1999电子通信设备电磁兼容试验规范

Q/ZX04.001-1997元器件降额准则

Q/ZX04.121-2000可信性设计准则

Q/ZX04.101.1～101.6-2000结构设计规范

Q/ZX23.014-2000产品可测试性设计指南

Q/ZX18.001～003-2000设备、工作区、设备制造测试方法

GB2423-89电工电子产品环境试验总则

GJB150-86军用设备环境试验方法

ITU-T-K.20电信交换设备耐过电压过电流的能力

3定义和缩略语

3.1定义

CDMA直放站：

指用于CDMA移动通信网的全双工、线性射频放大设备。

3.2缩略语

本文件应用了以下缩略语：

AGC自动增益控制AutomaticGainControl

ALC自动电平控制AutomaticLevelControl

ATT衰减器Attenuator

AWGN加性高斯白噪声AdditiveWhiteGaussianNoise

BER误码率，比特差错率BitErrorRatio

BS基站BaseStation

BSC基站控制器BaseStationController

BSS基站系统BaseStationSystem

BTS基站收发信机BaseTransceiverStation

CDMA码分多址CodeDivisionMultipleAccess

CH信道Channel

CW连续波ContinuousWave（unmodulatedsignal）

DL下行DownLink（forwardlink）

DUP双工器Duplexer

EIRP等效全向发射功率EffectiveIsotropicRadiatedPower

EMC电磁兼容性electromagneticcompatibility

EMI电磁干扰electromagneticinterference

EMS电磁敏感性electromagneticsusceptibility

ESD静电放电electrostaticdischarge

EUT被试设备equipmentundertest

FD全双工Fullduplex

FLPC前向链路功率控制ForwardLinkPowerControl

FS频率源（合成器）FrequencySource（Synthesizer）

GSM全球移动通信系统GlobeSystemforMobilCommunication

IF中频IntermediateFrequency

IM互调失真Intermodulation

ISO国际标准化组织InternationalStandardizationOrganization

ITU国际电信联盟InternationalTelecommunicationsUnion

LNA低噪声放大器LowNoiseAmplifier

LOS视距LineOfSight

LPF低通滤波器LowPassFilter

LRU较大可替代单元LargeReplacingUnite

MHz兆赫兹MegaHertz

MS移动台MobileStation

MSC移动交换中心MobileSwitchCenter

M&

C监控MonitorandControl

O&

M运行、管理和维护OperateandMantence

OPRM光接收模块OpticalReceiverModule

OPTM光发射模块OpticalTransmitterModule

PA功率放大器PowerAmplifier

PD功分器PowerDivider

PDF下行功率检测DetectingofPowerDirectionForward

PDR上行功率检测DetectingofPowerDirectionReverse

PICH导频信道PilotChannel

PIN个人识别号码PersonalIdentifyNumber

PSM电源模块PowerSupplierModule

RF射频RadioFrequency

RPT直放站Repeater

RX接收机Receive

SIR信号干扰比Signal-to-InterferenceRatio

S/N信噪比Signal/Noise

TX发射机Transmit

UL上行UpLink（reverselink）

UTD温度检测电压DetectingVoltageofTemperature

VSWR电压驻波比VoltageStandingWaveRatio

第二篇系统原理

4系统原理

4.1应用环境及工作位置

在移动通信过程中，最根本的是移动用户和基站之间信号的交互，理想的CDMA移动通信系统中，MS工作在BTS的良好覆盖区中，MS接通率高，掉话率低，小区切换正常。

如果移动通信信号在空间传输过程中遇到较强的遮挡，那么射频链路将无法正常连接，MS与BS间的通信将会中断。

此处所说的遮挡是广义的，不仅仅指地形的和地物的遮挡，还包括话务密集区的地面吸收以及其它所有使BS覆盖范围不能达到理想覆盖范围的情况，现实中这种遮挡是普遍存在而无法避免的。

这时，需要对信号进行中继放大，补偿损耗的信号能量，以便移动用户和基站之间重新建立通信。

解决遮挡问题最经济有效方法就是引入直放站设备来进行信号中继，如图1所示。

良好覆盖区

图1直放站的位置与应用环境

CDMA移动通信直放站指的是用于CDMA移动通信网的全双工线性射频放大设备，其工作位置在BTS和MS之间，为BTS和MS提供一个透明的射频通道，其作用相当于将基站的射频单元提放到直放站处，从而使射频信号越过遮挡，链路重新畅通。

直放站和BS间的施主接口主要有3种形式，每种形式对应了按传输方式划分的一种型号的直放站机型，分别是光纤直放站、射频直放站、微波直放站。

直放站的应用环境包括市郊、乡村、交通沿线的覆盖；

阴影区（例如山区）的覆盖等，大型建筑内部、地下商场停车场、地铁系统等的覆盖；

直放站还可以用来对话务量进行合理的调配。

CDMA直放站按应用环境可以分为室外覆盖系统和室内分布系统。

在系统方案设计过程中，将主要描述室外系统实现的方案和表现的特征。

4.2系统基本组成、原理及信号流程

CDMA室外直放站覆盖系统的基本设计思想是通过耦合BTS的射频信号，将射频信号进行放大后，发送到希望覆盖的区域；

同时吸收MS的话务，进行放大后交给基站，从而实现覆盖区域的灵活延伸，保证整个系统话务量的均衡。

并且通过增益控制和重发天线的俯仰角调整来保证覆盖区域面积大小和信号的稳定，防止对其它小区的干扰。

CDMA室外覆盖系统直放站主要由低噪声放大器、信道选择器、功率放大器等射频部件组成。

搭配不同的接口模块组成不同形式的机型。

CDMA室外覆盖系统两载频射频直放站的基本组成和信号流程如图2所示

基站的下行信号由直放站的施主接口（如抛物面天线）接收，通过双工器进入LNA和BPF进行放大滤波，为改善系统的噪声特性加入信道选择滤波器，最后进入功放向覆盖区无失真地发射出去。

上行信号的流程只是方向相反其链路处理原理与下行基本相同。

4.3整机重要技术指标的计算和确定

4.3.1CDMA直放站工作频段

4.3.1.1联通的工作频带

目前我国的频率划分如下：

参照99年11月《中国联通800MHzCDMA数字移动通信网系统设备采购方案征集书-技术规范》规定的中国联通CDMA网使用的频段为：

·

835-840MHz（基站收）

880-885MHz（基站发）

共5MHz。

在此频段，可容纳三个CDMA载频，其中，第一载频为881.52MHz（信道号为384）；

第二载频为882.75MHz（信道号为425）；

第三载频为883.98MHz（信道号为466，有条件使用）。

长城电信并入联通后，联通将拥有连续的15M带宽：

825-840MHz（基站收）

870-885MHz（基站发）

另外，在部分地区还存在频率占用的问题，例如：

在北京、天津、上海三个城市,中国电信ETACS网已使用了879-890/924-915MHz共11MHz频谱,据国无管[1990]11号文“关于调整900兆赫兹频段的函”的指示,中国电信在北京、天津、上海三城市应于2005年停止使用该频段。

因此,目前北京、天津、上海三个城市的中国电信移动网仍在使用880884MHz（共4MHz）频段。

西北五省中国电信AMPS制式移动网已使用了835-845/880-890MHz共10MHz频谱。

因此,在835-839,880884MHz（共4MHz）频段内,将存在CDMA网与AMPS网的干扰。

4.3.1.2CDMA与ETACS网间干扰和解决措施

由于E-TACS的基站接收频段为880-890MHZ，而CDMA运营商的基站发射频段为：

870-884MHZ左右，所以会对ETACS制的基站产生较大的干扰。

CDMA对900MHzETACS网的同频干扰应通过清频来解决。

CDMA对900MHzETACS网的邻频干扰主要有三个因素:

CDMA发射机的载波对E-TACS网系统接收机的带外阻塞干扰。

CDMA发射机的带外泄露信号对E-TACS网系统接收机的带内干扰。

CDMA系统互调对E-TACS网系统接收机的带内干扰。

为了减少干扰，必须保证CDMA发射天线和ETACS接收天线有85dB以上的隔离度，具体可采取以下措施：

（1）合理利用自由空间距离、地形地物和天线方向去耦满足隔离度要求;

（2）在CDMA发射端均加装带阻滤波器。

（3）在天线之间加隔离板。

4.3.1.3CDMA对900MHzETACS网的干扰解决

CDMA对AMPS网的同频干扰应通过清频来解决;

CDMA对AMPS网的邻频干扰应通过预留0.27MHz的保护带宽解决。

4.3.1.4直放站对工作频段和网间干扰的考虑

考虑到器件的选择性，决定直放站的工作频段设定在：

表1直放站工作频点：

频段

中心频道号

上行中心频率

下行中心频率

信道带宽

SystemA

283

833.49

878.49

1.23

上行825-835

242

832.26

877.26

下行870-880

201

831.03

876.03

160

829.8

874.8

119

828.57

873.57

78

827.34

872.34

37

826.11

871.11

SystemB

466

838.98

883.98

上行835-845

425

837.75

882.75

下行880-885

384

836.52

881.52

单位：

MHz

网间干扰可能发生在AMPS下行链路对直放站下行LNA的影响，由于AMPS也工作在下行的25M带宽内，而LNA也正工作再此宽频带，因此，这种干扰是无法避免的。

幸好我国的AMPS网络规模较小，遇到的可能性也较小，在实际应用中，我们可以合理利用自由空间距离、地形地物和天线方向去耦减小这种干扰。

另一种是直放站下行链路可能会对ETACS接收机的干扰，情况与4.3.1.2一样，解决方法主要采用

（1）和（3）。

4.3.2整机噪声系数

直放站的引入必定劣化系统的信噪比，因此希望直放站噪声系数越小越好，考虑到现有的LNA技术和制造成本，必须确定一个较为合理的指标。

这里通过分析直放站在上下行链路中对系统的影响来确定直放站噪声系数的范围。

4.3.2.1下行噪声系数

下行链路中，在大多数应用场合，到达直放站下行信号的信噪比很高，噪声电平远远低于高斯环境噪声，信号电平远远高于高斯环境噪声，这样，通过直放站放大后（考虑到直放站噪声系数）仍然保持较好的信噪比，基本上不会影响系统。

例如：

假设工作在9.6K速率，直放站下行噪声系数为5dB，根据射频直放站Donorlink要求视距连接，到达直放站输入端的信号强度要大于-80dBm，高斯环境噪声电平是-113dBm，S/N=33dB。

信号放大后，直放站输出的信噪比仍有28dB，满足EC/NO＞-14dB的要求。

由以上粗略的计算可见，直放站下行噪声系数取定在5dB，对系统的影响很小，应用中基本可以不考虑直放站的影响。

根据现有的LNA设计技术，在800MHz上Nf做到1.5dB是有把握的，其成本也不高。

加之DUP和电缆的插入损耗，整机下行噪声系数定为5dB是恰当的。

4.3.2.2上行噪声系数

直放站对系统的影响主要集中在上行链路，影响分两种。

其一是引起基站热噪声电平升高，直放站等效于干扰源，即使所覆盖区域没有用户，即上行链路无输入，它也会向基站发出干扰噪声，导致基站热噪声电平升高，这意味着基站接收机的灵敏度降低！

影响所有处于本基站覆盖区的用户。

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：

Prep_inject=KTB+Frep_reverse+Grep_reverse-PLnet

其中：

K波尔兹曼常数，真值为1.38E-23J/K;

T环境温度，取290K;

B带宽，取1.23MHz;

Frep_reverse直放站上行噪声系数；

Grep_reverse直放站上行增益；

PLnet直放站到基站路径衰减净值，包括直放站馈线损耗、直放站施主天线增益、路径损耗、基站天线增益、基站馈线损耗；

基站接收机输入端等效热噪声电平：

Pbts_noise_floor=KTB+Fbts_receiver

这样基站热噪声电平升高ROTrep（RiseOverThermal）：

ROTrep=10log[（Pbts_noise_floor+Prep_inject）/Pbts_noise_floor]

=10log（1+10-NIM/10）

其中NIM=10log（Prep_inject/Pbts_noise_floor）（参见后文）

以下是直放站引起基站热噪声电平升高与NIM的关系：

图4直放站引起的噪声与NIM的关系

其二是直放站与施主基站通过无线连接，可以等效为串联放大器。

对用户的影响可以用串联噪声系数来说明，如图5。

图5直放站与基站的串联

Fcascade=Frep_reverse+（PLnet*Fbts）/Grep_reverse-1/Grep_reverse

≈Frep_reverse+PLnet*Fbts/Grep_reverse

=Frep_reverse*（1+10NIM/10）

其中:

引入噪声注入裕量NIM（NoiseInjectionMargin）:

NIM=10log（Pbts_niose_floor/Prep_inject）=10log（PLnet*Fbts_recerver/Grep_reverse*Frep_reverse）

Fbts_receiver基站接收机噪声系数；

Pbts_niose_floor基站接收机输入端口等效噪声电平；

Prep_inject直放站上行噪声注入电平，等效到基站接收机输入端口；

图6MIN与直放站串行噪声系数的关系

串联噪声只影响直放站覆盖区的用户，若增大，影响直放站覆盖区的上行功率预算，会使上行覆盖半径减小。

我们总是希望直放站对基站热噪声贡献最小，由于ROT与NIM成反比关系，当等效增益（Grep_reverse-PLnet）很小时或为负，NIM大于0，NIM越大，ROT越小。

可以这样理解：

NIM大时，既PLnet*Fbts_recerver>

Grep_reverse*Frep_reverse,这时对于直放站覆盖区域内接收机的噪声系数中,Fbts_recerver的份额不可忽略,这样造成直放站覆盖区域内信号的灵敏度降低；

当NIM较小时，基站的噪声电平中，直放站引入的噪声能量就不能忽略，这样，会造成基站噪底升高，缩小基站的原有覆盖范围。

当NIM=6,Frep=6dB时，ROTrep=1dB,Fcascade=13dB。

当NIM=10,Frep=6dB时，ROTrep=0.4dB,Fcascade=16.4dB。

实际应用中，必须在这两点之间取折衷！

通过参考资料和计算分析，一般在高速公路、郊区、乡村等应用场合，需要直放站覆盖距离较远，要求Fcascade尽量小，取定NIM=0dB,这时ROTrep=3dB，Fcascade只比直放站上行噪声系数增加3dB，达到8dB。

在某些特定的场合，例如城市中的室内覆盖，可以适当取大NIM，在满足应用的情况下，减少ROTrep的影响。

直放站引起的注入噪声属于静态噪声，类似于环境干扰，它抬升了基站接收机的噪声电平，在CDMA功率控制的作用下，或者相应加大移动台的发射功率，或者引起上行覆盖半径减小。

与决定小区容量的多用户干扰MAI（MultipleAccessInterference）不一样，这种噪声是不影响小区容量的。

但是在多个直放站用场合下，其对施主基站噪声电平的贡献很大，影响了上下行链路的平衡，此时要针对具体应用环境确定允许的ROTrep的大小，最终确定可以连接施主基站的直放站的数量或调整直放站增益以适应ROTrep的要求。

正如上述分析，在工程上，上行链路的噪声系数、增益、损耗等参数必须统筹考虑。

单对于直放站的上行噪声系数，应该越小越好。

考虑到不同噪声系数LNA的性价比以及模块化设计的统一性，并保证系统的正常运行，整机的噪声系数确定为小于等于5dB。

4.3.3射频直放站的增益

直放站应用于CDMA网络中，作为一个双向透明的通道，功能就是通过放大接收到的弱信号抵消掉直放站和基站之间的损耗。

增益可由下式计算：

Grep直放站增益；

PLnet为直放站和基站之间的等效路径损耗；

ILbts_cable为BTS馈线损耗；

ILrep_cable为直放站施主侧馈线损耗；

Gbts_antenna为BTS天线的增益；

Grep_donor_antenna为施主天线的增益。

PL为BTS天线与施主天线之间的路径损耗；

一般地，施主天线与基站天线是基于LOS（LineOfSight）直视的，并且要求在第一菲涅尔区内没有明显遮挡，因此，空间的路径损耗可用自由空间的损耗公式来计算：

D为两天线间距离，单位为Km,f为工作频率，单位为MHz；

假设：

ILbts_cable=3dB，ILrep_cable=3dB，Gbts_antenna=14dBi，Grep_donor_antenna=18dBi施主天线的增益。

计算可得表2：

施主链路距离

1km

5km

10km

15km

20km

25km

30km

自由空间路损Lp

91.0

105.0

111.0

114.6

117.1

119.0

120.6

纯路损PLnet

65.0

79.0

85.0

88.6

91.1

93.0

94.6

根据实际调研发现，一般基站的覆盖半径都小于30km，直放站的选点也在这个范围内，为抵消纯路损，直放站的增益范围选定为65-95dB，足够满足绝大多数的应用场合。

应用中可能会出现极少量需要更大和更小的特殊情况，对于前者，可以通过采用窄波束增益高的重发天线来解决，对于后者，可以通过采用低增益天线、利用地形和地物衰减、加装衰减器来解决。

考虑到与上行链路的平衡以及工程上隔离度的限制并留出足够的余量（过大的增益对直放站收发隔离度要求较高，增益为95dB直放站的隔离度要求是110dB，更高的隔离度将使直放站选址安装造成困难），整机最大增益确定为95dB，相信这一指标能够基本满足绝大多数的应用场合。

4.3.4直放站上行功率

以北电METROCELL系列基站为例，网络中运行的三扇区基站在无用户的时候，测得

No=-110dBm；

在LOADING=50%时，No=-108dBm左右；

根据CDMA噪声电平升高计算公式ROTloading=-10LOG（1-LOADING），在速率为9.6k，LOADING=70%时，No应为-105dBm。

在正常推荐的直放站应用中，直放站上行增益Grep_reverse=95dB，直放站引起的基站噪声电平升高为ROTrep=3dB，直放站串联噪声系数Fcascade为8dB（具体推导请参见直放站4.3.6.2一节）。

这时可以推出直放站上行功放功率：

Prep_reverse=No+ROTrep+Fcascade+Grep_reverse=-108+3+8+95=-2dBm

考虑到极端情况，No应为-105dBm，Grep_reverse=95dB，ROTrep=12dB，Fcascade为6.5dB。

则此时上行功放功率为：

Prep_reverse=No+ROTrep+Fcascade+Grep_reverse=-105+12+6.5+95=8.5dBm

以上分析只考虑了单载频的情况，此次开发的直放站是单载频/双载频可平滑升级，经与CDMA部专家研讨，最差噪声电平不会超过-80dBm，考虑到器件和价格因素，为使双载频也能利用相同的上行功放，因此上行功放考核功率为27dBm（500mW），并预留了较大的裕量。

4.3.5直放站下行功率

已知基站下行功放功率在2