移动通信室外覆盖技术

室外覆盖技术

在移动通信中由于各种原因的不可能达到完全的无缝隙覆盖，在一些偏远的，处于盲区的厂矿采用室外直放站进行覆盖是一种快捷、的好办法。

一．直放站的稳定性

直放站实际上是一种特殊的放大器，在下行链路上，其输入端就是放大器的上行天线接口，输出端就是下行天线接口。在上行链路上恰与此相反。同时它又是一种上下行天线之间存在信号耦合的反馈放大器，根据放大器的稳定性，要使放大器稳定须满足幅度平衡条件：AF＜1式中A为放大器的开环增益，F为放大器反馈系数，同时还要满足反馈信号与输入信号同相，这称之为相位平衡条件。 dB，只要下行放大器稳定就能保证整个直放站的稳定，直放站的稳定性分析实际上就是下行链路的稳定性分析。由于无线信号的多径传播，直放站系统中的重发信号经过反馈路径总有某些信号分量与输入信号同相，要使系统稳定必须从幅度平衡条件考虑。将AF＝1表示为dB形式：

G－L=0或G＝L （1）

G为放大器的开环增益即直放站主设备两天线接口之间的增益，L为反馈路径的损耗，信号从下行天线接口至上行天线接口之间的损耗。

一般情况下直放站的最大增益是固定的，它等于设备内各放大环节最大增益之和。在实际中，设备并非工作于最大增益状态，而是在满足覆盖要求的增益下运行，称之为工作增益（Gw）。

Gw=Po-Pi （2）

其中Po为直放站的输出功率（两载频设备一般在33dB左右）， Pi为设备输入功率。

Po=Poa-Gtx （3）

Pi=Pia+Grx （4）

Gtx 、Grx分别为上行和下行天线的增益，Poa 、Pia分别为整个直放站系统（含天线）的输出和输入的信号功率。

根据以上关系，幅度平衡条件Gw－L<0，可表示为

Po-Pi<L，或Po-Pia- Grx <L （5）

上式中L是直放站设备输入口和输出口之间的隔离度，即由收发信天线的增益和天线间的空间隔离两部分组成，L=L空间- (Gtx +Grx)

可见，直放站系统的稳定性与直放站的输入信号强度Pi，输出信号强度Po，收发信天线隔离度L三个因素有直接关系，其中Po是已知的，L与收发信天线间的传播环境和收发信天线的增益有关，Pi由基站到直放站间的传播环境有关。 从式Po-Pi<L中看出在同样的覆盖（Po相同）要求下，上行天线处的信号（Pia）越弱所需的隔离度越大。同时（5）式也确定了要使直放站稳定工作必须满足的隔离度条件：L>Po-Pi

当然，要使直放站系统稳定运行除要满足Po-Pi<L外，还需要Pi大于直放站主机的灵敏度。（一般在-75dBm左右）。

二．收发信天线隔离度的估算

由上文可以看出上下行天线之间的隔离度对于整个系统的稳定是至关重要的，在直放站勘测选址过程中需要对隔离度进行正确的估算。天线之间的隔离是多方面因素共同作用的结果，主要包括：空间隔离和建筑物隔离。（下文的隔离度为信号从下行天线接口至上行天线接口之间的损耗）

1、空间隔离

空间隔离是指收发信天线间相距一定距离形成的空间损耗。可用下面半经验的公式计算：

（1）水平隔离度

Lhu=22+20lg(d/λ) +Dt（θ）+Dr（θ）- (Gtx +Grx) （6）

Lh=31.5+20lgd+Dt（θ）+Dr（θ）- (Gtx +Grx) （GSM900情况）

式中Dt、Dr为两天线的水平方性向函数(水平方向圆图)造成的损耗，具体数值可以在天线方向图中查得，如右图所示的方向图中，在55。角时有3dB的附加损耗。当上下行天线夹角为180。时，方向性损耗即为天线的前后比。

（2）垂直隔离度

Lv=28+40lg(d/λ) +Dt（θ）+Dr（θ）- (Gtx +Grx) （7）

Lv= 47.1+40lgd+Dt（θ）+Dr（θ）- (Gtx +Grx) （GSM900情况）

在该式中，θ为天线的俯仰角。d为天线间距，Dt、Dr为两天线的垂直方向性函数，与水平方向性函数类似。

（3）倾斜隔离度

Ls=(Lv-Lh)(α/90)+Lh （8）

式中α为两天线在垂直面内的夹角。

2、建筑物隔离

建筑物隔离是由于建筑物的阻挡造成信号衰落而形成隔离。这种隔离没有较为奏效的，一般采用直接代入经验值的方法。如一堵墙的隔离度为10~20dBm。

三. 隔离度的测量

由于无线信号的传播受多方面因素的，通过计算只能较为粗略的确定隔离度的大小，在实际工程设计中如果需要比较准确的隔离度值可以才通过实地测量的办法获得。

将已知强度为p的信号加在下行天线上，用测试手机在上行天线处测量接收到的信号强度r（如图），

则隔离度为：

L=p+G-r-D （9）

其中，G为下行天线增益，D为前后比。

四、直放站的标称功率与实际输出功率

在直放站的说明书中往往标明设备的单载频功率（一般在36dB），也就是设备只放大一个频点时的输出功率，实际工作中频点数量每增加一倍设备输出功率就减少3dB。

五、覆盖预测

直放站开通的最终目标是满足覆盖需要，在设计过程中对设备的覆盖情况进行预测是十分必要的。

1、Okumura/Hata公式

Okumura/Hata模型是较为广泛的覆盖预测模型，它是以准平滑地形的市区

作基准，其余各区的影响均以校正因子的形式出现。Okumura/Hata模型市区的基本传输损耗模式为：

Lb＝69.55＋26.16lgf－13.82lghb－α(hm)＋（44.9－6.55lghb）lgd （10） Lb：市区准平滑地形电波传播损耗中值（dB）

f：工作频率（MHz）

hb：基站天线有效高度（m）

hm：移动台天线有效高度（m）

d ：移动台与基站之间的距离（km）

α(hm)：移动台天线高度因子

s(a)：建筑物密度因子

（11）

其中a为建筑物密度。

一般可取手机天线有效高度为1.5米，则在GSM900系统中，α(hm)约为0。上式可表达为：

Lb=146.833-13.82lghb+（44.9-6.55lghb）lgd-s(a)

对于郊区采用如下修正办法：

Lbs＝ Lb（市区）－2[lg（f/28）]2-5.4 （12）

对于乡村采用如下修正办法

Lbs＝ Lb（市区）－[lg（f/28）]2-2.39(lgf)2+9.17lgf-23.17 （13） 对于开阔地采用如下修正办法

Lbq= Lb（市区）－4.78（lg f）2＋ 18.33lg f－40.94 （14）

六、室外覆盖基本设计原则：

1.室外空旷区域总体宜按照蜂窝网状布局执行，尽量提高频率复用效率，将信号均匀分布，控制每个AP覆盖区域的重叠区域。

2.AP（或天线）宜布放在高处，减少人员走动等环境变化对信号传播的影响，改善AP的接收性能。

3.根据覆盖区业务需求和地貌，选择合适的天线类型。

4.天线安装位置需远离大功率电子设备。

5.在选择天线布放位置时应注意规避可能影响无线射频信号传播的障碍物，如金属架、金属屏风等物体。

6.确定天线位置时应对要求覆盖的每一片区域的特点必须有清楚的了解。

7.了解在此区域的可能的用户的特点以及覆盖区域的建筑结构特点，根据现场模拟测试结果确定AP（或天线）的安装位置。

七、室外覆盖应用

1、室外蜂窝覆盖

对于中小规模室外覆盖，如公共广场、居民小区、学校校园、公园园区、室外人口较为聚集的空旷地带等场合，宜选用室外放装型AP设备，该类型设备可组成蜂窝状网络结构实现对室外的覆盖。

室外蜂窝覆盖示意图

2. 全无线覆盖

对于没有任何入户线缆资源，包括5类线、双绞线、分布系统等资源且对数据业务有较大需求的场合，可采用全无线组网模式，即通过从传输网络拉出E1或光纤到应用场合的中心机房，由中心机房通过Lanswitch连接多个AP在中心机房选择置高点加定向天线方式作为中心机房到各AP的传输，通过AP背靠背的方式来解决没有入户线缆资源情况下的室外全覆盖。此组网方式宜选用支持802.11a的AP做桥接，选用支持802.11g的AP做覆盖。

3. 大功率AP室外覆盖

对于布局简单的直型街道如商业步行街、无有线资源的商务楼等场景宜选用大功率室外AP设备，该类型设备可在街道两头或街道中段边的楼顶、或商务楼对面的楼宇上安装，并配外置天线来实现对街道或商务楼的覆盖。

大功率AP室外覆盖图

八、 室外安装注意事项

1. 室外防护箱：气候恶劣地区，防护箱应加装加热或降温设备，保证机箱内的设备工作在环境温度为0℃～65℃ 的范围内；机箱内部空间要合理，设备不能堆叠放置，四周需预留10cm左右的散热空间；AP应与机箱固定，避免随意晃动；机箱配备走线槽，将电源线、信号线和雷电泄放地线（避雷器接地线和设备接地线）分开，避免强弱电之间的相互干扰和雷电泄放的影响。

2. 设备供电：供电电压采用带PE的三相电，并且确保电源接线排的PE端接地；推荐前置稳压源为设备供电，并且24小时持续供电。如果没有稳压源时可采用小区的居民电源，尽量避免使用工业电源；交流电源线从户外引入时，交流电源口应外接防雷接线排（或电源口避雷器）来防止设备遭受雷击；使用防雷接线排时，交流电先进入防雷接线排，经防雷接线排后再进入设备，禁止直接从户外拉电源线为设备供电。

3. 设备接地：要保证AP以及相连的对端设备、避雷器以及所用电源接线排的PE端都是可靠接地的，最好接到同一个地排上； 接地线截面积要求不小于

6mm2，长度要尽量短；接地线不宜与信号线平行走线或相互缠绕，接地线上严禁接头、严禁加装开关或熔断器；埋设接地体时，角钢或钢管长度不小于0.5m。角钢应不小于50mm×50mm×5mm，钢管壁厚应不小于3.5mm，材料采用镀锌钢材；可利用周围环境进行接地。比如围绕建筑物的楼顶一圈的接地网、建筑物内部的钢筋暴露在外的部分、以及最终会埋入地下的自来水管道等；接地线接头必须使用OC/OT端子等可靠连接方式和接地排相连，不建议使用螺钉直接压接导线的方式连接。

4. 设备防雷：电源和信号避雷器位置应安装在靠近被保护设备侧，而且避雷器的OUT或Surge端要接出户一侧的线缆，而IN或Protect端则要接被保护设备，不可反接；尽量不要使用带接地指示的防雷接线排，如果同一个漏电保护器下的线路上过多使用这种接线排可能会因漏电流过大造成漏电保护器动作；避雷器和被保护设备之间进行等电位连接并确保接地，接地线和等电位连接线尽量控制在30cm以内；天线安装后在周围建筑物里面不宜是最高点，如果是最高点，那么必须安装避雷针。

5. 设备线缆：非屏蔽线缆应穿钢管埋地敷设, 钢管两头接地；光纤本身不属于导体，不会感应和传递过电压。但光缆加强芯（金属的）却极易感应、传递雷击过电压，因此建议在光缆进户端做好接地，最好有独立的接地汇流排接地；对于非屏蔽线且不能穿管埋地敷设的，应在出箱线缆的对应端口处使用避雷器；各类线缆分类布放，如电源线与信号线分开布放，输入输出分开布放，高压低压分开布放。

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