毕业论文浅谈直放站引入对WCDMA室分系统底噪的影响改.docx

通信与信息系统管理专业自学考试毕 业 论 文浅谈直放站引入对WCDMA室分系统底噪的影响导师姓名 作者姓名 XXXX 准考证号 111408185011 作者单位 XXXX 完成时间 二零一零年六月二十八日 XXXX通信与信息系统管理专业高等教育自学考试委员会制院 系 XXXX 专 业 通信与信息系统管理 年 级 姓 名 XXXX 题 目 浅谈直放站引入对WCDMA室分系统底噪的影响 指导教师评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章) 2010 年 月 日摘 要室内分布系统中，直放站及其下联干放是在信源基站和移动台之间串入的一类有源设备，噪声积累效应即底噪抬升直接影响施主信源或整个覆盖小区的覆盖效果、话务容量及高速数据业务等。直放站有光纤直放站、无线直放站及移频直放站三类，本文以光纤直放站为例，且信源为室分中的微蜂窝信源，从工程实际角度，浅谈直放站对信源信源基站及分布系统影响，并尝试对其影响进行消减。关键词：室内分布； 直放站； 底噪抬升； 消减。目 录摘 要3第1章前 言2第2章 光纤直放站底噪的原因及影响32.1 光纤直放站工程技术32.1.1 光纤直放站原理32.1.2 光纤直放站应用42.2 底噪产生原因42.2.1 底噪定义42.2.2 底噪产生原因52.3 底噪对分布的影响62.3.1对容量和覆盖的影响62.3.2 对上行高速数据业务的影响7第3章 工程实际中底噪的消减83.1 室分方案设计过程中的控制83.1.1 直放站的选型83.1.2 直放站的耦合及连接模式83.2 设备开通及维护过程中的调整83.2.1调整直放站下联干放的上行底噪83.2.2调整所有并连直放站的上行增益93.2.3调整直放站之间的链路损耗9结 论10致 谢11参考文献12第1章 前 言室内分布系统中，直放站及其下联干放是在信源基站和移动台之间串入的一类有源设备，噪声积累效应即底噪抬升直接影响施主信源或整个覆盖小区的覆盖效果、话务容量及高速数据业务等。直放站有光纤直放站、无线直放站及移频直放站三类，本文以光纤直放站为例，且以室分中的微蜂窝作信源，从工程实际角度，浅谈直放站对信源信源基站及分布系统影响，并尝试对其影响进行消减。3G的魅力在于高速数据与多媒体业务，而视频电话、视频流、游戏等高速数据业务一般都发生在舒适的室内环境中，这些业务功能都需要较大的系统容量和良好的网络质量。3G时代60%-70%的数据业务将发生在室内。解决室内覆盖的主要方法是建设室内覆盖分布系统，室内分布系统的基本原理是将室外信号通过有线方式引入到室内，再通过小型天线将信号发送出去，均匀的分布到各个天线及建筑物内部，从而提高室内覆盖水平。建设室内分布系统目的不仅仅是为了解决建筑物内部的信号盲区、弱区，解决建筑物内部信号杂乱造成的通话质量差，而分担室内话务量、改善网络拥塞，提供静态高速数据业务及多媒体业务更是重中之重，是运营商战略发展的需要。WCDMA是3G三大主流技术之一，WCDMA室内分布系统的建设将是一个热点，本文将从底噪产生的原因，对分布系统的影响，到最后的工程应用中尝试消减这一思路一一讨论。第2章 光纤直放站底噪的原因及影响2.1 光纤直放站工程技术2.1.1 光纤直放站原理直放站基本有光纤直放站、无线直放站及移频直放站三类，在WCDMA系统中，在光缆资源许可条件下，优先选用光纤直放站，以光纤直放站为例具备一般性。 图（1）光纤直放站的主要特点是其信号的引入采用基站直接耦合方式（BS direct coupling），即通过采用大功率耦合器（Coupler）从基站收发信机（BTS）引出信号的方式，（也可采用空间耦合方式）。从基站引出的信号经过光中继端机完成电/光（E/O）转换后，经过空闲光纤将光信号传输到光远端机，由光远端机完成光/电（O/E）转换后，将信号经天线发射出去。当然，信号的传输是双向的，也是透明的。所以，光纤直放站是由光近端机（Optical repeater或Main unit）和光远端机(Remote unit)两部分组成的，而且，一个光中继端机可连接多个远端机，同时覆盖多个区域。其传输距离可达20km，主要用于覆盖无法接收到空间信号且离基站较远的村镇、旅游区、公路等地区，达到扩大基站覆盖范围的目的。设备安装不存在收发天线的隔离问题，选点方便，主要考虑从中继端机到远端机之间有没有空闲光纤或是否可布放光缆。2.1.2 光纤直放站应用现今WCDMA分布系统中，信源已经很少采用光纤直放站，而是以微蜂窝BBU+RRU的形式作信源，光纤直放站为微蜂窝的下联设备，并在有需要的情况下，在光纤直放站后连接干线放大器以达到覆盖区域内比较均匀的信号强度。于是就存在信源基站下存在“一拖几”的问题，还有下联干线放大器并入直放站系统，这里光纤直放站均采用并联模式。或者信源RRU下直接连接干线放大器，其对于底噪的抬升及处理方式可以光纤直放站为例。如下图：图（2）2.2 底噪产生原因2.2.1 底噪定义光纤直放站的上行低噪分两部分，一部分是远端机通过光纤传送到近端机的底噪声，一部分是近端机光模块内上行射频链路的底噪声，两者的功率和为整个光纤直放站的上行噪声。如果光盘的底噪声是-82dBm/200KHz，在增益30dB的情况下，测出噪声系数为8dB。在多个光远的情况下，把多个光远的底噪声加上光近的底噪声（功率和不是电平和）就是近端底噪。有关系如下：光纤站上行底噪=远端机底噪-光路损耗+近端机增益-耦合器（接近端）式（1）光纤直放站的近端机耦合的射频信号一般在-5+5dBm左右，线路综合损耗在40dBm左右，因此控制近端机的上行输出噪声在-80dBm左右（根据实际情况定，可通过接入衰减器或调节近端机的上行增益等手段来控制底噪）2.2.2 底噪产生原因引入直放站后基站接收端噪声的变化：基站接收端接收到直放站的噪声电平与直放站的上行增益有关，下面看一看直放站上行增益对基站输入端噪声的影响。先从无线直放站引出相关的计算，直放站输出的噪声功率Nprep为直放站的热噪声N加上直放站的噪声系数Nfrep再加上直放站的增益Grep,即：Nprep=10LgKTBNfrepGrep,式（2）把从基站发射机至直放站的所有损耗计为路径损耗Lp，则直放站产生，在基站接收端的噪声电平Nprep为： Nprep = Nprep -Lp =10LgKTBNfrepGrep -Lp =-121NfrepGrep-Lp 式（3）引入直放站后，基站接收端的总噪声(NP)total为基站底噪声Nbts和直放站在基站接收端产生的噪声Nrep的叠加，即： (NP)total=10Lg10Npbts+10Nprep=NPbts+10Lg1+10Nfrep-Nfbts+Grep-Lp式（4）令10Lg1+10Nfrep-Nfbts+Grep-Lp= Nbts则： (NP)total =Npbts+Nbts式（5） 从以上推算可以看到，引入直放站以后，基站接收端的噪声电平比无直放站时增加了Nbts，这个值为噪声增量。噪声增量与基站、直放站的噪声系数、直放站的增益、基站发射机至直放站的路径损耗有关。根据式（4）计算：当Nfrep-Nfbts+Grep-Lp0时，基站接收端的噪声增量Nbts为3dB；当Nfrep-Nfbts+Grep-Lp6时，基站接收端的噪声增量为Nbts降为0.97 dB，也就是说基站的灵敏度下降了0.97 dB。这时，可以认为直放站引入基本上对基站的无影响。一般，基站噪声系数Nfbts为2dB，那么，按公式(1)计算直放站在基站接收端产生的噪声电平Nprep为125dBm。在工程实际中，基站和直放站的噪声系数一定，噪声增量主要受直放站增益和基站发射机至直放站的路径损耗的影响。基站噪声系数Nfbts为2dB，直放站噪声系数Nfrep为4dB，那么，直放站的增益Grep应比基站发射机至直放站的路径损耗Lp小8dB，才能把基站接收端的噪声增量控制在1dB以内。多台直放站并联使基站上行噪声增量：式（6） 2.3 底噪对分布的影响2.3.1对容量和覆盖的影响WCDMA是扩频系统，其扩频增益可以达到几十dB，有用信号电平在解扩前可以比噪声电平小几十dB，因此WCDMA直放站的上行输出与GSM直放站的上行输出有很大的不同 小区呼吸是WCDMA中的一个重要特征。小区呼吸即指小区的覆盖随着网络用户数的增加，网络负载增大而减小。因此，容量和覆盖规划在WCDMA中不再是两个分开的任务，而是很大程度上交织在一起，需要平衡后综合考虑信源基站底噪抬升后对上行实际容量有影响。信源基站总接收噪声上升3dB时，即，上行负荷已经达到50，上升6dB时达到75%，但底噪抬升对容量的影响与自干扰功率攀升对容量的影响是不同的。自干扰引起功率攀升是在功率控制机理下，比如一个新用户接入增加了干扰，已经接入的用户为了满足原来的QoS而增加功率，以克服新用户接入的干扰，这是一个交替攀升的过程，理论和仿真结果证明，在功控收敛的条件下功率攀升不会无休止进行下去，将达到一个新的平衡点。功控收敛条件与功控算法、无线环境和链路时延等有关。底噪抬升3dB并不意味上行容量降低了50。底噪抬升是指在背景热噪声基础上，用户不断接入产生自干扰使信源基站宽带接收总功率RTWP上升；底噪抬高后，RTWP更快接近最大限制值，即对容量有影响图（4）2.3.2 对上行高速数据业务的影响案例：某W商用网室内分布站点业务测试时，发现其中一个小区覆盖下，HSUPA速率较低，处于300Kb/s左右，而正常情况下，此速率必须达到1Mb/s以上。原因分析：1、 无线环境差，信号不好；2、 站点存在IPPATH告警信息等；3、 业务是否建立在H信道上；4、 上行是否存在干扰；5、 基站CE资源是否受限；6、 电脑的CPU负荷是否过重；7、 小区内同时使用的用户数过多处理过程：1、测试发现当前位置的RSCP处于-60dbm左右，EC/IO处于-5db左右，信号电平和质量都很好，排除此因素引起的速率低；2、检查站点的告警信息，发现没有IPPATH及相关的告警信息；3、检查业务是否建立在H信道上，通过测试用的PROBE软件，打开HSUPA状态监控窗口，可以看到当前的上传速率等信息，说明当前占用的是H信道；4、 在RNC侧监控此小区的当前用户数，发现仅有当前的用户，没有其他用户存在；5、 检查电脑当前的CPU负荷，仅占用在10%左右，处于正常范围；6、 监测当前小区的RTWP值，发现统计值处于-103dbm左右，偏高，由于是室分系统受外界干扰影响的因素较小，因此首先从内部着手，从基站拓扑图看到同一光口下挂两个级联的RRU，覆盖不同的楼层，当前的测试位置处于后一级RRU的覆盖范围，经咨询，当RRU级联时，后一级RRU的底噪会抬升3db,也即RTWP值处于-106+3=-103。查看当前小区的底噪背景噪声为6.1，也即RTWP=-112+6.1=-106.1，在-106dbm左右为正常，可通过更改小区底噪背景噪声来解决上行的内部干扰问题，将小区底噪背景噪声改为9.1后，正常值为=-112+9.1=-103.1。再次测试，HSUPA速率正常，处于1M以上。 由上案例可见，底噪抬高直接导致上行速率降低，且影响严重，工程实际中也表现得非常明显。第3章 工程实际中底噪的消减3.1 室分方案设计过程中的控制3.1.1 直放站的选型 在方案设计中，要根据实际勘测的现场环境已经系统图组网时的功率情况，以及覆盖的功率具体要求，选择合适的设备功率型号，如：1台20W设备等于10台2W设备上行噪声增量，1台20W与2台5W实际覆盖范围相当，所以要合理选择功率等级并且尽量采用小功率直放站，当然，因为直放站上下行均可调，在保证设备本身噪声系数相差不大的情况下也可将大功率设备设计输出为小功率设备，可以满足后期扩容的需求。3.1.2 直放站的耦合及连接模式直放站连接有并联与串联之分，前面已经讲过，在串联模式下，底噪增量是直接叠加的，而并联则不是，直放站串联上行噪声大于并联噪声，所以一般只采取并联模式，且一个近端最多带4个远端，直放站并联的越多或者一个近端拖的远端越多，则其直接耦合到近端的信号强度就得越低，但太低了会导致无法开通，一般经验值是一个远端为-5dBm耦合入口功率，2个远端则为-7dBm，4个远端则为-10dBm。直放站是直接耦合3G RRU 的，抬高的也是对应RRU的底噪，如果一个系统内直放站较多，那么就需要将其分摊到每个RRU上，这样既分摊了话务也不至于造成，某个RRU（小区）底噪抬高过多，同样直放站下联的或者RRU下联的干线放大器也需要基本均摊，所以设计之初的整体规划很重要。3.2 设备开通及维护过程中的调整3.2.1调整直放站下联干放的上行底噪我们由前面的部分可以知道，上行底噪跟最前一级的设备增益接近于线性变化，而单台直放站的上行底噪的产生决定于两个因素，即空间热噪声通过天线传送至直放站进行放大以及直放站自己内部器件所产生的。因此，在调整整个系统的上行底噪时，可以通过减少直放站的重发天线数量以及调整下联干法的上行增益的方法来实现。3.2.2调整所有并连直放站的上行增益由以上的数据所得和理论计算看出，虽然并联的直放站上行增益对整个系统的上行底噪影响没有最前一级设备的影响大，但是分别减小并联直放站的上行增益可以达到降低上行底噪的目的，这个在实际维护调整中工作量比较大，所以要更加的耐心及细心，做好参数调整记录，以后查询后后期分析。在这一过程中，当我们调整设备的上下行增益是，实际就是调整其上下行衰减值，同时必须兼顾到上下行链路平衡，按照设备的实际应用特性，当上下行维持在一个稳定的差值，一般为3-5dB，首先调节下行输出达到设计值，此时保持下行衰减不变，逐渐增大上行衰减值，会在一个特定值时刻，下行输出变化很大，此时基本就“临界值”了，重新调整，保证上行衰减值比这个临界值至少要小2dB，同时拨打测试观察手机发发功率的变化，如果增大则将上行衰减值再减少一点点，依此逐步调整，直至在保证链路平衡和手机发射功率无增大的情况下上行衰减值最大。3.2.3调整直放站之间的链路损耗通过增大链路损耗来使噪声的链路损耗增大，从而，达到减小上行底噪的目的。这个具体反映到分布系统中就是要结合前期方案设计中的设备入口功率设计及实际开通后用频谱仪实际测得的数据之间的差值，需要调整的就是进光纤直放站近端（或干放）的耦合器（或功分器）的大小，经验值是-10dBm至-5dBm之间。结 论以上浅谈了直放站引入分布系统后对信源基站及分布系统本身的话务量、覆盖效果、高速数据业务等方面的影响，以及在工程实际中对于直放站（或干线放大器）造成的噪声增量的消减。直放站引入分布系统，底噪是无法避免的，所有有源器件的热噪声及外部干扰噪声都会进入上行链路，只能在方案设计过程中、开通调试以及后期维护中逐步消减底噪，并保持上下行的良好平衡，解决建筑物内部的信号盲区、弱区，解决建筑物内部信号杂乱造成的通话质量差，而分担室内话务量、改善网络拥塞，提供静态高速数据业务及多媒体业务，以期获得更好的网络质量，发挥直放站在分布系统建设中低成本高效益的优良特性。致 谢在此，向我的学校，我的导师，还有一起参加学习的同学致谢！参考文献1 蜂窝移动通信射频工程，苏华鸿等编著，人民邮电出版社，北京，2005年1月，P260262。2 周健咏 WCDMA系统容量外场测试解析 通信产业报 2005年第2期3 武汉虹信通信技术有限公司，wcdma设备底噪研究 武汉 2008年4 WCDMA无线网络工程，杨峰义等编著，人民邮电出版社，北京，2004年4月，P2955 Sanmeng 无线网络规划：WCDMA规划与优化的挑战 2006.12.11