GSM干放馈入功率设计及系统链路平衡设计方法.doc

GSM分布系统干放馈入功率设计
及系统链路平衡设计方法

一、 背景情况
现网2G覆盖系统中，有单微蜂窝基站驱动多台干线放大器的情况，因以往方案设计时，不精算干放馈入功率，容易导致系统开通调试时干放下行馈入功率过高，输出信噪比下降严重，上行噪声不易控制等问题出现，本文旨在通过理论分析，指导方案设计时对干放馈入功率、干放上下行工作增益进行精细设计，指导系统开通调试人员合理设置设备增益，有效控制噪声的同时，最大限度保证系统上、下行链路平衡。
本问最后一部分，通过总结现网覆盖系统拨打测试，指导网络验收工作中准确判断设备、系统工作状态和基本性能。

二、 干放下行馈入功率设计分析
1、 干放功率受限
任何放大器均有最大功率容限问题，当功放馈入功率增加到1dB压缩点时，功放输出功率将不能再提高（等于ALC功率）。当干放馈入功率高于1dB压缩点时，功放进入非线性放大状态，输出信号噪声信号及交调信号都将大幅度升高。在实际的覆盖系统中，当干放馈入功率过高时，表现为覆盖区下行通话质量恶化，RxQuL指标下降严重甚至下行单通。干放长时间工作在非线性放大状态下，易加速功放管和电源模块老化，甚至直接击穿功放IC。

2、 干放下行馈入功率设计理论标准
设计方案时考虑干放ALC功率问题，通常采取当信源馈入为多载波信号时，干放设计输出功率做适当回退，回退值为10*lgn（n为馈入信源载波数）。但是按照以上设计思路工程调试干放时，如果不精细设计干放馈入功率，往往做不到真正意义的功率回退。此时，当小区内同时通话用户数增加时，干放仍然会进入非线性放大状态，导致下行质量恶化。应转变角度，从控制干放输出功率转变为控制干放输入功率，即控制基站与干放之间的传输损耗。
干放工作在线性放大状态时，馈入的BCCH信道功率应设计为：
Pin=PAlc-Gd-10lgNc+ATTd
上式中， PAlc为干放功率容量
Gd为干放下行工作增益
Nc为信源小区载波数
ATTd为干放下行增益衰减设置值

以上思路，在设计系统方案时，要求方案设计人员了解欲使用的每台干放功率容量、下行增益指标，根据覆盖区用户数量和预计的话务量时间分布规律酌情选取适当的传输损耗，具体为：
L=PBcch- Pin
L=PBcch- PAlc + Gd +10lgNc-ATTd
上式中，PBcch为基站BCCH载波输出功率
当基站设计容量接近覆盖区话务量时，应严格按照上式设计干放馈入BCCH信道功率，当基站设计容量低于覆盖区话务量时，可适当提高馈入功率，以最大限度发挥干放功率容量，一般维护调试设备时取：
L=PBcch- PAlc + Gd +5lgNc-ATTd

三、 链路平衡及干放上行噪声控制
影响分布系统上下行链路平衡的主要因素为系统内各台干放上、下行增益差值。设计合理的系统，干放应工作在下行最大增益状态，所以影响系统链路平衡的根源因素是为了控制分布系统上行噪声幅度而对干放上行增益的人为衰减造成的，所以解决系统链路平衡问题，可归结为科学、有效的控制系统内各干放设备的上行噪声幅度。
分布系统中各台干放设备上行输出噪声强度因设备功率容量、设备工作增益及信源基站接收机与干放上行噪声输出端口间的链路损耗有关，理论上，单台干放上行输出噪声到达基站接收机的强度为：
Nrpt=N0+Gu+NFrpt-L-ATTup
上式中，N0为干放上行功放热噪声，GSM系统（17℃环境温度）时取-121dBm/200KHz
Gu为干放上行最大增益
NFrpt为干放上行噪声系数，一般为3dB
L为基站与干放上行输出（下行输入）端口间的传输损耗
ATTup干放上行增益衰减设置值
GSM系统，基站接收机噪声容限为-116dBm/200KHz（工程调试时取-120dBm/30KHz），为保证分布系统上噪不干扰基站，要求Nrpt≤-116dBm/200KHz。

分布系统内有多台干放情况下，则单台干放上行输出噪声到达基站的强度应限制为：
-116dBm/200K≥N0+Gu+NFrpt-L- ATTup+10lgNr
上式中，Nr为分布系统内干放总数

同时，为保证各干放间上行互不产生干扰，要求各干放上行输出噪声到达基站强度相等。
由于GSM系统上、下行频率间隔仅为45MHz，上、下行信号传输的频率差异可以忽略不计，所以基站接收机与干放上行输出端口（下行输入端口）间的传输损耗与基站到达干放下行输入端口的传输损耗一致。则系统设计方案遵循如下公式
-116dBm≥
N0+Gu+NFrpt-PBcch+PAlc-Gd-10lgNc+ATTd-ATTup+10lgNr

即：-116dBm≥
N0+ NFrpt +（Gu-Gd）+（ATTd-ATTup）+（PAlc-PBcch）+10（lgNr- lgNc）
假设某分布系统方案设计Nr=4， Gd =Gu=40dB（一般厂家提供的干放设备上下行最大增益相等），干放功率容量分别为1W、2W、5W、10W且上行噪声系数NFrpt=3dB，基站BCCH载波输出功率PBcch=40dBm，且为单载波配置Nc=1，则满足各干放下行均不饱和输出时，各干放上、下行满增益工作（ATTup= ATTd =0）时，上行输出噪声到达基站接收机的强度理论计算如下表：
干放功率容量
设计输入功率
设计传输损耗
干放工作增益
干放上行
噪声系数
到达基站
噪声
需要的上行增益衰减
30dBm
-10dBm
50dB
40dB
3dB
-128dBm/200KHz
0dB
33dBm
-7dBm
47dB
40dB
3dB
-125dBm/200KHz
3dB
37dBm
-3dBm
43dB
40dB
3dB
-121dBm/200KHz
7dB
40dBm
0dBm
40dB
40dB
3dB
-118dBm/200KHz
10dB
由以上数据可以看出，当系统内有多台增益相同功率容量不同的干放时，各干放输出的噪声到达基站的强度是不同的。为保证干放下行不进入非线性工作状态且以最大功率输出时，要保证系统上性不干扰基站仍然需要对干放上行增益设置衰减，以保证各干放之间上行不相互干扰且各干放且都满功率输出。
理想情况下，假设前提条件同上表时，为保证干放均满功率输出，且系统上、下行链路增益差值不大于5dB，则各设备馈入BCCH载波功率及上、下行工作增益可选择如下表：
干放功率容量
设计输入功率
设计传输损耗
干放下行增益
干放上行增益
干放上行
噪声系数
到达基站噪声
30dBm
-10dBm
50dB
38
40
3dB
-126dBm/30KHz
33dBm
-7dBm
47dB
40
39
3dB
-126dBm/30KHz
37dBm
-3dBm
43dB
40
35
3dB
-126dBm/30KHz
40dBm
-3dBm
43dB
43
35
3dB
-126dBm/30KHz

由上表数据的计算过程可以看出，对应干放上行、下行工作增益的数据可以有多种组合，但只要单套系统中存在多台不同功率等级的干放时，要保证每台干放都以最大功率输出，就不能保证系统上下性链路的完全平衡。
一般工程应用中，由于GSM系统中基站和手机发射功率、接收灵敏度、噪声系数等参量的差异，使得GSM系统本就是一个不平衡的系统，允许分布系统上、下行链路增益有一定的差异，只要保证PathBalance指标保持在110±5dB范围内即满足要求。

四、 分布系统验收细节测试建议
分布系统验收应分为无线性能统计指标验收和现场验收测试两部分，其中无线性能统计指标主要关注切换成功率、忙时掉话次数和掉话率、PB值及IOI干扰、天馈系统性能有无告警等无线性能统计数据，以下主要讨论现场测试部分。
分布系统性能现场验收测试，可以分为以下几个部分，因各部分相互关联，建议按以下顺序进行：
1、 干放设备调试参数核查；
为保证分布系统内各干放增益参数设置合理，核查各干放馈入功率、增益衰减设置及上行噪声控制情况，在保证系统上行不出现IOI高告警的情况下，尽量保证干放上、下行工作增益平衡。
2、 天馈线系统性能测试
使用基站测试仪对分布系统天馈线系统性能进行测试，除测试分布系统总驻波外，还应重点测试连接系统内各干放设备的主干馈线驻波性能。由于单套系统一般由单个施工单位完成硬件施工，天馈线及其转接头安装、制作工艺不会有太大差异，可以根据系统规模，选取几个不同楼层竖井内器件输出接口处抽测终端天馈线的驻波指标。终端天馈线驻波性能抽查测试比例可根据系统规模确定在5%-10%之间。
3、 天线馈入功率抽查及下行覆盖范围测试
使用频谱分析仪表抽查低、中高楼层天线馈入功率指标是否满足设计标准。由于有些分布系统天线安装位置不方便进行仪表测试，可以依据对上一步驻波测试获取的馈线长度数据，通过在竖井内断开终端器件输出口，测试终端馈线的BCCH载波输入功率，并通过理论计算得出天线口馈入功率。
除使用仪表进行准确测试以外，还可通过测试手机观察覆盖区天线下1米处BCCH信道接收功率，大致判断天线口馈入功率是否过低。一般室内吸顶全向天线下1米处，BCCH信道接收电平值不应低于。对于分布系统天线暗装的情况，设计方案时即应该考虑天花板损耗，适当提升天线口馈入功率，天线下1米处待机测试微小区BCCH信道功率强度也不应低于以上范围。
4、 覆盖区上行发射功率测试
对系统上行性能的测试主要通过观察测试手机上行发射功率的变化间接判断系统上、下行链路平衡指标，排查分布系统上行链路故障。
在天线下1~2米处进行拨打测试时，手机发射功率应可以顺畅降低到最低（900MHz系统显示值19，1800MHz系统显示值15）。移动位置到微小区BCCH信号接收强度达-65±5dBm左右时，测试手机发射功率显示值不低于10即表示系统上行链路基本正常。
5、 现场覆盖环境核查及邻小区参数设置准确性核实与调整：
邻小区参数设置应以分布系统区周边宏站对覆盖区的覆盖情况为参考，对覆盖建筑的出入口、车库出入口、楼宇中层及高层边缘区域（窗户边）小区重选、切换性能进行测试，根据边缘区域微、宏站覆盖情况，定义合理的双边或单边切换参数。
对楼宇及地下车库出入口区域，应尽量完整设置微站与周边宏站的邻小区参数，但对于楼宇的中高层区域接收到较远基站的小区信号，应根据情况进行适当的邻小区参数设置，在微小区能满足覆盖要求的中高层边缘区域出现的较远基站小区，尽量不加入相邻小区列表，或设置单边切换关系，使室内用户能切入不能切出。