微波技术与天线课程设计报告

微波技术与天线课程设计报告概述 此次参观微波基站，包括两个部分，其中包括基站部分、机房部分。基站部分：信号传到基站，通过7/8馈线转1/2馈线进BTS，出来通过2M线，进一个小光端机转光信号，通过光缆传到附近机房。机房部分：光信号通过光缆进ODF，通过跳纤（大方圆）进光端机（2500出来之后光信号转为电信号），电信号通过2M线进DDF,DDF出来通过2M线进协议转换器，所有协议转换器通过网线进路由器，再通过路由器传到上级计费。基站的设计一、基站的配置 根据站址勘察结果，合理选择基站的类型、扇区配置和设备类型。1、基站的类型基站类型分为宏蜂窝、射频远端站（射频拉远）和微蜂窝基站，应按照以下原则选择基站的类型。（1） 在市区、郊区和农村等广覆盖区域，以宏蜂窝为基础实现广覆盖。（2） 在站址选择或工程安装存在困难的站点，可以采用射频远端站。 （3） 在热点地区（如楼宇、超市、车站）和宏蜂窝覆盖的盲区，以微蜂窝或射 频远端站为补充。2、扇区配置 根据覆盖区的特点和容量的要求，选择适当的扇区配置，可以达到节约建设成本的目的，如下表所示：扇区配置适用原则典型使用区域全向站较为平坦、话务量较低区域农村地区单扇区/两扇区针对有明显覆盖需求或话务量集中区域交通干线等三扇区承载话务、话务量集中区域一般市区、密集区、郊区等3、基站设备类型 基站设备可分为室内站和室外站，应按下列原则选择设备类型。 （1） 市区内应以室内站为主，便于维护。 （2） 在市区内难以获取机房的站址，可选择射频远端站和室外站型。 （3） 郊区和农村有条件的站址使用室内站，对没有建设机房的站址使用室外站。 （4） 根据资金的使用情况。4、其他设备类型 （1） 微蜂基站广泛用于楼宇覆盖，随着城市发展，写字楼和居民楼逐渐向高大 密集方向发展，宏基站已不能满足要求，微蜂窝的室内分布已经成为楼宇覆盖的主流。 （2） 直放站因为不可避免地对施主基站会产生很多的影响，一般情况下不使用，主要使用在话务量较低的地下室、隧道等覆盖盲区，而且建议尽量使用光纤直放站。5、天线的选择 天线是基站的前端又是末端，合理的使用关系到覆盖区域的信号强度的关键设备。 （1） 全面天线主要使用在全面基站，成本低、安装方便，增益一般在811dB。 （2） 定向天线大量使用在定向基站，成本较高，增益在1222 dB之间，半功 率角在45120之间，有机械下倾角类型和电调下倾角类型。在市区一般选择增益较低、半功率角为65的定向天线建设使用电调下倾角的双极化天线。在郊区农村因站距较大，一般使用增益较高，半功率角为65的双极化天线，现在使用单极天线的基站较少，直放站的用户天线和射频远端站也使用定向天线。 （3） 微蜂窝基站在室内覆盖时大量使用吸顶天线和小板式天线，在电梯中使用 对数周期天线的增益一般在7dBi左右，吸顶天线在室内一般的覆盖半径为1015米，对数周期天线在电梯内覆盖的层数一般在35层。 （4） 天线选型的原则： a. 电压驻波比VSWR1.5； b. 定向天线的前后比大于25db； c. 市区优选电调下倾角的天线；d. 天线的防水性能良好。 （5） 天线安装 a. 合理选择挂高，合理使用自立铁塔的平台； b. 定向天线主瓣方向100米以内无阻挡； c. 根据站距合理控制定向天线下倾角的范围，下倾角计算方法如下：=arctan(2h/D)，式中h为天线挂高，D为相邻基站间的站距； d. 尽量减少馈线长度，减少传输损耗； e. 室内的吸顶天线尽量安装在无屏蔽无花板的上方。 （6）室内站的机房设备的配置。 在机房设备的布局中，需要考虑强电压（380V、220V），弱电压（48V、24V、12V），信号区的协调和隔离，机房走线合理，避免各种线路混合、交叉造成的干扰。 一般的基站机房设备配置如下表： 设备名称数量功能收发信机根据载频数而定主设备、无线信号的收发开关电源1架接强电转换为弱电，完成对蓄电池充电电池组2组交流断电时给设备供电传输设备1套完成中心机房（交换机）与基站设备的传输交流配电箱1架交流分配监控设备1套实现控制中心对基站运行的监测、控制空调1架保持机房一定的温度机房的平面布置遵循以下原则： a. 机柜距墙最小距离为0.6m； b. 机柜的正面避免对墙； c. 每排设备之间不留间距； d. 强电设备、弱电设备、信号设备应分区布放； e. 走线架的宽度建设用400mm；走线架上的导线应把电源线、信号线分两侧用扎带固定； f. 走线架在设备上方距地面2.32.4m； g. 走线架对墙加固，吊挂、立柱、垂直连接必须按标准设计； h. 机房内所有设备的接地必须分别连接到地线母排； i. 机房内所有落地设备必须对地防震加固； j. 所有的导线馈线的弧度必须大于它的曲率半径。 一个典型的机房平面布置和走线架布置如下： 一个GSM基站的载波数量是随话务量的增加而增加的，部分站型的载波数量与话务量（Erl）的对照表如下： 站型 载波数量 信道数 话务量（Erl） O1 7 3.738 O2 2 14 9.73 S11 2 14 7.476S111 3 21 11.214 S1214 28 17.206 S221 5 35 23.198S222 6 42 29.19 S223 7 50 36.592 S224 8 57 43.293S333 966 51.396 S332 8 58 43.994 S21 3 21 13.468 图1 机房设备总体情况 图2 主设备机柜 图3 传输综合柜（7）配套设计： A塔桅 基站铁塔桅杆的选择应综合考虑网络覆盖、地理环境和建设单位资金的使用情况，可选的有桅杆、角钢落地塔、单管塔、楼顶塔、拉线塔、增高架等，不同的覆盖需求确定不同的高度，常见的塔桅和它的使用场合如下表： 桅杆选择参考 类型说明应用场合桅杆一般高度在37m之间，一根桅杆上安装一副天线用于市区楼顶落地塔一般在40m以上，23个平台普遍应用于农村和郊区单管塔高度在3050m之间，12个平台一般用于市区和郊区楼顶塔15m以上，高度根据技术需求和楼的条件确定有条件的楼顶拉线塔一般高度在20m以上用于楼顶或用于农村地区，占地面积大增高支架一般高度在715m之间，用于在楼顶增高天线用于市区、郊区楼顶，需要增高天线，但是用桅杆叉不能满足高度的情形新建塔桅应按移动通信基站塔桅工艺要求进行设计，塔桅结构应满足移动通信系统的收发信天线安装要求和干扰隔离的要求，其高度应根据覆盖要求决定，铁塔的各种平台数量及间距应按通信要求确定。 B走线架和馈线调 （1）机房走线架宽度一般不低于400mm （2）走线架的支撑杆使用凹型钢，对天花板的吊挂的圆钢不低于8，对墙加固的角钢长度应大于走线架的宽度 （3）走线架垂直连接应用标准紧固件 （4）馈线窗采用成品的密封馈线窗，馈线窗的下沿要高于走线架50mm，馈线窗外侧的馈线留有防水迥弯 图4 馈线C电源 移动通信基站一般采用交流引入，交直流配电和整流设备。 （1） 自建市电变压器的基站，要求引入一路交流市电，在机房附近用H杆架空安装 （2） 从其它公用市电引入的380V市电一般用埋设电力电缆引入基站 （3） 三相380V市电，电压范围：323418V （4） 市电容量1520KVA左右 （5） 三相四线制采用325+116mm2的电力电缆，交流零线严禁与机 房保护地、工作地相连 （6） 电表一般装在室外，在市电引入处加装避雷装置，位置应在交流配线电箱内。 D直流供电（1）直流供电系统的组成 移动通信基站的直流供电系统的组成由组合式开关整流电源架（内含交流配电单元、直流配电单元，整流模块单元、监控模块单元）阀控式密封蓄电池组组成。直流48V（+24V、+27V）供电系统采用全浮充供电方式，市电停电而油机未供电之前，由蓄电池供电。市电恢复之后，恢复原供电方式，组合开关电源应有远程监控的功能。组合开关电源的容量应考虑基站远期发展的容量进行配置，具体的整流模块可以根据扩容阶段分别增加。蓄电池组的容量按二类市电供电类别考虑，平均每月停电次数不应大于3.5次，平均每次停电时间不大于6小时，对远郊，农村基站按810小时的放电时间考虑。 图5 蓄电池 图6 电源机柜（2） 基站的直流供电系统的供电方式 为了保证基站的传输系统、监控系统在基站停市电情况下，不中断通信，开关电源中设置了一、二次下电的装置。 以48V为基础电源的移动基站为例，在基站停电情况下，由蓄电池供电给基站及传输设备等，当电池电压低于一次下电的电压时（初步定在46V），切断基站的重负载设备的供电（如收发信机），电池继续给传输设备、监控设备供电，当电池电压低于二次下电的电压（初步设定为42V），切断传输设备、监控设备的供电，以保护蓄电池不致过放电。上述过程重要的基站应有24小时的时间保证移动发电机到现场供电，另外一、二次下电的电压可调，但二次下电的电压不低于42V。 （3） 电源系统配置原则 交流配电设备：交流设备的配置应满足远期容量的要求。组合式开关电 源架的容量也按远期考虑，其整流模块应按近期负荷N+1（10个模块以上每10台备用一台）冗余配置。开关电源有二次下电的功能。 一般情况下，蓄电池的容量市区基站不小于4小时的放电时间，郊区农村基站放电时间不小于10小时，具体计算公式参考通信电源设备安装工程设计规范（YD/T50402005），下表为一个基站电源容量计算的案例供参考： 基站用电量计算（配置300Ah电池两组） 设备名称 数量 单位功耗（W） 合计功耗（W） 合计电源（A） 备注 直流负载（48V）基站设备 1 20002000 41.7 由厂家提供 其他直流设备 1 1000 1000 20.8 传输设备等 蓄电池300Ah 两组 2 3427 71.4 充电电流为 300Ah2/ （0.8410h） 直流负荷小计 6247 133.9 直流总计 6986 145.5 考虑效率为 0.92 交流负载 （22 0V）照明 2 40 80 0.4 照明按2个计 算 应急照明 1 100 100 0.5 按1个计算 空调 1 2000 2000 9.1 按1个计算 插座、机房监控 等 1 1000 1000 4.5 交流总计 3180 14.5 合计 总耗电量（W） 10166 用电容量（VA） 12708 功率因数0.8E传输 无线基站的传输是指从BSC到BTS的传输连接，这些接口采用ATM协议，物理接口类型为E1或STM1，其中E1主要用于BSC到BTS之间的连接。BSC到BTS之间可用点对点、星形、树形链路、环形等连接方式，接入方式有光纤、微波等。 （1） 光纤传输。光缆传输是最常见的方式，光缆传输稳定、换耗小、受外 界影响小，保密性能好。 （2） 点对点的微波。微波系统主要是PDH和SDH设备，由于目前的基站传输所需E1数并不多，工程常用小微波实现。在选择接入方式中，应根据当地条件，以光缆传输为主，无线接入为辅。 传输设备一般在基站机房内，选择柜式和壁挂式完全根据实际的传输要求而定。 F防雷接地 （1） 接地系统的组成 移动基站的接地系统采用联合接地系统，即通信设备的工作地、保护地、 建筑物（塔桅）防雷接地共用一个接地系统的联合接地方式，通信基站的接地应按通信局（站）防雷与接地工程设计规范（YD50982005），采用联合接地方式，按单点接地原理设计。馈线三点接地用专用接地片、套件，接地汇集排至防雷接地导线必须单独布放，且接地点与避雷针引流扁钢的接地点相距大于5米。接地极长度1.52.5米，接地极间距35米。 （2） 移动基站联合接地电阻小于4 （3） 基站的防雷过压要求 基站的防雷电铁塔防雷、天馈系统防雷、交直流供电系统的防雷、传输线路防雷、机房走线架防雷等组成。室外地排与联合地网之间的导线截面积不小于95mm2或40mm4mm2的镀锌扁钢，长度不超过30m。馈线进入馈线窗以后在长度不超过1m处接避雷器。凡传输光缆采用直埋方式进入机房的，直埋长度不小于50m电缆芯线在设备之前应加装避雷器。 所有保护地线的截面积不小于35mm2。 G机房监控 监控的设置可以随时掌握网络运行，对网络故障尽快分析、处理，因 此移动基站机房必须装置监控系统。 基站机房的监控系统包括温感探头，烟感探头、红外探头，对机房的 环境、电、直流电源的低压报警、空调等实行集中监控，监控中心能显示基站的运行参数并可以远程控制。 二 天馈系统的设计 A天馈系统是一个有机的整体，它的主要任务是将信号能量按要求发射和 接收。为了确保天线口的有效的发射和接收，必然会对天线、馈线、跳线及接头提出各种指标，确保覆盖范围内各种天线指标满足要求。 图7 线缆接头天馈系统设计依照以下原则： （1） 天线的增益是根据覆盖区的要求选择的 （2） 选用单极化天线时，同扇区的两付天线的距离保持10以上 （3） 馈线的路由尽量短，以减少损耗 （4） 每条馈线三点防雷接地，第一点在铁塔平台上，第二点在馈线中间，第三点在馈线进机房以前 （5） 馈线每隔11.5m用馈线卡固定 （6） 为主馈线与设备和天线很好的相接，上下均用1/2的跳线，上跳线 为普通跳线，下跳线为超柔跳线 （7） 室外凡有接头的地方，为了防止漏水，普遍使用接头盒（8） 天线必须处于避雷针45角保护范围以内 （9） 抱杆（天支）必须高于天线顶端100mm （10） 根据国家标准在GB/T9410-1988中规定风速为36.9m/s作用下，保证天线不发生变形