CDMA移动通信直放站工作参数分析与计算(精)

1、CDMA 移动通信直放站工作参数分析与计算 1 前言直放站在移动通信覆盖网络中的基本作用是对前向和反向信号的再放大，是设置在基站和 移动终端之间的双向放大器。直放站的前向输出功率和反向级联噪声 系数以及上行增益是影响 网络通话质量的主要工作参数。反向级联噪声系数的大 小不仅与直放站的反向覆盖距离有关，还与基站的反向覆盖有关，而上行增益的取值 又决定了反向级联噪声系数的大小。前向输出功 率的大小关系到直放站的前向覆 盖距离以及前向和反向的平衡，影响到网络的通话质量。下文 将着重讨论这三个参 数的取值方法，以及它们之间的相互关系。2 反向级联噪声系数与上行增益关系直放站工作系统是由基站、直放站以及

2、基站与直放站之间的射频链路三部分组 成。就反向链路而言,直放站工作系统可视为基站接收放大器与直放站反向放大器 的级联，在二级放大器 之间串接一个链路损耗，如图 1 所示。当直放站与基站以级联 方式工作时，在基站接收机的输 入端会引进一个附加噪声 NF BTS ,在直放站反向 放大器输入端会等效增加噪声系数增量NF REP。基站噪声增量NF BTS 和直 放站噪声增量NFREP 分别与基站、直放站的设备噪声系数 NF BTS、 NF REP 和直放站的上行增益 G REP以及基站与直放站之间的链路损耗 L BTS-REP 有关。图1血放站匚作系统桶匡2.1 直放站对施主基站的噪声影响由于电子器件

3、存在热噪声，直放站在正常工作时不可避免会有噪声电平输出，其 输出的噪声电平为：BTSP REP-Noise =10 log(K T & & +NF REP +G REP (dB (1式中:K 波尔兹曼常数(1.38 10-23, T 环境温度，可取 295C(绝对温度,B CDMA 载波信号带宽，1.23MHz , NF REP 直放站设备噪声系数(dB , GREP 直放站上行增 益(dB。当基站引入直放站工作时，直放站上行输出的噪声电平经过路径传输损耗后注 入到基站接 收机输入端，因而在基站输入端产生了噪声干扰，这种噪声干扰量可用噪 声增量 NF BTS (dB 来表示：

4、NF BTS =10 log1+10Nrise/10 (2其中 :Nrise=(NF REP -NF BTS +(G REP -L BTS-REP ,在此定义 Nrise 为噪声增量因子。噪声增益因子 Nrise 可以或w0 基站的噪声增量与其成正比，其数值越 大，对基站的噪声干扰就越大。在工程应用中，直放站和基站的噪声系数是已知的常 数，因此噪声增量因子 的变量是直放站上行增益 G REP 和直放站与基站间的路径损 耗。直放站安装完毕后，上行路径的 损耗值在一定时间内是相对稳定的，此时上行增 益是决定噪声增量因子的唯一变量。显然上行增益越大，引入基站的噪声增量就越大;上行增益越小，引入基站的

5、噪声增量就越小。这就是为什么将直放站上行增益调 得太大会影响基站的原因。此时，基站输入端的等效级联噪声系数 NF BTS-cascade 可表示为：NF BTS -cascade =NF BTS + NF BTS =NF BTS +10 log1+10Nrise/10(32.2 直放站反向级联噪声系数与上行增益关系为了不对基站造成不良的影响，不能将上行增益调得太大，但是如果将直放站上 行增益调得太小，会减小直放站的上行覆盖距离。应用级联放大器噪声系数的分析 方法可知，直放站上行增益的变化可以等效为直放站输入端级联噪声系数的变化，直放站系统级联噪声系数的大小 决定了反向允许的最大路径损耗。可以证

6、明，直放站 反向级联噪声系数同样可以用噪声增量因子来表示：直放站反向级联噪声系数:NF REP-cascade = NF REP NF REP （4 NF REP =10 log1+10-Nrise/10 NF REP :直放站噪声增量，这一噪声增量成份事实上是上行链路损耗在直放 站输入端的反映。从（3 式和（4 式可知，基站端的级联噪声系数与直放站端的级联噪声系数都是用 噪声增量因子来表征,只不过基站级联噪声系数与噪声增量因子Nrise 成正比，而直放站级联噪声系数与噪声增量因子成反比,在工程应用中,Nrise 是由反向增益 G REP 决定，下面我们通过图 2所示来看反向增益 G REP

7、的几个取值对噪声系数的影响。 NF BTS =10 log1+10aNrise/10 NF REP =10 log1+10-Nrise/10(dB)12(dB)当 G REP =L BTS REP 时,基站和直放站的噪声系数均在原有数值上增加了3dB，对基站和直放站上行覆盖链路均有 3dB 恶化。当 G REP 大于 L BTS REP 时,例女口，当 G REP L BTS REP = -10 dB时, NF BTS 只有 0.4 dB,这时对 基站的覆盖范围不会有影响，但是此时直放站的噪 声系数将增加 10.4 dB 这意味着直放站的覆盖距离要缩短一倍以上。当 G REP 小于 L BTS

8、 REP 大于 0 时,G REP 比 L BTS REP 越大，对基站 的干扰就越大，而对直放站的覆盖就越有利。(dB)(dB)8 6 4 2O2.3 引入多台直放站时的级联噪声系数上述讨论的级联噪声系数仅仅是 1 个施主基站配置 1 台直放站的情况，在实际 应用中，经常需要 1 个施主基站配置多台直放站。基站引入多台直放站的应用形式 主要有三种：星形、串联形及星形与串联形混合。对于这三种应用形式，只需讨论星 形和串联形这两种情形，混合形的级联噪声系数可以从星形和串联形的结果中得 到。2.3.1 星形结构多台直放站级联噪声系数与上行增益多个直放站与一个基站组成的星形无线覆盖网如图3 所示:图

9、 3 星形结构直放站系统示意图为了分析方便，假设所有直放站具有相同的噪声系数，同时要求各直放站具有相 同反向覆 盖最大链路损耗，这些假设符合实际应用要求。为了使每个直放站能获得 相同的反向覆盖最大 链路损耗，因此要求在基站端接收到每个直放站发来的上行噪 声电平必须相同。由于各直放站 到达基站的链路损耗(L 1、L 2、L 3L n 各 不相同，为了使各直放站发送到基站的噪声电平相同，各直放站的上行增益应满足下式：G -L 1=G 2-L 2= G 3-L 3=N rise (5Nrise = G REP -L BTS REP其中：L 1+L2+ .+LnL BTS-REP =G 1+G2 .+

10、GnG REP =n上式表明各个直放站所设置的上行增益与其对应的上行链路损耗之差值必须相同。在满足上式的条件下，星形结构的施主基站和各直放站的级联噪声系数分别为基站级联噪声系数：NF BTS-cascade = NFBTS + NF BTS=NF BTS +10 1+ n 10Nrise/10 ( 6直放站级联噪声系数NF REP-cascade = NFREP NF REP=NF REP +10 n +10-Nrise/10(7式中:n 为直放站数232 串联形结构多台直放站级联噪声系数与上行增益由多个直放站与基站组成的串联结构如图 4 所示:图 4 串联形连接的直放站系统示意图对串联形结构

11、的分析，可等同于级联放大器的等效噪声系数分析。可以证明在 各直放站的 上行增益（G 1、G 2、G 3G n 满足下式时，各直放站将具有相同的 级联噪声系数，也就具有相同的上行覆盖最大全链路损耗。L 2-G 2=L 3-G 3=.=L n -G n =0（8令:L BTS-REP = L1G REP = G1在此条件下，串联结构的施主基站和各直放站的噪声增量与星形结构具有相同 的表达式。串联结构的施主基站噪声增量可用（6 式表示，各直放站的噪声增量可用 （7 式表示，噪声增量因子 Nrise=G1-L 1。图 5 给出了引入多台直放站的噪声增量曲 线图。从图中可见，随着直放 站站数的增加，直放

12、站噪声增量和基站的噪声增量也 随之增加，由此带来的结果是基站和直放 站的反向覆盖最大链路损耗减小，覆盖区要 比引入单个直放站时要小。3 直放站前向输出功率3.1 直放站需要的最大前向输出功率在直放站的应用中，为了获取最大的覆盖范围，通常只会想到加大前向输出功率，一味选用前向功率较大的直放站，而往往忽视反向级联噪声系数对覆盖区反向链路 最大路径损耗的限 制，忽视前向反向链路的平衡。当前向链路允许的最大路径损耗 小于反向链路允许的最大路径 损耗时，增加前向功率可以扩大直放站的覆盖范围；而 当前向链路允许的最大路径损耗大于反向链路时,增大前向功率对扩大直放站的覆 盖区域是毫无意义的，还会由于前向覆盖

13、大于反向 覆盖造成前向反向不平衡，而损害 网络运营指标。直放站需要的最大前向功率是达到前反向平衡时所需要的功率，满足前反向平衡所需要的最大输出功率可通过两种方法进行计算：一是参考基站输出功率的比较计算，二是应用前反向平衡公式计算。比较计算：我们可以认为基站额定的最大每载波输出功率是满足前向反向 平衡条件下设计的结果。目 前 CDMA 基站的输出功率为 43dBm，由于基站与直放 站级联后会引入噪声增量，使直放站反向级联噪声系数（直放站本机噪声系数+噪声系数增量)要比基站大 47dB，也就是说直放站的反向 接收灵敏度要比基站差 47dB，为了达到前向反向平衡，直放站的前向功率也要比基站小47dB

14、，因此直放站所需的输出功率应在 3639dBm 之间(43dBm-(47dB)最大输出功率应 为：，39dBm。前向反向平衡公式计算：以 1 个基站带 1 个直放站为例，设由直放站引入基站的噪声增量控制在 2dB 以内，直放站 本机噪声系数为 NFREP。 由图 5 曲线图可知，直放站噪声系数增量 NFREP 为 4dB,直放站级联噪 声系数NFREP-cascade 为 5dB+ 4dB= 9dB，其它参数为：下行：Ec/No.t = 8-21 = -13dB，lo.oc/lo.sc = 2.5dB,移动台的噪声系数 NFm = 8dB，导频功率分配比Ep = 15% 上行：Pm = 200

15、mW = 23dBm, SNR = -15dB，载荷n=70%, NFREP = 9dB 应用 前反向链路平衡公式可得出：PREPMAX = 39dBm 从以上两种方法的计算结果可知，直放站每载波所需的最大输出功率应为 39dBm。3.2 直放站正常工作所需的输 出功率 从上述分析结果可知，直放站的覆盖范围往往不是受限于前向输出功率， 而是受限于反向级联噪声系数。并随着直放站的配置数而增大。在前反向平衡条件下，直放站 正常工作所需的 输出功率是与直放站的级联噪声系数成反比关系，级联噪声系数 越大，需要的前向输出功率越 小,反之亦然。从图 5 看，级联噪声系数在工程中 主要是由直放站的上行增益和

16、直放站的配置 数决定的，当反向增益 GREP 增大， 噪声增量因子 Nrise 随之增大，直放站的噪声增加量将减小，这样有利于直放站开大功率，有利于直放站的覆盖。但同时，直放站的反向增益增大，基站的 噪声增 量也会增大，随之对基站的干扰也就增大，这样不利于基站的覆盖。因此，为了不 至于对基站造成严重干扰， 同时又能尽可能发挥直放站的设备性能， 我们在调整 反向增益时需要考 虑基站与直放站之间的噪声增量分配，只有合理分配基站和直 放站之间的噪声增量，才能取得 基站和直放站相得益彰的覆盖效果。4 结束语 以上我们讨论了 CDMA 直放站的级联噪声系数、反向增益、前向输出功率参数，这 些参数的设置是否合理不仅关系到直放站设备本身的工作性能，还影响到移动网 络的通话质量。这几个参数之间是相互关联的，基站的级联噪声系数和直放站的 反向级联噪声系数是由直放站反向增 益确定，而直放站前向输出功率是由反向级 联噪声系数确定。因此，直放站的反向增益调试是直放站工程开通调试的关键。前向输出功率的取值要服从前反向链路平衡