GSM基站覆盖延伸系统应用后系统上、下行平衡考虑

随着移动用户的增加，移动用户的活动范围越来越广，移动网络要不断加深覆盖的范围及深度。然而在解决山区道路、边远地区村落的覆盖问题时，如新建基站、直放站等传统网络优化方式在工程实施上难度很高，投资成本和效益回报也不合理。

众所周知，通过加强基站的发射功率可以扩大基站到终端的覆盖范围。通过自由空间衰耗公式：Ls=32.45+20*log(f)MHz+20log(d)Km可以知道，基站发射功率提高6dBm，覆盖距离将提高一倍。手机接收信号加强，但普通手机的最大功率33dBm，如果远离基站，手机的上行信号如果不增强就无法解析。造成系统上、下行覆盖不平衡，后果便是单通、质量差、掉话等。基站覆盖延伸系统从基站系统上、下行两个方向改善基站覆盖范围，是解决信号广度、深度覆盖的一种好办法。

二、基站覆盖延伸系统简介

基站覆盖延伸系统主要由基站放大器和塔顶放大器两部分组成，简称基放和塔放。基放是安装在基站机房里，用于提高基站发射功率，扩大下行信号覆盖范围。塔放是安装在基站天线口的低噪声放大设备，用来增强手机上行发射功率，提高基站接收灵敏度。基站覆盖延伸系统工作原理如图1所示。

通常基站载频发射功率为43dBm/单载波。而200W的基放输出功率能达到53dBm/单载波，下行信号增强10dB。基站覆盖延伸系统对上行信号增强约10dB。整个系统能有效地延伸基站的覆盖范围。

三、加装基站覆盖延伸后对系统上、下行覆盖的影响

1、加装塔放对系统噪声系数的分析：

噪声系数NF用来描述放大器对信噪比的恶化程度，噪声系数越小，输出的信噪比恶化程度就越小。

对一个多级放大系统，它的系统噪声系数为：

NF=F1+(F2－1)/G1 + (F3－1)/G1*G2 + ……

其中：F1、F2、F3…是第一级到第三级的的噪声系数，无源器件的噪声系数等于其损耗值。

G1,G2…是第一级到第二级的增益，无源器件增益等于其损耗值得倒数。

从以上公式可以看出，多级放大系统的噪声系数主要取决于第一级的噪声系数F1。

塔放的原理就是通过在基站接收系统的前端，即紧靠接收天线下增加一个低噪声放大器来实现对基站接收性能的改善。

2、上、下行平衡的分析

2.1上、下行平衡的定义

在我们所要求的覆盖区域内，保证上、下链路正常传输，基站和手机分别接收的信号可以解调，从而保证双向通信的正常建立。

2.2原基站系统上、下行平衡的理论推算

如图所示：

理论上基站口的上行接收灵敏度MBTS=－110dBm，上行分集接收增益约F=4dB，手机的接收灵敏度MMS=－104dBm，手机的最大发射功率PMS=33dBm，假设BTS到天线口的信号衰减量R=4dB，天线增益为S，基站发射功率为T。

若要求上、下行平衡，则上行可允许的最大空间损耗HRX=下行可允许的最大空间损耗HTX。

其中：MBTS=PMS－HRX+F+S－R

MMS=T－R+S－HTX

所以：HRX=PMS－MBTS+F+S－R

HTX=T－R+S－MMS

由HRX=HTX可得：

为保证上下行的理想平衡,基站口的发射有效功率为

T=PMS－MBTS+F+MMS

=33dBm－(－110dBm)+4dB+(－104dBm)=43dBm

由此可以看出，基站单载波发射功率在(20W)43dBm时，上行覆盖范围和下行覆盖范围相当，系统处于较理想的平衡状态。

2.3、加装基放后的上、下行平衡推算。

2.3.1塔放增益的选择。

未加装塔放的原基站系统噪声系数Nfsys(天线口)约为：

Nfsys=Nfbts+Lc　　　　　【公式－1】

其中：Nfbts是基站本身的噪声系数

Lc为馈线回路的损耗

加装塔放后系统噪声系数约为：

NF=NFTA+ (Nfsys－1)/GTA 【公式－2】

从上述两公式中可以得出以下结论：

⑴基站在使用塔放前噪声系数Nfsys是由BTS设备本身噪声系数Nfbts和天馈线损耗Lc决定的。

⑵使用塔放后的基站接收噪声系数NF主要取决于塔放的噪声系数NFTA。在馈线较长，损耗Lc越大时，加装塔放对基站系统的接收灵敏度改善越明显。

⑶塔放增益GTA越大，基站接收系统噪声NF越小。但塔放增益GTA增大，也会提高白噪声KTB电平，影响基站对信号的接收。

一般GSM基站对0级信号通话质量的底部噪声定义是小于－113dBm。常温情况下，GSM系统的白噪声NKTB=－121dBm，为保证上行的通话质量，接收噪声电平值要满足以下要求：塔放增益GTA+（－121dBm）+NF－ Lc≤－113dBm。加装塔放后系统噪声系数NF约等于2dB。一般情况下，Lc≤4dB，所以塔放增益G≤10dB。当然每个站点塔放的工作增益应根据馈线回路的损耗Lc的大小做适当调整。

2.3.2基放功率的选择。

一般情况下，基站口的发射功率是43dBm/单载波时，下行覆盖－104dBm的地方，手机信号到达基站刚好能够被解调，属于较理想的平衡状态。

这里我们还是首先假设条件如下：

基站口上行接收灵敏度为－11