1 信源部分 1.1 信源的分类
在设计室分布系统时,我们首先要确定各网络所使用的信源设备的类型、容量和功率大小,通常室分布系统的信源分为以下几种(GSM&WCDMA):
A、直放站:按功率大小可以分为0.05W、0.5W、2W、5W、10W、20W;
按传输类型可以分为无线、光纤和移频;
B、微蜂窝:功率一般为2W;
按传输类型可以分为光纤、微波;
C、宏蜂窝:功率一般为20W(WCDMA系统中指最大输出功率); WLAN系统的信源比较特殊,一般都是AP接入,如功率需要增大可使用功率放大器,一般功率有0.5W、2W、5W之分。
关于室分布系统信源的选取,GSM、WLAN系统的信源我们在此不加详述,WCDMA系统信源的选取原则详见第6章。
1.2 合路器件的选取
在任何一个合路系统中,我们必须使用合适的合路器件将不同系统信源设备的信源合路至同一个天馈线系统当中去。
一般合路器件有两大类:3dB电桥和合路器。它们的技术指标对比如下: 合路器件类型 3dB电桥 合路器 插损 大于3dB 小于1dB 隔离度 30dB左右 至少60dB 成本 低 高 备注 很少采用 应用较广 通过上表中的技术指标对比,如无特殊情况,我们一般采用合路器来作为多系统接入的合路器件。在GSM&WCDMA&WLAN三网合一室分布系统中,通常采用的合路器有以下几种(G指GSM900;D指GSM1800;W指WCDMA;
L指WLAN):
产品型号 CM-GWNN00 CM-DWNN00 CM-GWLNN00 CM-DWLNN00 CM-GWLNN01 CM-DWLNN01 端口一 GSM900MHz GSM1800MHz 端口二 WCDMA2000MHz WCDMA2000MHz 端口三 GSM900MHz WLAN2400MHz WCDMA2000MHz GSM1800MHz WLAN2400MHz WCDMA2000MHz GSM900MHz GSM1800MHz WCDMA2000MHz WLAN2400MHz WCDMA2000MHz WLAN2400MHz 在设计室分布系统时,我们需根据实际需要合理选用以上合路器。
1.3 信源的合路基本结构
根据以往设计合路系统的经验,总结出以下两种合路基本结构: A、二合一结构
WLAN信源 GSM信源 WCDMA信源 WLAN信源
B、三合一结构
GSM信源 WCDMA信源 WLAN信源
在设计合路系统中,一般情况:WLAN网络信号只对会议室、大堂、咖啡厅等进行选择性覆盖而不是完全覆盖故采用A方式合路。但在WLAN网络信号需对整个建筑覆盖时采使用B方式合路。在工程中还需根据有源设备安装地点和覆盖楼层分布的具体情况合理考虑以上两种合路结构的组合。要做到即节约成本,又能达到最佳覆盖效果。
2 分布系统部分 2.1 无源器件的选取
在三网合一室分布系统中,无源器件的选取尤为重要: 根据工作频率围、驻波比选取合适的室吸顶天线及壁挂天线:
工作频率围包含885~2500MHz; 在全频段驻波比≤1.8。
根据工作频率围、驻波比、插损选取合适的功分器、耦合器
工作频率围包含885~2500MHz; 在全频段驻波比≤1.3; 插损≤0.1dB(不包含分配比)。
2.2 天线的分布
根据建筑物的结构选取天线的分布密度:
建筑物部结构简单且地域空旷,如地下室、停车场、机场、大型超市,可采
用分布密度较小的天线进行覆盖;建筑物部结构复杂且隔墙较多,如卡拉OK包厢、密集型写字楼,可采用分布密度较大的天线进行覆盖。
2.3 天线端口的设计输入功率
根据WCDMA和GSM信号传播模型确定天线的两系统功率分配: WCDMA信号比GSM900/1800信号自由空间衰耗大7dB/1dB,一般区域边缘场强要求WCDMA导频功率≥-90dBm、GSM功率≥-85dBm。故如WCDMA与GSM900共用天线,则WCDMA天线端口导频功率比GSM900天线端口功率高2dB;如WCDMA与GSM1800共用天线,则WCDMA天线端口导频功率比GSM1800天线端口功率低4dB。
按照以上规律设计室天线端口的输入功率,基本可以保持相同的覆盖面积。
二、WCDMA、GSM、WLAN三网合一系统的技术分析
1 可行性分析
通过万年大厦的GSM&WCDMA&WLAN三网合一室分布系统试点的建设和测试,并对其测试结果加以分析总结,得出最终结论:GSM&WCDMA&WLAN三系统共用室分布系统的解决方案是完全可行的。共用室分布系统的关键要点在于:
A、合路器件的选取时注意隔离度的要求;
B、三系统各自的有源设备的杂散发射指标,包含直放站、功率直放机、微蜂窝和宏蜂窝,必须严格符合各自的协议标准;
C、室分布系统中所使用的无源器件(天线、馈线、功分器、耦合器等)必须满足工作频率围的要求;
D、必须根据三系统各自不同的覆盖要求和设计指标来合理的设计共用室分布系统。
在设计GSM&WCDMA&WLAN三网合一室分布系统时,如能够满足以上几个条件,那么实现共用系统是可行的。
1.2 GSM&WCDMA&WLAN三系统间的干扰分析
在共用室分布系统中,三系统之间的干扰无疑成为最为关注的一点,在此我们通过结合万年大厦的测试结果来详细的分析它们各自之间的干扰情况。 GSM:
900系统的工作频率为: 上行接收频率为:890MHz~909MHz共19MHz;
下行发射频率为:935MHz~954MHz共19MHz;
1800系统的工作频率为:上行接收频率为:1710MHz~1720MHz共10MHz;
下行发射频率为:1805MHz~1815MHz共
10MHz;
每载频工作带宽为: 200KHz。 WCDMA:
我国WCDMA系统的工作频率为:
上行接收频率为:1920MHz~1980MHz共
60MHz;
下行发射频率为:2110MHz~2170MHz共
60MHz;
每载频工作带宽为: 5MHz。 WLAN:
IEEE 802.11b协议规定WLAN的工作频率为:
2400MHz~2483.5MHz,每信道带宽为22MHz。
GSM、WCDMA、WLAN工作频段如下:
GSM900MHz GSM1800MHz WCDMA2000MHz WLAN2400MHz
2.1 GSM系统对WCDMA和WLAN系统的干扰
首先我们可以根据GSM发射机的协议标准得出,GSM发射机的杂散发射
为:
WCDMA工作频率围:低于-30dBm/100KHz; WLAN工作频率围:低于-30dBm/100KHz。
如采用60dB隔离度的合路器,那么GSM发射机的杂散发射到达WCDMA信源或WLAN信源接收机的大小低于-90dBm/100KHz。
对于WCDMA系统:达到接收机的噪声电平为-73dBm/5MHz,对于WLAN系统:达到接收机的噪声电平为-67dBm/22MHz,严重影响了WCDMA和WLAN信源上行接收机的正常工作,所以该指标不可取。
如按照以上的杂散要求,无法满足共用室分布系统的杂散发射要求。但在试点中我们通过下图所示测量方法测得我公司GSM900功率直放机的杂散发射在WCDMA和WLAN工作频率围均低于-97dBm/100KHz。
负载 GSM 测试跳线 WCDMA/WLAN 合路器 ANT GSM 有源设备 频谱分析仪 在实际工程应用中,我们通常使用合路器将GSM系统与它系统合路,如下图所示:
GSM信源 A WCDMA信源 或WLAN信源 B
根据测试结果GSM900功率直放机的杂散发射在WCDMA和WLAN工作频率围均低于-97dBm/100KHz。如采用60dB隔离度的合路器,那么GSM发射机的杂散发射到达B点即进入WCDMA信源或WLAN信源接收机的大小低于-157dBm/100KHz。
对于WCDMA系统:达到接收机的噪声电平为-140dBm/5MHz,而接收机的底噪声为-105dBm/5MHz左右,几乎对WCDMA系统不产生干扰。并且通过实际测试证明合路之后几乎没有任何影响。
对于WLAN系统:达到接收机的噪声电平为-134dBm/22MHz,远远低于WLAN热噪声,几乎对WLAN系统不产生干扰。并且通过实际测试证明合路之后几乎没有任何影响。
2.2 WCDMA系统对GSM和WLAN系统的干扰
首先我们可以根据WCDMA发射机的协议标准得出,WCDMA发射机的杂散发射为:
GSM工作频率围:-98dBm/100KHz; WLAN工作频率围:-98dBm/100KHz。
在试点中我们通过下图所示测量方法测得我公司WCDMA功率直放机的杂散发射在GSM和WLAN工作频率围均为-100dBm/100KHz。
负载 WCDMA 测试跳线 GSM/WLAN 合路器 ANT WCDMA 有源设备 频谱分析仪 在实际工程应用中,我们通常使用合路器将WCDMA系统与它系统合路,如下图所示:
WCDMA信源 A GSM信源 或WLAN信源 B
根据协议标准WCDMA发射机的杂散发射在GSM和WLAN工作频率围均为-98dBm/100KHz。如采用60dB隔离度的合路器,那么WCDMA发射机的杂散发射到达B点即进入GSM信源或WLAN信源接收机的大小为-158dBm/100KHz。
对于GSM系统:达到接收机的噪声电平为-155dBm/200KHz,而接收机的底噪声为-107dBm/200KHz左右,几乎对GSM系统不产生干扰。并且通过实际测试证明合路之后几乎没有任何影响。
对于WLAN系统:达到接收机的噪声电平为-134dBm/100KHz,远远低于WLAN热噪声,几乎对WLAN系统不产生干扰。并且通过实际测试证明合路之后几乎没有任何影响。
2.3 WLAN系统对GSM和WCDMA系统的干扰
在试点中我们通过下图所示测量方法测得WLAN有源设备的杂散发射:
GSM900工作频率围:-97dBm/100KHz;
GSM1800和WCDMA工作频率围:-81dBm/100KHz。
负载 WCDMA 测试跳线 GSM/WLAN 合路器 ANT WCDMA 有源设备 频谱分析仪 在实际工程应用中,我们通常使用合路器将WLAN系统与它系统合路,如下图所示:
WLAN信源 A GSM信源或WCDMA信源 B
根据测试结果WLAN发射机的杂散发射在GSM900、GSM1800、WCDMA工作频率围分别为为-97dBm/100KHz、-81dBm/100KHz、-81dBm/100KHz。如采用60dB隔离度的合路器,那么WLAN发射机的杂散发射到达B点即进入GSM900信源、GSM1800信源或WCDMA信源接收机的大小分别为-157dBm/100KHz、-141dBm/100KHz、-141dBm/100KHz。
对于GSM900系统:达到接收机的噪声电平为-155dBm/200KHz,而接收
机的底噪声为-107dBm/200KHz左右,几乎对GSM900系统不产生干扰。并且通过实际测试证明合路之后几乎没有任何影响。
对于GSM1800系统:达到接收机的噪声电平为-138dBm/200KHz,而接收机的底噪声为-107dBm/200KHz左右,几乎对GSM1800系统不产生干扰。并且通过实际测试证明合路之后几乎没有任何影响。
对于WCDMA系统:达到接收机的噪声电平为-124dBm/5MHz,而接收机的底噪声为-105dBm/5MHz左右,几乎对WCDMA系统不产生干扰。并且通过实际测试证明合路之后几乎没有任何影响。
3 干扰分析总结
通过以上分析,并结合试点测试结果,我们可以确定:GSM、WCDMA、WLAN之间的干扰几乎不存在。
在此,需强调的是GSM发射机的杂散发射的协议标准已不能够满足GSM&WCDMA&WLAN三网合一室分布系统的要求,建议在对GSM直放站或功率放大器进行选型时需考虑杂散发射低于-80dBm/100KHz。如使用隔离度为60dB的合路器,则:到达WCDMA接收机的杂散发射电平为-123dBm/5MHz,而WCDMA基站的底噪声为-105dBm,使WCDMA基站的底噪声电平提高0.07dB。到达WLAN接收机的杂散发射电平为-116.6dBm/22MHz,而WLAN的底噪声为-97.6dBm,使WLAN的底噪声电平提高0.05dB。以上噪声增量基本没有影响。
WCDMA直放站或功率直放机的杂散发射符合3GPP协议,在GSM和WLAN系统工作频率围的杂散发射电平低于-98dBm/100KHz。
WLAN AP或功率直放机的杂散发射电平低于-80dBm/100KHz。
三、GSM系统向兼容WCDMA系统的改造
1 WCDMA信源和干线放大器的合路
与原有GSM室分布系统进行信源合路时,需分两种情况:
1.1 原有GSM分布系统为无源分布系统
此合路方式较为简单,在GSM信源处将WCDMA信源进行合路即可,如下图所示:
1.2 原有GSM分布系统为有源分布系统
即除信源合路外还有干线放大器的合路,如下图所示:
2 无源器件的更换
由于以前所建设的GSM室分布系统中,所使用的无源器件(功分器、耦合器、天线)的工作频率围大多为890~2000MHz,甚至只有890~960MHz,均不支持WCDMA的工作频率1920~2170MHz,所以在进行原有GSM系统的改造时需要对天馈线系统中的无源器件进行更换。考虑到WLAN系统的合路,故建议更换后的无源器件必须满足工作频率围为885~2500MHz。
另在进行无源器件更换时还需注意其它技术参数,最好与更换前保持一致,如天线的增益,功分器耦合器的插损等。
3 馈线的改造
现有的GSM室分布系统中所使用的馈线大多为8D/10D/1/2〞,它们的100m衰耗对照下表:
8D馈线 10D馈线 1/2〞馈线 7/8〞馈线 900MHz 14.0dB 11.1dB 6.9dB 3.9dB 2000MHz 约23dB 约18dB 10.7dB 6.1dB 2400MHz 约26dB 约21dB 12.1dB 7.0dB 可以看出2000MHz的损耗与900MHz的损耗相差较大,在1.9GHz的频率以上一般不采用8D和10D馈线,建议馈线改造按以下要求:
原有GSM分布系统平层馈线中长度超过5m的8D/10D馈线均需更换为1/2〞馈线;主干馈线中不使用8D/10D馈线。
原有GSM分布系统平层馈线中长度超过50m的1/2〞馈线均需更换为7/8〞馈线;主干馈线中长度超过30m的1/2〞馈线均需更换为7/8〞馈线。
考虑到在进行馈线改造所产生的馈线与接头的增加成本的控制,更换下来的1/2〞馈线与接头可以用于更换8D/10D馈线。
4 电梯覆盖的改造
八木天线由于增益高、方向性好、价格适中被广泛用于室分布系统中对电梯的覆盖,特别是GSM900系统(平均每副天线可覆盖7层,有很高的性价比)使用最多。但受自身结构特点的限制,八木天线不能在890~2500MHz的宽频段工作(衰减量太大,失去高增益的优势),所以进行WCDMA改造项目时必须采取有效措施保证双网信号正常覆盖。
在电梯井道安装不同频段的八木天线,如下图所示:
将原八木天线替换为宽频段的定向壁挂天线(一般是双频段的:800~960MHz与1700~2500MHz),并加大天线密度,保证边缘区域足够的电平值。
如原电梯覆盖系统为采用吸顶天线进行电梯厅进行覆盖,则一般需更换吸顶天线即可。
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