GSM光纤直放站工程简明手册

GSM光纤直放站
工程培训
简明教材
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福建邮科通信技术有限公司
2006年11月20日
目录
第一章系统概述 (5)
1.1原理概述 (5)
1.2系统组成 (6)
1.2.1 系统框图 (6)
1.2.2 系统工作原理 (6)
1.3主机结构 (7)
1.3.1 结构示意图 (7)
1.3.2 主要部件工作原理 (7)
1.4设备技术指标 (8)
1.4.1 系统RF指标 (8)
1.4.2 系统接口、环境条件及规格指标 (9)
1.5系统优缺点 (10)
1.5.1 优点 (10)
1.5.2 缺点 (11)
1.6光纤知识 (11)
1.7光纤理论与光纤结构 (12)
1.7.1 光及其特性 (12)
1.7.2 光纤结构及种类 (12)
1.7.3 光纤制造与衰减 (14)
1.7.4 光纤的优点 (14)
1.7.5 连接和检测 (15)
1.7.6 光纤的应用及系统设计 (16)
第二章勘测设计 (17)
2.1建站基本要求 (17)
2.2勘测流程图 (18)
2.3站址选择 (19)
2.3.1 A端站址选择 (19)
2.3.2 B端站址选择 (19)
2.4设计方案分析 (20)
2.4.1 下行增益与输出功率计算 (20)
2.4.2 直放站上行噪声电平分析 (20)
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2.4.3 开通后覆盖区场强预测 (20)
2.5设备配置设计 (21)
2.6基础设施设计 (21)
2.7工程分工说明 (22)
2.8完成勘查设计报告 (24)
第三章设备安装 (26)
3.1设备安装流程图 (26)
3.2设备配置清单 (27)
3.3A端安装 (27)
3.3.1 固定主机 (27)
3.3.2 耦合器安装 (28)
3.3.3 -48V电源连接 (29)
3.3.4 光纤连接 (29)
3.4B端安装 (30)
3.4.1 固定主机 (30)
3.4.2 天馈系统连接 (31)
3.4.3 电源系统连接 (32)
3.4.4 地线连接 (33)
3.4.5 光纤连接 (33)
第四章系统调测 (34)
4.1调测流程图 (35)
4.2调测内容 (36)
4.2.1 调测工具及仪表 (36)
4.2.2 天馈调整 (36)
4.2.3 测量输入电压 (36)
4.2.4 光路测量 (36)
4.3A端调试 (36)
4.4B端调试 (37)
4.5返回A端调测上行底噪 (37)
4.6参数调试 (38)
4.6.1 使用手调终端现场调试 (38)
4.6.2 使用笔记本串口直连现场调试 (40)
4.6.3 使用监控中心远程调试 (44)
4.7覆盖区路测 (45)
4.8完成安装竣工报告 (46)
第五章系统维护 (47)
5.1巡检 (47)
5.2常见故障现象及排除方法 (47)
5.2.1 覆盖区无信号 (47)
5.2.2 覆盖区信号变弱 (48)
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5.2.3 覆盖区信号正常，但拨打困难 (48)
5.2.4 对基站干扰、覆盖区有干扰、切换困难 (48)
5.3系统维护的基本内容 (49)
5.3.1 维护工具、仪表、材料 (49)
5.3.2 维护测试 (49)
5.4光纤站常见现象与分析 (53)
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第一章 系统概述
1.1 原理概述
随着通讯技术的发展，移动通讯技术逐渐成为“亮点”，从2G 到3G ，从TDMA 到GSM ，移动通讯不断发展的先进技术为我们描绘出一幅前景灿烂的个人通讯方式。

GSM 移动通讯是利用空中无线信道来通讯的，由于无线传播受地形地物的影响较大，并且基站的数量和布放地点受到一定的限制，因此在移动通讯网络中存在有许多无线覆盖盲区或无线信号干扰区，造成移动用户不能接入、掉话或者通话质量降低。

LLZ-900系列直放站产品就是为解决这些问题而推出的。

LLZ-900-G 移动通信光纤直放站（以下简称“光纤直放站”），有效地解决了由于地物的遮挡，以及由于地面吸收、空间损耗等因素造成的使基站覆盖范围不能达到理想覆盖的问题。

由于光纤直放站使用单模光纤传输信号，而光纤传输损耗很小、抗电磁干扰强，光纤直放站特别适用于复杂电磁环境区域以及距离基站很远距离区域的覆盖。

图1-1为光纤直放站的应用示意图。

图1-1 光纤直放站的应用示意图
1.2系统组成
1.2.1系统框图
1.2.2系统工作原理
光纤直放站主要有光近端机、光纤、光远端机等几个部分组成。

光近端机和光远端机都包括射频单元(RF单元)和光单元。

无线信号从基站中耦合出来后，进入光近端机，通过电光转换，电信号转变为光信号，从光近端机输入至光纤，经过光纤传输到光远端机，光远端机把光信号转为电信号，进入RF单元进行放大，信号经过放大后送入发射天线，覆盖目标区域。

上行链路的工作原理一样，手机发射的信号通过接收天线至光远端机，再到近端机，回到基站。

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1.3主机结构
1.3.1结构示意图
1.3.2主要部件工作原理
1）下行功放
将前向电信号进行功率放大，最终从转发天线发射到覆盖区，达到覆盖的要求。

2）上行低噪放
将从转发天线接收的反向信号进行低噪声放大。

3）光收发模块
进行电-光、光-电转换，将电信号调制到光信号上，光信号解调成为电信号。

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4）双工器
将前向输出信号和反向输入信号复用到同一个端口，使得收发信号可共用一副天线。

双工器具有滤波作用，能将前向、反向信号中的带外成分滤除。

5）近端供电单元
近端供电单元为整个近端机提供所需电源，将输入的-48V/－24VAC电源进行DC/DC变换，输出监控单元及近端收发单元所需的电压，一般为＋12V。

6）远端供电单元
远端电源模块分为220VAC输入类型和DC-48V输入类型，前者可用于室外环境，后者仅用于室内环境。

电源模块提供+27V、+12V输出，以及为蓄电池充电功能。

7）近端监控单元
近端监控单元提供近端工作状况检测、控制、告警和通讯，并提供光纤直放站与网管中心的通讯。

其主要功能有：近端机上行链路的增益控制；检测下行输出功率；近端机电源告警、光模块告警；近端机与远端机通讯；RS232本控通讯。

8）远端监控单元
远端监控单元提供远端工作状况检测、控制、告警和通讯。

其主要功能有：远端机上、下行链路的增益控制；整机下行输出功率检测；过功率监测、自激监测与自激消除；远端机开禁告警；驻波比告警；远端机电源告警检测；远端机光模块告警检测；远端机与近端机通讯；RS232本控通讯。

1.4设备技术指标
1.4.1系统RF指标
光纤直放站系统RF指标见表1-1。

表1-1光纤直放站系统RF指标
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1.4.2 系统接口、环境条件及规格指标
1．近端单元主要技术指标见表1-2
表1-2 近端单元主要技术指标
2． 远端单元主要技术指标见表1-3
表1-3 远端单元主要技术指标
1.5系统优缺点
1.5.1优点
（1）工作稳定，覆盖效果好
光纤直放站通过光缆传输信号，不受地理环境、天气变化或施主基站覆盖范围调整的影响，整机具备防雷、防水、防烟雾、良好的防电磁干扰等功能，器件均选用工业级产品，能承受恶劣的环境条件。

（2）设计和施工更为灵活
根据无线直放站的工作原理，无线直放站需把施主天线安装在可以接收到GSM信号的地方，而且接收信号强度不能小于－80dBm，所以无线直放站一般只能安装在基站覆盖范围的边缘，同时，为了防止直放站自激，还需保证施主天线和覆盖天线有足够的隔离度。

因此，无线直放站的安装位置和方式受到一定限制，而且一般采用定向天线进行覆盖，覆盖范围较小。

光纤直放站在设计时无需考虑安装地点能否接收到信号；不需考虑收发隔离问题，选址方便；覆盖天线可根据需要采用全向或定向天线。

另外射频信号能够在很小的传送损失的情况下被传送到远达20公里的远处, 光缆很细，容易铺设。

因此，设计和施工的灵活性大。

铺设光缆也可以为运营商日后开展更多的数据业务做好准备。

(3)可全向覆盖, 干扰少
光纤直放站是为了扩大移动基站的覆盖范围，把电信号调制到光纤后，从基站传送到远程地区，可使干扰及插入损失减小到最小。

(4) 不存在隔离度的问题，可提高增益而不会自激，有利于加大下行信号发射功
率。

（5）可采用1AnB串联组网方式节约近端单元的投资。

（6）采用波分复用的方式，近端设备和远端设备之间的双向信号传输共用同一根光纤或叠加话路，减少占用光纤资源。

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1.5.2缺点
相对于无线直放站而言，光纤直放站主要有投资大需要架设杆路、占用传输资源、工期长且控制不好容易导致同频干扰等缺点。

1.6光纤知识
光功率：衡量光信号的大小，可用光功率计直接测试，常用dBm表示。

光端机：主要由光发送机和光接收机组成，功能是将要传送的电信号及时、准确的变成光信号并输入进光纤中进行传播（光发送机）；在接收端再把光信号及时、
准确的恢复再现成原来的电信号（光接收机）。

由于通信是双向的，所以光端
机同时完成电/光（E/O）和光/电（O/E）转换。

激光器：把电信号转换为光信号，用在光发射机中，主要指标是能够发出的光功率的大小。

光接收器：把光信号转换为电信号，用在光接收机中，主要指标是接收灵敏度。

光耦合器：光耦合是表示有源的或无源的或有源与无源光学器件之间的一种光的联系。

联系形式多种：光的通道，光功率的积聚与分配，不同波长光的合波与分波，
以及光的转换和转移等。

能实现光的这种联系的器件称为光耦合器。

波分复用器：光分波器或光合波器统称光复用器，它能将多个载波进行分波或合波，使光纤通信的容量成倍的提高。

目前采用1310nm/1550nm波分复用器较
多，它可将波长为1310nm和1550nm的光信号进行合路和分路。

光衰减器：就是在光信息传输过程中对光功率进行预定量的光衰减的器件。

按衰减值分3、5、10、20dB五种，根据实际需要选用。

光法兰头：光法兰头又称光纤连接器。

实现两根光纤连接的器件，目前公司采用的有FC型和APC型两种活动连接器，既可以连接也可以分离。

光纤：传输光信号的光导纤维，分多模光纤、单模光纤两大类。

光纤材料是玻璃芯/玻璃层，多模光纤的标准工作波长为850/1310nm，单模光纤的标准工作波长
为1310/1550nm，衰减常数为：
工作波长850nm 1310nm 1550nm
单模光纤（A级）≤0.35dB/km ≤0.25dB/km
多模光纤3~3.5dB/km 0.6~2.0dB/km
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光缆：由若干根光纤组成，加有护套及外护层和加强构件，具有较强的机械性能和防护性能。

种类有室外光缆、室内光缆、软光缆、设备内光缆、海底光缆、特种
光缆等。

尾纤：一端带有光纤连接器的单芯光缆。

跳线：两端都装有连接器的单芯光缆。

光传播时延：光在光纤传输1km的时间延迟，相当自由空间约1.5倍。

1.7光纤理论与光纤结构
1.7.1光及其特性
1、光是一种电磁波。

可见光部分波长范围是：390~760nm(毫微米).大于760nm部分
是红外光，小于390nm部分是紫外光。

光纤中应用的是：850，1310，1550三种。

2、光的折射，反射和全反射。

因光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折射和反射。

而且，折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。

当入射光的角度达到或超过某一角度时，折射光会消失，入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。

不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的(即不同的物质有不同的光折射率)，相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。

光纤通讯就是基于以上原理而形成的。

1.7.2光纤结构及种类
1、光纤结构：
光纤裸纤一般分为三层：中心高折射率玻璃芯(芯径一般为50或62.5μm)，中间为低折射率硅玻璃包层(直径一般为125μm)，最外是加强用的树脂涂层。

2、数值孔径：
入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。

这个角度就称为光纤的数值孔径。

光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。

不同厂家生产的光纤的数值孔径不同(AT&TCORNING)。

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3、光纤的种类：
A. 按光在光纤中的传输模式可分为：单摸光纤和多模光纤。

多模光纤：中心玻璃芯教粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。

但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。

例如：
600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。

因此，多模光纤传
输的距离就比较近，一般只有几公里。

单模光纤：中心玻璃芯教细(芯径一
般为9或10μm)，只能传一种模式的光。

因此，其模间色散很小，适用于
远程通讯，但其色度色散起主要作用，这样单模光纤对光源的谱宽和稳
定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。

B.按最佳传输频率窗口分：常规型单模光纤和色散位移型单模光纤。

常规型：光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在单一波长的光上，如1310 nm。

色散位移型：光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在两个波长的光上，如：1310 nm 和1550 nm。

C.按折射率分布情况分：突变型和渐变型光纤。

突变型：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变的。

其成本低，模间色散高。

适用于短途低速通讯，如：工控。

但单模光纤由于模间色散很小，所以单模光纤都
采用突变型。

渐变型光纤：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小，可使高模光按正弦形式传播，这能减少模间色散，提高光纤带宽，增加传输距离，但成本较高，
现在的多模光纤多为渐变型光纤。

4、常用光纤规格：
单模：8/125μm，9/125μm ，10/125μm
多模：50/125μm 欧洲标准，62.5/125μm 美国标准
工业，医疗和低速网络：100/140μm，200/230μm
塑料：98/1000μm 用于汽车控制。

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1.7.3光纤制造与衰减
1、光纤制造：
现在光纤制造方法主要有：管内CVD(化学汽相沉积)法，棒内CVD法，PCVD(等离子体化学汽相沉积)法和V AD(轴向汽相沉积)法.
2、光纤的衰减：
造成光纤衰减的主要因素有：本征，弯曲，挤压，杂质，不均匀和对接等。

本征：是光纤的固有损耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。

弯曲：光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉，造成的损耗。

挤压：光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。

杂质：光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光，造成的损失。

不均匀：光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。

对接：光纤对接时产生的损耗，如：不同轴(单模光纤同轴度要求小于0.8μm)，端面与轴心不垂直，端面不平，对接心径不匹配和熔接质量差等。

1.7.4光纤的优点
1、光纤的通频带很宽.理论可达30亿兆赫兹。

2、无中继段长.几十到100多公里，铜线只有几百米。

3、不受电磁场和电磁辐射的影响。

4、重量轻，体积小。

例如：通2万1千话路的900对双绞线，其直径为3英寸，重
量8 吨/KM。

而通讯量为其十倍的光缆直径为0.5英寸，重量450P/KM。

5、光纤通讯不带电，使用安全可用于易燃，易暴场所。

6、使用环境温度范围宽。

7、抗化学腐蚀，使用寿命长
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1.7.5连接和检测
一、光缆的连接：
方法主要有永久性连接、应急连接和活动连接。

1、永久性光纤连接(又叫热熔)：
这种连接是用放电的方法将连根光纤的连接点熔化并连接在一起。

一般用在长途接续、永久或半永久固定连接。

其主要特点是连接衰减在所有的连接方法中最低，典型值为0.01~0.03dB/点。

但连接时，需要专用设备(熔接机)和专业人员进行操作，而且连接点也需要专用容器保护起来。

2、应急连接(又叫)冷熔：
应急连接主要是用机械和化学的方法,将两根光纤固定并粘接在一起。

这种方法的主要特点是连接迅速可靠,连接典型衰减为0.1~0.3dB/点。

但连接点长期使用会不稳定，衰减也会大幅度增加，所以只能短时间内应急用。

3、活动连接：
活动连接是利用各种光纤连接器件(插头和插座)，将站点与站点或站点与光缆连接起来的一种方法。

这种方法灵活、简单、方便、可靠，多用在建筑物内的计算机网络布线中。

其典型衰减为1dB/接头。

二、光纤检测：
光纤检测的主要目的是保证系统连接的质量，减少故障因素以及故障时找出光纤的故障点。

检测方法很多，主要分为人工简易测量和精密仪器测量。

1、人工简易测量：
这种方法一般用于快速检测光纤的通断和施工时用来分辨所做的光纤。

它是用一个简易光源从光纤的一端打入可见光，从另一端观察哪一根发光来实现。

这种方法虽然简便，但它不能定量测量光纤的衰减和光纤的断点。

2、精密仪器测量：
使用光功率计或光时域反射图示仪(OTDR)对光纤进行定量测量，可测出光纤的衰减和接头的衰减，甚至可测出光纤的断点位置。

这种测量可用来定量分析光纤网络出现故障
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的原因和对光纤网络产品进行评价。

1.7.6光纤的应用及系统设计
一、光纤的应用：
人类社会现在已发展到了信息社会，声音、图象和数据等信息的交流量非常大。

以前的通讯手段已经不能满足现在的要求，而光纤通讯以其信息容量大、保密性好、重量轻体积小、无中继段距离长等优点得到广泛应用。

其应用领域遍及通讯、交通、工业、医疗、教育、航空航天和计算机等行业，并正在向更广更深的层次发展。

光及光纤的应用正给人类的生活带来深刻的影响与变革。

二、光纤网络系统设计：
光纤系统的设计一般遵循以下步骤：
1、首先弄清所要设计的是什么样的网络，其现状如何，为什么要用光纤。

2、根据实际情况选择合适是光纤网络设备、光缆、跳线及连接用的其它物品。

选用时应以可用为基础，然后再依据性能、价格、服务、产地和品牌来确定。

3、按客户的要求和网络类型确定线路的路由，并绘制布线图。

4、路线较长时则需要核算系统的衰减余量，核算可按下面公式进行：
衰减余量=发射光功率-接受灵敏度-线路衰减-连接衰减(dB)其中线路衰减=光缆长度×单位衰减；单位衰减与光纤质量有很大关系，一般单模为0.4~0.5dB/km；多模为2~4dB/km。

连接衰减包括熔接衰减接头衰减，熔接衰减与熔接手段和人员的素质有关，一般热熔为0.01~0.3dB/点；冷熔0.1~0.3dB/点；接头衰减与接头的质量有很大关系，一般为1dB/点。

系统衰减余量一般不少于4dB。

5、核算不合格时，应视情况修改设计，然后再核算。

这种情况有时可能会反复几次。

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第二章勘测设计
在设计一个光纤直放站的覆盖区域时，需要掌握一个基本原则和三个相互制约的要素。

原则：设法使上行和下行信道的系统余量相等，从而保证上、下行信道的通信距离、话音质量和通信可靠性大体相同。

要素：①覆盖半径，②话音质量，②通信可靠性
勘测内容：施主基站名称、经纬度
施主基站的CID、BCCH和TCH
施主扇区的输出功率及其天馈情况
施主基站在覆盖区的信号强度、是否能直视
勘测站点名称、经纬度
勘测站点距施主基站的直线距离或光缆传输距离
勘测站点基本环境、覆盖区域范围
勘测站点电源、接地描述
勘察站点是否在雷区
建议安装方式、估算馈线长度
建议选用天线类型
2.1建站基本要求
1）光纤直放站A、B端之间要具备光路且光路长度要小于20公里
目前主要是由用户方提供一到二根空光纤，极少叠加在其他在用的通信光纤上传输。

用户提供两根空光纤时，一根传输下行信号，另一根传输上行信号，上下行光载波波长可任选（1.31μm,1.55μm）；用户只提供一根空光纤时，上下行信号光载波使用波分复用的发式(比如上行用1.31μm，下行只能用1.55μm)，A、B端各需一个波分复用器。

当A、B端之间的光纤都已在用时，可以用波分复用的方式与在用的通信载波共同传输，要确认原来传输的载波波长?传输中途是否下路?才确定直放机可要的光波长和波分复用器数量。

2）要有可靠稳定的电源
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A 端电源：在通信电源中，因为电源正极接地，使正极的电势为零，负极输出的电势为-48V ，常称之为-48V 电源，而爱立信基站中因电源负极接地，使负极的电势为零，正极输出的电势为+24 V ，常称之为+24V 电源。

B 端电源：交流电分零火线，电源上的L 表示火线（Line ），它对地电压为220伏；N 表示零线（Null ）,对地电压为0伏；E 表示地线（Earth ），使用时需要将外壳接地。

在接电时，先用测电笔测一下两根电源线，测电笔里的氖管亮则是火线，不亮的则是零线。

2.2 勘测流程图
2.3站址选择
2.3.1A端站址选择
在光纤直放站的实际应用中，经常发现同频干扰现象。

如果施主基站与光纤直放站靠得较近，那施主基站信号与光纤直放站信号就可能产生重叠，重叠区中两个同频率的信号场强差值若小于同频干扰保护比(12db)就会产生互相干扰，移动台在这个范围内就无法正常登录网络。

因此，在选择A端站址时，一定要仔细勘测远端的信号情况，选择与远端没有交叉覆盖的基站或不同扇区作为光纤直放站信号源。

近端站址通常选择施主基站机房，使用机房的直流电源(-48v,+24v)供电，机房内的A端接地可用机房的工作地。

问题：为什么光纤站在重叠区内会产生同频干扰？
答：原因是近端信号经过光路后产生的时延比施主基站信号的时延大很多；无线直放站信号由于设备产生的时延≤4us,即使覆盖区与施主基站完全重叠，也不会产生同频干扰。

如下图所示：GSM信号的时延展宽上限：b+c-a<15us，否则将引起明显的多径干扰现象。

2.3.2 B端站址选择
远端根据拟覆盖区的地形，一般选择覆盖区中央区域的高点，用全向天线覆盖，考虑到全向天线的垂直面半功率角小于6度，也不能选择相对高度太高的山，否则将在山脚下形成信号阴影区（信号很弱）；有些地方选择覆盖区边缘高点，用双定向天线或一根定向天线覆盖。

问题：当有多个B端时，手机如何选择某个B端信号？
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答：实际上在移动通信网络中，多径信号重叠覆盖的区域很多，最典型的当属室内分布系统中的多个干放、多个天线之间的重叠覆盖。

室外直放站也存在重叠的覆盖区，手机在这种区域内通信并不需要去区分哪个路径的信号，也区分不了各个路径。

GSM 制式规定，移动台和基站台内部的时延均衡器必须能够处理不小于15us 的多径时延信号。

因此，各个直放站厂家都已引入多径信号的最大时延小于15us 作为站点设计的依据。

2.4 设计方案分析
2.4.1 下行增益与输出功率计算
预计A 端接入电平Pi=-5dBm
预计直放站输出功率Po=37dBm/ch
整机所需增益：G=Rfin-RFout=37-(-5)=42dB
2.4.2 直放站上行噪声电平分析
Pb-------BTS 输出功率43dBm/ch
Lb-------BTS 输出口到光纤直放站B 端输入口的路径传输损耗
Lb=Pb-Pi=43-(-5)=48dB
Pnt-------直放站上行噪声输出电平
Pnr-------到达基站接收机的上行噪声电平
Pnt=-75dBm （工程现场测试经验数据）
Pnr=Pnt-Lb=-75-48=-123dBm ，满足：Pnr<-120dBm 。

可见，直放站在上下行增益平衡设置42dB 的情况下，不但可以满功率输出，同时可以保证不对施主基站造成干扰。

2.4.3 开通后覆盖区场强预测
根据客户覆盖要求，以及现场勘测资料和测试数据，采用国际电联（ITU ）在“蜂窝和个人通信业务（PCS ）应用”（COST231）中建议采用的半确定性经验传播 模 型 WIM 传 播 模 型 ，即 在 自 由 空 间 传 播 损 耗 为MHz km fs f d L lg 20lg 2045.32++=的基础。