TD-SCDMA直放站工程应用基本知识 共75页
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12
式中： KT=-174dB/Hz B=10LOG(载波带宽，单位为Hz） Eb/N0=数字解调器在误比特率为某一量级的
规定下要求的输入信噪比，TD-SCDMA 为7.5dB， Gp=扩频处理增益，TD-SCDMA为11dB。 所以，TD-SCDMA基站接收灵敏度为： S=-112+5+7.5-11=-110dBm
室内传播的经验公式是室内环境中估算传播损耗 的实用方法。尽管这种方法经常使用，但切记这 只是一种通用的方法，可能并不完全反映现实问 题。
36
五、无线链路常用天线及器件指标
（一）、耦合器： 5dB耦合器：插入损耗≤2dB 1.4 10dB耦合器：插入损耗≤0.7dB 0.7 15dB耦合器：插入损耗≤0.4dB 0.2 20dB耦合器：插入损耗≤0.3dB 0.2
37
（二）、功分器： 二功分器：分功损耗3.5dB 3.2dB 三功分器：分功损耗5.2dB 5dB 四功分器：分功损耗6.5dB 6dB
38
1m跳线电缆：要求使用双层屏蔽电缆 其他采用1/2硬馈线（10.7dB/100m） （四）、吸顶天线 增益≥2dBi （五）、其他
13
三、自由空间传播及传输损耗计算
地球等效半径 费涅尔区示意图 地球凸起高度 余隙 阻挡 多径
14
大气折射特性
大气折射率与折射梯度 地球等效半径与k因子 K因子与气象条件关系以及它对通信链路的影响 有效k因子ke的概念，ke与链路长度的关系
15
■地球等效半径与K因子
由于大气折射及随着高度增加折射率发生的变化（通常高度增加折射率下降）使电 磁波传输向下弯曲，其结果可以被看成电磁波在一个等效半径为R0的地球上空沿 着直线传播，则： R0=KR
直放站上行增益＝80dB； 直放站上行噪声系数5dB； 施主链路有效路径损耗＝82.5dB； 直放站上行对基站接收机噪声恶化的计算如下：
直放站的噪声经过放大（直放站的上行增益）和有 效路径损耗后进入基站，和基站接收机的噪声叠加就会提 高接收机噪声电平，使基站接收灵敏度下降。
7
直放站的噪声到达基站接收机输入端的等效热噪声电平为Nin，则： Nin=K*T*B+NFrep＋Grep－EdoPL K*T:热噪声密度 ＝－174dBm/Hz; B: 系统信道带宽=1.6MHz , 10㏒B(Hz)＝62dB； NFrep:直放站噪声系数＝5dB； Grep: 直放站上行增益 ＝80dB； EDoPL：有效路径损耗＝82.5dB； Nin=－174+62+5＋80-82.5 =-109.5dBm
基站接收机输入端总噪声功率P= PRPT+ PBTS 换算为dB表示： N=10㏒P
基站噪底恶化量＝ N－ Nbts 注意： Grep－EdoPL ＝0时，基站噪底恶化量为
3dB。也就是说：控制Grep，使其低于EdoPL是 控制直放站对基站引入恶化量的关键，
10
根据3GPP协议的规定，NodeB都有检测RTWP （Received Total Wideband Power）功能，NodeB 的RTWP测量功能是我们发现3G上行干扰及容量测试的 一个重要手段。要讨论3G系统的上行干扰，首先需要清 楚RTWP的概念，下面对RTWP在空载和有负载情况下进 行分析。 在空载情况下，由于热噪声的频谱密度为：174dBm/Hz，在TD-SCDMA的1.6MHz载波带宽内底噪 约为-112.dBm/1.6MHz；
39
工作频率 (MHz)
1/2"馈线 （dB/100米）
馈线损耗
1/2"超柔馈线 （dB/100米）
8DFB （dB/100米）
SYV-50-7-2 （dB/100米）
800 900 1800 2300
6.46 6.85 10.1 11.5
10.4 11.1 16.6 19.1
14 21.7
23.8 35.26
当hb＞hroot
0
当hb≤hroot
△hb=hb-hroot
Kd= 18
当hb＞hroot
18-15△hb/hroot
当hb≤hroot
Ka= 54
当hb＞hroot
54-0.8△hb
当hb≤hroot d≥0.5km
54-0.8△hbd/0.5
当hb≤hroot d＜0.5km
Nout=Nin*G+Np=Nin*Nf*G 其中G为放大器增益，Np为放大器本身产生的噪声功率。
4
（3） 多级放大器的噪声系数 下图给出的是一个级联放大器的模型：
F1/G1
F2/G2
Fn/Gn
级联放大器总噪声系数为F，则： F=F1+(F2-1)/G1+(F3-1)/G1*G2+----+(Fn-1)/G1*G2*----Gn-1
19
地球凸起高度
在S点的地球凸起 hk=d1*d2/2Ka
k:地球等效半径系数 a:地球半径6370km
hk
d1
d2
S
D
20
余隙
H1=h1+(h2-h1)d1/D-Hk-Hs
h1 A
H1 Hs
H2
d1 Hk
d2
D
h2 B
21
阻挡
h1
A
d1
h2
d1
d2
23
绕射损耗
24
图3 绕射损耗
Kf=-4+ 0.7[(f/925)-1]
市郊
1.5[(f/925)-1]
城市中心
b=两楼中心线间距（m）
32
Lrts＝－16.9－10㏒W(m)+10㏒fc(MHz)+20㏒ △hm(m)+Lφ
式中：
W: 街道宽度；
hm＝hroot－hm
φ: 手机接收入射波与街道方向的夹角
29
（三）、下列情况
小区覆盖半径小于1km； 很少会有视距传播信号到达UE； 基站天线高度在50m以下；
根据上述环境特征，适于采用COST-231 Walfisch Ikegami传播模型进行链路预算。
30
COST-231 Walfisch Ikegami传播模型由三部 分组成：
5
当出现多级放大器时，最关键的第一级不仅要求 它噪声系数低，而且要求增益尽可能大，
由此可见，多级放大器的噪声系数取 决于一、二级。
在室内分布系统中，由于每级之间还接入其他用 户，因此，应与纯放大器的多级 串联有不同的考虑，即应将所有用户状态综合起 来考虑。
6
（4）、直放站对基站噪底的抬升
自由空间损耗Lfs; 多层屏蔽损耗：Lms; 屋顶到街道的绕射和散射损耗：Lrts. Lcost=Lfs+ Lms+ Lrts
31
Lfs＝32.44+20㏒fc(MHz)+20㏒d(km) Lms=Lbsh+Ka+Kd㏒d(km)+Kf㏒fc(MHz)-9㏒b(m) 式中：
Lbsh＝ －18㏒(1+△hb)
R为地球真实半径（6370公里） K为等效地球半径因子 注意： 1、一般气候条件下，K的平均值是4/3; 2、K和所设计地区气象条件相关，可以有大的变化范围； 3、K＜1，会造成射线被中途障碍物阻挡而引起传播中断； ■有效K因子Ke
是指在一定路径长度上，经统计测量得到的K的最小值，换言之： 在一定路径长度上99.9%时间K值比Ke要大。
B:理论的刀刃型阻挡损耗曲线
D:6.5GHz和K=4/3时光滑球形地面的理论损耗曲线
Ad:普通不规则地形的绕射损耗经验曲线
25
自由空间传输损耗
L0=92.44+20log(f)+20log(d) (dB) f 工作频率 (GHz) d 站距 (km)
在2GHz频段 L0=38.44+20log(d) (dB) d 站距 (m)
传输设计相关知识
1
提纲
一、热噪声功率及噪声系数 二、接收机灵敏度方程 三、自由空间传播及传输损耗计算 四、移动通信传播模型 五、无线链路常用天线及器件指标 六、TD-SCDMA系统基本知识 七、关于TD-SCDMA系统链路预算方法 八、关于TD-SCDMA直放站室外覆盖电路设计 九、关于TD-SCDMA室内覆盖电路设计 十、工程测试
COST231-Hata模型表达式为：
L0(dB)＝46.3+33.9lg(f)-13.82lg(Hb)-a(Hm)+[44.96.55lg(Hb)]lg(d)+ Cm
a(Hm)=[1.11lg(f)-0.7]Hm-[1.56lg(f)-0.8]
因地理环境的不同，各种地形修正值为：
密集市区：Cm ＝3dB；
3
(2)噪声系数 放大器噪声系数是指放大器输入端信号的信噪比Sin/Nin与
输出端信号的信噪比Sout/Nout之比值。 即有：F=（Sin/Nin）/（Sout/Nout） 用dB表示时为：Nf=10Log（F）。 它表示信号通过放大器后信号信噪比变坏的程度。如果
放大器是理想无噪声网络，则F=1或Nf=0dB，信号与噪声得 到同样的放大。若放大器本身有噪声，则输出噪声功率等于 放大后的输入噪声功率和放大器本身的噪声功率之和。即经 放大器后的输出噪声为：
16
图1 最坏月份99.9％以上时间的ke
17
费涅尔区示意图
d
F1
Tx
直接射线
F2
垂直于直接射线 的平面
Rx
d1
d2
18
费涅尔区与费涅尔区半径
第一费涅尔区半径 F1＝17.3(d1d2/df)1/2 (m) 第n个费涅尔区半径 Fn=17.3(nd1d2/df)1/2
d 站距(km) d1,d2 反射点离路径一端的距离(km) f 工作频率(GHz) 余隙与归一化余隙 余隙与绕射损耗关系 余隙标准
Lφ= -10+0.354φ(度)
0≤φ＜35度
2.5+0.075[φ(度)-35]
35度≤φ＜55度
4-0.114[φ(度)-55]
55度≤φ≤90度
33
基站
△hb hb
hroot
UE d
△hm W b
34
UE φ 电波射束方向
街道 35
（四）、3G室内传播模型
Ld(dB)=38.5+30log(d)+8 式中d是收发信机之间的距离，单位米。
26
四、3G传播模型
(一）、在计算直放站与基站之间链路预算时，可以 按照自由空间传播模型考虑，这是因为直放站施 主天线架设高度通常在建筑物顶部或铁塔上，接 近视距或准视距传播，自由空间传播模型表达式 是：
L0=32.44+20lgf(MHz)+20lgd(km)
27
（二）、在基站天线架设较高时：
40
六、TD-SCDMA系统基本知识
41
TD-SCDMA帧结构
10ms 无线帧
5ms 无线子帧
2
一、热噪声功率及噪声系数
（1） 噪声功率 我们这里所讲的噪声指的是热噪声，通常我们认为放大器输 入端噪声功率Nin是信号源内阻Rs产生的热噪声，并假定Rs的 温度为290K（即17度）。此时 Nin=Vin²/4Rs=4KtinRsB/4Rs=KtinB K为波耳兹曼常数K=1.38*10´²³J/K Tin=290K为内阻Rs的绝对温度 B为载波带宽
8
设基站接收机等效热噪声电平为Nbts,则： Nbts＝K*T*B+NFbts K*T:热噪声密度＝－174dBm/Hz； B:系统信道带宽＝1.6MHz, 10㏒B(Hz)＝62dB； NFbts：基站接收机噪声系数＝5dB； Nbts＝－174+62+5=-107dBm；
9
将以dB表示的噪声功率换算为以w表示： PRPT=10Nin/10 PBTS=10Nbts/10
关于RTWP:
RTWP=-112.dBm或：
RTWP=KTB+Nf=-107.dBm(Nf=5dB）
11
二、接收机灵敏度方程
1、 F=(Sin/Nin)/(Sout/Nout) 2、 (Sout/Nout)＝ (Sin/Nin)/F
＝（Eb*Rb)/KTB*F ＝(Eb/KTF)*(Rb/B) ＝(Eb/N0)/Gp 3、Sin＝F*Nin*(Sout/Nout) ＝KTB*F* (Eb/N0)/Gp 取对数后： S(dB）＝KTB(dBm）+Nf+Eb/N0(dB）-Gp
市区：
Cm ＝0dB；
郊区：
Cm ＝－12.28dB；
农村：
Cm ＝－22.52dB；
该模型是在满足下列条件时适用：
f=150-2000MHz;
基站天线有效高度h0=30-200m;
移动台天线高度在1-10m;
基站覆盖范围大于1km.
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上式中： f: 工作频率，单位MHz d: 基站与手机之间距离，单位km Hb:基站天线的有效高度，单位m Hm:手机天线有效高度，单位m
式中： KT=-174dB/Hz B=10LOG(载波带宽，单位为Hz） Eb/N0=数字解调器在误比特率为某一量级的
规定下要求的输入信噪比，TD-SCDMA 为7.5dB， Gp=扩频处理增益，TD-SCDMA为11dB。 所以，TD-SCDMA基站接收灵敏度为： S=-112+5+7.5-11=-110dBm
室内传播的经验公式是室内环境中估算传播损耗 的实用方法。尽管这种方法经常使用，但切记这 只是一种通用的方法，可能并不完全反映现实问 题。
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五、无线链路常用天线及器件指标
（一）、耦合器： 5dB耦合器：插入损耗≤2dB 1.4 10dB耦合器：插入损耗≤0.7dB 0.7 15dB耦合器：插入损耗≤0.4dB 0.2 20dB耦合器：插入损耗≤0.3dB 0.2
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（二）、功分器： 二功分器：分功损耗3.5dB 3.2dB 三功分器：分功损耗5.2dB 5dB 四功分器：分功损耗6.5dB 6dB
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1m跳线电缆：要求使用双层屏蔽电缆 其他采用1/2硬馈线（10.7dB/100m） （四）、吸顶天线 增益≥2dBi （五）、其他
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三、自由空间传播及传输损耗计算
地球等效半径 费涅尔区示意图 地球凸起高度 余隙 阻挡 多径
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大气折射特性
大气折射率与折射梯度 地球等效半径与k因子 K因子与气象条件关系以及它对通信链路的影响 有效k因子ke的概念，ke与链路长度的关系
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■地球等效半径与K因子
由于大气折射及随着高度增加折射率发生的变化（通常高度增加折射率下降）使电 磁波传输向下弯曲，其结果可以被看成电磁波在一个等效半径为R0的地球上空沿 着直线传播，则： R0=KR
直放站上行增益＝80dB； 直放站上行噪声系数5dB； 施主链路有效路径损耗＝82.5dB； 直放站上行对基站接收机噪声恶化的计算如下：
直放站的噪声经过放大（直放站的上行增益）和有 效路径损耗后进入基站，和基站接收机的噪声叠加就会提 高接收机噪声电平，使基站接收灵敏度下降。
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直放站的噪声到达基站接收机输入端的等效热噪声电平为Nin，则： Nin=K*T*B+NFrep＋Grep－EdoPL K*T:热噪声密度 ＝－174dBm/Hz; B: 系统信道带宽=1.6MHz , 10㏒B(Hz)＝62dB； NFrep:直放站噪声系数＝5dB； Grep: 直放站上行增益 ＝80dB； EDoPL：有效路径损耗＝82.5dB； Nin=－174+62+5＋80-82.5 =-109.5dBm
基站接收机输入端总噪声功率P= PRPT+ PBTS 换算为dB表示： N=10㏒P
基站噪底恶化量＝ N－ Nbts 注意： Grep－EdoPL ＝0时，基站噪底恶化量为
3dB。也就是说：控制Grep，使其低于EdoPL是 控制直放站对基站引入恶化量的关键，
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根据3GPP协议的规定，NodeB都有检测RTWP （Received Total Wideband Power）功能，NodeB 的RTWP测量功能是我们发现3G上行干扰及容量测试的 一个重要手段。要讨论3G系统的上行干扰，首先需要清 楚RTWP的概念，下面对RTWP在空载和有负载情况下进 行分析。 在空载情况下，由于热噪声的频谱密度为：174dBm/Hz，在TD-SCDMA的1.6MHz载波带宽内底噪 约为-112.dBm/1.6MHz；
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工作频率 (MHz)
1/2"馈线 （dB/100米）
馈线损耗
1/2"超柔馈线 （dB/100米）
8DFB （dB/100米）
SYV-50-7-2 （dB/100米）
800 900 1800 2300
6.46 6.85 10.1 11.5
10.4 11.1 16.6 19.1
14 21.7
23.8 35.26
当hb＞hroot
0
当hb≤hroot
△hb=hb-hroot
Kd= 18
当hb＞hroot
18-15△hb/hroot
当hb≤hroot
Ka= 54
当hb＞hroot
54-0.8△hb
当hb≤hroot d≥0.5km
54-0.8△hbd/0.5
当hb≤hroot d＜0.5km
Nout=Nin*G+Np=Nin*Nf*G 其中G为放大器增益，Np为放大器本身产生的噪声功率。
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（3） 多级放大器的噪声系数 下图给出的是一个级联放大器的模型：
F1/G1
F2/G2
Fn/Gn
级联放大器总噪声系数为F，则： F=F1+(F2-1)/G1+(F3-1)/G1*G2+----+(Fn-1)/G1*G2*----Gn-1
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地球凸起高度
在S点的地球凸起 hk=d1*d2/2Ka
k:地球等效半径系数 a:地球半径6370km
hk
d1
d2
S
D
20
余隙
H1=h1+(h2-h1)d1/D-Hk-Hs
h1 A
H1 Hs
H2
d1 Hk
d2
D
h2 B
21
阻挡
h1
A
d1
h2
d1
d2
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绕射损耗
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图3 绕射损耗
Kf=-4+ 0.7[(f/925)-1]
市郊
1.5[(f/925)-1]
城市中心
b=两楼中心线间距（m）
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Lrts＝－16.9－10㏒W(m)+10㏒fc(MHz)+20㏒ △hm(m)+Lφ
式中：
W: 街道宽度；
hm＝hroot－hm
φ: 手机接收入射波与街道方向的夹角
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（三）、下列情况
小区覆盖半径小于1km； 很少会有视距传播信号到达UE； 基站天线高度在50m以下；
根据上述环境特征，适于采用COST-231 Walfisch Ikegami传播模型进行链路预算。
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COST-231 Walfisch Ikegami传播模型由三部 分组成：
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当出现多级放大器时，最关键的第一级不仅要求 它噪声系数低，而且要求增益尽可能大，
由此可见，多级放大器的噪声系数取 决于一、二级。
在室内分布系统中，由于每级之间还接入其他用 户，因此，应与纯放大器的多级 串联有不同的考虑，即应将所有用户状态综合起 来考虑。
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（4）、直放站对基站噪底的抬升
自由空间损耗Lfs; 多层屏蔽损耗：Lms; 屋顶到街道的绕射和散射损耗：Lrts. Lcost=Lfs+ Lms+ Lrts
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Lfs＝32.44+20㏒fc(MHz)+20㏒d(km) Lms=Lbsh+Ka+Kd㏒d(km)+Kf㏒fc(MHz)-9㏒b(m) 式中：
Lbsh＝ －18㏒(1+△hb)
R为地球真实半径（6370公里） K为等效地球半径因子 注意： 1、一般气候条件下，K的平均值是4/3; 2、K和所设计地区气象条件相关，可以有大的变化范围； 3、K＜1，会造成射线被中途障碍物阻挡而引起传播中断； ■有效K因子Ke
是指在一定路径长度上，经统计测量得到的K的最小值，换言之： 在一定路径长度上99.9%时间K值比Ke要大。
B:理论的刀刃型阻挡损耗曲线
D:6.5GHz和K=4/3时光滑球形地面的理论损耗曲线
Ad:普通不规则地形的绕射损耗经验曲线
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自由空间传输损耗
L0=92.44+20log(f)+20log(d) (dB) f 工作频率 (GHz) d 站距 (km)
在2GHz频段 L0=38.44+20log(d) (dB) d 站距 (m)
传输设计相关知识
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提纲
一、热噪声功率及噪声系数 二、接收机灵敏度方程 三、自由空间传播及传输损耗计算 四、移动通信传播模型 五、无线链路常用天线及器件指标 六、TD-SCDMA系统基本知识 七、关于TD-SCDMA系统链路预算方法 八、关于TD-SCDMA直放站室外覆盖电路设计 九、关于TD-SCDMA室内覆盖电路设计 十、工程测试
COST231-Hata模型表达式为：
L0(dB)＝46.3+33.9lg(f)-13.82lg(Hb)-a(Hm)+[44.96.55lg(Hb)]lg(d)+ Cm
a(Hm)=[1.11lg(f)-0.7]Hm-[1.56lg(f)-0.8]
因地理环境的不同，各种地形修正值为：
密集市区：Cm ＝3dB；
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(2)噪声系数 放大器噪声系数是指放大器输入端信号的信噪比Sin/Nin与
输出端信号的信噪比Sout/Nout之比值。 即有：F=（Sin/Nin）/（Sout/Nout） 用dB表示时为：Nf=10Log（F）。 它表示信号通过放大器后信号信噪比变坏的程度。如果
放大器是理想无噪声网络，则F=1或Nf=0dB，信号与噪声得 到同样的放大。若放大器本身有噪声，则输出噪声功率等于 放大后的输入噪声功率和放大器本身的噪声功率之和。即经 放大器后的输出噪声为：
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图1 最坏月份99.9％以上时间的ke
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费涅尔区示意图
d
F1
Tx
直接射线
F2
垂直于直接射线 的平面
Rx
d1
d2
18
费涅尔区与费涅尔区半径
第一费涅尔区半径 F1＝17.3(d1d2/df)1/2 (m) 第n个费涅尔区半径 Fn=17.3(nd1d2/df)1/2
d 站距(km) d1,d2 反射点离路径一端的距离(km) f 工作频率(GHz) 余隙与归一化余隙 余隙与绕射损耗关系 余隙标准
Lφ= -10+0.354φ(度)
0≤φ＜35度
2.5+0.075[φ(度)-35]
35度≤φ＜55度
4-0.114[φ(度)-55]
55度≤φ≤90度
33
基站
△hb hb
hroot
UE d
△hm W b
34
UE φ 电波射束方向
街道 35
（四）、3G室内传播模型
Ld(dB)=38.5+30log(d)+8 式中d是收发信机之间的距离，单位米。
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四、3G传播模型
(一）、在计算直放站与基站之间链路预算时，可以 按照自由空间传播模型考虑，这是因为直放站施 主天线架设高度通常在建筑物顶部或铁塔上，接 近视距或准视距传播，自由空间传播模型表达式 是：
L0=32.44+20lgf(MHz)+20lgd(km)
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（二）、在基站天线架设较高时：
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六、TD-SCDMA系统基本知识
41
TD-SCDMA帧结构
10ms 无线帧
5ms 无线子帧
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一、热噪声功率及噪声系数
（1） 噪声功率 我们这里所讲的噪声指的是热噪声，通常我们认为放大器输 入端噪声功率Nin是信号源内阻Rs产生的热噪声，并假定Rs的 温度为290K（即17度）。此时 Nin=Vin²/4Rs=4KtinRsB/4Rs=KtinB K为波耳兹曼常数K=1.38*10´²³J/K Tin=290K为内阻Rs的绝对温度 B为载波带宽
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设基站接收机等效热噪声电平为Nbts,则： Nbts＝K*T*B+NFbts K*T:热噪声密度＝－174dBm/Hz； B:系统信道带宽＝1.6MHz, 10㏒B(Hz)＝62dB； NFbts：基站接收机噪声系数＝5dB； Nbts＝－174+62+5=-107dBm；
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将以dB表示的噪声功率换算为以w表示： PRPT=10Nin/10 PBTS=10Nbts/10
关于RTWP:
RTWP=-112.dBm或：
RTWP=KTB+Nf=-107.dBm(Nf=5dB）
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二、接收机灵敏度方程
1、 F=(Sin/Nin)/(Sout/Nout) 2、 (Sout/Nout)＝ (Sin/Nin)/F
＝（Eb*Rb)/KTB*F ＝(Eb/KTF)*(Rb/B) ＝(Eb/N0)/Gp 3、Sin＝F*Nin*(Sout/Nout) ＝KTB*F* (Eb/N0)/Gp 取对数后： S(dB）＝KTB(dBm）+Nf+Eb/N0(dB）-Gp
市区：
Cm ＝0dB；
郊区：
Cm ＝－12.28dB；
农村：
Cm ＝－22.52dB；
该模型是在满足下列条件时适用：
f=150-2000MHz;
基站天线有效高度h0=30-200m;
移动台天线高度在1-10m;
基站覆盖范围大于1km.
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上式中： f: 工作频率，单位MHz d: 基站与手机之间距离，单位km Hb:基站天线的有效高度，单位m Hm:手机天线有效高度，单位m