塔放、基放的工作原理

德国, Siemens Micro BTS
泰国, Nokia Metro BTS
CIU
Micro BTS
基站覆盖延伸系统 系统优点
• 扩大信号覆盖的范围 • 深化信号穿透深度,改善弱信号或无信号地
区的信号强度 • 降低手机发射功率，改善电磁环境 • 降低掉话率，改善通话质量 • 增加话务量，节省费用，提高经济效益，
测试题
• 双向塔放为什么也要尽量靠近天线放置？ • 为什么电波覆盖范围只与功率的平方成正
比？
典型产品性能指标 TMB-900MHz
上行：
频率范围 输入回波损耗（最小） 输出回波损耗（最小） 标称增益值 绝对增益精度 通带内纹波值（最大） 绝对群延时（通带边缘） 信道群延时失真（200 kHz） 旁路模式的插入损耗（最大） 噪声系数 Tx 频段在 LNA 输入的抑制 输入最大截止信号值（持续） 输入端 3 阶截止点信号值（最小）
使用基站覆盖延伸系统后情况变化 图示
上行
dB
下行
扩大的覆盖区域 包括上行/下行
老系统覆盖 新系统覆盖
原先的覆盖（上下 行已平衡）
塔放对上行信号的改善(12dB) 基站接收系统整体噪声系数的改善
Noise Figure
10
9
8
未安装TMB
7
6
5
4
安装TMB
3
2
1
0
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
•产品本身的价格优势
❖对于配置简单（如2-3载波）或小功率 的站型（如微蜂窝），安装TMB具有较大 的价格优势，且后期投入及维护费用很小
❖基放是室内产品，对环境要求较高，功耗 较大 ❖如果不经常维护管理，则基放设备的 MTBF较短
❖2-3载波基站功率放大器+2个TMA+配套投 资，总体价格并无多大优势，且后期投入及 维护费用较高
增加收益 • 工程周期短，见效快
如何解决并达到基站覆盖延伸的目标
➢解决方案一：
高功率基站+塔放TMA：
基站选用无合路器的低插损高 效收发双工耦合器，其下行发 射功率大，载波配置较少（如 1-2个），配以塔放TMA来提高 上行信号，同时增强上下行覆 盖，达到覆盖延伸并平衡的效 果。此方法费用很低，实施容 易，开通后运营成本中等，维 护方便。
基站覆盖延伸系统工作原理
• 根据自由空间电磁传播理论，自由空间中 电波传播损耗只与工作频率f和传播距离d有 关，当f或d增大一倍时，电波传播损耗将分 别增加6dB。
• 自由空间电波传播损耗计算公式 Lfs(dB)=32.44+20lgd(km)+20lgf(MHz) 其 中Lfs为自由空间电波传播损耗
TMB
宏蜂窝
微蜂窝
TMB
Hub
如何解决并达到基站覆盖延伸的目标
➢解决方案三：
标准基站+基站功率放大器+塔放TMA
标准基站有合路器或发射功率一般，载波配 置相对灵活（1-4个），使用基站功率放大 器+TMA，分别放大基站上下行信号，利用 基站功率放大器的较大输出功率，来抵消馈 线、合路器、双工器对信号的衰减，使到达 天线口的功率达44-45dBm。此方法费用一 般，可能在一定程度上获得较大功率（须考 虑上下平衡情况），但实施较复杂，且运营 成本较高，对机房空间，电源容量、空调设 备会有较高要求，须经常维护设备，否则会 影响设备的MTBF。
基站的覆盖特性发展方向
• 是GSM基站向着小范围覆盖方向发展。这 类基站主要集中在城市或用户量大的区域， 主要工程反映在微蜂窝基站及室内分布系 统的建设
• 是GSM基站向着大范围覆盖方向发展。这 类基站主要集中在农村或边远山区，主要 工程都集中在尽量扩大基站的覆盖范围的 工程上
实施大范围覆盖基站遇到的难题
• 多数乡村及边远地区经济较为落后，移动用户数 量少，话务收入相应也低，如果通过大量建设基 站的方法解决信号覆盖问题，其间所产生的巨额 投入无疑很难在短期内收回
• 多数乡村及边远地区地形复杂，环境恶劣，基站 选址难度大、施工周期长，日后维护保养也成问 题
解决办法
• 针对上述面临的广覆盖、低话务、投资收 益低等特点，提高基站发射功率及接收灵 敏度无疑是解决农村及山区覆盖问题的最 佳选择
TDF (Twin Duplexed Filter)
如何解决并达到基站覆盖延伸的目标
➢解决方案二：
标准基站（或微蜂窝）+塔顶信号双向 增强器TMB
标准基站（或微蜂窝）有合路器或发 射功率一般（或很小），载频配置较 少（如1-3个），采用塔顶信号双向增 强器TMB方案，可同时对基站上下行 信号进行放大，并可免去受馈线、合 路器、双工器对信号的衰减影响，使 输出功率(天线端口)最大达43-44dBm。 此方法费用较低，实施较容易，且开 通后运营成本较低，无需维护。
什么是塔放?
• 塔顶放大器泛指安装在移动通信基站铁塔 顶部的射频信号放大设备，简称塔放
• 塔放不一定放置于塔顶，但必须放置于接 收系统最前端
• 塔放可分为单向放大及双向放大两种
塔放的作用
• 提高上行接收灵敏度 • 降低基站上行噪声 • 改善基站接收性能 • 平衡基站上、下行性能 • 延伸基站的覆盖范围
总的下行链路开销
160.7 dB
上行[（BTS的噪声系数=4.5）+ TMB]
MS输出功率
33 dBm
MS天线增益
1 dBi
近体的功率损耗
-3 dB
MS天线匹配损耗
-2 dB
PEIRP= BTS天线增益 BTS分集增益
29 dBm 18 dBi 3 dB
PEIRP= 跳线损耗
馈线损耗（典型值）
BTS的噪声系数（典型值） LNA（低噪放）增益 LNA （低噪放）噪声系数 BTS + TMB 接收灵敏度 包括跳线及馈线损耗
❖ 减少系统建设成本
工程图片实例
新加坡 Nokia City Talk
BTS
7/8“馈线 长度160米
1/2“细馈 线
长度70米
中国北京 Motorola M-cell BTS
CIU
Macro BTS
柬埔寨 Alcatel BTS
泰国 Ericsson RBS 2202
扩大RF覆盖 - Micro BTS+TMB=Macro BTS 较低资金的投入 获得Macro基站的覆盖
1
未安装TMB
安装TMB12dB gain
2
3
4
5
Cable loss
TMA: NF=1.7 dB（典型值） BTS: NF=4.5 dB（典型值）
使用TMB的前后覆盖路测比较
未安装TMB
基站
安装TMB
基站
无线覆盖情况(测试终端RxLev)
Green 高质量(>-75dBm)
Blue 质量可接受(-75至-85dBm)
改善接收机灵敏度
❖ 提高了通话质量
❖ 延长了标准通话时间 (降低接收系统噪声系数)
❖ 扩大了小区覆盖面积
➢高容量 – 在城市地区
❖ 扩大了基站覆盖的面积 ❖ 减少基站投资费用 ❖ 提高了服务质量 ❖ 降低手机辐射减少网内干扰
❖ 安装灵活简便
❖ 使运营商满意
❖ 降低手机发射功率
❖ 提高室内深度覆盖 ➢低容量 – 在农村地区 ❖ 减少基站数量
GSM：（935 - 960 MHz）或 EGSM：（880 - 915 MHz） +43 dBm +/-1 dB 16 dB（典型值 18 dB） 16 dB（典型值 18 dB 5 至 15 dB（1 dB 步进） +/- 1.0 dB +/- 1.0 dB < 100 ns < 5 ns +43 dBm 3 dB -120 dBm，Tx 频段内两路载波（43 dBm）， 30 dB 天线隔 离度
Red
质量差易掉话(<-85dBm)
举例：双向塔放（TMB）（在GSM900内）上下行链路计算
下行（ 宏基站 + TMB） TMB 输出功率 BTS 天线增益 跳线损耗
PEIRP= MS天线增益 近体的功率损耗 MS天线匹配损耗 MS的灵敏度（ETSI标准）
43 dBm 18 dBi -0.3 dB 60.7 dBm 1 dBi -3 dB -2 dB -(-104) dBm
50 dBm -0.3 dB -3 dB 4.5 dB 12 dB 1.7 dB -(-110.6) dBm
S/N = 9 dB; BW = 200 kHz; 25o C.
总的上行链路开销
160.6 dB
上/下行趋于平衡，差别0.1dB，下行稍好
使用基站覆盖延伸系统的好处
➢优势:
➢收益:
提高基站有效发射功率 ❖ 完善了路径的平衡
典型产品性能指标TMB-
上行：
频率范围 输入回波损耗（最小） 输出回波损耗（最小） 标称增益值 绝对增益精度 通带内纹波值（最大） 绝对群延时（通带边缘） 信道群延时失真（200 kHz） 旁路模式的插入损耗（最大） 噪声系数 Tx 频段在 LNA 输入的抑制 输入最大截止信号值（持续） 输入端 3 阶截止点信号值（最小）
Cable losses
TMA: NF=1.7 dB, Gain=12 dB
BTS: NF=4.5 dB
基站接收机整体灵敏度的提高
系统噪声系数的改善可提高基站接收灵敏度
Nominal detectable signal
-103 -104 -105 -106 -107 -108 -109 -110 -111 -112
下行：
频率范围 输出功率值（最大） 输入回波损耗（最小） 输出回波损耗（最小） 标称增益值 绝对增益精度 通带内纹波值（最大） 绝对群延时（通带边缘） 信道群延时失真（200 kHz） 输入最大截止功率值 旁路模式的插入损耗（最大） 互调产物（最大）
GSM：（890 - 915 MHz）或 EGSM：（880 - 915 MHz） 16 dB（典型值 18 dB） 16 dB（典型值 18 dB） 0 至 12 dB（1 dB 步进） +/- 1.0 dB +/- 1.0 dB < 100 ns < 5 ns 3 dB 1.7 dB（典型值）2.0 dB（最大） > 72 dB +20 dBm（在 Rx 频段内） +10 dBm
下行：
频率范围 输出功率值（最大） 输入回波损耗（最小） 输出回波损耗（最小） 标称增益值 绝对增益精度 通带内纹波值（最大） 绝对群延时（通带边缘） 信道群延时失真（200 kHz） 输入最大截止功率值 旁路模式的插入损耗（最大） 互调产物（最大）
1800MHz
DCS：1710 - 1785 MHz 16 dB（典型值 18 dB） 16 dB（典型值 18 dB） 0 至 12 dB（1 dB 步进） +/- 1.0 dB +/- 1.0 dB < 100 ns < 5 ns 3 dB 1.8 dB（典型值）2.5 dB（最大） > 72 dB +20 dBm（在 Rx 频段内） +10 dBm
塔顶信号双向增强器（TMB）
与基站功率放大器的比较（Base Booster）
•功能及建设维护成本
❖TMB内置TMA，可以同时对上下行信号 进行放大
❖基放需配以TMA使用，自身没有上行放大 的能力
❖TMB是室外产品，无需机房条件，空调 环境，耗电低，对电池要求很小
❖TMB设计成室外安装，无须维护， MTBF时间较长
•产品对基站覆盖的改善性能
❖对基站信号能有效放大，并考虑上下行 平衡问题，一般情况下其对基站覆盖扩展 能力基本等同于基放，尤其在基站馈线大 于80米时，其改善效果更优于基放
❖由于基放对下行信号的放大量大多消耗于 馈线及中间部件上，并考虑上下行平衡的要 求，其到达天线的信号基本等同于基站标准 信号，如当基站馈线过长则改善效果不明显
什么是基放？
• 基站放大器泛指安装在基站机房里的大功 率超线性选频功率放大器，简称基放。
• 用于提高基站射功率，扩大下行信号覆盖 范围
• 将基放做进塔放里，就构成了双向塔放 • 塔放与基放共同构成了基站覆盖延伸系统
基放的作用
• 放大下行信号 • 提高信号对遮挡物的穿透性 • 加深基站下行信号覆盖范围 • 扩大基站覆盖区域
• 基站覆盖延伸系统正是在这样一种前提下 提出的有效解决基站大范围覆盖的一种有 效方案
以基站原覆盖半径7km为例，若下行信号增加12dB，由以下计 算可得： 安装前： Lfs(dB)=32.44+20lg7(km)+20lg900(MHz) =108dB 覆盖面积S1=πr12=154km2 安装后，按下行信号强度增加4dB，衰落储备增加4dB，则相 应的传播信道可容许的电波传播损耗达到112dB 新覆盖半径=10.56km，覆盖面积S2=πr22=351km2 覆盖面积增加了128%