泄漏电缆分布系统的设计和应用(罗勇、冀书琪)

4 上行链路 C/N 设计
由于泄漏电缆耦合损耗较大，手机信号经过泄漏电缆的耦合损耗后，再经过放大器功放后，
单载频输出功率较小，上行功率较小，需要考虑放大器的噪声对系统性能的影响。
放大器噪声对系统性能的影响可以用噪声系数来衡量，级联放大器的噪声系数可以用以下公
式计算：
SNFsys
=
10 lg(F1
+
(F2 −1) G1
泄漏电缆分布系统的设计和应用
关键词：泄漏电缆、隧道覆盖、分布式系统 摘 要： 泄漏电缆集信号传输、发射与接收等功能与一体，同时具有同轴电缆和天线的双重作 用，特别适合用于覆盖公路、铁路隧道、城市地铁以及其它无线信号传播受限的区域。链路预算 是泄漏电缆分布系统设计中很重要的工作，本文通过一个采用泄漏电缆进行地铁隧道覆盖的实 例，介绍了泄漏电缆分布系统的链路预算的一般方法，并对在漏泄电缆分布系统中采用放大器进 行了详细的设计。
基站发射功率 合路器 功分器 接头、跳线 衰减损耗
耦合损耗 列车穿透损耗 90%概率接收 电平 覆盖预期值 下行链路差值
下行链路场强预算
数量/长度
损耗 （dB）
4载频
4合1
8
1分2
3
2
1500米
1500*5.1/ 100=76.5 81
6
输出电平 （dbm） 46 38 35 33
-130.5
-85 -85+130.5= 45.5
1 泄漏电缆简介
泄漏同轴电缆（Leaky Coaxial Cable)通常简称泄漏电缆或漏泄电缆，其结构和普通的同轴 电缆基本一致，由内导体、绝缘介质以及开有周期性槽孔的外导体三部分组成。电磁波在泄漏电 缆中纵向传输的同时通过槽孔向外辐射电磁波，形成连续的无线电磁波泄漏场，外界的电磁场也 能通过槽孔感应到泄漏电缆内部进而传输到接收端。
+
(F3 −1) G1G2
+ --)
其中：
Fn
=
lg−1
SNFn 10
SNFn 为 各级放大器噪声系数
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Gn 为前级链路的总增益，包括放大器增益和泄漏电缆纵向衰减 正如前面设计，在泄漏电缆分布式系统中，每一个放大器的增益都近似等于前段泄漏电缆的 纵向衰减损耗，所以 Gn=0db，如果放大器的噪声系数相等，则上面公式可以简化为：
SNFsys = 10 lg[nF1 − (n − 1)]
n 是放大器的级联级数
Andrew 1216GSM 放大器上行噪声系数为 8，级联级数为 3，则系统总的上行噪声系数为：
SNFsys = 10 lg[3F1 − (n − 1)]=12.3db
噪声系数降低了基站的接收灵敏度，则系统现在的灵敏度为：-104+12.3db=-91.7dbm GSM900 手机发射功率 2W，即 33dbm，经过列车穿透损耗、耦合损耗以及泄漏电缆衰减后， 到达放大器输入口功率为：
本系统采用 Andrew 1216GSM 放大器，下行 1db 压缩点为 27dbm，放大的载频数为 4，查图 2 可知单载频最大输出功率为 18dbm。
放大器增益＝单载频最大允许输 出功率－ 放大器输入功率
＝单载频最大允许输 出功率—（最小可接受信号电平+耦合 损耗+列车穿透损耗）
＝18—（—85+81+6 =16db 注：-85+81+6＝2dBm 为干放输
手机发射功率 列车穿透损耗 耦合损耗 衰减损耗 接头、跳线 90%概率接收 电平 基站接收灵敏 度 上行链路差值
上行链路场强预算
数量/长度
损耗 （dB）
1500米
6 81 76.5 2
输出电平 （dbm） 33
-132.5 -104 -104+132 .5=28.5
从链路预算看出，上下行链路都不能满足设计要求，需要对该段分布系统进行重新规划。 可以考虑修改泄漏电缆路由设计；链路中加装放大器；选用更大直径、更高性能的辐射型泄漏电 缆以及修改系统结构，运用光纤分布式系统等。下面采用添加放大器的方法来对该段泄漏电缆分 布系统进行重新设计以满足覆盖要求。
2 泄漏电缆链路预算
链路预算的主要目的是校核初步设计的泄露电缆分布系统能否满足正常通信要求。链路预算 主要是上下行接收强度预算，如果在系统中有射频放大器或采用无线直放站作为信号源，还应该 进行上行噪声预算以及下行交调预算等。下面我们以某地铁隧道覆盖为例，具体介绍链路预算的 基本步骤与方法。
图 1 为该地铁站泄漏电缆分布系统示意图，A 向隧道长度为 1500 米，B 向长度为 500 米。 信号源为宏基站，载频数为 4，每载频发射功率为 46dbm，采用功分器将信号分为 A、B 两个方 向，同时在 B 向通过功分器连接天线以覆盖地铁站台。系统覆盖要求为：90%的车内覆盖电平 达到-85dbm。采用耦合型泄漏电缆，该电缆标称衰减为 5.1db/100m，50%的耦合损耗为 72db， 在保证 90%的覆盖概率时耦合损耗增加 9db，即 90%的耦合损耗为 72+9=81db。
31/5.1*100=608m。
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3.2 放大器增益的确定
放大器增益等于放大器的单载频最大允许输出功率与放大器输入功率之差。放大器的单载频 的最大允许输出功率与放大器的输出功率 1db 压缩点以及被放大的载频数量直接相关。图 1 为 放大器的 1db 压缩点 、放大的载频数以及最大单载频输出功率之间的关系。
Andrew 1216GSM 放大器下行三阶截点为 35db，满足下行设计要求。
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图 3 放大器级Biblioteka Baidu级数、载频数与 C/I 关系
图 4 放大器 IP3
参考文献
【1】 Dennis J. Burt, IN BUILDING TRICKS—How to Design an In-Building Radio System, June 1994 Communications 【2】Bob Swinney, Filling nulls in PCS systems, Apr 1, 2000 Mobile Radio Technology
33-81-6-297/100*5.1=-69.15dbm>-91.7 dbm。 上行载噪比能满足通信要求。
5 下行链路 C/I 预算
在放大器中载频数较多，或是放大器级联的级数过多的情况下，下行交调产物往往会严重恶 化系统的 C/I，影响系统性能。在满足系统所需要的载频数和放大器级联级数的条件下，要达到 系统 C/I 的要求，放大器的互调性能就必须达到一定的要求。
放大器级联系统的 C/I 值可以用下式表示：
C/Isys = C/I2−Tone − C/IDegr 其中： C/ISys 为放大器级联分布式系统的 C/I
C/I2−Tone 单个放大器放大两个载频时的 C/I C/IDegr放大器级联及放大载频数增加对 C/I 的恶化量 C/I2−Tone表示了单个放大器产生的交调 量，它主要取决于放大器的 IP3，即放大器的三阶互 调截点。图 4 是C/I2−Tone和放大器的 IP3 之间的关系，图 3 是C/IDegr与放大器级联及放大载频
3 泄漏电缆分布系统中放大器的设计
3.1 GSM 信号源与第一个放大器之间的电缆长度的确定 第一个放大器的位置应该在辐射信号刚好是-85dbm 的地方。见下式： -85dbm= 46dBm-8-3-2-6 – LossCoup- LossLong 式中：LossCoup 泄漏电缆的耦合损耗，本例中为 81db LossLong 泄漏电缆纵向衰减 信号源和第一个放大器之间允许的最大纵向衰减为： LossLong = 46dBm + 85dBm -8-2-3-6-81dB = 31dB 泄漏电缆的纵向衰减为 5.1db/100m，则第一放大器与 GSM 信号源之间的电缆长度为：
目前泄漏电缆的频段覆盖 450MHz～2GHz 以上，基本上适应现有的各种无线通信体制。应 用场合主要是无线传播受限的地铁、铁路隧道以及公路隧道的覆盖。在国外，泄漏电缆也用于室 内覆盖。
和传统的天馈系统相比，泄漏电缆天馈系统突出优点是：1）信号覆盖均匀，尤其适合隧道 等狭小空间；2）泄漏电缆本质上是宽频带系统，目前某些型号的泄漏电缆可同时用于 CDMA800 、 GSM900、GSM1800、WCDMA、WLAN 等系统；3）泄漏电缆价格虽然较贵，但当多系统同时 引入隧道时可以大大降低总体造价。
在进行链路预算时，一般找出链路最长、信号损耗最大的一条泄漏电缆路由分别进行上下行 链路预算。考虑到泄漏电缆为宽带系统，可能需要对每种通信体制分别做链路预算，一般选择发
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图 1 某地铁站泄漏电缆分布系统示意图 射功率小或是频率比较高的通信体制做链路预算即可。在本例中我们选择 A 向链路来进行链路预 算，下表即为 A 向链路上下行强度预算的结果。
入功率
3.3 放大器之间的泄缆长度的确定
两个放大器之间的泄漏电缆纵向 衰减应该等于放大器增益才能保证两 个放大器之间的隧道覆盖。故放大器之 间泄漏电缆长度为：
图 2 1db压缩点、单载频最大输出功率、载频数之间关系
ΔL=放大器增益/泄漏电缆纵向衰减=16/5.1*100=315 米
3.4 需要的放大器数量的确定
1.1.1 发射机发射信号 ................................................................................................3 1.1.2 发射机的杂散 ....................................................................................................3 1.1.3 发射机的互调 ....................................................................................................4 1.2 干扰信号对接收机的作用........................................................................................5 1.2.1 接收机灵敏度 ....................................................................................................5 1.2.2 接收机的同频干扰.............................................................................................6 1.2.3 接收机的邻频干扰.............................................................................................6 1.2.4 接收机的互调 ....................................................................................................6 1.2.5 接收机的阻塞 ....................................................................................................7 2 两个系统干扰的隔离度分析方法...................................................................................8 2.1 两个系统隔离度分析基本原理 ................................................................................8 2.2 两个系统隔离度计算.............................................................................................10 3 WCDMA与其他系统共站点时干扰的理论分析 ...........................................................12 3.1 WCDMA与其他系统的工作频段 ...........................................................................12 3.2 WCDMA与其他系统的隔离度分析........................................................................12
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目录
1 干扰的基本概念 ............................................................................................................3 1.1 发射机产生的干扰信号 ...........................................................................................3
数的关系，曲线图如图所示： 前面设计的泄漏电缆分布系统有 3 个放大器，放大的载频数为 4，根据图表，可以得到由于
载频数和放大器级联级数增加引起的 C/I 恶化值，即C/IDegr等于 20db。 如果系统要求的 C/I，即C/ISys=12dbm，则允许单个放大器引起的 C/I 恶化量为： C/I2−Tone =C/ISys+C/IDegr=12+20=32db 由C/I2−Tone和放大器 IP3 之间的关系图，可以得到需要的单个放大器的最小的 IP3 为 33dbm。
放大器数量＝取大于（（隧道长度－馈源到第一个放大器之间的距离）/（放大器之间的距 离））的最小整数
隧道长度为 1500 米，放大器之间的泄缆长度为 315 米，馈源距第一个放大器之间的距离为 608 米，这需要（（1500－608）/315=2.83）3 个放大器。
则两放大器之间的实际距离为（1500-608)/3=297 米。