无线对讲系统信号覆盖方案设计资料技术分析

(专网通信)

1.1目的

该文档的目的是描述无线对讲系统实现信号全覆盖的常见理论及实践方法，其主要内容包括：
l 实际环境分析
l 传输路径布局
l 信号强度预算
l 干扰分析
l 设备、器件指标分析
 
本文档的预期的读者是：
l 集成商
l 对讲机销售商
l 信号源制造商
l 设计院
 

1.2本文定义

该文档主要定义了一般性项目无线对讲系统差频组网方式信号覆盖。

1.3本文背景

专网对讲机的信号覆盖目前主要集中在分散化的集成商和分散化的当地对讲机销售商进行设计与施工,他们都有很好的施工经验,只是,大部分商家缺乏对传输路径的信号强度预算、测量、分析等导致不能对光纤直放站、干线放大器、无线直放站等的灵活应用，造成使用专网对讲机的用户出现一些通讯盲区，作为应急通讯设备，覆盖率不佳，安装专网设备在目前市场竞争环境下意义不大,对于不追求覆盖率及通讯稳定性的用户一般用公网插卡式或自组网电台即可直接替代。
 
 

2.概述

随着现代专网通信的发展，应急通讯服务的要求也不断提高。对讲机系统基站由于射频信号传播特性受到自然环境影响、物体的遮挡、同轴电缆损耗、分配器损耗等导致经常会出现信号覆盖盲区、弱信号区,例如在地下室、建筑物内部、封闭楼道、高楼环绕的街区等,这些区域的对讲机系统手持台无法进行正常对讲，给应急指挥用户带来不便。双向放大器(包括:干线放大器、无线直放站、光纤直放站等)的应用可以很好的解决一般性场所的上述问题，无线对讲系统双向放大器是对基站或手台信号直接放大的一种同频带中继产品,它不改变原信号的频率，也不对信号所携带的信息作任何处理，这是一个极大的优点,双向放大器的使用大大节省了建设的投资,所以本文也主要是阐述使用双向放大器来实现大规模组网。
    

3.组网设备材料及用途

对讲机系统基站（是信号源，也常称为中继台、中转台等名称）：
l 用途：用于全双工状态发射和接收信号；按制式分类有：TDMA/DMR数字产品、DPMR数字产品、非标自组网数字产品、模拟产品等,数字产品一般兼容模拟产品。由于TDMA/DMR是属于双时隙产品,每台基站可以同时给手台对讲机提供两个信道同时使用,此数字制式也是目前的主流制式，也是通信较稳定的数字制式。
 
对讲机系统手持台（是信号源，手持终端）：
l 用途：最终使用者
 
合路器：
l 主要用途：多台基站的发射信号合成到后端共用天馈系统，降低发射机之间同时工作的影响，也起到对基站的大功率发射驻波强制保护，也能起到一定滤波作用，单台基站不需要合路器。分为窄频合路器(主要由选频谐振腔、单级环形器构成)、宽频合路器(主要由环形器+3dB电桥构成);窄频合路器的优点主要为:插入损耗小,缺点是:基站数量过多很难合成，并且制造成本贵;宽频合路器的优点主要是:对基站的频率选用灵活、支持大规模数量的基站发射合成、成本低,缺点是:插入损耗稍大,一般2合路损耗约4.5dB、3合路损耗约6dB、4合路损耗约7.5dB,但由于基站发射功率较大，一般不降低双向通讯效果。
 
分路器：
l 主要用途：共用的天馈系统接收到的信号分配到各基站接收机解调信号，单台基站不需要分路器。分为有增益和无增益类型,有增益型优点:可以弥补微带分配器的损耗,缺点:由于单级芯片的增益通常大于20dB,相对来说也会增加引入噪音,所以基站数量不是太多时,一般不选用带增益的分路器;无增益的优点:无需供电、结构简单、成本低、可以减小机房有源器件带来的隐患;缺点:若天馈系统的后端线路没有双向放大器支持时,分路器会等效有损耗,一般2分路损耗约4.5dB、3分路损耗约6dB、4分路损耗约7.5dB
 
双工器（其他名称：信号汇集单元、信号汇集器等）：
l 主要用途：接收端通过的频带尽可能少的让发射端频带及发射端的接收频带杂散通过
 
同轴电缆（其他名称：馈线、馈管等）：
l 用途：传输宽频段信号的电缆，一般有50欧姆阻抗、75欧姆阻抗等，由于无线对讲系统的配套设备是50欧姆阻抗标准，因此一般选用50欧姆阻抗的同轴电缆。
 
光缆
l 主要用途：有用到光纤直放站才需要，一般为单模光纤
 
玻璃钢天线：
l 由于玻璃纤维管同时具备良好的机械受力、一定热量范围保持稳定性、介电常数优良，因此一般用于安装在室外。
 
吸顶天线：
l 主要用途：室内使用的分布天线；主要优点：尺寸小，可以相对减小和其他金属件安装距离，从而保持天线的原本参数特性，并且美观。
 
耦合器
l 用于分配不同的信号大小
 
功分器
l 主要用途：用于平均分配功率；分支数量通常为2、3、4，更多分支数量可组合使用
 
同轴电缆连接器（其他名称：接头）
l 
 
双向放大器(包括:干线放大器、无线直放站、光纤直放站等)
l 主要用途：用于弥补经过同轴电缆损耗、分配器损耗、空间损耗，此类设备为本系统解决信号覆盖的关键设备。
 
避雷针：
l 主要用途：对雷电提前放电的首选，没有实际条件的可以用低成本同轴避雷器将雷电提前引入到大地，达到避雷目的。
 
其他配件：
l 普通电线、胶带胶布、线卡、室外天线支架、机柜、跳线、直角弯头连接器（用于走线的直角转弯处）、对接转接头、线管、螺丝螺钉等。
 
 
 

4. 组网原理

 
 
                                （图1）
 
组网原理流程图（见图1）:
 
手台发射A频率→空间→系统的任意天线→同轴电缆、放大器、分配器等→双工器→分路器→基站接收解调A频率→基站B频率发射→合路器→双工器→同轴电缆、放大器、分配器等→系统的全部天线→空间→手台接收解调B频率→输出语音→完成一次通讯，回呼也是如此             
       

5. 系统分析

5.1.0损耗计算

1.空间传播：
自由空间传输损耗公式：32.45（常数）+20lg(频率/MHz)+20lg(距离/公里),由于无线对讲系统的组网频率所在频段通常为400MHz左右,可以把公式简写为:84.45+20lg(D/km)
举例说明:
 
1) 距离0.1公里损耗:84.45-20=64.45dB
2) 距离1公里损耗:84.45-0=84.45dB
3) 距离10公里损耗:84.45+20=104.45dB
4) 距离100公里损耗:84.45+40=124.45dB
5) 距离1000公里损耗:84.45+60=144.45dB
以上损耗值的条件:自由空间的传输、温度25度、1个大气压、全向天线;我们使用无线对讲系统中,一般在近地面、地面、地下室等,由于还要受到空间中的水滴、水汽、尘埃、地表高低起伏、建筑物的高低不一、地表面、树林都会产生反射、折射、绕射、散射、穿透等现象导致对传播距离的影响,按照理论数据必须要做一些经验修正,否则可能会出现比较离谱的偏差,以下举例几种情况
 
1) 城市密集区室外空旷可视空间(比如同平面的高楼楼顶-楼顶):经验值加15-20dB
2) 山区空旷可视空间:经验值+10dB
3) 近地面超远距离的预估:影响因素过多,也很难有测试条件
4) 钢筋混凝土结构楼层:每层楼损耗10-20dB
 
以上只是空间与物体损耗简单估算,在组网时还要考虑外来干扰,有时,干扰噪音会让本系统的接收灵敏度下降20dB左右,所以在计算时要留有足够的裕量来保证长期的可靠性,通常做法是留20-25dB，也就是手台发射的功率到系统任意天线处的电平要达到-100dBm到-95dBm之间，反之，基站系统天线到手台天线处的电平要在-100dBm到-95dBm之间，由此保障了长期使用的稳定性，否则就可能会出现用户的常说的“我昨天这个点儿都能喊得通，今天就喊不通了”，没有留足信号强度，不仅是干扰，像墙体结构稍作改变都可能导致无法通讯
 
2. 有线传播：
有线传播和空间传播比较，计算就简单很多，只需计算每米线损耗多少、每个接点耦合器或功分器主路和支路的损耗多少，这些受到环境影响的因数可以忽约不计，可以把损耗作为固定值，最后用双向放大器把这些配件的损耗有效弥补就形成了一套较良好的无线对讲系统。
 
以下是主要配件的计算：
1）功分器：作为平均分配功率的器件，服从能量守恒，计算公式10lg(路数)
   2功分每支路损耗为:10log(2)=3dB
   3功分每支路损耗为:10log(3)=4.8dB
   4功分每支路损耗为:10log(3)=6dB
   在物理层面损耗值加介质损耗约0.3dB就为经过此配件的实际损耗
 
2) 耦合器:
      耦合口绝对功率=输入绝对功率-耦合度
耦合度=10lg(输入功率W除以耦合口功率W)
      无线对讲系统常见耦合度有6-42dB之间任意值，也就是耦合器的规格
      常规耦合器插入损耗小于1.2dB,耦合度越高，插入损耗越小，大于20dB耦合度，插入损耗通常小于0.3dB
 
3) 同轴电缆:
       在400MHz左右，50-12同轴电缆:每百米损耗典型值4.6dB；50-7同轴电缆每百米损耗典型值8.8dB
 
4) 光纤:
 
5)双工器:
接收发射损耗,典型值:0.4-0.8dB

5.1.1 功率的绝对值

     无线对讲系统及其他移动通信计量常用单位dBm(分贝毫瓦) ,为射频传播中的绝对值单位,定义为以1毫瓦为基准的量值,计算公式:10lg(PmW/1mW),例如:0.8W=800mW,因此0.8W=10lg(800/1)=10lg800=29dBm,并且有一个规律,以瓦特为单位的情况,瓦特单位提高1倍相应分贝单位增加3dB,例如3瓦为34.8dBm,6瓦即为37.8dBm
下图(图2)为50欧姆系统的一些整数值的换算结果,可供快速参考
 
 
                                 (图2)

5.1.2 信号源射频参数分析

1.基站:
1) 发射:
国家允许最大发射射频功率50W±1.5dB,厂家普遍控制在45-70W（46.5dBm-48.5dBm）之间（检测报告典型数值)
 
2) 接收:
接收端由于是微小功率,国家没有限制,一般都做到了极限值,主流数字制式基站接收灵敏度在-119dBm左右(条件：无外部干扰时仪器测量，在一定信噪比或误码率前提下)能接收到信号
 
2.手台:
1) 发射:
国家允许标准最大发射射频功率5W±1.5dB,厂家普遍控制在3.5-5W（35.5dBm-37dBm）之间（检测报告典型数值）,手台受到供电电力、散热的限制,通常非标型的最大功率也只能做到10W(40dBm)左右
 
2) 接收:
     接收端由于是微小功率,国家没有限制,一般都做到了极限值,主流数字制式手台接收灵敏度-118dBm左右(条件：无外部干扰时仪器测量，在一定信噪比或误码率前提下)
 
3.由于基站和手台的接收灵敏度基本一致、最大发射功率相差较大，而保持收发平衡又是一项移动通信的重要指标，因此，通常应该降低基站的发射功率来保证收发平衡及降低干扰，使得设备寿命更长、更符合规范、也满足用户更好的体验。

5.1.3干扰分析

1. 同频点干扰(非真正意义的完全同频):
当两个普通基站或两个普通手台同时同频发射时,其频率相同，其相邻覆盖区的接收机会存在同频点干扰,(图3)所示
   
                           (图3)
主要原因:
1) 由于普通中继台的频率稳定度只有10的-6次方，即频率误差有几百赫兹，两个中继台同时发射的信号，在手台接收机上差拍，轻则会听到噗噗声或口哨声，严重时会出现语音时断时续现象。
 
   2)由于两个普通中继台的射频相位完全无关，是无序的，手台在同时接收到两个中继台的信号时，无序的相位变化使得解调出的语音失真会急剧增大
 
2. 同频点干扰(真同频):
在无线对讲系统信号覆盖中，基站与双向放大器（包括:干线放大器、光纤直放站、无线直放站等）之间，放大器与放大器之间不可避免的会存在信号重叠覆盖区，有的用户会问,会产生干扰吗？结论是:在大部分应用场景中是可以忽约的影响（各设备延时过大另当别论）,手机移动通信对这方面也没有做太多的研究,通常的做法是,设计布置线路方案时能用直射波的就尽量用直射波完成信号覆盖,直波也更接近高斯分布,相对来说直射波也更容易计算使用场景的信号损耗,增加系统双向功率余量来避免各种影响才是根本。
放大器不产生同频干扰的主要原因有两点：
1) 放大器只是放大基站的射频信号，不会对频率参数有任何的修改,即基站的频率与放大器的频率真正相同，各放大器输出的频率也真正相同，因而不会产生同频干扰。
 
2) 基站的射频相位与放大器输出的射频相位是相关的，对于确的场景，确的点其相位差值是常数，是不变的，因而手台在同时接收到基站和放大器的信号时，稳定的相位差使解调出来的声音失真不会增大。同理，放大器的射频相位与其他放大器输出的射频相位是相关的，对于确的场景，确的点其相位差值是常数，是不变的，因而对讲机在同时接收到放大器和其他放大器的信号时，稳定的相位差使解调出来的声音失真不会增大。举例说明：两台对讲机直频，在大楼建筑物对讲，若排除外界其他信号的干扰，会有可能产生干扰吗？只要接触过对讲机的都会说：不会！因为日常使用中，千百次的实践证明：不会！图(4)手台在建筑物内的通话示意图：图上画了3条主要的信号传输路径：直射、反射、绕射；实际的路径要复杂很多，是直射、反射、绕射等的相互组合，形成路径千万条,每条的路径长度都不相同，每条路径在接收机处的信号强度和相位都不一样，即意味着有千万个不同参数的信号集中在接收机处，可为什么不会有相互干扰呢？因为所有信号都是从同一手台发出的，完全同频点(真同频),不同路径相位不同，但路径确定了，其相位差就确定了，是常数，不会变，因而不会产生干扰！
 
                                   (图4)

3. 同频段段内干扰:
1) 基站:
      基站本身的射频电路是一个宽频网络,一般标称400-470MHz频谱响应在100MHz带宽外都有一定强度的射频信号通过,强干扰信号会影响基站接收灵敏度及产生互调信号，只有淹没到背景噪音之下才可以忽约。
 
2) 手台:
      手台本身的射频电路是一个宽频网络,一般标称400-470MHz频谱响应在100MHz带宽外都有一定强度的射频信号通过,强干扰信号会影响对讲机接收灵敏度及产生互调信号，只有淹没到背景噪音之下才可以忽约。
 
3) 基站系统:
      基站系统包括基站本身设备和后端的天馈系统及双向放大器设备,通常整个系统为带通网络结构,既然是带通,在此就分析使用频段带内的问题,首先是频带范围内的外界其他用户的杂散干扰,这种干扰具有灵活性,不确定性,常见方法通过提升自身的系统余量来减轻其他用户带来的影响,达到系统稳定可靠性。其二、要避免低奇数阶次的交调干扰,频谱响应图见(图5),f1、f2为使用频点的射频波,Δf为射频波差值,可见三阶交调影响是最大,比如419.5MHz、419.6,MHz为两射频信号的使用波,他们差值0.1MHz,419.4MHz和419.7MHz就为三阶交调产物。在无线对讲系统中,通常使用的频率很少,也容易计算,但需要特别注意的是,发射频率的低次奇数互调信号千万不能落到接收机上,如三阶落到接收机上就是严重的问题,当两台基站同时使用时结果会使接收机直接下降几十dB的灵敏度或根本无法工作，因此发射与发射频率间隔也不是越大越好，如发射与发射频率间隔加大，可能三阶信号或低阶大功率信号直接就进入接收机。
 
 
 
                                  (图5)
 
4. 带外干扰
1)基站:
  基站本身的射频电路是一个宽频网络,一般标称400-470MHz频段的频谱响应在100MHz带宽外都有一定强度的射频信号可以通过,对于直接连接天线到接收机是无法克制频段外一定范围内的干扰信号,一但干扰信号强度达到某个程度,会让接收机处于饱和或极差的灵敏度状态,在经过双向放大器或带通滤波器之后的信号在一定程度上可减低带外干扰
 
  2)手台:
  手台本身的射频电路是一个宽频网络,一般标称400-470MHz频段的频谱响应在100MHz带宽外都有一定强度的射频信号可以通过,一但干扰信号强度达到某个程度,会让接收机处于饱和或极差的灵敏度状态
 
3)基站系统:
   无线对讲系统通常为带通型网络结构;但天线为基站系统最主要的引入有效信号和干扰的必用材料,通常天线受到安装的点位不同,有一些带外抑制的薄弱点,为了使本系统对带外有更优秀的抗干扰能力,比如:可以通过天线的物理波长来减低干扰频段,本系统使用频段通常为单频段(接收、发射总占用频带一般为30MHz内),也不需要过强的方向性增益,1/4波长天线是最佳选择类型,其1,对自身设备的频率响应也较好,其2,对低频干扰信号大幅度衰减(对几十MHz的军用通讯及收音机100MHz左右等频段的大功率发射有很强的衰减能力）其3,成本低;高频段的干扰,大部分双向放大器都具备低通能力
 
5. 手台、基站的自干扰
   手台、基站本身的晶振频率整数倍的时候，都会产生自干扰，此类干扰只能通过改频的办法解决，各厂家采用的晶振规格不同，干扰频率也不相同
 
总结对于以上类型的常见干扰情况,不仅需要提高系统本身的抗干扰能力,还需要提高基站系统双向余量,即经过双向放大器(干线放大器、光纤直放站、无线直放站)后的天线处的发射功率不能过低，接收灵敏度也不能过低。

5.1.4 天线

天线,通常为用户关心的重点之一,无线对讲系统中它的作用是将:下行50欧姆导行波变换到使用场所较适合阻抗传播的空间波,在同频率下天线具有互易行,上行也将手台发射的空间波变为50欧姆传输的导行波,如果没有天线,电磁波很难辐射出去,也很难接收手台发射来的信号。如果没有天线,也没有假负载,不但信号不能发射出去,信号还会接近全反射，对大功率有源器件,可能会造成无法修复的损坏,所以在通信系统中,会经常强调“禁止空载”,在多接口分布系统中,空载还可能会引起对使用频带的陷波,好不容易把电信号放大到合理状态,一下就没了,很可惜。
 
1. 天线的主要指标:
 
   1)增益:
     是定义在天线接口功率一定,通过改边天线辐射方向来达到某一个点或区域的信号增强度（同时也减弱了某些区域的功率强度），增益是相对于点源天线(全向,各个方向均匀辐射)增强了多少dB的一个指标,并非等效于放大器;无线对讲系统少部分商家在设计组网时,盲目的追求高增益是不合理的,例如;某高增益天线安装在楼顶,“灯下黑”现象或不确定的方向上会出现信号盲区,一般会给信号覆盖率带来不良，增益高的天线主要为点对点的联络,增益越高,通讯距离越远,(图6)为典型的高增益定向天线辐射图
 
    2)驻波(回波损耗RL):
无线对讲系统中,通常为多数量天线组成的天馈系统,天线一般不要求高增益、压缩辐射方向图,驻波是影响系统稳定性的重要指标,常见移动通信规定的驻波指标应小于1.5,驻波过高影响系统稳定性或损坏电路,回波损耗与驻波换算表见(图7)
 
  3)极化:
无线电管理委员会建议近地面通讯天线为垂直极化,以减低极化电流造成能量大幅度损耗,手台对讲机在地面或近地面工作,一般手台天线也是接近垂直极化的,所以无线对讲天馈系统的天线也为垂直极化
 
4)前后比:
  主要表征天线的后方向对辐射方向的抑制能力,在室分系统中，一般不要求此项指标。前后比比值高的天线,主要应用于安装无线直放站使用,例如:在同一个平面上的场景，两个普通天线无法达到高的隔离度,可通过提高天线的前后比来提高两天线的隔离指标以避免直放站自激
 
                                       (图6)

 
 
                                 (图7)
 
2.天线的安装数量:
   在无线对讲系统中,天线的数量并不是越多越好,要保证天线口有一定的发射功率和接收灵敏度才是有效的，否则有可能天线脚下都无法通讯，并且数量越多，会给检测检修带来不必要的困扰
 
3.天线的安装注意事项:
   天线辐射部分尽量远离金属物件,否则影响天线本身指标及覆盖能力

5.1.5本底噪音与接收灵敏度

由于大部分对讲机供应商及集成商主要关心发射功率，基站后端的线路损耗及引入的同频噪音都等效于降低了接收灵敏度，这些重要的指标往往都被忽约了。在此作一些分析
首先,谈一下不可避免的热噪音,功率谱密度-174dBm/Hz,即为带宽1Hz时,噪声功率为-174dBm，与频率无关，但与频率带宽有关,频带越宽噪音越大，-174dBm/Hz的条件是:温度16.85摄氏度,随着温度增高,噪音会越大（温度提高100摄氏度时噪音提高约1.29dB）;直接影响接收机灵敏度;而大于-273.15摄氏度都会产生此类噪音,所以在我们的生活环境中无法避免。
 
1.本底噪音/背景噪音:
所指除自身有用信号以外的所有无用信号,举例说明:见(图8)为某知名信源厂家的合格基站发射时加了衰减器之后的频谱响应,(图9))为某知名信源厂家的合格手台发射时加了衰减器之后的频谱响应,图例中除了400MHz有用信号以外的都得计入本底噪音,也包括热噪音(-174dBm/Hz),但在组网使用中经过双向放大器或滤波器件之后会得到改善，双向放大器带宽上行或下行通常在5-10MHz左右,由公式-174dBm/Hz+10lg(5000000Hz)得出,5MHZ带宽时热噪音功率为-107dBm;基站和手台射频电路通常大于100MHz,热噪音功率大于--94dBm(-174dBm/Hz+10lg(100000000Hz)=-94dBm);基站和手台通常制式是TDMA/DMR,信道带宽12.5kHz,热噪音功率-174dBm/Hz+10lg(12500Hz)=-133dBm,DPMR制式带宽可以为6.25kHz,热噪音功率-174dBm/Hz+10lg(6250Hz)=-136dBm,在相同发射功率相同环境下这就是DPMR比DMR通讯距离稍远些的主要原因
 
2. 接收灵敏度:
   接收灵敏度就是基站或手台接收机能够正确把有用信号取出来的最小功率,它和三个因素有关：基站或手台解调带宽范围内的热噪声、基站或手台接收机射频电路噪声系数、基站或手台接收机能把有用信号取出所需要的最小信噪比
 
   1)基站、手台接收灵敏度计算:
   接收灵敏度=-174dBm/Hz+10lg(带宽Hz)+SNR(所需信噪比,dB)+NF(噪音系数,dB),模拟产品通常信源厂家把SNR(信噪比)用SINAD(信纳比)替代,信纳比也能反应整体性能,由于接收灵敏度的计算公式中的热噪音和SINAD的某些参考量有关联,SINAD(信纳比)包括了所有的噪音、失真分量、谐波等作为整体评估标准,一般在计算时,SINAD比SNR的值约小(1dB内);数字产品一般用比特出错概率BER的百分比或SER的百分比为参考对象表述接收灵敏度,也和噪音、失真分量、谐波相关;不管用什么方式表述,最终结果是一致的、接收灵敏度计算方法也是一致的
2)各种制式的基站、手台对讲机接收灵敏度典型值:
   模拟:-119dBm(条件:12.5kHz;SINAD@12dB)
   TDMR/DMR数字:-118dBm(条件:12.5kHz;BER@1%)
   FDMR/DPMR数字:-120dBm(条件:6.25kHz;SER@3%)
       LoRa数字:
       在实际使用环境中,特别是当今无线电设备的不断增多,接收灵敏度会有不确定的影响程度
       
 
                                   (图8)


 
                                     (图9)
 

5.1.6 双向放大器

1.工作原理:
  1)干线放大器、无线直放站工作原理如(图10)
  2)光纤直放站工作原理图(图11)


 
                                   (图10)
 
 
 
 
 
                                        (图11)
 
 
2..组网结构
 1)干线放大器并联型组网见(图12)
 2)干线放大器串联型组网见(图13)
 3)无线直放站室内型组网见(图14)
 4)无线直放站室外型组网见(图15)
 5)光纤直放站中途分支型1拖2见(图16)
 6)光纤直放站1拖3见(图17)
 7)光纤直放站1拖1见(图18)
 
 
 
 
 
 
 
 
 
                                 (图12)
 
 
 
 
 
 
 
 
                                    (图13)
 
 
 
 
                                    (图14)



 
 
                                   (图15)
 
 
 
 
 
                                        (图16)
 
 
 
 
 
 
 
 
 
                                  (图17)



 
 
 
 
 
                                   (图18)
 
 
 
3. 组网原则及建议:
1) 在能达到相同性能、稳定性、信号覆盖率的前提下,尽量采用低成本覆盖方式,为用户节约成本开销,比如物业房地产类,由于使用区域比较集中,覆盖区域的最大长度一般也在1公里范围内,大可不必采用光纤直放站进行信号覆盖,在相同稳定覆盖率前提下,使用光纤直放站会给用户增加诸多成本,甚至翻倍的开支
 
2) 大型项目可以采取以混合型组网的方式实现,独立分布的大区域可以采取以光纤直放站+干线放大器的方式;独立分布的小区域或者无法布置走线的区域可以采取无线直放站通过空间耦合信号进行信号覆盖，通常在10公里可视范围内可以无线超作
 
3) 在高预算项目中，线路过多或线路有不确定性损耗的情况下建议采用线性双向放大器，比如在施工时分配耦合器安装混乱,没有严格按照图纸施工或者记录错漏,不方便整改、不方便测量时，,线性放大器只要在接收灵敏度范围内到P1dB(压缩点)时都会对上下行功率进行有效线性放大。
 
4. 双向放大器的发射功率、接收灵敏度及噪音、增益问题
  1）发射功率：
     功率并不是越大越好,能满足上下行平衡就较合理，也更符合移动通信指标要求,也节约成本及增加系统可靠性,也更有利于专网系统的大力推广,目前的双向放大器一般最大输出功率为1-60W,大功率发射通常也不会带来较理想的通讯效果,也不符合国家规定的电磁波卫生标准
 
  2）接收灵敏度及噪音：
     由5.1.5公式,当在5MHz带宽时热噪音功率=-174dBm/Hz+10lg(5000000Hz)=-107dBm,这个-107dBm此值不代表最终灵敏度，也不代表基站灵敏度,基站的解调是窄带,从一定层面上讲,基站需要再次从噪音中解调出有用信息,因此,主要关注双向放大器附加的NF(噪音系数,dB),F=F1+F2-1/G1+Fn-1/G1*G2..*Gn-1，其中F为双向放大器设备内部多级联放大器芯片的增加的系数和,由此可见，双向放大器引入噪音主要在首级，同时F也等于输入端的信噪比/输出端信噪比（信噪比=有用功W/无用功W），NF(dB)=10lgF,由于信噪比、噪音系数是定义在需要使用的频域内,频带外的杂散干扰等是另外一个层面讨论的问题,所以,在经过双向放大器后的电路由于加装了各种特性的窄带滤波和宽带滤波，可能会比基站自身接收灵敏度更高，主要原因是:对讲基站的射频电路是大于100MHz的宽频电路网络，虽然加装双向放大器后噪音系数是必然提高,但整个系统接收灵敏度不一定下降，因此，双向放大器的引入不一定就会损失基站的接收灵敏度。
 
3)双向放大器的增益:
增益越高越好,通常的前提是不能引入过多噪音,不能影响接收灵敏度,400MHz-440MHz频段最大双向增益在100dB左右，增益过高也会增加施工难度(比如各天线的隔离要求、连接器的工艺等，稍超作不当设备都可能产生自激或严重引入噪音)。通常在室分系统中控制增益在50dB左右，稳定可靠、几乎不会受到施工不良造成较大的隐患。

5.1.7 手台终端的选用

1.手台对讲机的主要分类:(1-4为专网型)
 1)模拟:国内经过40年左右的发展,技术相当成熟,性价比极高,对应的可选基站型号也较多,极低的成本就可以完成一套信号覆盖系统
 
2)TDMA/DMR数字:较适合使用单位为多部门的场所,由于是双时隙,一台基站可以同时供手台两个信道同时使用,也是当今主流使用类型
 
 3)FDMA/DPMR数字:此类产品可以支持6.25kHZ信道间隔,接收灵敏度较优秀
 
4)LoRa数字:可制作成为自带中继的手台，可以串联大规模延深通信距离,但由于语音失真较大,也会受到使用者使用位置变化导致不能正常自转发信号,每台对讲机随时处于高功率转发射状态,对身体健康可能有一定影响,因此,主要适合零时性的远距离通信
 
5)公网:使用运营商流量卡的对讲机,只要运营商信号覆盖完善的区域、网络没有被堵塞、第三方网络服务器平台没出故障,通常情况都可以正常使用。
 
  6)公网+专网多模：既能满足公网通讯，也满足专网通讯，是追求远距离、可靠性用户的首选

5.1.8 信号分配

通常用于信号分配的材料有功分器(输出平分)、耦合器(输出按需分配)、电桥等,一般无线对讲系统中只用前两种,由于耦合器使用较灵活和指标较优，通常耦合使用更多
 

5.1.8 波段选用

1.在无线对讲系统中,民用单位常选频段为400MHz段位,也是无线电管理委员会推荐频段,也有少部分用150MHz频段进行组网,讨论波段与通讯距离时,常常很多人说“400MHz穿透力更强”,但说法刚好和电磁学理论相反“电磁波频率越高,波长越短,穿透力越差”,对这一说法,也有人提出为什么X射线频率这么高,穿透力这么好,原因1:X射频能量极高,原因2:X射线的理论,由于是涉及和原子直径相比拟的波长,适合量子力学,,不适合电磁学讨论
 
   首先我们先说一下:每个频段的波长(如图19),在400MHz时,波长=0.75米(电磁波在空中每秒的飞行速度约300000000米/每秒除以振动次数400000000Hz=0.75米);150MHz时,波长=2米(电磁波在空中每秒的飞行速度约300000000米/每秒除以振动次数150000000Hz=2米),在通常情况下,400MHz左右作为无线对讲的组网频段,在相同设备及指标的前提下,城市中的覆盖率一般会比150MHz优秀,疑问就来了,到底是低频穿透力好还是高频穿透力好,分析如下:
1) 电磁波的传播方式:直射、折射、反射、衍射(绕射)
 
2) 对讲机通常需要覆盖的环境:地面→窗户或墙体→室内、从地面→地下、地下层→地下层等为主要场景，随时随地都会发生散射、透射现象,一般墙体或隔层为钢筋混泥土组成,每层楼都是为网格型的高密度(钢筋间距一般10厘米到30厘米之间,地下车库钢筋间距小于10厘米)钢条(钢条直径一般大于1厘米)网格交叉组成的正方型、长方形等，见(图20)为典型的每层楼的平铺钢筋,地下车库由于需要更佳承重,钢筋直径更大及密度间距更小,商场性质的结构由于跨度较大,钢筋直径也通常越大,密度间距也很小;窗户长宽一般1米左右(一般有金属框)
 
3) 混泥土相对于空气的介电常数为:6-8
 
4) 地面湿土相对于空气的介电常数为:12
 
5) 新型建筑一般每层楼竖隔墙为:混泥土加气块    
由于波长远大于钢条网格的长度时电磁波会被大幅度衰减,这也是400MHz比150MHz通讯距离远的原因之一;窗户的常见尺寸也与400MHz的波长较接近,在某些场所中,可能还会通过直射波进入室内再产身其他复杂辐射现象再覆盖信号,也是400MHz比150MHz通讯距离远的原因之一;对于穿透现象来说150MHz在经过混泥土、空气、混泥加气块结构时占优势,当电磁波频率越高时,每个波的波峰和波谷离得越近,在经过介质时(特别是介电常数越高的),产生的电流越大,损耗也就越多了。因此，在城市中电磁波受到太多因数的影响，各种波长的电磁波传输距离不能一概而论
 
2.400兆段只是一个大范围定义，最终无线对讲系统组网时，还需要精确到具体窄频段，主要要注意一些外界因数的干扰及组网自身频率的干扰，外界干扰比如433MHz附近、409MHz附近，普通电脑也会发射一些400多MHz的信号，能避开就尽量避开，不能避开的就天线远离它。

 
                                (图19)
 

 
 
                                     (图20)
 
 
 

6.1.0 信号强度测量

尤其是在超大型项目工程中或需要进行多个独立大区域的信号覆盖时，建议实地测量，主要仪器需要：频谱分析仪或微功率计，实惠型的一般可以测试灵敏度在-100dBm左右，精密型的可以测量到-160dBm左右，由于无线对讲基站系统的带宽底噪问题，一般没必要用到-160dBm的仪表

6.1.1 明确覆盖范围

确定通讯范围，就可以预估信号覆盖率，由于选用400MHz进行组网，电磁波波长有一定优越性，此频段的信号覆盖相对会比手机通信或WIFI覆盖容易，常见项目只要有足够的干线放大器或光纤直放站或无线直放站来弥补双向传输损耗，信号覆盖率一般可以书面承诺大于99%逼近全覆盖（包括封闭的楼道）

6.1.2 明确信号标准

使用方一般有重点区域和非重点区域,重点区域需要有更强的发射功率和更优的接收灵敏度,非重点区域一般接收灵敏度不低于-90dBm、发射功率高于+10dBm，如果用户有特别要求，按照用户指定强度标准执行

6.1.3 明确手台数量

了解手台数量,一般可以预估使用信道数量

6.1.4 明确基站系统信道(频道)数量

模拟基站,每台供手台1个信道使用;TDMA/DMR数字基站,每台供手台2个信道使用;根据用户需要使用的远距离通信信道数量就能确定基站的用量及合路器、分路器的路数

6.1.5 明确走线路径

走线路径关系到各点位分布天线及放大器安装位置,最终也影响覆盖各点位的信号强度，从施工的方便性、规范性来讲，还是建议馈线走桥架。

6.1.6 明确基站位置

基站位置通常安装在中控室或楼顶电井，安装在控制室便于管理，但设备数量通常会增加，安装在楼顶方便室外信号的最大化，例如：电信、移动、联通运营商的基站通常就安装在楼顶电井内。

6.1.7 明确施工难度

由于每家使用单位,场景有些不一样,主要是穿线的难度、层高是否需要租赁脚手架、打孔数量、工艺要求等

6.1.8 明确预算限制

设备的种类不尽相同,组网方案也不尽相同,成本可能相差很大,了解预算限制一般是必要的
 

7 .施工

7.1馈线施工
1.放线：
   50-12 1/2馈线弯曲半径应大于130mm，否则会抬升驻波比
 
2.接线头
  1）让线保持平整，用切刀先将波纹管凹部分下刀，转圈就可以削掉，再用老虎镊一扳就断，并保持平整
  2）开始切线
  从右往左数，第五个波谷用切刀下刀，轻轻转一圈，再用美工刀肃着划几刀把塑料皮子取掉
 
注意：切刀很容易把线的屏蔽层切断，断开肉眼不容易看见，检查此位置是否损伤。
 
  3）留导体长度：
 
中心导体芯留的长度不能过短，过短会导致接触不良，过长会导致接头接不上
 
  4）用扩孔器把铜皮往外压
 
注意：1）一定要压铜边（往最外面压），否者会抬高驻波比及增加线路损耗。
 
接上的接头起码要保证用15公斤的力拉不脱落，否者，通常不合格
 
也可以不采取以上方法，但要达到目的，规则如下：
1. 馈线内导体和接头内导体良好接触，也就是馈线中芯导体与接头的对应圆孔接触良好。
2. 馈线的外导体（屏蔽层）与接头的外壳良好接触
3. 馈线的内导体与馈线外导体（屏蔽层）的半径距离要保持基本一致，也就是以上说的压铜边可以基本保持一致，目的也就是保持50欧姆的特征阻抗不能有太大变化。
 
7.2 接地
   馈线接头外壳或分配器的外壳尽量多点接地到用户的接地装置，通常布线是经过桥架施工，桥架内的有电电线很多，有的桥架不一定接地良好，以减低对自身设备的不必要损坏及不良影响，尽量多点位接入有效地。
 
7.2 检查线路
一般通过直流特性就可以判断线路是否故障，需要的工具简单，只需一个普通万用表就能测量，也更能保证设备的安全，无需开电就能完成。
天馈系统配件直流特性如下：
1. 腔体双工器：三个端口的中心导体与地之间都是直流短路的；三个端口的中心导体之间是金属连接的，相互之间也是通直流的。
2. 腔体耦合器的直流特性为：耦合端的中心导体与地之间的直流电阻是50欧姆；耦合器输入端中心导体与耦合器直通端中心导体之间是金属连接的,是通直流的，同时与地之间是绝缘的；耦合器的耦合端中心导体与输入端、直通端的中心导体是绝缘的，不通直流。
3. 腔体功分器的直流特性为：几个端口的中心导体之间都是互通直流的；几个端口与地之间是直流绝缘的。
4. 馈线直流特性：中心导体与地之间是直流绝缘的
5. 室内天线：中心导体与地是绝缘的（常用型）
可通过以上安装已完成的配件判断线路是否有直流故障，整个线路的常见无源器件也就这些，测量的难度也不大，一般几条主线路必须测量。很容易就判断出来了哪里出了故障，一般建议从线路的末端开始测量可以减小测量的工作量（如果线路完好，可能就测量几个主线路的末端就完事了）。测试时馈线的直流电阻可忽约，因为很小（1公里馈线中心导体加上屏蔽层共2公里的直流电阻才4欧姆左右）
如按照以上测量方法，系统还不能正常运行，一般需要用射频功率计和信号发生器检查有源设备的故障，以及再次评估信号分配布局是否合理

品牌：BXK 波行空