第2章 新闻的收集和发布——室分器件介绍

日常生活中经常可以接触到各种新闻媒体。遍布世界各地的大量记者把采访到的信息汇总到某新闻机构，该机构把收集到的信息进行分析和处理，然后通过媒体发布网络（报刊亭、广播电视网络等）发布到各地。这个新闻机构的信息采集网络和发布网络也是一个分布系统，由各种分支机构和多种形式的新闻收集和发布者组成，如图2-1所示。

这个新闻媒体的总部类似于信源，只不过这个信源不是信号源（无线信号的接收、处理和发送），而是信息源（新闻信息的收集、处理和发布）。

注：这里的“源”是指“信息源”或“信号源”，而不同于“有源、无源”中“源”（指“电源”）的含义。

认识事物可以从宏观到微观，也可以从微观到宏观；可以从一般到具体，也可以从具体到一般。但我认为至少在通信工程里认识一个系统最好的方法是“大处着眼、小处着手”。也就是在对系统整体的特性、用途有朦胧认识的基础上，一个一个地掌握每一个组成器件，反过来进一步强化对整体系统的理解。

组成室内分布系统的器件有很多种，可谓成分复杂、形态各异。每个器件各司其职，又彼此协作，共同成就室分系统无线信号覆盖的角色。第1章概要地介绍了室内分布系统，使大家对室分系统有一个总体的认识；本章采用分门别类和逐一展开相结合的方式来介绍室分器件，使大家对室分系统的组成细节有进一步的了解。

2.1 “源”来如此——有源器件与无源器件

大家知道，室分器件从其在室内分布系统中的作用上讲，可以分为信号发生器件（信号源）、信号传送器件（功率分配器件、功率传送器件、功率放大器件）、信号发射器件（天线）。而从是否需要（电）源的角度，室分器件可以分为有源器件和无源器件。那么什么是“源”？有源器件和无源器件有什么区别和联系？

“源”，英文为“Source”，指事物发生的原始根由，也就是说，没有“源”，该事物就不可能发生。有源与无源的概念不仅在电学元器件中有，在机械、流体、热力、声学等领域均有这种概念。“源”在不同领域所指的具体事务是不同的，但“有源”物体的共同特点是其特性、功能、作用必须在“源”的存在下才能表现出来，不管这个“源”是外加的、还是内置的；“无源”物体的共同特点是不依靠外加或内置的“源”就独立能表现出其特性、功能、作用。这里的“特性”是指描述器件输入和输出的某种关系量。

电子元器件中的“源”一般是指电源（直流或交流）。简单地讲，器件本身需要能（电）源才能表现出其特性、功能的器件叫作有源器件，无需能（电）源就能发挥其作用的器件就是无源器件。日常生活中，家里的音箱就有“有源”和“无源”之分。计算机的外接音箱一般是有源音箱，内置功率放大器；而无源音箱，不带功率放大器（简称功放或放大器），不用插电源，直接使用便可。

器件是由元器件组成的。无源元器件主要是一些电阻类、电感类和电容类元件，只要有信号，无须在电路中加电源也可工作；有源元器件一般是二极管、晶体管等电子管，它们只有在外加电源时才能发挥作用。

无源器件最基本的组成就是无源元器件，不会存在有源元器件。室内分布系统无源器件的作用有信号传输（如馈线）、功率分配（如功分器、耦合器）、通过集中信号的发射方向进行“信号放大”（如天线）等。

有源器件最核心的组成就是有源元器件，当然也需要无源元器件。有源元器件一般用于功率放大（如直放站、干放）、信号变换（如信源）等。一切无线信号变换的功能，如振荡、放大、调制、解调等功能都离不开有源元器件，因此有源元器件是信源的核心组成部分。

表2-1为室内分布系统中有源器件和无源器件的分类归属总结。

2.2 大货车、小货车、手推车——基站信源

上级领导要求把一批货物派送到城里某一区域的每个居民家里。如果居民家门前的马路足够宽，可以开着大货车把货物送到门口；但是多数居民家门前的马路只够一辆小货车进入，于是需要把货物分装在几个小货车上；还有很多居民家门前只有一人进出的道路，只好用手推车把货物分发过去了，如图2-2所示。

大货车携带的货物多（容量大），但是进出不方便，需要专门车道（宏蜂窝基站安装不灵活，需要专用机房）；小货车比大货车灵活一些，但不如手推车方便（类似微蜂窝基站）；而手推车进出灵活，无须宽大的道路（RRU安装灵活），但所装货物有限（容量较小），且不远处应该有存放货物的位置（类似于基带资源池）。

信源的主要作用是提供无线信号，或者接收终端上行信号，以满足覆盖需求。所有类型的信源均需要供电，均为有源设备。

宏蜂窝、微蜂窝都是具备基站完整功能的信源，包括射频处理子系统和基带处理子系统两部分。射频处理子系统负责把数据信息调制成无线信号发射出去，同时负责把接收下来的经过滤波的无线信号解调成数据信息传给基带处理单元。基带处理子系统负责信道编解码、上下变频、交织、扩频（WCDMA制式）、加扰（WCDMA制式）等处理过程。

如果分别把射频功能和基带功能放在两个物理实体中，两个物理实体可以用光纤连接，实现射频功能拉远。射频拉远单元称为RRU（Radio Remote Unit），基带处理单元称为BBU（Base Band Unit）。

一般来说，宏蜂窝支持的输出功率大、覆盖范围大、可支持的载波数较多、小区数多、话务量大，但对机房条件要求严格，安装困难；而微蜂窝基站和RRU体积较小、安装灵活，但支持的覆盖范围一般，载波数和小区数都较少。

在室分系统具体设计的过程中，不同厂家、不同制式、不同型号基站的产品特性是不一样的，要查询各自的宏蜂窝、微蜂窝、RRU的具体产品说明，了解其关键特性。

举例来说，某厂家LTE RRU的单通道最大发射功率为43dBm（20W）（dBm和W的对应关系见表2-2），如果该RRU有两个通道，那么总的RRU输出功率为43dBm＋10lg2＝46dBm（40W）。当每扇区双载波组网时，每载波单通道最大输出功率降为43dBm-10lg2＝40dBm（10W）。这时，LTERS参考信号的功率可设为10dBm（10mW），功率大约是每载波单通道功率的千分之一。

该厂家LTE的皮站（Pico RRU）单载波最大输出功率为27dBm（501mW），最大支持两载波，最大输出功率为30dBm（1W）。LTE参考信号（RS）的功率可设为0dBm（1mW）。还有一种飞基站，可以射频拉远，称之为FemtoSite，机顶口最大输出功率小于20dBm（100mW），只支持单载波组网，LTE参考信号（RS）的功率可设为-10dBm（0.1mW）。

2.2.1 信源输出功率与覆盖范围

信源的输出功率代表该信源覆盖范围的大小。

假设每载波单通道最大输出功率为40dBm，机顶口参考信号（RS）的功率为10dBm，天线口参考信号（RS）的功率为-20dBm（单天线的覆盖面积约为300m²，计算过程详见后面章节），那么它能覆盖多大范围的室内环境呢？

这里的关键是求出这样的信源能够带多少个天线？假设从信源机顶口到天线口的所有损耗是13dB（包括馈线损耗、器件插入损耗和天线增益的综合结果），那么允许的天线分配损耗是

10dB-13dB-（-20）dB＝17dB

这里的分配损耗其实就是由于总资源分配成很多份，从而造成的每份资源相对总资源的差距。假如一个蛋糕切两半，每个人得到半个蛋糕，则分配损耗为3dB（10lg2）；10个人分蛋糕，则分配损耗为10dB（10lg10）。

假设有x个天线参与分配信源的功率，则有

10lgx＝17

于是x＝50，该宏基站信源可以携带50个天线，可以覆盖的室内面积为50×300m²＝15000m²。

使用Femto Site作室内信源时，机顶口参考信号（RS）的功率为-12dBm，天线口RS的输出功率还是-20dBm，由于这种Femto体积小，便于靠近天线端安装，馈线损耗较小，可以只考虑5dB的损耗，假设可以携带y个天线，则有

-12-5-（-20）＝10lgy

于是y＝2，该Femto信源可以携带2个天线，可以覆盖的室内面积为2×300m²＝600m²。

LTE室内基站信源机顶口的功率大小和其覆盖范围的关系可以参考表2-3。参考此表时需要注意以下几点：

1）该表的天线口参考信号（RS）设计的输出功率是-20dBm。

2）不同厂家宏基站、微基站、RRU、Pico RRU支持功率不一样，支持的载波数不一样，这里的输出功率只是LTE基站常见的数值。

3）不同制式的RS信道功率和总功率的关系不一样，需要具体问题具体分析。

4）不同大楼从机顶口到天线口的馈线损耗、器件的插入损耗不一样，考虑的过程损耗也是不一样的。

5）不同室内环境下，同样的天线口输出功率，覆盖半径不同，进而覆盖面积也不同，这里统一按每个天线覆盖300m²计算。

2.2.2 信源载波数和支持的用户数

信源的载波数的多少代表着支持用户数的多少。

单扇区载波数越多，每载波输出功率就越小，覆盖范围减少；但是每扇区支持的用户数将会增多，即支持的容量会增加（见图2-3）。

描述一个基站的容量支撑能力，一般用“扇区数×载波数”来表示，当一个载波对应一个小区时，这个式子的值一般相当于支撑的小区数（如果多个载波是一个小区或者几个扇区是一个小区，这个关系就不存在了）。

当一个无线制式的宏基站支撑6个扇区时，每个扇区最多2个载波，那么它支持的是6×2配置。这里1个扇区的1个载波一般就是1个小区，6×2＝12，即支持12个小区；当这个宏基站支撑3个扇区，每扇区最大支持4个载波时，那么它支持的是3×4配置，即支持12个小区。

LTE制式常见的站型配置是3×2，即有3个扇区，每个扇区2个载波。室内站的配置为1×2，即1个扇区，2个载波。

LTE最大单载波为20MHz，20MHz除以180kHz（一个RB），约等于100。20MHz单载波在1ms内，可支持100个用户同时通话。那么，在理想RF条件下，在20ms内，VoLTE就可支持2000个用户同时通话。当然，在实际情况下，无线环境的不同，会影响VoLTE的业务速率和接入用户数。一个LTE小区都用来支撑VoLTE语音，用户数实际能达到400～500。一个LTE基站假设有3个小区，则可以支撑1500个以上的VoLTE用户。

而LTE的一些小的RRU只支持一个扇区，一个载波，也只支持1个小区，这样一个RRU支持的同时在线的VoLTE用户数可以在400个以上。

当谈到站点配置时，经常会看到“S222”或者“O6”这样的字样。“S”是“Sector”的意思，即该站点不止一个扇区；“S222”其实就是“3×2”配置，表示3个扇区，每扇区2个载波；“O”是“Omnidirectional”的意思，即全向站，“O6”表示1个扇区，6个载波。一般来说，室外站多见“S”站，室内站多见“O”站。但不能一概而论，在农村等空旷区域的室外站，也有很多“O”站；而当室内室外共享宏站基带资源池时，也有一些“S”站。

LTE室内基站信源支持的配置和同时在线的用户规模的关系可以参考表2-4。参考此表时需要注意以下几点：

1）不同厂家宏基站、微基站、RRU、Pico RRU支持的最大配置是不同的，这里列出的配置只是LTE基站信源常见的配置。

2）这里的一个扇区的一个载波就是一个小区，没有包括多载波一个小区或者多扇区一个小区的情况。

3）不同制式的小区支持的同时在线用户数是不一样的，而且小区的理论极限用户和实际现网支持的用户不一样。这里一个LTE小区支持的同时在线用户数按400个语音用户计算。此计算值只是一个参考，计算时需要考虑不同厂商、不同制式、不同设备、不同业务的实际支撑能力。

描述一个基站的容量支撑能力还可用“天线通道数×载波数（Antenna X Carriers，AXC）”来表示。这种标识方法，主要可以表征无线通信基站的光口板Ir（RRU和BBU之间的接口，有的厂家也叫CPRI接口）的光口处理能力。

比如，2.5G带宽能承载48个AXC（TD-SCDMA载波），6.144G带宽承载120个AXC，假如某公司八通道RRU设备（型号为DRRU3158e-fa）配了3载波，那么需要8×3＝24AXC，那么，一条2.5G带宽的光纤最多只能承载48÷24＝2个DRRU3158e-fa设备。

再比如，该公司型号为DRRU3158i-fa的RRU，8通道，最大支持18个载波，它的最大容量能力为144AXC。144÷48＝3，即如果这样的RRU在满载波配置的情况下，至少需要3条2.5G的光纤，或者是2条6.144G的光纤。

2.2.3 信源的配套特性

信源的配套特性是室分设计的重要考虑因素。

在选择和安装信源时一定要注意：要么让基站适应安装环境，要么让安装环境适应基站。除此之外，别无他法。

基站信源持续正常工作是需要一定环境条件的，即强调基站和安装环境的协调统一。室内放置型基站要求机房具备一定的环境温度和环境湿度；室外安装型基站本身会配备适宜基站稳定工作的、一定温度和一定湿度的机柜环境，所以一般比同类室内放置型基站要重一些，这样的基站，一般既可以工作在寒冷的西伯利亚，也可以工作在炎热的马来西亚。

设备的体积和重量是决定设备安装环境的重要因素。

体积的描述采用“高（mm）×宽（mm）×深（mm）”的模式。如某厂家的某型号宏基站的体积为“1500mm×600mm×600mm”，某型号微基站的体积为“600mm×300mm×300mm”，某型号RRU的体积为“480mm×340mm×135mm”。现在基站的体积越做越小，也常用“L”这个单位。如某厂家皮站（PicoRRU）体积做到了1.2L，符合基站小型化的趋势。在室分系统设计的过程中，确定信源的安装空间一定要注意设备的体积。

宏基站的重量一般要看什么样的站型配置，比如说满配置时某宏站可达200kg，而空机柜只有120kg；微基站的重量范围为30～90kg；RRU的重量一般要小于30kg。有的小的皮站（Pico RRU）重量只有1.2kg。信源的重量是选择安装条件时必须考虑的，宏基站由于较重，必须在具备相应承重条件的机房落地安装，而微基站或RRU一般可以挂墙安装。

站点安装后无法开通的两个主要原因是供电问题和传输问题。

供电要求是安装基站必须考虑的，要考虑信源是只支持“-48V”直流供电，还是可以支持“AC 220V”的市电供电。另外，基站耗电是电信运营商能耗的重要方面，关系到节能减排的环保目标。在选择信源时，一定要注意选择功率放大器效率高、能耗较少的基站。

一般的基站都只支持光传输或电传输（E1），在一些室内场景中，面临的传输问题一般是传输不到位、传输故障、传输带宽不足（尤其是话务热点区域）等问题。在设计室分站点时，要先确定传输是否到位，是否正常，是否足够。

2.3 一个扬声器——直放站

在旅游景点经常看到导游拿着扬声器给游客介绍景点。扬声器的作用就是把导游的声音传到更远的距离或者更大的范围，但不增加或减少说话的内容，也不能代替导游的作用（见图2-4）。

基站和直放站的关系就好比电视台和微波站的关系，如图2-5所示。电视台提供电视节目（类似基站提供容量），微波站负责中继传送。微波站只是把广播电视信号传到更远的地方去（覆盖范围），并不能增加电视节目（容量）。

2.3.1 直放站的本质

直放站的本质体现在“放”字上，和其他“放”字辈的射频器件（如塔放、功放、低噪放、干放）一样，其是一种射频信号功率增强设备，简单来说，就是无线信号放大设备。

直放站区别于其他“放”的特性在于它是一种无线信号发射中转设备，也可以称之为中继器，其功能非常类似于广播电视系统中的微波站（作为中继站，可以把电视信号传到比较偏远的地方）。

综上所述，直放站有两个特性：“信号放大”和“信号中转”。其实，若没有“信号放大”的功能，就没有“信号中转”的作用，其本质是“信号放大”。

直放站的工作原理用三个词概括就是“接收”“放大”和“发射”。

在下行链路中，直放站从基站的覆盖区域中拾取（接收）信号，将经过带通滤波（过滤带外的噪声）后的信号放大，然后把信号发射到补盲目标区域的手机，从而实现信号从基站到手机传送。

在上行链接中，直放站接收其目标覆盖区域内的手机信号，经过滤波放大，然后把信号发射到基站，从而实现手机到基站的信号传递。

从上面的描述中可以看出，直放站的核心组成部分是接收单元、滤波器、放大器、发射单元，如图2-6所示。

直放站在工作过程中，一方面要从基站覆盖区域接收信号，另一方面又要给基站发射信号。也就是说，在基站覆盖区域内，直放站既要接收，又要发射，这个功能由直放站的施主天线完成；在直放站自己的覆盖区域内，既要接收手机的信号，又要给手机发射信号，这个功能由直放站的业务天线完成。直放站的施主天线和业务天线既是接收单元，又是发射单元。

直放站在工作时，既存在从手机到基站的上行信号，又存在从基站到手机的下行信号，上下行的处理功能在一个物理实体中，就需要双工合路器，以便把天线接收下来的信号和天线要发射出去的信号分开或者合起来（从天线向直放站的方向看，上下行信号是分开处理的；从直放站向天线方向看，上下行信号是要合起来的，天线处又要接收又要发送）。

直放站接收到的无线信号，一般来说，信号强度比较小，无法直接进行滤波（滤波器觉得信号太小），也不能直接进行放大（引入的噪声相对信号来说会被放得过大），在滤波放大之前必须引入低噪放这个器件。低噪放是噪声系数很小的放大器，作用是放大有用信号，尽可能地抑制噪声。

综上所述，直放站的实际组成如图2-7所示。

2.3.2 直放站的类型

上面描述的直放站是典型的射频直放站。定义直放站是“射频”（Radio）的，是从施主基站和直放站传送信号的方式来说的。射频传输方式就是无线传输方式。有“无线”，就有“有线”。“有线”传输方式就是基站和直放站之间通过光纤来传送信号，这就是光纤直放站，如图2-8所示。光纤直放站由两部分组成，和基站相连的是光纤直放站的近端，下行方向完成从射频电信号到射频光信号的转换，上行方向完成射频光信号到射频电信号的转变；光纤直放站的远端通过光纤和近端相连，下行方向完成射频光信号到射频电信号的转换，上行方向完成从射频电信号到射频光信号的转换；业务天线完成手机无线信号的接收和基站传来的无线信号的发射。

一个事物会有很多属性，看待一个事物可以从很多维度出发。现实生活中很多人认识事物存在分歧，主要原因就是看待问题的角度不同。

认识直放站也一样，除了按传输方式来给直放站分类之外，还可以从带宽范围的角度、无线制式的角度、安装场所的角度出发认识直放站。

从带宽范围来分，直放站有宽带直放站和窄带（选频）直放站。宽带直放站对整个频段内的信号都进行放大，很容易给其他小区带来干扰；而窄带直放站引入系统的干扰比宽带直放站少，能够提高无线信号的传送质量。但由于同时支持的频点有限，施主小区的频点更改后，直放站的频点也必须调整，使用非常不方便。

从信号处理的方式来分，直放站可以分为模拟直放站和数字直放站；从无线制式的角度来分，直放站可以分为GSM直放站、CDMA直放站、WCDMA直放站、TD-SCDMA直放站等，在LTE时代，直放站的使用越来越多地会被小型RRU取代，在5G时代，Smell Cell的使用将彻底把直放站挤出历史舞台；从安装场所的角度来分，直放站可以分为室外型直放站和室内型直放站。

2.3.3 射频直放站和光纤直放站

射频直放站和光纤直放站最显著的不同之处是传输方式的差别，射频直放站通过无线的方式传播，不需要传输资源；光纤直放站通过光纤和施主基站联系，需要光纤资源。

如果把射频直放站的施主天线和业务天线面对面放置，会有什么问题？施主天线接收到的无线信号经过直放站，从业务天线发射出去，又被施主天线接收，经过不断的信号环回，形成对有用信号的干扰，这叫作直放站的自激。这种现象就像开多方会议电话，大家都没有把传声器静音，大家说的话经过电话会议系统传到各地，然后声音又经过传声器返回电话会议系统，回音不断放大，形成噪声，干扰正常开会。

由于自激现象的存在，在施工安装时，射频直放站的施主天线和业务天线需要满足空间隔离度要求，即方向上尽量背对背，千万不要面对面，哪怕照一小面都不行；光纤直放站不存在施主天线，也不会有自激现象，所以不存在隔离度要求。

由于射频直放站的施主天线和业务天线有隔离度要求，为避免自激，需要采用定向天线；光纤直放站无隔离度要求，除使用定向天线外，还可以使用全向天线。

光纤直放站的光纤中传送的是射频信号，额外增加了两次模拟的光电／电光转换，给系统带来新增的噪声，对无线信号质量有一定的影响。射频直放站不存在光电／电光的转换，没有由于电光相互转换而引起的噪声。

射频直放站采用无线的传输方式，施工方便、成本低、进度快，但传送距离有限；光纤直放站采用光纤作为传输介质，传输损耗小、传送距离远，但成本较高、施工较为复杂、工期略长。

射频直放站主要应用于楼宇阴影区、地下封闭区、地铁或道路狭长地带的无线覆盖；光纤直放站应用于光纤资源充足，布线方便的室内场景、边远农村或山区。

射频直放站和光纤直放站的对比分析见表2-5。

2.3.4 直放站和RRU

厂家直销产品的方式是用户直接从厂家购买产品，没有中间环节，避免了中间环节的引入对交易的影响，但是由于厂家的销售力量有限，产品的市场覆盖范围不会很大。为了增加市场覆盖范围，有两个手段：建立更多的直销机构，直销机构还属于厂家的一部分（相当于RRU射频拉远，RRU本身是基站的一部分）；另外寻找中间商代理，中间商不属于厂家的内部机构（直放站不是基站的一部分，它只是基站的代理者），相当于在用户和厂家之间存在一个第三者，在一定的市场范围内，要想完成交易，必须通过这个第三者，虽然产品的市场覆盖范围增加了，但也引入了市场的干扰环节（引入噪声，系统底噪抬升）。

直放站不属于基站的一部分，它是基站功能的代理，但没有取得全权代理资格，只代理了“覆盖”，没有代理“容量”。也就是说，直放站完成“信号放大”和“信号中继”的作用，延伸了基站的覆盖范围，却不能为施主基站缓解“容量需求”的压力，甚至由于引入了额外的噪声，降低了施主基站的容量。

RRU（射频拉远单元）则是基站的一部分，和基带处理单元一起完成基站的全部能力。RRU也可以从宏基站进行射频拉远，来延伸基站的覆盖范围，但不能算是基站的“代理”，而是基站在某地区的“直销机构”。RRU，本身进行射频信号的处理，除了无线信号的接收和发射（这一点直放站也具备），它还要完成“模-数（A-D）”“数-模（D-A）”转换、“数字上／下变频”、“调制／解调”等射频处理功能，如图2-9所示。也就是说，RRU为系统提供新的“容量”能力。

总结一下，直放站和RRU在覆盖特性上相似，其覆盖范围受限于输出功率的大小。但从容量特性上比较，二者却截然不同：直放站不提供容量；而RRU是基站的有机组成部分，能够为系统提供容量。

从设备安装特性上说，RRU与光纤直放站比较类似，都使用光纤将设备拉远，也就是说，能够安装光纤直放站的地方，RRU肯定能够安装。但二者光纤中传送的信号并不相同，如图2-10所示。RRU是数字信号的射频处理节点，光纤中传送的是数字中频信号，其标准接口为Ir接口和CPRI（Common Public Radio Interface，通用公共无线接口）；而光纤直放站和施主基站之间的光纤传送的是射频信号。

由于RRU和BBU之间传送的是数字中频信号，对系统来讲，没有增加额外的噪声；直放站是对模拟射频信号的再处理，光纤直放站还进行了光／电或电／光的两次转换，都引入了额外的噪声，从而增加了系统的底噪。

从可维护性和可监控性的角度来讲，RRU是基站的一部分，可以和基站一起监控、维护；而直放站的可维护性和可监控性比RRU差很多，一旦直放站出现问题，不易被发现，且难以定位问题。

从对网络性能的影响来讲，直放站的引入增加了覆盖范围，提高了网络的覆盖概率。但由于抬升了系统的底噪，降低了系统的接收灵敏度，从而增加了手机的发射功率，导致手机耗电增加；增加了系统干扰，导致接入失败增加，掉话率增加，网络的整体性能会有影响。RRU的引入不但增加了覆盖范围，而且还增加了网络容量，但不会引入新的噪声，对网络性能没有影响。

但从成本上讲，直放站还是有很大的优势，尤其是射频直放站，成本比RRU少了很多。成本优势是直放站在市场上生存下去的唯一法宝。

直放站和RRU的对比分析见表2-6。

2.3.5 直放站的常用指标

一个人的工作水平有两个境界：一是达到了“做得到”的境界；二是达到了“做得好”的境界。衡量“做得到”的方法要看他的核心工作是否会做，衡量“做得好”的方法就需要看工作的质量和效果了。

直放站的核心工作是放大无线信号，实现无线信号的中继转发。衡量直放站是否能够“做得到”自己核心工作的指标是最大输出功率（其大小决定了直放站的覆盖范围）、额定增益、工作频段和工作带宽。衡量直放站“做得到”的指标称之为直放站工作指标。

直放站在完成核心工作的时候，尽量不要引入新的噪声，不要对网络性能造成影响，这就要求直放站的核心工作要“做得好”，完成得漂亮。衡量直放站是否能优质地完成工作的指标有杂散辐射水平、互调抑制能力、带外抑制水平、噪声系数等指标。衡量直放站“做得好”的指标称之为直放站性能指标。

1．直放站工作指标

（1）最大输出功率

最大输出功率是决定直放站覆盖特性的最重要的指标，即直放站线性范围的最大工作点所对应的输出功率。

直放站最核心的组成部分是功率放大器。功率放大器最重要的使用特性是必须在线性范围内工作，超出了线性范围，将逐渐进入饱和区，这样，功率放大器的输出不再能够线性地反映输入的变化，存在一定的信号失真。

直放站工作的线性范围如何找到？一般是远离饱和区的一个范围。准确地定义这个范围需要了解两个概念：1dB压缩点和功率回退。

随着输入信号功率的增加，输出信号功率也线性增加；当输入信号增加到一定程度的时候，直放站离开线性范围，输出信号功率增长的幅度比如果仍按线性的规律增长要小一些，则其逐渐进入了直放站的饱和区。

当输出信号功率增长的幅度比如果仍按线性的规律增长的幅度小1dB时，直放站正式进入饱和区。这一点叫作1dB压缩点。1dB压缩点可以看作是线性范围和饱和区的临界点。

但是直放站最好别工作在这个临界点上，因为输入信号的一点风吹草动，输出信号就进入饱和区，导致信号失真。最好的方法是远离这个临界点，称之为功率回退。

直放站最大输出功率可以定义为直放站1dB压缩点功率回退6～11dB的点。举例来说，室外宽带直放站最大输出功率一般为33dBm（2W）；当GSM制式的室外选频直放站有2个选频信道时，每载波的输出功率一般为30～33dBm（1～2W），有4个选频信道，每载波的输出功率会降低3dB；LTE制式的直放站，最大输出功率一般为20dBm。室内宽带直放站最大输出功率一般不大于17dBm（50mW）（我国无线电管理委员会和信息产业部的室内电磁环境健康标准）。

（2）额定增益

额定增益是指直放站工作在线性范围内，最大输出电平对最大输入电平的放大程度。

假设直放站的额定增益为G（dB），直放站的输入功率为Pin（dBm），输出功率为Pout（dBm），则有

G＝Pout-Pin （2-1）

额定增益达到最大值时的直放站输出，称为满增益输出。

直放站额定增益分上行增益和下行增益，两个增益可以分开调节，但一定要保证上、下行无线链路的平衡。

额定增益不能太低，也不能太高。太低了，输出功率无法满足覆盖要求；太高了，会产生过多的噪声，影响施主基站的覆盖质量。

一般来说，GSM室外射频直放站的额定增益为80～95dB；室内射频直放站的额定增益一般比室外射频直放站设置得低一些，为50～70B。GSM室外光纤直放站传输损耗较小，容易得到较高的输出功率，额定增益可以比室外射频直放站设置得低一些，设为45～65B便可。LTE单频直放站的额定增益可设为40～80B。

（3）工作频段

工作频段是指直放站发挥信号放大和信号中继作用的频率范围。直放站无失真地放大转发这个频率范围内的信号，对这个频率范围外的信号进行过滤或抑制。直放站的工作频段也分上下行。如某移动GSM直放站的上行工作频段为890～909MHz，下行工作频段为935～954MHz。某移动室内LTE直放站的工作频段为2320～2370MHz。

（4）工作带宽

直放站在实际工作中，并不是在整个频段内都保持一样的增益，而是在和无线信号带宽相匹配的频率范围内保证一定的增益。一般对无线信号的中心频点处增益最大，越远离无线信号的中心频点的两侧，增益越低，在无线信号的带宽之外，增益应该迅速降低，从而保证无线信号被放大，而信号带宽范围外的干扰被有效抑制。

准确地定义一下，直放站的工作带宽（Band Width，BW）是增益比中心频率的峰值下降3B时所对应的频率范围。中心频率可在工作频段内变动，但工作带宽不能超出工作频段的范围。有些直放站中心频率和工作带宽可以根据需要在工作频段内变动。

宽频直放站的工作带宽一般为2～20MHz，LTE直放站要求的工作带宽为20MHz，而GSM选频直放站的工作带宽（即GSM载波信号的带宽）只有200kHz。

2．直放站性能指标

（1）杂散辐射水平

直放站在工作过程中，由于系统的非线性，产生了影响系统工作的电磁辐射，一般都是工作带宽范围外的电磁谐波分量。希望这样的杂散辐射越小越好。举例来说，根据相关标准，某款LTE直放站，在距离中心频率9～150kHz时，带外杂散辐射水平每1kHz要小于-36Bm；在距离中心频率150kHz～30MHz时，带外杂散辐射水平每10kHz要小于-36Bm；在距离中心频率30MHz～1GHz时，带外杂散辐射水平每100kHz要小于-36Bm；在距离中心频率1～12.75GHz时，带外杂散辐射水平每1MHz要小于要小于-30Bm。

（2）互调抑制比

互调抑制比是载波信号的功率与系统产生的互调干扰信号的功率电平之比，是衡量直放站抑制互调干扰能力的指标。

两个或多个频率的无线信号，由于直放站的非线性，相互调制可以产生互调干扰（Inter Modulation），一般来说，互调产物主要是三阶互调产物（IM3）。

假若载波信号功率为P0（dBm），三阶互调产物的功率为IM3（dBm），互调抑制比为IMD（InterModulation Distortion）（dBc），如图2-11所示，则有

IMD＝P0-IM3 （2-2）

根据相关要求，当额定增益调到最大时，GSM900MHz的直放站，带内IMD大于70Bc；GSM1800MHz的直放站，带内IMD要大于50Bc；LTE直放站，带内IMD也应大于50dBc。

（3）带外抑制度

带外抑制度是直放站对工作带宽外无线信号的抑制程度。如图2-12所示，中心频率为f0，此处对应的直放站增益为G；中心频率两侧直放站增益下降3dB的频率范围（下限为f1，上限为f2）就是工作带宽BW；直放站在工作带宽外某处（f1-Δf，f1＋Δf）的增益为G′。那么，带外抑制度＝G-G′。

举例来说，LTE直放站的增益G＝65dB，假设Δf＝5MHz，根据相关直放站的规范要求，在带外5MHz处的抑制度应大于60dB，也就是说，在f1-Δf和f2＋Δf处的增益G′≤G-60dB＝5dB。

（4）噪声系数（Noise Factor，NF）

NF是衡量无线信号通过直放站后信噪比变差程度的指标。无线信号通过直放站后，直放站本身产生的噪声会使原无线信号的信噪比变差。

直放站输入端的信噪比（S／N）i与输出端信噪比（S／N）o的比值，就是噪声系数。用dB表示的NF为

在理想情况下，噪声系数NF（dB）为0dB。现实情况是任何直放站都会产生噪声，所以NF（dB）一般大于0dB。根据直放站的相关规范，LTE直放站的噪声系数一般为7dB。

2.3.6 直放站的使用要点

直放站的主要作用是延伸覆盖，但并不增加容量。因此，在容量受限的场景应该慎用直放站。

LTE制式不是自干扰系统，不存在呼吸效应，而以CDMA原理为基础的无线制式一般都是自干扰系统，存在着明显的呼吸效应；引入直放站，必然会引入噪声，导致系统底噪抬升，干扰增大，覆盖会收缩，这种情况下，准确地说，直放站没有延伸覆盖，而是转移了施主基站的覆盖。因此，以CDMA原理为基础的无线制式在选用直放站时，应该评估好对施主基站覆盖和容量的影响。

射频直放站很容易产生自激现象，导致网络性能下降。安装时尽量保证施主天线和业务天线的空间隔离度，背靠背安装；要选择前后比大的施主天线和业务天线，避免信号通过天线后瓣泄漏形成环路、产生自激。

在公路和铁路等线性覆盖场景，经常会用到直放站的级联。但直放站的级联级数不宜过大，过大会导致信号时延增大，引入过多系统噪声，对系统的整体性能有很大的影响。一般情况下，直放站级联不要超过3级。

在选用直放站时，一定注意工作指标要优于实际要求，尽可能选择性能较好、成本较低的直放站，以免对系统性能造成过坏的影响。

2.4 无辐之毂——AP

在办公场所，只有一个网线出口，却有四五个工作人员准备上网，怎么办？有经验的同志很快想到，使用Hub（网络集线器）作为中心节点，通过网线连接各位工作人员的电脑（见图2-13），组成一个有线局域网（Local Area Network，LAN），如图2-14a所示。局域网中心节点的设备称之为集线器，美国人很形象地称它为Hub（原意是轮的中心——毂），那么网线就类似于车轮的辐条了。

但是由网线连接电脑和集线器（Hub）使用起来不太方便，需要足够多的网线，而且会使办公区域显得比较凌乱。人们自然会想到，要是不需要网线就能完成局域网的组建就好了。这种无线局域网（Wireless LAN，WLAN）的想法比较大胆，类似一个车轮不需要“辐”，只要“毂”就可以了。这种无线Hub，我称之为“无辐之毂”，如图2-14b所示。

802.11是IEEE制定的一个无线局域网标准，允许终端上网设备通过无线的方式接入网络，被广泛应用于校园、办公场所等场景。802.11不是一个单独的标准，而是一系列标准，这个标准的家族用802.11x来表示。其中“x”代表802.11的不同版本，如目前常用的版本IEEE 802.11g是2003年制定的，工作频率为2.4GHz，最高速率为54Mbit／s的WLAN标准。

2.4.1 AP的用途及种类

AP（Access Point）相当于一个有线网和无线网的连接桥梁，可以有三个方面的作用（不是每个AP都同时有这样的作用，要看产品型号）：“接入”“中继”“桥接”。所以AP在组网中可以承担“接入点（在室分系统中AP扮演的是WLAN信源的角色）”“中继器”和“桥接器”的角色。

AP可以作为网络的无线接入点。通过无线的方式，无线网卡和AP建立数据连接，既可以分享有线网络的信息资源，又可以克服有线布设的繁琐，节约网络末端的施工费用、降低施工复杂度。

在作为接入点时，就像有线网络的Hub一般，AP可以快速且轻易地与宽带数据网络相连，如图2-15所示。有线宽带网络（如光纤、LAN等）到户后，布放一个室内型AP，在计算机中安装一块无线网卡，就可以使用宽带网络了。

如果在室内分布系统中使用，AP可以作为信源（WLAN信号的接入点），如图2-16所示，可以利用已有的支持WLAN频段的室分系统或者新建WLAN自己的室分系统。根据AP输出功率的大小，一个AP可以带的室内天线数目是不同的，具体计算在后面室分系统设计中会介绍。

AP的“中继”功能类似于“直放站”的中继功能，如图2-17所示。如果进行WLAN通信的终端离网络过远，可以在中间放置AP，把无线信号放大一次，使得终端接收到更强的无线信号。

“桥接”就是连接两个网络接入点，实现两个或多个局域网的数据传输。例如，把两个有线LAN连接起来，可以选择AP来桥接，如图2-18所示。两个桥接器之间通过无线的方式互联。

AP的种类有很多，有室外型的，室内型的；有IT级（互联网级）的，也有CT级（电信级）的。

特别要指出的是，AP还有“胖”“瘦”之分。这里的“胖”“瘦”并不是仅从体型上说的，更多的是从AP所包含的功能上来说的。所谓“胖”AP，它把“资源管理”“移动性管理”“加密”“认证”“802.11协议支持”“天线收发”等功能集于一身；而“瘦”AP仅实现了其中靠近“空中接口”的功能：“802.11协议支持”“天线收发”以及其他功能则大多数交给上级领导AC（Access Controller，无线控制器）来完成。

2.4.2 AP的室分信源特性

室内型AP可分为室内分布型AP和室内放装型AP。不管是何种类型的AP，在使用时，都需要考虑AP的覆盖特性、容量特性和配套特性。

作为室内分布系统信源的AP，都是“电信级”设备。室内分布型AP的覆盖特性主要是指发射功率的大小。不同的发射功率决定了所支持的分布系统的天线数目。

一般的室内放装型AP，常见的最大输出功率为100mW（20dBm）。考虑室内无线传播环境的复杂性及WLAN使用的是高频段（2400MHz），无线传播损耗较大，AP在室内的覆盖半径一般为30～100m。当然，通过使用支持“中继”功能的AP，可以增加WLAN的覆盖面积。

经验表明，在一般的开放办公环境，一层楼布放一个AP就可以了；而对于学校宿舍、酒店房间等，穿墙损耗较大，一般考虑一个AP覆盖5～6个房间为宜。

室外型一般应用于校园、步行街、广场等空旷地带。常见的室外型AP最大输出功率为500mW（27dBm）。如使用较高增益的定向型天线，一个AP的覆盖半径可达200～400m，大概的覆盖面积为3万m²。

AP的容量特性主要是指一个AP支持的并发用户数。虽然理论上可以支持较多的用户数（如每个AP支持64个用户），但实际上由于干扰问题较大，数据业务速率难以保证，不可能同时接入这么多用户。在一般的办公环境下，可以按照一个AP支持20个用户数来计算。

从配套特性来说，一般都要求AP体积小、重量轻、安装方便。AP支持的常见供电方式有直流5V／12V／48V等，还有的AP支持市电（民用220V交流电）。目前大多数室内放置型AP支持PoE供电（Power over Ethernet，五类网线供电），这也是目前最方便的供电方式。

2.5 因地制宜——信源的选择

无线系统的信源是无线信号接收、处理和发送的网元设备，它在室内分布系统中的位置如图2-19所示。

如果说整个无线通信网络是一个大帝国，室内分布系统则是帝国中非常小的诸侯国。信源是室分系统中的龙头老大，而在整个无线通信网络中，它只是接入网的一个末端而已。

根据3GPP无线网络基站设备分类标准和信源设备的命名原则，LTE室内分布系统信源主要包括宏基站（Macro Site）、微基站（Micro Site）、射频拉远单元（RRU）、皮基站（Pico RRU）、飞基站（Femto Site）和直放站等多种。根据支持的制式不同，信源也可以分为GSM信源、PHS信源、CDMA信源、WCDMA信源、TD-SCDMA信源、LTE信源、5G信源等。

随着室内高速下载业务的需求越来越多，WLAN（Wireless Local Area Networks，无线局域网）受到越来越多运营商青睐，室内分布系统的信源又有了AP（Access Point，无线接入点）。

在进行室分系统设计时，最需要考虑的是信源属性的覆盖特性、容量特性及配套特性。

覆盖特性一般是指输出的发射功率是多少（要注意区别机顶口总功率、机顶口单载波功率、机顶口RS信道功率），无线信号的频率是多少，能够覆盖的范围有多大。

容量特性一般是指能够支持多少载波，能够支持多少小区，能够支撑多大的话务量，同时能接入多少用户，如何扩容。

配套特性是指供电要求、传输要求（传输带宽需求）、安装条件（机房条件、体积、重量）等等。

在设计室内分布系统时，如何选择信源呢？

答案是四个字：“因地制宜”（太正确了，放之四海皆准，以至于用处不大，或者叫只有理念上的意义）。

“因地制宜”的大原则落在室分系统信源选择的工作上，就是“因楼制宜”。

室分系统的信源选择要根据目标楼宇的覆盖面积、容量需求及安装条件，选择性价比适合的信源，见表2-7，尽量达到较低成本、较高的覆盖水准。

2.6 书本派送过程——信号传送器件

某学校开学，初一年级有12个班（计算上对应室分系统的12个层楼），每个班有40个学生（计算上对应每层楼40个天线）。现在有个任务，要把480本（计算上对应总功率是480mW）语文书（代表一种制式的无线信号，如GSM）分发到每个学生手中，人手1本（1mW，0dBm）。你用手推车把这480本语文书装好，准备派送到每个班级，突然教材科有个人说：“你的车还有空间，你把数学书（另外一种制式的无线信号，如LTE）也领走吧！”这样数学书和语文书合在一起被小推车拉走（合路器把两路信号合在一起传送），那就需要注意一个问题，两种书的外形和大小必须有差别，否则容易混淆、拿错（要注意端口隔离度）。这样你把车沿着校园小路（传输线路、馈线，干线）推到第一个班级，这个班级的学习委员（耦合器）领走了40本语文书和40本数学书（分走了一小部分信号）；到了第二个班级，这个班级的学习委员又领走了40本语文书和40本数学书（又分走了一小部分信号）；以此类推。等到第十二个班领完书后（信号很微弱了），突然通知你还有6个特招班，也得发书。还好早已有人开车送来（增加了干放，是有源的），把需要的书放在你的手推车上（干放增加了信号强度），你再一次按每个班级依次发完。

每个班级的学习委员领到书后（信号支路），为了快速把书发到每个人手中，他（功分器）把书分为两份，每份各20本语文书和20本数学书，由两个人分别发到每个人手中。

书本派送的过程中，主要解决的问题是如何把书本均匀地分发到每一个人手中（无线信号均匀地分配到各个天线口）。当然还涉及其他的问题：两种书放在一起派送的问题（多制式合路问题），把一部分书分发出去的问题（信号功率耦合问题），把书一分为二分发出去的问题（信号功分的问题），还有书不够分发继续补充的问题（信号干线放大的问题）。

无线信号从信源中出来，需要均匀发送到楼宇的各个天线口。总地来说，这是一个信号合路、传送、放大的过程和功率分配的过程。这个过程由室内分布系统中各种信号传送器件完成，包括合路器、功分器、耦合器、电桥、干放、衰减器、馈线、接头／转接头等。下面分别介绍。

2.6.1 合路器

合路器的主要功能是将不同频段的几路信号合在一套室内分布系统中，即一套室内分布系统通过合路器可以为工作在不同频段的几个无线制式服务。例如，在实际工程中，需要把800MHz的CDMA和900MHz的GSM进行合路，或需要把900MHz的GSM、2000MHz的3G以及2600MHz的LTE进行合路。

使用合路器，既需要将多个无线制式共用同一室内分布系统，从而节约室内物料和施工费用，又需要避免多个系统互相影响，导致网络质量下降。

因此，合路器要完成的工作可以概括为两点：

1）将多个输入端口的无线信号送到同一输出端口。

2）避免各个端口无线信号之间的相互影响。

合路器实际上就是滤波器的有效组合，可以同时为上行、下行两个方向的信号服务，实际上有双工器的作用。如图2-20所示，从下行的方向（信号源到天线的方向）看，合路器把各频带的信号在输出端叠加起来（信号合成）；从上行的方向（天线到信号源的方向）看，其把天线接收的上行信号按照不同频段分开（信号分离），分别送往相应制式的信号源。

本质上，合路器要实现不同频段信号的合成与分离，而这种合成与分离不能产生太多的功率损耗，尽量实现信号的无损合成与分离。实现合路与分路无损，必须实现另一支路不会分走本支路的功率，也就是说，另一支路对本支路来说相当于不存在。另一方面，合路器要保证不同频段的信号不要互相影响，这就要求有较高的干扰抑制程度。信号的无损合成或分离及干扰抑制都要求合路器端口的隔离度足够大。

在室内分布系统设计时，选择合路器要重点关注它的工作频率范围和工作带宽是否满足要求，插入损耗是否足够小，端口隔离度是否足够大。表2-8是一个GSM、WCDMA和FDD LTE的三频合路器的常用指标，在工程设计时选用合路器一般都要考虑这些指标。

2.6.2 功分器

功分器，可以理解为“公分器”，即把输入端口的功率“公平”地分配到各个输出端口的射频器件。

举例来说，一伙强盗分赃，共有黄金90两，两个人分，每个人得45两；三个人分，每个人得30两。每个人得到的黄金数量比总数少了很多，这个少的数量就可以定义为分配损耗。参与分配的人越多，分配损耗就越大。

功分器分配功率也遵循同样的道理。二功分器，每个端口得到1／2的功率；三功分器，每个端口得到的是1／3的功率；四功分器，每个端口得到的是1／4的功率。分配损耗就是每个端口的功率比总输入端口功率减少了多少的一种度量。端口越多，分配损耗越大。

功分器的分配损耗一般用dB来表示。

二功分器的分配损耗为10lg2≈3dB，三功分器的分配损耗为10lg3≈4.8dB，四功分器的分配损耗为10lg4≈6dB。

但是，现实的功分器并不是理想的射频器件，并不只存在分配损耗。

正如强盗分赃的例子中，两个人分配90两黄金，在分配的过程中，丢失了10两，这样每个人到手的黄金不再是45两，而是40两。这多损失的5两是由于分赃平台不理想、不安全造成的，称为介质损耗。

换算成dB，原来仅有分配损耗；现在的损耗包括分配损耗和介质损耗，，多了0.5dB的介质损耗。

现实的功分器也是不仅存在分配损耗，一般还存在额外的介质损耗，二者合起来称为插入损耗。这个介质损耗的大小和器件的工艺水平、设计水平有很大关系，一般考虑0.5dB就可以了。

于是，二功分器的插入损耗一般小于3.5dB；三功分器的插入损耗一般小于5.3dB；而四功分器的分配损耗则一般小于6.5dB。

举例来说，在输入端口功率是10dBm的情况下，二功分器、三功分器、四功分器的一个输出端口功率分别是多少？计算过程如图2-21所示。

在室内分布系统设计时，选择功分器首先要看它的工作频率范围是否满足工作要求，插入损耗是否满足设计要求。表2-9是某厂家二功分器、三功分器、四功分器的常用参考指标，在工程设计时，选用功分器一般都要考虑这些指标。

2.6.3 耦合器

举例来说，强盗头子分了40两黄金，但不能独吞，他要给下面跑腿的分一些钱，用来激励下面的人给卖命，但是不会给分很多，只分4两。这4两相当于从主要利益上“耦合”出来一点小利益，强盗头子把绝大多数（36两）留给了自己。

对于强盗头子来说，给下面人的钱是一种损耗（对应耦合器的插入损耗），换算成dB，插入损耗有；对于下面的人来说，自己得到的利益是从老大利益“耦合”出来的，下面人的利益相对于老大总利益的比例就是耦合的程度，换算成dB，就是。

耦合器就是从主干通道提取出一部分功率的射频器件，一般包括三个端口，主干通道的输入端口、主干通道的输出端口，以及提取部分功率的耦合端口，如图2-22所示。

耦合器输入端口的功率和输出端口的功率之比，换算成dB，就是插入损耗，即

式中，Pi和Po的单位为mW。

输入端口的功率和耦合端口的功率之比，换算成dB，就是耦合度，即

耦合器一般用其耦合度来命名。比如，耦合度是10dB的耦合器，叫作10dB耦合器；耦合度是15dB的耦合器，叫作15dB耦合器。

耦合度（绝对值）越大，耦合出去的功率越少，进而主干通道输出的功率就越大，插入损耗（绝对值）就越小。

下面研究一下插入损耗和耦合度的关系。

理想耦合器输入端口的功率应该是输出端口功率和耦合端口功率之和，即

Pi＝Po＋Pc （2-6）

式（2-6）经过变换，可得

假若耦合度（绝对值）用x表示，插入损耗（绝对值）用y表示，单位为dB，则会有

于是，可以得到

那么，插入损耗和耦合度的关系为

从式（2-11）可以得出，理想耦合器插损（插入损耗）和耦合度的对应关系，如表2-10、图2-23所示。这说明主干通道上的功率损耗取决于耦合通道的功率大小，即取决于耦合度。

现实耦合器的插入损耗不仅仅是耦合端口的功率损失，还有射频器件本身带来的介质损耗。因此，插入损耗会比理想的耦合器大一些，要多考虑0.1～0.3dB的介质损耗（该损耗和射频器件厂家有关）。

当耦合度足够大时，耦合端口耦合出去的功率相比主干通道来说是非常小的，输入输出的功率可以近似认为是相同的。

功分器和耦合器都是功率分配的射频器件。不同的是，功分器是一种功率在端口处平均分配的射频器件，而耦合器则是一种功率不等值分配的射频器件。和功分器的几个输出端口要保证足够大的隔离度一样，耦合器的输出端口和耦合端口也应该保证足够大的隔离度。

在实际应用中，耦合器主要应用在需要信号注入、信号监测、信号取样的场景中。

信号注入是指可以用耦合器从基站的收、发端口分配一定比例的功率，送入室内分布系统中，也可以从室内分布系统的主干通道上分配一部分功率，进入该室分系统的旁支。

信号监测是指利用耦合器耦合出来的一部分信号进行监测，如通过测量入射功率和反射功率，从而测量驻波比等系统指标。

信号取样是指使用耦合器从基站引出下行信号，并将上行信号送入基站，如光纤直放站的近端可以使用耦合器从基站处获取信号。

在室内分布系统设计时，选择耦合器首先要看它的工作频率范围是否满足工作要求，耦合度、插入损耗是否满足设计要求。表2-11是某厂家常用耦合器的参考指标，在工程设计时，选用耦合器一般都要考虑这些指标。

2.6.4 电桥

你负责把1000本数学教科书a送给A、B两个学校。装好数学书后，接到通知，再顺便把1000本数学习题集b也送给这两个学校（类似于同频段信号合路）。你给每个学校各派送了500本数学教科书和500本数学习题集，如图2-24所示。

假若定义1本书为0dBm，那么1000本书就是；500本书就是10lg。

于是上面的派发书的过程可以用图2-25表示。

假若B学校突然不要这500本数学教科书和500本数学习题集了，这500本书也退不了，只好找个仓库放着（类似于在射频器件的空端口上安装一个负载吸收这个端口的信号）。

电桥，一般用于同频段的信号进行合路，如CDMA 1X载波和CDMA EVDO载波的合路，或者LTE两个载波的合路，所以也叫作同频合路器。

从这一点看，其区别于通常的合路器。通常的合路器是对多个异频段的信号进行合路，如GSM900和LTE不同频段的两个系统的合路。

之所以有这一点区别，是因为电桥和通常的异频段合路器实现合路的方式不同。

通常的异频段合路器通过带通滤波的方式进行合路，插损最小，合路的信号几乎没有损耗；带外抑制最好，可以实现两路信号高隔离度的合成，不同系统间的干扰小。所以异频段的合路器可以进行两路或者两路以上的不同系统的信号合路。

电桥进行同频段合路时，不可能用带通滤波的方式（因为虽不是一个频点，但两路信号在同一个频段，带通滤波滤不出来），用的是类似耦合器的原理。输入端两路同频段信号的隔离度较低，只能进行最多两路同频段信号的合路，价格比通常的合路器昂贵。

当电桥的两个输入端口分别接两个同频段的载波进行合路时，可以只使用一个输出端口，另外一个输出端口使用匹配负载堵上。在这种情况下，电桥的功能更像一个合路器。但和通常的合路器不同的是，这个输出端口两路信号的功率都会损失3dB。从这一点上看，电桥又可以叫作3dB桥合路器，如图2-26所示。

只用电桥的一个输入端口，另一个输入端口接上负载，电桥可以把一个输入信号分为两个功率相等、相位差90°的输出信号。一个输入、两个输出，从这一点上看，电桥更像一个耦合度为3dB、插损也为3dB的耦合器（当然也可当作功分器使用）。所以电桥又被称为3dB桥耦合器，如图2-27所示。

电桥作为耦合器来使用的话，从一个输入端口注入信号，它的功率被均分到两个输出端口。在理想情况下，另外一个输入端口应该没有信号输出。也就是说，这两个端口相互隔离，隔离度为无穷大。但实际情况下，会有部分信号泄漏过去，隔离度不会是无穷大。一般要求电桥两个输入端口的隔离度大于25dB。

在原有无线系统容量不够，需要考虑增加载波来扩容时，由于载波使用的是同一频段，需要使用电桥把两个载波的信号合路后引入至原有的天馈系统或原有的室分系统中。一般情况下，原来的天馈系统或室分系统都是单主干的结构，所以一般只用电桥的一个输出端口，另一个输出端口只能使用匹配负载堵上。

最近几年设计的室分系统中，在设计阶段就考虑了多载波合路，为了便于设计，提高输出信号的利用率，室分系统出现了双主干的结构（如一个主干去高楼层，另一个主干去低楼层；也可以是一个主干去东楼，另一个主干去西楼），这样电桥的两个输入端口和两个输出端口就都能用上了，如图2-28所示。

从上面的介绍可知，电桥的使用方法是非常灵活的，可以是两进一出、一进两出、两进两出。

如果是两进一出或一进两出，多余的一个端口接上一个和端口阻抗相匹配的负载（特征阻抗为50Ω）就可以了。如果不用接匹配负载，则说明电桥出厂的时候就考虑了端口空闲时的阻抗匹配问题，和专门接一个负载的效果一样。

当室内分布系统需要多载波满足容量需求时，可以选择电桥进行信号合路。选择电桥时首先要看它的工作频段是否包括系统载波工作的频段，两个输入端口之间隔离度是否满足要求。在计算室分系统的功率分配时，要考虑一定的插入损耗。表2-12是某厂家常用电桥的参考指标，在工程设计时，选用电桥一般都要考虑这些指标。

2.6.5 干放

干放，从名字上看，有两层含义：首先是“放”（放大器）、然后是“干”（干线）。

放大器的共同功能是功率增强、信号放大。从这一点看，干放和其他放大器的功能是一样的。干放是当信号源的输出功率无法满足较远区域的覆盖要求时，对信号功率进行放大，以覆盖更广的区域。作为信源的直放站也是这样的功能。因为干放和直放站的共同组成模块是“放大器”，所以它们都是有源器件。

干放和直放站最大的区别在于在室分系统中的位置不同。直放站是作为信源来使用的，它处在施主基站和室分系统的中间位置，主要是放大基站信号，延伸基站覆盖区域；干放则是干线放大器的简称，它用于室分系统主干线上的信号增强，延伸室分系统本身的覆盖区域。

直放站是一种信源，可以通过无线（施主天线、业务天线）或者光纤（近端、远端）的方式接入系统；干放只是一个室分系统中负责信号传送和信号增强的射频器件，只能通过有线的方式接入系统。所以干放的两个端口直接接上馈线便可接入系统，不存在直放站的无线信号接收和发送的配套模块。

干线放大器是一个二端口器件（一个输入端口、一个输出端口），全双工设计（一个物理实体中支持上下行两个通路）。干放是比直放站更简单的射频信号放大器，除双工合路器、电源、监控等之外，一般主要是上下行低噪放、功率放大器，没有直放站的选频、选带、移频、光模块、业务天线、施主天线等，它的内部结构如图2-29所示。

从干放的内部结构可以看出，其核心组成是放大器、低噪放、双工合路器（支持上下行合路），非常类似直放站的内部结构（干放一般不进行滤波、选频，无需滤波模块）。放大器的作用是增强信号，弥补馈线损耗，延伸覆盖；低噪放的作用是减少底噪对基站的影响。

干放是一种对上下行信号进行双向放大的射频器件，既然是“放大”设备，输出端功率相对输入端功率来说就有增益。输出功率和输入功率的比值，就是放大器的增益，如图2-30所示。

在对数域中计算，假若干放的额定增益为G（dB），输入功率为Pin（dBm），输出功率为Pout（dBm），则有

G＝Pout-Pin （2-12）

既然是放大器，干放也有一个线性范围。输入信号不能过大，否则干放工作在放大器饱和区域，输出信号就不能线性地反映输入信号的变化，引起信号失真。因此，干放一般都有一个可以保证干放正常工作的、允许输入信号大小变化的范围。

当室内分布系统干线上的信号强度不足时（一般为0dBm以下），才考虑使用干放。一般都用耦合度较高（常用30dB、35dB、40dB）的耦合器在主干上耦合出一个弱信号，然后再接到干放上进行功率放大，如图2-31所示。

干放是有源射频器件，在室内分布系统使用时会引入额外噪声，导致系统底噪抬升，在自干扰系统中会导致容量下降。另外，由于是有源射频器件，器件本身会发热，如果散热不及时，器件很容易发生故障。

使用干放虽能给室内分布系统带来延伸覆盖的好处，但也会给系统引入额外干扰，降低系统的可靠性。因此，干放在室分系统设计使用时需要注意以下几点：

1）一定要慎用干放（尽量使用RRU通过光纤拉远的方式进行覆盖，仅在封闭区域时考虑使用干放）。

2）少用干放（通常1个RRU或直放站带的干放不超过4个）。

3）不要串联使用干放。

4）干放尽量考虑是否能在支路使用，避免在主干路使用干放。

5）干放的增益设置必须保证上下行链路平衡。

6）尽量避免直放站和干放级联使用。

7）LTE和5G的室内分布系统不使用干放。

选用干放时考虑的指标和直放站选用时考虑的指标非常类似。首先要考虑干放工作的频率范围，其次就是上下行增益的调节范围、输出功率的大小等指标。为了减少引入干放对系统性能的影响，还要考虑干放的杂散抑制能力、互调衰减能力和带外抑制能力等指标。表2-13是某厂家干放的部分参考指标，在工程设计时，一般都要考虑这些指标。

2.6.6 衰减器

老子有言：“天之道，损有余而补不足。”

古代大教育家孔子说过，冉有做事总是缩头缩脑，所以我激励他勇敢去做；子路做事勇敢莽撞，所以我劝他谨慎细致。也就是说，孔子对不同性格的人教育的方法是不一样的，做到了“损有余而补不足”。

在室内分布系统的设计中，也要根据信号强度的不同，做到“损有余而补不足”。如果说干放是室分系统用来给信号功率“补不足”的，那么“衰减器”则是室分系统使信号功率“损有余”的（见图2-32）。

衰减器，和放大器的功能相反，是指在一定的工作频段范围内可以减少输入信号的功率大小、改善系统阻抗匹配状况的射频器件。

馈线在信号传输的过程中，也会有信号的相位偏移、幅度衰减；而衰减器是由电阻元件组成的两端口射频器件，在工作频段范围内相位偏移为零，幅度衰减程度与频率大小无关。

衰减器最重要的指标就是衰减度。衰减度（A）定义为衰减器输出端口比输入端口信号功率衰减的程度，如图2-33所示。

假若衰减器输入端口的信号功率为Pin（dBm），输出端口的信号功率为Pout（dBm），衰减器的功率衰减度为A（dB），那么衰减器的衰减度为

A＝Pin-Pout （2-13）

工程中通常使用的衰减器一般有固定和可变两种，常见的衰减度大小有5dB、10dB、15dB、20dB、30dB、40dB等。

衰减器由电阻元件组成，是一种能量消耗元件。信号功率消耗后变成器件的热量。这个热量超过一定程度后，衰减器就会被烧毁。衰减器的结构和材料确定后，它在单位时间内可承受的热量（功率容量）就确定了。因此，功率容量是衰减器工作是必须考虑的一项重要指标。一定要让衰减器承受的功率远远低于这个极限值，确保衰减器正常工作。

衰减器的主要用途是调整输出端口信号功率的大小。

比如在室内分布系统中，天线口功率过大，信号会泄漏到室外，给室外无线环境造成干扰，影响整个无线网络的性能。在无线信号进入天线之前，安装一个衰减器，使天线口的功率降下来，让它只覆盖自己的目标区域，衰减器起到了调节天线口功率大小的作用。

衰减器还用于在信号测试中扩展信号功率测量范围的作用。

比如使用频谱仪分析某一放大电路的输出信号，但是这个信号的功率大于频谱仪的功率，怎么办？衰减器可以等比例地降低信号的功率，并不改变信号的相位偏移。在衰减器的信号输出端接上频谱仪，对信号进行分析，然后通过简单的计算还原出放大电路输出信号的情况。

在实际测量放大电路信号时，通常采用“先进衰减器，再进测量仪”的办法，扩展了可测信号的动态范围。

2.6.7 馈线

在室内分布系统中，馈线又叫作射频电缆，是连接射频器件，进行无线电波传送的传输线。馈线的主要工作频率范围是100～3000MHz，对应的波长工作范围为3～0.1m。

一般来说，当传输线的物理长度远远大于所传送无线信号的波长时，这时不能再把传输线当作无损的等电位短路导体，无线电波在传输线中传播，是入射波和反射波的叠加，幅值、相位都会变化，所以这样的传输线又叫作长线。馈线就属于长线传输线。

最早的馈线是用来连接电视机与室外天线的信号线，扁平状，双线之间有较宽的距离，以减小两线间分布电容对射频信号的影响，但信号线外部没有屏蔽层，抗干扰能力极差。

现在的馈线完全由同轴电缆取代。同轴电缆必须有屏蔽层，以避免传输线拾取杂散信号，或者两线相互作用产生杂散信号。同轴电缆的主要功能是在正常工作环境条件下，尽量保证信号源和天线之间充分地传输无线信号功率，保证电磁波在封闭的外导体内沿轴向传输，而不和传输线外部无线环境中的电磁波发生相互作用。

同轴电缆由内导体、绝缘体、外导体和护套4部分组成，如图2-34所示。

在室分系统的设计中，选用馈线首先要关注的指标就是馈线的损耗。馈线越长，馈线的损耗就越大；无线电波的频率越高，馈线的损耗越大；馈线越细，馈线的损耗也越大。不同厂家的生产工艺不同，所用的材料略有差异，在同等条件下使用时，馈线的损耗会略有差别，但这不是主要的因素。馈线的损耗主要和馈线的长度、无线电波的频率、馈线的粗细有关。

一般情况下，为了便于馈线选用，下面给出一个指标——馈线的百米损耗作为设计参考。室分系统中常用的馈线有10D馈线（D代表Diameter，一般指的是同轴电缆绝缘体的直径，单位为mm）、1／2″馈线（1in＝25.4mm）、7／8″馈线、5／4″馈线等。这些馈线在不同无线电波频率下的百米损耗趋势如图2-35所示。

同一类型的馈线不同厂家的百米损耗会略有不同。选用馈线时，一定要了解厂家不同型号馈线的百米损耗，见表2-14。

越细的馈线，单位长度的重量越小，柔韧性越好，越容易弯曲，允许的最小弯曲半径越小（不同规格馈线的最小弯曲半径见表2-15），但是馈线损耗相对较大；相反，越粗的馈线，单位长度重量越大，硬度越大，越不易弯曲，允许的最小弯曲半径越大，但馈线损耗比较小。

常用的馈线如5D、7D、8D、10D、12D这几种，都是较细的馈线，其特点比较柔软，可以有较大的弯折度。超柔射频同轴电缆适用于需要弯曲较大的地方，如基站内发射机、接收机和无线通信设备之间的连接线（俗称跳线）。

但是3G、WLAN、LTE、5G等无线制式使用的频段较高，一般不宜采用这么细的馈线，需要使用1／2″、7／8″或者更粗的馈线。这些电缆硬度较大，信号的衰减小，屏蔽性也比较好，适用于信号的传输。这些较粗的馈线和超柔电缆可以优势互补、取长补短。

2.6.8 接头／转接头

接头是将两个独立的传输媒介连接起来的器件，这里的传输媒介包括同轴电缆、光纤、泄漏电缆等。

转接头和接头的作用不一样。转接头是将两种不同型号的接头做成一个整体，实现接口类型的转换。

无线信号在传输媒介传送的过程中，应该尽量保持传送通道对信号的传输特性是一致的，不会因为器件分界面的存在而导致系统的线性度下降，从而产生过多反射波、散射波等影响主信号传播的问题。

因此，在室分系统中，不管使用接头还是转接头，都应该保证其和传输线路阻抗尽量匹配，避免由于引入接头或者转接头导致系统驻波比增大很多，影响系统的性能。

影响接头和转接头品质的最重要因素是它们的材质。材质不同，对信号传输的影响就不同。制作接头和转接头的材质的选用既要考虑材质的机械连接强度，还要考虑材质的电气连接性能，一般都选用优质的黄铜来制作接头和转接头。

另外，影响接头和转接头品质的还有绝缘材料的选用、加工工艺等方面的因素。同一厂家使用同样材料生产的同一批次的接头或转接头，品质也可能不同，在出厂前要检测其在工作频率范围内，驻波比是否达标。

人们往往重视信源、功分器、耦合器、干放等射频器件的选用，却忽视接头／转接头的性能优劣。室分系统的性能问题往往是由这些小的细节不被重视而产生的。

建议：在室内分布系统中，尽量少地使用接头或转接头。不管接头或转接头的质量多好，每增加一个节点，就增加一份噪声。接头的焊接质量不好，也会引入更多的噪声，而且很难定位问题。

常用接头类型：N、SMA、DIN、BNC、TNC。接头都有公母（F／M，Female／Male）之分，选用时要注意接头的匹配。有的接头公母之分用“J／K”表示，J代表接头螺纹在内圈，内芯是“针”；K代表接头螺纹在外圈，内芯是“孔”。

常用转接头：BNC／N-50JK，SMA-J／BNC-K。转接头都涉及两种不同的接口类型。“／”代表转接头，前后连接的是不同的接头类型。

2.7 信源的“触角”——室内分布天线

天线的英文单词“antenna”还有另外一个意思，就是某些动物头上的触角，它有感觉外界事物的作用。它有两个方面的功能：一方面大脑的指令传到触角，触角可以来回挪动（下行方向）；另外一方面，外界物体的信息通过触角传回大脑（上行方向）。

天线可以看作是信源的“触角”，只不过室外站的“触角”较少，而室内站的“触角”少则数十个，多则上百个。这个“触角”可以把信源传出的射频信号发射到无线环境中（下行方向）；又可以从无线环境中收集电磁波信号，然后传回到信源那里（上行方向）。

1897年，意大利无线电工程师、企业家马可尼发明了天线，并首次实现了远距离无线通信。由于天线在军事领域的重要应用，各国政府非常重视，天线技术发展迅猛。

现阶段天线技术已经相当成熟，宽频带、双极化、远程电调技术已经应用在天线的设计中，智能天线技术也得到了广泛的应用。

我国从事天线生产的企业数量多、规模小和实力弱，和国际知名天线厂家亚伦、安德鲁、阿尔贡、凯司林相距甚远。从全年销售总值来看，只有西安海天、深圳摩比、佛山健博通、三水盛路、中山通宇等少数几家企业达到了亿元左右的销售额。

2.7.1 天线的基本原理

麦克斯韦电磁波定理告诉大家：变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。当导线上有交变电流时，就会发生电磁波的辐射。利用电磁波的辐射，就可以把射频信号发射出去。

问题的关键是，电磁波辐射的能力和哪些因素有关，以及如何提高辐射的效率。

电磁波辐射的能力与两导线张开的角度、导线的长度有关。

两根导线离得很近，电磁场完全被束缚在两根导线之间，向外辐射的能量很小；两根导线张开一定的角度，电磁场就会扩散到周围的无线环境中，滞留在导线之间的能量就会减少，向外辐射的能量就会增大；当两根导线呈180°时，电磁场向外辐射的能量最大，如图2-36所示。

导线的长度和辐射能力有什么样的关系呢？

当导线的长度远远小于电磁波的波长λ时，它向外辐射电磁波的能力很小，称这样的导线为“电偶极子”。

理论上讲，当导线的长度增大到接近波长时，电磁波的辐射能力大大增强。把接近波长且辐射能力比较强的直导线称为“天线振子”。而当导线长度大于波长时，辐射能力增长减缓；也就是说，导线长度成倍地增加，辐射能力只是缓慢地增加。

当导线的长度大于一个波长，并且是半波长的整数倍时，称之为长线天线；当导线长度是半个波长时，称之为半波天线，也叫作半波振子；当导线长度为1／4波长时，称为1／4波长天线或1／4波长振子。

单纯从辐射能力上讲，长线天线要大于半波天线，半波天线要大于1／4波长天线，但是并不是大得太多。也就是说，长线天线比半波天线和1／4波长天线的辐射能力略高、比较接近；但半波天线和1／4波长天线长度则小了很多，体积和重量也减少很多，物料和施工成本也会降低很多。

所以，从工程实践上讲，需要在辐射效果和天线长度之间寻求一个最好的平衡点。当天线长度为电磁波波长的1／4时，天线的辐射能力和接收效率较高、体积重量也比较适中。

两臂长度相等的振子叫作对称振子。每臂长度为1／4波长、全长为1／2波长的振子，称为半波对称振子，如图2-37所示。单个半波对称振子可直接使用，也可以由多个半波对称振子组成高增益的天线阵来使用。

半波对称振子，无论是从辐射效果的角度看，还是从施工安装成本的角度看，都是非常适合工程实际的，是一种适用场景最多、使用范围最广的天线。

2.7.2 天线的指标和参数

我们可以从很多不同的角度来描述一个人的特点。从身体素质的角度上讲，可以描述其身高、体重、外形等（天线的尺寸、重量、材质等可见的外在物理特性，称为机械指标）；从文化素质的角度上讲，一般描述他的专业范围，学历、学习能力等（天线的频率范围、增益、波束宽度、前后比、极化方式、功率等不可见的内在的电气特性，称为电气指标）。一个人的身体素质和文化素质是不管有没有工作，都存在的指标，相对稳定（天线的机械指标和电气指标在出厂前就确定了。设计施工时需要考虑这些指标，但不能改变这些指标）。

而从实际工作的岗位上看，此人可能有一定的职位（如处长），负责一定的工作、管辖一定的范围。上级在安排他的工作时，可能考虑了他的身体素质和文化素质，但也可能根据工作的实际需要，调整他的工作岗位（根据天线的机械特性、电气特性，结合实际无线环境，确定使用天线的工程参数，包括高度、方向、下倾角、安装位置）。

天线的机械指标和电气指标是在出厂前已经确定的天线参数，而天线的工程参数是在设计和规划过程中根据无线环境的情况确定的。

机械指标主要决定天线的安装方式；电气指标和工程参数共同决定天线的覆盖范围和覆盖区域的信号质量。

天线的指标（机械指标、电气指标）和工程参数的具体内容见表2-16。

在室内环境中使用天线，更关注的是天线的电气指标。

天线总是在一定的频率范围内工作、为一定的无线制式服务。从降低带外干扰信号的角度考虑，所选天线的带宽刚好满足频带要求即可。

下面将详细介绍一下天线增益、辐射方向图、波瓣宽度三个指标。如有对其他指标感兴趣的读者，请查看相关参考文献。

（1）天线增益

你走在戈壁滩上，渴望有人结伴而行。突然发现前面不远处有一个人，你大声呼喊：“嗨……”他没有听见。你用手做喇叭状置于嘴前，继续喊：“嗨……”这次他听到了。手做喇叭状置于嘴前，对声音的传播就有增益。此时手的作用是在声音不增大的情况下使声音传得更远，效果更好。

天线增益，简单地讲，即无线电波通过天线后传播效果改善的程度。既然是效果改善，就得有个比较的基准。

假如想使自己的声音传得更远，用牛皮纸做了一个喇叭状的纸筒，置于嘴前呼喊，比用手做喇叭状置于嘴前呼喊的效果好1倍，而比直接呼喊的效果好1.5倍。也就是说，比较的基准不一样，增益的数值就不一样。

天线增益一般用dBi和dBd两种单位表示。

dBi用于表示天线的最大辐射方向场强相对于点辐射源在同一地点辐射场强的大小。

点辐射源是全向的，它的辐射是以球面的方式向外扩散的，没有辐射信号的集中能力。太阳在宇宙中，可以认为是点辐射源，没有能量的集中能力，或者说增益为0dBi。

天线的辐射是有方向性的。同样的信号功率，在天线最大辐射方向的空间某一点，肯定比经过点辐射源在空间某一点的场强大。

dBd用于表示天线的最大辐射方向场强相对于偶极子辐射源在同一地点辐射场强的大小。

偶极子的辐射不是全向的，它对辐射的能量有一定的集中能力，在最大辐射方向上的辐射能力，比点辐射源要大2.15dB，如图2-38所示。也就是说，0dBd等于2.15dBi，用dBi表示的天线增益数值比dBd表示的天线增益数值大2.15。

目前常见的天线增益为0～20dBi，一般室内分布系统的天线增益为0～8dBi，而室外的天线增益从9dBi（全向天线）到18dBi（定向天线）都有应用。

（2）辐射方向图

辐射方向图用来说明天线在空间各个方向上所具有的发射或接收电磁波的能力，是天线辐射特性在空间坐标中的图形化表示。

理论上，天线的辐射方向图是立体的。但为了便于作图显示，提出了水平波瓣图和垂直波瓣图的概念。把天线的辐射方向图沿水平方向横切后得到的截面图，叫作水平波瓣图；把天线的辐射方向图沿垂直方向纵切后得到的截面图，叫作垂直波瓣图。

辐射方向图还可分为全向天线的辐射方向图和定向天线的辐射方向图。

全向天线的水平波瓣图在同一水平面内各方向的辐射强度理论上是相等的，如图2-39所示。

全向天线的垂直波瓣图在各个方向的辐射强度是不相同的，但以天线为轴左右对称，如图2-40所示。

定向天线的水平波瓣图和垂直波瓣图在各个方向上的辐射强度是不同的。定向天线的水平波瓣图如图2-41所示，垂直波瓣图如图2-42所示。

波瓣图一般包括主瓣和旁瓣，主瓣是辐射强度最大方向的波束；旁瓣是主瓣之外的、沿其他方向的波束；在主瓣相背方向上也可能存在由电磁波泄漏形成的波束，叫作背瓣或后瓣。如图2-42所示。

（3）波瓣宽度

所谓波瓣宽度，是指天线辐射的主要方向上形成的波束张开的角度。波束张开的角度如何计算，是个问题。因为波瓣图形上任何两点和辐射源点的连线都可以形成一个角度，如果这样的话，波瓣宽度可以是任何值。所以定义了3dB波瓣宽度。

3dB波瓣宽度就是指信号功率比天线辐射能力最强方向的功率差3dB的两条线的夹角，如图2-43所示。

一般来说，天线的波瓣宽度越窄，它的方向性越好，辐射的无线电波的传播距离越远，抗干扰能力越强。

波瓣宽度也有水平和垂直之分。

全向天线的水平波瓣宽度为360°，而定向天线的常见3dB水平波瓣宽度有20°、30°、65°、90°、105°、120°、180°等多种。

天线的3dB垂直波瓣宽度与天线的增益、3dB水平波瓣宽度相互影响。在增益不变的情况下，水平波瓣宽度越大，垂直波瓣宽度就越小。一般定向天线的3dB垂直波瓣宽度在10°左右。

如果3dB垂直波瓣宽度过窄，则会出现“塔下黑”的问题，也就是说在天线下方会有较多的覆盖盲区。在天线选型时，为了保证对服务区的良好覆盖，减少死区，在同等增益条件下，所选天线垂直波瓣3dB宽度应尽量宽些。

2.7.3 室内天线的选型

一般来说，室内分布系统天线的选用主要基于以下两个原则：

1）室内天线的选用要考虑室内环境特点，选用的天线要尽量美观，天线的形状、颜色及尺寸要与室内环境相和谐。室内分布系统使用的天线和室外环境下使用的天线，在外形方面会有大的不同。一般室内天线形状小、重量轻，便于安装。

2）天线的选用要考虑覆盖的有效性，既要满足室内区域的覆盖效果，又要减少信号在室外的泄漏，避免对室外造成干扰。室内天线的增益一般比室外天线小，覆盖范围较室外天线小很多。在选用室内天线时，增益不能过大，过大容易导致信号外泄；增益也不能过小，过小则无法保证室内的覆盖。

常用的室内天线有四种：全向吸顶天线、壁挂式板状定向天线、高增益定向天线、泄漏电缆。

（1）全向吸顶天线

夏日的傍晚，你漫步在小区附近的开放公园里，耳边传来轻柔的音乐，悦耳动听。你发现了道路两旁的圆柱形音响，把美妙的音乐传向四周，但每一个音响传得并不是很远。整个公园里有很多这样的音响，组合起来，公园里就充满了柔和的音乐。这种圆柱形音响套用无线通信的语言可称之为全向型扩音器。

全向吸顶天线的主要特点集中在“全向”“吸顶”这两个词上。“全向”是指天线的水平波瓣宽度为360°（垂直波瓣宽度为65°）；“吸顶”是指天线一般安装在房间、大厅、走廊等场所的顶棚上，应尽量安排在顶棚的正中间，避免安装在窗户、大门等信号比较容易泄漏的地方。

全向吸顶天线的增益较小，一般为2～5dBi。这一点很好理解，水平和垂直波瓣宽度大的天线，增益一般都很小。能量扩散范围大，则能量集中的能力就会降低。

室内分布系统的全向吸顶天线的基本指标可参考表2-17。

全向吸顶天线的实物如图2-44所示。

（2）壁挂式板状定向天线（壁挂天线）

去大型礼堂参加会议，有时可以看到礼堂四周的墙壁上各挂了两个扩音器。这些壁挂式扩音器的目的是把主席台上的声音有效地传到礼堂内每个人的耳朵里，因此，这些扩音器的增益比公园里的扩音器大多了。

室内分布系统中的壁挂式板状定向天线，多用在一些比较狭长的室内空间，安装在房间、大厅、走廊、电梯等场所的墙壁上。天线安装时前方较近区域不能有物体遮挡。如果在窗口处安装，注意保证天线的方向角冲向室内，避免室内信号外泄到室外。

壁挂天线的增益比全向天线的增益要高，一般为6～10dBi，水平波瓣宽度有90°、65°、45°等多种，垂直波瓣宽度在60°左右。

室内分布系统壁挂式定向天线的基本指标可参考表2-18。

室内壁挂天线的实物如图2-45所示。

（3）高增益定向天线（以八木天线为例）

八木天线（Yagi antenna），又名雅奇天线，是20世纪20年代，日本东北大学的八木秀次等人发明的。八木天线是高增益定向天线的一种。

八木天线至少由三对振子，一个横梁组成。最简单的八木天线外形结构呈“王”字形。

“王”字的中间一“竖”就是八木天线的横梁；“王”字的中间一横是与馈线相连的有源振子，也叫主振子。

“王”字的另外两横，一个是反射器，一个是引向器。反射器是比有源振子长一点的振子，作用是削弱从这个方向传来或冲这个方向发射去的电波；引向器是比有源振子短一点的振子，作用是增强从这个方向传来或冲这个方向发射出去的电波。引向器可以有一个或多个，离有源振子越远，其长度就越短。八木天线的实物如图2-46所示。

引向器越多，则方向越尖锐、增益越高。当引向器增加到四五个之后，增益增加的优点就不明显了，而体积大、重量增加、安装不便，成本攀升的缺点却越来越大。

八木天线最大的特点是方向性好，有较高的增益，一般为9～14dBi，像一个张口很小的细长喇叭，可以将声音传得很远。但它的缺点是工作频段较窄，不适合2G和3G多系统合路的场景使用。

从八木天线的特点可以看出，它非常适合在狭长封闭空间（如电梯井、隧道等场景）中使用。

室内分布系统定向高增益八木天线的基本指标参考表2-19。

（4）泄漏电缆

泄漏电缆，是外导体部分开孔的同轴电缆。通过电缆上的一系列开孔，可以把无线信号沿电缆均匀地发射出去，也可以把沿电缆纵向分布的无线信号接收回来，因此，泄漏电缆也可以看成是一种天线，如图2-47所示。

泄漏电缆非常适合在隧道、地铁等狭长的无线环境中使用，但它的缺点是成本高、安装不便。

泄漏电缆的技术指标类似于馈线的指标（如百米损耗），和常用的天线指标有所不同，不用增益、辐射方向图、波瓣宽度这类指标来描述。

在选择泄漏电缆时，除了考虑百米损耗之外，还要考虑的一个关键指标：耦合损耗（一般指距泄漏电缆开孔处2m的损耗）。泄漏电缆的基本技术指标参考表2-20。

5G时代，由于使用毫米波为工作频段，使得大规模天线阵列（Massive MIMO）小型化得以实现，室内天线的集成度更高，可选的天线形状会更加丰富，如图2-48所示。

综上所述，室内分布系统选用天线时应注意以下四点。

（1）尽量选用宽频天线

在室内分布系统天线选择过程中，天线的频段应包括GSM、CDMA、WCDMA、TD-SC-DMA、WLAN、LTE等无线制式的工作频段，也就是说，包括从800～2500MHz的所有移动通信频段。

选用宽频带，可以避免增加新的无线系统时对天馈线的改造，也可以避免重复进站、重复施工的问题。

（2）不考虑分集和波束赋型

由于室内环境空间狭小、穿透损耗大，使用分集技术就好比用高射炮打蚊子，对系统性能的提高不明显，却增加了系统成本。

一般室内分布系统的天线密度大，再加上室内环境复杂，用户密度大，使用波束赋型就好比在人群使用水枪喷射某个人，不一定能够精确喷射，还不如用一盆水不管三七二十一泼过去，反而能够喷到那个人。

所以，在室内使用分集和波束赋型技术效果不好、意义不大。大家知道，TD-SCDMA、LTE支持波束赋型的天线工作模式，但在室内环境中，也很少使用波束赋型的功能。

（3）选用垂直极化天线或双极化天线

水平极化的无线电波在贴近地物表面传播时，会产生极化电流，受地物阻抗的影响可产生热能，从而使无线电波信号迅速衰减；而垂直极化的无线电波则不易在地物表面产生极化电流，可以避免能量的大幅衰减，确保无线信号在复杂的室内环境中有效传播。因此，在室内环境中，天线一般均采用垂直极化方式。

在LTE室内双通道建设时，如果采用单极化天线部署两个通道，就会需要加倍的天线安装位置，增加成倍的施工量；改用双极化天线（见图2-49），就可以达到一副天线，使用一个天线安装位置，一次施工，支持两个通道的效果。

（4）天线选用要适应场景特点

全向吸顶天线在室内的房间中心使用；定向板状天线在矩形环境的墙面挂装；高增益定向天线和泄漏电缆一般应用在电梯井、隧道、地铁等狭长的封闭空间，八木天线适合只有一个系统的环境使用。如果多系统合路，需要使用宽频高增益定向天线，如宽频对数周期天线（有兴趣的读者请查看相关文献）。