淺析室內(nèi)分布系統(tǒng)駐波比問題

王強(qiáng) 江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司工程師

魏康 江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司工程師

翟英鴻 江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司工程師

淺析室內(nèi)分布系統(tǒng)駐波比問題

王強(qiáng) 江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司工程師

魏康 江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司工程師

翟英鴻 江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司工程師

隨著4G網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展，室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)逐年上升，并有趕超宏蜂窩基站的趨勢。在室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)中，駐波比的設(shè)計(jì)非常重要。本文從駐波比原理、駐波比對室內(nèi)分布系統(tǒng)的影響、影響駐波比的原因、駐波比偏高排查方法等方面進(jìn)行詳細(xì)介紹，以便在工程設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中合理有效地設(shè)置駐波比。

駐波比 室分系統(tǒng) 回波損耗

1 引言

隨著4G網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展，室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)逐年上升，并有趕超宏蜂窩基站的趨勢。在室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)中，駐波比的設(shè)計(jì)非常重要。如果系統(tǒng)駐波比不達(dá)標(biāo)，將造成基站或者室內(nèi)分布系統(tǒng)掉話，嚴(yán)重的將造成信源基站斷站，室內(nèi)分布無信號。本文從駐波比原理、駐波比對室內(nèi)分布系統(tǒng)的影響、影響駐波比的原因、駐波比偏高排查方法等方面進(jìn)行詳細(xì)介紹，以便在工程設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中合理有效地設(shè)置駐波比。

2 駐波比原理

了解駐波比原理，首先要理解兩個(gè)概念：駐波比和回波損耗。

駐波比（VSWR）是指在無線電通信中，天線與饋線的阻抗不匹配或天線與發(fā)射機(jī)的阻抗不匹配，高頻能量就會產(chǎn)生反射折回，并與前進(jìn)的部分干擾匯合發(fā)生駐波。為了表征和測量天線系統(tǒng)中的駐波特性，也就是天線中正向波與反射波的情況，人們建立了“駐波比”這一概念，具體見公式（1）。

回波損耗（Return Loss）是表示信號反射性能的參數(shù)，單位是dB，具體見公式（2）。

回波損耗（RL）和駐波比（VSWR）可以換算出：

駐波比（VSWR）的值越大，反射功率越高，回波損耗（RL）越小，而傳輸損失則越大，傳輸效率越低。因此，VSWR對于衡量傳輸路徑的質(zhì)量和天線的性能是非常重要的，具體見表1。

表1 駐波比、回波損耗和傳輸損耗的關(guān)系

3 駐波比對室內(nèi)分布系統(tǒng)的影響

駐波比是反映系統(tǒng)或單個(gè)部件的反射系數(shù)，用以考量系統(tǒng)的反射功率情況。過多的反射功率會降低系統(tǒng)效率，增加設(shè)備負(fù)荷。被反射的能量越多，發(fā)射出去的能量就越少，但小量的反射是可以接受的。駐波比與發(fā)射功率損失之間的關(guān)系如表2所示。

天饋線系統(tǒng)的部件可看成是微波器件,任何微波器件的電性能參數(shù)可由4個(gè)S參數(shù)來決定，即S11、S12、S13、S22。測量到的駐波比就反映了器件的S11參數(shù)的幅值，即反射系數(shù)的幅值。以最簡單的兩端口網(wǎng)絡(luò)與一個(gè)負(fù)載級聯(lián)為例（即電纜與天線級聯(lián)），只要知道電纜的S參數(shù)和天線的反射系數(shù)，就可以準(zhǔn)確地求出兩者相連和總的反射系數(shù)。公式為：S11 (總)=s11+(s12×s21×s11(天線))/(1-s22×s11(天線))（公式（5）），在小反射情況下（駐波比<1.5），公式可以近似為：S11(總)=s11+s11（天線）（公式（6））。此時(shí)測出兩個(gè)反射系數(shù)的幅度和相位，可求出總反射系數(shù)。從上述近似公式出發(fā)，可以直接得到，即總駐波系數(shù)小于兩個(gè)駐波系數(shù)相乘，大于兩個(gè)駐波系數(shù)相除。所以，有時(shí)會出現(xiàn)總的VSWR反而比各單獨(dú)VSWR小的情況。

圖1描述的是駐波比、反射系數(shù)、回波損耗、傳輸損耗之間的關(guān)系。

表2 駐波比與發(fā)射功率損失間的關(guān)系

圖1 各參數(shù)之間的相互關(guān)系

關(guān)于室內(nèi)分布系統(tǒng)，是由多個(gè)天線、器件、線纜組成的，值得關(guān)心的是整個(gè)分布系統(tǒng)的駐波比?，F(xiàn)分析最簡單的兩個(gè)天線的分布系統(tǒng)（見圖2）。

圖2 天線的分布系統(tǒng)

假設(shè)：

（1）使用的兩個(gè)相同的全向吸頂天線駐波比為2。

（2）主機(jī)的輸出功率為20dBm。

（3）二功分器插損為3.5dB。

（4）總傳輸線損耗2dB。

根據(jù)圖1所示，駐波比為2時(shí)，回波損耗為10dB。從分布系統(tǒng)總端口反射回來的功率為：20-1-3.5-2-10-0.5+3=6dB。即回波損耗為20-6=14dB時(shí)，從圖1可對應(yīng)出分布系統(tǒng)的駐波比為1.5。由此可以看出，室內(nèi)分布系統(tǒng)的傳輸線損耗以及各無源器件（功分器、耦合器等）所帶來的插損會改善整個(gè)分布系統(tǒng)的駐波比。而在大型分布系統(tǒng)中，這種情況會更突出。

從公式計(jì)算及實(shí)測情況來看主電纜越長，系統(tǒng)VSWR的結(jié)果越好。但整個(gè)天線的輻射功率大大降低，因?yàn)橛蒝SWR產(chǎn)生的回波損耗與電纜、無源器件的損耗相比是很小的，因此一般來講，正常的室內(nèi)分布系統(tǒng)的總體駐波要比分支駐波要小。室內(nèi)分布系統(tǒng)的線纜多、器件多，損耗也多，即使分支線纜或天線有駐波，產(chǎn)生的回波也會被上行的線纜或器件損耗消耗掉，較難反饋到測試設(shè)備端。如要進(jìn)行準(zhǔn)確排查，必須逐段對分布系統(tǒng)連接正常的負(fù)載或天線進(jìn)行排查。

另外，主設(shè)備廠家網(wǎng)管統(tǒng)計(jì)駐波比的難點(diǎn)是：GSM系統(tǒng)的正向功率一般達(dá)到20～40W，前向功率較高，反向功率異常時(shí)反向功率也較高，相對比較容易檢測。而TD-SCDMA系統(tǒng)中單通道最大發(fā)射功率一般為5～20W，相比之下反向功率不易檢測。所以，相同的檢測機(jī)制和器件標(biāo)準(zhǔn)下，TD-SCDMA系統(tǒng)相對于GSM而言對駐波比精確檢測要求更嚴(yán)格。

因此，可總結(jié)為：正常的室內(nèi)分布系統(tǒng)駐波比不會因?yàn)榫€纜、器件、天線數(shù)量大而導(dǎo)致總體駐波比偏高，系統(tǒng)的整體駐波保證低于1.5是正確和正常的。室內(nèi)分布系統(tǒng)駐波比偏高，肯定是自身內(nèi)部各環(huán)節(jié)存在問題，應(yīng)該從駐波比檢測設(shè)備、室分使用元器件材料質(zhì)量及頻段參數(shù)、工程施工工藝、現(xiàn)場環(huán)境等多方面排查考慮。

4 影響駐波比的原因

綜上可歸納出影響駐波比的原因：

（1）RRU的駐波比測試功能數(shù)據(jù)是否標(biāo)準(zhǔn)，即信源設(shè)備的駐波比檢測準(zhǔn)確性（一般使用Site Master設(shè)備進(jìn)行駐波比測試都要定期進(jìn)行校準(zhǔn)才能保證測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性）。

（2）目前移動集采使用的饋線接頭明顯比2008年之前的偏短（接頭集采價(jià)格低，廠家節(jié)省成本），導(dǎo)致施工中饋線接頭制作難度大，并容易松動斷開。

（3）分布系統(tǒng)是否年代較久，如依然使用的是微帶型無源器件（微帶器件在開路或短路時(shí)容易燒毀內(nèi)部電阻；微帶型器件相比腔體器件，駐波比偏高）。

（4）無源器件的支持頻段范圍，原有的器件（800～2300MHz）、天線是否完全更換，否則TD-LTE網(wǎng)絡(luò)信號將受到影響。如辦公樓、酒店的電梯覆蓋分布系統(tǒng)或住宅小區(qū)電梯覆蓋分布系統(tǒng)，均是采用對數(shù)周期天線（原先供貨產(chǎn)品僅支持800～2300MHz），否則TD-LTE網(wǎng)絡(luò)信號將受到影響。

（5）天線自身質(zhì)量問題（如集采型天線振子用料不佳）。

（6）天線布放位置有大量金屬阻擋物。

（7）饋線接頭制作工藝不良（如未采用標(biāo)準(zhǔn)接頭制作工具，饋線中間的線芯長度由人為判斷，造成制作長短不一，從而引發(fā)駐波偏高問題）。

（8）分布系統(tǒng)饋線施工問題，饋線的彎曲半徑是否在規(guī)定值之內(nèi)。

（9）分布系統(tǒng)轉(zhuǎn)彎處大量使用“直角彎頭”。

（10）分布系統(tǒng)覆蓋場景環(huán)境是否惡劣或潮濕，時(shí)間長容易導(dǎo)致器件接頭處腐蝕氧化，帶來接觸不良的問題。

（11）改造站點(diǎn)的合路器頻段是否支持新的合路系統(tǒng)，是否已將頻段不符的合路器替換掉。

5 室內(nèi)分布系統(tǒng)駐波比偏高的排查方法

判斷RRU是否正常。如果測試天饋駐波正常，可以使用負(fù)載或吸頂天線直接與RRU連接，如果駐波狀態(tài)正常，那可以確保RRU沒有問題。對于駐波告警，要不就是RRU有問題，要不就是室分系統(tǒng)有問題。

檢查饋線接頭。大部分RRU駐波告警都是由于饋線接頭未擰緊，或者是饋線頭沒有做好導(dǎo)致的。此時(shí)，只需要將饋線接頭擰緊，或是重新制作接頭，就可以處理好。

使用SITE MASTER測試。一般在檢查完饋線頭之后還無法判斷問題的，最好是使用SITE MASTER測一下駐波，這樣可以準(zhǔn)確顯示出駐波出在分布系統(tǒng)的哪個(gè)位置，就更能高效地處理問題。

6 結(jié)束語

合理設(shè)計(jì)室內(nèi)分布系統(tǒng)的駐波比，建設(shè)過程中認(rèn)真測試、排查駐波比是否達(dá)標(biāo)，有利于提高設(shè)備功率效率、降低掉話率、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)、減少后期網(wǎng)絡(luò)維護(hù)工作量。

1 (美)菲特等著.李根強(qiáng),匡泓,文志成譯.射頻和無線技術(shù).電子工業(yè)出版社.2009,11

2 蘇華鴻,孫儒石,薛鋒章,楊孜勤,王秉鈞等.蜂窩移動通信射頻工程(第二版).人民郵電出版社.2007,10

3 劉湘榮.改善無線基站用射頻同軸電纜電壓駐波比的方法.中國通信學(xué)會2002年光纜電纜學(xué)術(shù)年會論文集.2002

2014-12-08）