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为什么手机发射功率这么小而基站却能收到信号?

admin
2015年4月19日 22:1 本文热度 7685

  基站几十W发射功率,手机最大发射功率也不过2W,为什么它们能通讯,而不会出现像上图这种情况呢?

  可以从几个方面来看。

  • 天线。基站使用的是高增益天线,具备双集/多集接收能力,±45度双极化,可以很好的“捕捉”到手机发出的微弱信号。一副好天线就像是基站的“顺风耳”,手机发出的很微弱的“声音”也能被接收到。

  图中就是一种常见的基站用定向板状天线,长约1.2M,重约15Kg,可提供18dBi的增益能力,具备双集接收能力。其实从体量上看就已经可以大概知道这家伙的能力了。

  • 接收机。基站主设备属于商用工业设备,第一要求就是可靠和性能,在外观、体积、重量、能耗、成本等等方面的要求相对于手机和家用无线路由器来说会宽松许多。因此基站主设备可以使用到比手机和普通家用无线路由器在接收能力上更为强劲的芯片器件和软件算法。比如Ericsson公司的RBS6601分布式基站产品组成部分之一的RRU(Remote Radio Unit,射频拉远单元)就包含以下部分:

• 收发器(TRX)

• 发射器(TX)放大

• 发射器/接收器(TX/RX)转接

• TX/RX 过滤

• 电压驻波比(VSWR)支持

• ASC、TMA 与 RET支持

• 光纤接口

  其中的TMA(塔顶放大器)功能可以用于对上行信号(即手机发给基站的信号)进行低噪声放大,从而在很大程度上改善上行接收质量(注:TMA为非必选功能)。同时RRU本身的LNA(低噪声接收放大器)和接收处理单元等等部分也都是性能强劲,非手机和普通家用无线路由器可比拟的。

  上图是一款ZTE公司的TD-SCDMA分布式基站产品组成部分之一的RRU实物照片,手机以及普通的家用无线路由器和这个重达20kg有余、功耗最高达数百瓦的“大铁块”在吨位上就已经不是一个Level了(不过如此全副武装的原因更多还是为了能适应各种室外环境,比如防水还有更好的散热等等)。

  • 还有就是所使用的技术。比如使用了CDMA技术的3G系统比单纯使用TDMA+FDMA技术的GSM多了扩频增益,从而允许终端可以以更低的发射功率和基站进行通信。

  如上图,使用CDMA技术的系统和没有使用该技术的系统的一个很大区别就是多了扩频/解扩这个步奏,通过扩频可以使原来相对高功率频谱密度的窄带信号展扩成一个低功率频谱密度的宽带信号,在接收端再进行解扩操作将扩频后的信号恢复出来。CDMA技术的特性可以使手机以更低的发射功率进行工作的同时还能被基站更好的接收,比如WCDMA手机的发射功率可低至-50dBm(约10nW,而GSM手机在1800MHz频段下最低发射功率为0dBm,约1mW)。这种信号甚至可以淹没在噪声中进行传输,具备一定的隐蔽性,因此早期也被用于军事通信用途。同时CDMA中还使用Rake接收机对多径信号进行合并处理(无论是基站还是手机都应用了Rake接收机,只是基站的更强点),使得原本微弱的信号能更好的被接收,这也是CDMA技术的优势之一。另外CDMA技术还使用了上行软切换,简单说就是允许一部手机的信号被多个小区(cell)接收,然后由上层网元(比如RNC)进行选择性合并,这也是“基站能更好的接收手机微弱信号”的一个体现。通俗的说就是采取CDMA技术系统的基站(WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA)接收能力要比GSM基站更强。关于CDMA技术的更多更专业、更细节的东西可以自行搜索和参阅相关书籍或者技术文档。

  最后就是基站君虽然性能强大,但是其同时间所能服务的手机数量也是有上限的,当同个小区(cell)下同时进行业务的手机超过一定数量,就可能会导致上行受限(比如CDMA系统的呼吸效应),此时部分手机的信号即使能被接收也无法被正确解调,从而造成无法进行业务的情况。如果手机距离基站实在过远或者是物理环境阻隔太多,使得基站接收到手机的信噪比低于其所能解调的门限,也会造成业务无法顺利进行。还有就是私人违法架设的一些所谓信号放大器之类的东西,由于其发射功率或者天线增益超标,导致基站接收到的信号功率过大,从而引起底噪的抬升,甚至阻塞了接收机,就像大家都安静说话,就一个人大声说话盖过了所有人的声音一样,此时基站也无法顺利解调出其他手机的信号了。所以基站也并不是每时每刻都能顺利的接收并解调出手机的信号。


该文章在 2015/4/19 23:03:28 编辑过
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