浅析室内分布系统驻波比问题

王强 江苏省邮电规划设计院有限责任公司工程师

魏康 江苏省邮电规划设计院有限责任公司工程师

翟英鸿 江苏省邮电规划设计院有限责任公司工程师

浅析室内分布系统驻波比问题

王强 江苏省邮电规划设计院有限责任公司工程师

魏康 江苏省邮电规划设计院有限责任公司工程师

翟英鸿 江苏省邮电规划设计院有限责任公司工程师

随着4G网络的迅猛发展，室内分布系统建设逐年上升，并有赶超宏蜂窝基站的趋势。在室内分布系统建设中，驻波比的设计非常重要。本文从驻波比原理、驻波比对室内分布系统的影响、影响驻波比的原因、驻波比偏高排查方法等方面进行详细介绍，以便在工程设计和网络优化中合理有效地设置驻波比。

驻波比 室分系统 回波损耗

1 引言

随着4G网络的迅猛发展，室内分布系统建设逐年上升，并有赶超宏蜂窝基站的趋势。在室内分布系统建设中，驻波比的设计非常重要。如果系统驻波比不达标，将造成基站或者室内分布系统掉话，严重的将造成信源基站断站，室内分布无信号。本文从驻波比原理、驻波比对室内分布系统的影响、影响驻波比的原因、驻波比偏高排查方法等方面进行详细介绍，以便在工程设计和网络优化中合理有效地设置驻波比。

2 驻波比原理

了解驻波比原理，首先要理解两个概念：驻波比和回波损耗。

驻波比（VSWR）是指在无线电通信中，天线与馈线的阻抗不匹配或天线与发射机的阻抗不匹配，高频能量就会产生反射折回，并与前进的部分干扰汇合发生驻波。为了表征和测量天线系统中的驻波特性，也就是天线中正向波与反射波的情况，人们建立了“驻波比”这一概念，具体见公式（1）。

回波损耗（Return Loss）是表示信号反射性能的参数，单位是dB，具体见公式（2）。

回波损耗（RL）和驻波比（VSWR）可以换算出：

驻波比（VSWR）的值越大，反射功率越高，回波损耗（RL）越小，而传输损失则越大，传输效率越低。因此，VSWR对于衡量传输路径的质量和天线的性能是非常重要的，具体见表1。

表1 驻波比、回波损耗和传输损耗的关系

3 驻波比对室内分布系统的影响

驻波比是反映系统或单个部件的反射系数，用以考量系统的反射功率情况。过多的反射功率会降低系统效率，增加设备负荷。被反射的能量越多，发射出去的能量就越少，但小量的反射是可以接受的。驻波比与发射功率损失之间的关系如表2所示。

天馈线系统的部件可看成是微波器件,任何微波器件的电性能参数可由4个S参数来决定，即S11、S12、S13、S22。测量到的驻波比就反映了器件的S11参数的幅值，即反射系数的幅值。以最简单的两端口网络与一个负载级联为例（即电缆与天线级联），只要知道电缆的S参数和天线的反射系数，就可以准确地求出两者相连和总的反射系数。公式为：S11 (总)=s11+(s12×s21×s11(天线))/(1-s22×s11(天线))（公式（5）），在小反射情况下（驻波比<1.5），公式可以近似为：S11(总)=s11+s11（天线）（公式（6））。此时测出两个反射系数的幅度和相位，可求出总反射系数。从上述近似公式出发，可以直接得到，即总驻波系数小于两个驻波系数相乘，大于两个驻波系数相除。所以，有时会出现总的VSWR反而比各单独VSWR小的情况。

图1描述的是驻波比、反射系数、回波损耗、传输损耗之间的关系。

表2 驻波比与发射功率损失间的关系

图1 各参数之间的相互关系

关于室内分布系统，是由多个天线、器件、线缆组成的，值得关心的是整个分布系统的驻波比。现分析最简单的两个天线的分布系统（见图2）。

图2 天线的分布系统

假设：

（1）使用的两个相同的全向吸顶天线驻波比为2。

（2）主机的输出功率为20dBm。

（3）二功分器插损为3.5dB。

（4）总传输线损耗2dB。

根据图1所示，驻波比为2时，回波损耗为10dB。从分布系统总端口反射回来的功率为：20-1-3.5-2-10-0.5+3=6dB。即回波损耗为20-6=14dB时，从图1可对应出分布系统的驻波比为1.5。由此可以看出，室内分布系统的传输线损耗以及各无源器件（功分器、耦合器等）所带来的插损会改善整个分布系统的驻波比。而在大型分布系统中，这种情况会更突出。

从公式计算及实测情况来看主电缆越长，系统VSWR的结果越好。但整个天线的辐射功率大大降低，因为由VSWR产生的回波损耗与电缆、无源器件的损耗相比是很小的，因此一般来讲，正常的室内分布系统的总体驻波要比分支驻波要小。室内分布系统的线缆多、器件多，损耗也多，即使分支线缆或天线有驻波，产生的回波也会被上行的线缆或器件损耗消耗掉，较难反馈到测试设备端。如要进行准确排查，必须逐段对分布系统连接正常的负载或天线进行排查。

另外，主设备厂家网管统计驻波比的难点是：GSM系统的正向功率一般达到20～40W，前向功率较高，反向功率异常时反向功率也较高，相对比较容易检测。而TD-SCDMA系统中单通道最大发射功率一般为5～20W，相比之下反向功率不易检测。所以，相同的检测机制和器件标准下，TD-SCDMA系统相对于GSM而言对驻波比精确检测要求更严格。

因此，可总结为：正常的室内分布系统驻波比不会因为线缆、器件、天线数量大而导致总体驻波比偏高，系统的整体驻波保证低于1.5是正确和正常的。室内分布系统驻波比偏高，肯定是自身内部各环节存在问题，应该从驻波比检测设备、室分使用元器件材料质量及频段参数、工程施工工艺、现场环境等多方面排查考虑。

4 影响驻波比的原因

综上可归纳出影响驻波比的原因：

（1）RRU的驻波比测试功能数据是否标准，即信源设备的驻波比检测准确性（一般使用Site Master设备进行驻波比测试都要定期进行校准才能保证测试数据的准确性）。

（2）目前移动集采使用的馈线接头明显比2008年之前的偏短（接头集采价格低，厂家节省成本），导致施工中馈线接头制作难度大，并容易松动断开。

（3）分布系统是否年代较久，如依然使用的是微带型无源器件（微带器件在开路或短路时容易烧毁内部电阻；微带型器件相比腔体器件，驻波比偏高）。

（4）无源器件的支持频段范围，原有的器件（800～2300MHz）、天线是否完全更换，否则TD-LTE网络信号将受到影响。如办公楼、酒店的电梯覆盖分布系统或住宅小区电梯覆盖分布系统，均是采用对数周期天线（原先供货产品仅支持800～2300MHz），否则TD-LTE网络信号将受到影响。

（5）天线自身质量问题（如集采型天线振子用料不佳）。

（6）天线布放位置有大量金属阻挡物。

（7）馈线接头制作工艺不良（如未采用标准接头制作工具，馈线中间的线芯长度由人为判断，造成制作长短不一，从而引发驻波偏高问题）。

（8）分布系统馈线施工问题，馈线的弯曲半径是否在规定值之内。

（9）分布系统转弯处大量使用“直角弯头”。

（10）分布系统覆盖场景环境是否恶劣或潮湿，时间长容易导致器件接头处腐蚀氧化，带来接触不良的问题。

（11）改造站点的合路器频段是否支持新的合路系统，是否已将频段不符的合路器替换掉。

5 室内分布系统驻波比偏高的排查方法

判断RRU是否正常。如果测试天馈驻波正常，可以使用负载或吸顶天线直接与RRU连接，如果驻波状态正常，那可以确保RRU没有问题。对于驻波告警，要不就是RRU有问题，要不就是室分系统有问题。

检查馈线接头。大部分RRU驻波告警都是由于馈线接头未拧紧，或者是馈线头没有做好导致的。此时，只需要将馈线接头拧紧，或是重新制作接头，就可以处理好。

使用SITE MASTER测试。一般在检查完馈线头之后还无法判断问题的，最好是使用SITE MASTER测一下驻波，这样可以准确显示出驻波出在分布系统的哪个位置，就更能高效地处理问题。

6 结束语

合理设计室内分布系统的驻波比，建设过程中认真测试、排查驻波比是否达标，有利于提高设备功率效率、降低掉话率、优化网络指标、减少后期网络维护工作量。

1 (美)菲特等著.李根强,匡泓,文志成译.射频和无线技术.电子工业出版社.2009,11

2 苏华鸿,孙儒石,薛锋章,杨孜勤,王秉钧等.蜂窝移动通信射频工程(第二版).人民邮电出版社.2007,10

3 刘湘荣.改善无线基站用射频同轴电缆电压驻波比的方法.中国通信学会2002年光缆电缆学术年会论文集.2002

2014-12-08）