摘要：移动信号在当前生活、工作中，其重要性不言而喻，为了能够提高信号的强度，扩大室内信号的覆盖面积，就需要设计与之对应的覆盖系统。对此，在本文的分析中，主要对移动信号室内深度覆盖系统的设计，提出一种具体的设计、实现方式，即基于同轴电缆（以有线电视电缆为通道），建立信号射频系统。通过本文的研究，其目的就是充分发挥同轴电缆的优势，强化移动信号室内深度覆盖系统的整体性能，以期为相关人员提供参考。
关键词：同轴电缆；移动信号；室内深度覆盖系统
前言：移动信号传输与全方位覆盖，是当代信息传输的主要趋向，它具有：（1）空间信息传输面积广、信号传输强度大。即多渠道数字信号传导与沟通；（2）多元化信息结构规划化，即，移动终端数据按照层层嵌套模式进行信号处理；（3）室外基站、微基站，与分布系统相互结合；（4）采用信号满格宝、光纤分布、皮基站等方式，实现信号深度覆盖。但是，在实际应用的过程中，上述方案都会受到多种因素的限制，并且存在信号盲区的现象，所以需要重视以同轴电缆为基础，移动信号室内深度覆盖系统设计。
一、系统的设计原理
在设计移动信号室内深度覆盖系统的过程中，其实际上就是将有线电视的同轴电缆，作为基础而实现的。究其原因，在每家每户中，基本上都已经成为同轴电缆的覆盖点，同时其移动室分布在高楼建筑之中，其具体的系统架构，如图1所示。
首先，采用合路器，将移动室中所获取的移动信号，然后与CATV信号，进行合路，随后利用同轴电缆，完成信号的传输；其次，该跨路器开始工作，将其信号进行平均分配，用户数量（N）在2至16户之间，进行同渠道下电子传输信号的沟通与连接。最后，移动数据终端传输时，随着外部环境下移动数据传输速率要求，实行相应的数据传输信号调节。当移动数据传输信号与接收信号处于相互连接状态时，移动终端信号传输线路，将随着外部数据传输环境的速率变化而变化。这种数据传输信号智能化信息检测方式还可以在无干扰的条件下，将CATV信号传输到机顶盒中，不会影响有线电视的信号质量[1]。
图 1 同轴电缆系统架构
二、系统的参数设计
在设计移动信号室内深度覆盖系统时，其应用场景的面积，为长15米、宽10米公寓中。如果在公寓中心的位置，安装智能终端系统，就需要保证系统的覆盖半径，为9米。同时，设定信号的覆盖，还需要穿过一堵墙，那么就其计算传输中信号损耗，即：Lt=20lgf+Nlgd+Lf（n）-28+Mar（公式1）。其中，Lt表示信号的总损耗，单位为dB；f表示频率，单位为MHz；N表示距离功率的损耗系数；d表示天线的覆盖距离（m）；n表示天线覆盖范围的墙体数量；Lf表示墙体穿透时的损耗因子，单位是（dB）；Mar则表示移动信号室内深度覆盖系统的设计余量。依据模型则可以得出GSM系统的参数。也就是说，在公式1中，f的数值为900MHz；N的数值为33；d的数值为16.5米（忽略不同家庭CATV布线的差异，并设定公寓边缘为最差的情况）；Lf的数值为9；n等于1；Mar等于10。结合这些数值，就能够清楚地计算出Lt的数值，即90.3dB。
结合GSM系统对功率的相关要求，目标覆盖区域中，其边缘的信号强度，应该在-75dBm以上，而这部分区域的面积需要大于90%。另外，还需要有99%的区域，其信号的强度需要在-85dBm以上，根据标准PBCCH大于等于-75dBm进行计算，那么智能终端输出的信号功率，即Pout1为PBCCH+Lt-Gant1+Gant2（公式2）。其中，Gant1表示职能终端，用于信号接收/发射天线的实际增益；Gant2表示手机等终端的天线增益。假设二者数值均等于3dBi，则能够根据公式2得出Pout1的数值，即15.3dBm。另外，移动LIT的室外系统，通常情况下使用E频段，已知LET系统要求室内边缘的信号强度为：PRSRP≥-105dBm，所以在公式1中f，其数值为2400MHz、N等于28、d等于16.5m、n等于1、Lf等于10dBm，同时Mar的数值为5，经过计算能够得出Lt的数值为88.7dB。同时，Pout2的计算公式为：Pout2=PRSRP+Lt-Gant1+Gant2（公式3），最后得出Pout2等于-16.3dBm。
在计算完成上述的数值以后，需结合移动终端体系传输计算公式，对移动传输数据进行调控，其计算公式整合为：Gter=Pout-Pin+L1+L2+L3（公式4）。其中Pin表示数据传输时的想信息接收功率；L1表示移动数据传输体系运行期间的损耗率；L2表示移动数据传输各个节点汇合后的能量损耗；L3表示CATV电缆传输体系下，信息传导模式的自主传输趋向。由此来说，为了对移动传输数据环境下，信息传输的的稳定性作出可靠性判定，需结合多重影响条件进行要素整合。由此可证明：即使是LTE、GSM传输率更低的信号，其也具有较强的可行性[2]。在下面的公式5中，其为同轴电缆阻抗为75欧姆的前提下，同轴电缆温度、频率、衰减值的计算公式：L3=（0.6083 -0.2469）*（0.95+0.002t）（公式5），其中f表示通过信号的频率，单位是MHz；t表示工作的温度，单位为摄氏度。如果f取值为925MHz，t等于30℃，那么GSM频段信号在同轴电缆中，其衰减值则为18.44dB/100m。如果f等于2350MHz，t的数值不变，那么LTE频段信号在同轴电缆中，其衰减值则为129.53dB/100m。
假设：移动信号室内深度覆盖系统中，其移动室分系统在GSM频段中，输出的频率为00dBm，这是其最低值；而在LTE频段频段中，移动信号室内深度覆盖系统中，频率的最低值则是-20dBm。除此之外，合路器的衰减值为6dB，跨路器的GSM最差衰减值是12dB，而LTE的最差衰减值为20dB。在当前的广电系统中，用户室内的同轴电缆，其长度基本在30米以下，所以能够结合上述公式，计算出：GterGSM=38.83dB、GterLTE=38.56dB，即智能终端对2G信号、4G信号增益，应该在39dB以上。
三、系统设计的关键
基于同轴电缆的移动信号室内深度覆盖系统，其在设计的过程中，存在很多关键的问题，这些问题直接影响着系统的总体性能，所以需要设计人员加大重视程度。在这一基础上，设计人员就能够发现，移动信号室内深度覆盖系统的设计重点，并制定更加科学、合理的方案，提高设计工作的可行性，进而能够保证信号覆盖可以达到理想的程度，为工作指引正确的方向。对此，在本文的分析中，对设计移动信号室内深度覆盖系统时，所需要注意的关键问题，进行深入、全面的分析、总结，主要包含以下几方面的内容：
（一）阻抗匹配的问题
在上述的内容中，已经计算了CATV同轴电缆，对于2G信号、4G信号的衰减值。但是，在设计移动信号室内深度覆盖系统的过程中，还需要对广电系统现有分配器宽带不足的问题，进行合理、有针对性的解决，避免发生4G信号减弱的现象。同时，通过这样的方式，还能够规避由于射频系统50欧姆、同轴电缆75欧姆不匹配，而产生的信号反射现象[3]。也就是说，在设计的过程中，工作人员进行移动数据传输时，可通过移动传输渠道信号先整合，后分配的方法，开展电路内部信息传输条件的综合处理。该部分常见的技术包括射频、移动传输、以及阻抗替换等方法。
（二）干扰的问题
由于设计移动信号室内深度覆盖系统时，需要将其同时接入移动式系统、CATV系统，所以必须分析系统是否会对其产生相应的干扰。同时，在这一环节中，还需要测试移动式系统、CATV系统之间，是否存在相互干扰的现象。如果发现存在信号干扰的问题，则应该及时进行分析、解决，以此来强化移动信号的质量。在移动信号室内深度覆盖系统中，移动终端信号处理时，也可通过信号终端信号频率转换方法，达到排除移动数据传输干扰问题，实现移动数据稳定传输的效果。如，扩大移动传输信号波，并在现有信号传输基础上，通过智能信号节选，实现干扰信号的处理。
另外，很多的智能终端，其所运用的方式，都是放大器件引入的频段内噪声，由于移动信号室内深度覆盖系统的信号链路而衰弱。同时，信号的衰减值，通常在很大程度上都会大于噪声值。如果在运行的环境中，其频段中的噪声值相对较小，那么就可以忽略不计。所以，移动信号室内深度覆盖系统在运行中，对于移动室分系统的影响、干扰，基本上与在分系统旁放置一部手机的效果相当。这对这种现象，由于合路器的内部，设置了低通滤波器，而将其应用在实际中，可以有效减少智能终端，对于CATV信号的干扰、影响。而实际上，移动信号室内深度覆盖系统中的跨路器、合路器，都属于无源器件，所以在应用中并不会生成其他的干扰问题。
四、系统实现的方式
（一）系统结构设计
基于同轴电缆的移动信号室内深度覆盖系统，其架构主要是由合路器、跨路器、智能终端构成，其主要设计方式为：
（1）系统合路器。图2为合路器的结构，其中，包含两个阻抗，分别为50欧姆、75欧姆。在实际运行中，前者的输入端与，与系统的射频馈线连接，后者与同轴电缆连接[4]。利用移动信号室内深度覆盖系统的阻抗匹配模块，能够将两个不同的阻抗输入信号，全部替换为统一的75欧姆，并完成信号的输出。然后，再利用移动信号室内深度覆盖系统中的能量转换功能，就能够信号进行滤波处理，然后利用同轴电缆，输出所有的信号。
图 2 移动信号室内深度覆盖系统中合路器结构
（2）跨路器。在移动信号室内深度覆盖系统中，其跨路器的结构，如图3所示。其中，75欧姆阻抗，其输入端与同轴电缆相互连接，其主要的功能，就是将CATV信号、2G信号、4G信号，进行混合输出。在这一基础上，移动信号室内深度覆盖系统的能量模块，能够根据用户的数量，将接收的信号进行合理的分配，基本上能够信号的平均性。随后，移动信号室内深度覆盖系统的隔离模块，就会对信号的分路进行合理，避免其相互之间发生信号干扰的现象，并且将利用75欧姆阻抗的输出端，将上述的分路信号经由同轴电缆完成传输。
图 3 移动信号室内深度覆盖系统中跨路器结构
（3）智能终端。在移动信号室内深度覆盖系统中，其智能终端结构，如图4所示。具体来说，利用阻抗匹配滤波模块，能够将信号分为CATV信号、2G信号、4G信号三路，然后分别将其传输至对应的链路中，为实现信号的深度覆盖，提供基本保障。
图 4 移动信号室内深度覆盖系统中智能终端结构
（二）系统的整体设计
在基于同轴电缆的移动信号室内深度覆盖系统中，信号链路所以产生的损耗，远远低于原系统的链路损耗，因此在没有掌握用户机顶盒内实际状况时，即不了解滤波模块的实际性能，移动信号室内深度覆盖系统也能够在一致性较强的前提下，对机顶盒进行信号的输入。通过这样的方式，能够很大程度上减少对CATV的影响。除此之外，由三个高阶滤波器，构成阻抗匹配滤波模块[5]。其中，（1）低通滤波器，主要就是对2G信号、4G信号进行滤除，其通带范围在5MHz至800MHz之间。（2）带通滤波器，则主要就是用于4G信号、CATV信号的滤除，而通带范围在890MHz至960MHz之间。（3）高通滤波器，其则是用于2G信号、CATV信号的滤除，通带范围在2320MHz至3000MHz之间。系统的三个滤波器，其输入阻抗均为75欧姆，而输出的阻抗则为50欧姆，其相互之的隔离度，基本上在40dB以上。
对于2G链路、4G链路来说，其主要的区别在于同步模块。在设计移动信号室内深度覆盖系统时，主要利用TD-LTE技术，所以4G信号的上行、下行信号，均属于在同一频段之中，能够利用时隙比例进行切换。因此，在移动信号室内深度覆盖系统中，可以设计同步模块，其距离的流程为：（1）搜索PSS，得到OFDM符号时间、5ms定时信息；（2）搜索SSS，得出小区组ID、10ms定时信息，然后进行精准度更高的频率、时间同步；（3）对SIB信息、MIB信息进行读取，并在SIB中找出TD上下行时隙比、特殊子帧格式等；（4）同步模块在完成搜索、注册、传输以后，能够利用GPIO口输出上下行时隙TDD信息。
由于应用移动信号室内深度覆盖系统的场景，存在明显的变化，信号传输链路之间也有较大的差异，导致信号的强度不一。为了能够保证智能终端，可以稳定、可靠的运行，并将其性能保持在最佳的状态，那么就应该在放大模块中，加入自动增益调节功能。如图5所示，其三级中，最为主要的功能就是放大信号。功率检测模块能够采集、放大、检测、转换第二级模块的输出信号，然后对其进行合理的判断、分析与调节，最后保证模块输出信号，在不超过功率限制的条件下，达到最大值。通过这样的方式，能够保证智能终端在可调节的范围内，其动态输出信号的功率为最大。
图5 智能终端放大模块结构
结语：综上所述，基于同轴电缆的移动信号室内深度覆盖系统，其在设计的过程中，会涉及很多不同方面的内容，存在较大的设计难度。因此，需要设计人员结合工作原理，提高参数的精准程度，掌握系统设计的关键，以此来确保系统的功能，能够充分实现，增强其性能的有效性。所以，基于本文的分析，文中提及的以同轴电缆为基础，设计移动信号室内深度覆盖系统的方式，具有较强的可行性。
参考文献：
[1]耿淬,郭占涛.移动通信网络中微小区域室内信号覆盖解决方案的研究[J].信息通信,2017(03):194-196.
[2]魏嘉宏.改善220kV梧桐巡维中心室内移动信号覆盖效果研究[J].中国高新技术企业,2016(35):36-37.
[3]冯薇薇.移动通信基站局点引入卫星同步信号的方案分析[J].广东通信技术,2016,36(10):76-79.
[4]党俊肖. 基于GIS的特频专用CDMA移动通信站传播覆盖预测研究[D].兰州大学,2016.
[5]党俊肖,武丽梅,马金辉.基于GIS的移动通信信号传播预测及可视化仿真研究[J].无线通信技术,2015,24(04):1-6+12.
论文作者:詹春晖
论文发表刊物:《基层建设》2018年第33期
论文发表时间:2019/1/7
标签：信号论文; 系统论文; 同轴电缆论文; 室内论文; 深度论文; 终端论文; 阻抗论文; 《基层建设》2018年第33期论文;