PDF下载GS8 模块化网关的射频应用
1 简介
Zed-3公司的GS8 模块化网关提供了与模拟、GSM，以及CDMA网络之间进行连接的模块，并允许在这些接口及SIP接口间自由地呼叫转换，是目前惟一具有此项功能的产品。本产品可让企业由其内部的PBX直接建立与移动电话网络之间的呼叫，从而为企业节省话费，提供方便，并提高客户服务水平。
为移动电话网络选择合适的模块并拥有良好的RF连接，将会确保部署的顺利和满意。本篇应用说明解释了一些您在购买和安装GS8模块化网关时需要考虑的事项。
2 GSM和CDMA频率
2.1 GSM频带
原则上来说，GSM系统可以实现在任何频带上。然而，全球范围内GSM通常使用4个主要的频带。GSM终端支持如下表列出的一个或者多个GSM频带，从而实现全球漫游。下表所列为常见的频带：
|
Generic Name |
Up Link Frequency Band |
Down Link Frequency Band |
| GSM850 | 824 ~ 849 MHz | 869 ~ 894 MHz |
| GSM900 | 880 ~ 915 MHz | 925 ~ 960 MHz |
| GSM1800 | 1710 ~ 1785 MHz | 1805 ~ 1880 MHz |
| GSM1900 | 1850 ~ 1910 MHz | 1930 ~ 1990 MHz |
注：上行（UL）是信号从终端（通常是手机）发往基站；下行（DL）是信号来自基站。
2.2 GSM900 and GSM1800
GSM标准由欧洲在1985年制订。最初使用的频带定为GSM900。后来加入了GSM1800（在很大程度上是由英国推动的）。因此这两个频带是世界上使用最广泛的两个频带：
- 欧洲
- 中东
- 非洲
- 亚洲*1
以下的拉丁美洲国家使用这两个频带以及GSM850：
- 玻利维亚
- 巴西
- 危地马拉
- 萨尔瓦多
加勒比海使用混合频率。
2.3 GSM850 and GSM1900
当GSM技术传到美国的时候，他们无法使用欧洲和亚洲正在使用的相同频带，因为这些频带已经被FCC分配给其它设备了。因此GSM使用了一组不同的频带：850兆赫和1900兆赫频带。这些频带在美国，加拿大和美洲的许多其它国家使用。
在北美，GSM最初仅使用1900兆赫，850兆赫频带在2001年才加入。在加拿大，GSM1900是城市地区使用的主要频带，850兆赫作为备用频带，而在乡下，850兆赫则为主频带。在美国，法案还具体规定了哪个地区使用哪个频率：
蜂窝 （Cellular）是用来形容850兆赫频带的术语，由分配在这个频谱中的最初的模拟移动电话通讯系统而来。提供商通常使用1个或者2个频率范围。今天，这个词通常指的是所有的移动网络。
PCS 是个人通信服务（Personal Communications Service）的首字母缩写，代表了最初北美使用的1900兆赫。
GSM1900 和GSM850也在南美和中美等部分地区使用，厄瓜多尔和巴拿马只使用GSM850。正如上面提到的，美洲的一些国家使用GSM900 或者GSM1800 。*2
2.4 CDMA频率
CDMA网络在不同地区使用多个频率。Zed-3公司支持800兆赫的频带，即：
- 上行：824 ~ 849 MHz
- 下行：869 ~ 889 (或者 894) MHz
2.5 GS8 模块化网关的意义
大多数某一地区销售的GSM电话都运行在单一频带或者2个频带上（例如，中国只使用GSM900）。只具有1个或者2个频带的电话制造起来比支持所有4个频带的电话更加简单和便宜。然而，旅行的人们可能会需要在3个或者4个频带中使用电话。那么三频及四频的功能就需要在复杂的电话模型中实现。
Zed-3提供3种不同的GSM或者CDMA模块：
- 90-05530，在GS8模块化网关中插入这个模块：单口GSM（900兆赫和1800兆赫）用于语音和SMS，无天线。
- 90-05535，在GS8模块化网关中插入这个模块：单口GSM（850兆赫，900兆赫，1800兆赫及1900兆赫）用于语音和SMS，无天线。
- 90-05531，在GS8模块化网关中插入这个模块：单口CDMA（800兆赫）用于语音和SMS，无天线。
双频GSM模块在世界大部分范围内使用。四频GSM则可以在全世界范围内使用；当然它也比单频模块要昂贵。GSM模块（与FXO模块相比）如下图所示：
3 GS8模块化网关的选址
3.1 地点选择
在大多数应用中，GS8模块化网关被安装在一个网络室中，与IP PBX相连接。这是一个很正常的位置，因为它可以作为公司基础通信的一部分，并且这样的位置也是一个安全的地方：
然而，网络室（或者区域）有许多金属结构以及由于连接网络设备所产生的噪音。这会削弱GSM或者CDMA的信号强度，降低质量。许多商业建筑物在屋顶使用一面带有铝箔的高级绝缘体。这会大大降低建筑物内的GSM或者CDMA信号，在网络室内更进一步地丢失。
如果建筑物有金属屋顶或者侧墙，那么它就具有了法拉第笼的效果，大大降低或者阻碍所有的GSM 或者CDMA信号到达GS8模块化网关。
正如上图所示，GS8模块化网关可以被放置在任何方便连接AC能源和以太网的地方。
在部属GS8模块化网关之前，可以拿着手机在您想要安装系统的位置走一走，观察一下手机信号强度。如果信号强度很低，或者是您在稍微移动几米的范围内就有强度的变化，那么GSM或者CDMA模块所能接收的信号也会由于变化而导致通信质量的下降。大多数人都发现很难或者基本不可能在一个商业建筑物中使用手机，那么如果你想要在这样的环境中部属GSM或者CDMA网关，则需要您对RF条件进行特别的关注。
3.2 使用标准天线
标准天线可以直接作用于GSM或者CDMA模块，如右图所示。 其编号为：
- 90-20500，插入GS8模块化网关的GSM或者CDMA模块中的天线。
模块和天线具有SMA连接器，天线是旋拧到模块中。您不需要再使用其它工具来拧紧天线。
您可在下列情况中使用天线：
- 您确认GS8模块化网关安装的位置具有良好的GSM或者CDMA信号。
- 您在GS8模块化网关中已经安装了一个1块或者2块GSM或者CDMA模块。
如上所述，一个好的系统安装位置包括靠近大窗或者建筑物高层，绝缘屋顶之上（但是不暴露在室外）。
当您在GS8模块化网关中安装了多个GSM或者CDMA模块时，信号间可能会有相互影响；或者把两个移动电话放在一起，也会发生同样的情况。尽管在实践中，移动电话之间的距离小于1米的情况并不常见。
如果您有2个GSM或者CDMA模块，把他们安装在插槽1和4中，并且该地点具有良好的信号，那么它们通常会工作得很好。
4 把天线从网络室中拿走
4.1 外部天线
如果您放置GS8的位置的RF信号很不好，那么您必须放置天线来加强RF信号。Zed-3还提供了一种远程天线和电缆，如下图所示。这些部件的编号为：
- 90-20502，同轴电缆，10米，具有SMA 凹凸式连接器。
- 90-20503，带磁铁的远程天线及5米同轴电缆。
远程天线是一个近地天线。它的基座上有一块磁铁，你可以把它放置在任何金属表面。要了解更多有关近地天线，请参考5.2章节。
电缆具有5dB的损耗。连接远程天线的电缆另外一端可以直接插入GSM或者CDMA模块。延展电缆的一端插入模块，另一端插入远程天线。
请确保天线是竖直向上。如果天线倾斜或者水平，信号质量将会下降。
如果天线所在位置的信号强度非常好，您可只使用延展电缆；但如果15米的电缆所产生的信号损耗很轻松地抵消了使用更长电缆的作用，那么您应该寻找更好的天线和电缆。
如果安装了多个GSM或者CDMA模块，那么您应该使用多个外部天线，每个天线都分别通过线路连接到各个模块。每个天线之间的距离至少1米。最好的是，您将天线放置在不同的水平面，而不是同一个水平面。更好一点的解决方案，是使用下节介绍的天线分离器。
4.2 天线分离器
天线分离可以获取信号，并将其分离成多路。对于GS8模块化网关，有4路，所以Zed-3提供了四路分离器。
- 90-20501，天线分离器，4-1，用于GSM或者CDMA，带有4个同轴电缆，每个0.5米（需配合天线使用）
分离器也叫做合成器，因为它收集来自各个模块的输出信号，将其整合后输出给一个输出天线。你必须要注意买到的分离器是不是同时具有合成器的作用。若接收的信号是在低功率上（mW），分离器不需要处理大功率；然而，来自各个模块的输出能量是1W，将会损坏那些只能用于接收的分离器。
大多数的分离器，包括Zed-3提供的，都是被动的。因此，如果每个端口接收和发送的信号都在相同的级别上，那么每个端口接收了四分之一的信号，就是说，比输入信号低6 dB。类似地，从一个模块发送的信号通过分离器到天线的时候，也被削弱了6 dB。6 dB的损耗指的是理想的分离器；Zed-3提供的分离器的损耗是6.5 dB。
分离器有一个端口用来连接天线，另外4个端口用来连接每个模块。分离器安装在GS8模块化网关上，并且用很短的电缆来连接分离器和各个模块。如果您要连接的模块少于4个，那么用50欧姆的哑元插入未使用的端口即可。
如果使用了分离器的话，您通常会使用一个外部天线。但由于电缆和分离器的损耗，您可能还需要一个高增益天线或者信号放大器，如下面章节所述。
5 天线的选择
5.1 偶极天线和增益
大多数天线都是简单的偶极天线，如右图所示：
这样的天线可以创建一个圆环状的辐射模式，如下图所示：
Lambda (λ) 是波长。对于2.1节所提到的最高和最低频率，(λ)/2是指 173 mm (824 MHz) 和 72 mm ( 1990 MHz)。
偶极的辐射可与理想天线的相比，即等方性的辐射体。等方性的辐射体辐射均一，但是对于辐射波则不存在。这样的天线的输出几乎是0 dBi（相对于等方性的增益）。半波长偶极的增益是2.15 dBi。
5.2 近地天线
这种天线（见4.1节）指的是四分之一波或者单极天线，是偶极的一半，必须要放置在地面上。这是因为地面是实现功能的良好导体。它工作的方式见下图：
信号只能向上发射，但是与偶极天线具有同样的增益（2.15 dBi），假设近地面无限的话。近地面不需要与地面有电的连接。然而，它必须足够大从而获得良好的效果。对于GSM850，直径大小就应该达到700 mm，对于GSM1900，直径就应该有300 mm。
近地面部分不需要实心的；它可以是网眼的，但是您应该把近地天线放到近地面的中央。您也可以使用铝铂创建一个平面。确保天线是向上的，近地面是水平的。
您可以购买（如右图所示）带有放射刺的近地面的天线。
5.3 不同天线的增益
当天线的长度（L）发生变化时，它的增益也随之变化。例如，当全部长度等于1.5 xλ，增益就是3 dBi；长度为 8 x λ，增益就是8.5 dBi。有时，这些增益是通过使用标准偶极作为参考而得到的（即，偶极是0 dBd）。那么，整体长度为8 xλ 的天线就会有6.35 dBd的增益。
然而，当我们修改天线的设计并提高增益的时候，圆环形状的辐射模式就被压扁了。这个增益是以方向性的损失为代价的，如下图所示：
“增益越高”的天线越可能与更远距离的电话进行通信。然而，GSM或者CDMA信号将会在建筑区内的建筑物内反弹，还有峡谷里面的山峰中。通常，高增益的天线最好用于乡村――那里在GSM或者CDMA模块和信号站之间有更开阔的平地，或者是在建筑区内有一条可视线路能到达信号塔时。在山区或者城市环境中，有可能高增益辐射模式的效率还不如标准偶极的统一的增益。例如，当高增益天线用在了洼地或者山谷，并且GS8模块化网关在最低点，那么手机信号越弱，信号围绕山峰或者建筑物的反弹就会越强，就会发现信号很难到达信号站。或者当天线在一个斜坡上，高增益天线就会把大部分信号发送到天空中。因此，高增益天线如果用在了错误的环境中，将会使信号更加糟糕。
还有要记住的很重要的一点是，当安装了不同的天线，不能让GSM或者CDMA模块发射更强的信号，也不能让微弱信号的输入变强。那么通过改变天线，我们可以让它发送需要的信号（或者从发送方接收信号）。
5.4 八木-宇田天线
偶极天线是全方向发射，意思就是说它以环天线360度方式发射（收集）。八木-宇田天线（通常简化为八木天线）则是非常单向的。它是通过一个相当于λ/2标准偶极的收集器（发送器）元器件，在收集器后面加放一个长10%的反射元器件，并在收集器前面加放一个短10%的方向元器件实现的。
八木天线的增益，由收集器前面的方向元器件的个数决定。但是同偶极一样，增益也是以方向性为代价的。还有，因为每个元器件的启齿必须精确判定（以毫米为单位），八木天线通常用于单一频带（例如，GSM1900而没有 GSM850）
下图给出了一个八木天线的示例，以及它的方向性模式。它的增益是14 dBi，用于GSM1900。
6 信号放大器
要放大信号（接收或者发射），可使用主动放大器来增强信号。如分离器一样，您必须小心选择一款用于双向通信的放大器。但如果使用一款只设计用来放大接收信号（例如电视信号放大器）的天线放大器，那么很容易就会烧毁它
这些放大器可用如下两种方式使用：
放大器有3个连接：外部天线，内部信号，以及AC电源。放大器将来自外部天线的信号放大，然后将提高的信号发送给终端设备。同时，他们收集来自建筑物内部的设备的信号，然后通过更强的信号给外部。这些放大器的损益在10 dB 和60 dB之间。一些放大器是双频的，其它的则是单频；您需要小心选择合适的放大器来满足您的需求。
如左上图所示，放大器连接建筑物内部的天线，它可使信号到达其它终端。当你需要从手机连接GS8模块化网关的时候最有用。此类型放大器的缺点就是，内部和外部天线需要物理分离。分离通常在5米的垂直距离。
如右上图所示，放大器直接连接到GS8模块化网关（网关直接连接了分离器或者GS8或者CDMA模块）。这限制了信号所走的方向，除非去掉防止外部天线的限制。建筑物内的其它的终端（例如移动电话）不会用到放大器。
尽管图中展示了不同的天线，合适的天线是根据前面章节中所列出的因素来选择的。
7 在GS8模块化网关上查看信号强度
您可以在GS8模块化网关的Web管理用户界面（1.0.6以上的软件版本）上查看GSM或者CDMA模块接收信号的强度。如下图所示，信号强度以移动手机上相同的方式显示，是一组竖线。GSM或者CDMA模块最少有一个绿色竖线表示其正常工作。
8 结论
GS8 模块化网关为您的企业提供了多种好处，并且安装和使用非常简单。然而，您必须小心选择和放置天线。如果使用了多个GSM或者CDMA模块，那么您应该使用分离器，从而只需一个天线即可。还需要提醒您的是，因为许多放置设备的建筑物的移动信号都比较微弱，所以您可能需要在安装GS8模块化网关的地点使用一个放大器来放大信号。
注释
*1 日本和韩国不使用GSM900。
*2 一些文章更愿意使用GSM850表示800兆赫频带，因为这个频率范围在1983年第一次分配给AMPS使用的时候即是如此。
关于Zed-3
Zed-3 提供的产品使通信变得简单，高效而又低成本。对于细节的关注，使得所有的IP语音产品可以无缝的配合工作，并与其他供应商的产品或服务互通。Zed-3能为在家办公者、小型商业企业和具有多分支机构的中型企业提供全面的VoIP解决方案。Zed-3在全球范围内销售产品，目前主要分布在北美和亚洲地区。Zed-3总部位于美国加州Milpitas，在中国北京、新加坡和印度班加罗尔有区域办事处。
