第五章直放站在移动系统中的应用

第五章直放站在移动通信系统中的应用在移动通信组网布局中，出于投资及地形地物等方面的考虑，会出现覆盖不到的地域，通常称为盲区或死角，如村镇、旅游风景区、公路、铁路、厂矿、隧道、小区、别墅等地方。而解决这些问题的最经济、最有效、最直接的方法，就是采用移动通信中继设备——直放站（Repeater），扩大和延伸基站的覆盖范围，提高现有网络设备利用率。直放站有以下几种常见类型：无线直放站、光纤直放站、移频直放站。第一节各类直放站的使用一、无线直放站1）无线直放站的概念直放站实际上就是一个同频双向放大的中继站（Repeater），用以实现接收和转发来自基站和移动用户的信号，其中有一类为无线直放站（RFRepeater）。它的主要特点是其信号的引入采用无线（射频）空间耦合方式，即通过采用施主定向天线从基站引入信号，所以直放站的站址处必须能接收到良好的基站信号。其输出信号的频率与输入信号的频率相同，故其信道是透明的。无线直放站主要由施主天线（对基站方向）、直放站主机、和用户天线（对用户方向）三个部分组成。施主天线的作用是沟通基站和直放站间的上下链路，一般采用方向性强、增益高的定向天线。用户天线用于覆盖区的信号发射和接收，一般采用定向板状天线。直放站主机包括双工滤波器（Duplex）、低噪声放大器（LNA-lownoiseamplifier）、功率放大器（PA-poweramplifier）等。前向放大器放大基站至移动台的下行信号（前向信号），反向放大器放大移动台至基站的上行信号（反向信号），由于上下行信号频率相差很大即双工间隔很大（如GSM900、CDMA800的双工间隔为45MHz），可利用双工滤波器和前端滤波器方便地将两路信号分开。室外直放站一般可获得80dB以上的增益，覆盖距基站30km以内的地区，主要为离基站不太远的村镇、公路、厂矿、旅游区等地域。无线直放站接入信源基站的方式（空间耦合）使无线直放站无需另外架设传输线路，加快了建站速度、降低了工程投资，使之具有极高的性价比，同时还具有简单、易于安装、见效快等优点。基站施主天线主机用户天线2）无线直放站建设应注意的问题（1）.信源的选取直放站信源的选取直接关系到无线直放站的整体覆盖效果。必须保证施主天线的接收信号强度足够强，以保证直放站的输出功率及信号质量。根据以往经验，直放站的接收信号电平不宜低于-75dBm。从频率角度出发，施主信源小区信号应在现场电磁环境中占主导，比相邻小区信号高6dB以上最佳，这样可以避免切换和信道间相互干扰的问题发生。另外，施主基站应该有话务容量冗余可以负担直放站覆盖区域内的话务量。（2）.选频方式无线直放站根据选频方式，可分为两种，一种是频段选频直放站，一种是载波选频直放站。电磁环境千变万化，对于电磁环境相对干净的区域，无线直放站可以采取宽带选频的方式，此类选频方式的设备投资相对较低，有较高的性价比，而且完全可以胜任覆盖；在施主信源小区不能占主导的情况下，可以采用具有优良选频特性的载波选频直放站，该类型直放站可任意选择运营商工作频带内若干个带宽200KHz的载波信号，针对性的放大施主小区信号，滤除无用小区信号，实现优质覆盖。但载波选频直放站不适合射频跳频的系统。（3）.供电方式供电方式有两种可供选择，一种为220V交流电供电，另一种为太阳能供电。对于偏远地区及电源不太稳定区域应采用交流电加电池浮充供电系统以保证直放站系统的不间断供电；对于无电源供给地区如边远山区、公路、海岛和草原等，无线直放站可以利用太阳能供电系统供电。（4）.隔离度隔离度要求是无线直放站工程中很关键的一项指标，一旦施主天线和用户天线间隔离度不能满足直放站增益的需求（隔离度小于增益），无线直放站则会产生自激。提高隔离度的办法通常是增大两付天线的垂直或水平距离，选择高前后比的天线或利用地形、地物增大隔离度。（5）.控制上行噪声基站引入直放站后造成基站上行噪声上升，使基站接收机的灵敏度下降，影响程度与直放站上行增益设置有关，增益越大影响越大，在直放站工程设计时应充分考虑到这点。将上行增益设置到最合理值，控制上行噪声电平，将其对网络的影响降到最低。原则上应保证上行噪声上升不高于2.4dB，这样才能保证不对施主基站造成大的影响。（6）.监控系统室外无线直放站做为对移动网络的补充，它在现行网络的覆盖中发挥了越来越重要的作用。由于大多数直放站安装在室外，给维护工作带来了很大的困难。监控系统能对其进行参数设置、调整，在网络维护方面起了非常重要的作用，是必不可少的一项补充。二、光纤直放站1）光纤直放站的概念光纤直放站主要由中继端机（或近端机，在基站机房内耦合信号）、光传输网络、远端机和天线系统组成。如下图所示：中继端机将基站射频信号耦合下来，并将射频信号转换成光信号；光传输网络将信号传送到远端；远端机主要包括双工滤波器（Duplex）、低噪声放大器（LNA-lownoiseamplifier）、功率放大器（PA-poweramplifier）、光端机等设备，将射频信号从光信号中解调出来，并滤波、放大；用户天线用于覆盖区的信号发射和接收，可采用全向或定向天线。前向放大器放大基站至移动台的下行信号（前向信号），反向放大器放大移动台至基站的上行信号（反向信号），由于上下行信号频率相差很大即双工间隔很大（如GSM900、CDMA800的双工间隔为45MHz），可利用双工滤波器和前端滤波器方便地将两路信号分开。光纤直放站一般可获得80dB以上的增益，主要完成为离基站较远的村镇、公路、厂矿、旅游区等地域的覆盖。该系统具有建站速度快、工程投资低，见效快等优点，具有极高的性价比。2）光纤直放站建设应注意的问题（1）.信源的选取信源的选取直接关系到整体覆盖效果。必须保证施主基站应该有话务容量冗余可以负担光纤直放站覆盖区域内的话务量。（2）.光纤的传输距离在应用GSM直放站组网时，必须考虑到系统的传输时延。理想情况下，由于时隙保护作用，移动台与基站间的距离达到35公里时仍能进行通话，但考虑到直放站本身的时延和图1-3光纤直放站的概念直接耦合方式远端机MS中继端机BTS光纤耦合器覆盖区域的时延，所以无线直放站的最大传输距离不超过25公里。由于光纤的传输时延是自由空间传输的1.5倍左右，所以光纤直放站的最大传输距离不超过15公里。（3）.供电方式供电方式有两种可供选择，一种为220V交流电供电，另一种为太阳能供电。对于偏远地区及电源不太稳定区域应采用交流电加电池浮充供电系统以保证系统的不间断供电；对于无电源供给地区如边远山区、公路、海岛和草原等，可以利用太阳能供电系统供电。（4）.安全性光纤直放站一般安装在野外，安全性十分重要。一方面要做好防雷措施，做好接地工作；整个系统一般要做好天线、馈线、主机、铁塔良好接地，接地电阻要小于5欧姆。另一方面要做好防盗措施。（5）.控制上行噪声基站引入光纤直放站后造成基站上行噪声上升，使基站接收机的灵敏度下降，影响程度与光纤直放站上行增益设置有关，增益越大影响越大，在光纤直放站工程设计时应充分考虑到这一点。将上行增益设置到最合理值，控制上行噪声电平，将其对网络的影响降到最低。原则上应保证上行噪声上升不高于2.4dB，这样才能保证不对施主基站造成大的影响。（6）.监控系统光纤直放站做为对移动网络的补充，它在现行网络的覆盖中发挥了越来越重要的作用。由于光纤直放站安装在室外，给维护工作带来了很大的困难。监控系统能对其进行参数设置、调整，在网络维护方面起了非常重要的作用，是必不可少的一项补充。三、移频直放站1）移频直放站的概念移频直放站具有无线转发、双向放大GSM基站上下行链路信号、有效扩展和填补移动通信覆盖盲区的功能。在利用直放站扩大网络覆盖的一些场合，由于受安装条件的限制，收发天线的隔离度很难保证，如公路边的电线杆、铁塔、乡村的屋顶等。这种场合使用一般的直放站，开不出足够的系统增益和输出功率，不能有效补充和延伸网络的覆盖。而移频转发系统采用移频转发技术，只需较小的收发天线隔离度，就可以输出足够的系统增益和输出功率，比较好地解决这些地域GSM网络的覆盖。移频直放站由中继端机、远端机及天线系统（包含链接天线）组成。如图所示：中继端机：通过直接或无线耦合的方式将基站射频信号（F1）耦合下来，并将射频信号转换成链接频率（F2）的信号；链接天线：将链接频率由中继端机传至远端机，IS-95系统中链接频率采用带内移频的方式（F2为800M系统中的频点），GSM系统中链接频率采用1500M公共频段、DCS1800M、1900M三种系统的频率作为链接频率；远端机将链接频率（F2）的信号转换成原射频信号（F1）并滤波、放大；用户天线用于覆盖区的信号发射和接收，可采用全向或定向天线。移频直放站一般可获得较高的增益（直接耦合增益最大为27dB，无线耦合增益可获105dB的增益），主要完成为离基站较远的村镇、公路、厂矿、旅游区、住宅小区等大型地域的覆盖。该系统具有建站速度快、工程投资低，见效快等优点，具有极高的性价比。2）移频直放站建设应注意的问题（1）.信源的选取选取信源基站时必须保证施主基站应该有话务容量冗余，避免因引入移频直放站系统而导致网络拥塞。同时，GSM900M系统的移频直放站多为2载频设备，当需覆盖话务量较高的大型区域时，可以采用并联主机的方式达到扩容的目的。并联方式如下：（2）.链接频率的选取链接频点的选取需与运营商协调，这样既不会扰乱运营商的频率规划又可以尽量避免系统间的干扰。同时，两个链接频点之间至少要相差5个频点（1MHz），而且确保没有邻频、同频干扰。频点选取需进行扫频测试。（3）.供电方式供电方式主要为220V交流电供电，远端机还可以外接蓄电池供电。（4）.安全性移频直放站一般安装在室外，安全性十分重要。一方面要做好防雷措施，做好接地工作；整个系统一般要做好天线、馈线、主机、铁塔良好接地，接地电阻要小于5欧姆。另一方面要做好防盗措施。（5）.控制上行噪声基站引入光纤直放站后造成基站上行噪声上升，使基站接收机的灵敏度下降，影响程度与光纤直放站上行增益设置有关，增益越大影响越大，在光纤直放站工程设计时应充分考虑到这一点。将上行增益设置到最合理值，控制上行噪声电平，将其对网络的影响降到最低。原则上应保证上行噪声上升不高于2.4dB，这样才能保证不对施主基站造成大的影响。（6）.监控系统移频直放站做为对移动网络的补充，它在现行网络的覆盖中发挥了越来越重要的作用。由于光纤直放站安装在室外，给维护工作带来了很大的困难。监控系统能对其进行参数设置、调整，在网络维护方面起了非常重要的作用，是必不可少的一项补充。基站BTSBTS移频转发近端机F1F2ANTF1近端机F1远端机合路器合路器合路器远端机2CH2CH4CH4CH2CH2CH4CH衰减器衰减器PBTS-Noise+PREP-INjPBTS-NoiseΔFBTS-rise=10log[]（dB）第二节单台直放站引入的干扰由于电子器件存在热噪声，直放站在正常工作时不可避免会有噪声电平输出，其输出的噪声电平为：PREP-Noise=10log（K、T、B）+FREP+GREP（dB值）式中PREP-Noise——直放站上行输出噪声电平；K——波尔兹曼常数（1.38×10-23）；T——噪声温度，可取295K（绝对温度）；B——GSM载波信号带宽，0.2MHz；Frep——直放站噪声系数（dB）；Grep——直放站上行增益（dB）；直放站上行输出的噪声电平PREP-Noise经过上行路径损耗后发送到基站，在基站接收机输入端注入直放站的噪声，引入到基站的噪声电平为Prep-inj=Prep-Noise–Ld（dB）式中Ld：从直放站上行输出端口到基站接收端口的路径损耗（dB）。由于直放站噪声的引入，在基站输入端的总输入噪声将是基站噪声与引入的直放站噪声之和，如下式所示：PBTS-Noise-Total=PBTS-Noise+Prep-Inj式中PBTS-Noise=10log（K、T、B）+FBts为基站输入端噪声电平（dB）；FBts：基站的噪声系数（