GSM直放站应用中存在的问题8-29

北京东方信联科技有限公司2006年8月GSM直放站应用中存在的问题第2页共20页前言在移动通信迅速发展的今天，无论何种无线通信的覆盖区域都将产生弱信号区和盲区，而对一些偏远地区和用户数不多的盲区，要架设基站成本太高，基础设施也较复杂，为此应用成本低、架设简单，且能满足信号覆盖需要的直放站是运营商最经济的选择。随着直放站大规模的应用，也带来了越来越多的问题，如覆盖效果不好、对基站造成干扰、后期管理维护困难等。北京东方信联科技有限公司自1997年开始做移动通信直放站开发、生产和工程技术服务，安装开通了5000多套直放站工程，在实践中积累了丰富的经验，总结出了一套较为有效的解决问题办法。GSM直放站应用中存在的问题第3页共20页一、概述1、直放站的定义直放站（中继器）属于同频放大设备，是指在无线通信传输过程中起到信号增强的一种无线电发射中转设备。直放站的基本功能就是一个射频信号功率增强器。GSM直放站根据应用方式不同分为：无线直放站、光线直放站、移频直放站。GSM直放站的输出功率一般分为：0.05W、0.1W、0.5W、1W、2W、5W、10W、20W。2、直放站（与基站相比较）的主要优点1）价格便宜。同等覆盖面积时，使用直放站投资低。同功率的直放站的价格只是基站成本的20-30%。另外基站需要基础配套设施和传输资源，这部分的投资基本和基站本身的成本相当，而直放站不需要这些投资。因此综合成本直放站只是基站的10%--15%。因此直放站十分适合话务量不高的农村和郊区的覆盖。2）安装周期短。建设一个基站的周期最少要一个月，而直放站的建设周期只要一天。使用直放站可以快速满足覆盖要求，特别是解决客户投诉地区的覆盖。3）组网灵活。可以跟据网络规划的需要随时搬迁和调整，不回形成资源的浪费。二、直放站在应用中客观存在的问题GSM直放站只是一个转发设备，因此在应用中客观存在的以下几方面的问题：1、不能增加系统容量虽然直放站能够经济有效地扩大移动通信网络的覆盖范围，填补移动通信中的盲区，但在容量方面，它只是把施主基站原来容量部分转移，而不能增加容量。由于直放站扩大了施主基站的覆盖面积，这样会增加施主基站覆盖区的用户，如果原来施主基站的用户已经满负荷，开通直放站会造成部分拥塞。解决办法：选择施主基站时要选择话务负荷不重、加上直放站新增覆盖区内的用户仍能满足需求的小区做为施主基站。一旦出现过载，也可以通过基站增加载波来解决。2、直放站热噪声对基站的干扰问题直放站本身会输出底噪声，这个噪声会被基站接收，基站接收到的这个噪声一旦超过基站原有的噪声，就会引起基站接收机的灵敏度降低，从而使原基站覆盖区缩小，严重的还会GSM直放站应用中存在的问题第4页共20页引起基站告警。在直放站应用时要尽量保证这个干扰在基站本身的噪声系数意下，这样就会避免对基站的影响，或控制在可以接受范围。这个噪声的大小只和两个因素有关：直放站的噪声系数、直放站的输出功率。（对这个问题的详细分析见附件一）解决办法：选用噪声系数低的直放站设备；在满足覆盖的条件下尽量选用低功率的直放站；适当降低上行增益，使上行增益比下行增益低1-3dB。3、时延问题直放机在放大信号的同时会对信号产生一定得时延，一般无线直放站的时延小于5us，光纤和移频直放站的时延为10us。直放站的时延从理论上回带来覆盖距离的缩小。GSM数字移动通信采用TDMA时分多址技术，每载频分为8个信道分时共用，即每载频8个时隙。时隙之间的保护间隔很小，为消除手机MS到BTS的传播时延，GSM系统采用MS提前一定时间来补偿时延，时间提前量的取值范围是0～233μS，对应信号传播约70公里，由于信号一来一回是双向的，所以，GSM信号在每载频8个时隙时，空间传播距离是35km。由于无线或移频直放站的引入会使基站理论距离缩小1.5—3公里。在实际应用中基站的覆盖最远不回超过15公里，因此不会产生实际影响。光纤直放站采用光纤进行传输，光信号在光纤中传输的损耗非常小，光纤直放站信号传输的距离主要是受信号时延的限制。当引入光纤直放站延伸信号传播距离时，信号的传播时延包括了在光纤直放站上的时延和在空中传播的时延。光信号在光纤的介质中传播时，速度是无线信号在空气中传播的2/3，加上直放站的时延（大约10μS）和无线信号在空中传播时延，因此，光纤直放站距离基站最远不应该大于20km。4、对基站掉话率的影响基站的掉话可分为质差掉话、弱信号掉话、切换掉话等，如果直放站使用不当，将会更进一步的恶化掉话率。1）质差掉话是因为直放站带来额外的干扰等原因造成信号信噪比下降，从而导致通话中断。2）切换掉话则由以下因素造成：①切换参数设置不当：切换门限HO-Margin设置太高，会导致切换困难甚至切换失败；在某些特殊区域，切换时间过短也会因切换来不及完成而造成切换失败。GSM直放站应用中存在的问题第5页共20页②无线接入时信源选择不合理：覆盖系统施主天线挂高过高，接收的各信号强度相当，所选择的信源信号不占主导地位，从而发生乒乓效应，导致切换频繁乃至失败。③相邻小区关系没有做全。没有直放站时，两个小区没有重叠覆盖，因此可能没有做相邻且换关系。由于加入直放站，扩大了某个基站的范围，是这两个基站具有了重叠覆盖区，因此必须调整相邻小区参数，否则产生切换掉话。3)弱信号掉话是因为直放站扩大了施主基站的覆盖范围，如果直放站的覆盖区边缘没有其它基站的信号，在这些覆盖边缘区就会产生弱信号掉话。5、直放站上下行平衡的问题在直放站安装使用过程中，用户较关心的问题是，覆盖范围有多大，这跟下行输出功率有关，但直放站下行输出功率应该多大？是否越大越好？因为移动通信是双向的，必须考虑上下行的平衡，以下就基站与手机、直放站与手机的上下行平衡作一说明。一般来说，直放站设计输出功率比基站要低得多，对于基站，下行输出功率大致为43dBm（各厂家有所不同，ERICSSON最大为47dBm），现常用的手机上行输出功率仅33dBm，二者存在10dB左右的差值，在基站采用分集接收等手段后，上行可增加6dB左右增益，基站接收机噪声系数NBSF约2dB，手机接收机噪声系数NMSF约6dB，根据上下行平衡原理：PBS＋NBSD＝PMS＋NMSF＋6dB（分集增益）43dBm＋2dB＝33dBm＋6dB＋6dB（分集增益）下行输出虽然大于上行，但上下行是平衡的。假设直放站下行输出功率33dBm，上行接收机噪声系数NRPF约4dB，直放站没有分集接收功能，且增加直放站后，基站接收上行噪声会增加约2dB，根据上下行平衡原理：PRP＋NRPF＋△S（基站接收增加噪声）＝PMS＋NMSF33dBm＋4dB＋2dB＝33dBm＋6dB上下行是平衡的！如果直放站下行输出功率大于33dBm，则上下行将不平衡，如果上下行出现不平衡，将会：---扰乱手机的自动功率控制；---由于上下行不平衡，在覆盖区内会产生掉话，影响话务统计中的接通率和掉话率。所以国家无委明确规定直放站下行输出功率30dBm±3dBm，主要是为了上下行平衡，不至于在安装直放站后影响网络参数。GSM直放站应用中存在的问题第6页共20页实际上，直放站覆盖好坏主要体现在使用效果、设备性能指标、稳定性、不影响网络参数上，单纯追求下行的大功率是没有意义的。6、信道选择直放站不适用于全网跳频GSM直放站根据选频方式可分为两种，一种是频段选择直放站，一种是信道选择直放站。频段选择直放站是把一个频段内的直放站都放大，信道选择直放站是只放大指定的信道。信道选择直放站无论从抗干扰能力还是本身的性能都好于带宽选择直放站，但信道选择直放站最大的缺点是无法适用于全网跳频，并且随着基站信道的增加要增加载波板。GSM基站工作的方式分为三种，不跳频—载波号是固定的。基站内部跳频—基站内部的几个载波之间的载波号交换适用，用来抵抗干扰；全网跳频—基站内的任何载波按照一定规律使用多个载波号，可以大大提高频率利用率。如果系统未来几年施主基站不会参与全网跳频，建议使用信道选择直放站。如果可能参与全网跳频，建议使用带宽选择直放站，以避免将来产品更换带来的投资浪费。7、多经干扰问题由于GSM数字移动通信采用TDMA时分多址技术，每载频分为8个信道分时共用，即每载频8个时隙。GSM系统是一个全数字系统，语音和不同速率的数据的传输都要进行数字化处理。为了将原数据转换为最终信号并通过无线电波发射出去，需要经过语音编码，信道编码，交织，加密，最后经过调制等几个过程。GSM中所使用的调制是BT=0.3的GMSK技术，其调制速率是270.833kbit/s,所以我们可以计算出二进制射频数字调制方式码元的宽度为：3.7μS。系统中采用了自适应均衡器，可以获得16μS时延扩展能力。我们一般取15μS。即手机接收信号的最大时延为15μS当系统中引入直放站后，如果基站和直放站覆盖区域存在重叠，手机既能收到基站直接过来的信号，又可以收到直放站过来得信号，由于直放站本身的时延加上路径时延，当直放站的信号到达手机比基站信号到达手机延迟大于15us，直放站的信号将成为干扰信号，噪成覆盖区信号很强却无法通话。射频信号在空中速度：3.3us/Km，15us相当于4.5公里。信号在光纤中传播速度：5us/KmGSM直放站应用中存在的问题第7页共20页三、直放站工程应用中存在问题1、安装站址的选取1）对于无线和移频直放站的选址要选在施主基站覆盖区的边缘，能够收到稳定信号的地方。2）无线和移频直放站的站址最好能够直视基站，中间没有阻挡。3）直放站的覆盖方向要和施主基站的覆盖方向基本一致。4）直放站的安装位置最好是制高点，保证业务天线的高度高于覆盖区域的建筑。5）光纤直放站的远端机可以安装在需要覆盖区中心或靠近施主基站侧的边缘，避免安装在远离施主基站边缘一侧。6）直放站的站址选择的地方必须有良好的接地和防雷措施，并能提供稳定的电源。2无线直放站施主信号的选取1）在施主天线的位置，必须能接收到足够强的基站信号，要求用测试手机可以接收到大于-75dBm的信号电平。2）接收到的施主基站信号的C/I必需大于15dB。3）接收到的施主基站的信号电平必须比第二高基站信号电平高10dB。BTSMSABC无直放站：B+CA+4.5Km有直放站：B＋CA+3KMRepeaterGSM直放站应用中存在的问题第8页共20页4）接收的施主基站信号最好是直达信号，避免使用反射信号。5）施主基站要选用波束角小于35度，增益大于16dbi，前后比大于30db的专用天线。6）施主天线要对准施主基站方向，正前方要避免有阻挡。3、主信号切换频繁（即“乒乓”现象）这种现象主要是指在直放站覆盖区内，手机用户在2个或多个基站信号间反复切换。其原因是直放站天线安装不当，施主天线安装在多个基站重叠覆盖区内，接收到多个基站的信号，而且强度相近，交替占优，经直放站中继后各基站信号强度仍很接近，造成覆盖区内移动台在多个基站间频繁切换，俗称“乒乓”现象。这种情况多出现在地形复杂的山区、丘陵地带和楼群密集的城区，如图7所示。为尽量避免“乒乓”现象，工程中主要采取以下措施。改变施主天线安装位置，使施主天线对准一个基站，直到找出较强的主信号；改变直放站安装站址，尽量不要选址在基站覆盖区的交界处，以避开相邻基站的干扰；选用方向性更强的施主天线，如高增益大口径抛物面天线；采用分集接收技术。一般在测点选址时，需要使用频谱分析仪或路测仪对基站信号强度进行监测，避免在基站覆盖交叉区域和基站信号切换频繁地区安装直放站。4、越区覆盖的问题直放站在市区使用时也很容易带来越区覆盖所引入的频率干扰和切换问题。在GSM网络中，市区的基站一般比较密集，很多城市就300－500米的站间距，如果在市区中使用功率过高或者安装位置不当的直放站，很容易使基站的覆盖范围超过规划的范围，使主扇区的覆盖面积增大，两个原规划中不相连的同频小区有了连接，带来严重的同频干扰，同时也可能使原来地理上不相连的小区变成了邻小区，而在做邻区规划的时候又没有配置邻区表，带来GSM直放站应用中存在的问题第9页共20页掉话。因此在城市中使用直放站一定需