移动通信直放站系统

工程技术培训移动通信直放站系统编制张跃良京信通信系统（广州）有限公司（2002年11月）2移动通信网络存在的问题近几年来，移动通信在我国发展迅速，两大网络运营商——中国移动和中国联通的竞争态势基本形成，移动通信用户的数量上升迅猛，使得网络容量和频率资源日现紧张。为了适应这种情况和提高服务质量，两大网络运营商也进行了大规模的网络扩容和优化工作。但即使这样，移动通信网络仍存在各种急需解决的问题。在各种问题中，最明显的是由于网络运营商在组网布局时，出于经费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。即使不考虑经费问题，也不可避免的会出现盲区和信号分配不均或信号太弱或干扰严重等问题，室内的如城市中的高层建筑、展览大厅、大型写字楼、酒店、商场、机场、地铁车站、地下室等，室外的如村镇、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基本、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），来达到信号覆盖、信号增强、信号均匀分配的目的，扩大和延伸基站的覆盖范围，提高覆盖质量，以此建立基站（BS）与移动台（MS）之间的可靠的、高质量的通信。直放站的概念那么，什么是直放站呢？直放站实际上就是一个同频双向放大的中继站（Repeater），通过它把基站的部分信道引过来，以实现接收和转发来自基站和移动用户的信号。其中有一类称为无线直放站（RFRepeater）的，主要由施主天线（也叫反向天线，对基站方向）、直放站主机、和用户天线（也叫覆盖天线或前向天线，对用户方向）三个部分组成，如图1-1所示。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，一般采用全向天线或方向性板状天线。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。直放站一般可获得80dB左右的增益，覆盖距基站35km以内的地区。直放站的优点是经济、LANPALANPA施主天线用户天线双工器双工器滤波器滤波器前端滤波器前端滤波器下行（前向）上行（反向）图1-1直放站的组成部分直放站主机3简单、可靠、易于安装等。直放站的类型很多，比较流行的有无线直放站（RFRepeater）、光纤直放站（Fiberopticrepeater）、微蜂窝外置功放（MicrocellularPA）、室内信号分布系统（Indoordistributionsystem）等。我公司在这方面的产品比较齐全，各种类型的直放站都有其丰富的产品系列，室外的有R-9000（8000）无线系列、RA-1000光纤系列和M-4000AP微蜂窝功放；室内的有RS-2000无线系列、RS-5000光纤系列和M-4000功率直放机（干线放大器）系列，还有配套的天线系列和无源器件系列。横贯GSM900系统、DCS1800系统和CDMA800系统。（见表一）表一直放站的产品分类分类室外室内直放站类无线射频类R-9000GSM系列：R-9122AC载选R-9122AS太阳能R-9110AC频选R-9110AS太阳能RS-2000系列GSM：RS-2122载选RS-2110频选RS-2110E电梯R-8000CDMA系列：R-8122AC载选R-8110AC（）CDMA：RS-2080（）光纤类RA-1000系列：RA-1000A/AW（载选/频选）GSMRS-5000系列：RS-5110GSM900系统RS-5180GSM+DCS系统RA-1080/1080-II(载选)CDMARS-5080CDMA/兼容GSM×直放机类（M-4000系列）M-4000APGSM微蜂窝功放干线放大器系列：M-4000B-CGSM带监控M-4180B-CDCS带监控M-4080CDMA/兼容GSM下面就直放站的类型从概念上作一简单介绍。1．2．1无线直放站的概念无线直放站的主要特点是其信号的引入采用无线（射频）空间耦合方式(RFspacecoupling)，即通过采用施主定向天线从基站引入信号的方式，所以直放站的站址处必须能接收到良好的基站信号，如图1-2所示。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；其施主和用户天线一般采用定向天线。主要用来覆盖离基站不太远的村镇、公路、厂矿、旅游区等地域，工程安装选点时由于收发天线距离较近需要考虑满足收发天线的隔离度要求。适用于这种情况的公司产品有R-9000GSM（8000CDMA）系列。图1-2无线直放站的概念MSBSRepeaterDTMT施主天线覆盖天线空间耦合方式finfoutfin=fout41．2．2光纤直放站的概念光纤直放站的主要特点是其信号的引入采用基站直接耦合方式（BSdirectcoupling），即通过采用大功率耦合器（Coupler）从基站收发信机（BTS）引出信号的方式，如图1-3所示（也可采用如图1-2所示的空间耦合方式）。从基站引出的信号经过光中继端机完成电/光（E/O）转换后，经过空闲光纤将光信号传输到光远端机，由光远端机完成光/电（O/E）转换后，将信号经天线发射出去。当然，信号的传输是双向的，也是透明的。所以，光纤直放站是由光中继端机（Opticalrepeater或Mainunit）和光远端机(Remoteunit)两部分组成的，而且，一个光中继端机可连接多个远端机，同时覆盖多个区域。其传输距离可达35km，主要用于覆盖无法接收到空间信号且离基站较远的村镇、旅游区、公路等地区，达到扩大基站覆盖范围的目的。设备安装不存在收发天线的隔离问题，选点方便，主要考虑从中继端机到远端机之间有没有空闲光纤。适用于此种情况的产品有RA-1000系列，既有GSM产品RA-1000A/AW，也有CDMA产品RA-1080/RA-1080-II。1．2．3室内天馈分布系统的概念城市中建筑物内由于建筑屏蔽、隔墙、楼层、信号多路径衰落等的影响，信号将变得更加复杂，如底层、地下室的盲区、室内信号场强分布不均、信号太弱等问题，又如在20层以上的高层建筑中存在的“孤岛效应”（指在高层建筑的顶部区域，信号的同频干扰、邻频干扰严重，致使手机无法登录的现象）和“乒乓效应”（指在高层建筑的中部区域信号强度比较理想，但是缺少主导信号，致使手机通话时切换频繁，容易掉话，造成通话困难的现象），严重影响通信质量。针对这些情况，可采用室内信号分布系统，将信号送达建筑物内的各个区域，以使信号得到均匀的覆盖或增强。室内信号分布系统可分为射频分布系统（RFdistributionsystem）和光纤分布系统（Fiberopticdistributionsystem）。下面先介绍射频分布系统。射频分布系统即为天馈分布系统（A/Tdistributionsystem）。无源天馈分布系统主要由无源器件组成，即由不同规格的耦合器（Coupler）、功分器（Powersplitterordivider）、电缆馈线和各种室内用天线等组成。如图1-4所示。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5无源的天馈分布系统一般用来覆盖十几层楼左右的建筑，当建筑物较大时，很难满足覆盖的要求。故对大型写字楼、高层酒店、大型商场、展览馆、地下建筑、机场等，往往采用加入干线放大器(功率直放机Powerbooster)来放大主干电缆的信号，以补偿主干电缆的损耗，提高信号电平，延伸覆盖范围。在图1-4中，信号的引入采用从基站或微蜂窝基站直接耦合的方式（适用于话务量大的十几层楼的情况）；也可采用八木天线从附近基站空间耦合方式引入信号，但须经过室内无线直放站RS-2000系列产品进行放大后，再经射频分布系统对信号进行分布（适用于话务量小的小型建筑物如餐厅、商场、地下室、别墅等的室内信号覆盖）。如建筑物更大型时，则加入干线放大器M-4000系列产品对信号加以延伸。1．2．4室内光纤分布系统的概念光纤具有传输损耗小、布线方便、传输距离远的特点，而电缆的损耗大、室内布线困难、不适用于长距离传输。故对大型或超大型的写字楼、高层酒店、大型商场、展览会馆、地下建筑、隧道、机场等区域的室内信号覆盖，可采用光纤分布系统。如图1-5所示。图中主机从基站收发信机直接耦合信号，我公司的RS-5110/5180系列产品的主机可带4个接口单元，每个接口单元通过光纤的传输可带4个光远端机，每个光远端机有4个双工射频口，共有64个射频输图1-5光纤分布系统的概念电源监控单元接口单元D接口单元C接口单元B接口单元A主单元CombaCombaCombaComba远端单元远端单元远端单元远端单元光纤GSM900/1800室内覆盖GSM900BTSGSM1800BTS图1-4射频分布系统的概念BTSRS-2000无线接入基站直接接入耦合器干线放大器耦合器二功分器吸顶天线或M-4000B-C/M-4180B-C壁挂天线吸顶天线二功分器二功分器耦合器耦合器吸顶天线延伸部分十七层十八层二十层八木天线功分器十九层壁挂天线6出口对信号进行分布。而且每套系统可扩展为2台主机，可达128个射频输出口。直放站应用的三要点在具体的直放站应用中，只要从三个方面去考虑问题，就会使应用问题变得简单，这三个方面分别是：直放站和信源基站之间的接入方式、主机的选用即中继方式、和信号的覆盖方式。1．3．1接入方式直放站和信源基站之间的接入有两种典型的方式：无线（射频）空间耦合方式（见图1-2所示）和基站直接耦合方式（见图1-3所示，也称有线接入方式）。前者是通过采用施主定向天线从基站引入信号的方式；而后者是通过采用大功率耦合器从基站收发信机引出信号的方式，分为宏蜂窝基站接入和微蜂窝基站接入的两种接入方式。一般来说，空间耦合方式适用于无线直放站类，包括室内的和室外的产品，如RS-2000系列和R-9000（8000）系列。有时也可用于室外光纤直放站即RA-1000系列产品（如RA-1000A-LW中继端机）。而直接耦合方式则适用于室内、外的光纤直放站RS-5000系列产品、RA-1000系列产品和射频分布系统，可从基站或微蜂窝基站直接接入。直放站和信源基站之间的接入方式解决的是如何取得信号的问题，对工程技术人员来说，需要掌握和了解信源基站的特性、施主天线的特性、大功率耦合器的特性和通过一些基本的勘测方法（如采用TEMS测试手机的勘测方法）去获得所需的信源基站的参数——包括BCCH(广播控制信道)、TCH(话音业务信道)、BSIC（基站识别码）、LAC（位置区域码）、CI（小区识别码）、使用载频数目、载频频点、跳频方式以及基站小区的名称、方位、距离等，观察其接收信号电平（RxLev）、接收质量等级即通话品质（RxQual）和邻近频道（NeighbourCells）等的情况。1．3．2中继方式（主机选用）在确定了与基站的接入方式后，就可选定具体的主机类型，即确定中继方式。中继方式可分为：室外无线直放站主机（R-9000GSM、R-8000CDMA系列）、室外光纤直放站中继端机（RA-1000GSM、CDMA系列）、室外微蜂窝功放M-4000AP（适用于提升微蜂窝下行输出功率，扩大覆盖半径）、和室内无线直放站主机（RS-2000GSM、CDMA系列）、室内光纤直放站中继端机（RS-5000GSM、DCS、CDMA系列）等五大系列主机产品，当然每一系列中又有对应于不同应用情况的各种产品，见表二。主机的选用即中继方式的确定主要解决的是信号的放大和传输问题。由于中继设备种类繁多，要正确的选择和使用它们，工程技术人员必须了解各种设备的性能特点、原理组成、指标参数、工作条件、安装条件和适用情况等。1．3．3覆