直放站對無線網(wǎng)絡的影響分析

劉彥飛　余成波　曾廣理

摘 要：直放站在無線通信網(wǎng)絡中的廣泛應用,成功解決了盲區(qū)覆蓋,信號弱等問題,但也對無線網(wǎng)絡產(chǎn)生了多方面的影響,其主要表現(xiàn)在對網(wǎng)絡信號的干擾,以及對小區(qū)的覆蓋半徑和容量的影響。就直放站對無線網(wǎng)絡產(chǎn)生的各方面的影響進行了具體的分析,并對各種干擾方式給出了可行的解決方案,在工程的實施過程中具有良好的指導作用。

關鍵詞：直放站；無線網(wǎng)絡；信號；干擾

中圖分類號：TN915 文獻標識碼：B

文章編號：1004-373X(2009)01-058-03

Impact of Repeater on Wireless Network and Related Analysis

LIU Yanfei1,YU Chengbo1,ZENG Guangli2

(1.Remote Test and Control Institute,Chongqing Institute of Technology,Chongqing,400050,China;2.Guangzhou Comba,Dongguan,523000,China)

Abstract：The repeater is widely used in the wireless network communication,which has successed to solve the problem on signal blind area,signal weake.But it also brouings various aspect impact on the wireless network,the main is that interference to the signal of network,and impact on the areola cover radius and capability.A specific analysis on various impact after the introduction of repeater,and the suggestion is given to solve the problem,which guided well in the course of the project implement.

Keywords：repeater;wirless network;signal;interference

在無線通信網(wǎng)絡中,直放站作為一種信號的中繼放大器,因為其安裝簡單,能迅速擴大網(wǎng)絡覆蓋范圍,改善現(xiàn)有網(wǎng)絡的覆蓋質(zhì)量,提升話務量,提高基站設備的利用率,還能承擔小區(qū)忙時的話務分流,并且其建設成本遠遠低于基站的建設成本,因此在現(xiàn)代無線通信中各種直放站［1］得到了廣泛的應用。與此同時,直放站的存在也對無線網(wǎng)絡產(chǎn)生了一系列的影響。通過直放站對無線網(wǎng)絡的影響分析,將有助于更合理地在無線網(wǎng)絡中使用直放站,克服直放站對網(wǎng)絡產(chǎn)

生的影響,充分發(fā)揮其優(yōu)越性,有效地為網(wǎng)絡覆蓋服務。

1 對網(wǎng)絡信號干擾的分析

1.1 產(chǎn)生干擾的原因

直放站的站址選擇不合適,各路載波參數(shù)設置不合理都會造成對基站的干擾,直放站干擾基站的常見原因主要有:

(1) 上行輸出噪聲干擾

直放站實際上是一個全雙工,線性的射頻放大設備,在移動通信網(wǎng)絡中的基本作用是對前向和反向信號再放大。在放大有用信號的同時也必然會引入一定的噪聲。即使不放大任何有用信號,也會發(fā)射干擾信號,因此它本身就相當于一個帶內(nèi)干擾源,上行輸出噪聲也會干擾基站。

(2) 放大器線性不好(交調(diào)過大)

當有2個(或2個以上)信號通過一個非線性電路系統(tǒng)時,這些信號便會相互調(diào)制產(chǎn)生互調(diào)信號,階數(shù)越高互調(diào)信號幅度越小。三階互調(diào)的兩種模型2f1-f2,2f2-f1,因其頻率通常會落在通帶內(nèi),對通信系統(tǒng)的影響最大。

(3)下行交調(diào)產(chǎn)物串入上行干擾基站

由于放大器的線性不好,導致的交調(diào)產(chǎn)物串入上行對基站產(chǎn)生干擾。

(4) 收發(fā)天線隔離不夠,系統(tǒng)自激

當施主天線和覆蓋天線隔離度小于直放站的下行增益G時,施主天線從施主基站接收的下行信號,經(jīng)過增益為G的直放站放大后,由覆蓋天線發(fā)出去。一部分信號再經(jīng)過覆蓋天線的副瓣耦合到施主天線的副瓣,再經(jīng)過直放站的放大。這樣無線同頻直放站就形成一個潛在的正反饋環(huán)路,產(chǎn)生自激,帶來下行干擾。

1.2 各類型干擾的具體分析

1.2.1 同一系統(tǒng)間的干擾

直放站作為無線網(wǎng)絡覆蓋的延伸,以較高的性價比實現(xiàn)了基站覆蓋不到的區(qū)域的信號覆蓋［2］。但同時也對所在系統(tǒng)產(chǎn)生了一些影響：引起了鄰區(qū)重疊混淆；在擴大了覆蓋范圍的同時增加多徑干擾；在CDMA系統(tǒng)中,如果直放站規(guī)劃不當可能會引入導頻污染或?qū)ьl混淆,導致通話質(zhì)量差,易掉線。為了避免導頻混淆,在網(wǎng)絡的規(guī)劃階段,應根據(jù)覆蓋區(qū)域周圍基站的分布,定量的計算分析是否會產(chǎn)生導頻混淆或?qū)ьl干擾。如果導頻混淆和導頻污染已經(jīng)產(chǎn)生,則可以通過調(diào)整該小區(qū)引起導頻的天線,或者修改修改小區(qū)的導頻參數(shù)的配置。

在GSM系統(tǒng)中,當直放站覆蓋的區(qū)域與其他小區(qū)重疊覆蓋時,可能導致同頻或鄰頻干擾［3］。

同頻干擾是指無用信號的載頻與有用信號的載頻相同,無用信號就對接收同頻有用信號的接收機造成了干擾［4］。FDD廣泛用于無線通信,在話務量較高的區(qū)域,小區(qū)的覆蓋半徑較小,同頻復用的系數(shù)增加,很容易產(chǎn)生同頻干擾,對通話質(zhì)量將產(chǎn)生很大的影響。

領頻干擾是指干擾臺鄰頻道功率落入接收鄰頻道接收機通帶內(nèi)造成的干擾。當鄰近小區(qū)中存在與本小區(qū)工作信道相鄰的信道或由于外因要求基站小區(qū)的實際覆蓋范圍比設計要求范圍大,則會引起鄰頻道干擾。當鄰頻道的載波干擾比C/I小于某個特定值時,就會直接影響到手機的通話質(zhì)量,嚴重的就會產(chǎn)生掉話或使手機用戶無法建立正常的呼叫。

同頻干擾的解決辦法：由于直放站是對網(wǎng)絡中一個扇區(qū)信號的放大,需要從整體考慮來配置同頻小區(qū)的同頻頻率；也可通過增加兩個同頻小區(qū)間的間距來降低干擾；此外也可以通過降低移動臺和基站的放射功率,降低同頻干擾。

鄰頻干擾的解決辦法：對頻率規(guī)劃進行優(yōu)化調(diào)整；對帶通濾波器進行特性調(diào)整。

當然,對同頻干擾的解決方法也同樣適用于鄰頻干擾。

1.2.2 不同系統(tǒng)間的干擾

不同系統(tǒng)間存在的干擾,可以從其頻率的關系,接收機與發(fā)射機的具體特性來進行分析。直放站引入無線通信網(wǎng)絡后,產(chǎn)生的干擾可以分為雜散干擾、阻塞干擾和互調(diào)干擾。

雜散干擾 雜散干擾是一種加性干擾,是干擾源產(chǎn)生在被干擾頻段的噪聲發(fā)射機的諧波或雜散輻射在接收有用信號的接收機通帶內(nèi)造成的干擾。CDMA 直放站在890 MHz附近的帶外發(fā)射信號,由于與GSM的上行頻率很接近,將導致GSM信噪比下降,服務質(zhì)量惡化。

互調(diào)干擾 也稱為交調(diào)干擾,當多個強信號同時進入接收機時,在接收機前端非線性電路作用下產(chǎn)生互調(diào)頻率,互調(diào)頻率落入接收機頻帶內(nèi)造成的干擾,稱為互調(diào)干擾。兩系統(tǒng)間可能產(chǎn)生的互調(diào)有：二階互調(diào),三階互調(diào),五階互調(diào)等。在CDMA系統(tǒng)中使用的多載頻,以及系統(tǒng)的非線性都會導致互調(diào)干擾［5］(如圖1所示)。

圖1 交調(diào)干擾

阻塞干擾 當接收機接收微弱的有用信號時,受到帶外的強信號引起的接收飽和失真造成的干擾,稱為阻塞干擾。阻塞干擾的產(chǎn)生與GSM接收機的通帶外抑制能力,CDMA的載波發(fā)射功率、接收機濾波器特性等相關［6］。阻塞干擾將導致 GSM 的接收機將因飽和而無法工作(如圖2所示)。

圖2 阻塞干擾

1.2.3 降低各種干擾的方法

降低雜散干擾的方法：可以在干擾系統(tǒng)的發(fā)射機端增加濾波器來消除,發(fā)射機濾波器消除被干擾系統(tǒng)接收機信號頻段范圍里的雜散電平到系統(tǒng)要求的最大隔離度(如圖3所示)。

圖3 降低雜散干擾示意圖

降低互調(diào)干擾和阻塞干擾的辦法：CDMA系統(tǒng)中,直放站對GSM網(wǎng)絡的互調(diào)干擾和阻塞干擾都可以在GSM系統(tǒng)接收機濾波器里消除,接收機濾波器消除干擾系統(tǒng)發(fā)射機頻段范圍里的信號電平到系統(tǒng)要求的最大隔離度即可。其中文獻［7］給出了幾種解決互調(diào)干擾的具體措施(如圖4所示)。

1.3 干擾對網(wǎng)絡服務產(chǎn)生的影響

直放站對網(wǎng)絡構(gòu)成干擾后,直接影響到網(wǎng)絡的服務質(zhì)量,由于直放站對網(wǎng)絡的干擾而產(chǎn)生的主要影響有：覆蓋區(qū)域內(nèi),用戶的掉話率較高；對于移動速度較快的用戶在小區(qū)間的切入成功率降低；直放站的上行質(zhì)差,切換比例大,切換頻度高等。

圖4 降低互調(diào)、阻塞干擾示意圖

2 對小區(qū)覆蓋半徑和容量的影響

2.1 密集市區(qū)中施主基站的覆蓋半徑

當直放站引入無線網(wǎng)絡后,對其施主基站覆蓋范圍會產(chǎn)生一些影響。以廣州為例,室外基站傳播模型可用公式：

Lp=K1+K2log d+K3(hm)+K4log(hm)+

K5log(h eff)+K6log(h eff)+K7+K clutter

其中：Lp為路徑損耗；hm為移動臺天線高度;h eff為基站天線高度;K1為衰減常數(shù)；

K2為距離衰減系數(shù)；

K3,K4為移動臺天線高度修正系數(shù)；

K5,K6為基站天線高度修正系數(shù)；

K7為繞射修正系數(shù)；

K clutter為不同地物決定的修正系數(shù)。

對于密集市區(qū)而言,CS和PS四種業(yè)務的小區(qū)半徑如表1所示。其中,CS(Circuit Service)包含電路型voice和data業(yè)務；PS是Packet Service業(yè)務,就是分組數(shù)據(jù)業(yè)務。

當直放站引入無線網(wǎng)絡后,會引起基站的上行噪聲的抬升,從而使得基站接收機的靈敏度下降,靈敏度下降將直接影響小區(qū)的容量和基站的覆蓋半徑。以下利用廣州的室外基站傳播模型計算了小區(qū)覆蓋半徑和與沒有直放站時覆蓋半徑的相對比值。如表2所示,它是以密集城區(qū)為例。

表2中列出了在不同的ΔF BTS-rise下的覆蓋半徑, 表2中相對比例(A)是由表1和 表2的覆蓋半徑得出,即A=(R2/R1)×100%。由表1和表2可見直放站的引入對覆蓋半徑產(chǎn)生了較大的影響。

表1 四種業(yè)務的小區(qū)半徑

參數(shù)

CSPS

AMR12.2CS64PS64PS128

移動臺天線高度 /m1.51.31.31.3

接收機天線高度 /m30303030

最大允許路徑損耗 /dB125.2122.5124.5122.0

小區(qū)半徑R1 /km0.434 50.337 40.394 70.326 4

2.2 對小區(qū)容量的影響

無線網(wǎng)絡容量由基站數(shù)量和基站容量兩個因素決定,基站的容量則與以下因素相關：載頻數(shù)量;業(yè)務種類;服務質(zhì)量。

小區(qū)容量受到本基站、相鄰基站和小區(qū)內(nèi)的所有移動臺的發(fā)射功率產(chǎn)生的干擾限制,是受干擾限制的系統(tǒng)［8,9］。

直放站的引入,提高了話務量,而新鍵一個呼叫就提高了干擾噪聲電平,用戶發(fā)出的每一個信號,對于其他信號來說都是干擾信號,也即每一信號都淹沒在其他發(fā)射機產(chǎn)生的寬帶干擾信號之中。當新增用戶不再有足夠的功率來克服其他移動用戶產(chǎn)生的干擾時,便達到了系統(tǒng)的上行容量極限。

比特所接受的能量與用戶的噪聲密度比直接影響小區(qū)的系統(tǒng)容量。Eb/No,而直放站的引入帶來的鄰區(qū)干擾,也會影響其比值,影響小區(qū)容量。

3 結(jié) 語

隨著3G技術的推廣,直放站在3G網(wǎng)絡中也將發(fā)揮巨大的作用［10］,同樣應該值得注意的是,直放站在3G網(wǎng)絡中依然會對3G網(wǎng)絡產(chǎn)生上述的干擾,因此在網(wǎng)絡規(guī)劃與優(yōu)化的過程中,直放站對無線網(wǎng)絡的影響的具體分析將具有十分重要的意義。

表2 室外基站傳播模型計算了小區(qū)覆蓋半徑和與沒有直放站時覆蓋半徑的相對比值

業(yè)務類型

ΔF BTS-rise=0.5 dB

ΔF BTS-rise=1 dB

ΔF BTS-rise=1.5 dB

ΔF BTS-rise=2 dB

ΔF BTS-rise=2.5 dB

ΔF BTS-rise=3 dB

覆蓋半徑R2 /km相對比例(A)覆蓋半徑R2 /km相對比例(A)覆蓋半徑R2 /km相對比例(A)覆蓋半徑R2 /km相對比例(A)覆蓋半徑R2 /km相對比例(A)覆蓋半徑R2 /km相對比例(A)

CS12.20.417 296.02%0.401 792.45%0.386 989.04%0.372 685.75%0.358 882.58%0.345 579.52%

CS640.325 996.59%0.313 893.01%0.302 289.57%0.291 086.25%0.280 383.08%0.269 979.99%

PS640.378 996.00%0.364 992.45%0.351 489.03%0.338 485.74%0.325 982.57%0.313 879.50%

PS1280.313 896.14%0.302 292.59%0.291 089.15%0.280 385.88%0.269 982.69%0.259 979.63%

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作者簡介劉彥飛 男,1985年出生,湖北天門人,碩士研究生。主要從事信號的獲取與處理研究。

余成波 1965年出生,教授,工學博士,中北大學兼職博士研究生導師,西安交通大學、北京理工大學等4所高校兼職碩士研究生導師,獲國家科技進步二等獎1項、省部級科技成果三等獎3項。主要研究領域為信息獲取與處理技術。