直放站在移動(dòng)通信中的應(yīng)用

牛保疆

摘要：目前，2G通信直放站已經(jīng)在國(guó)內(nèi)得到了重要的應(yīng)用，現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外已有不少運(yùn)營(yíng)商已紛紛推出正式商用的3G移動(dòng)通信直放站，相信在3G到來的時(shí)候，直放站會(huì)對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)起到更重要的補(bǔ)充作用。

關(guān)鍵詞；網(wǎng)絡(luò)覆蓋；直放站

隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，城市的室內(nèi)覆蓋已不存在問題，覆蓋的重點(diǎn)也逐漸向山區(qū)、高速公路等高難度覆蓋區(qū)域轉(zhuǎn)移。直放站以其靈活簡(jiǎn)易的特點(diǎn)成為解決簡(jiǎn)單問題的重要方式。 本文通過對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題的分析，討論了直放站在移動(dòng)通信中的重要作用及應(yīng)用。

1 直放站的定義

直放站（又叫中繼器）屬于同頻放大設(shè)備，是指在無線通信傳輸過程中起到信號(hào)增強(qiáng)的一種無線電發(fā)射中轉(zhuǎn)設(shè)備。無論是GSM直放站、CDMA直放站還是3G直放站，其原理是基本相同的。直放站的基本功能就是一個(gè)射頻信號(hào)功率增強(qiáng)器。

2 直放站的分類

2.1從傳輸信號(hào)分有GSM直放站、CDMA直放站和3G直放站

2.1.1 GSM移動(dòng)通信直放站是為消除GSM900MHz/1800MHz頻段移動(dòng)通信網(wǎng)的小范圍信號(hào)盲區(qū)或弱信號(hào)區(qū)而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的通信設(shè)備。被廣泛應(yīng)用于地下商場(chǎng)、停車場(chǎng)、地鐵、隧道、高層建筑的辦公室等基站信號(hào)所無法到達(dá)的信號(hào)盲區(qū)，同時(shí)對(duì)于消除城市因受高樓大廈影響而產(chǎn)生的室外局部信號(hào)陰影區(qū)或邊遠(yuǎn)郊區(qū)個(gè)別村鎮(zhèn)的弱信號(hào)區(qū)也具有相當(dāng)好的覆蓋效果。

2.1.2 CDMA直放站可以擴(kuò)大CDMA基站的覆蓋范圍，大大節(jié)省CDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的投資(一個(gè)CDMA直放站的投資約為一個(gè)CDMA基站的十分之一)。特別是在高層樓宇、地下(如地鐵)、以及盲區(qū)等特殊環(huán)境下，CDMA 直放站將充分發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)。由于各種地理環(huán)境和用戶的要求不同，所需的CDMA直放站的類型也不同。

2.1.3 CDMA直放站是為了消除移動(dòng)通信網(wǎng)覆蓋盲區(qū)或弱信號(hào)，延伸基站信號(hào)覆蓋的一種中繼設(shè)備，它能解決消除城市因受高樓大廈影響而產(chǎn)生的室外局部信號(hào)陰影區(qū)，地下停車場(chǎng)、地下隧道、商場(chǎng)、電梯等基地?zé)o法到達(dá)信號(hào)的盲區(qū)，提高了覆蓋范圍增強(qiáng)了信號(hào)覆蓋延伸。

2.1.4 與傳統(tǒng)的2G無線通信系統(tǒng)相比，由于3G無線通信系統(tǒng)主要使用的頻段在2000MHz附近，根據(jù)電波傳播衰減規(guī)律，顯然3G的無線信號(hào)比2G的無線信號(hào)衰減得更快。這樣，在同等功率情況下的3G基站和直放站的覆蓋范圍都比2G的要小。所以在達(dá)到與2G網(wǎng)絡(luò)同等的覆蓋水平時(shí)，需要更多的直放站來完成網(wǎng)絡(luò)覆蓋。由此我們可以預(yù)期，在即將到來的3G無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)高潮中，直放站也必然仍將扮演著重要的角色。

2.2 從傳輸帶寬來分有寬帶直放站和選頻（選信道）直放站

2.2.1 GSM移動(dòng)通信寬帶直放站的主要特點(diǎn)：

高的系統(tǒng)增益且增益連續(xù)可調(diào)；采用先進(jìn)的數(shù)字濾波技術(shù)，帶外抑制特別好；全雙工工作，很高的上/下行隔離度；兩端口標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，安裝極為方便；內(nèi)置電源且設(shè)計(jì)有電源保護(hù)系統(tǒng)和免維護(hù)備用電源接口；采用ALC技術(shù)，輸出電平連續(xù)可調(diào)，穩(wěn)定可靠；可選智能監(jiān)控，故障自動(dòng)報(bào)警及遠(yuǎn)程維護(hù)；高線性功放，性能穩(wěn)定等。

2.2.2 GSM移動(dòng)通信頻帶選擇直放站的主要特點(diǎn)：

高的系統(tǒng)增益且增益連續(xù)可調(diào)；全雙工工作，很高的上/下行隔離度；中心頻率和帶寬任意可調(diào)，滿足不同客戶要求，帶外抑制好，不同營(yíng)運(yùn)商之間的信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生相互干擾；內(nèi)置電源且設(shè)計(jì)有電源保護(hù)系統(tǒng)和免維護(hù)備用電源接口；兩端口標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，安裝極為方便；采用PLL控制技術(shù)的選頻模塊，性能穩(wěn)定可靠，噪聲系數(shù)低等。

2.3 從傳輸方式來分有無線直放站、光纖直放站和移頻傳輸直放站

2.3.1 無線傳輸直放站

下行從基站接收信號(hào)，經(jīng)放大后向用戶方向覆蓋；上行從用戶接收信號(hào)，經(jīng)放大后發(fā)送給基站。為了限帶，加有帶通濾波器

2.3.2 光纖傳輸直放站

將收到的信號(hào)，經(jīng)光電變換變成光信號(hào)，傳輸后又經(jīng)電光變換恢復(fù)電信號(hào)再發(fā)出。

2.3.3 移頻傳輸直放站

將收到的頻率上變頻為微波，傳輸后再下變頻為原先收到的頻率，放大后發(fā)送出去。

3 直放站的應(yīng)用

直放站可以擴(kuò)大服務(wù)范圍，消除覆蓋盲區(qū)，如高山，建筑物，樹林等阻擋物而形成的信號(hào)盲區(qū)；在郊區(qū)能夠增強(qiáng)場(chǎng)強(qiáng)，擴(kuò)大郊區(qū)站的覆蓋；沿高速公路架設(shè)，增強(qiáng)覆蓋效率；還可以解決室內(nèi)覆蓋，如大型建筑物內(nèi)信號(hào)衰減信號(hào)盲區(qū)、地下商城、遂道等衰減信號(hào)盲區(qū)；另外 ，將空閑基站的信號(hào)引到繁忙基站的覆蓋區(qū)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)疏忙等。

3.1 公路、郊區(qū)重點(diǎn)農(nóng)村的覆蓋

隨著社會(huì)的發(fā)展，高速公路逐漸增多，公路的覆蓋成為一個(gè)很大難題，為了有效節(jié)約資源，直放站在這里得到了廣泛應(yīng)用。，某條高速公路如果全部利用宏基站覆蓋，共計(jì)需要15個(gè)宏基站，采用宏基站帶直放站方式，只需要8個(gè)宏基站，在很大程度上節(jié)約了成本。

3.2 “L”型覆蓋

某一風(fēng)景區(qū)位于山谷中，距離基站不到4公里，但由于被山脈阻擋，根本無網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。在山脈的盡頭安裝一直放站，由于直放站接收信號(hào)的方向和發(fā)射信號(hào)的方向成一定的角度，相當(dāng)于基站的電波在直放站處轉(zhuǎn)了一個(gè)彎。依靠山體的阻擋，直放站的施主天線和服務(wù)天線分別放在山體的兩側(cè)，隔離度很大，直放站的性能可以充分發(fā)揮，很好地解決了該風(fēng)景區(qū)用戶的通信問題，還使該基站的通信距離向山谷里延伸了6公里。

3.3開闊地域的覆蓋

人口分布較少的開闊地域是使用直放站進(jìn)行覆蓋的典型場(chǎng)合。當(dāng)直放站采用全向天線時(shí)，只要有一定的鐵塔高度，在直放站工作正常的情況下，3公里內(nèi)可以明顯地感覺到直放站的增益作用。但距離超過5公里以后，直放站的增益作用就迅速消失，用手機(jī)進(jìn)行基站接收信號(hào)電平測(cè)試，無論直放站是否工作，接收電平都沒有明顯變化。這是因?yàn)樵谄皆_闊地區(qū)，房屋建筑和地形地貌造成的傳輸衰耗相對(duì)較小，而隨空間距離的增加，電波按32.45+20logf(MHz)+20logD(公里)的規(guī)律衰減；即距離每增加一倍，電波衰減6dB。

4 直放站的優(yōu)點(diǎn)及不足

4.1 直放站的優(yōu)點(diǎn)

4.1.1 同等覆蓋面積時(shí)，使用直放站投資較低。在平原地區(qū)室外一個(gè)全向基站可以有10km覆蓋半徑；一個(gè)全向直放站可以有4km覆蓋半徑；就覆蓋面積而言，六個(gè)直放站約相當(dāng)于一個(gè)基站。六個(gè)直放站的設(shè)備價(jià)約為一個(gè)基站的80%。但考慮到機(jī)房租用和裝修、交直流電源、空調(diào)、傳輸系統(tǒng)和電路租金等費(fèi)用，六個(gè)直放站的費(fèi)用只相當(dāng)于于一個(gè)基站的50%，甚至更低。

4.1.2 覆蓋更為靈活。一個(gè)基站基本上是圓形覆蓋，多個(gè)直放站可以組織成多種覆蓋形式。如“一”字型排開，可以覆蓋十幾至幾十公里的路段。也可以組織成“L”型、“N”型和“M”型覆蓋，特別適合于山區(qū)組網(wǎng)。

4.1.3 在組網(wǎng)初期，由于用戶較少，投資效益較差，可以用一部分直放站代替基站。用戶發(fā)展起來后現(xiàn)更換為基站，替換下來的直放站再進(jìn)一步放置在更邊緣的地區(qū)，這樣一步步地滾動(dòng)發(fā)展。

4.1.4 由于不需要土建和傳輸電路的施工，建網(wǎng)迅速。

4.2 直放站的不足

不能增加系統(tǒng)容量。

4.2.1 引入直放站后，會(huì)給基站增加約3dB以上的噪音，使原基站工作環(huán)境惡化，覆蓋半徑減少。所以一個(gè)基站的一個(gè)扇區(qū)最好帶兩個(gè)以下的直放站工作。

4.2.2 直放站只能頻分不能碼分，一個(gè)直放站往往將多個(gè)基站或多個(gè)扇區(qū)的信號(hào)加以放大。引入過多的直放站后，導(dǎo)致基站短碼相位混亂導(dǎo)頻污染嚴(yán)重，優(yōu)化工作困難，同時(shí)加大了不必要的軟切換。

4.2.3 直放站的網(wǎng)管功能和設(shè)備檢測(cè)功能遠(yuǎn)不如基站，當(dāng)直放站出現(xiàn)問題后不易察覺。

4.2.4 由于受隔離度的要求限制，直放站的某些安裝條件要比基站苛刻的多，使直放站的性能往往不能得到充分發(fā)揮。

4.2.5 如果直放讓自激或直放站附近有干擾源，將對(duì)原網(wǎng)造成嚴(yán)重影響。由于直放站的工作天線較高，會(huì)將干擾的破壞作用大面積擴(kuò)大。

參考文獻(xiàn)

[1] CDMA擴(kuò)頻通信原理，A.J.維特比著、李世鶴等譯，人民郵電出版社，1997年1月，北京。

[2]蜂窩移動(dòng)通信--射頻工程，蘇華鴻等編著，人民郵電出版社，北京，2005年1月。

[3]WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)工程，楊峰義等編著，人民郵電出版社，北京，2004年4月