論移動(dòng)無線數(shù)字直放站在露天礦的應(yīng)用

白文舉

【摘要】 移動(dòng)通信作為目前通訊技術(shù)發(fā)展的主流業(yè)務(wù)，它快捷方便、組網(wǎng)靈活、安全高效，運(yùn)行穩(wěn)定，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)氣象、航空電子等各個(gè)領(lǐng)域。隨著業(yè)務(wù)需求的不斷擴(kuò)展，對(duì)通信優(yōu)質(zhì)信號(hào)的覆蓋要求越來越高，基站建設(shè)成為制約移動(dòng)通信發(fā)展的瓶頸。因此移動(dòng)直放站就成為彌補(bǔ)這一突出問題的關(guān)鍵技 術(shù)支撐。

【關(guān)鍵詞】 直放站 選址 安裝 礦區(qū)應(yīng)用

大中型露天礦數(shù)字集群通信主要承擔(dān)生產(chǎn)調(diào)度指揮和通信聯(lián)絡(luò)的重要功能，安全穩(wěn)定、全面覆蓋的通信信號(hào)，是安全生產(chǎn)的根本保障，由于在露天礦開采作業(yè)，地理環(huán)境和氣候條件復(fù)雜多變，塵土污染嚴(yán)重，晝夜溫差大，尤其在溝壑縱橫的開采作業(yè)面，地勢(shì)落差可達(dá)300-400米，這就要求隨著開采面的不斷延伸，無線信號(hào)也必須保證全面覆蓋，才能保證生產(chǎn)調(diào)度的安全開展。但是，受到微波傳輸特性的局限，數(shù)字集群通信基站的信號(hào)傳輸距離和覆蓋區(qū)域有限，落差大的坡道、采掘區(qū)和地質(zhì)斷面都不能得到有效保證，只有通過增加基站數(shù)量、微波拉遠(yuǎn)和直放站的方法才能給予解決。

本文通過建設(shè)通信基站、光纖直放站和無線直放站的優(yōu)缺點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)投入和傳輸優(yōu)劣程度進(jìn)行對(duì)比，為露天礦區(qū)數(shù)字集群通信優(yōu)化組合提供參考，重點(diǎn)論述采用移動(dòng)無線直放站的方式，在環(huán)境復(fù)雜的條件下進(jìn)行選址、組網(wǎng)、安裝和測(cè)試等方面形成滿足各種不同業(yè)務(wù)需求的技術(shù)參考。

一、各種基站的用途

1.1宏基站

優(yōu)點(diǎn)：通信容量大；信號(hào)覆蓋面廣；性能穩(wěn)定可靠；維護(hù)方便；異頻工作模式 ，信號(hào)干擾少。

缺點(diǎn)：選址要求高；設(shè)備投資貴；建設(shè)專門機(jī)房；安裝施工工藝復(fù)雜；組網(wǎng)靈活性低；投資費(fèi)用高昂。

1.2微基站

優(yōu)點(diǎn)：高度集成體積?。话惭b比較方便；信號(hào)損耗小。

缺點(diǎn)：可靠性不如基站；單板一般集成在設(shè)備上，維護(hù)不方便；信道少不便擴(kuò)容，投資維護(hù)費(fèi)用高。

1.3光纖直放站

1.3.1 光纖直放站（星狀）

優(yōu)點(diǎn)：可以保證良好的施主鏈路信號(hào)質(zhì)量，遠(yuǎn)距離傳送有優(yōu)勢(shì)。

缺點(diǎn)：維護(hù)困難；架設(shè)或直埋光纜，工程施工安裝復(fù)雜；投資費(fèi)用昂貴。

1.3.2 光纖直放站（多點(diǎn)）

優(yōu)點(diǎn)：費(fèi)用相對(duì)星形直放站較低，在線形覆蓋區(qū)中有優(yōu)勢(shì)。

缺點(diǎn)：工程安裝復(fù)雜，維護(hù)困難，難以優(yōu)化，相對(duì)無線直放站仍存在價(jià)格昂貴的問題。

1.4無線直放站

1.4.1 移頻直放站

優(yōu)點(diǎn)：維護(hù)方便，安裝簡(jiǎn)便，不會(huì)引起自激；容易獲取合適的基站信號(hào)作為信號(hào)源。

缺點(diǎn)：占有的頻率較寬，頻率資源利用率低；設(shè)備度高復(fù)雜，造成硬件成本較高；只是信號(hào)中繼器，不能增加系統(tǒng)容量。

1.4.2寬帶/選頻直放站

優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格便宜，安裝簡(jiǎn)便，對(duì)場(chǎng)地要求不高，無需配套要求，維護(hù)方便。

缺點(diǎn)：如果參數(shù)設(shè)置不合理可能引起自激；難以實(shí)現(xiàn)高功率，覆蓋范圍有限。

以上通過采用建設(shè)基站、光纖直放站和無線直放站相比較，無線直放站的優(yōu)勢(shì)在于解決了傳輸問題，降低了投資成本；不需要建設(shè)機(jī)房和鐵塔，降低了配套設(shè)施投入；提高了建站速度，降低了選址難度；較光纖分布系統(tǒng)具有工程選址容易、安裝靈活、成本較低、不受限于光纖資源和場(chǎng)地條件苛求等優(yōu)點(diǎn)（投資對(duì)比如表1）。

露天礦區(qū)地形復(fù)雜，環(huán)境惡劣，開采面相對(duì)較小，坡道、斷面較多，所以采用無線直放站技術(shù)不失為最佳方法，下面就無線直放站的選址、組網(wǎng)、調(diào)試、運(yùn)行進(jìn)行詳實(shí)闡述。

二、無線直放站的工作原理

如圖1，無線直放站（中繼器）屬于同頻放大設(shè)備，是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，直放站的基本功能就是一個(gè)射頻信號(hào)功率增強(qiáng)器。直放站在下行鏈路中，由施主天線現(xiàn)有的覆蓋區(qū)域中拾取信號(hào)，通過帶通濾波器對(duì)帶通外的信號(hào)進(jìn)行極好的隔離，將濾波的信號(hào)經(jīng)功放放大后再次發(fā)射到待覆蓋區(qū)域。在上行鏈接路徑中，覆蓋區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)終端用戶的信號(hào)以同樣的工作方式由上行放大鏈路處理后發(fā)射到相應(yīng)基站，從而達(dá)到基站與用戶終端的信號(hào)傳遞。如圖1所示。

無線直放站對(duì)基站發(fā)出的射頻信號(hào)根據(jù)需要放大，本身不能提供容量，其應(yīng)用環(huán)境主要包括覆蓋不好且容量要求比較小的區(qū)域和容量要求比較小的廣域覆蓋，非常適用于露天礦礦坑、坡道、巷道、皮帶走廊等工作面相對(duì)較窄而且具有天然隔離區(qū)域。

三、無線直放站選址

直放站應(yīng)選擇在基站覆蓋區(qū)邊界處，通過場(chǎng)強(qiáng)儀在地面測(cè)出的基站信號(hào)強(qiáng)度一般為-85dBm至-95dBm，在源天線處測(cè)得基站信號(hào)強(qiáng)度一般為-75dBm至-85dBm。

直放站距離基站太近（源天線接收信號(hào)強(qiáng)），則直放站與基站形成重疊覆蓋，移動(dòng)臺(tái)信號(hào)一路通過直放站延時(shí)后到達(dá)基站，一路直接到達(dá)基站，將會(huì)對(duì)基站形成多徑干擾。所以，盡量減少直放站與基站重疊覆蓋的區(qū)域面積，以保證對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)的干擾盡可能最小。

直放站距離基站太遠(yuǎn)，源天線接收信號(hào)弱，則直放站前向輸出功率較小，覆蓋范圍較小，達(dá)不到增大覆蓋面的目的。

四、組網(wǎng)安裝

從圖4-1可以看出，對(duì)于單直放站接入系統(tǒng)的用戶來說，施主鏈路只是提供穩(wěn)定信號(hào)的傳輸通路。因此，設(shè)計(jì)原則是施主基站必須處在直放站的視距范圍內(nèi)，保證基站發(fā)射信號(hào)到達(dá)直放站輸入前端的電平強(qiáng)度大于-65dBm，一般情況下，不必考慮同頻干擾的問題。如圖2所示。

同一地區(qū)安裝兩或兩個(gè)以上直放站，要求施主鏈路提供穩(wěn)定信號(hào)和保證施主基站處在直放站的視距范圍內(nèi)，基站發(fā)射信號(hào)到達(dá)直放站輸入前端的電平強(qiáng)度大于-65dBm外，還必須考慮直放站之間的信號(hào)隔離問題。一可利用自然地形、建筑遮擋物或加裝屏蔽網(wǎng)等阻隔信號(hào)因疊加而造成的同頻干擾；二也可通過調(diào)節(jié)發(fā)射天線角度、增加或降低天線高度；三調(diào)整增益大小等措施。安裝前必須認(rèn)真做好設(shè)計(jì)、選址等工作，避免設(shè)備投入使用后，無法正常工作。

4.1設(shè)備連接

機(jī)箱面板有DT端口、MT端口、交流/直流電源輸入端口等等。接入單元DT端通過接收天線直接耦合，串聯(lián)一個(gè)避雷器連到射頻單元的DT端口，從MT端口出，接用戶天線。

4.2外部告警端口的連接

外部告警端口用于連接外部其他設(shè)備或儀器告警端子，將告警線從外部設(shè)備連到航空插座即可。若無，則無需連接。

4.3射頻電纜的連接

接收基站信號(hào)：將基站信號(hào)接收天饋線接入接收單元DT端口。與用戶天線連接：將由用戶天線下來的電纜接至射頻單元MT端口。

4.4接地連接

設(shè)備外殼必須可靠接地。接地方法：用銅編織線的一端接到設(shè)備下端安裝支架的接地孔上，另一端與保護(hù)地可靠連接。

4.5同軸電纜要求

電纜要求見表2。

4.6供電方式

供電電源：直放站通常采用：AC220V或DC48V。

4.7 便攜電腦與設(shè)備連接

用所配專用電纜將便攜電腦串口與設(shè)備的口連接起來，實(shí)現(xiàn)本地監(jiān)控功能。

4.8設(shè)備通電試驗(yàn)

在設(shè)備通電測(cè)試前，必須詳細(xì)閱讀“安全須知”，檢查安裝時(shí)的所有連接，確保連接無誤后，設(shè)備方可通電試驗(yàn)。

4.9設(shè)備運(yùn)行實(shí)驗(yàn)

在完成設(shè)備的安裝與連接后，插上便攜電腦，打開機(jī)箱蓋，打開機(jī)器電源開關(guān)，查看監(jiān)控主板上的各指示燈狀態(tài)，綠色LED）——運(yùn)行指示燈，程序正常運(yùn)行時(shí)，大約每隔1S閃爍；（紅色LED）—— 告警燈。燈亮表示有告警；燈滅表示無告警；

五、天線的調(diào)整

接收天線的方向必須與源基站天線保持一致，兩天線之間沒有障礙物，通過信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)儀測(cè)試接收信號(hào)強(qiáng)度，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)一般情況信號(hào)達(dá)到≥-65dB。

收發(fā)天線隔離度不夠，整機(jī)增益偏大時(shí)，輸出信號(hào)經(jīng)延時(shí)反饋到入端，致使直放站輸出信號(hào)發(fā)生嚴(yán)重失真產(chǎn)生自激，嚴(yán)重影響通話質(zhì)量，產(chǎn)生掉線現(xiàn)象。克服自激現(xiàn)象的方法有兩種：一是增大施主與重發(fā)天線的隔離度；二是降低直放站增益。

當(dāng)要求直放站覆蓋范圍較小時(shí)，可采用了降低增益的辦法。當(dāng)要求直放站的范圍較大時(shí)，應(yīng)增大隔離度。

調(diào)整天線主要采用以下幾種方法：增大收發(fā)天線的水平及垂直距離；增加遮擋物，如加裝屏蔽網(wǎng)、利用現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的坡地落差等；增加施主天線的方向性，如使用拋物面天線；選用方向更強(qiáng)的重發(fā)天線，如定向角度天線；調(diào)整施主與重發(fā)天線的角度和方向，使兩者盡量背向。

5.1接收天線的方位調(diào)節(jié)

如圖3所示，調(diào)節(jié)前先將天線上與俯仰調(diào)節(jié)有關(guān)的螺釘擰緊，松開與天線方位調(diào)節(jié)相關(guān)的螺釘，對(duì)準(zhǔn)方位后緊固螺釘。

轉(zhuǎn)動(dòng)天線朝一個(gè)方向偏轉(zhuǎn)，同時(shí)觀察表頭讀數(shù)，應(yīng)出現(xiàn)如圖4所示的變化。然后反方向轉(zhuǎn)動(dòng)天線，表頭讀數(shù)也應(yīng)出現(xiàn)相同的變化，將天線轉(zhuǎn)回到表頭讀數(shù)最大時(shí)，即接收到的信號(hào)最強(qiáng)時(shí)固定好與天線的方位調(diào)節(jié)相關(guān)的螺釘。

5.2調(diào)整發(fā)送天線的仰俯角

如圖5所示，松開與天線俯仰調(diào)節(jié)相關(guān)的螺釘，按照信號(hào)需要覆蓋的區(qū)域，調(diào)整天線的仰俯角度，當(dāng)覆蓋區(qū)域終端測(cè)試表頭讀數(shù)達(dá)到最大值時(shí)，緊固天線螺釘。

六、上行鏈路設(shè)置

通過調(diào)節(jié)直放站接入單元或直放站射頻單元上行ATT改變上行增益，使上、下行鏈路平衡，同時(shí)控制上行輸出噪聲電平對(duì)BTS的影響，使覆蓋范圍達(dá)到最佳狀態(tài)。

七、下行輸出功率檢測(cè)

通過本地或遠(yuǎn)程連接，可讀取設(shè)備下行輸出功率。調(diào)節(jié)直放站接入單元或直放站射頻單元下行ATT，使設(shè)備輸出功率達(dá)到覆蓋要求。要注意避免使功放處于深度起控狀態(tài)，會(huì)影響通話質(zhì)量。

八、系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試

在設(shè)備安裝完畢后，設(shè)備通電開機(jī)調(diào)試前，需進(jìn)行以下準(zhǔn)備工作：

1）檢查供電電源，確認(rèn)電源電壓在設(shè)備工作電壓范圍內(nèi)（AC 155～285V/50±5Hz），且電氣連接可靠無誤。

2）檢查天線架、饋線以及主機(jī)是否連接接地，接地電阻值應(yīng)小于5Ω。

3） 檢測(cè)天饋系統(tǒng)回波損耗，其工作頻帶內(nèi)回波損耗應(yīng)小于-14dB。

4） 打開電源開關(guān)啟動(dòng)設(shè)備，待監(jiān)控系統(tǒng)初始化完畢（運(yùn)行指示燈開始閃爍），便可聯(lián)機(jī)調(diào)試。

5） 參照下面的流程圖6進(jìn)行調(diào)試。

九、系統(tǒng)維護(hù)

9.1告警故障的維護(hù)

9.1.1下行功放告警處理

檢查相應(yīng)模塊的電源及信號(hào)線連接是否正確，如果無誤，則可能模塊本身故障。

9.1.2電源故障告警處理

若出現(xiàn)電源故障告警，說明電源轉(zhuǎn)換模塊沒有直流輸出。用戶應(yīng)檢查直流電源輸出是否過載或短路，如果無以上現(xiàn)象，則可能電源轉(zhuǎn)換模塊本身故障。

9.1.3監(jiān)控模塊電池故障告警處理

監(jiān)控模塊電池故障告警，用戶應(yīng)檢查備用蓄電池連線是否正確，查看蓄電池是否已損壞。

9.1.4下行輸出欠功率告警處理

應(yīng)先檢查下行輸出功率門限設(shè)置是否正確，是否比較臨界，如果設(shè)置無誤仍告警，則說明下行輸出功率已經(jīng)低于門限，可通過調(diào)整ATT來提高下行輸出功率。

9.1.5過溫告警門限

用戶應(yīng)先檢查功放過溫門限設(shè)置是否正確，是否比較臨界，若過溫門限設(shè)置無誤，則需要檢查功放工作電流是否過大，若電流過大，需要更換模塊， 若正常，說明產(chǎn)生誤告警。

9.2日常維護(hù)

9.2.1定期進(jìn)行常規(guī)性檢查

測(cè)量天饋系統(tǒng)的回波損耗是否正常，查看天線方向、位置有無變化，射頻電纜接頭密封是否牢靠。

定期檢查設(shè)備的工作狀態(tài)和主要性能參數(shù)（如接收信號(hào)電平、輸出噪聲電平、下行輸出功率等），并進(jìn)行記錄。

測(cè)量主機(jī)供電電壓、穩(wěn)壓電源電壓的各級(jí)電壓；檢查鋰電池和后備蓄電池有無過放電現(xiàn)象，測(cè)量系統(tǒng)的覆蓋效果能否達(dá)到初期效果。

檢查監(jiān)控功能是否良好；各接地端點(diǎn)是否連接良好；設(shè)備接地情況是否良好和設(shè)備的各類標(biāo)識(shí)是否完整。

十、注意事項(xiàng)

針對(duì)微波傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，結(jié)合設(shè)備使用的實(shí)際情況，在設(shè)計(jì)時(shí)需要注意以下事項(xiàng)：

1）直放站接收天線于源基站天線之間必須保證無阻擋。

2）直放站屬于室外機(jī)型，用戶可以根據(jù)源基站功率選擇耦合器（輸入功率保證在-5dBm左右，要求接入單元與源基站的耦合衰減保持在-40dB～-45dB之間最佳）。

3）直放站天線接收靈敏度為-60dBm，但考慮到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信對(duì)天氣、風(fēng)力等因素比較敏感，因此至少需要預(yù)留20dBm的功率余量，實(shí)際應(yīng)用中一般以接收強(qiáng)度大于-40dBm為參考。

4）直放站的射頻單元和接入單元之間必須保證隔離度，接收功率最好在-30dBm～-40dBm之間。

5）發(fā)射功率根據(jù)傳輸距離的遠(yuǎn)近進(jìn)行配置，調(diào)節(jié)范圍為0dBm-25dBm，當(dāng)接收天線對(duì)準(zhǔn)的情況下，保證開通時(shí)接收?qǐng)鰪?qiáng)在-30dBm～-40dBm之間為宜。

6）源基站與直放站接入單元之間的耦合衰減最佳選擇為40dB～50dB之間。

7）主機(jī)于天線之間的饋線長(zhǎng)度不要超過300米。

8）根據(jù)實(shí)際需要的輸出功率調(diào)整直放站射頻單元下行ATT，但是要求開通最大輸出功率不要大于標(biāo)稱最大輸出功率-3dB。

9）當(dāng)直放站接入單元和源基站的耦合衰減為A dB（A值最佳值為40～50之間）時(shí)；則上行ATT的設(shè)置總量為（60-A）dB。

十一、環(huán)境要求

設(shè)備安裝在戶外陽光下，必須保持周圍空氣暢通，使其散熱性能良好，最好設(shè)有遮擋設(shè)施；設(shè)備安裝點(diǎn)附近要防止電磁干擾源（如大型的電動(dòng)設(shè)備、發(fā)電車等）；系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計(jì)有防雨、水、雪功能，如果維護(hù)設(shè)備時(shí)，需要做臨時(shí)性防護(hù)措施；惡劣的天氣情況（如：大風(fēng)、雷雨、超高溫）下，不可進(jìn)行安裝和維護(hù)。

十二、結(jié)束語

由于直放站安裝調(diào)試簡(jiǎn)單方便，維護(hù)運(yùn)行成本低廉，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，在各種復(fù)雜條件下，均可提供安全穩(wěn)定的通信信號(hào)，對(duì)于露天礦區(qū)移動(dòng)通信信號(hào)補(bǔ)盲、區(qū)域性覆蓋較為實(shí)用，經(jīng)濟(jì)價(jià)值十分顯著。