基站延伸系統(tǒng)在廣域覆蓋中的應(yīng)用

摘要　隨著移動(dòng)通信建設(shè)的不斷深入，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)“高投入低產(chǎn)出”的矛盾日益突出，基站延伸系統(tǒng)作為廣覆蓋的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品有著廣闊的應(yīng)用空間。本文通過(guò)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)測(cè)試，對(duì)基站延伸系統(tǒng)的應(yīng)用效果和影響進(jìn)行了分析評(píng)估，并給出了其應(yīng)用建議，可供網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)劃參考。

0、引言

目前，GSM網(wǎng)絡(luò)山區(qū)廣域覆蓋中存在工程難度高、投資大、話(huà)務(wù)量小，資源利用率低的矛盾。在特定的覆蓋需求場(chǎng)景引入基站延伸系統(tǒng)，擴(kuò)大現(xiàn)有“高山大站”的覆蓋范圍，從而使相當(dāng)一部分弱無(wú)覆蓋點(diǎn)達(dá)到覆蓋指標(biāo)要求。與傳統(tǒng)新建基站解決方案相比，該方案規(guī)避了新建基站帶來(lái)的大量機(jī)房配套和傳輸建設(shè)投資，而且施工操作簡(jiǎn)單、工程建設(shè)周期短、見(jiàn)效快、維護(hù)工作量小，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)具有重要意義。

本文從網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求出發(fā)，選擇山區(qū)典型場(chǎng)景基站延伸系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試研究，為設(shè)備的大規(guī)模推廣應(yīng)用提供參考。

1、基本原理

書(shū)館基站延伸系統(tǒng)（又稱(chēng)：基站雙放系統(tǒng)）由基站功率放大器和塔頂放大器組成�；�站功率放大器在下行鏈路對(duì)信號(hào)進(jìn)行線(xiàn)性放大，增加基站信號(hào)發(fā)射功率，延伸下行覆蓋范圍�；�站功率放大器可以分為單載波功率放大器（SCPA）和多載波功率放大器（MCPA）兩類(lèi)。其中單載波基站功率放大器（SCPA）對(duì)每個(gè)載波單獨(dú)進(jìn)行放大，輸出功率為80W～200W；在多載頻的配置時(shí)，通常需要新增SCPA模塊，通過(guò)合路器完成多載波信號(hào)的合路輸出，每級(jí)合路插損約3.5dB無(wú)法恢復(fù)，設(shè)備放大效率低，功耗大。與SCPA設(shè)備不同，基站多載波功率放大器（MCPA）可同時(shí)對(duì)1～8載波信號(hào)進(jìn)行放大，避免了合路損耗，提高了功率放大效率；而且設(shè)備集成度較高，安裝方式簡(jiǎn)單靈活，便于工程實(shí)施，工程應(yīng)用中優(yōu)于先由SCPA模塊放大，再進(jìn)行信號(hào)合并的普通基站功率放大器。

在上行鏈路通過(guò)在天線(xiàn)接收端安裝塔頂放大器（TMA）對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行放大，降低系統(tǒng)的噪聲系數(shù)，以提高基站接收靈敏度，解決上下行鏈路覆蓋平衡問(wèn)題。

2、工程測(cè)試分析

2.1　測(cè)試流程

本次測(cè)試研究圍繞基站延伸系統(tǒng)在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，選取山區(qū)高山基站對(duì)MCPA和SCPA設(shè)備進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，從網(wǎng)絡(luò)上下行覆蓋和網(wǎng)絡(luò)性能兩個(gè)角度分析驗(yàn)證基站延伸系統(tǒng)應(yīng)用的可行性，其它類(lèi)似區(qū)域可參考典型場(chǎng)景的測(cè)試結(jié)果確定相應(yīng)工程實(shí)施方案。

工程測(cè)試流程如圖1所示：

圖1　基站延伸系統(tǒng)測(cè)試流程

3.2　測(cè)試分析

青龍基站為高山鐵塔站，周邊地勢(shì)起伏較小，地形以丘陵為主�；�站周邊植被茂密，對(duì)信號(hào)散射吸收較為嚴(yán)重，但村落與基站見(jiàn)基本無(wú)山體遮擋，傳播環(huán)境良好。該基站第一小區(qū)弱無(wú)覆蓋自然村分布如圖2所示。

圖2　弱無(wú)覆蓋村落分布示意圖

3.2.1　工程實(shí)施方案

根據(jù)MCPA和SCPA設(shè)備特點(diǎn)，可在青龍基站第一小區(qū)采用室內(nèi)MCPA+塔頂放大器（TMA）、室外MCPA（內(nèi)置LNA）和室內(nèi)SCPA+塔頂放大器（TMA）三種方案安裝基站延伸系統(tǒng)，解決目標(biāo)區(qū)域覆蓋。各方案示意圖如圖3所示。

圖3　工程實(shí)施方案示意圖

3.2.2　DT & CQT測(cè)試結(jié)果分析

A.DT測(cè)試數(shù)據(jù)分析

DT測(cè)試將從BCCH信道接收信號(hào)功率和TCH信道接收信號(hào)質(zhì)量分析

基站下行覆蓋的改善效果，從手機(jī)發(fā)射功率變化分析上行鏈路接收靈敏度的實(shí)際改善效果。上行鏈路覆蓋指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)曲線(xiàn)圖4、圖5所示。

圖4　BCCH信道接收信號(hào)功率統(tǒng)計(jì)曲線(xiàn)

圖5　TCH信道接收信號(hào)誤碼率統(tǒng)計(jì)曲線(xiàn)

從圖4和圖5可見(jiàn)，下行BCCH信道覆蓋強(qiáng)度低于-94dBm的比率減少，高于-75dBm的強(qiáng)覆蓋比率增加，與設(shè)備安裝前對(duì)比覆蓋強(qiáng)度顯著增強(qiáng)。下行TCH信道誤碼率統(tǒng)計(jì)曲線(xiàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，誤碼率高于103比率減少，信號(hào)質(zhì)量明顯改善。

不同安裝方式間對(duì)比可見(jiàn)，塔頂安裝MCPA方式效果最為顯著、室內(nèi)安裝SCPA效果次之，室內(nèi)安裝MCPA效果弱于前兩種方式。上行鏈路手機(jī)發(fā)射功率指標(biāo)統(tǒng)計(jì)曲線(xiàn)如圖6所示。

圖6　手機(jī)發(fā)射頻率統(tǒng)計(jì)曲線(xiàn)

從手機(jī)發(fā)射功率來(lái)做定性的分析可見(jiàn)，在目標(biāo)區(qū)域手機(jī)發(fā)射功率高的區(qū)間比率下降，低的區(qū)間增加，三種方案對(duì)上行的基站接收靈敏度具有顯著改善，其性能差異因不同設(shè)備廠(chǎng)家對(duì)于上行增益參數(shù)設(shè)置的不同引起。

B.CQT測(cè)試數(shù)據(jù)分析

在青龍基站第一小區(qū)覆蓋區(qū)域選取5個(gè)弱覆蓋村落，9個(gè)已覆蓋村落進(jìn)行了CQT測(cè)試，對(duì)比設(shè)備安裝前后手機(jī)接收信號(hào)強(qiáng)度的變化。測(cè)試結(jié)果表明在設(shè)備安裝后5個(gè)弱覆蓋村落最低覆蓋電平均超過(guò)-93dBm，達(dá)到預(yù)期目的。其中室內(nèi)安裝MCPA的信號(hào)增強(qiáng)幅度平均值為5.62dB，室內(nèi)安裝SCPA信號(hào)平均增強(qiáng)6.29dB，塔頂安裝MCPA信號(hào)平均增強(qiáng)7.33dB，結(jié)果與DT測(cè)試結(jié)論相互印證。

3.2.3　OMC-R話(huà)統(tǒng)結(jié)果分析

在增加基站延伸系統(tǒng)后，由于覆蓋范圍延伸，本小區(qū)將吸納弱覆蓋區(qū)域和周邊鄰小區(qū)話(huà)務(wù)，導(dǎo)致系統(tǒng)負(fù)荷的顯著增長(zhǎng)。本節(jié)通過(guò)接通率、掉話(huà)率和切換成功率等指標(biāo)的分析，研究青龍基站1小區(qū)安裝基站延伸系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響。相關(guān)統(tǒng)計(jì)曲線(xiàn)如圖7、圖8、圖9和圖10所示。

圖7　忙時(shí)話(huà)音信道話(huà)

圖8　忙時(shí)接通率圖

圖9　忙時(shí)掉話(huà)率圖

從圖7可見(jiàn)，安裝基站延伸系統(tǒng)后，本小區(qū)和周邊鄰小區(qū)總話(huà)務(wù)量增長(zhǎng)最高達(dá)到14.01%，本小區(qū)話(huà)務(wù)增長(zhǎng)幅度較大，室外安裝MCPA和室內(nèi)安裝SCPA兩種方案效果基本接近，增長(zhǎng)幅度周平均值分別為118.21%和126.58%；室內(nèi)安裝MCPA方案增長(zhǎng)幅度為60.86%�？紤]到國(guó)慶假日話(huà)務(wù)增長(zhǎng)因素，目標(biāo)區(qū)域在9月30日至10月8日開(kāi)啟半速率業(yè)務(wù)，提高網(wǎng)絡(luò)承載能力。從網(wǎng)絡(luò)性能統(tǒng)計(jì)曲線(xiàn)與該圖對(duì)比分析可見(jiàn)，在半速率業(yè)務(wù)關(guān)閉之前，網(wǎng)絡(luò)接通率、掉話(huà)率和切換成功率指標(biāo)平穩(wěn)波動(dòng)，性能基本穩(wěn)定；

關(guān)閉半速率業(yè)務(wù)后，青龍基站1小區(qū)忙時(shí)每線(xiàn)話(huà)務(wù)量超過(guò)0.7Erl，網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)顯著惡化。因此，安裝基站延伸系統(tǒng)能吸納周邊區(qū)域話(huà)務(wù)，在系統(tǒng)高負(fù)荷時(shí)會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能的下降。

4、結(jié)論

通過(guò)現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試表明：在基站周邊無(wú)線(xiàn)傳播環(huán)境良好，與目標(biāo)區(qū)域間無(wú)明顯山體遮擋的條件下，可采用新增基站延伸系統(tǒng)，下行鏈路通過(guò)單載波功率放大器（SCPA）或多載波功放（MCPA）放大下行信號(hào)，增強(qiáng)下行鏈路覆蓋，上行鏈路可通過(guò)塔放（TMA）或線(xiàn)性低噪放（LNA）改善基站接收靈敏度，達(dá)到延伸基站覆蓋范圍，解決基站周邊弱無(wú)村落覆蓋問(wèn)題。但安裝基站延伸系統(tǒng)的小區(qū)會(huì)吸納周邊區(qū)域話(huà)務(wù)，在系統(tǒng)高負(fù)荷時(shí)可能引起網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的惡化。因此，在網(wǎng)絡(luò)實(shí)際應(yīng)用中需要考慮網(wǎng)絡(luò)覆蓋、資源利用率與網(wǎng)絡(luò)性能之間的平衡，避免安裝基站延伸系統(tǒng)引起覆蓋區(qū)域過(guò)大，系統(tǒng)負(fù)荷偏高對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的負(fù)面影響。

圖10　忙時(shí)切換成功率圖

基于以上研究分析，建議在山區(qū)類(lèi)似場(chǎng)景推廣應(yīng)用基站延伸系統(tǒng)，包括：

●基站天線(xiàn)掛高較高，基站天線(xiàn)與弱無(wú)覆蓋區(qū)域無(wú)明顯阻擋；

●局部地形符合丘陵特征，地勢(shì)起伏不大，弱覆蓋村落相對(duì)集中分布；

●安裝基站延伸系統(tǒng)前，改造小區(qū)在弱無(wú)覆蓋自然村的覆蓋電平在-100dBm以上；

●增加基站延伸系統(tǒng)小區(qū)在4載頻以下，存在話(huà)務(wù)增長(zhǎng)需要的容量空間，覆蓋范圍擴(kuò)大引起的話(huà)務(wù)量增機(jī)不會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的擁塞；

●規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的基站密度較低，增強(qiáng)小區(qū)覆蓋對(duì)鄰小區(qū)的影響較小。