基站延伸系統(tǒng)在廣域覆蓋中的應(yīng)用

摘要　隨著移動通信建設(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。本文通過實際網(wǎng)絡(luò)測試，對基站延伸系統(tǒng)的應(yīng)用效果和影響進行了分析評估，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、話務(wù)量小，資源利用率低的矛盾。在特定的覆蓋需求場景引入基站延伸系統(tǒng)，擴大現(xiàn)有“高山大站”的覆蓋范圍，從而使相當(dāng)一部分弱無覆蓋點達(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)避了新建基站帶來的大量機房配套和傳輸建設(shè)投資，而且施工操作簡單、工程建設(shè)周期短、見效快、維護工作量小，對于網(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)典型場景基站延伸系統(tǒng)進行測試研究，為設(shè)備的大規(guī)模推廣應(yīng)用提供參考。

1、基本原理

書館基站延伸系統(tǒng)（又稱：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信號進行線性放大，增加基站信號發(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。其中單載波基站功率放大器（SCPA）對每個載波單獨進行放大，輸出功率為80W～200W；在多載頻的配置時，通常需要新增SCPA模塊，通過合路器完成多載波信號的合路輸出，每級合路插損約3.5dB無法恢復(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）可同時對1～8載波信號進行放大，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，安裝方式簡單靈活，便于工程實施，工程應(yīng)用中優(yōu)于先由SCPA模塊放大，再進行信號合并的普通基站功率放大器。

在上行鏈路通過在天線接收端安裝塔頂放大器（TMA）對接收信號進行放大，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題。

2、工程測試分析

2.1　測試流程

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

工程測試流程如圖1所示：

圖1　基站延伸系統(tǒng)測試流程

3.2　測試分析

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

圖2　弱無覆蓋村落分布示意圖

3.2.1　工程實施方案

根據(jù)MCPA和SCPA設(shè)備特點，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　工程實施方案示意圖

3.2.2　DT & CQT測試結(jié)果分析

A.DT測試數(shù)據(jù)分析

DT測試將從BCCH信道接收信號功率和TCH信道接收信號質(zhì)量分析

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

圖4　BCCH信道接收信號功率統(tǒng)計曲線

圖5　TCH信道接收信號誤碼率統(tǒng)計曲線

從圖4和圖5可見，下行BCCH信道覆蓋強度低于-94dBm的比率減少，高于-75dBm的強覆蓋比率增加，與設(shè)備安裝前對比覆蓋強度顯著增強。下行TCH信道誤碼率統(tǒng)計曲線統(tǒng)計結(jié)果表明，誤碼率高于103比率減少，信號質(zhì)量明顯改善。

不同安裝方式間對比可見，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。上行鏈路手機發(fā)射功率指標(biāo)統(tǒng)計曲線如圖6所示。

圖6　手機發(fā)射頻率統(tǒng)計曲線

從手機發(fā)射功率來做定性的分析可見，在目標(biāo)區(qū)域手機發(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)備廠家對于上行增益參數(shù)設(shè)置的不同引起。

B.CQT測試數(shù)據(jù)分析

在青龍基站第一小區(qū)覆蓋區(qū)域選取5個弱覆蓋村落，9個已覆蓋村落進行了CQT測試，對比設(shè)備安裝前后手機接收信號強度的變化。測試結(jié)果表明在設(shè)備安裝后5個弱覆蓋村落最低覆蓋電平均超過-93dBm，達(dá)到預(yù)期目的。其中室內(nèi)安裝MCPA的信號增強幅度平均值為5.62dB，室內(nèi)安裝SCPA信號平均增強6.29dB，塔頂安裝MCPA信號平均增強7.33dB，結(jié)果與DT測試結(jié)論相互印證。

3.2.3　OMC-R話統(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)話務(wù)，導(dǎo)致系統(tǒng)負(fù)荷的顯著增長。本節(jié)通過接通率、掉話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)對網(wǎng)絡(luò)性能的影響。相關(guān)統(tǒng)計曲線如圖7、圖8、圖9和圖10所示。

圖7　忙時話音信道話

圖8　忙時接通率圖

圖9　忙時掉話率圖

從圖7可見，安裝基站延伸系統(tǒng)后，本小區(qū)和周邊鄰小區(qū)總話務(wù)量增長最高達(dá)到14.01%，本小區(qū)話務(wù)增長幅度較大，室外安裝MCPA和室內(nèi)安裝SCPA兩種方案效果基本接近，增長幅度周平均值分別為118.21%和126.58%；室內(nèi)安裝MCPA方案增長幅度為60.86%�？紤]到國慶假日話務(wù)增長因素，目標(biāo)區(qū)域在9月30日至10月8日開啟半速率業(yè)務(wù)，提高網(wǎng)絡(luò)承載能力。從網(wǎng)絡(luò)性能統(tǒng)計曲線與該圖對比分析可見，在半速率業(yè)務(wù)關(guān)閉之前，網(wǎng)絡(luò)接通率、掉話率和切換成功率指標(biāo)平穩(wěn)波動，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)忙時每線話務(wù)量超過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)域話務(wù)，在系統(tǒng)高負(fù)荷時會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能的下降。

4、結(jié)論

通過現(xiàn)網(wǎng)測試表明：在基站周邊無線傳播環(huán)境良好，與目標(biāo)區(qū)域間無明顯山體遮擋的條件下，可采用新增基站延伸系統(tǒng)，下行鏈路通過單載波功率放大器（SCPA）或多載波功放（MCPA）放大下行信號，增強下行鏈路覆蓋，上行鏈路可通過塔放（TMA）或線性低噪放（LNA）改善基站接收靈敏度，達(dá)到延伸基站覆蓋范圍，解決基站周邊弱無村落覆蓋問題。但安裝基站延伸系統(tǒng)的小區(qū)會吸納周邊區(qū)域話務(wù)，在系統(tǒng)高負(fù)荷時可能引起網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的惡化。因此，在網(wǎng)絡(luò)實際應(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)域過大，系統(tǒng)負(fù)荷偏高對網(wǎng)絡(luò)性能的負(fù)面影響。

圖10　忙時切換成功率圖

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

●基站天線掛高較高，基站天線與弱無覆蓋區(qū)域無明顯阻擋；

●局部地形符合丘陵特征，地勢起伏不大，弱覆蓋村落相對集中分布；

●安裝基站延伸系統(tǒng)前，改造小區(qū)在弱無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，存在話務(wù)增長需要的容量空間，覆蓋范圍擴大引起的話務(wù)量增機不會導(dǎo)致嚴(yán)重的擁塞；

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