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摘要 在CDMA通信系統(tǒng)的建設(shè)中，使用直放站可以擴(kuò)大信號(hào)的覆蓋區(qū)域，改善通信質(zhì)量，調(diào)配基站話務(wù)量。該文討論了如何在CDMA系統(tǒng)中使用直放站設(shè)備的一些考慮，從直放站產(chǎn)品的類型、特點(diǎn)、采用的關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用的模型、直放站的干擾以及解決等方面提出采用直放站對(duì)提高CDMA網(wǎng)絡(luò)性能的重要意義。
關(guān)鍵詞 CDMA系統(tǒng) 直放站 應(yīng)用模型
1 概述
CDMA多址技術(shù)的原理是基于擴(kuò)頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號(hào)帶寬的信息數(shù)據(jù)用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，擴(kuò)展原始數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機(jī)碼，與接收的寬帶信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)還原成信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)信息通信。
CDMA通信系統(tǒng)在建設(shè)前期，信號(hào)的覆蓋特性無(wú)疑是爭(zhēng)取用戶、擴(kuò)大服務(wù)的重要內(nèi)容。基站的大容量性能可以解決容量需求問(wèn)題，但要吸收更多的話務(wù)容量，以較低的成本擴(kuò)大覆蓋，則必然要使用直放站。
直放站系統(tǒng)使用的目的是將通信信號(hào)的直接放大，解決延伸和覆蓋問(wèn)題的。它能將很弱的接收信號(hào)線性放大，因此，可以擴(kuò)大信號(hào)的覆蓋區(qū)域，改善通信質(zhì)量；同時(shí)還可對(duì)不同基站的話務(wù)量進(jìn)行有效的調(diào)配。應(yīng)用直放站的優(yōu)點(diǎn)是見(jiàn)效快、周期短、安裝方便、不容易造成資源浪費(fèi)。
移動(dòng)通信直放站的設(shè)置應(yīng)充分考慮以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：主要解決諸如郊縣主要公路、鐵路交通等狹長(zhǎng)地形的覆蓋；對(duì)于基站載頻利用率不高的區(qū)域，可以通過(guò)直放站將富余的通信能力轉(zhuǎn)給需要的地方，提高設(shè)備利用率；盡量設(shè)在相對(duì)隔離區(qū)域，選擇合適的基站作為信號(hào)源，以免產(chǎn)生無(wú)線干擾。
直放站不能增加系統(tǒng)容量，卻可以彌補(bǔ)CDMA系統(tǒng)基站的覆蓋不足，由于價(jià)格低、安裝方便、在CDMA系統(tǒng)中采用直放站不失為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的一種較好的解決方案。
因?yàn)镃DMA系統(tǒng)的頻率復(fù)用率為1，直放站在CDMA系統(tǒng)和GSM系統(tǒng)中的使用存在著差異。直放站的使用將與整個(gè)系統(tǒng)的性能相關(guān)，而在GSM系統(tǒng)中直放站的使用僅與幾個(gè)相關(guān)的通道性能有關(guān)。因而，合理的規(guī)劃直放站網(wǎng)絡(luò)，嚴(yán)格的工程勘測(cè)及施工對(duì)提高CDMA網(wǎng)絡(luò)的性能是十分必要的。
該文是在深入理解CDMA系統(tǒng)及直放站系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)CDMA直放站產(chǎn)品的特點(diǎn)，提出的解決CDMA網(wǎng)絡(luò)延伸和覆蓋問(wèn)題的系統(tǒng)解決方案。該方案充分考慮到采用直放站提高CDMA網(wǎng)絡(luò)性能時(shí)方案的合理性、完備性，在保證系統(tǒng)性能前提下的工程造介問(wèn)題、工程施工問(wèn)題、以及直放站的引入對(duì)現(xiàn)有的基站系統(tǒng)及原有GSM網(wǎng)絡(luò)的影響問(wèn)題。
2 直放站產(chǎn)品類型
基于CDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求，可能采用以下各種類型的直放站。
2.1 不同帶寬的直放站
目前聯(lián)通新時(shí)空即將開(kāi)通使用的頻段帶寬為10Ｍｈｚ（下行頻率870-880ＭＨｚ，上行頻率825-835ＭＨｚ），單載頻使用時(shí)帶寬需求為1.23ＭＨｚ。因此，所需使用設(shè)備的工作帶寬要求應(yīng)符合這兩種帶寬的條件，一般情況下，室外應(yīng)用的直放站多采用選頻設(shè)備，室內(nèi)分布多采用寬帶設(shè)備。
2.2 不同功率的直放站
CDMA的直放站可有各種功率選擇：1Ｗ/5Ｗ/10Ｗ/20Ｗ，不同的功率檔次適合不同的應(yīng)用場(chǎng)合。如光纖直放站可采用大功率工作方式（10Ｗ/20Ｗ），室內(nèi)直放站則采用小功率工作方式（1Ｗ/2Ｗ/5Ｗ），室外應(yīng)用的直放站設(shè)備最大輸出功率不超過(guò)10Ｗ。
2.3 不同接入方式的直放站
應(yīng)用的場(chǎng)合不同，接入方式也有差別，主要接入方式有直接耦合和空間耦合，無(wú)線接入采取空間耦合方式，光纖/電纜等接入采取直接耦合方式，直接耦合方式可取得純度較高的信號(hào)源。
2.4 不同安裝的直放站
直放站一般分為室內(nèi)及室外安裝，室內(nèi)安裝時(shí)要考慮良好的通風(fēng)，室外安裝要考慮密封環(huán)境下的防水、防潮、散熱情況。
3 直放站產(chǎn)品中所采用的關(guān)鍵技術(shù)
用于CDMA系統(tǒng)中的直放站產(chǎn)品在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，采用了一系列的關(guān)鍵技術(shù)以滿足CDMA系統(tǒng)的應(yīng)用特性：
3.1 低噪聲電路設(shè)計(jì)技術(shù)
采用低噪聲設(shè)計(jì)技術(shù)包括低噪聲前級(jí)放大器和線性功放，主要考慮在較高接收靈敏度的情況下，使得信號(hào)具有更好的信噪比。
3.2 線性功放技術(shù)
CDMA系統(tǒng)的調(diào)制方式以及頻譜的利用率，對(duì)功放的線性度也提出了很高的要求，如ＡＣＰＲ、ＩＭＤ3等指標(biāo)均與線性功放的性能有關(guān)。
3.3 增益、功率控制技術(shù)
為了保證應(yīng)用的直放站不會(huì)影響CDMA系統(tǒng)環(huán)路控制的正常工作，直放站本身必須具備增益、功率調(diào)整控制技術(shù)，這種調(diào)整可以是現(xiàn)場(chǎng)的，也可以是遠(yuǎn)端的。
3.4 收發(fā)雙工技術(shù)
通過(guò)雙工器可以使直放站、下行收發(fā)天線共用，便于工程施工，減少工程造價(jià)，當(dāng)直放站采用分體機(jī)結(jié)構(gòu)時(shí)，使用雙工器可以更方便的使前后端匹配。
3.5 濾波技術(shù)
CDMA系統(tǒng)上下行頻率相隔45ＭＨｚ，為了避免直放站設(shè)備內(nèi)部形成環(huán)路自激，保證設(shè)備穩(wěn)定工作，放大鏈路需有足夠的濾波電路，對(duì)于需要嚴(yán)格控制帶寬的設(shè)備（如選頻型），還要采用變頻、中頻ＳＡＷ濾波等技術(shù)。
3.6 光傳輸技術(shù)
光纖直放站利用光纖進(jìn)行信號(hào)的傳輸，需要ＲＦ信號(hào)與光信號(hào)轉(zhuǎn)換單元，以及光波分復(fù)用、光耦合及光功率分配等技術(shù)。
3.7 集中控制管理技術(shù)
為了便于設(shè)備的維護(hù)管理，直放站內(nèi)部應(yīng)具有較為完善的智能管理單元，以提供遠(yuǎn)程的遙測(cè)、遙控功能，并可定時(shí)上傳狀態(tài)信息，故障自動(dòng)告警等。
3.8 多頻合路、多模兼容技術(shù)
在室內(nèi)分布應(yīng)用的情況下，要考慮同已經(jīng)安裝的其它室內(nèi)分布系統(tǒng)（如ＧＳＭ）的兼容工作，這需要用到多頻、多模兼容技術(shù)。
4 直放站產(chǎn)品的系統(tǒng)解決方案
4.1 應(yīng)用原則
根據(jù)直放站系列產(chǎn)品的特點(diǎn)和CDMA系統(tǒng)的需求，不同的地理環(huán)境及應(yīng)用場(chǎng)合，系統(tǒng)的解決方案是不同的，這需要認(rèn)真分析，區(qū)別對(duì)待。
對(duì)于無(wú)線直放站來(lái)說(shuō)，信號(hào)的隔離顯得尤為重要。無(wú)線直放站是從空間接收信號(hào)，勢(shì)必要求空間信號(hào)盡可能純凈；而在基站較為密集區(qū)域，分離不同基站或扇區(qū)信號(hào)的難度將大大增加，容易使直放站增加對(duì)基站干擾。所以在基站較為密集區(qū)域，建議盡量采用有線信號(hào)的引入方式，比如光纖直放站。在不具備使用光纖直放站條件的場(chǎng)所，只能采用無(wú)線直放站，但其施主天線必須具有足夠的方向選擇性。
針對(duì)各類地區(qū)及應(yīng)用場(chǎng)所，由于基站的密集性、用戶話務(wù)量等不同，建議采用如下直放站的應(yīng)用原則：
*城市密集區(qū)
由于用戶量大，基站數(shù)量較多，一般不存在大范圍的信號(hào)盲區(qū)，直放站只是用于解決小范圍區(qū)域的補(bǔ)盲以及建筑物內(nèi)的信號(hào)覆蓋。
在光纖到樓尚未普及的情況下，需采用無(wú)線直放站：隨著建筑物的增多，所需的直放站數(shù)量也會(huì)隨之增加，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)基站配置多臺(tái)直放站的情況。
直放站的引入必然對(duì)基站產(chǎn)生干擾，干擾會(huì)隨著直放站數(shù)量的增多而加大，特別是大功率直放站的引入，會(huì)使系統(tǒng)干擾明顯加劇。因此，在城市密集區(qū)應(yīng)當(dāng)采用小功率（1Ｗ以下）直放站。
*城市邊緣
在CDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，由于基站數(shù)量較少，可以采用大功率的無(wú)線或光纖直放站。
城市邊緣地區(qū)，主要是解決信號(hào)覆蓋問(wèn)題。在已印鋪設(shè)光纖的地區(qū)最好采用輸出功率為10Ｗ的光纖直放站。
無(wú)光纖資源時(shí)，可利用無(wú)線直放站進(jìn)行延伸覆蓋。采用方向性好的施主天線提取較為純凈的源信號(hào)，輸出功率為5Ｗ/10Ｗ，等同于基站的輸出，達(dá)到較好的覆蓋效果率。
*郊區(qū)、鄉(xiāng)村
郊區(qū)、鄉(xiāng)村主要是解決覆蓋問(wèn)題。在鋪設(shè)光纖的地區(qū)最好采用大功率光纖直放站（10Ｗ/20Ｗ）擴(kuò)大覆蓋范圍。
對(duì)于無(wú)光纖資源但又能收到基站信號(hào)的地區(qū)，可采用無(wú)線直放站解決覆蓋問(wèn)題。特殊情況下，還可采用移頻直放站來(lái)增加覆蓋距離。
4.2 應(yīng)用模型
為了使直放站在CDMA系統(tǒng)中的應(yīng)用更具有指導(dǎo)意義，下面提出了三種典型應(yīng)用模型作為參考。
*無(wú)線直放站的應(yīng)用模型
*光纖直放站的應(yīng)用模型
*室內(nèi)分布系統(tǒng)的應(yīng)用模型
5 干擾及解決方法
5.1 直放站對(duì)CDMA系統(tǒng)的干擾
在CDMA系統(tǒng)中直放站使用不僅可以消除盲區(qū)，而且還可以延伸基站的覆蓋范圍。但是，直放站的使用也會(huì)對(duì)CDMA系統(tǒng)產(chǎn)生下述的干擾問(wèn)題：
*噪聲疊加
上行鏈路中直放站的使用使CDMA系統(tǒng)的噪聲疊加，基站的接收靈敏度下降。
*使原基站覆蓋范圍縮小
CDMA直放站的使用所引入的噪聲，導(dǎo)致基站系統(tǒng)的接收靈敏度下降，從而引起上行鏈路覆蓋范圍的收縮。通常情況下，在郊區(qū)，當(dāng)上行鏈路中由于直放站使基站的噪聲電平提高2.1dB時(shí)，上行鏈路的覆蓋范圍將收縮13％。因而，CDMA系統(tǒng)中，直放站的架設(shè)位置不能處于原小區(qū)邊緣。
*下行鏈路的導(dǎo)頻時(shí)延
在CDMA系統(tǒng)中使用直放站會(huì)產(chǎn)生定時(shí)時(shí)延和信號(hào)延時(shí)擴(kuò)散，如果時(shí)延較大，將使CDMA系統(tǒng)導(dǎo)頻碼的相位發(fā)生變化，產(chǎn)生掉話等。
在存在雙重覆蓋區(qū)域的情況下，來(lái)自直放站和基站信號(hào)的多徑傳播導(dǎo)致接收端的延時(shí)擴(kuò)散。為了減少多徑干擾，應(yīng)慎重選擇直放站的站址，使雙重覆蓋所產(chǎn)生的時(shí)延在一個(gè)時(shí)間窗之內(nèi)；另外可以調(diào)整基站的時(shí)間窗，使系統(tǒng)導(dǎo)頻信號(hào)不產(chǎn)生混亂。
5.2以系統(tǒng)容量的影響
任何能夠改變基站接收端信號(hào)電平或干擾電平的因素，都對(duì)系統(tǒng)的容量產(chǎn)生影響。
下面分幾種不同的情況分析直放站引入對(duì)CDMA系統(tǒng)容量的影響：
Ａ、CDMA系統(tǒng)容量
比特能量與總的噪聲功能譜密度之比：
Eb/No=PG/(V*(N-1)*(1+Iother/Iself))
系統(tǒng)容量：
N=1+PG/(V*Eb/No(1+Iother/Iself))
其中：PG=21dB 為CDMA系統(tǒng)處理增益，V為話音激活增益，通常取0.4。
Iother來(lái)自于其它小區(qū)的干擾，Iself自身小區(qū)的干擾假設(shè)系統(tǒng)要求Eb/No=10dB。
單小區(qū)系統(tǒng)：
對(duì)于單小區(qū)系統(tǒng)，來(lái)自于相鄰小區(qū)的干擾為零，即Iother/Iself=0，代入得系統(tǒng)容量N=32.5。
多小區(qū)系統(tǒng)：
多小區(qū)無(wú)直放站的系統(tǒng)容量取決于相鄰小區(qū)的干擾情況。
�。隆惭bCDMA直放站時(shí)的系統(tǒng)容量
單小區(qū)有直放站：
單小區(qū)有直放站時(shí)，因?yàn)镮other/Iself=0，系統(tǒng)容量不變。
多小區(qū)有直放站：
多小區(qū)有直放站，分以下兩種情況進(jìn)行討論：
移動(dòng)臺(tái)位于小區(qū)邊緣與直放站之間的情況下，因?yàn)橹狈耪镜淖饔�，相鄰小區(qū)移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率減小，因而來(lái)自相鄰小區(qū)的干擾減小，即公式中Iother/Iself減小，因而系統(tǒng)容量增加。
移動(dòng)臺(tái)位于基站與直放站之間的情況下，當(dāng)直放站位于基站與直放站之間，因?yàn)橹狈耪镜脑鲆妫沟脤?duì)相鄰小區(qū)的干擾增加，通過(guò)分析可以得到該項(xiàng)的影響較弱。
多小區(qū)安裝直放站的情況下，對(duì)于相鄰小區(qū)干擾主要來(lái)自本小區(qū)邊界的用戶，采用直放站后，這些用戶發(fā)射功率減小，降低了相鄰小區(qū)的影響，使系統(tǒng)容量得以增加。統(tǒng)計(jì)表明，通常情況下，Iother/Iself可降低12％-6％，容量增加2-3個(gè)用戶。
綜上所述，對(duì)于單蜂窩系統(tǒng)，直放站的使用可在保持原有容量的前提下，增加覆蓋范圍；對(duì)多蜂窩系統(tǒng)，直放站的使用不僅可以增加覆蓋范圍，還可使系統(tǒng)容量略有增加。
5.3 基站每扇區(qū)可帶直放站的數(shù)目
假設(shè)基站和直放站的噪聲系數(shù)均為5dB，經(jīng)過(guò)有關(guān)計(jì)算，可得到以下結(jié)論：
對(duì)于直放站的輸出功率為100ｍＷ（20ｄＢｍ）時(shí)，加入60臺(tái)直放站后，將引入2ｄＢ的附加噪聲。
對(duì)于1Ｗ（30ｄＢｍ）的直放站，加入10臺(tái)，將引入2ｄＢ的附加噪聲。
對(duì)于10Ｗ（40ｄＢｍ）直放站，加入1臺(tái)直放站后，將引入1.5ｄＢ的附加噪聲，加入4臺(tái)直放站，將引入4ｄＢ左右的附加噪聲。
6 直放站設(shè)計(jì)中的其它因素考慮
CDMA網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的直放站不僅要保證良好的線性、較高的抗干擾能力，也要兼顧在安全性、可靠性、可擴(kuò)展性及可行性方面的考慮。
在設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)直放站系列產(chǎn)品時(shí)，安全性方面的措施包括：設(shè)備安裝時(shí)的防盜、防撬、防破壞，室外設(shè)備的防水、防濕、防高溫、防嚴(yán)寒能力；在軟件操作方面，多層分級(jí)授權(quán)密碼管理也保證了網(wǎng)管系統(tǒng)不易受到外部侵?jǐn)_和破壞。
在研發(fā)、生產(chǎn)、工程整個(gè)流程執(zhí)行規(guī)范的質(zhì)量管理體系，尤其是嚴(yán)格的技術(shù)指標(biāo)、例行試驗(yàn)、高溫老化等一系列措施，以確保整機(jī)設(shè)備的高可靠性。
CDMA直放站設(shè)備是在GSM網(wǎng)中大量應(yīng)用后才開(kāi)始應(yīng)用，因此，CDMA直放站設(shè)備應(yīng)具備同GSM網(wǎng)兼容的能力。在系統(tǒng)兼容擴(kuò)展方面，不僅可以應(yīng)用于單載波、多載波，還可以在不同的網(wǎng)絡(luò)上兼容GSM900、ＧＳＭ1800等其它通信系統(tǒng)。
節(jié)選自《無(wú)線電工程》2001.12
