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一、概述
蜂窩系統(tǒng)發(fā)展到一定階段 后，運營商就不僅僅滿足于初期系統(tǒng)的基本服務(wù)要求，而將注意力集中于優(yōu)化和改善服務(wù)。蜂窩網(wǎng)的運營商為增加競爭力和改善投資回收的機(jī)會，在其蜂窩網(wǎng)絡(luò)中利用直放站進(jìn)行覆蓋，不失為一種既經(jīng)濟(jì)又有效的方法。
直放站系統(tǒng)應(yīng)用于蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的時間并不長，因為GSM是將直放站規(guī)范納入其設(shè)備規(guī)范(ETSI GSM 05.05)的第一個標(biāo)準(zhǔn)，并于1994年為SMG所接受。在蜂窩移動通信系統(tǒng)中使用直放站雖比此時稍超前一點，但是大規(guī)模的采用直放站技術(shù)還是在新一代產(chǎn)品出現(xiàn)后。
直放站的類型有：模擬直放站，信道選擇直放站，集群直放站。
二、GSM信道選擇式直放站的組成及基本工作原理
1、GSM直放站的組成
GSM直放站的組成如圖1所示。
GSM信道選擇式直放站的主要部件：低噪聲放大器(LNA)，合路器(CMB)，信道板（上下變頻器，聲表面波濾波器(SWA)，功放），雙工器，施主天線和業(yè)務(wù)天線。
2、GSM直放站的基本工作原理
施主天線接受的基站下行載波信號首先經(jīng)過低噪聲放大器處理，再進(jìn)行下變頻從900M射頻信號變?yōu)?1M中頻，經(jīng)過200KHz帶寬的中頻濾波放大處理后再上變頻到900M射頻信號并進(jìn)行功率放大，最后通過業(yè)務(wù)天線發(fā)射出去，對需要覆蓋的區(qū)域進(jìn)行覆蓋。上行信號處理過程與下行信號完全一樣。
三、GSM信道選擇式直放站實際應(yīng)用中需考慮的幾個問題
1、天線的選擇和隔離度
直放站用來延伸蜂房小區(qū)的覆蓋區(qū)域，至少需要兩副天線（施主天線和業(yè)務(wù)天線），服務(wù)于不同的目的，因此要求天線具有不同的特性。
施主天線用于拾取來自于施主基站(BTS)的下行鏈路信號，并同時轉(zhuǎn)發(fā)上行鏈路信號，由于通信是點對點的，因此要求施主天線應(yīng)具有高增益和窄波束角的特點。普遍性的傾向為使用Yagi天線，但實際情況卻不行，因為一般來說Yagi天線在水平方向上具有相當(dāng)高的側(cè)瓣電平，與此相比30-40水平波束角的角反射器天線或?qū)?shù)周期天線更適合這種特殊的要求。
業(yè)務(wù)天線用于將下行鏈路信號重發(fā)直覆蓋區(qū)域并拾取來自移動臺的上行鏈路信號。在室外應(yīng)用時，如要覆蓋一個類似山谷樣的很大區(qū)域，這種天線可以是普遍基站使用的定向天線，但需要有很高的增益；在隧道覆蓋中，最常用的是Yagi天線；在室內(nèi)覆蓋中，經(jīng)常使用特殊設(shè)計的室內(nèi)天線，甚至構(gòu)筑室內(nèi)分布系統(tǒng)來完成建筑物內(nèi)部的覆蓋，室內(nèi)天線應(yīng)設(shè)計的不易引人注意，室內(nèi)分布系統(tǒng)會引入較多的電纜和分配器損耗，在實際應(yīng)用中可能需要使用干線放大器等設(shè)備。
隔離度是直放站在實際應(yīng)用中必須考慮的重要問題。所謂隔離度是指施主天線或業(yè)務(wù)天線任一有輸入時反映到對方的該信號的輸出衰減程度。依據(jù)于環(huán)境電平的穩(wěn)定情況，在直放站增益和隔離度之間應(yīng)有10-15dB的余量。直放站的增益決不可以超過恰好不發(fā)生自激時的隔離度系數(shù)。一般在室外基站的正前方安裝直放站時隔離度通常是最嚴(yán)格的制約因素。 天線隔離度決定了直放站增益的大小，間接決定了直放站是否可達(dá)到最大的輸出功率，影響著直放站的覆蓋范圍。另外，直放站安裝后，隔離度并非不再變化，它受到外界環(huán)境的影響，會產(chǎn)生波動。
最新型的直放站一般都具有隔離度自動控制和監(jiān)測功能。
2、噪聲電平和靈敏度轉(zhuǎn)移
為簡化討論，這里引入“有效施主路徑損耗”EDoPL(effective donor path loss)。它是從基站（即合路器輸出或多路耦合器輸入）的饋線接頭到直放站施主端口的所有損耗和增益組成。在這里假設(shè)上行鏈路和下行鏈路的EDoPL是相等的，盡管實際情況并不都是這樣。
同一直放站由于參數(shù)設(shè)置不同，其噪聲系數(shù)是變化的，通常情況下的變化范圍為5-9dB。若給定GSM無線通道的熱噪聲系數(shù)(-121dBm,RNF@20℃)，到達(dá)基站的來自直放站的噪聲電平為：-121+RNF+直放站增益- EDoPL(dBm)。
這數(shù)值將被附加到基站本身的熱噪聲系數(shù)(-121dBm)當(dāng)中。在噪聲受限的系統(tǒng)中，這一關(guān)系對于直放站的增益是較嚴(yán)格的因子，因為可用的最大增益（在上行鏈路）應(yīng)為RNF+3dB小于EDoPL，以使其對基站的噪聲影響減至最低，由此得出的結(jié)果表明直放站的靈敏度轉(zhuǎn)移比BTS本身會小近似10dB，在很多應(yīng)用中，直放站所工作的系統(tǒng)是干擾受限的，由此從直放站引入到BTS的噪聲可以用干擾電平來代替。
四、直放站站址定位問題
直放站站址應(yīng)選在施主基站與盲區(qū)之間（如圖2），避免施主天線與重發(fā)天線方向夾角小于90度的情況，尤其是兩天線方向相同的情況（如圖3）。首先，兩天線的輻射場圖重疊，隔離度很難達(dá)到要求；其次，如果地形條件非常好，隔離度問題能夠解決，由于GSM系統(tǒng)技術(shù)的限制，和同頻干擾的影響，直放站也僅能覆蓋1-1.5公里，且通話質(zhì)量較差。
由于業(yè)務(wù)天線是定向天線，直放站站址最好選在盲區(qū)外，靠近盲區(qū)邊沿，（大約200-500米）如圖4。如果選在盲區(qū)內(nèi)（如圖5），則不能達(dá)到最佳覆蓋效果。
直放站除用于覆蓋城鄉(xiāng)結(jié)合處和偏遠(yuǎn)地區(qū)的盲區(qū)外，也經(jīng)常用于覆蓋城市邊上的密集住宅區(qū)。此時避免在樓群的正面選點（如圖6），因為信號只能直接穿透靠前的樓房，才可覆蓋到后面的區(qū)域，但此時信號由于穿透時衰減很大，后面區(qū)域的信號強(qiáng)度會很弱。如果從樓群側(cè)面覆蓋（如圖7），信號可從樓房間較大的空隙穿過，并借助反射達(dá)到很好的覆蓋效果。
五、施主天線與業(yè)務(wù)天線的位置關(guān)系
1、直放站施主天線與業(yè)務(wù)天線完全背靠背最小水平距離通常為20米左右。
此距離是指安裝地點信號場強(qiáng)僅達(dá)到要求的最小強(qiáng)度，即-73dBm，施主和業(yè)務(wù)天線方向相反且兩天線連線與基站到盲區(qū)連線平行（這就是上述的完全背靠背，如圖8），兩天線間沒有建筑物或物品隔離情況下的距離。
注意：避免選擇兩天線發(fā)射方向相反，而兩天線連線與基站到盲區(qū)連線垂直的站址（如圖9），因為實踐證明在此種情況下僅依靠增加兩天線間的距離，直放站增益很難滿足小于隔離度10～13dB的要求。
2、直放站施主天線與業(yè)務(wù)天線完全背靠背最小垂直距離通常為10米左右。
此距離是指安裝地點信號場強(qiáng)僅達(dá)到要求的最小強(qiáng)度，即-73dBm，施主和業(yè)務(wù)天線方向相反，兩天線間沒有建筑物或物品隔離情況下的距離。通常天線垂直安裝在鐵塔上。
注意：如果兩天線之間有隔離物，如樓頂?shù)乃�、小屋等，安裝時要做到兩天線互相看不見。如果建筑物為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，施主天線在滿足信號接收強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量靠近建筑物（通常重發(fā)天線可放在建筑物上面，施主天線靠近建筑物側(cè)墻）；如果建筑物為一般磚墻結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮用建筑物隔離和拉長距離的方法來滿足隔離度要求。如塔上平臺可做隔離物，天線可分別安裝在平臺上、下塔身處。
3、其他注意事項
直放站安裝地點要高于盲區(qū)內(nèi)建筑物，如果相對高度很大，可調(diào)節(jié)業(yè)務(wù)天線的下傾角。如果相對高度較小，一定要考慮盲區(qū)內(nèi)建筑物對重發(fā)信號的發(fā)射，往往近距離的反射信號遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于業(yè)務(wù)天線后向輻射信號，即使施主天線完全背向重發(fā)天線，隔離度也很難滿足。
直放站所在施主小區(qū)的載波數(shù)必須小于或等于直放站的信道數(shù)。
因為如果直放站不能放大施主小區(qū)內(nèi)的所有信道，則在廣播控制信道隨機(jī)分配通話時隙時，如果分配給覆蓋區(qū)內(nèi)用戶的是沒有放大的載波時隙，則用戶電話無法接通。如果基站系統(tǒng)有跳頻功能，則在覆蓋區(qū)內(nèi)用戶的通話時隙跳到?jīng)]有放大的載波，很有可能產(chǎn)生掉話。一般直放站的標(biāo)準(zhǔn)配置是2載波，因此選擇施主基站時，應(yīng)選擇2載波以下施主小區(qū)，或擴(kuò)充直放站配置達(dá)到施主小區(qū)的信道數(shù)。
六、操作維護(hù)系統(tǒng)
目前直放站已成為蜂窩系統(tǒng)中的一個基本單元，運營商往往選擇具有遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的直放站。通過固定電話或GSM數(shù)據(jù)傳輸模式對直放站進(jìn)行遠(yuǎn)端控制和告警處理。這將使直放站的安裝更加容易，因為許多參數(shù)的設(shè)置在進(jìn)行諸如路測等工作時就可調(diào)整。
而隨著大量直放站在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的使用，一個操作維護(hù)中心系統(tǒng)(OMC)的使用就變得越來越重要。
七、結(jié)論
本文介紹的GSM信道選擇式直放站目前已在中國移動公司、中國聯(lián)通公司大規(guī)模的使用，成功的應(yīng)用直放站使移動網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的覆蓋和語音質(zhì)量均得到良好的改善。
在實際應(yīng)用中，由于直放站具有安裝調(diào)試簡單，開通快捷，安裝環(huán)境要求低和基建投資少等特點，越來越受到運營商的歡迎。
摘自《中國電信》
