移動通信中繼器的原理

　　移動通信發(fā)展日新月異，正向著全球化、綜合化
和個人化方向發(fā)展，必須是數(shù)字化寬帶系統(tǒng)、高

速率以適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)和多媒體通信的要求。然而無線電頻譜資源是有限的，在我國要貫徹落實
“調(diào)整優(yōu)

化模擬網(wǎng)，大力發(fā)展GSM900/1800數(shù)字網(wǎng)，根據(jù)條件適度擴大CDMA商用試驗網(wǎng)”戰(zhàn)略方針，
對已經(jīng)

開發(fā)的頻段提高頻譜利用率是一個根本的關(guān)鍵措施。

　　提高頻譜利用率的方法很多，已經(jīng)實現(xiàn)的主要有：

　1、信道擴容��

　2、多信道共用

　3、小區(qū)分裂

　4、MRP多重復(fù)用技術(shù)

　5、頻分多址(FDMA)向時分多址(TDMA)發(fā)展，并正向碼分多址(CDMA)發(fā)展。

　正在研究的新方法主要有：

　1、頻道窄帶化

　2、窄帶數(shù)字調(diào)制技術(shù)

　3、研制寬帶TDMA傳輸系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)

　4、頻率復(fù)用及插入頻道技術(shù)

　5、采用數(shù)據(jù)組的形式傳送信息以代替話音傳輸

　6、寬帶CDMA實用化

　各地區(qū)應(yīng)因地制宜，多種方法共用以提高頻譜利用率。目前，全國正在大力抓緊模擬網(wǎng)及
數(shù)字網(wǎng)

的擴容工程，主要以數(shù)字網(wǎng)為重點。由于我國山多地廣，擴容工程還是以建設(shè)新的基站為
主。對于經(jīng)

濟(jì)發(fā)達(dá)的城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)，用戶數(shù)量大，經(jīng)濟(jì)效益明顯，而對于經(jīng)濟(jì)不太發(fā)達(dá)的縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)，用
戶數(shù)量

小，建設(shè)基站投資大，不經(jīng)濟(jì)。另外，既便在現(xiàn)代化的城市中，隧道、地鐵、地下商場、停
車場和一

些封閉的大型建筑物，由于山脈、地面或建筑物的屏蔽作用，成為移動通信的弱信號區(qū)或盲
區(qū)，如果

在這些很小的區(qū)域建設(shè)基站，將造成頻譜資源和人財力資源的嚴(yán)重浪費。為此，我們可以利
用一種投

資小，建站速度快，環(huán)境要求低，安裝維護(hù)簡便，性能穩(wěn)定的設(shè)備棗同頻中繼器來解決。


�ァ∥覈�郵電部在1992年下達(dá)的《移動電話網(wǎng)路技術(shù)體制》中規(guī)定“對于需要覆蓋，而增設(shè)
基站又不

經(jīng)濟(jì)或不方便的局部地區(qū)”可采用設(shè)置同頻中繼器的方法來擴大覆蓋范圍。

　以下就介紹同頻中繼器的原理、特點及技術(shù)問題：

　一、同頻中繼器的原理

　同頻中繼器屬于同頻放大設(shè)備，將上行(移動臺到基站)、下行(基站到移動臺)兩路信號分
別放大，

擴大覆蓋范圍�；�本原理是利用前向天線接收基站下行信號，經(jīng)過低噪聲放大器將有用信號
放大，而

外界噪聲信號放大不明顯，提高載噪比，再經(jīng)窄帶濾波器多重濾波送功放放大，由后向天線
發(fā)射到移

動臺；同時利用后向天線接收移動臺上行信號，經(jīng)低噪聲放大器、窄帶濾波器、功放發(fā)射到
基站。

　　一般來說，同頻中繼器的構(gòu)成包括前向天線、后向天線和主機。前向、后向天線工作頻
段都包含

上、下行頻段、同時傳輸上、下行信號；主機包含上、下行兩條放大鏈路，并且采用雙工器
工作，以

減少天線數(shù)量，功率放大器采用多信道共同放大以簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低成本。

　　二、同頻中繼器的特點

　1、優(yōu)點

　*　結(jié)構(gòu)簡單，不需要進(jìn)行頻率變換、射頻信號調(diào)制解調(diào)和高精密度的濾波器和振蕩源，使
得制

造成本遠(yuǎn)小于基站。

　*　可以用寬帶濾波器實現(xiàn)數(shù)字、模擬系統(tǒng)兼容，減少投資。

　*　耗電量小，只需普通市電，對缺電地區(qū)可用太陽能電源解決，無需專設(shè)供電機房。

　　*　安裝簡便迅速，由于只架設(shè)前后向天線，通過電纜與主機連接，因此建站速度快(1～
2天)，特

別適用于要求緊急開通的地方。

　*　環(huán)境要求低，可露天工作，耐寒冬酷暑。

　*　根據(jù)地形、傳輸線路可選擇采用無線或光纖傳輸同頻中繼器，充分利用各種現(xiàn)有資源。


　2、缺點

�ā⊥�頻放大，不產(chǎn)生新的信道，一旦基站話務(wù)量大或者信道擴容后，若同頻中繼器采用一
塊功放全

頻段多信道放大，會使每個信道輸出功率減小，減小覆蓋范圍。

�ㄇ昂笙蛱炀�安裝不當(dāng)或調(diào)測不注意，會產(chǎn)生上、下行信號自環(huán)放大，產(chǎn)生自激現(xiàn)象，造成
基站控

制信道阻塞，導(dǎo)致基站癱瘓。

�üΨ艑Χ嘈诺婪糯髸�產(chǎn)生三階互調(diào)產(chǎn)物，導(dǎo)致通話質(zhì)量下降，應(yīng)嚴(yán)格降低。

　從同頻中繼器的優(yōu)缺點來看，只要我們在設(shè)計、安裝時認(rèn)真細(xì)致，減少差錯，還是具有很
強的適

用性，既簡便經(jīng)濟(jì)、性能價格比較優(yōu)，又提高了頻譜利用率，特別適用于前述地區(qū)，作為基
站的延

伸。

　三、同頻中繼器技術(shù)問題

　同頻中繼器結(jié)構(gòu)簡單，但也有不少技術(shù)問題值得我們研究解決。同頻中繼器根據(jù)信號傳輸
方式，

同頻中繼器可分為無線傳輸和有線(主要是光纖)傳輸同頻中繼器。以下分開討論：

　1、無線傳輸同頻中繼器��無線傳輸同頻中繼器采用無線收發(fā)信號，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括前向天
線，后

向天線和主機，安裝在同一位置，下行線路為通過前向天線接收基站下行信號，經(jīng)電纜連接
傳送到主

機放大后，送后向天線發(fā)射到移動臺；上行線路為通過后向天線接收移動臺上行信號，經(jīng)電
纜連接傳

送到主機放大后，送前向天線發(fā)射到基站，安裝地點大部分應(yīng)遠(yuǎn)離基站，靠近覆蓋區(qū)，以取
得良好覆

蓋效果。

�、侔惭b地點

　采用無線傳輸，同微波中繼設(shè)備一樣，要求前向天線與基站之間無阻擋，才能收到穩(wěn)定較
強的直

射波，這要求勘測設(shè)計選擇站址時，應(yīng)根據(jù)軍用地圖及實地勘測，選擇最佳位置，通常選擇
的安裝地

點地勢較高，如高山、鐵塔等，供電維護(hù)不太方便。

�、谇跋蛱炀�

　在選擇好安裝地點后，前向天線應(yīng)采用高增益、高前后比的定向天線，如拋物面網(wǎng)狀天
線，以提

高基站信號的選擇性，獲得較高的載噪比，同時增加隔離度。一般來說，前向天線接收到的
信號強度

必須大于-60dbm(天線口測)。

　�、酆笙蛱炀�

　為取得良好的覆蓋效果，后向天線應(yīng)架設(shè)在高處，以便垂直幅射，減少穿透損耗，采用柵
狀或板

狀定向天線，提高正向信號強度，同時也增加隔離度。

�、芨綦x度

　采用雙工器工作，前、后向天線安裝地點較近，不可避免發(fā)生后向天線發(fā)射的下行信號，
感應(yīng)到

前向天線，如果主機增益太大，自環(huán)放大會產(chǎn)生同頻自激現(xiàn)象，反向亦然，導(dǎo)致有用信號輸
出功率下

降。這就要求安裝前、后向天線時必須達(dá)到一定的隔離度，才能提高主機增益，獲得較大的
輸出功

率，采用的方法是將前、后向天線垂直拉開15米或水平拉開20米以上，盡量使前、后向天線
背靠背（

夾角180度)，且前、后天線正前方不能有高大阻擋物，或利用山體、水塔、建筑物等自然地
形阻隔。

此外，還可通過加裝隔離網(wǎng)增加隔離度。一般來說，隔離度必須大于主機有源增益加15db。
也就是

說，一旦隔離度不好，主機增益無法開得太大，輸出功率就會降低。

�、莶煌瑥�(fù)用方式的影響

　我國TACS模擬系統(tǒng)采用頻分多址(FDMA)方式和多信道共用技術(shù)，每個移動臺通話時隨機占
用一

個信道，使得無線傳輸同頻中繼器隨用戶數(shù)增加，每個信道輸出功率下降。傳輸距離很遠(yuǎn)
時，可以采

用多個無線傳輸同頻中繼器串聯(lián)使用，特別適用于公路、鐵路的覆蓋。

　我國GSM數(shù)字系統(tǒng)采用時分多址(TDMA)方式和數(shù)字化技術(shù)。每個移動臺通話占用一個信道中
的

某個時隙，如果傳輸距離過長，可能造成該移動臺在規(guī)定的時隙內(nèi)發(fā)射的信號無法被基站接
收到，造

成接續(xù)不上。根據(jù)測算，工作在GSM系統(tǒng)方式下，經(jīng)基站到無線傳輸同頻中繼器發(fā)送到移動臺
的直線

傳輸距離不應(yīng)超過35公里。另外，數(shù)字化技術(shù)要求載噪比較高。

　未來采用的碼分多址(CDMA)方式，每個移動臺根據(jù)不同的擴頻碼區(qū)分，同樣可以采用無線
傳輸

同頻中繼器。

　2、光纖傳輸同頻中繼器

　光纖傳輸同頻中繼器是近年開發(fā)的一種新型同頻中繼器，其信號通過光纜傳輸，不受地理
條件限

制，特別適用于地形復(fù)雜的山區(qū)，同時由于前、后天線安裝不在同一位置，不存在同頻干
擾，可以實

現(xiàn)全向覆蓋。

　光纖傳輸同頻中繼器的構(gòu)成包括前、后向天線，主機A、B，安裝在基站、覆蓋區(qū)兩端、下
行線路

為通過前向天線接收基站下行信號，經(jīng)電纜傳送到主機A放大，將信號電平調(diào)整到光發(fā)送端機
規(guī)定的

接口電平，送到光發(fā)送端機進(jìn)行光調(diào)制，經(jīng)光纜傳輸?shù)街鳈CB的光接收端機，將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)?br />電信

號，經(jīng)放大送后向天線發(fā)射，上行線路亦然。

　光纖傳輸同頻中繼器與無線傳輸同頻中繼器相比具有以下特點：

　①安裝地點

　由于基站和傳輸機房一般在郵電局同一座大樓里，所以通常是主機A安裝在郵電局基站機房
或傳

輸機房，主機B安裝在覆蓋區(qū)的郵電局機房。

�、谇跋蛱炀�

　前向天線安裝在基站端(主機A端)，為避免觸動基站設(shè)備，一般采用無線接收，可選用定向
天線選

擇接收基站信號。

�、酆笙蛱炀�

　后向天線安裝在覆蓋區(qū)高處，由于不存在同頻干擾，可采用全向天線擴大覆蓋范圍。

�、芨綦x度

　　由于前、后向天線安裝不在同一位置，不存在隔離度問題。

�、莶煌瑥�(fù)用方式的影響

　TACS模擬系統(tǒng)的FDMA方式下，影響與無線傳輸同頻中繼器相同。傳輸距離很遠(yuǎn)時，可中途
增加

光纖放大器，提高光強度。��GSM數(shù)字系統(tǒng)的TDMA方式下，由于光信號在光纖中通過光全反射
進(jìn)行

傳輸?shù)模�光信號�?jīng)過的實際路程大于光纖長度，根據(jù)測算，有線傳輸同頻中繼器要求連接主
機A、B之

間光纜傳輸距離不超過25公里。

　CDMA方式下，同樣可以采用光纖傳輸同頻中繼器。

�、薏ǚ謴�(fù)用

　由于同一光纖中傳輸?shù)墓庑盘柌ㄩL相互獨立，因而可以完成各種信號的綜合和分離，對光
纖已用

于傳輸話路(通常為1.31um波長)時，可通過使用波分復(fù)用器實現(xiàn)基站下行信號、移動臺上行
信號(采用

1．55um波長)共同傳輸，不需要另外鋪設(shè)光纜，充分利用光纖的巨大帶寬資源。

　此外，不管是無線還是有線同頻中繼器，在主機調(diào)試時，還要注意以下幾個問題：

　1、上、下行增益平衡

　若下行增益遠(yuǎn)大于上行增益，會導(dǎo)致手機接收到場強很高，卻打不通電話，若上行增益遠(yuǎn)
大于下

行增益，導(dǎo)致覆蓋范圍縮小。較合理范圍是調(diào)整上、下行增益使其相差上于3db。

　2、三階互調(diào)產(chǎn)物

　由于大部分同頻中繼器產(chǎn)家采用一塊功放多信道共同放大，由于功放的工作非線性，會產(chǎn)
生互調(diào)

產(chǎn)物，尤其是三階互調(diào)產(chǎn)物較強，頻率又位于移動通信頻段，對通話質(zhì)量有較大影響，應(yīng)通
過降低上

下行輸出功率，從而降低三階互調(diào)產(chǎn)物。根據(jù)CCITT建議，蜂窩移動通信載噪比大于17db，我
們應(yīng)調(diào)

整下行輸出三階互調(diào)不大于-20dbc，(模擬系統(tǒng))或-15dbc(數(shù)字系統(tǒng))。

　四、總結(jié)

　經(jīng)過模擬、數(shù)字系統(tǒng)大擴容以后，仍有部分山區(qū)、村鎮(zhèn)及城市部分地下建筑、酒樓、KTV包
箱等

地，存在著移動通信盲區(qū)，不可能也不必要建設(shè)新的基站，因為即使是微蜂窩、微微蜂窩基
站，對安

裝環(huán)境、電源、天線架設(shè)要求都很高，成本較高，而通過建設(shè)同頻中繼器進(jìn)行補充仍是一個
有效經(jīng)濟(jì)

的方法。但是，由于基站建設(shè)前已經(jīng)過頻率規(guī)劃設(shè)計，對基站的話務(wù)量、越區(qū)切換，接入半
徑、排隊

時間等技術(shù)參數(shù)作出統(tǒng)一部署。這就要求在安裝同頻中繼器之前，必須與郵電局通信部門相
互溝通，

了解被接入基站容量及參數(shù)設(shè)置情況，避免造成該基站工作異常。

　總之，在移動通信發(fā)展初期，同頻中繼器曾經(jīng)發(fā)揮過較大作用，隨著移動基站大規(guī)模擴
容，其作

用逐步下降，但作為一種簡便經(jīng)濟(jì)的移動基站延伸器，仍有其存在的合理性，我們應(yīng)充分利
用同頻中

繼器的優(yōu)點，揚長避短，因地制宜，促進(jìn)移動通信系統(tǒng)不斷發(fā)展完善。