瑞典阿尔贡系统有限公司 牛良
一、概述
蜂窝系统发展到一定阶段 后，运营商就不仅仅满足于初期系统的基本服务要求，而将注意力集中于优化和改善服务。蜂窝网的运营商为增加竞争力和改善投资回收的机会，在其蜂窝网络中利用直放站进行覆盖，不失为一种既经济又有效的方法。
直放站系统应用于蜂窝网络中的时间并不长，因为GSM是将直放站规范纳入其设备规范(ETSI GSM 05.05)的第一个标准，并于1994年为SMG所接受。在蜂窝移动通信系统中使用直放站虽比此时稍超前一点，但是大规模的采用直放站技术还是在新一代产品出现后。
直放站的类型有：模拟直放站，信道选择直放站，集群直放站。
二、GSM信道选择式直放站的组成及基本工作原理
1、GSM直放站的组成
GSM直放站的组成如图1所示。
GSM信道选择式直放站的主要部件：低噪声放大器(LNA)，合路器(CMB)，信道板（上下变频器，声表面波滤波器(SWA)，功放），双工器，施主天线和业务天线。
2、GSM直放站的基本工作原理
施主天线接受的基站下行载波信号首先经过低噪声放大器处理，再进行下变频从900M射频信号变为71M中频，经过200KHz带宽的中频滤波放大处理后再上变频到900M射频信号并进行功率放大，最后通过业务天线发射出去，对需要覆盖的区域进行覆盖。上行信号处理过程与下行信号完全一样。
三、GSM信道选择式直放站实际应用中需考虑的几个问题
1、天线的选择和隔离度
直放站用来延伸蜂房小区的覆盖区域，至少需要两副天线（施主天线和业务天线），服务于不同的目的，因此要求天线具有不同的特性。
施主天线用于拾取来自于施主基站(BTS)的下行链路信号，并同时转发上行链路信号，由于通信是点对点的，因此要求施主天线应具有高增益和窄波束角的特点。普遍性的倾向为使用Yagi天线，但实际情况却不行，因为一般来说Yagi天线在水平方向上具有相当高的侧瓣电平，与此相比30-40水平波束角的角反射器天线或对数周期天线更适合这种特殊的要求。
业务天线用于将下行链路信号重发直覆盖区域并拾取来自移动台的上行链路信号。在室外应用时，如要覆盖一个类似山谷样的很大区域，这种天线可以是普遍基站使用的定向天线，但需要有很高的增益；在隧道覆盖中，最常用的是Yagi天线；在室内覆盖中，经常使用特殊设计的室内天线，甚至构筑室内分布系统来完成建筑物内部的覆盖，室内天线应设计的不易引人注意，室内分布系统会引入较多的电缆和分配器损耗，在实际应用中可能需要使用干线放大器等设备。
隔离度是直放站在实际应用中必须考虑的重要问题。所谓隔离度是指施主天线或业务天线任一有输入时反映到对方的该信号的输出衰减程度。依据于环境电平的稳定情况，在直放站增益和隔离度之间应有10-15dB的余量。直放站的增益决不可以超过恰好不发生自激时的隔离度系数。一般在室外基站的正前方安装直放站时隔离度通常是最严格的制约因素。 天线隔离度决定了直放站增益的大小，间接决定了直放站是否可达到最大的输出功率，影响着直放站的覆盖范围。另外，直放站安装后，隔离度并非不再变化，它受到外界环境的影响，会产生波动。
最新型的直放站一般都具有隔离度自动控制和监测功能。
2、噪声电平和灵敏度转移
为简化讨论，这里引入“有效施主路径损耗”EDoPL(effective donor path loss)。它是从基站（即合路器输出或多路耦合器输入）的馈线接头到直放站施主端口的所有损耗和增益组成。在这里假设上行链路和下行链路的EDoPL是相等的，尽管实际情况并不都是这样。
同一直放站由于参数设置不同，其噪声系数是变化的，通常情况下的变化范围为5-9dB。若给定GSM无线通道的热噪声系数(-121dBm,RNF@20℃)，到达基站的来自直放站的噪声电平为：-121+RNF+直放站增益- EDoPL(dBm)。
这数值将被附加到基站本身的热噪声系数(-121dBm)当中。在噪声受限的系统中，这一关系对于直放站的增益是较严格的因子，因为可用的最大增益（在上行链路）应为RNF+3dB小于EDoPL，以使其对基站的噪声影响减至最低，由此得出的结果表明直放站的灵敏度转移比BTS本身会小近似10dB，在很多应用中，直放站所工作的系统是干扰受限的，由此从直放站引入到BTS的噪声可以用干扰电平来代替。
四、直放站站址定位问题
直放站站址应选在施主基站与盲区之间（如图2），避免施主天线与重发天线方向夹角小于90度的情况，尤其是两天线方向相同的情况（如图3）。首先，两天线的辐射场图重叠，隔离度很难达到要求；其次，如果地形条件非常好，隔离度问题能够解决，由于GSM系统技术的限制，和同频干扰的影响，直放站也仅能覆盖1-1.5公里，且通话质量较差。
由于业务天线是定向天线，直放站站址最好选在盲区外，靠近盲区边沿，（大约200-500米）如图4。如果选在盲区内（如图5），则不能达到最佳覆盖效果。
直放站除用于覆盖城乡结合处和偏远地区的盲区外，也经常用于覆盖城市边上的密集住宅区。此时避免在楼群的正面选点（如图6），因为信号只能直接穿透靠前的楼房，才可覆盖到后面的区域，但此时信号由于穿透时衰减很大，后面区域的信号强度会很弱。如果从楼群侧面覆盖（如图7），信号可从楼房间较大的空隙穿过，并借助反射达到很好的覆盖效果。
五、施主天线与业务天线的位置关系
1、直放站施主天线与业务天线完全背靠背最小水平距离通常为20米左右。
此距离是指安装地点信号场强仅达到要求的最小强度，即-73dBm，施主和业务天线方向相反且两天线连线与基站到盲区连线平行（这就是上述的完全背靠背，如图8），两天线间没有建筑物或物品隔离情况下的距离。
注意：避免选择两天线发射方向相反，而两天线连线与基站到盲区连线垂直的站址（如图9），因为实践证明在此种情况下仅依靠增加两天线间的距离，直放站增益很难满足小于隔离度10～13dB的要求。
2、直放站施主天线与业务天线完全背靠背最小垂直距离通常为10米左右。
此距离是指安装地点信号场强仅达到要求的最小强度，即-73dBm，施主和业务天线方向相反，两天线间没有建筑物或物品隔离情况下的距离。通常天线垂直安装在铁塔上。
注意：如果两天线之间有隔离物，如楼顶的水箱、小屋等，安装时要做到两天线互相看不见。如果建筑物为钢筋混凝土结构，施主天线在满足信号接收强度的基础上，应尽量靠近建筑物（通常重发天线可放在建筑物上面，施主天线靠近建筑物侧墙）；如果建筑物为一般砖墙结构，应考虑用建筑物隔离和拉长距离的方法来满足隔离度要求。如塔上平台可做隔离物，天线可分别安装在平台上、下塔身处。
3、其他注意事项
直放站安装地点要高于盲区内建筑物，如果相对高度很大，可调节业务天线的下倾角。如果相对高度较小，一定要考虑盲区内建筑物对重发信号的发射，往往近距离的反射信号远远强于业务天线后向辐射信号，即使施主天线完全背向重发天线，隔离度也很难满足。
直放站所在施主小区的载波数必须小于或等于直放站的信道数。
因为如果直放站不能放大施主小区内的所有信道，则在广播控制信道随机分配通话时隙时，如果分配给覆盖区内用户的是没有放大的载波时隙，则用户电话无法接通。如果基站系统有跳频功能，则在覆盖区内用户的通话时隙跳到没有放大的载波，很有可能产生掉话。一般直放站的标准配置是2载波，因此选择施主基站时，应选择2载波以下施主小区，或扩充直放站配置达到施主小区的信道数。
六、操作维护系统
目前直放站已成为蜂窝系统中的一个基本单元，运营商往往选择具有远程监控系统的直放站。通过固定电话或GSM数据传输模式对直放站进行远端控制和告警处理。这将使直放站的安装更加容易，因为许多参数的设置在进行诸如路测等工作时就可调整。
而随着大量直放站在蜂窝网络中的使用，一个操作维护中心系统(OMC)的使用就变得越来越重要。
七、结论
本文介绍的GSM信道选择式直放站目前已在中国移动公司、中国联通公司大规模的使用，成功的应用直放站使移动网络系统的覆盖和语音质量均得到良好的改善。
在实际应用中，由于直放站具有安装调试简单，开通快捷，安装环境要求低和基建投资少等特点，越来越受到运营商的欢迎。
摘自《中国电信》
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