直放站介紹及其在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )盲區覆蓋中的應用

1 引言
　　
　　在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )中，由于各種原因的影響，網(wǎng)絡(luò )不可能達到完全的無(wú)縫隙覆蓋。對于運營(yíng)商來(lái)說(shuō)，有時(shí)出于成本、傳輸條件等考慮，在一些覆蓋盲區很難建設開(kāi)通基站。這時(shí)，通常采用直放站作為基站覆蓋的輔助手段。由于直放站在擴大通信覆蓋范圍的同時(shí)可對不同基站的話(huà)務(wù)量進(jìn)行有效的調配，因此使用直放站仍是實(shí)現“小容量、大覆蓋”目標的重要手段之一。由于直放站設備本身的特性，引入直放站設備不可避免地對網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)生一些負面作用。在工程實(shí)踐中，如何根據直放站的設備特性，靈活地運用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的規劃方法，最大限度地發(fā)揮直放站設備的性能，解決網(wǎng)絡(luò )問(wèn)題是通信設計人員需要面對的課題。
　　
　　2 直放站的定義與分類(lèi)
　　
　　直放站是一種能同時(shí)放大基站和移動(dòng)臺信號的雙向放大器，也稱(chēng)中繼站。直放站在下行鏈路中，從施主天線(xiàn)現有的覆蓋區域中拾取信號，通過(guò)帶通濾波器對帶外的信號進(jìn)行極好的隔離，將濾波的信號經(jīng)功率放大器放大后再次發(fā)射到待覆蓋區域。在上行鏈路中，覆蓋區域內的移動(dòng)臺信號以同樣的工作方式由上行放大鏈路處理后發(fā)射到相應基站，從而實(shí)現基站與移動(dòng)臺信號的傳遞。
　　直放站的分類(lèi)方法有很多，根據傳輸方式的不同，直放站可分為光纖直放站和射頻直放站兩種。根據信道帶寬的不同，直放站可分為信道選擇型和寬帶型直放站。根據信號接入方式的不同，可分為GSM、CDMA、WCDMA和TD-SCDMA直放站等。根據安裝場(chǎng)景的不同，可分為室外型直放站和室內型直放站。
　　
　　3 直放站的應用特點(diǎn)
　　
　　3.1 直放站的特點(diǎn)及應用原則
　　在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )中，根據直放站的設備類(lèi)型和不同的應用場(chǎng)景，解決方案是不同的。
　　射頻直放站利用無(wú)線(xiàn)傳輸方式，建設周期短，投資小，對傳輸要求低，但對信號的隔離要求高。無(wú)線(xiàn)直放站是從空間接收信號，勢必要求空間信號盡可能純凈，而在基站較為密集的區域，分離不同基站或扇區信號的難度將大大增加，容易增加直放站對基站的干擾。所以在基站較為密集區域，建議盡量采用光纖直放站。在不具備采用光纖直放站條件的場(chǎng)所，只能采用無(wú)線(xiàn)直放站，但其施主天線(xiàn)必須具有足夠的方向選擇性。
　　光纖直放站采用光纖作為傳輸媒介，傳輸損耗小，傳輸距離遠，但需要架設光纖，在投資方面與采用微蜂窩或室外型一體化基站相比沒(méi)有優(yōu)勢。直放站能起到擴大覆蓋，吸收話(huà)務(wù)的作用，可以顯著(zhù)提高一些基站的總話(huà)務(wù)量，進(jìn)而提高網(wǎng)絡(luò )資源利用率。
　　無(wú)論是光纖直放站還是射頻直放站，在應用時(shí)都要注意直放站服務(wù)區域的半徑加上直放站到施主基站的距離不得超過(guò)TA（時(shí)間提前量）的限制。對于普通直放站，該距離不得超過(guò)35 km，對碼分多址系統，最好不要超過(guò)10 km。
　　在做直放站的建設規劃時(shí)，要重視3個(gè)問(wèn)題：
　?。?）總體原則
　　在不影響現有網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量的情況下合理地使用直放站。
　?。?）保證服務(wù)小區的信號起主導作用
　　施主天線(xiàn)宜采用高增益、水平方向為窄波束的天線(xiàn)。
　?。?）防止自激
　　由于直放站的收發(fā)是同頻的，極易造成自激，從而對網(wǎng)絡(luò )造成干擾。一般要求施主天線(xiàn)和覆蓋天線(xiàn)的隔離度比整機增益（含天線(xiàn)）大15 dB以上。在實(shí)際操作時(shí)，一方面，盡量選用高度不同的天線(xiàn)；另一方面，兩副天線(xiàn)之間應盡量有高屏蔽的障礙物或拉開(kāi)一定的距離。
　　針對不同的地物地貌環(huán)境，建議參考以下建設原則：
　?。?）密集城區
　　在密集城區常使用室內直放站作為室內分布系統的信號源，在某些需要覆蓋的建筑物分布比較集中的地方，會(huì )出現一個(gè)基站配置多臺直放站的情況。
　　密集城區無(wú)線(xiàn)環(huán)境十分復雜，室外型直放站的應用會(huì )給網(wǎng)絡(luò )帶來(lái)干擾，造成導頻污染、同頻干擾等問(wèn)題，因此在密集城區一般不建議使用室外直放站，確實(shí)需要使用的，應使用低功率（最好是1 w以下）的直放站。
　?。?）城市邊緣
　　城市邊緣基站數量往往比較少，但新興的居民小區和開(kāi)發(fā)區又有覆蓋需求，此時(shí)網(wǎng)絡(luò )問(wèn)題主要體現在信號覆蓋方面。在該區域可采用功率為10 w左右的直放站設備。
　?。?）郊區、鄉村
　　郊區、鄉村主要是解決覆蓋問(wèn)題。在鋪設光纖的地區最好采用大功率光纖直放站（10/20 W）擴大覆蓋范圍。
　　對于無(wú)光纖資源但又能收到基站信號的地區，可采用無(wú)線(xiàn)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。
　　3.2 直放站的主要用途
　?。?）盲區覆蓋
　　直放站作為基站覆蓋的延伸，將基站信號接收放大后傳送到更大范圍的區域，為原信號覆蓋不佳的地區提供服務(wù)。這也是目前直放站最普遍的應用方式，多用于為對話(huà)務(wù)需求不高的邊緣鄉鎮、交通干線(xiàn)、室外特殊地形和旅游景點(diǎn)提供覆蓋。
　?。?）室內覆蓋
　　在一些深層的建筑物（如商場(chǎng)、寫(xiě)字樓）或陰影地區（如隧道、地下室等）設置直放站也可以收到很好的效果。
　?。?）話(huà)務(wù)平衡
　　利用直放站的延伸特點(diǎn)將空閑基站的服務(wù)引入繁忙基站的覆蓋區域之內，可以起到疏導的作用，幫助整個(gè)系統進(jìn)一步實(shí)現話(huà)務(wù)平衡。
　?。?）網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化
　　由于各種原因，在某些服務(wù)區之間的局部區域尚存在信號微弱的情況，由于區域面積較小或無(wú)高話(huà)務(wù)需求，所以再建設基站并不合適，可以利用直放站改善該區域的信號狀況。
　　3.3直放站和室外型小基站的對比
　　室外型小基站主要是指室外微蜂窩和一體化小基站。直放站和室外型小基站相比，各有特點(diǎn)。
　?。?）建設室外型小基站的投資和工程周期都比較大，而直放站投資小，安裝簡(jiǎn)便靈活。
　?。?）直放站可以用來(lái)吸收話(huà)務(wù)，當某個(gè)小區空閑時(shí)可以用直放站引入的話(huà)務(wù)來(lái)提高設備的利用率，而室外型小基站可以增加系統的總容量，分擔周邊基站的話(huà)務(wù)壓力。
　?。?）采用室外小基站需要分配新的頻點(diǎn)或PN碼，這在有些時(shí)候會(huì )顯得比較困難，而直放站不需要分配新的頻點(diǎn)或PN碼，但是需要控制其對其他小區產(chǎn)生的干擾。 4 直放站的典型應用
　　
　　4.1密集市區室內覆蓋信號源
　　直放站用作室內覆蓋信號源是常見(jiàn)的使用方法，但在密集城區，由于建筑物數量很大，需要的直放站數量也比較多，容易出現一個(gè)基站甚至一個(gè)扇區配置多個(gè)直放站的情況，但引入過(guò)多的直放站，一方面會(huì )對施主基站信號造成比較大的干擾，另一方面增大了施主基站的
　　話(huà)務(wù)量，會(huì )造成施主基站接入困難等情況。在碼分多址網(wǎng)絡(luò )中，由于系統的自干擾特性，引入過(guò)多的直放站會(huì )對施主基站造成更嚴重的破壞。這是密集市區使用直放站作為室內覆蓋信號源不可避免的問(wèn)題。
　　例如，某運營(yíng)商在某城市的網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化中發(fā)現有些區域普遍存在比較嚴重的反向干擾告警，由此引起網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量下降及用戶(hù)投訴，經(jīng)調查分析，認為造成上述問(wèn)題的原因均是在這些區域原有宏蜂窩引入了過(guò)多的光纖直放站。
　　經(jīng)過(guò)分析論證，為解決上述問(wèn)題，可單獨使用一套基站設備作為室內覆蓋光纖直放站的施主基站，該設備不做室外覆蓋使用，與該區域某宏蜂窩基站共站址、電源、傳輸及配套設備。實(shí)施該方法后，網(wǎng)絡(luò )原先存在的反向告警消失，其他各項網(wǎng)絡(luò )指標均有不同程度的提高。經(jīng)多次實(shí)驗，該方法能較好地解決各種制式的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )（GSM、CDMA、WCDMA等）中存在的類(lèi)似問(wèn)題。
　　4.2將光纖直放站納入網(wǎng)管系統
　　在農村、交通道路等要求廣覆蓋、低容量的地區，運營(yíng)商從建設成本、網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量指標以及運營(yíng)效益等方面出發(fā)，經(jīng)常使用大功率直放站來(lái)滿(mǎn)足覆蓋需求。通常情況下，這些直放站沒(méi)有納入網(wǎng)管系統，而且直放站設備的穩定性往往低于室外型微蜂窩或一體化基站，在發(fā)生故障時(shí)難以被及時(shí)發(fā)現，容易引起用戶(hù)投訴。
　　考慮到光纖直放站的特性，在工程建設中，可以將一些重要的光纖直放站納入網(wǎng)管系統，并適當增配UPS或小容量蓄電池、室外開(kāi)關(guān)電源等配套設備。雖然增加了建設成本，相比建設室外微蜂窩或一體化小基站沒(méi)有了投資方面的優(yōu)勢，但能有效地提高網(wǎng)絡(luò )的穩定性和資源利用率。
　　4.3密集城區街道微小區
　　在密集城區的一些區域，地物地貌往往呈現多（高）層建筑密集，建筑物之間間隔很小的特點(diǎn)。在這些區域，建筑物低層和道路覆蓋始終是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )建設的難點(diǎn)，建設單個(gè)宏基站難以達到預期的覆蓋效果，建設多個(gè)基站不僅投資大，還會(huì )因為站距過(guò)小而破壞網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量。此時(shí)可以考慮使用直放站。
　　在這些區域，通常情況下樓頂信號較強且信號單一，可選擇功率合適的直放站安裝在樓頂，服務(wù)天線(xiàn)放在樓群中間，利用樓體的隔離可以有效地控制直放站的覆蓋。這種應用方式可以看作是街道微小區的一種建設方式，但是這種建設方式中發(fā)射功率的設定以及天線(xiàn)安裝位置的選定復雜，當信號從微小區中泄漏時(shí)，容易對現有網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量造成破壞。
　　4.4公路的覆蓋
　　某公路上有一路段距離附近基站較遠，信號微弱，通信時(shí)通時(shí)斷，效果非常不好。由于該站點(diǎn)前后道路較平直，所以可在該路段選擇合適的站點(diǎn)安裝一光纖直放站，并配以前后比較小、增益較大的天線(xiàn)，主瓣方向背向基站，背瓣方向朝向基站，使用一面天線(xiàn)即可滿(mǎn)足該路段的覆蓋需求。
　　4.5曲折地形的覆蓋延伸
　　在山區經(jīng)常會(huì )碰到這樣的情況，覆蓋目標位于山谷中，距離基站直線(xiàn)距離非常近，但由于被山脈阻擋，信號無(wú)法到達。這時(shí)，可沿山谷走勢，在拐點(diǎn)處選擇合適的位置安裝一直放站。由于直放站接收信號的方向和發(fā)射信號的方向成一定的角度，相當于基站信號在直放站處轉了一個(gè)彎。直放站的施主天線(xiàn)和服務(wù)天線(xiàn)分別放在山體的兩側，利用山體形成天然的屏障，直放站的性能可以得到充分發(fā)揮。
　　
　　5 結束語(yǔ)
　　
　　在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )中，合理地使用直放站設備可以起到擴展基站覆蓋范圍，吸收話(huà)務(wù)，提高網(wǎng)絡(luò )資源利用率的作用。在工程實(shí)踐中需要根據直放站的特性，避免或減小直放站對網(wǎng)絡(luò )造成的負面影響。