直放站介紹及其在移動通信網(wǎng)絡盲區(qū)覆蓋中的應用

1 引言
　　
　　在移動通信網(wǎng)絡中，由于各種原因的影響，網(wǎng)絡不可能達到完全的無縫隙覆蓋。對于運營商來說，有時出于成本、傳輸條件等考慮，在一些覆蓋盲區(qū)很難建設開通基站。這時，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可對不同基站的話務量進行有效的調(diào)配，因此使用直放站仍是實現(xiàn)“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)絡產(chǎn)生一些負面作用。在工程實踐中，如何根據(jù)直放站的設備特性，靈活地運用無線網(wǎng)絡的規(guī)劃方法，最大限度地發(fā)揮直放站設備的性能，解決網(wǎng)絡問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
　　
　　直放站是一種能同時放大基站和移動臺信號的雙向放大器，也稱中繼站。直放站在下行鏈路中，從施主天線現(xiàn)有的覆蓋區(qū)域中拾取信號，通過帶通濾波器對帶外的信號進行極好的隔離，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(qū)域。在上行鏈路中，覆蓋區(qū)域內(nèi)的移動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，從而實現(xiàn)基站與移動臺信號的傳遞。
　　直放站的分類方法有很多，根據(jù)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(jù)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(jù)信號接入方式的不同，可分為GSM、CDMA、WCDMA和TD-SCDMA直放站等。根據(jù)安裝場景的不同，可分為室外型直放站和室內(nèi)型直放站。
　　
　　3 直放站的應用特點
　　
　　3.1 直放站的特點及應用原則
　　在移動通信網(wǎng)絡中，根據(jù)直放站的設備類型和不同的應用場景，解決方案是不同的。
　　射頻直放站利用無線傳輸方式，建設周期短，投資小，對傳輸要求低，但對信號的隔離要求高。無線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(qū)域，分離不同基站或扇區(qū)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(qū)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所，只能采用無線直放站，但其施主天線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有優(yōu)勢。直放站能起到擴大覆蓋，吸收話務的作用，可以顯著提高一些基站的總話務量，進而提高網(wǎng)絡資源利用率。
　　無論是光纖直放站還是射頻直放站，在應用時都要注意直放站服務區(qū)域的半徑加上直放站到施主基站的距離不得超過TA（時間提前量）的限制。對于普通直放站，該距離不得超過35 km，對碼分多址系統(tǒng)，最好不要超過10 km。
　　在做直放站的建設規(guī)劃時，要重視3個問題：
　?。?）總體原則
　　在不影響現(xiàn)有網(wǎng)絡質(zhì)量的情況下合理地使用直放站。
　?。?）保證服務小區(qū)的信號起主導作用
　　施主天線宜采用高增益、水平方向為窄波束的天線。
　?。?）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)絡造成干擾。一般要求施主天線和覆蓋天線的隔離度比整機增益（含天線）大15 dB以上。在實際操作時，一方面，盡量選用高度不同的天線；另一方面，兩副天線之間應盡量有高屏蔽的障礙物或拉開一定的距離。
　　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(qū)
　　在密集城區(qū)常使用室內(nèi)直放站作為室內(nèi)分布系統(tǒng)的信號源，在某些需要覆蓋的建筑物分布比較集中的地方，會出現(xiàn)一個基站配置多臺直放站的情況。
　　密集城區(qū)無線環(huán)境十分復雜，室外型直放站的應用會給網(wǎng)絡帶來干擾，造成導頻污染、同頻干擾等問題，因此在密集城區(qū)一般不建議使用室外直放站，確實需要使用的，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(shù)量往往比較少，但新興的居民小區(qū)和開發(fā)區(qū)又有覆蓋需求，此時網(wǎng)絡問題主要體現(xiàn)在信號覆蓋方面。在該區(qū)域可采用功率為10 w左右的直放站設備。
　　（3）郊區(qū)、鄉(xiāng)村
　　郊區(qū)、鄉(xiāng)村主要是解決覆蓋問題。在鋪設光纖的地區(qū)最好采用大功率光纖直放站（10/20 W）擴大覆蓋范圍。
　　對于無光纖資源但又能收到基站信號的地區(qū)，可采用無線直放站解決覆蓋問題。特殊情況下，還可采用移頻直放站來增加覆蓋距離。
　　3.2 直放站的主要用途
　?。?）盲區(qū)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(qū)域，為原信號覆蓋不佳的地區(qū)提供服務。這也是目前直放站最普遍的應用方式，多用于為對話務需求不高的邊緣鄉(xiāng)鎮(zhèn)、交通干線、室外特殊地形和旅游景點提供覆蓋。
　　（2）室內(nèi)覆蓋
　　在一些深層的建筑物（如商場、寫字樓）或陰影地區(qū)（如隧道、地下室等）設置直放站也可以收到很好的效果。
　　（3）話務平衡
　　利用直放站的延伸特點將空閑基站的服務引入繁忙基站的覆蓋區(qū)域之內(nèi)，可以起到疏導的作用，幫助整個系統(tǒng)進一步實現(xiàn)話務平衡。
　?。?）網(wǎng)絡優(yōu)化
　　由于各種原因，在某些服務區(qū)之間的局部區(qū)域尚存在信號微弱的情況，由于區(qū)域面積較小或無高話務需求，所以再建設基站并不合適，可以利用直放站改善該區(qū)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。
　?。?）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，安裝簡便靈活。
　?。?）直放站可以用來吸收話務，當某個小區(qū)空閑時可以用直放站引入的話務來提高設備的利用率，而室外型小基站可以增加系統(tǒng)的總?cè)萘?，分擔周邊基站的話務壓力?
　　（3）采用室外小基站需要分配新的頻點或PN碼，這在有些時候會顯得比較困難，而直放站不需要分配新的頻點或PN碼，但是需要控制其對其他小區(qū)產(chǎn)生的干擾。 4 直放站的典型應用
　　
　　4.1密集市區(qū)室內(nèi)覆蓋信號源
　　直放站用作室內(nèi)覆蓋信號源是常見的使用方法，但在密集城區(qū)，由于建筑物數(shù)量很大，需要的直放站數(shù)量也比較多，容易出現(xiàn)一個基站甚至一個扇區(qū)配置多個直放站的情況，但引入過多的直放站，一方面會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
　　話務量，會造成施主基站接入困難等情況。在碼分多址網(wǎng)絡中，由于系統(tǒng)的自干擾特性，引入過多的直放站會對施主基站造成更嚴重的破壞。這是密集市區(qū)使用直放站作為室內(nèi)覆蓋信號源不可避免的問題。
　　例如，某運營商在某城市的網(wǎng)絡優(yōu)化中發(fā)現(xiàn)有些區(qū)域普遍存在比較嚴重的反向干擾告警，由此引起網(wǎng)絡質(zhì)量下降及用戶投訴，經(jīng)調(diào)查分析，認為造成上述問題的原因均是在這些區(qū)域原有宏蜂窩引入了過多的光纖直放站。
　　經(jīng)過分析論證，為解決上述問題，可單獨使用一套基站設備作為室內(nèi)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(qū)域某宏蜂窩基站共站址、電源、傳輸及配套設備。實施該方法后，網(wǎng)絡原先存在的反向告警消失，其他各項網(wǎng)絡指標均有不同程度的提高。經(jīng)多次實驗，該方法能較好地解決各種制式的移動通信網(wǎng)絡（GSM、CDMA、WCDMA等）中存在的類似問題。
　　4.2將光纖直放站納入網(wǎng)管系統(tǒng)
　　在農(nóng)村、交通道路等要求廣覆蓋、低容量的地區(qū)，運營商從建設成本、網(wǎng)絡質(zhì)量指標以及運營效益等方面出發(fā)，經(jīng)常使用大功率直放站來滿足覆蓋需求。通常情況下，這些直放站沒有納入網(wǎng)管系統(tǒng)，而且直放站設備的穩(wěn)定性往往低于室外型微蜂窩或一體化基站，在發(fā)生故障時難以被及時發(fā)現(xiàn)，容易引起用戶投訴。
　　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(tǒng)，并適當增配UPS或小容量蓄電池、室外開關電源等配套設備。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有了投資方面的優(yōu)勢，但能有效地提高網(wǎng)絡的穩(wěn)定性和資源利用率。
　　4.3密集城區(qū)街道微小區(qū)
　　在密集城區(qū)的一些區(qū)域，地物地貌往往呈現(xiàn)多（高）層建筑密集，建筑物之間間隔很小的特點。在這些區(qū)域，建筑物低層和道路覆蓋始終是移動網(wǎng)絡建設的難點，建設單個宏基站難以達到預期的覆蓋效果，建設多個基站不僅投資大，還會因為站距過小而破壞網(wǎng)絡質(zhì)量。此時可以考慮使用直放站。
　　在這些區(qū)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，服務天線放在樓群中間，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(qū)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安裝位置的選定復雜，當信號從微小區(qū)中泄漏時，容易對現(xiàn)有網(wǎng)絡質(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，通信時通時斷，效果非常不好。由于該站點前后道路較平直，所以可在該路段選擇合適的站點安裝一光纖直放站，并配以前后比較小、增益較大的天線，主瓣方向背向基站，背瓣方向朝向基站，使用一面天線即可滿足該路段的覆蓋需求。
　　4.5曲折地形的覆蓋延伸
　　在山區(qū)經(jīng)常會碰到這樣的情況，覆蓋目標位于山谷中，距離基站直線距離非常近，但由于被山脈阻擋，信號無法到達。這時，可沿山谷走勢，在拐點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(zhuǎn)了一個彎。直放站的施主天線和服務天線分別放在山體的兩側(cè)，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(jié)束語
　　
　　在移動通信網(wǎng)絡中，合理地使用直放站設備可以起到擴展基站覆蓋范圍，吸收話務，提高網(wǎng)絡資源利用率的作用。在工程實踐中需要根據(jù)直放站的特性，避免或減小直放站對網(wǎng)絡造成的負面影響。