直放站在移動通信網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)覆蓋中的應(yīng)用

1 引言
　　
　　在移動通信網(wǎng)絡(luò)中，由于各種原因的影響，網(wǎng)絡(luò)不可能達(dá)到完全的無縫隙覆蓋。對于運(yùn)營商來說，有時(shí)出于成本、傳輸條件等考慮，在一些覆蓋盲區(qū)很難建設(shè)開通基站。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(kuò)大通信覆蓋范圍的同時(shí)可對不同基站的話務(wù)量進(jìn)行有效的調(diào)配，因此使用直放站仍是實(shí)現(xiàn)“小容量、大覆蓋”目標(biāo)的重要手段之一。由于直放站設(shè)備本身的特性，引入直放站設(shè)備不可避免地對網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生一些負(fù)面作用。在工程實(shí)踐中，如何根據(jù)直放站的設(shè)備特性，靈活地運(yùn)用無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃方法，最大限度地發(fā)揮直放站設(shè)備的性能，解決網(wǎng)絡(luò)問題是通信設(shè)計(jì)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(shí)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(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(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(yīng)基站，從而實(shí)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(yīng)用特點(diǎn)
　　
　　3.1 直放站的特點(diǎn)及應(yīng)用原則
　　在移動通信網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)直放站的設(shè)備類型和不同的應(yīng)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(shè)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(yuǎn)，但需要架設(shè)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(kuò)大覆蓋，吸收話務(wù)的作用，可以顯著提高一些基站的總話務(wù)量，進(jìn)而提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率。
　　無論是光纖直放站還是射頻直放站，在應(yīng)用時(shí)都要注意直放站服務(wù)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(shí)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(shè)規(guī)劃時(shí)，要重視3個(gè)問題：
　?。?）總體原則
　　在不影響現(xiàn)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(qū)的信號起主導(dǎo)作用
　　施主天線宜采用高增益、水平方向?yàn)檎ㄊ奶炀€。
　　（3）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。一般要求施主天線和覆蓋天線的隔離度比整機(jī)增益（含天線）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；另一方面，兩副天線之間應(yīng)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(shè)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(gè)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(fù)雜，室外型直放站的應(yīng)用會給網(wǎng)絡(luò)帶來干擾，造成導(dǎo)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(shí)需要使用的，應(yīng)使用低功率（最好是1 w以下）的直放站。
　　（2）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(shí)網(wǎng)絡(luò)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(shè)備。
　?。?）郊區(qū)、鄉(xiāng)村
　　郊區(qū)、鄉(xiāng)村主要是解決覆蓋問題。在鋪設(shè)光纖的地區(qū)最好采用大功率光纖直放站（10/20 W）擴(kuò)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(wù)。這也是目前直放站最普遍的應(yīng)用方式，多用于為對話務(wù)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(diǎn)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(shè)置直放站也可以收到很好的效果。
　　（3）話務(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(qū)域之內(nèi)，可以起到疏導(dǎo)的作用，幫助整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)話務(wù)平衡。
　　（4）網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化
　　由于各種原因，在某些服務(wù)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(wù)需求，所以再建設(shè)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(diǎn)。
　　（1）建設(shè)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。
　　（2）直放站可以用來吸收話務(wù)，當(dāng)某個(gè)小區(qū)空閑時(shí)可以用直放站引入的話務(wù)來提高設(shè)備的利用率，而室外型小基站可以增加系統(tǒng)的總?cè)萘?，分?dān)周邊基站的話務(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(qū)產(chǎn)生的干擾。 4 直放站的典型應(yīng)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(gè)基站甚至一個(gè)扇區(qū)配置多個(gè)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(wù)量，會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(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(yán)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(yùn)營商在某城市的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中發(fā)現(xiàn)有些區(qū)域普遍存在比較嚴(yán)重的反向干擾告警，由此引起網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量下降及用戶投訴，經(jīng)調(diào)查分析，認(rèn)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(dú)使用一套基站設(shè)備作為室內(nèi)覆蓋光纖直放站的施主基站，該設(shè)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(shè)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(xiàng)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)均有不同程度的提高。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，該方法能較好地解決各種制式的移動通信網(wǎng)絡(luò)（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(yùn)營商從建設(shè)成本、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量指標(biāo)以及運(yùn)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(shè)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(shí)難以被及時(shí)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(shè)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(dāng)增配UPS或小容量蓄電池、室外開關(guān)電源等配套設(shè)備。雖然增加了建設(shè)成本，相比建設(shè)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(luò)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(diǎn)。在這些區(qū)域，建筑物低層和道路覆蓋始終是移動網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的難點(diǎn)，建設(shè)單個(gè)宏基站難以達(dá)到預(yù)期的覆蓋效果，建設(shè)多個(gè)基站不僅投資大，還會因?yàn)檎揪噙^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(qū)域，通常情況下樓頂信號較強(qiáng)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(yīng)用方式可以看作是街道微小區(qū)的一種建設(shè)方式，但是這種建設(shè)方式中發(fā)射功率的設(shè)定以及天線安裝位置的選定復(fù)雜，當(dāng)信號從微小區(qū)中泄漏時(shí)，容易對現(xiàn)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(yuǎn)，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，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(biāo)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(dá)。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(dāng)于基站信號在直放站處轉(zhuǎn)了一個(gè)彎。直放站的施主天線和服務(wù)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(luò)中，合理地使用直放站設(shè)備可以起到擴(kuò)展基站覆蓋范圍，吸收話務(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(jù)直放站的特性，避免或減小直放站對網(wǎng)絡(luò)造成的負(fù)面影響。