直放站网络规划ISSUE10.docx

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直放站网络规划ISSUE10

课程MF005604

直放站网络规划

ISSUE1.0

课程说明1

课程介绍1

课程目标1

相关资料

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第1章概述

随着移动通信网络的发展，用户对服务质量的要求也越来越高，期望在任何地方有网络覆盖并能够为其提供服务。

对于运营商，有时出于成本、传输条件等限制，新基站在存在覆盖盲区的地方却可能无法开通。

这时采用直放站作为解决盲区覆盖的辅助手段，不失为一种既经济又有效的方法。

1.1直放站种类

按传输方式来分，直放站种类主要有：

无线直放站、光纤直放站。

光纤直放站采用光纤作为传输媒介，需要在基站侧和直放站侧具有光传输能力。

无线直放站采用一副施主天线接收基站的信号，经过信号放大后，用一副重发天线在另一方向把信号转发出去（因直放站只有一路接收通道，直放站均无分集接收能力，因此无需分集接收天线）。

按信道带宽来分，直放站又可以分为：

带宽选择直放站（通常称作宽带直放站）、信道选择直放站（通常称作窄带直放站或选频直放站）。

带宽直放站对某一段频率都可以放大（如带宽6M、19M、25M）；选频直放站只对选定的频点放大，是窄带的直放站，并且放大的频点有限。

目前，直放站的主要产品种类有：

无线选频直放站、光纤选频直放站、无线宽带直放站、光纤宽带直放站。

另外，新型直放站还有太阳能直放站。

主要是宽带型，除由太阳能供电外，其它与主要是宽带直放站相似。

1.2直放站与微蜂窝的比较

直放站与微蜂窝都可以用来解决覆盖问题，但这二者又有不同的特点：

1、建设微蜂窝的设备投入与工程周期都较大，而直放站（Repeater）不需要基站设备和传输设备，安装简便灵活。

2、直放站可以用来引入话务，当某个小区很空闲时可以用直放站引入的话务来提高设备利用率。

而系统的总容量得不到提高。

采用微蜂窝时可以增加系统的总容量，在建站地点附近的小区都较忙时宜采用微蜂窝来解决覆盖问题同时可以缓解系统拥塞状况。

3、采用微蜂窝需要分配新的频点，这在频率资源很紧张的地区可能较为困难。

而直放站不需要分配新的频率，但对其它小区的干扰要加强控制。

4、同频转发直放站的滤波器会产生延时（5us左右），从理论上来讲，GSM蜂窝的最大有效覆盖范围就有所下降，没有35km。

GSM系统要采用动态功率控制，该功能对直放站应该是透明的，一般直放站要采取自动电平控制技术（ALC），通过直放站的整个动态范围来进行补偿。

在采用ALC技术时应该注意的是，当某个移动台非常靠近直放站时，对于该直放站服务区内的所有移动台，直放站要降低增益，这样会造成部分通话中的移动台话音质量下降，甚至掉话，特别对于那些距离直放站较远的移动台影响较大。

1.3应用特点

直放站主要应用在地域广阔的地区或用来解决室内盲区，是周围基站的覆盖延伸。

采用直放站仅能改善覆盖，并没有增加网络的话务量，但直放站改变了各基站之间的话务分配比例，因此也可以利用直放站对话务进行合理分流，缓解网络的拥塞。

无线直放站利用无线传输方式，建设周期短，投资小。

光纤直放站采用光纤作为传输媒介，传输损耗小，传输距离远。

但总价格比无线直放站高，另外直放站的应用优势在于对传输要求低，如果需要架设光纤，则与采用微蜂窝基站相比没有价格优势。

窄带直放站的优缺点：

相对宽带直放站，窄带直放站具有更好的性能，能够提高信号的质量。

但在使用时也存在一些问题，如：

窄带直放站的载频数一定不能少于源基站配置的载频，否则可能无法占用信道；许多直放站的通道数限制为4，就不能将载频数大于4的基站作为信号源；对于采用射频跳频的基站，如果跳频频率集包含的频率数多于直放站选通的通道数，通话也无法维持。

当直放站的施主小区的频点更改后，必须调整直放站的频点，否则将导致掉话、干扰等问题。

带宽直放站的优缺点：

最大好处是可以满足基站跳频的要求，但是它对整个频段内的信号都进行放大，因此比较容易给其它小区带来干扰。

无论光纤直放站还是无线直放站，应用时都要注意直放站服务区域的半径加上直放站至基站的距离不得超过TA限制。

对于普通基站，该距离不得超过35公里；对于特殊基站，参考基站技术说明。

在接收不到GSM无线信号而又无法安装无线直放站的地方，可以采用光中继直放站来扩大覆盖范围。

由于光纤的传输损耗小、频带宽，所以它的传输距离可达到几十公里。

应用光纤直放站时，它的覆盖区天线可以根据具体的地形选择全向或者定向天线，而且不存在直放站收发隔离问题，站址选择方便。

可以应用在村镇、公路、旅游区、厂矿、城区内盲区等地方。

在偏远的山区、公路等地，还可以考虑采用太阳能直放站进行覆盖。

总的来说，实际工程中直放站的应用场合主要有以下几种：

1、扩大服务范围，消除覆盖盲区；

2、在郊区增强场强，扩大郊区站的覆盖；

3、沿高速公路（含隧道）架设，增强覆盖效率；

4、解决室内覆盖；

图1-1无线直放站应用示意图

图1-2光纤直放站应用示意图

第2章

直放站工作原理

2.1无线选频直放站

无线选频直放站的工作原理如下图所示。

它接收所选基站（施主基站）的射频信号，并进行放大和转发。

接收基站信号的天线叫做施主天线，另一副为重发天线。

LNA1双工器2功放施主天线滤波器1功放LNA2双工器重发天线滤波器选频组件选频组件

图2-1无线选频直放站工作原理示意图

施主天线接收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。

2.2无线宽带直放站

LNA1双工器LNA1施主天线滤波器1功放滤波器LNA2双工器重发天线

图2-1无线宽带直放站工作原理示意图

无线宽带直放站与无线选频直放站相比，除滤波器部分外都相同。

宽带直放站的滤波器带宽一定，一般为6M、19M、25M。

2.3光纤直放站

图2-1光纤直放站工作原理示意图

光纤选频直放站与光纤宽带直放站的差别在于覆盖端，前者是选频组件，后者是可变带宽选件。

无线直放站需要施主天线与重发天线之间满足隔离度的要求（后面有详述），而光纤直放站无此要求。

第3章直放站网络规划

3.1站址选择

光纤直放站对站址要求不高，无特别说明，以下描述均针对无线直放站。

无线直放站选择站址时要注意如下一些事项：

1、直放站站址应选在施主基站与盲区之间，避免施主天线与重发天线方位角小于90度的情况（见下图）；

图3-1合理站址

图3-2不合理站址

2、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3-3。

如果选在盲区内（如图3-4），则不能达到最佳覆盖效果。

图3-3合理站址

图3-4不合理站址

3、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3-5），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3-6），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。

图3-5不合理站址

图3-6合理站址

另外直放站站址选择时还应该注意：

1.所要覆盖的区域能够满足视距传输；

2.该站址要满足直放站设备所要求的接收信号电平，一般为-50dBm～-80dBm。

如京信设备要求大于-80dBm；

3.附近没有较强的出施主基站的同频载波存在；

4.有能提供安装施主天线（对基站方向）、重发天线（直放站服务区方向）、具有足够的隔离度（≥170dBm）的地形、建筑物和铁塔等。

一般来说，两副天线完全背靠背最小水平距离通常为20米左右；

根据勘测结果进行传播预测和系统平衡的计算，决定直放站的相关参数的取值，确定施主天线的最小接收电平、主机增益、重发天线发射功率和天线的类型以及馈线的类型和长度。

3.2天线选择

在进行直放站天线选择时，有下面一些要求与注意事项：

1.根据具体的信号情况，以及覆盖的需要，选择合适天线的增益；

2.由于直放站属于同频中继系统，所以不能采用全向天线，否则容易导致系统自激。

3.施主天线与施主基站天线之间是点对点的通信，所以应选择具有高增益和窄水平波束的天线，如角反射天线或对数周期天线，以减少噪声的引入；

4.重发天线根据需要覆盖区域的不同特点来选择。

如要覆盖一个很大区域，这种天线可以是普通基站使用的定向型天线，但须具有很高的增益；要进行隧道覆盖时，可选用八木天线或螺旋状天线；在室内环境下，经常要求使用适合室内应用的特殊设计的室内天线，但由于要引入较多的电缆和功率分配器，带来额外的损耗，因而通常仅适用于覆盖较小的区域。

无论在哪种场合下，重发天线的发射方向应该严格控制，以保证重发信号不会馈入施主天线；

5.另外天线的前后比尽量大，最好在30dB以上。

以保证施主天线与重发天线之间具有良好的隔离度。

3.3天线隔离度要求

直放站天线间的隔离度要求取决于主机增益的取值，主机增益决不可以超过恰好不发生自激时的隔离度系数，按照规范03.30的要求隔离度至少要大于主机增益15dB以上。

在实际的工程设计中最好是能够在现场测量以决定天线的安装位置是否能够达到所需的隔离度。

天线水平隔离度的估算公式：

AH=31.6+20logd-（Gt+Gr）dBfor900MHz

AH=37.6+20logd-（Gt+Gr）dBfor1800MHz

其中，d为施主与重发天线之间距离，单位为m。

Gt为Gr为在两天线连线方向的相对主瓣的增益。

若两天线背靠背放置，则Gt与Gr为天线的前后比。

见下图所示：

dGr水平间隔Gt施主天线重发天线

图3-1直放站天线水平隔离度

天线垂直隔离度的估算公式：

Av=47.3+40logddBfor900MHz

Av=59.3+40logddBfor1800MHz

参见下图：

垂直隔离施主天线重发天线d

图3-2直放站天线垂直隔离度

若水平隔离与垂直隔离同时存在，则总隔离度可用下式进行估算：

AS=（AV-AH）α/90+AH

其中：

AV－垂直隔离度；AH－水平隔离度；α－天线间的夹角

参见下图：

αAHAV施主天线重发天线垂直与水平组合方式

图3-3直放站天线隔离度

下面以施主天线和重发天线水平放置为例来说明。

d施主天线重发天线建筑屋顶Repeater

图3-4天线隔离

如上图所示，两副天线架于建筑物的顶面。

假定主机增益为100dB，那么按照规范要求，可以取两天线的隔离度为120dB，如果施主天线和重发天线的前后比皆为30dB，那么当两天线如图放置且中间无阻挡时，满足隔离度要求，两天线的最小距离计算如下：

信号在两天线间的空间损耗应该满足：

120-30-30=60（dB），将该值代入公式

（2）计算得到水平隔离度d=26m。

在实际的站址勘测中最好能够在现场进行测试，选择合适的天线位置。

可以使用一个信号源、一个接收机，两天线间的空间损耗依上节计算，只要在信号源和接收机之间的信号衰减达到计算得到的空间损耗值，就说明在这个位置安装天线能够满足所需的隔离度。

安装时应该注意以下事项：

1、水平安装时，应将直放站主机安装在施主天线与重发天线中间，距离施主天线近些，距离重发天线远些；

2、无论水平安装还是垂直安装，最关键的是要保证系统有较好的隔离度。

在水平安装时，尽量使施主与重发天线安装位置之间能有一些物体阻挡，以使天线的安装不至于为了满足隔离度要求而占用较大的安装空间。

3.4上下行链路平衡计算

在GSM直放站的应用中，链路平衡由四条链路组成：

界于施主基站和直放站之间的上下行链路、直放站和移动台之间的上下行链路。

下面以室外应用的无线直放站为例来计算链路平衡。

为了简化，引入“有效施主路径损

耗”EDoPL概念，该损耗包括从基站的合路器的输出端或多路耦合器的输入端到直放站施主端口的所有损耗和增益（如下图所示）。

图3-1

图3-2直放站链路平衡示意图

计算过程中的缩写含义如下：

Pbout基站输出功率（参考点见上图）；

Pmout移动台输出功率；

GRD直放站下行增益；

GRU直放站上行增益；

LRF重发天线馈线损耗；

GRA重发天线增益；

Lpass直放站到其服务区内移动台路径损耗；

Pbn基站衰减余量；

Pmn移动台衰减余量；

Pbin基站接收电平（参考点见上图）；

Pmin移动台接收电平；

BTSsens基站灵敏度；

MSsens移动台灵敏度。

下行链路概算：

（1）

上行链路概算：

（2）

假设上、下行EDoPL和直放站与移动台间的上、下行路径损耗都相等，基站和移动台的衰落余量也看作相等，则将

（1）和

（2）两式相减得到：

（3）

如果链路是平衡的，那么Pmin-Pbin应该等于sens=MSsens-BTSsens，则得到链路平衡公式如下：

（4）

从上式可以看出，当基站设备选定后sens就固定了，而且基站和移动台的输出功率也有可能在GSM系统规划中已经确定，所以这时候就可以分别调整直放站的上、下行增益以使整个链路达到平衡。

下面以安装在室外的直放站系统为例，对完整的下行链路作出如下概算：

发射机输出

-合路器损耗

-EdoPL

（+43dBm）

4dB

90dB

=直放站输入

+直放站下行链路增益

80dB

=直放站下行链路输出

-重发天线馈线损耗

+重发天线增益

-直放站覆盖区路径损耗

+29dBm

3dB

18dBi

127dB

=移动台输入电平

-衰减余量

-83dBm

20dBm

=移动站灵敏度

-103dBm

要注意的是，EDoPL可通过测量直放站施主口的输入电平和BTS合路器输出口的电平，并用两者相减之差来进行估算（这是一般应进行的现场工作），移动天线折算为0dBi增益。

上列中的上行链路计算如下：

移动台发射机输出

-直放站覆盖区路径损耗

+重发天线增益

-重发天线馈线损耗

+33dBm

127dB

18dBi

3dB

=直放站输入

+直放站上行链路增益

-79dBm

80dB

=直放站输出

-EDoPL

+1dBm

90dB

=BTS输入电平

-衰减余量

-89dBm

20dBm

=BTS灵敏度

-109dBm

要注意的是，由于不考虑分集作用，衰落余量对于下行链路是相同的，在本例中，下行链路受限于直放站的输出功率，上行链路受限于移动台的输出，噪声限制了最大增益（EDoPL-10dB），因此链路是平衡的。

这仅是最普通的情况，但链路余量的计算在优化安装时对所有链路均应进行，最新一代直放站允许对上行和下行链路的增益分开设置。

一个覆盖了部分高速公路的基站，其覆盖半径大约20km，沿路测试在蜂窝边沿的地面信号强度为-93dBm，附近小山顶上的微波链路塔被确定为直放站的站址，以扩展基站覆盖区，在塔顶距离地面大约350m（包括山高），手持机的接收电平为-71dBm。

施主天线使用18dBi，35°水平方向角的对数周期天线，安装在低于塔顶下面15m的位置对准基站方面，此时直放站的输入信号为-54dBm，重发天线使用17dBi，60°水平方面角的板状天线装在塔的顶端，所指方向与施主天线相反，需要注意的是若重发天线装于最高处，确保塔位附近的零填充区的接收电平是极其重要的，此时的隔离可充分满足直放站达到85dB增益的要求，输出功率为30dBm，测试结果沿高速路向前距塔位10km远处的信号电平仍可达-90dBm，因此蜂窝小区沿高速路方向的半径扩展了近50%。

3.5直放站的输出功率控制

当采用无线直放站时要特别关注交调产物对系统性能的影响。

直放站中的交调产物主要取决于被放大的载频数目、每载频的输出功率以及放大器的线性程度。

放大器的线性情况如下图所示：

由于放大器的非线性，当输出功率增大时，三阶互调也会增大。

因此必须对输出功率进行一定的控制以保证三阶互调指标满足要求。

下面的计算公式可以近似地表示出了直放站每载频输出功率与要求的三阶互调要求之间的关系：

Po=IP3+（PIMP/2）-10lg（N/2）

其中，Po=每载频输出功率（dBm）

IP3=放大器的三阶截点（dBm）

PIMP=三阶互调电平（dBc）

N=载频数目

考虑典型的直放站功率放大器，三阶截点为50dBm，据英国无线通信机构要求互调电平低于-45dBc。

那么每载频的输出功率与载频数量之间的关系见下表：

载频数

每载频输出功率/dBm

+24.5

+21.5

+20.5

+17.5

3.6直放站的增益设置

早期型号直放站的增益需要在近端人工设定调整，但新型直放站的增益可以自动设定调整。

对于需要人工调整增益的直放站，需要满足以下条件：

其中，直放站隔离度是指直放站施主天线与重发天线之间的隔离度；保护余量一般为10dB~15dB。

该条件必须满足，否则将导致直放站自激。

3.7直放站邻区规划

直放站覆盖区可能会与其它非施主小区重叠覆盖，需要配置相应的邻区关系，以保证能进行正常切换而不至于在覆盖边缘处掉话。

同时也必须特别注意直放站覆盖区的频率不要与相邻的非施主小区的频率出现同、邻频现象。

3.8直放站处理延时对规划的影响

如果需要覆盖的区域（如狭长的隧道）仅靠一个直放站可能不能完全解决。

这时可以采用直放站级连的方式进行覆盖规划。

每一级直放站站址选择及天线选择原则与采用单个直放站时相同。

但是由于直放站是同频放大，而由于直放站对信号的处理有一个时间，所以每段信号之间有一时延，而当时延差超过了GSM系统所能分辨的时间窗时，就会形成同频干扰。

所以当采用直放站进行级连时必须考虑直放站处理延迟所带来的影响。

每一种直放站的处理时延可能会有所区别，有的只有2-3us，也有的有5-6us。

而GSM系统能准确处理的两路信号的时间差不能超过16us，因此直放站的级连必然受限。

但是在一些场合，我们可以采用一些变通的手段来增大直放站相联的个数，如在隧道两端分别从不同的施主小区取信号，这样假设每一级直放站时延3us的话，则用这种方式可以使6个直放站相联。

3.9直放站规划中背景噪声的影响

假设基站最大容许的噪声接收电平为DN。

直放站对基站造成干扰的原因：

当直放站主机上行背景噪声电平过大，则噪声电平传送到基站的强度大于DN时，就会造成基站的信道阻塞。

直放站的设置满足什么条件才不会对基站造成干扰，其理论计算如下：

假设：

基站发射强度为Tb

基站接收强度为Rb

直放站主机接收下行信号强度为Dr

直放站主机发射上行信号强度为Ut

则：

基站与直放站之间路径损耗为：

Tb-Dr

Rb=Ut-（Tb-Dr）

不影响基站的条件：

Rb＜DN

因此：

Ut-（Tb-Dr）＜DN

Ut＜Tb-Dr+DN

这说明直放站主机输出的上行背景噪声要低于（Tb-Dr+DN），就不会对基站造成干扰。

从这方面来说对于直放站的应用场合要特别关注背景噪声，相比较其它基站而言，直放站更易引进干扰。

附录A无线直放站规格

下面列举了一些商用的无线直放站及其主要规格：

Source&

Reference

Type

Bandor

Channel

Selective

Power

Downlink

（Uplink）

Gain/dB

Downlink

（Uplink）

Noise

Figure

/dB

Downlink

（Uplink）

Order

Intercept

/dBm

Downlink

（Uplink）

No.

Channels

Size

/mm

AFL

GSM900

Band

1,5,10,20,25W

30,50,80,95

（30,50,80,95）

4.5

（4.5）

40,47,50,54

（40,47,50,54）

N/A

460x

550x

220

（10W）

GSM1800

Band

1,5,10,20,25W

30,50,80

（30,50,80）

<4.5

（<4.5）

40,47,50,54

（40,47,50,54）

N/A

460x

550x

220

（10W）

GSM

Channel

1,5,10,20,25W

30,50,80,95

（30,50,80,95）

6.0

（6.0）

40,47,50,54

（40,47,50,54）

1,2,4,8

460x

550x

220

（10W）

GSM1800

Channel

1,5,10,20,25W

30,50,80,95

（30,50,80,95）

<6.0

（<6.0）

40,47,50,54

（40,47,50,54）

1,2,4,8

460x

550x

220

（10W）

Allgon

AR1200

GSM900

Band

50-90

N/A

440（W）

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