直放站基础知识及原理.docx

1、直放站基础知识及原理直放站基础知识及原理一、直放站概述1. 直放站的定义 直放站（中继器）属于同频放大设备，是指在无线通信传输过程中起到信号增强的一种无线电发射中转设备。直放站的基本功能就是一个射频信号功率增强器。直放站在下行链路中，由施主天线现有的覆盖区域中拾取信号，通过带通滤波器对带通外的信号进行极好的隔离，将滤波的信号经功放放大后再次发射到待覆盖区域。在上行链接路径中，覆盖区域内的移动台手机的信号以同样的工作方式由上行放大链路处理后发射到相应基站，从而达到基地站与手机的信号传递。 直放站是一种中继产品，衡量直放站好坏的指标主要有，智能化程度（如远程监控等）、低IP3（无委规定小于-36d

2、Bm）、低噪声系数(NF)、整机可靠性、良好的技术服务等。使用直放站作为实现“小容量、大覆盖”目标的必要手段之一，主要是由于使用直放站一是在不增加基站数量的前提下保证网络覆盖，二是其造价远远低于有同样效果的微蜂窝系统。直放站是解决通信网络延伸覆盖能力的一种优选方案。它与基站相比有结构简单、投资较少和安装方便等优点，可广泛用于难于覆盖的盲区和弱区，如商场、宾馆、机场、码头、车站、体育馆、娱乐厅、地铁、隧道、高速公路、海岛等各种场所，提高通信质量，解决掉话等问题。 2.直放站的种类与类型(1) 移动通信直放站的种类- 从传输信号分有GSM直放站和CDMA直放站;- 从安装场所来分有室外型机和室内型

3、机;- 从传输带宽来分有宽带直放站和选频（选信道）直放站; - 从传输方式来分有直放式直放站、光纤传输直放站和移频传输直放站。(2) 移动通信直放站的类型GSM移动通信直放站 GSM移动通信直放站是解决基站覆盖而存在信号盲区的一种方式。通过架设直放站不但能改善覆盖效果，同时能大大减少投资基站之成本。 GSM直放站是为消除GSM900MHz/1800MHz频段移动通信网的小范围信号盲区或弱信号区而设计生产的通信设备。被广泛应用于地下商场、停车场、地铁、隧道、高层建筑的办公室、娱乐场所、电梯或私人住宅等基站信号所无法到达的信号盲区，同时对于消除城市因受高楼大厦影响而产生的室外局部信号阴影区或边远郊

4、区个别村镇的弱信号区也具有相当好的覆盖效果。CDMA移动通信直放站 CDMA直放站可以扩大CDMA基站的覆盖范围，大大节省CDMA网络建设的投资(一个CDMA直放站的投资约为一个CDMA基站的十分之一)。特别是在高层楼宇、地下(如地铁)、以及盲区等特殊环境下，CDMA 直放站将充分发挥它的优势。由于各种地理环境和用户的要求不同，所需的CDMA直放站的类型也不同。 CDMA直放站是为了消除移动通信网覆盖盲区或弱信号，延伸基站信号覆盖的一种中继设备，它能解决消除城市因受高楼大厦影响而产生的室外局部信号阴影区，地下停车场、地下隧道、商场、电梯等基地无法到达信号的盲区，提高了覆盖范围增强了信号覆盖延伸

5、。 GSM/CDMA光纤直放站 光纤中继移动通信直放站由靠近基站侧的近端机及覆盖区侧的远端机两部分组成，适用于在基站拟建直放站区有高山阻挡或两者相距甚远，同时基站和覆盖区之间具备光缆情况下建站。 光纤直放站兼备宽带、选带、选带、选频等功能。传输距离可达20Km，由于空间隔离度好，不产生同频干扰，重发方向可采用全向天线覆盖，以提高覆盖效果。应用波分复用事分光、分路技术、光纤直放机还可组成其它使用系统。3. 移动通信直放站的构成 移动通信直放站的构成因种类而异。(1) 直放式直放机 下行从基站接收信号，经放大后向用户方向覆盖；上行从用户接收信号，经放大后发送给基站。为了限带，加有带通滤波器。(2)

6、 选频式直放站 为了选频将上、下行频率下变频为中频，进行选频限带处理后，再上变频恢复上、下行频率。(3) 光纤传输直放站 将收到的信号，经光电变换变成光信号，传输后又经电光变换恢复电信号再发出。(4) 移频传输直放站 将收到的频率上变频为微波，传输后再下变频为原先收到的频率，放大后发送出去。(5) 室内直放站 室内直放站是一种简易型的设备，其要求与室外型机是不一样的。 4. 直放站的应用（1） 直放站的应用原则 根据直放站系列产品的特点和移动通信网络的需求，不同的地理环境及应用场合，系统的解决方案是不同的，这需要认真分析，区别对待。 对于无线直放站来说，信号的隔离显得尤为重要。无线直放站是从空

7、间接收信号，势必要求空间信号尽可能纯净；而在基站较为密集区域，分离不同基站或扇区信号的难度将大大增加，容易使直放站增加对基站干扰。所以在基站较为密集区域，建议尽量采用有线信号的引入方式，比如光纤直放站。在不具备使用光纤直放站条件的场所，只能采用无线直放站，但其施主天线必须具有足够的方向选择性。 针对各类地区及应用场所，由于基站的密集性、用户话务量等不同，建议采用如下直放站的应用原则： 城市密集区 由于用户量大，基站数量较多，一般不存在大范围的信号盲区，直放站只是用于解决小范围区域的补盲以及建筑物内的信号覆盖。在光纤到楼尚未普及的情况下，需采用无线直放站。随着建筑物的增多，所需的直放站数量也会随

8、之增加，就会出现一个基站配置多台直放站的情况。 但直放站的引入必然对基站产生干扰，干扰会随着直放站数量的增多而加大，特别是大功率直放站的引入，会使系统干扰明显加剧。因此，在城市密集区应当采用小功率（1以下）直放站。 城市边缘 在CDMA网络建设初期，由于基站数量较少，可以采用大功率的无线或光纤直放站。城市边缘地区，主要是解决信号覆盖问题。在已铺设光纤的地区最好采用输出功率为10的光纤直放站。 无光纤资源时，可利用无线直放站进行延伸覆盖。采用方向性好的施主天线提取较为纯净的源信号，输出功率为5/10，等同于基站的输出，达到较好的覆盖效果率。 郊区、乡村 郊区、乡村主要是解决覆盖问题。在铺设光纤的

9、地区最好采用大功率光纤直放站（10/20）扩大覆盖范围。 对于无光纤资源但又能收到基站信号的地区，可采用无线直放站解决覆盖问题。特殊情况下，还可采用移频直放站来增加覆盖距离。 (2) 直放站的应用场GSM、CDMA和光纤直放站和室内覆盖系统为各种信号盲区可提供不同的详细解决方案，其适应范围如下： 扩大服务范围，消除覆盖盲区，如高山，建筑物，树林等阻挡物而形成的信号盲区； 在郊区增强场强，扩大郊区站的覆盖； 沿高速公路架设，增强覆盖效率； 解决室内覆盖，如大型建筑物内信号衰减信号盲区、地下商城、地铁、遂道等衰减信号盲区； 将空闲基站的信号引到繁忙基站的覆盖区内，实现疏忙； 其它因屏蔽不能使信号直

10、接穿透之区域等。 以下是直放站的几种典型应用在进行无线蜂窝系统设计时，由于基站的发射功率远大于手机，计算基站的覆盖距离时，往往是计算反向电路的传播衰耗。但在直放站的实际安装调测中，为方便起见，我们仍以手机接收到的基站的信号强度加以估算。(在下面的几个例子中，所涉及的电平值均为手机接收信号功率值。) 公路的覆盖某郊区一基站东侧，有一主要交通干道，我们在基站东侧14km处安装一直放站，服务天线高度约55m。直放站服务天线的输出口接一个3比1的功率分配器，分别接两个16dBi的板状天线，信号小的天线向西辐射（指向基站），信号大的天线向东辐射。未装直放站时，直放站所在地信号在-100dBm左右，通信时

11、通时断，效果非常不好。直放站开通后，直放站西侧一段约35km公路信号明显改善；直放站东侧使通信距离又延伸810km。 郊区重点村镇居民区的覆盖某一村镇离基站56km，由于该镇经济条件较好，手机用户较多。无直放站时，地面信号在-90-95dBm左右，室外通信正常但无法保证室内通信。安装直放站后，服务天线在30m高左右，采用全向天线，地面接收的基站信号电平提高约20dB，可以解决半径在500800m内的室内覆盖（指一般居民楼）。 “L”型覆盖某一风景区位于山谷中，距离基站不到4km，但由于被山脉阻挡，手机根本无法工作。我们在山脉的尽头安装一直放站，由于直放站接收信号的方向和发射信号的方向成一定的角

12、度，相当于基站的电波在直放站处转了一个弯。依靠山体的阻挡，直放站的施主天线和服务天线分别放在山体的两侧，隔离度很大，直放站的性能可以充分发挥， 不但很好地解决了该风景区用户的通信问题，还使该基站的通信距离向山谷里延伸了6km。 临时性会议地点的应急覆盖某北京郊区某宾馆组织生要会议，由于信号较弱，在会议室和宾馆底层房间均不能通信。由于时间紧迫，在该宾馆安装闭路分布系统已不可能。经现场考察，在宾馆顶层信号较强，且信号单一，安装直放站不会引起导频混乱。服务天线放楼群中间，利用楼体的隔离可以有效地控制直放站的覆盖，因宾馆面积不大，直放站的增益设置较小，使直放站工作很稳定。直放站半天即安装完毕，马上收到

13、效果，不但会议室内信号明显增加，而且地下室也可以正常通信。 开阔地域的覆盖人口分布较少的开阔地域是使用直放站进行覆盖的典型场合。当直放站采用全向天线时，只要有一定的铁塔高度，在直放站工作正常的情况下，3km内可以明显地感觉到直放站的增益作用。但距离超过5km以后，直放站的增益作用就迅速消失，用手机进行基站接收信号电平测试，无论直放站是否工作，接收电平都没有明显变化。这是因为在平原开阔地区，房屋建筑和地形地貌造成的传输衰耗相对较小，而随空间距离的增加，电波按32.45+20logf (MHz)+20logD(km)的规律衰减；即距离每增加一倍，电波衰减6dB。 比如在离基站12km A点处用手机

14、测得基站的接收信号电平下降为约-95dBm，在离基站17km 的B点测得接收信号电平下降为约-97km（由于距离增加不足三分之一，自由空间衰耗和地貌衰耗增加值都不很大）。在A点安装一直放站，我们可以这样估算一下直放站电波的衰减曲线。直放站正常工作后，在距直放站水平距离300m的地面用手机进行接收信号电平测量（离直放站过近，将离开天线的主瓣，计算误差较大），假如测得导频电平为-70dBm，就可估算出直放站在A点附近有25dB的增益作用。由于距离每增加一倍，电波衰减6dB。在离A 点600m处衰减6dB，1200m处衰减12dB依次类推，4.8km衰关将达24dB。如果考虑地貌衰耗，直放站放大的信

15、号到达B点时，信号电平约在-95-100dBm左右，此时直放站的增益作用几乎为零。图3表示出基站的信号和直放站放大的信号衰减曲线索，可以看出A点至B点，基站信号衰减很慢，而且直放站信号衰减可以看出A点到B点，基站信号衰减很慢，而直放站信号衰减很快。需要指出的是，如果直放站所在地300m处，通过开头直放站的方法，若能检查出直放站有25dB以上的增益，则说明直放站的工作状态已经是比较好的。由此可见，要想利用直放站组成大面积的覆盖是不现实的。当然 要想在局部方向获得较大的覆盖，如公路沿线则必须有更高的铁塔和高增益的定向天线，这样可以在单一方向延伸覆盖10km左右。5. 对移动通信直放站的要求通常，对

16、移动通信直放站的要求主要应以基站的技术要求为依据。(1)工作频带 应和GSM及CDMA的工作频带一致。 直放站系透明传输，一般不会产生附加频率误差，但移频直放站例外（允许工作的移频频率应获得无线电管理局的批准），因它有频率变换，应要求输出频率变化不超过510-8。(2) 额定（最大）输出功率、额定（最大）增益（及增益调节范围、自动增益控制范围）及输入电平。 这是一组互相关联的指标，应综合考虑。 通常最大输出功率在不超过信息产业部无线电管理局规定的最大限值的情况下，应分成若干等级供用户选用，下行主要考虑覆盖，上行保证基站满意接收。因此，下行一般大于上行。 增益是将接收到的信号放大到额定输出功率。

17、考虑到直放站安装地点信号强度的差异，增益应是可调的。最大增益可以考虑将直放站接收到的信号电平（据施工及运营单位报告约-60-80dBm）放大到最大输出功率来计算。 为了保证输出功率稳定和避免输出非线性，带有10dB的自动增益控制（AGC）看来是必要的。 关于容差、额定输出功率和额定增益，只要规定一个就可以了。一般规定增益容差比较合适。因为测试时是将增益调到最大，改变输入电平使输出达到额定值。既然是这样，额定功率当然就不必规定容差了，而这时，输入电平也因增益不同而不同。(3) 带宽、带内波动和带外抑制 这是一组互相有关系的指标，尤其是带宽和带内波动。 通常，带宽是指-3dB带宽，而带内波动是指带

18、内的不平坦度。如果要求带内波动比3dB小，则-3dB带宽必然要比分配给它的带宽要宽，这样，势必侵占别的信道。因此，带内波动最大只能是3dBp-p。 带外抑制主要是对滤波器形状的要求。为了不对别人形成干扰，希望滤波器形状尽量接近矩形。通常以-60（或-40）dB带宽对-3dB带宽的比（有人称之为滤波器的形状系数）来衡量。对宽带直放站来讲，这一形状系数做到1.6是不成问题的，但对选频直放站而言，形状系数可能要达到6。(4) 交调和杂散发射 谐波、交调和杂散都是不希望有的无用信号，可以提出一样的要求。 对GSM直放站，按YD/T 883-1999和ETS 300 609要求是合适的，对CDMA直放站

19、，只有按YD/T 1047-2000来要求了。(5) 波形质量 CDMA基站有对波形质量（Rho）的要求，直放站传输CDMA信号后，对这项指标可能会恶化，应规定一个允许的恶化量。(6) 传输时延信号通过直放站后，可能产生传输时延。 宽带直放站的传输时延比较小，一般在1s左右；选频直放站和移频直放站传输时延比较大，可能分别达到5s和10s。(7) 噪声系数 这是直放站灵敏度的表征，按现在技术水平，做到46dB应是不成问题的。(8) 电压驻波比 为可保证有效功率传输，提出电压驻波比的要求是需要的。根据功率被反射的量和实际水平，要求做到小于1.41.5是可行的。(9) 操作维护管理 为了操作维护和管

20、理，作一些信号指示（如输出功率指示，电源状态指示等），设置电源开关，增益调节钮是必要的。至于需不需要提出远程监控或网管之类的要求，应视情况而定。可以作为选项，有也不必过分复杂，因为直放站毕竟不是基站，复杂了成本必然增加。(10) 安全要求 应有接地装置、耐压和绝缘等要求。(11) 室内直放站 既然室内直放站是简易型的，因此要求应比室外型低，尤其是输出功率、增益、噪声系数、传输时延和电压驻波比等。总之，直放站有很多技术参数，如上所述。但对一个直放站来说，主要有工作频率范围、最大输出功率、增益范围等，为此应对这些技术参数进行着重讨论。 直放站的工作带宽。很多直放站是由AMPS和TACS模拟移动通信

21、系统产品演变而来，进入CDMA体制后，只做了少量改动，为适应CDMA有多个载频的需要（我国800MHzCDMA系统有10MHz带宽），一些直放站生产厂家，其宽带的直放站均不如为CDMA专门设计的窄带直放站性能好。因为CDMA系统信号的信噪比远低于其他系统，前端低噪音放大器的性能十分重要，宽带滤波器不利于低噪音放大器的制造。实际上直放站满足多功波是没有必要的，直放站都工作在话务量低的边缘地区，能保证CDMA首载波283信道工作即可。直放站是基站滚动发展的，过渡性产品，当需要第二载波时，直放站已被基站取代。 直放站的最大输出功率。一些厂家为了获得较大覆盖，生产的直放站最大输出功率高达+43dBm，

22、这是没有必要的。取大输出功率+3338dBm较为合适。第一覆盖主要取决于直放站反向信道低噪音放大器的性能，而不取决于直放站的最大输出功率。第二在实际安装中，直放站输出功率很难达到+30dBm以上。在空旷地带，当地面接收基站的信号电平低于-95dBm时，可考虑安装直放站。假设施主天线架高30m，由于高度的提高，空中接收信号电平在-65-70dBm左右，加上施主天线增益，直放站输入端口可望接收-50-55dBm的信号，如果直放站增益为80dB，直放站输出功率只能达到+2530dBm。但是在实际安装中，由于铁塔高度的原因，隔离度受到限制，直放站的增益很难达到80dB以上，所以直放站的最大输出功率指标

23、定的过高实际意义不大。 反向信道接收端应具有分集接收作用。CDMA系统有严格的功率控制，处于极低的信噪比情况下工作。由于手机发射的功率要远低于基站，直放站反向信道低噪音放大器的性能好坏显得十分重要。采用分集接收有利于改善反向信道的性能。正常情况（无直放站）手机发射电平很少超过+15dBm。在加入直放站后，手机的发射功率比正常时要大很多，有时接收电平在-95-100dBm时，手机输出就高达+23dBm。这主要是加入直放站后，反向路径信噪比恶化的原因。由于手机最大输出是+23dBm，所以直放站的覆盖主要取决于低噪音放大器的性能。 直放站的重量和体积。直放站不同于基站，安装条件一般都很苛刻，大部分在

24、高塔上作业。有些生产厂商对这一点缺乏切身的体会，对重量和体积未给予重视，对这些物理参数没有“精打细算”。一个小巧的直放站会给运营商带来好感，想念安装过直放站的人都有切身的体会，将一个重量超过25kg、体积庞大的直放站搬上50m高的铁塔是多么的困难。 软件的操作界面要方便。直放站安装条件困难，在高塔上作业，一手攀住铁塔，另一手拿住笔记本电脑操作，其难度是可想而知。如果人机对话采用DOS方式，逐一敲进字符，则是太困难了。有的生产厂家的产品，软件设置从直放站的初步设计到直放站的现场安装高度采用流程图的形式，开始要求输入直放站和基站的经纬度，随着流程图再输入天线和基站参数，一步一步地向下进行，最后给出

25、直放站的大致增益数值，非常方便。所有的输入参数均由下拉式菜单用鼠标进行选择，很利于现场操作。 下放站应具有遥测遥控功能。直放站由于安装在较为偏僻的地区，用电话线采用MODEM遥控可能性满面春风。有的厂家给直放站配置一个手机，利用手机号码组成直放站自身的网管系统，但价格较高，当直放站数量不大时没有必要购买网管系统。最简单有效的方法是采用电缆从RS232口将遥控功能引至地面，这样每次对直放站进行检查就不用再爬塔。 直放站应具有故障和告警记录功能。对直放站出现的断电，功放过载，是否出现自激等应有记录。每次故障和告警出现的时间和次数应有所统计，以便于日后维护，分析原因。6. 直放站主要指标的测试有关移

26、动通信直放站主要指标的测试应当考虑测试的准确性，也应当考虑测试的成本和使测试简单易操作。(1) 额定输出功率、最大增益、增益调节范围和AGC范围的测试。- 被测直放站增益调到最大，从低向高调信号发生器加给被测直放站的输入电平，使测得的直放站输出达到厂家声明的输出电平Lout（dBm），记录这时直放站的输入电平Lin（dBm），则直放站的最大增益为：Gmax = Lout - Lin（dB） （1） - 改变输入电平到Lin（dBm）和Lin（dBm）使直放站输出Lout变化不超过规定值Lout（如1dB或0.5dB），则：AGC = Lin - Lin（dB） （2）Lin为Lout + Lo

27、ut时的输入电平，Lin为Lout - Lout时的输入电平。 - 输入电平回到Lin（dBm），减小直放站增益到最小，读直放站这时的输出电平Loutmin（dBm），直放站的增益调节范围为：G = Lout - Loutmin（dB） （3） 测量额定输出功率时应考虑直放站输出端口到功率计输入端口的衰耗。其它有很多指标都是在厂方声明的功率上测试的，因此，厂方声明最大输出功率时，应考虑对其它指标（如交调、杂散发射等）的影响。(2) 带宽、带内波动和带外抑制的测试应尽量采用扫频测试，采用网络分析仪（矢网、标网），也可以采用带跟踪源的频谱分析仪，建议推荐后者，因为它的动态范围较大，还可以减少测试仪

28、器品种，节约成本。 接通跟踪源，中心频率调到被测直放站的中心频率，扫频宽度调到被测直放站带宽的37倍（视被测带宽而定，带宽窄时倍数高），输出电平调到被测直放站输入电平为Lin。频谱分析仪参考电平调到使被测指标接近顶刻线。在频谱分析仪屏幕上出现滤波器的响应曲线，用标记可以读到-3dB的带宽、带内波动和带外抑制。 在测量带内波动时，建议减小输入电平Lin，以充分暴露带内的波动。在测量带外抑制时如果测量仪器的动态范围不够，可以采用点频法测试。(3) 谐波、交调和杂散发射的测试交调测试、杂散发射测试谐波测试信号发生器1接通，信号发生器2关闭，频率f1调到被测直放站中心频率，电平调到被测直放站输入电平L

29、in再加10dB，在直放站增益调到最大时，用频谱分析仪测2f1、3f1.的电平。交调测试两个CW信号发生器的频率f1、f2在被测直放站带内设置并接通，其间隔在测带内交调时应充分得小，保证交调产物2f1 - f2和/或2f2 - f1落在带内，在测带外交调时，f1、f2的间隔应充分得大，保证交调产物落在带外。在直放站增益调到最大时用频谱分析仪的标记功能读出交调产物的幅度。 测试GSM直放站时，总输入电平应提高10dB；测试CDMA直放站时，总输入电平应为Lin。杂散发射测试信号发生器调制方式分别调到GSM或CDMA（视被测直放站种类而定），频率调到被测直放站中心频率，电平调到Lin（dBm），在

30、直放站增益调到最大时用频谱分析仪测量9kHz12.75GHz内除工作频带外的杂散发射电平。 在谐波、交调和杂散发射测试中，应充分考虑直放站输出到频谱分析仪输入之间所有衰耗的影响。(4) 波形质量恶化量的测试 CDMA信号发生器频率调在被测直放站中心（信道）频率，用波形质量测试仪测出CDMA信号发生器的波形质量RhoG，调CDMA信号发生器电平到Lin，在被测直放站增益调到最大时，按实线连接，用波形质量分析仪测出这时的波形质量RhoA，则被测直放站传输CDMA信号时波形质量恶化量为：Rho = RhoG - RhoA （4）(5) 传输时延的测试示波器测量传输时延通常用矢网分析仪测试，测试成本很

31、高。若用示波器测量传输时延，与矢网测得的结果相比，几乎没有差别。 将信号发生器用50kHz的信号作幅度或脉冲调制，在高频数字存储示波器上观测CH2的信号包络对CH1的信号包络的延迟时间，用示波器上的标记可以很准确地读出CH2信号和CH1信号之间的时间差，即为传输时延。(6) 电压驻波比的测试用矢网和标网都可以测试，我们用带跟踪发生器的频谱分析仪测试。在频谱分析仪上，接通跟踪源，调中心频率为被测直放站中心频率，调扫频宽度为被测直放站的工作带宽，调跟踪源输出电平到反射桥测试端口有被测直放站的最大输入电平。以开路/短路的反射为参考，测出被测直放站天线端口的回波损耗值。 源输出驻波的测试始终没有解决好，只能在无输出信号或断电状态下测试。输入驻波测试要考虑被测直放站的承受力，如果双工器前有隔离器，则可以均在断电情况下测试。(7) 噪声系数测试用噪声系数测试仪测量噪声系数是非常简单的，但对GSM选频直放站来说，由于仪器带宽远大于被测带宽，所以测试起来非常困难，这时干脆用人工测试。人工噪声系数测试被测直放站增益调到最大，在噪声源接通时，从功率计上读功率Ph(mW或W)；在噪声源切断时，从功率计上读功率Pc（mW或W）。