蔡阜平 1 曹華俊2

(1.北京電信長(zhǎng)城移動(dòng)通信有限責(zé)任公司 北京 100036 2.北京市電信治理局 北京 100031)


　　摘 要 本文在簡(jiǎn)單介紹直放站原理的基礎(chǔ)上，從多個(gè)角度對(duì)直放站在CDMA網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用做了分析。對(duì)直放站與基站進(jìn)行了比較，就直放站的幾種典型應(yīng)用做了介紹，并從運(yùn)營(yíng)的角度對(duì)直放站的技術(shù)參數(shù)（如工作帶寬、輸出功率、分集接收等）、工程安裝以及工程服務(wù)等進(jìn)行了討論。

　　要害詞 直放站 CDMA 選擇

　　2001年1月133網(wǎng)全網(wǎng)劃歸中國(guó)聯(lián)通后，聯(lián)通公司提出將在全國(guó)范圍內(nèi)建設(shè)一個(gè)1330萬(wàn)用戶的CDMA移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)。但是，應(yīng)該清醒地看到窄帶CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)在中國(guó)的發(fā)展將會(huì)碰到GSM系統(tǒng)的強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)，因?yàn)镚SM系統(tǒng)經(jīng)過(guò)前幾年的快速發(fā)展，在全國(guó)已有良好的覆蓋，而CDMA系統(tǒng)只在北京、上海、西安、廣州4城市和河北省等市建有網(wǎng)絡(luò)。

　　CDMA運(yùn)營(yíng)企業(yè)在建網(wǎng)初期，由于受投資成本的限制，不可能大規(guī)模地建設(shè)基站。而基站數(shù)量不足往往會(huì)造成無(wú)線信號(hào)覆蓋不好，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不盡如人意，進(jìn)而又影響用戶的發(fā)展，造成投入成本難以快速回收。CDMA的運(yùn)營(yíng)企業(yè)在運(yùn)營(yíng)初期必須采用低容量、大覆蓋的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)布局的觀點(diǎn)已成共識(shí)。由于直放站具有投資成本較低，安裝靈活簡(jiǎn)便，可以迅速擴(kuò)大無(wú)線覆蓋的特點(diǎn)，在CDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，適當(dāng)?shù)匾胫狈耪荆扇∫曰緸橹鳌⒅狈耪咀鲞m當(dāng)補(bǔ)充的混合組網(wǎng)式是有意義的。北京133網(wǎng)人1999年6月開始引入CDMA直放站進(jìn)行試驗(yàn)，此后又陸續(xù)在北京郊區(qū)安裝了一批直放站投入全網(wǎng)運(yùn)行。對(duì)于在CDMA系統(tǒng)如何采用直放站，基站設(shè)備經(jīng)銷商與直放站經(jīng)銷商有著不同的看法，在這里我們僅從運(yùn)營(yíng)企業(yè)的角度談一些我們的看法。

1．直放站的基本工作原理及發(fā)揮作用的必要條件

　　直放站的基本功能是一個(gè)射頻信號(hào)功率增強(qiáng)器，簡(jiǎn)要原理如圖1所示。

　　其中前向放大器放大基站移動(dòng)臺(tái)的下行信號(hào)，反向放大器放大移動(dòng)臺(tái)至基站的上行信號(hào)。由于上下行信號(hào)頻率相差45MHZ，可以用雙工器和前端濾波器方便地將兩路信號(hào)分開。朝向基站的天線我們稱施主天線或源天線，其作用是溝通基站和直放站間的鏈路，故一般采用方向性很強(qiáng)的定向天線。直放站的服務(wù)天線或稱工作天線或方向性板狀天線。根據(jù)基站和直放站間的鏈路關(guān)系，直放站可分為微波耦合型、光纖耦合型和射耦合型。根據(jù)直放站的應(yīng)用場(chǎng)合，又可分為室內(nèi)型和室外型。室內(nèi)型直放站輸出功率很小，主要用于地下停車場(chǎng)、商場(chǎng)和大型會(huì)議場(chǎng)所等。本文所涉及的主要是指射頻耦合型室外直放站。

　　微波耦合型、光纖耦合型直放站幾乎不存在信號(hào)隔離問(wèn)題，基站和直放站之間可以相隔較遠(yuǎn)，直放站性能得到充分發(fā)揮，作用十分明顯。射頻耦合型直放站情況要復(fù)雜的多，不僅要直接接收來(lái)自基站的下行信號(hào)放大后并以相同頻率發(fā)往移動(dòng)臺(tái)，而且上行信號(hào)也以同樣方式送往基站。所以基站和直放站相距不能太遠(yuǎn)，一般相距5—20km。這樣難以避免地會(huì)出現(xiàn)基站覆蓋區(qū)和直放站覆蓋區(qū)重疊，在這個(gè)覆蓋重疊區(qū)，既有基站的微弱信號(hào)，又有直放站放大后的信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)頻率是完全相同的。似乎很難理解，一個(gè)放大器從一個(gè)區(qū)域取得微弱的信號(hào)加以放大后，又將信號(hào)送回原區(qū)域，這樣不是會(huì)自激振蕩嗎？無(wú)線技術(shù)人員都深有體會(huì)，高頻電路非常輕易自激，更何況直放站工作頻率高達(dá)800—900MHZ，最大增益接近90dB。其奧秘在于直放站除自身有嚴(yán)格的屏蔽外，在安裝施工時(shí)又最大限度地提高了施主天線與服務(wù)天線的隔離度。可見直放站要充分發(fā)揮其性能是離不開下面三個(gè)條件的。

　　（1）要有好的天線。講到天線，一般講其重要參數(shù)不外乎是：天線增益、水平半功率角和垂直半功率角。對(duì)直放站來(lái)講上述參數(shù)固然重要，但最重要的參數(shù)是天線的旁瓣抑制能力，而這一點(diǎn)往往得不到重視。有些天線廠的天線性能指標(biāo)僅是泛泛地指出旁瓣抑制15—20dB，并不具體準(zhǔn)確地給出旁瓣波形。直放站安裝時(shí)準(zhǔn)確地利用天線旁瓣的凹陷位置對(duì)提高施主天線與服務(wù)天線的隔離度有著十分重要的意義。在正常安裝時(shí)，服務(wù)天線位置較高，施主天線放置的服務(wù)天線下部。故對(duì)于服務(wù)天線而言重點(diǎn)要考察主瓣上部的抑制和后部抑制并要求天線有高增益拋物面天線卻不如16dBi的一般板狀所獲得的隔離度好的情況。究其原因在于拋物面天線主瓣雖然尖銳，但饋源頂部無(wú)屏蔽遮擋，造成旁瓣抑制不好，隔離度反而偏小。從某種意義而言，施主天線比服務(wù)天線更為重要，對(duì)直放站的性能會(huì)起舉足輕重的作用。

　　（2）要有高的鐵塔或有較大的地形高度差。直放站的安裝必須要有一定的高度，在山區(qū)可以依靠山頂或高坡來(lái)實(shí)現(xiàn)，而在平原地區(qū)只能依靠鐵塔。有了較高的鐵塔，首先輸出功率有限的直放站可以有較大的覆蓋，其次可以提高施主天線和服務(wù)天線間的隔離，第三有利于獲得較大的輸入信號(hào)。以前向信號(hào)為例，在平原地區(qū)地面接收信號(hào)功率電平為-95dBm時(shí)，在距地面30m高處強(qiáng)度可達(dá)到-60—-70dBm。直放站與基站不同，它只是一個(gè)放大器，輸入信號(hào)需要一定的強(qiáng)度。在理想情況下，假如施主天線安裝在30m高，施主天線與服務(wù)天線因隔離需要垂直要相隔15—20m，這樣鐵塔高度就至少需要50m。而一般基站天線高度有30m就可以。可見直放站對(duì)鐵塔高度的依靠遠(yuǎn)比基站要大。

　　（3）要最大限度地提高施主天線和服務(wù)天線間的隔離。應(yīng)答應(yīng)利用地形、地物等將上述兩天線隔開。當(dāng)直放站服務(wù)區(qū)只需要定向覆蓋時(shí)，可以將施主天線放在山坡的一側(cè)，服務(wù)天線放在另一側(cè)，這樣可以獲得很大的隔離度。在能用定向天線覆蓋時(shí)就不要使用全向天線。若服務(wù)區(qū)為兩個(gè)方向，可憐采用二分之一功率分配器和兩付定向天線來(lái)覆蓋。基采用全向天線，要巧妙利用天線旁瓣的凹陷位置來(lái)提高施主天線與服務(wù)天線的隔離度。利用山體的兩側(cè)可以獲得相當(dāng)好的隔離。利用建筑物作遮擋，也可以獲得一定的效果，比如在樓的一側(cè)安裝施主天線，在樓的另一側(cè)安裝工作天線，兩天線背靠背雖然只相隔十幾米，卻可以獲得衰減60—80dB。

　　在利用地形、地物將施主天線和服務(wù)天線隔開時(shí)，天線的方向圖會(huì)有所改變。利用天線旁瓣的凹陷位置加大天線隔離度的方法只能用實(shí)際測(cè)試找出。隔離度可以用頻譜儀和高頻信號(hào)發(fā)生器來(lái)測(cè)量，如圖2所示，我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)用HP8921給施主天線送入信號(hào)，用HP8594在服務(wù)天線接收信號(hào)，發(fā)送電平與接收電平之差即為隔離度。反過(guò)來(lái)也可以獲得同樣效果，只是電平略有差異。


2．直放站與基站的優(yōu)劣性比較

　　直放站與基站相比較，其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在如下同個(gè)方面：

　　（1）同等覆蓋面積時(shí)，使用直放站投資較低。在平原地區(qū)室外一個(gè)全向基站可以有10km覆蓋半徑；一個(gè)全向直放站可以有4km覆蓋半徑；就覆蓋面積而言，六個(gè)直放站約相當(dāng)于一個(gè)基站。六個(gè)直放站的設(shè)備價(jià)約為一個(gè)基站的80%。但考慮到機(jī)房租用和裝修、交直流電源、空調(diào)、傳輸系統(tǒng)和電路租金等費(fèi)用，六個(gè)直放站的費(fèi)用只相當(dāng)于于一個(gè)基站的50%，甚至更低。

　　（2）覆蓋更為靈活。一個(gè)基站基本上是圓形覆蓋，多個(gè)直放站可以組織成多種覆蓋形式。如“一”字型排開，可以覆蓋十幾至幾十公里的路段。也可以組織成“L”型、“N”型和“M”型覆蓋，非凡適合于山區(qū)組網(wǎng)。

　　（3）在組網(wǎng)初期，由于用戶較少，投資效益較差，可以用一部分直放站代替基站。用戶發(fā)展起來(lái)后現(xiàn)更換為基站，替換下來(lái)的直放站再進(jìn)一步放置在更邊緣的地區(qū)，這樣一步步地滾動(dòng)發(fā)展。

　　（4）由于不需要土建和傳輸電路的施工，建網(wǎng)迅速。

　　但直放站與基站相比也有明顯的不中，主要表現(xiàn)在：

　　（1）不能增加系統(tǒng)容量。

　　（2）引入直放站后，會(huì)給基站增加約3dB以上的噪音，使原基站工作環(huán)境惡化，覆蓋半徑減少。所以一個(gè)基站的一個(gè)扇區(qū)只能帶兩個(gè)以下的直放站工作。

　　（3）直放站只能頻分不能碼分，一個(gè)直放站往往將多個(gè)基站或多個(gè)扇區(qū)的信號(hào)加以放大。引入過(guò)多的直放站后，導(dǎo)致基站短碼相位混亂導(dǎo)頻污染嚴(yán)重，優(yōu)化工作困難，同時(shí)加大了不必要的軟切換。

　　（4）直放站的網(wǎng)管功能和設(shè)備檢測(cè)功能遠(yuǎn)不如基站，當(dāng)直放站出現(xiàn)問(wèn)題后不易察覺。

　　（5）由于受隔離度的要求限制，直放站的某些安裝條件要比基站苛刻的多，使直放站的性能往往不能得到充分發(fā)揮。

　　（6）假如直放讓自激或直放站四周有干擾源，將對(duì)原網(wǎng)造成嚴(yán)重影響。由于直放站的工作天線較高，會(huì)將干擾的破壞作用大面積擴(kuò)大。CDMA是一個(gè)同頻系統(tǒng)，周邊的基站均有可能受到堵塞而癱瘓。

　　根據(jù)相關(guān)資料,有引起國(guó)家直放站和基站的安裝比例高達(dá)2比1以上；我們認(rèn)為由于我國(guó)的人口密度很大，直放站和基站的安裝比例不應(yīng)過(guò)大，假如沒有光纖直放站，只對(duì)射頻耦合型室外直放站而言，這一比值應(yīng)不大于1。在規(guī)劃時(shí)，直放站作為滾動(dòng)發(fā)展的過(guò)渡設(shè)備，一次性安裝直放站的比率應(yīng)進(jìn)一步減少。在大中城市的市區(qū)和通話密度較高的地區(qū)應(yīng)不使用射頻耦合型室外直放站。

　　3．直放站的幾種典型應(yīng)用

　　在進(jìn)行無(wú)線蜂窩系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，由于基站的發(fā)射功率遠(yuǎn)大于手機(jī)，計(jì)算基站的覆蓋距離時(shí)，往往是計(jì)算反向電路的傳播衰耗。但在直放站的實(shí)際安裝調(diào)測(cè)中，為方便起見，我們?nèi)砸允謾C(jī)接收到的基站的信號(hào)強(qiáng)度加以估算。在下面的幾個(gè)例子中，所涉及的電平值均為手機(jī)接收信號(hào)功率值。

　　（1）公路的覆蓋。北京郊區(qū)一基站東側(cè)，有一主要交通干道，我們?cè)诨緰|側(cè)14km處安裝一直放站，服務(wù)天線高度約55m。直放站服務(wù)天線的輸出口接一個(gè)3比1的功率分配器，分別接兩個(gè)16dBi的板狀天線，信號(hào)小的天線向西輻射（指向基站），信號(hào)大