通信直放站基础知识

1. 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，由施主天线从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（无委会规定小于-36dBm）、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。

1. 1. 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对边远郊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。由于地理环境的特殊和用户的要求不同，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增强信号，延伸基站信号覆盖的一种中继设备，它能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、电梯等信号无法到达的盲区，提高了覆盖范围，增强了信号覆盖延伸。
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。应用波分复用技术、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；上行从用户处接收信号，经放大后发送给基站。为了限带，加有带通滤波器。
(2) 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成电信号再发出。
(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；而在基站较为密集的区域，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的干扰。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（1Ｗ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10Ｗ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5Ｗ/10Ｗ，等同于基站的输出，达到较好的覆盖效果。

 郊区、乡村
    郊区、乡村主要是解决覆盖问题。在铺设光纤的地区最好采用大功率光纤直放站（10Ｗ/20Ｗ）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) 直放站的应用场合

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3：1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，直放站所在地信号强度约-100dBm左右，通信时通时断，效果非常不好。直放站开通后，直放站西侧一段约3～5km公路信号明显改善；直放站东侧使通信距离又延伸8～10km。

● 郊区重点村镇居民区的覆盖

某一村镇离基站5～6km，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500～800m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，但由于信号被山脉阻挡，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

北京郊区某宾馆组织重要会议，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-97dBm（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衰减将达到24dB。如果考虑地貌衰耗，直放站放大的信号到达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图，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。