直放站在移动通信中的应用

牛保疆

摘要：目前，2G通信直放站已经在国内得到了重要的应用，现今国内外已有不少运营商已纷纷推出正式商用的3G移动通信直放站，相信在3G到来的时候，直放站会对无线网络起到更重要的补充作用。

关键词；网络覆盖；直放站

随着网络的发展，城市的室内覆盖已不存在问题，覆盖的重点也逐渐向山区、高速公路等高难度覆盖区域转移。直放站以其灵活简易的特点成为解决简单问题的重要方式。 本文通过对无线网络覆盖问题的分析，讨论了直放站在移动通信中的重要作用及应用。

1 直放站的定义

直放站（又叫中继器）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。无论是GSM直放站、CDMA直放站还是3G直放站，其原理是基本相同的。直放站的基本功能就是一个射频信号功率增强器。

2 直放站的分类

2.1从传输信号分有GSM直放站、CDMA直放站和3G直放站

2.1.1 GSM移动通信直放站是为消除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区个别村镇的弱信号区也具有相当好的覆盖效果。

2.1.2 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。

2.1.3 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。

2.1.4 与传统的2G无线通信系统相比，由于3G无线通信系统主要使用的频段在2000MHz附近，根据电波传播衰减规律，显然3G的无线信号比2G的无线信号衰减得更快。这样，在同等功率情况下的3G基站和直放站的覆盖范围都比2G的要小。所以在达到与2G网络同等的覆盖水平时，需要更多的直放站来完成网络覆盖。由此我们可以预期，在即将到来的3G无线网络建设高潮中，直放站也必然仍将扮演着重要的角色。

2.2 从传输带宽来分有宽带直放站和选频（选信道）直放站

2.2.1 GSM移动通信宽带直放站的主要特点：

高的系统增益且增益连续可调；采用先进的数字滤波技术，带外抑制特别好；全双工工作，很高的上/下行隔离度；两端口标准设计，安装极为方便；内置电源且设计有电源保护系统和免维护备用电源接口；采用ALC技术，输出电平连续可调，稳定可靠；可选智能监控，故障自动报警及远程维护；高线性功放，性能稳定等。

2.2.2 GSM移动通信频带选择直放站的主要特点：

高的系统增益且增益连续可调；全双工工作，很高的上/下行隔离度；中心频率和带宽任意可调，满足不同客户要求，带外抑制好，不同营运商之间的信号不会产生相互干扰；内置电源且设计有电源保护系统和免维护备用电源接口；两端口标准设计，安装极为方便；采用PLL控制技术的选频模块，性能稳定可靠，噪声系数低等。

2.3 从传输方式来分有无线直放站、光纤直放站和移频传输直放站

2.3.1 无线传输直放站

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

2.3.2 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。

2.3.3 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。

3 直放站的应用

直放站可以扩大服务范围，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；在郊区能够增强场强，扩大郊区站的覆盖；沿高速公路架设，增强覆盖效率；还可以解决室内覆盖，如大型建筑物内信号衰减信号盲区、地下商城、遂道等衰减信号盲区；另外 ，将空闲基站的信号引到繁忙基站的覆盖区内，实现疏忙等。

3.1 公路、郊区重点农村的覆盖

随着社会的发展，高速公路逐渐增多，公路的覆盖成为一个很大难题，为了有效节约资源，直放站在这里得到了广泛应用。，某条高速公路如果全部利用宏基站覆盖，共计需要15个宏基站，采用宏基站带直放站方式，只需要8个宏基站，在很大程度上节约了成本。

3.2 “L”型覆盖

某一风景区位于山谷中，距离基站不到4公里，但由于被山脉阻挡，根本无网络信号。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，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6公里。

3.3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，3公里内可以明显地感觉到直放站的增益作用。但距离超过5公里以后，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(公里)的规律衰减；即距离每增加一倍，电波衰减6dB。

4 直放站的优点及不足

4.1 直放站的优点

4.1.1 同等覆盖面积时，使用直放站投资较低。在平原地区室外一个全向基站可以有10km覆盖半径；一个全向直放站可以有4km覆盖半径；就覆盖面积而言，六个直放站约相当于一个基站。六个直放站的设备价约为一个基站的80%。但考虑到机房租用和装修、交直流电源、空调、传输系统和电路租金等费用，六个直放站的费用只相当于于一个基站的50%，甚至更低。

4.1.2 覆盖更为灵活。一个基站基本上是圆形覆盖，多个直放站可以组织成多种覆盖形式。如“一”字型排开，可以覆盖十几至几十公里的路段。也可以组织成“L”型、“N”型和“M”型覆盖，特别适合于山区组网。

4.1.3 在组网初期，由于用户较少，投资效益较差，可以用一部分直放站代替基站。用户发展起来后现更换为基站，替换下来的直放站再进一步放置在更边缘的地区，这样一步步地滚动发展。

4.1.4 由于不需要土建和传输电路的施工，建网迅速。

4.2 直放站的不足

不能增加系统容量。

4.2.1 引入直放站后，会给基站增加约3dB以上的噪音，使原基站工作环境恶化，覆盖半径减少。所以一个基站的一个扇区最好带两个以下的直放站工作。

4.2.2 直放站只能频分不能码分，一个直放站往往将多个基站或多个扇区的信号加以放大。引入过多的直放站后，导致基站短码相位混乱导频污染严重，优化工作困难，同时加大了不必要的软切换。

4.2.3 直放站的网管功能和设备检测功能远不如基站，当直放站出现问题后不易察觉。

4.2.4 由于受隔离度的要求限制，直放站的某些安装条件要比基站苛刻的多，使直放站的性能往往不能得到充分发挥。

4.2.5 如果直放让自激或直放站附近有干扰源，将对原网造成严重影响。由于直放站的工作天线较高，会将干扰的破坏作用大面积扩大。

参考文献

[1] CDMA扩频通信原理，A.J.维特比著、李世鹤等译，人民邮电出版社，1997年1月，北京。

[2]蜂窝移动通信--射频工程，苏华鸿等编著，人民邮电出版社，北京，2005年1月。

[3]WCDMA无线网络工程，杨峰义等编著，人民邮电出版社，北京，2004年4月