论移动无线数字直放站在露天矿的应用

白文举

【摘要】 移动通信作为目前通讯技术发展的主流业务，它快捷方便、组网灵活、安全高效，运行稳定，被广泛应用于工业生产、农业气象、航空电子等各个领域。随着业务需求的不断扩展，对通信优质信号的覆盖要求越来越高，基站建设成为制约移动通信发展的瓶颈。因此移动直放站就成为弥补这一突出问题的关键技 术支撑。

【关键词】 直放站 选址 安装 矿区应用

大中型露天矿数字集群通信主要承担生产调度指挥和通信联络的重要功能，安全稳定、全面覆盖的通信信号，是安全生产的根本保障，由于在露天矿开采作业，地理环境和气候条件复杂多变，尘土污染严重，昼夜温差大，尤其在沟壑纵横的开采作业面，地势落差可达300-400米，这就要求随着开采面的不断延伸，无线信号也必须保证全面覆盖，才能保证生产调度的安全开展。但是，受到微波传输特性的局限，数字集群通信基站的信号传输距离和覆盖区域有限，落差大的坡道、采掘区和地质断面都不能得到有效保证，只有通过增加基站数量、微波拉远和直放站的方法才能给予解决。

本文通过建设通信基站、光纤直放站和无线直放站的优缺点，从经济投入和传输优劣程度进行对比，为露天矿区数字集群通信优化组合提供参考，重点论述采用移动无线直放站的方式，在环境复杂的条件下进行选址、组网、安装和测试等方面形成满足各种不同业务需求的技术参考。

一、各种基站的用途

1.1宏基站

优点：通信容量大；信号覆盖面广；性能稳定可靠；维护方便；异频工作模式 ，信号干扰少。

缺点：选址要求高；设备投资贵；建设专门机房；安装施工工艺复杂；组网灵活性低；投资费用高昂。

1.2微基站

优点：高度集成体积小；安装比较方便；信号损耗小。

缺点：可靠性不如基站；单板一般集成在设备上，维护不方便；信道少不便扩容，投资维护费用高。

1.3光纤直放站

1.3.1 光纤直放站（星状）

优点：可以保证良好的施主链路信号质量，远距离传送有优势。

缺点：维护困难；架设或直埋光缆，工程施工安装复杂；投资费用昂贵。

1.3.2 光纤直放站（多点）

优点：费用相对星形直放站较低，在线形覆盖区中有优势。

缺点：工程安装复杂，维护困难，难以优化，相对无线直放站仍存在价格昂贵的问题。

1.4无线直放站

1.4.1 移频直放站

优点：维护方便，安装简便，不会引起自激；容易获取合适的基站信号作为信号源。

缺点：占有的频率较宽，频率资源利用率低；设备度高复杂，造成硬件成本较高；只是信号中继器，不能增加系统容量。

1.4.2宽带/选频直放站

优点：价格便宜，安装简便，对场地要求不高，无需配套要求，维护方便。

缺点：如果参数设置不合理可能引起自激；难以实现高功率，覆盖范围有限。

以上通过采用建设基站、光纤直放站和无线直放站相比较，无线直放站的优势在于解决了传输问题，降低了投资成本；不需要建设机房和铁塔，降低了配套设施投入；提高了建站速度，降低了选址难度；较光纤分布系统具有工程选址容易、安装灵活、成本较低、不受限于光纤资源和场地条件苛求等优点（投资对比如表1）。

露天矿区地形复杂，环境恶劣，开采面相对较小，坡道、断面较多，所以采用无线直放站技术不失为最佳方法，下面就无线直放站的选址、组网、调试、运行进行详实阐述。

二、无线直放站的工作原理

如图1，无线直放站（中继器）属于同频放大设备，是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，覆盖区域内的移动终端用户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，从而达到基站与用户终端的信号传递。如图1所示。

无线直放站对基站发出的射频信号根据需要放大，本身不能提供容量，其应用环境主要包括覆盖不好且容量要求比较小的区域和容量要求比较小的广域覆盖，非常适用于露天矿矿坑、坡道、巷道、皮带走廊等工作面相对较窄而且具有天然隔离区域。

三、无线直放站选址

直放站应选择在基站覆盖区边界处，通过场强仪在地面测出的基站信号强度一般为-85dBm至-95dBm，在源天线处测得基站信号强度一般为-75dBm至-85dBm。

直放站距离基站太近（源天线接收信号强），则直放站与基站形成重叠覆盖，移动台信号一路通过直放站延时后到达基站，一路直接到达基站，将会对基站形成多径干扰。所以，尽量减少直放站与基站重叠覆盖的区域面积，以保证对移动通信网的干扰尽可能最小。

直放站距离基站太远，源天线接收信号弱，则直放站前向输出功率较小，覆盖范围较小，达不到增大覆盖面的目的。

四、组网安装

从图4-1可以看出，对于单直放站接入系统的用户来说，施主链路只是提供稳定信号的传输通路。因此，设计原则是施主基站必须处在直放站的视距范围内，保证基站发射信号到达直放站输入前端的电平强度大于-65dBm，一般情况下，不必考虑同频干扰的问题。如图2所示。

同一地区安装两或两个以上直放站，要求施主链路提供稳定信号和保证施主基站处在直放站的视距范围内，基站发射信号到达直放站输入前端的电平强度大于-65dBm外，还必须考虑直放站之间的信号隔离问题。一可利用自然地形、建筑遮挡物或加装屏蔽网等阻隔信号因叠加而造成的同频干扰；二也可通过调节发射天线角度、增加或降低天线高度；三调整增益大小等措施。安装前必须认真做好设计、选址等工作，避免设备投入使用后，无法正常工作。

4.1设备连接

机箱面板有DT端口、MT端口、交流/直流电源输入端口等等。接入单元DT端通过接收天线直接耦合，串联一个避雷器连到射频单元的DT端口，从MT端口出，接用户天线。

4.2外部告警端口的连接

外部告警端口用于连接外部其他设备或仪器告警端子，将告警线从外部设备连到航空插座即可。若无，则无需连接。

4.3射频电缆的连接

接收基站信号：将基站信号接收天馈线接入接收单元DT端口。与用户天线连接：将由用户天线下来的电缆接至射频单元MT端口。

4.4接地连接

设备外壳必须可靠接地。接地方法：用铜编织线的一端接到设备下端安装支架的接地孔上，另一端与保护地可靠连接。

4.5同轴电缆要求

电缆要求见表2。

4.6供电方式

供电电源：直放站通常采用：AC220V或DC48V。

4.7 便携电脑与设备连接

用所配专用电缆将便携电脑串口与设备的口连接起来，实现本地监控功能。

4.8设备通电试验

在设备通电测试前，必须详细阅读“安全须知”，检查安装时的所有连接，确保连接无误后，设备方可通电试验。

4.9设备运行实验

在完成设备的安装与连接后，插上便携电脑，打开机箱盖，打开机器电源开关，查看监控主板上的各指示灯状态，绿色LED）——运行指示灯，程序正常运行时，大约每隔1S闪烁；（红色LED）—— 告警灯。灯亮表示有告警；灯灭表示无告警；

五、天线的调整

接收天线的方向必须与源基站天线保持一致，两天线之间没有障碍物，通过信号场强仪测试接收信号强度，现场经验一般情况信号达到≥-65dB。

收发天线隔离度不够，整机增益偏大时，输出信号经延时反馈到入端，致使直放站输出信号发生严重失真产生自激，严重影响通话质量，产生掉线现象。克服自激现象的方法有两种：一是增大施主与重发天线的隔离度；二是降低直放站增益。

当要求直放站覆盖范围较小时，可采用了降低增益的办法。当要求直放站的范围较大时，应增大隔离度。

调整天线主要采用以下几种方法：增大收发天线的水平及垂直距离；增加遮挡物，如加装屏蔽网、利用现场环境的坡地落差等；增加施主天线的方向性，如使用抛物面天线；选用方向更强的重发天线，如定向角度天线；调整施主与重发天线的角度和方向，使两者尽量背向。

5.1接收天线的方位调节

如图3所示，调节前先将天线上与俯仰调节有关的螺钉拧紧，松开与天线方位调节相关的螺钉，对准方位后紧固螺钉。

转动天线朝一个方向偏转，同时观察表头读数，应出现如图4所示的变化。然后反方向转动天线，表头读数也应出现相同的变化，将天线转回到表头读数最大时，即接收到的信号最强时固定好与天线的方位调节相关的螺钉。

5.2调整发送天线的仰俯角

如图5所示，松开与天线俯仰调节相关的螺钉，按照信号需要覆盖的区域，调整天线的仰俯角度，当覆盖区域终端测试表头读数达到最大值时，紧固天线螺钉。

六、上行链路设置

通过调节直放站接入单元或直放站射频单元上行ATT改变上行增益，使上、下行链路平衡，同时控制上行输出噪声电平对BTS的影响，使覆盖范围达到最佳状态。

七、下行输出功率检测

通过本地或远程连接，可读取设备下行输出功率。调节直放站接入单元或直放站射频单元下行ATT，使设备输出功率达到覆盖要求。要注意避免使功放处于深度起控状态，会影响通话质量。

八、系统联机调试

在设备安装完毕后，设备通电开机调试前，需进行以下准备工作：

1）检查供电电源，确认电源电压在设备工作电压范围内（AC 155～285V/50±5Hz），且电气连接可靠无误。

2）检查天线架、馈线以及主机是否连接接地，接地电阻值应小于5Ω。

3） 检测天馈系统回波损耗，其工作频带内回波损耗应小于-14dB。

4） 打开电源开关启动设备，待监控系统初始化完毕（运行指示灯开始闪烁），便可联机调试。

5） 参照下面的流程图6进行调试。

九、系统维护

9.1告警故障的维护

9.1.1下行功放告警处理

检查相应模块的电源及信号线连接是否正确，如果无误，则可能模块本身故障。

9.1.2电源故障告警处理

若出现电源故障告警，说明电源转换模块没有直流输出。用户应检查直流电源输出是否过载或短路，如果无以上现象，则可能电源转换模块本身故障。

9.1.3监控模块电池故障告警处理

监控模块电池故障告警，用户应检查备用蓄电池连线是否正确，查看蓄电池是否已损坏。

9.1.4下行输出欠功率告警处理

应先检查下行输出功率门限设置是否正确，是否比较临界，如果设置无误仍告警，则说明下行输出功率已经低于门限，可通过调整ATT来提高下行输出功率。

9.1.5过温告警门限

用户应先检查功放过温门限设置是否正确，是否比较临界，若过温门限设置无误，则需要检查功放工作电流是否过大，若电流过大，需要更换模块， 若正常，说明产生误告警。

9.2日常维护

9.2.1定期进行常规性检查

测量天馈系统的回波损耗是否正常，查看天线方向、位置有无变化，射频电缆接头密封是否牢靠。

定期检查设备的工作状态和主要性能参数（如接收信号电平、输出噪声电平、下行输出功率等），并进行记录。

测量主机供电电压、稳压电源电压的各级电压；检查锂电池和后备蓄电池有无过放电现象，测量系统的覆盖效果能否达到初期效果。

检查监控功能是否良好；各接地端点是否连接良好；设备接地情况是否良好和设备的各类标识是否完整。

十、注意事项

针对微波传输的特点，结合设备使用的实际情况，在设计时需要注意以下事项：

1）直放站接收天线于源基站天线之间必须保证无阻挡。

2）直放站属于室外机型，用户可以根据源基站功率选择耦合器（输入功率保证在-5dBm左右，要求接入单元与源基站的耦合衰减保持在-40dB～-45dB之间最佳）。

3）直放站天线接收灵敏度为-60dBm，但考虑到点对点通信对天气、风力等因素比较敏感，因此至少需要预留20dBm的功率余量，实际应用中一般以接收强度大于-40dBm为参考。

4）直放站的射频单元和接入单元之间必须保证隔离度，接收功率最好在-30dBm～-40dBm之间。

5）发射功率根据传输距离的远近进行配置，调节范围为0dBm-25dBm，当接收天线对准的情况下，保证开通时接收场强在-30dBm～-40dBm之间为宜。

6）源基站与直放站接入单元之间的耦合衰减最佳选择为40dB～50dB之间。

7）主机于天线之间的馈线长度不要超过300米。

8）根据实际需要的输出功率调整直放站射频单元下行ATT，但是要求开通最大输出功率不要大于标称最大输出功率-3dB。

9）当直放站接入单元和源基站的耦合衰减为A dB（A值最佳值为40～50之间）时；则上行ATT的设置总量为（60-A）dB。

十一、环境要求

设备安装在户外阳光下，必须保持周围空气畅通，使其散热性能良好，最好设有遮挡设施；设备安装点附近要防止电磁干扰源（如大型的电动设备、发电车等）；系统设备设计有防雨、水、雪功能，如果维护设备时，需要做临时性防护措施；恶劣的天气情况（如：大风、雷雨、超高温）下，不可进行安装和维护。

十二、结束语

由于直放站安装调试简单方便，维护运行成本低廉，环境适应性强，在各种复杂条件下，均可提供安全稳定的通信信号，对于露天矿区移动通信信号补盲、区域性覆盖较为实用，经济价值十分显著。