直放站在移动通信网络盲区覆盖中的应用
时间:2023-09-29 10:36来源: 作者: 点击: 次
1 引言
在中，由于各种原因的影响，网络不可能达到完全的无缝隙。对于运营商来说，有时出于成本、传输条件等考虑，在一些很难建设开通基站。这时，通常采用直放站作为基站的辅助手段。由于直放扩大通信覆盖范围的同时可对不同基站的话务量进行有效的调配，因此使用直放站仍是实现“小容量、大覆盖”目标的重要手段之一。由于直放站设备本身的特性，引入直放站设备不可避免地对网络产生一些负面作用。在工程实践中，如何根据直放站的设备特性，灵活地运用无线网络的规划方法，最大限度地发挥直放站设备的性能，解决网络问题是通信设计人员需要面对的课题。
2 直放站的定义与分类
直放站是一种能同时放大基站和台信号的双向放大器，也称中继站。直放下行链路中，从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外的信号进行极好的隔离，将滤波的信号经功率放大器放大后再次发射到待覆盖区域。在上行链路中，覆盖区域内的台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，从而实现基站与移动台信号的传递。
直放站的分类方法有很多，根据传输方式的不同，直放站可分为光纤直放站和射频直放站两种。根据信道带宽的不同，直放站可分为信道选择型和宽带型直放站。根据信号接入方式的不同，可分为GSM、CDMA、WCDMA和TD-SCDMA直放站等。根据安装场景的不同，可分为室外型直放站和室内型直放站。
3 直放站的特点
3.1 直放站的特点及原则
在移动中，根据直放站的设备类型和不同的场景，解决方案是不同的。
射频直放站利用无线传输方式，建设周期短，投资小，对传输要求低，但对信号的隔离要求高。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，容易增加直放站对基站的干扰。所以在基站较为密集区域，建议尽量采用光纤直放站。在不具备采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。
光纤直放站采用光纤作为传输媒介，传输损耗小，传输距离远，但需要架设光纤，在投资方面与采用微蜂窝或室外型一体化基站相比没有优势。直放站能起到扩大覆盖，吸收话务的作用，可以显著提高一些基站的总话务量，进而提高网络资源利用率。
无论是光纤直放站还是射频直放站，在应用时都要注意直放站服务区域的半径加上直放站到施主基站的距离不得超过TA（时间提前量）的限制。对于普通直放站，该距离不得超过35 km，对码分多址系统，最好不要超过10 km。
在做直放站的建设规划时，要重视3个问题：
（1）总体原则
在不影响现有网络质量的情况下合理地使用直放站。
（2）保证服务小区的信号起主导作用
施主天线宜采用高增益、水平方向为窄波束的天线。
（3）防止自激
由于直放站的收发是同频的，极易造成自激，从而对网络造成干扰。一般要求施主天线和覆盖天线的隔离度比整机增益（含天线）大15 dB以上。在实际操作时，一方面，尽量选用高度不同的天线；另一方面，两副天线之间应尽量有高屏蔽的障碍物或拉开一定的距离。
针对不同的地物地貌环境，建议参考以下建设原则：
（1）密集城区
在密集城区常使用室内直放站作为室内分布系统的信号源，在某些需要覆盖的建筑物分布比较集中的地方，会出现一个基站配置多台直放站的情况。
密集城区无线环境十分复杂，室外型直放站的应用会给网络带来干扰，造成导频污染、同频干扰等问题，因此在密集城区一般不建议使用室外直放站，确实需要使用的，应使用低功率（最好是1 w以下）的直放站。
（2）城市边缘
城市边缘基站数量往往比较少，但新兴的居民小区和开发区又有覆盖需求，此时网络问题主要体现在信号覆盖方面。在该区域可采用功率为10 w左右的直放站设备。
（3）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（10/20 W）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。
3.2 直放站的主要用途
（1）覆盖
直放站作为基站覆盖的延伸，将基站信号接收放大后传送到更大范围的区域，为原信号覆盖不佳的地区提供服务。这也是目前直放站最普遍的应用方式，多用于为对话务需求不高的边缘乡镇、交通干线、室外特殊地形和旅游景点提供覆盖。
（2）室内覆盖
在一些深层的建筑物（如商场、写字楼）或阴影地区（如隧道、地下室等）设置直放站也可以收到很好的效果。
（3）话务平衡
利用直放站的延伸特点将空闲基站的服务引入繁忙基站的覆盖区域之内，可以起到疏导的作用，帮助整个系统进一步实现话务平衡。
（4）网络优化
由于各种原因，在某些服务区之间的局部区域尚存在信号微弱的情况，由于区域面积较小或无高话务需求，所以再建设基站并不合适，可以利用直放站改善该区域的信号状况。
3.3直放站和室外型小基站的对比
室外型小基站主要是指室外微蜂窝和一体化小基站。直放站和室外型小基站相比，各有特点。
（1）建设室外型小基站的投资和工程周期都比较大，而直放站投资小，安装简便灵活。
（2）直放站可以用来吸收话务，当某个小区空闲时可以用直放站引入的话务来提高设备的利用率，而室外型小基站可以增加系统的总容量，分担周边基站的话务压力。
（3）采用室外小基站需要分配新的频点或PN码，这在有些时候会显得比较困难，而直放站不需要分配新的频点或PN码，但是需要控制其对其他小区产生的干扰。 4 直放站的典型应用
4.1密集市区室内覆盖信号源
直放站用作室内覆盖信号源是常见的使用方法，但在密集城区，由于建筑物数量很大，需要的直放站数量也比较多，容易出现一个基站甚至一个扇区配置多个直放站的情况，但引入过多的直放站，一方面会对施主基站信号造成比较大的干扰，另一方面增大了施主基站的
话务量，会造成施主基站接入困难等情况。在码分多址网络中，由于系统的自干扰特性，引入过多的直放站会对施主基站造成更严重的破坏。这是密集市区使用直放站作为室内覆盖信号源不可避免的问题。
例如，某运营商在某城市的网络优化中发现有些区域普遍存在比较严重的反向干扰告警，由此引起网络质量下降及用户投诉，经调查分析，认为造成上述问题的原因均是在这些区域原有宏蜂窝引入了过多的光纤直放站。
经过分析论证，为解决上述问题，可单独使用一套基站设备作为室内覆盖光纤直放站的施主基站，该设备不做室外覆盖使用，与该区域某宏蜂窝基站共站址、电源、传输及配套设备。实施该方法后，网络原先存在的反向告警消失，其他各项网络指标均有不同程度的提高。经多次实验，该方法能较好地解决各种制式的移动（GSM、CDMA、WCDMA等）中存在的类似问题。
4.2将光纤直放站纳入网管系统
在农村、交通道路等要求广覆盖、低容量的地区，运营商从建设成本、网络质量指标以及运营效益等方面出发，经常使用大功率直放站来满足覆盖需求。通常情况下，这些直放站没有纳入网管系统，而且直放站设备的稳定性往往低于室外型微蜂窝或一体化基站，在发生故障时难以被及时发现，容易引起用户投诉。
考虑到光纤直放站的特性，在工程建设中，可以将一些重要的光纤直放站纳入网管系统，并适当增配UPS或小容量蓄电池、室外开关电源等配套设备。虽然增加了建设成本，相比建设室外微蜂窝或一体化小基站没有了投资方面的优势，但能有效地提高网络的稳定性和资源利用率。
4.3密集城区街道微小区
在密集城区的一些区域，地物地貌往往呈现多（高）层建筑密集，建筑物之间间隔很小的特点。在这些区域，建筑物低层和道路覆盖始终是移动网络建设的难点，建设单个宏基站难以达到预期的覆盖效果，建设多个基站不仅投资大，还会因为站距过小而破坏网络质量。此时可以考虑使用直放站。
在这些区域，通常情况下楼顶信号较强且信号单一，可选择功率合适的直放站安装在楼顶，服务天线放在楼群中间，利用楼体的隔离可以有效地控制直放站的覆盖。这种应用方式可以看作是街道微小区的一种建设方式，但是这种建设方式中发射功率的设定以及天线安装位置的选定复杂，当信号从微小区中泄漏时，容易对现有网络质量造成破坏。
4.4公路的覆盖
某公路上有一路段距离附近基站较远，信号微弱，通信时通时断，效果非常不好。由于该站点前后道路较平直，所以可在该路段选择合适的站点安装一光纤直放站，并配以前后比较小、增益较大的天线，主瓣方向背向基站，背瓣方向朝向基站，使用一面天线即可满足该路段的覆盖需求。
4.5曲折地形的覆盖延伸
在山区经常会碰到这样的情况，覆盖目标位于山谷中，距离基站直线距离非常近，但由于被山脉阻挡，信号无法到达。这时，可沿山谷走势，在拐点处选择合适的位置安装一直放站。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，相当于基站信号在直放站处转了一个弯。直放站的施主天线和服务天线分别放在山体的两侧，利用山体形成天然的屏障，直放站的性能可以得到充分发挥。
5 结束语
在移动通信网络中，合理地使用直放站设备可以起到扩展基站覆盖范围，吸收话务，提高网络资源利用率的作用。在工程实践中需要根据直放站的特性，避免或减小直放站对网络造成的负面影响。
在中，由于各种原因的影响，网络不可能达到完全的无缝隙。对于运营商来说，有时出于成本、传输条件等考虑，在一些很难建设开通基站。这时，通常采用直放站作为基站的辅助手段。由于直放扩大通信覆盖范围的同时可对不同基站的话务量进行有效的调配，因此使用直放站仍是实现“小容量、大覆盖”目标的重要手段之一。由于直放站设备本身的特性，引入直放站设备不可避免地对网络产生一些负面作用。在工程实践中，如何根据直放站的设备特性，灵活地运用无线网络的规划方法，最大限度地发挥直放站设备的性能，解决网络问题是通信设计人员需要面对的课题。
2 直放站的定义与分类
直放站是一种能同时放大基站和台信号的双向放大器，也称中继站。直放下行链路中，从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外的信号进行极好的隔离，将滤波的信号经功率放大器放大后再次发射到待覆盖区域。在上行链路中，覆盖区域内的台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，从而实现基站与移动台信号的传递。
直放站的分类方法有很多，根据传输方式的不同，直放站可分为光纤直放站和射频直放站两种。根据信道带宽的不同，直放站可分为信道选择型和宽带型直放站。根据信号接入方式的不同，可分为GSM、CDMA、WCDMA和TD-SCDMA直放站等。根据安装场景的不同，可分为室外型直放站和室内型直放站。
3 直放站的特点
3.1 直放站的特点及原则
在移动中，根据直放站的设备类型和不同的场景，解决方案是不同的。
射频直放站利用无线传输方式，建设周期短，投资小，对传输要求低，但对信号的隔离要求高。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，容易增加直放站对基站的干扰。所以在基站较为密集区域，建议尽量采用光纤直放站。在不具备采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。
光纤直放站采用光纤作为传输媒介，传输损耗小，传输距离远，但需要架设光纤，在投资方面与采用微蜂窝或室外型一体化基站相比没有优势。直放站能起到扩大覆盖，吸收话务的作用，可以显著提高一些基站的总话务量，进而提高网络资源利用率。
无论是光纤直放站还是射频直放站，在应用时都要注意直放站服务区域的半径加上直放站到施主基站的距离不得超过TA（时间提前量）的限制。对于普通直放站，该距离不得超过35 km，对码分多址系统，最好不要超过10 km。
在做直放站的建设规划时，要重视3个问题：
（1）总体原则
在不影响现有网络质量的情况下合理地使用直放站。
（2）保证服务小区的信号起主导作用
施主天线宜采用高增益、水平方向为窄波束的天线。
（3）防止自激
由于直放站的收发是同频的，极易造成自激，从而对网络造成干扰。一般要求施主天线和覆盖天线的隔离度比整机增益（含天线）大15 dB以上。在实际操作时，一方面，尽量选用高度不同的天线；另一方面，两副天线之间应尽量有高屏蔽的障碍物或拉开一定的距离。
针对不同的地物地貌环境，建议参考以下建设原则：
（1）密集城区
在密集城区常使用室内直放站作为室内分布系统的信号源，在某些需要覆盖的建筑物分布比较集中的地方，会出现一个基站配置多台直放站的情况。
密集城区无线环境十分复杂，室外型直放站的应用会给网络带来干扰，造成导频污染、同频干扰等问题，因此在密集城区一般不建议使用室外直放站，确实需要使用的，应使用低功率（最好是1 w以下）的直放站。
（2）城市边缘
城市边缘基站数量往往比较少，但新兴的居民小区和开发区又有覆盖需求，此时网络问题主要体现在信号覆盖方面。在该区域可采用功率为10 w左右的直放站设备。
（3）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（10/20 W）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。
3.2 直放站的主要用途
（1）覆盖
直放站作为基站覆盖的延伸，将基站信号接收放大后传送到更大范围的区域，为原信号覆盖不佳的地区提供服务。这也是目前直放站最普遍的应用方式，多用于为对话务需求不高的边缘乡镇、交通干线、室外特殊地形和旅游景点提供覆盖。
（2）室内覆盖
在一些深层的建筑物（如商场、写字楼）或阴影地区（如隧道、地下室等）设置直放站也可以收到很好的效果。
（3）话务平衡
利用直放站的延伸特点将空闲基站的服务引入繁忙基站的覆盖区域之内，可以起到疏导的作用，帮助整个系统进一步实现话务平衡。
（4）网络优化
由于各种原因，在某些服务区之间的局部区域尚存在信号微弱的情况，由于区域面积较小或无高话务需求，所以再建设基站并不合适，可以利用直放站改善该区域的信号状况。
3.3直放站和室外型小基站的对比
室外型小基站主要是指室外微蜂窝和一体化小基站。直放站和室外型小基站相比，各有特点。
（1）建设室外型小基站的投资和工程周期都比较大，而直放站投资小，安装简便灵活。
（2）直放站可以用来吸收话务，当某个小区空闲时可以用直放站引入的话务来提高设备的利用率，而室外型小基站可以增加系统的总容量，分担周边基站的话务压力。
（3）采用室外小基站需要分配新的频点或PN码，这在有些时候会显得比较困难，而直放站不需要分配新的频点或PN码，但是需要控制其对其他小区产生的干扰。 4 直放站的典型应用
4.1密集市区室内覆盖信号源
直放站用作室内覆盖信号源是常见的使用方法，但在密集城区，由于建筑物数量很大，需要的直放站数量也比较多，容易出现一个基站甚至一个扇区配置多个直放站的情况，但引入过多的直放站，一方面会对施主基站信号造成比较大的干扰，另一方面增大了施主基站的
话务量，会造成施主基站接入困难等情况。在码分多址网络中，由于系统的自干扰特性，引入过多的直放站会对施主基站造成更严重的破坏。这是密集市区使用直放站作为室内覆盖信号源不可避免的问题。
例如，某运营商在某城市的网络优化中发现有些区域普遍存在比较严重的反向干扰告警，由此引起网络质量下降及用户投诉，经调查分析，认为造成上述问题的原因均是在这些区域原有宏蜂窝引入了过多的光纤直放站。
经过分析论证，为解决上述问题，可单独使用一套基站设备作为室内覆盖光纤直放站的施主基站，该设备不做室外覆盖使用，与该区域某宏蜂窝基站共站址、电源、传输及配套设备。实施该方法后，网络原先存在的反向告警消失，其他各项网络指标均有不同程度的提高。经多次实验，该方法能较好地解决各种制式的移动（GSM、CDMA、WCDMA等）中存在的类似问题。
4.2将光纤直放站纳入网管系统
在农村、交通道路等要求广覆盖、低容量的地区，运营商从建设成本、网络质量指标以及运营效益等方面出发，经常使用大功率直放站来满足覆盖需求。通常情况下，这些直放站没有纳入网管系统，而且直放站设备的稳定性往往低于室外型微蜂窝或一体化基站，在发生故障时难以被及时发现，容易引起用户投诉。
考虑到光纤直放站的特性，在工程建设中，可以将一些重要的光纤直放站纳入网管系统，并适当增配UPS或小容量蓄电池、室外开关电源等配套设备。虽然增加了建设成本，相比建设室外微蜂窝或一体化小基站没有了投资方面的优势，但能有效地提高网络的稳定性和资源利用率。
4.3密集城区街道微小区
在密集城区的一些区域，地物地貌往往呈现多（高）层建筑密集，建筑物之间间隔很小的特点。在这些区域，建筑物低层和道路覆盖始终是移动网络建设的难点，建设单个宏基站难以达到预期的覆盖效果，建设多个基站不仅投资大，还会因为站距过小而破坏网络质量。此时可以考虑使用直放站。
在这些区域，通常情况下楼顶信号较强且信号单一，可选择功率合适的直放站安装在楼顶，服务天线放在楼群中间，利用楼体的隔离可以有效地控制直放站的覆盖。这种应用方式可以看作是街道微小区的一种建设方式，但是这种建设方式中发射功率的设定以及天线安装位置的选定复杂，当信号从微小区中泄漏时，容易对现有网络质量造成破坏。
4.4公路的覆盖
某公路上有一路段距离附近基站较远，信号微弱，通信时通时断，效果非常不好。由于该站点前后道路较平直，所以可在该路段选择合适的站点安装一光纤直放站，并配以前后比较小、增益较大的天线，主瓣方向背向基站，背瓣方向朝向基站，使用一面天线即可满足该路段的覆盖需求。
4.5曲折地形的覆盖延伸
在山区经常会碰到这样的情况，覆盖目标位于山谷中，距离基站直线距离非常近，但由于被山脉阻挡，信号无法到达。这时，可沿山谷走势，在拐点处选择合适的位置安装一直放站。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，相当于基站信号在直放站处转了一个弯。直放站的施主天线和服务天线分别放在山体的两侧，利用山体形成天然的屏障，直放站的性能可以得到充分发挥。
5 结束语
在移动通信网络中，合理地使用直放站设备可以起到扩展基站覆盖范围，吸收话务，提高网络资源利用率的作用。在工程实践中需要根据直放站的特性，避免或减小直放站对网络造成的负面影响。
