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作者:管理员    发布于:2019-06-24 16:23   文字:【 】【 】【

  

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  在公众移动通信网络的建设过程中,有两种情况需要建直放站,一种是网络建设初期,运营商急于扩大服务区域,这时省时省力、投资较少的直放站便成为好的选择;另一种是网络优化时期,在基本覆盖完成后,需对信号盲区查遗补漏,各种类型的直放站便成为必然选择。一旦确定建站,对工程建设和设计者而言,首先要进行现场勘测,之后结合理论计算制订设计方案。

  为充分发挥直放站效用,工程设计者在建站前必须实地测量基站覆盖区边缘的信号场强值,并根据测量结果和覆盖需求以及具体的地理环境,选择适宜的直放站类型和站址,确定需转发的基站载频,初步确定设备输出功率及收发天线的类型、安装位置及离地面高度,准备前期基础工程,如铁塔、机房、供电、接地等。

  在市区等基站分布密集区域分离不同基站或扇区信号的难度较大,容易增加对基站的干扰,所以尽量不建直放站。必须建站时,应尽量采用有线信号的引入方式,如光纤直放站。在不具备建立光纤直放站条件的场所,只能采用无线直放站。建立无线直放站要求施主天线必须具有足够强的方向性,并选择功率较小的直放站(1W以下)。在城市边缘、山区及乡村,因为设立直放站的主要目的是解决信号覆盖问题,所以在已铺设光纤的地区最好采用大功率(10W/20W)光纤直放站,无光纤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,可达到较好的覆盖效果;另外,在移动通信网络建设初期,由于基站数量较少,可以采用大功率的无线或光纤直放站,以扩大覆盖范围。

  直放站站址对其覆盖能力影响很大。为扩大覆盖范围,首先,直放站的安装要有一定的高度。在山区可以选择山顶或高坡来实现;平原地区必须建设铁塔,这样既可以提高施主天线和服务天线间的隔离,又有利于获得较强的输入信号,输出功率有限的直放站才可以有较大的覆盖。其次,直放站应安装在基站覆盖区边缘处(基站信号强度一般为-85 dBm~-95 dBm)。直放站距离基站太近,易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,易形成多径干扰;直放站距离基站太远,施主天线接收到的信号弱,则直放站前向输出功率较小,覆盖范围较小,达不到扩大覆盖面的目的。再次,由于重发天线是定向天线,直放站站址最好选在盲区外(见图1)靠近盲区边沿处(一般50米~200米),如果选在盲区内(见图2),则不能达到最佳覆盖效果。

  另外,直放站覆盖密集住宅区时,应避免在楼群的正面选点(见图3),因为信号要直接穿透靠前的楼房才能覆盖到后面的区域。由于信号在穿透过程中衰减很大,强度将会很弱。如果从高楼的侧面选点(见图4),信号可从楼与楼之间的空隙穿过,并借助反射达到很好的覆盖效果。

  天线隔离度即信号从直放站前向输出端口至前向输入端口(或者从反向输出端口至反向输入端口)的路径衰减值,与直放站设备本身没有关系,它取决于施主天线和重发天线的安装位置,与垂直及水平的距离、相向的角度有关。其大小直接影响直放站的增益配置,关系到直放站系统的稳定。施主天线和重发天线之间隔离度较大,才能提高主机增益,获得较大的输出功率。天线之间的隔离是多方面因素共同作用的结果,主要包括空间隔离(水平隔离度和垂直隔离度)及建筑物隔离。按照工程设计要求,天线隔离度L(dB)应大于直放站最大工作增益Gmax约10 dB~15 dB,若取值12 dB,考虑通常情况下Gmax为90 dB,故L一般应不小于102 dB。

  ● 水平隔离度Lh是收发信天线在水平间隔距离上产生的空间损耗,表示公式如下:

  其中:22.0为传播常数;d为收发天线水平间隔(m);λ为天线工作波长(m);Gt、Gr分别为发射和接收天线的增益(dB);Dt、Dr分别为发射和接收天线的水平方向性函数造成的损耗,具体数值可以在天线方向图中查得,当上下行天线°时,方向性损耗即为天线的前后比。

  ● 垂直隔离度Lv是收发信天线在垂直间隔距离上产生的空间损耗,表示公式如下:

  其中:28.0为传播常数;d为收发天线垂直间隔(m);Dt、Dr为两天线的垂直方向性函数造成的损耗,与水平方向性函数类似。

  ● 建筑物隔离度La是指收发天线间存在建筑物的情况下,因建筑物阻挡造成信号衰落而形成的隔离,这种隔离的计算一般采用直接代入经验值的方法。如一堵墙的隔离度为10 dBm~20 dBm。

  以上算法是天线隔离度的工程估算法,由于无线信号的传播受多方面因素的影响,通过计算只能较为粗略地确定隔离度的大小。因此在实际工程设计中应根据具体情况进行实地测量,以最大限度满足现场对隔离度的要求。测量方法如下:

  将已知强度为p的信号加在下行天线上,用测试手机在上行天线处测量接收到的信号强度r,则隔离度为:

  天线的质量往往直接影响到最终的覆盖效果,其中用于接收基站信号的施主天线应选用方向性更强的天线(如高增益大口径抛物面天线),要求水平波束角小、方向性好、增益高、前后比大;重发天线用于覆盖盲区,通常采用定向天线(如定向板状天线),天线波束在水平面和垂直面上应具有较好的方向图,要求增益高、前后比大,具有较强的旁瓣抑制能力和较好的零填充特性,天线下倾角机械可调,互调和驻波比等参数指标良好,同时要求天线的体积小、重量轻、安装简单,所选馈线及接头符合国际标准、电气性能好。

  因受多径效应影响,天线位置的选择对直放站的覆盖范围影响较大,为增大隔离度,施主天线与重发天线采用背对背安装方式,重发天线在上,施主天线在下,充分利用山体、水塔、建筑物等自然地形地物的阻隔,尽量拉开二者的距离(通常两天线米)。安装在铁塔上时,使用铁塔平台对天线进行隔离;安装在楼顶时,使用建筑物或增大天线水平距离进行隔离,如果两天线之间有隔离物,如楼顶的水箱、电梯间等,安装时应避免两天线在同侧;若建筑物为钢筋混凝土结构,施主天线在满足信号接收强度的基础上,应尽量靠近建筑物(通常重发天线可放在建筑物上面,施主天线靠近建筑物侧墙);若建筑物为一般砖墙结构,应考虑用建筑物隔离和拉长距离的方法来满足收发隔离度的要求;如果塔上平台可做隔离,天线可分别安装在平台、下塔身处。

  基本确定了设备的输出功率和天线挂高后,可对转发信号覆盖范围作初步的测算。根据陆地移动通信电波传播衰耗特性,在市区准平滑地形条件下,在800 MHz~1000 MHz频段可通过Okumura传播模型计算电波传播路径损耗。基本传输损耗表示式如下:

  其中:Lb(市区)为电波传播路径损耗(dB);f为工作频率(MHz);hb为重发天线有效高度(m);hm为移动台天线有效高度(m);d为移动台与直放站之间的距离(km);a(hm)为移动台天线高度因子(dB)。

  直放站安装完毕后,必须对其上下行增益等参数进行调测,以满足设计要求,然后到盲区路测,验证信号覆盖情况。若发现不理想的地方,需重新调整,以达到最好的覆盖效果。

  将天馈线与直放站正确连接,加电开机,调整直放站增益,使最大工作增益低于天线 dB。以某CDMA直放站调整为例,该直放站额定输出功率为30 dBm(1W),额定增益不超过95 dB,测得施主天线接收点接收的基站场强值为-80 dBm,施主天线 dBm。因施主天线米,馈线 dBm,则馈线 dB,直放站输出功率Po=-80 dBm+Gmax+Ga-L=30.5 dB。达到设备的额定输出功率要求,现场安装后用E4407频谱分析仪实测得输出功率为30.1 dBm,结果与理论计算值基本一致。

  调试直放站时,不可将直放站的增益调得过大,应在动态范围内由小到大地调整,且不可超过最大增益Gmax。增益和输出功率要留有一定的余量,增益余量不足会引发直放站自激;功率余量不足易使直放站过载,造成话音质量明显下降甚至系统瘫痪。

  直放站具有上下两个链路,有各自独立的增益控制和功率放大能力,调试时应保持其链路平衡。保持链路平衡不能简单地理解为直放站的上下行增益设置的平衡,而是对应于施主基站的链路平衡。直放站加入移动通信网络,不能破坏施主基站覆盖区已经建立的上下通道的平衡,直放站调整增益平衡的前提条件是:上行增益的调整要保证底部噪声不对基站造成干扰,下行增益的调整不影响输出信号的线性特性。若下行增益远大于上行增益,会导致手机接收场强很高,却打不出电话;若上行增益远大于下行增益,会导致覆盖范围缩小。较合理的范围是上下行增益相差小于3 dB。

  运用安装有专门软件(如东信eastcom2000)的路测仪器进行路测,结合实地通话测试,确认工程实施效果是否达到原设计要求,如覆盖范围是否满足需要,施主基站和相邻基站信号是否受到影响等。若与设计有较大的出入,就需作出一系列调整,如重新确定直放站站址,重新调整天馈线位置,使天线隔离度达到预定值;重新调整直放站设备工作参数,使其达到最佳工作状态。在覆盖公路、隧道等带状区域时,可调整天线角反射器角度,通过控制波束宽度来实现该区域的理想覆盖。路测时应注意识别基站信号、经直放站放大的信号和相邻基站信号。

  鉴于直放站在移动通信网络覆盖中的重要性,掌握直放站的工程设计和调测方法,对于移动通信网络建设和运行维护来说十分必要,从无线电管理的角度而言,也可消除许多干扰隐患。展望未来,随着3G牌照的发放和新业务的开展,新一轮基站建设热潮即将兴起,如何更好地发挥直放站的优势,节省资金和资源投入,无疑是值得移动通信界研究的一个重要课题。

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