文献综述-光纤直放站在通信系统中的应用

1、东海科学技术学院毕业论文（设计）文献综述题 目： 光纤直放站在通信系统中的应用 系 ： 学生姓名： 专 业： 班 级： 指导教师： 起止日期： 1论文研究的目的随着移动通信网络的迅速发展和用户的日益扩大，新技术和新业务的开发和应用已提到十分重要的位置。为了消除信号盲区，延伸覆盖范围，需要在一些偏远的地区或在不具备直放站建设条件、话务较少的地方设置直放站由于这些地区交通、通信等的局限，使得直放站的维护变得十分困难。CDMA技术早已在军用抗干扰通信研究中得到广泛应用。1989年11月Qualcomm在美国的现场试验证明CDMA用于蜂窝移动通信的容量大，并经理论推导其为AMPS容量的20倍。这一振奋

2、人心的结果很快使CDMA成为全球的热门课题。1995年香港和美国的CDMA公用网开始投入商用。1996年韩国自己的CDMA系统开展大规模商用。在众多3G标准之中，CDMA技术是最有竞争力者1与以往任何一种通信技术一样，CDMA通信系统需要解决的一个重要问题就是信号覆盖问题。在CDMA网络建设初期，由于资金等各方面原因,基站数量少，信号覆盖不全。另外，在地下、隧道，高楼密集地区由十信号衰减较大，产生弱信号区和信号自区。为了提供良好的无线通信服务，在这些地区进行无线信号的补充覆盖是非常必要的。但在这些地区架设基站成本太高，基础设施非常复杂。直放站技术就很好的解决了以上问题。直放站在不增加基站数量的

3、前提下保证网络覆盖，是解决通信网络延伸覆盖能力的一种优选方案。与基站相比，直放站具有结构简单、安装方便，组网灵活，造价远远低十有同样效果的微蜂窝系统等优点。可广泛用十难十覆盖的自区和弱区，如商场、地铁、隧道、高速公路、海岛等各种场所。相关的概念：（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

4、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2。（2）光纤直放站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。随着移动通信运营商自己的光缆传输网络的建设和完善，充分利用自己已有的光纤网络，通过建设光纤直放站解决上述问题的可行之举。光纤直放站应用于移动通信网络中，中继无线信号、延伸无线覆盖区、对特殊地形覆盖、调配业务、消除自区，以达到低成本扩大网络覆盖范围扰化网络的目的。他更能体现其建设周期短、投资小、充分提高信道利用率等优点。光纤直放站对于消除覆盖盲区、建设精品网络无疑是一个重要而有效的手段。2 光纤直放站国内外的研究情况3在国外，直放

5、站技术得到了一定程度的理论研究。在各种文献上对直放站设计、应用及对系统影响等方面进行了理论研究。但是，到目前为止还没有一个全面的、统一的直放站技术行业标准。因此，还有大量工作有待完成。在应用方面，韩国和美国的 CDMA 网络采用了直放站技术，取得了一定的应用效果和实际经验。同时，直放站技术在不断的变化。从早期的仅仅提供无线信号接收、放大、发射发展到现在的更加智能化的直放站系统。例如：直放站要求可以自动报警，自动功率控制，系统自动开/关，智能化的网络管理系统等等。这些功能已经超越了传统意义对直放站的定义。因此，更具实际应用价值。在国内，直放站技术应用的时间更短，仅仅是近两年的时间以内得到研究和应

6、用。在技术上相对不成熟，应用上也缺乏经验。直放站技术的应用基本上起步于中国联通公司的 CDMA 网络建设时期。CDMA 网络建设前期，为了节省资金，核心网络的铺设必须与用户数量相协调，在边缘网络建设上要重点建设。因此，直放站在 CDMA 网络建设初期，是一个非常优越的网络覆盖解决方案。移动业务运营商和设备提供商越来越重视直放站的应用。直放站应用数量也越来越多，而且发展速度惊人。但是，直放站在技术上和应用上还有大量的工作有待研究。技术上要实现直放站技术标准化和新突破，比如：一种“智能直放站技术” 在慢慢兴起，是直放站技术发展的新方向，吸引了越来越多的人从事这项新技术的研究工作。应用上，需要通过理

7、论分析来指导直放站应用从而发挥其最佳效能，同时减小对系统的负免面影响。综上所述，直放站技术在国内外都得到了研究和应用。但是，作为一种刚刚起步的技术，还有大量的工作有待继续研究。在技术上和应用上需要不断完善和新突破。因此，直放站技术有着良好的发展前景。2.1光纤直放站的原理:其工作原理如下图4：光纤直放站主要有光近端机、光纤、光远端机（覆盖单元）几个部分组成。光近端机和光远端机都包括射频单元(RF 单元)和光单元。无线信号从基站中耦合出来后，进入光近端机，通过电光转换，电信号转变为光信号，从光近端机输入至光纤，经过光纤传输到光远端机，光远端机把光信号转为电信号，进入 RF 单元进行放大，信号经过

8、放大后送入发射天线，覆盖目标区域。上行链路的工作原理一样，手机发射的信号通过接收天线至光远端机，再到近端机，回到基站。光纤直放站近端机收到基站的下行信号(935MHz-960MHz)送至近端主机，放大后送到光端机内进行电光转换，发射1.31m波长的光信号，再送到光波复用器，经光缆传到远端；远端光波分复用器将1.31m波长的光信号分开后，让1.31m波长的光信号输入光端机进行光电转换，还原成下行信号，再经远端主机内部功放放大，由重发天线发射出去送给移动台。移动台的上行信号逆向送到基站，这样就完成了基站与移动台的信号联系，建立通话。2.2光纤直放站与基站相比的优缺点5优点在于：(1) 不需要传输系

9、统,施工方便,投资少;(2) 同等覆盖面积时,使用直放站比使用基站投资低;(3) 覆盖控制更加灵活有效;(4) 和射频直放站相比,避免了同频干扰,信号传输不受地理条件限制,工作稳定,可全向覆盖,干扰少,覆盖效果好,设计和施工更加灵活;(5) 可提高增益而不会自激,有利于加大下行信号发射功率。与基站相比,直放站也有不足的地方,主要表现在:(1) 不能增加系统容量。公众通信网的容量问题比较突出,但GSM - R属于专用通信网,在容量问题上不很突出,因此对于GSM - R网络直放站的使用基本没有此限制。(2) 引入直放站后,会给基站增加噪声,使原基站工作环境恶化。如果直放站性能不好或直放站附近有干扰

10、源,将对原网造成严重影响。(3) 直放站需要另建监测系统,一般说来,直放站监测系统的网管功能和设备检测功能远不如基站,直放站的管理相对困难。(4) 由于受时延等要求限制,直放站的某些安装条件比较苛刻,使直放站的性能往往不能得到充分发挥3.信源可采用直接祸合方式，能有效保证了施主信源的质量。2.3光纤直放站的传输方式a普通双光纤方式 这种方式多用于光缆中有现成多余备用光纤对的情况。b波分复用方式 可实现直放站信号与其他信号同纤传输c一发两收方式 如果传输距离不太远，且话务量不大的两个地方都需采用直放站，则可利用光纤分路器给成一发两收方式。目前大多数光纤直放站采用波分复用的方式。3 直放站的应用6

11、 3.1 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：(1

12、) 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（1以下）直放站。(2) 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1

13、0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5/10，等同于基站的输出，达到较好的覆盖效果率。(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）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：(1)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；(

14、2)在郊区增强场强，扩大郊区站的覆盖；(3)沿高速公路架设，增强覆盖效率；(4)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；(5)将空闲基站的信号引到繁忙基站的覆盖区内，实现疏忙；(6)其它因屏蔽不能使信号直接穿透之区域等。 3.3 光纤直放站的应用实例61.在隧道的覆盖应用:长山隧道位于杭州市萧山区新街镇境内，系国道104线的一部分，全长250米。每天经过此隧道的车辆很多，由于山体遮挡和隧道自身特点，隧道内手机信号快速下降，具体测得联通G网信号场强为：从隧道口至隧道中间为-80dBm掉网，联通C网信号场强为：从隧道口至隧道中间为-75dBm掉网。为了保障

15、此隧道内联通手机G网、C网的正常使用，根据杭州联通移动运行部门的要求，我公司提出采用空间直放站的覆盖方案，来解决长山隧道的信号覆盖。G网：通过1.3米板状天线作施主天线，接收CID：7204号宏蜂窝基站扇区的信号。选用AC3020作主机，接收空间场强为-65 dBm左右，满足主机场强的输入要求，保证主机能满功率输出。C网：通过1.3米板状天线作施主天线，接收PIN：3或18号宏蜂窝基站扇区的信号。选用AC1330A-33-I作主机，接收空间场强为-60 dBm左右，满足主机场强的输入要求，保证主机能满功率输出。此隧道较短，采用7单元八木天线，为考虑到隔离度达到要求，八木天线安装在隧道内20米左

16、右，朝二桥方向隧道覆盖内。为考虑到的质量，采用G网、C网分路的办法，覆盖两条隧道。2. 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比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，直放站所在地信号在-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35km公路信号明显改善；直放站东侧使通信距离又延伸810km。3. 郊区重点村镇居民区的覆盖某一村镇离基站56km，由于该镇经济条件较好，手机用户较多。无直

17、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500800m内的室内覆盖（指一般居民楼）3.4光纤直放站应用中工程参数的计算5直放站的工程参数确定至关重要，如设置不当不但不能达到预期的效果，还会造成对其它基站的影响。3.4.1直放站下行最大输出功率在直放站的应用中，为了获取最大的覆盖范围，通常只会想到加大一行输出功率，一味选用下行功率较大的直放站，而往往忽视上行系统噪声系数对覆盖区上行链路最大路径损耗的限制，忽视上下行链路的平衡。当下行链路允许的最大路径损耗小于上

18、行链路允许的最大路径损耗时，增加下行功率可以扩大直放站的覆盖范围;而当下行链路允许的最大路径损耗大于上行链路时，增大下行功率对扩大直放站的覆盖区域是毫无意义的，还会因下行覆盖大于上行覆盖而造成上下行不平衡，引起掉话。直放站需要的最大下行功率是达到上下行平衡时所需要的功率，满足上下行平衡所需要的最大输出功率可通过两种方法进行计算:一是参考基站输出功率的比较计算，二是应用上下行平衡公式计算。下面作逐一介绍。（1）比较计算我们可以认为基站的输出功率是在满足上下行平衡条件下设计出来的。假定GSM基站的输出功率为43dBm，由于直放站与基站级联后会引入噪声增量，若使基站的噪声增量控制在2dB以内，那么直

19、放站上行的系统噪声系数(直放站本机噪声系数+噪声系数增量)要比基站大4-7dB，也就是说直放站的上行接收灵敏度要比基站差4-7dB，为了达到上下行平衡，自然直放站的下行功率也要比基站小4-7dB，因此直放站所需的输出功率应在36-39dBm之间(43dBm- (4-7) dB),最大输出功率应为:39dBm。（2）上下行平衡公式计算在由1个基站带I个直放站的系统里,设对基站的噪声影响控制在2dB以内，直放站本机噪声系数为5dB，查曲线图可知，直放站噪声系数增量为4dB，直放站系统等效噪声系数NFrep为5dB+ 4dB=9 dB.在上下行链路平衡条件下，求直放站下行需输出功率Prep:B=L

20、下行 max-L 上行max L 上行 Max=Pm(dBm)+GREP(dB)+Gm(dB)-SNRmin(dB)一(NOW)BTS 式中PM:移动台功放输出功率;GREP :直放站发射天线增益(包括馈线损耗);Gm :移动台天线增益(包括馈线损耗);SNR min: 基站接收最小信号噪声功率比;NOWBTS: 基站接收机热噪声基底功率为116dBm( 5dB噪声系数);L下 行 Max=PREP(dBm)+GREP(dB)+ Gm(dB)一(C/I) (dB)一(NoW)m (Db)式中PREP:直放站输出功率:GBTS:直放站天线增益，含馈线损耗;Gm:移动台天线增益，含馈线损耗;C/I

21、:移动台所需最小能量和噪声功率谱之比值:(NoW)m :移动台接收机热噪声功率。平衡条件:B=O.则计算出直放站需要的下行最大输出功率:Prep=38dBm.从以上两种方法的计算结果可知，直放站的覆盖范围往往不是受限于下行输出功率，而是受限于上行级联系统噪声系数。直放站与基站级联后引入的噪声增量将使上行系统噪声系数增加，当一个基站配置的直放站越多时，噪声增量也会越大，当配置3个直放站时，噪声增量可达9dB，此时上行系统噪声系数为14dB,下行最大输出功率只需33dBm.3.4.2下行增益下行增益的确定就比较简单，只需现场测量到施主天线接收下来的信号功率，己知直放站所需的下行输出功率，便可算出直

22、放站的下行工作增益:下行增益=输出功率一施主天线接收的信号功率在实际调测中，并不需要去计算下行增益，只需调整下行增益使输出功率达到需要的值便可。3.4.3上行增益确定直放站上行增益在直放站工程中非常重要。如果上行增益过大，会造成对基站的干扰，影响基站的覆盖距离;如果上行增益太小，则会增加直放站系统的上行噪声系数，缩小直放站的覆盖范围。因此要做到在不对基站造成太大影响的条件下，应尽可能增大上行增益，这是关键所在。上行增益的调试可分为如下几个步骤:（1）确定直放站对基站的噪声增量(可取1-2dB)。当基站覆盖边缘用户较少时，可取2dB噪声增量，当边缘用户较多时，建议取1dB噪声增量。（2）根据给定

23、的基站噪声增量AN F，查噪声曲线图得到噪声增量因子Nrise当基站噪声增量为1dB时，Nrise=一6dB;当基站噪声增量为2dB时，Nrise=一2.5 dBe（3）测量基站输出端口与直放站下行输入端口之间的路径损耗LBTS-repLBTS- rep=基站输出信号功率一施主天线接收信号功率，(式中第一项可向运营公司获得，第二项可现场测量得到)。（4）由于Nrise=直放站上行增益Grep与基站和直放站之间的路径损耗LBTS-rep之差，所以Grep= LBTS- rep+Nrise，因此 ,2. 3步骤获得的Nrise和LB丁S-rep代入上式即可求得直放站的Grep.其它相关的参数计算方

24、法可见8-114光纤直放站工程应用中应注意的问题：4.1 信源的选取7直放站信源选取至关重要，合理的信源不仅能为覆盖区域提供高质量的网络信号，还有利于网络容量调配提高网络资源的利用率。信源选取应注意以一F事项:（1) 选择合适的容量配置。直放站选取信源时应对覆盖区域进行准确的话务预测和计算以寻找合理的信源，必须保证施主基站应该有话务容量冗必须保证施主基站应该有话务容量冗。当直放站不能满足容量需求时应采用微蜂窝或宏蜂窝作信源。（2) 合理的信号强度。直放站信源信号强度一般保持在一65dBm-45dBm之间最宜。信号太强容易推动直放站的前向低噪放达到饱和，信号太弱造成直放站输出信噪比较差。(3)应

25、在可选信源中选择C/1值最好的信号作信源。(4) 还必须考虑信源站与覆盖区周边的基站是否有切换关系，尤其是远端机位置很远时要注意这个问题，工程中应结合网优仔细考察其邻小区关系。4.2 光纤的传输距离在应用GSM直放站组网时，必须考虑到系统的传输时延。理想情况下，由于时隙保护作用，移动台与基站间的距离达到35公里时仍能进行通话，引入光纤直放站后，除了空间时延外，还增加了直放站的电路时延和光缆传输造成的时延。由于光纤的传输时延是自由空间传输的1.5倍左右，从理论上而言，光纤直放站的最大中继距离(中继端机至远端机的最远覆盖边界)不要超过20公里。这里要注意几个问题:(1) 上述结论是通过理论计算得到

26、的，但实际工作中当最大中继距离超过20公里时光纤直放站还是可以使用的。因此在工作中要根据实际情况大胆突破，充分利用设备实现最优化的建设。(2) 计算中继距离时不要忽略光缆的融接点造成的时延，笔者在实际工作中发现，有时光缆铺设距离并不远，但通过路测发现TA值却很大，这一般都是由光缆的融接点的时延造成的。在实际计算时延时一定要注意这一点。(3) 引入光纤直放站后一定要及时修改MSRange Max_Hand参数(各个系统设备厂家有所不同)。4.3 供电方式供电方式有两种可供选择，一种为220V交流电供电，另一种为太阳能供电。对于偏远地区及电源不太稳定区域应采用交流电加电池浮充供电系统以保证系统的不

27、间断供电;对于无电源供给地区如边远山区、公路、海岛和草原等，可以利用太阳能供电系统供电。目前各类资料常提及光纤直放站常的集中供电方式，这种方式从中继端机处(一般在机房内)引电源，电源线随光缆一起套管铺设拉至远端机。这种方式是一种较好的供电方式，尤其当远端机位于偏远地区(无法供220V市电)时更能体现其特点，但笔者以为这种方式有很大的局限性，它仅适用于远端机离中继端机较近的场合，因为电源线太长会造成线上的压降过大从而导致远端机供电电压太低。4.4 安全性远端天线系统一般安装在野外，安全性十分重要。一方面要做好防雷措施，做好接地工作:整个系统一般要做好天线、馈线、主机、铁塔良好接地，接地电阻要小于5欧姆。另一方面要做好防盗措施。4.5 控制上行噪声基站引入远端天线系统后造成基站上行噪声上升，使基站接收机的灵敏度下降，影响程度与远端天线系统上行增益设置有关，增益越大影响越大，在远端天线系统工程设计时应充分考虑到这一点。将上行增益设置到最合理值，控制上行噪声电平，将其对网络的影响降到最低。原则上应保证上行噪声上升不高于2.4d B这样才能保证不对施主基站造成大的影响。在实际调试中常使用大功