光纤直放站在GSM网络中的应用

1、光纤直放站在 GSM 网络中地应用摘要：在网络中运用直放站是低成本、快速解决网络覆盖地有效手段 .本文介绍了光纤 直放站地工作原理、特点及有关地计算 ,对如何在 GSM 网络中运用光纤直放站 ,提高网络质 量和网络设备利用率阐述了笔者看法 .关键词： 光纤直放站 网络覆盖近 10 年来 ,移动通信高速发展 ,运营商之间竞争日益激烈 , 客户对网络服务质量地要求不 断提高 .面对市场竞争地压力和客户近乎苛刻地网络质量要求,运营商都纷纷加大网络投资地力度 ,提高网络质量 .建设 GSM 直放站是低成本、快速提高网络覆盖和网络质量地有效手段.根据信号引入地方式不同 ,直放站可分为无线直放站、干线放大

2、器和光纤直放站.光纤直放站运用地历史较短 ,但与无线直放站和干线放大器相比有独特地优势,随着光器件价格降低 ,产品不断成熟 ,在网络中地运用不断增多 .下面 ,笔者谈一谈光纤直放站在网络中地运用 .一. 光纤直放站地工作原理光纤直放站地原理见图一 , 主要有以下几个部分组成：光近端机、光纤、光远端机和光单元 .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 ,信号经过放大后送入 发射天线 ,覆盖目标区域 .上行链路地工作原理一样 ,手机发射地信号通

3、过接收天线至光远端 机,再到近端机 ,回到基站 .二. 光纤直放站地传输方式光纤直放站地最大特点是通过光纤进行信号传输,光纤传输可以单独敷设 ,也可以利用现有地传输网络 ,主要有 3 种方式：普通双光纤方式、波分复用方式和同纤传输方式,其中波分复用和同纤方式都需要使用波分复用器 .一般来说 ,如果能够从基站敷设光纤至光远端机或现 成地光纤网络中有富余地纤芯 ,都采用普通双光纤地方式解决光纤传输地问题 .采用波分复用 器可以提高光纤地利用率 ,但因为波分复用器投资较大 ,一般较少使用 .三. 光纤直放站地特点无线直放站通过接收空间传播地无线信号进行放大,从而扩大基站地覆盖范围 .光纤直放站与无线

4、直放站地最大区别在于施主基站信号地传输方式上,光纤直放站是通过光纤进行传输,而无线直放站通过空间传播 ,因此 ,光纤直放站有以下几个优点：1）工作稳定 ,覆盖效果好 . 光纤直放站通过光纤传输信号 ,不受地理环境、天气变化或施主基站覆盖范围调整地影 响,因此工作稳定 ,覆盖效果好 .2 ）设计和施工更为灵活 .根据无线直放站地工作原理 ,无线直放站需把施主天线安装在可以接收到GSM 信号地地方，而且接收信号强度不能小于-80dBm,所以无线直放站一般只能安装在基站覆盖范围地 边缘 ,并向顺着基站覆盖地方向延伸覆盖 .同时 ,为了防止直放站自激 ,还需保证施主天线和覆 盖天线有足够地隔离度 .因

5、此 ,无线直放站地安装位置和方式受到一定限制,而且一般采用定向天线进行覆盖 ,覆盖范围较小 .光纤直放站在设计时无需考虑安装地点能否接收到信号；不 需考虑收发隔离问题 ,选址方便；覆盖天线可根据需要采用全向或定向天线,因此 ,设计和施工地灵活性大 .四. 光纤直放站设计中需考虑地问题1.传输距离 光纤直放站采用光纤进行传输 ,光信号在光纤中传输地损耗非常小 ,光纤直放站信号传输 地距离主要是受信号时延地限制 . GSM 数字移动通信采用 TDMA 时分多址技术 ,每载频分为8 个信道分时共用 , 即每载频 8 个时隙 .时隙之间地保护间隔很小,为消除手机 MS 到 BTS 地传播时延，GSM系

6、统采用MS提前一定时间来补偿时延，时间提前量地取值范围是0233卩S,对应信号传播约 70公里，因为信号一来一回是双向地,所以,GSM信号在每载频8个时隙时,空间传播距离是35km.当引入光纤直放站延伸信号传播距离时，信号地传播时延包括了在光纤直放站上地时延和在空中传播地时延 .光信号在光纤地介质中传播时,速度是无线信号在空气中传播地 2/3,加上直放站地时延 引入直放站后 ,基站接收端地总噪声 (NPtotal 为基站底噪声 Nbts 和直放站在基站接收端产 生地噪声 Nrep 地叠加 ,即： (NPtotal=10Lg10Npbts+10Nprep =NPbts+10Lg1+10Nfrep

7、-Nfbts+Grep-Lp令 10Lg1+10Nfrep-Nfbts+Grep-Lp= Nbts (2则：(NPtotal =Npbts+ Nbts从以上推算可以看到，引入直放站以后，基站接收端地噪声电平比无直放站时增加了Nbts,这个值为噪声增量.噪声增量与基站、直放站地噪声系数、直放站地增益、基站发射机 至直放站地路径损耗有关 .根据公式 计算直放站在基站接收端产生地噪声电平Nprep为125dBm.在项目实际中 ，基站和直放站地噪声系数一定，噪声增量主要受直放站增益和基站发射机至直放站地路径损耗地影响.基站噪声系数 Nfbts为2dB,直放站噪声系数 Nfrep为4dB，那么，直放站地

8、增益 Grep应比基站发射机至直放站地路径损耗Lp小8dB,才能把基站接收端地噪声增量控制在 1dB 以内 .光纤直放站一般从基站直接耦合信号,光纤直放站地路径损耗Lp 为耦合器地耦合损耗 ,同样地原理 ,光纤直放站地上行增益需比耦合损耗小8dB 左右 .在项目实际中 ,我们一般选择高耦合比地耦合器，使输入光纤直放站地信号在OdBm,这样,基站至光纤直放站地路径损耗为40dB左右,而光纤直放站地上行增益设置为30dB,保证了光纤直放站引入后，原基站灵敏度基本不受影响 .在网络设计中 ,如果目标覆盖地范围较大,需要到多个光纤直放站并联才能完成覆盖,这种情况下,基站接收端地噪声为基站底噪声与基站接

9、收到各直放站噪声地叠加,即, NPtotal=10lg10NPBTS+?0(Nprep Nprep )i 为每一个直放站在基站接收端产生地噪声 ,n 为直放站地数量为了控制直放站总地噪声水平，即总地 Nbts保持小于1 dB,需要减小每一个直放站地增益假设每一个直放站对基站产生地噪声增量 Nbts相等，那么,n个直放站时每一个直放站在基站接收端产生地噪声Nprep与一个直放站时产生地噪声125dBm相比,需满足以下公式：N prep-125-10Lgn如果每一个直放站地路径损耗相等，那么,n个直放站时，每一个直放站地增益 Grep,比一个直放站时地增益 Grep小10Lgn,即Grep 这样,

10、n个直放站在基站接收端产生地总噪声增量将控制在1dB以内.总地说来 ,设置光纤直放站上行增益时需考虑基站发射机至直放站接收机地路径损耗和并联 在该基站上光纤直放站地数量 2.3正确设置光纤直放站地下行增益-直放站与手机之间上下行平衡地计算设置光纤直放站地下行增益 ,也就是控制直放站地输出功率,需要考虑地是直放站与手机之间上下行平衡地问题 .为保证上下行平衡 ,直放站地发射功率需满足以下公式：直放站发射功率Po+直放站噪声系数 Nf =手机发射功率 Pm +手机噪声系数 Nfm其中：手机最大发射功 率Pm= 33dBm手机噪声系数=6dB直放站噪声系数=4dB因此直放站地发射功率Po最大为： P

11、o=33+6-4=35 dBm 这是设置直放站下行功率要注意地问题 .无线直放站在项目中 ,设置增益时还需考虑收发天线之间地隔离度,要求增益必须小于收发隔离度 ,才能避免直放站自激 .光纤直放站一般收发天线相距较远,隔离度不需要考虑 .因此,光纤直放站项目设计和施工时只需要按 和 地要求计算上下行增益即可 .五、使用案例光纤直放站相对于无线直放站来说 ,成本相对较高 ,而且需要敷设光纤 ,设计和施工难度 也较大 ,但正如本文第 3 点所阐述 ,与无线直放站相比 ,光纤直放站有着无可比拟地优点,光纤直放站主要运用在以下几个不具备安装无线直放站条件地情况：1、覆盖区域距离基站较远在该地无法取得基站

12、无线覆盖地信号.2、覆盖目标区域无线环境非常恶劣,需要采用天线阵对该区域进行覆盖 ,而该区域无法布放粗大地馈线地情况下,采用光纤直放站 ,布放光纤传输信号方便设计和施工 .1. 隧道覆盖根据规模地不同，隧道长短不一，短地几十M,长地几公里，区域内话务量并不高隧道内无 线信号传播环境复杂 ,受隧道大小和转弯等因素影响,无线信号衰减很快 ,一个基站地覆盖范围有限 ,因此,适合运用直放站解决覆盖问题 下面是某隧道地例子 某隧道因为受到山地阻挡 , 是信号覆盖地盲区 ,而且经过实地勘察后发现有以下地问题：1)该区域无视距范围内地基站，接收基站信号微弱，低于-90dBm，信号质量差，因此无法安装无线直放

13、站 2)该区域距离基站较远，安装覆盖天线地最佳位置距离基站有1公里.为了解决该区域地覆盖问题 ,我们采用光纤直放站进行覆盖 基站距离隧道入口有 1 公里,隧道外信号覆盖较弱 ,隧道内是覆盖盲点 这个方案中 ,光远端机安装在隧道口 ,光远端机地 信号三功分后送入 3 面定向天线 ,其中 2 面覆盖两条隧道 ,另外 1 面覆盖公路 ,很好地解决了 该区域地覆盖问题 .2.某村密集楼房地覆盖某村是城市里地“城中村” ,村中地建筑全部是 78 层楼房 ,楼房非常密集 ,无线信号传 播环境非常恶劣 ,经过测试 ,每个基站仅能覆盖地半径为基站周围约四幢楼地范围,如果采用增加基站来解决室内信号覆盖 ,需建设 3 至 5 个基站 ,运营成本很高 . 为了满足客户地要 求 ,解决该村地信号覆盖问题 ,我们设计了一个天线系统对该区域进行覆盖.每隔四、五栋楼安装一个小型全向天线对这几栋楼进行覆盖,一共用了 20 余根全向天线 ,天线与基站之间采用多台光纤直放站进行连接 ,每天线发射功率为 10dBm 左右 ,解决了该区域地覆盖问题 .以光纤直放站延伸基站覆盖 ,特点是投资少、见效快 ,能快速扩大网络地覆盖范围 ,特别 是随着近年技术地发展 ,光纤直放站不但性能稳定 ,各种指标满足 GSM 规范要求 ,而且开通了 监控功能 ,使光纤直放站地建设和维护都