作者：邊永生

    近年來，隨著移動通信業務的迅速發展，移動通信直放站以其有效性和經濟性得到了運營商的青睞,在網絡覆蓋中大顯身手。

    與基站相比,直放站有結構簡單、投資較少和安裝方便等優點，可廣泛用于覆蓋難度大的盲區和弱區，如山區、賓館、地下商場、地鐵、碼頭、車站、隧道及電梯等各種場所，有效改善通信質量。目前，直放站已成為優化無線通信網絡的重要工具和增強網絡延伸覆蓋能力的一種優選方案，因此研究直放站的工程設計和調測方法具有重要的現實意義。

    直放站的工程設計

    在公眾移動通信網絡的建設過程中，有兩種情況需要建直放站，一種是網絡建設初期，運營商急于擴大服務區域，這時省時省力、投資較少的直放站便成為好的選擇；另一種是網絡優化時期，在基本覆蓋完成后，需對信號盲區查遺補漏，各種類型的直放站便成為必然選擇。一旦確定建站，對工程建設和設計者而言，首先要進行現場勘測，之后結合理論計算制訂設計方案。

    1.1直放站的選型和選址

    為充分發揮直放站效用，工程設計者在建站前必須實地測量基站覆蓋區邊緣的信號場強值，并根據測量結果和覆蓋需求以及具體的地理環境，選擇適宜的直放站類型和站址，確定需轉發的基站載頻，初步確定設備輸出功率及收發天線的類型、安裝位置及離地面高度，預備前期基礎工程，如鐵塔、機房、供電、接地等。

    在市區等基站分布密集區域分離不同基站或扇區信號的難度較大，輕易增加對基站的干擾，所以盡量不建直放站。必須建站時，應盡量采用有線信號的引入方式，如光纖直放站。在不具備建立光纖直放站條件的場所，只能采用無線直放站。建立無線直放站要求施主天線必須具有足夠強的方向性，并選擇功率較小的直放站（1W以下）。在城市邊緣、山區及鄉村，因為設立直放站的主要目的是解決信號覆蓋問題，所以在已鋪設光纖的地區最好采用大功率（10Ｗ/20Ｗ）光纖直放站，無光纖時可利用無線直放站進行延伸覆蓋，采用方向性好的施主天線提取較為純凈的源信號，輸出功率為5Ｗ/10Ｗ，等同于基站的輸出，可達到較好的覆蓋效果;另外，在移動通信網絡建設初期，由于基站數量較少，可以采用大功率的無線或光纖直放站，以擴大覆蓋范圍。

    直放站站址對其覆蓋能力影響很大。為擴大覆蓋范圍，首先，直放站的安裝要有一定的高度。在山區可以選擇山頂或高坡來實現；平原地區必須建設鐵塔，這樣既可以提高施主天線和服務天線間的隔離，又有利于獲得較強的輸入信號，輸出功率有限的直放站才可以有較大的覆蓋。其次,直放站應安裝在基站覆蓋區邊緣處（基站信號強度一般為-85dBm～-95dBm）。直放站距離基站太近，易與基站形成重疊覆蓋，移動臺信號一路通過直放站延時后到達基站，一路直接到達基站，易形成多徑干擾;直放站距離基站太遠，施主天線接收到的信號弱，則直放站前向輸出功率較小，覆蓋范圍較小，達不到擴大覆蓋面的目的。再次,由于重發天線是定向天線，直放站站址最好選在盲區外（見圖1）靠近盲區邊沿處（一般50米～200米），假如選在盲區內（見圖2），則不能達到最佳覆蓋效果。

    另外，直放站覆蓋密集住宅區時，應避免在樓群的正面選點（見圖3），因為信號要直接穿透靠前的樓房才能覆蓋到后面的區域。由于信號在穿透過程中衰減很大，強度將會很弱。假如從高樓的側面選點（見圖4），信號可從樓與樓之間的空隙穿過，并借助反射達到很好的覆蓋效果。

    1.2天線隔離度的計算和測量

    天線隔離度即信號從直放站前向輸出端口至前向輸入端口（或者從反向輸出端口至反向輸入端口）的路徑衰減值，與直放站設備本身沒有關系，它取決于施主天線和重發天線的安裝位置，與垂直及水平的距離、相向的角度有關。其大小直接影響直放站的增益配置，關系到直放站系統的穩定。施主天線和重發天線之間隔離度較大，才能提高主機增益，獲得較大的輸出功率。天線之間的隔離是多方面因素共同作用的結果，主要包括空間隔離(水平隔離度和垂直隔離度)及建筑物隔離。按照工程設計要求，天線隔離度L（dB）應大于直放站最大工作增益Gmax約10dB～15dB，若取值12dB，考慮通常情況下Gmax為90 dB，故L一般應不小于102 dB。

    ●水平隔離度Lh是收發信天線在水平間隔距離上產生的空間損耗，表示公式如下:

    Lh=22.0+20lg(d/λ)-(Gt+Gr)+(Dt+Dr)（1）

    其中:22.0為傳播常數;d為收發天線水平間隔(m);λ為天線工作波長(m);Gt、Gr分別為發射和接收天線的增益(dB);Dt、Dr分別為發射和接收天線的水平方向性函數造成的損耗,具體數值可以在天線方向圖中查得，當上下行天線夾角為180°時，方向性損耗即為天線的前后比。

    ●垂直隔離度Lv是收發信天線在垂直間隔距離上產生的空間損耗，表示公式如下:

    Lv＝28.0+40lg(d/λ)-(Gt+Gr)+(Dt+Dr)（2）

    其中:28.0為傳播常數；d為收發天線垂直間隔(m);Dt、Dr為兩天線的垂直方向性函數造成的損耗，與水平方向性函數類似。

    ●建筑物隔離度La是指收發天線間存在建筑物的情況下，因建筑物阻擋造成信號衰落而形成的隔離，這種隔離的計算一般采用直接代入經驗值的方法。如一堵墻的隔離度為10dBm～20dBm。

    天線隔離度與水平放置和垂直放置的兩天線空間距離的關系曲線見圖5（f=850MHZ,Gr=Gt=5dB,La=0)。

    以上算法是天線隔離度的工程估算法，由于無線信號的傳播受多方面因素的影響，通過計算只能較為粗略地確定隔離度的大小。因此在實際工程設計中應根據具體情況進行實地測量，以最大限度滿足現場對隔離度的要求。測量方法如下:

    將已知強度為p的信號加在下行天線上，用測試手機在上行天線處測量接收到的信號強度r，則隔離度為:

    L=p+G-r-D（3）

    其中，G為下行天線增益，D為前后比。

    1.3天線的選擇和安裝

    天線的質量往往直接影響到最終的覆蓋效果，其中用于接收基站信號的施主天線應選用方向性更強的天線（如高增益大口徑拋物面天線），要求水平波束角小、方向性好、增益高、前后比大;重發天線用于覆蓋盲區，通常采用定向天線（如定向板狀天線），天線波束在水平面和垂直面上應具有較好的方向圖，要求增益高、前后比大，具有較強的旁瓣抑制能力和較好的零填充特性，天線下傾角機械可調，互調和駐波比等參數指標良好，同時要求天線的體積小、重量輕、安裝簡單，所選饋線及接頭符合國際標準、電氣性能好。

    因受多徑效應影響，天線位置的選擇對直放站的覆蓋范圍影響較大，為增大隔離度，施主天線與重發天線采用背對背安裝方式，重發天線在上，施主天線在下，充分利用山體、水塔、建筑物等自然地形地物的阻隔，盡量拉開二者的距離（通常兩天線的垂直距離為15米或水平距離20米）。安裝在鐵塔上時，使用鐵塔平臺對天線進行隔離；安裝在樓頂時，使用建筑物或增大天線水平距離進行隔離，假如兩天線之間有隔離物，如樓頂的水箱、電梯間等，安裝時應避免兩天線在同側；若建筑物為鋼筋混凝土結構，施主天線在滿足信號接收強度的基礎上，應盡量靠近建筑物（通常重發天線可放在建筑物上面，施主天線靠近建筑物側墻）；若建筑物為一般磚墻結構，應考慮用建筑物隔離和拉長距離的方法來滿足收發隔離度的要求;假如塔上平臺可做隔離，天線可分別安裝在平臺、下塔身處。

    1.4理論計算和覆蓋猜測

    基本確定了設備的輸出功率和天線掛高后，可對轉發信號覆蓋范圍作初步的測算。根據陸地移動通信電波傳播衰耗特性，在市區準平滑地形條件下，在800MHz～1000MHz頻段可通過Okumura傳播模型計算電波傳播路徑損耗?；緜鬏敁p耗表示式如下:

    Lb(市區)=69.55+26.16lgf-13.82lg(hb)-a(hm)+[44.9-6.55lg(hb)]lgd。 （4）

    其中:Lb(市區)為電波傳播路徑損耗（dB）;f為工作頻率（MHz）;hb為重發天線有效高度（m）;hm為移動臺天線有效高度（m）;d為移動臺與直放站之間的距離（km）;a(hm)為移動臺天線高度因子（dB）。

    在中小城市里:

    a(hm)=(1.1lgf-0.7)hm-(1.56lgf-0.8)。（5）

    在大城市(建筑物平均高于15m)里:

    a(hm)=3.2[lg(11.75km)]2-4.97。（6）

    若取hm=1.5m,則a(hm)=0，代入(4)式，得:

    Lb(市區)=69.55+26.16lgf-13.82lg(hb)+[44.9-6.55lg(hb)]lgd。

    對郊區可采用以下修正辦法:

    Lbs=Lb(市區)-2[lg(f/28)]2-5.4。（7）

    對鄉村可采用以下修正辦法:

    Lbs=Lb(市區)-[lg(f/28)]2-2.39(lgf)2+9.17lgf-23.17。（8）

    對開闊地可采用以下修正辦法:

    Lbq=Lb(市區)-4.78(lgf)2+18.33lgf-40.94。（9）

    由Lb可以測出覆蓋距離，若不能滿足設計要求，可適當調整天線掛高。

    直放站的工程調測

    直放站安裝完畢后，必須對其上下行增益等參數進行調測，以滿足設計要求，然后到盲區路測，驗證信號覆蓋情況。若發現不理想的地方，需重新調整，以達到最好的覆蓋效果。

    2.1設備調試

    將天饋線與直放站正確連接，加電開機，調整直放站增益，使最大工作增益低于天線隔離度約12dB。以某CDMA直放站調整為例，該直放站額定輸出功率為30dBm(1W)，額定增益不超過95dB，測得施主天線接收點接收的基站場強值為-80 dBm，施主天線為1.8米拋物面天線，則天線增益Ga＝21.6 dBm。因施主天線距主機30米，饋線采用SYV-50-22型低損耗饋線，該型饋線中心頻率為850 MHz時每米損耗約0.03 dBm，則饋線損耗L=0.9 dB。若天線隔離度達到102 dB,則Gmax=102dB-12dB=90 dB，直放站輸出功率Po=-80 dBm+Gmax+Ga-L=30.5 dB。達到設備的額定輸出功率要求，現場安裝后用E4407頻譜分析儀實測得輸出功率為30.1 dBm，結果與理論計算值基本一致。

    調試直放站時，不可將直放站的增益調得過大，應在動態范圍內由小到大地調整，且不可超過最大增益Gmax。增益和輸出功率要留有一定的余量,增益余量不足會引發直放站自激;功率余量不足易使直放站過載，造成話音質量明顯下降甚至系統癱瘓。

    直放站具有上下兩個鏈路，有各自獨立的增益控制和功率放大能力，調試時應保持其鏈路平衡。保持鏈路平衡不能簡單地理解為直放站的上下行增益設置的平衡，而是對應于施主基站的鏈路平衡。直放站加入移動通信網絡，不能破壞施主基站覆蓋區已經建立的上下通道的平衡，直放站調整增益平衡的前提條件是:上行增益的調整要保證底部噪聲不對基站造成干擾，下行增益的調整不影響輸出信號的線性特性。若下行增益遠大于上行增益，會導致手機接收場強很高，卻打不出電話；若上行增益遠大于下行增益，會導致覆蓋范圍縮小。較合理的范圍是上下行增益相差小于3dB。

    2.2路測確認

    運用安裝有專門軟件（如東信eastcom2000）的路測儀器進行路測，結合實地通話測試，確認工程實施效果是否達到原設計要求，如覆蓋范圍是否滿足需要，施主基站和相鄰基站信號是否受到影響等。若與設計有較大的出入，就需作出一系列調整，如重新確定直放站站址，重新調整天饋線位置，使天線隔離度達到預定值；重新調整直放站設備工作參數，使其達到最佳工作狀態。在覆蓋公路、隧道等帶狀區域時，可調整天線角反射器角度，通過控制波束寬度來實現該區域的理想覆蓋。路測時應注重識別基站信號、經直放站放大的信號和相鄰基站信號。

    結束語

    鑒于直放站在移動通信網絡覆蓋中的重要性，把握直放站的工程設計和調測方法，對于移動通信網絡建設和運行維護來說十分必要，從無線電治理的角度而言，也可消除許多干擾隱患。展望未來，隨著3G牌照的發放和新業務的開展，新一輪基站建設熱潮即將興起，如何更好地發揮直放站的優勢，節省資金和資源投入，無疑是值得移動通信界研究的一個重要課題。

    參考文獻

    [1]盧爾瑞等.移動通信工程.人民郵電出版社,1988（4）

    [2]高健羅華斌.直放站的原理與應用.中國無線電,2005（7）