劉彥飛　余成波　曾廣理

摘 要：直放站在無線通信網(wǎng)絡(luò)中的廣泛應(yīng)用,成功解決了盲區(qū)覆蓋,信號(hào)弱等問題,但也對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生了多方面的影響,其主要表現(xiàn)在對(duì)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的干擾,以及對(duì)小區(qū)的覆蓋半徑和容量的影響。就直放站對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的各方面的影響進(jìn)行了具體的分析,并對(duì)各種干擾方式給出了可行的解決方案,在工程的實(shí)施過程中具有良好的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：直放站；無線網(wǎng)絡(luò)；信號(hào)；干擾

中圖分類號(hào)：TN915 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004-373X(2009)01-058-03

Impact of Repeater on Wireless Network and Related Analysis

LIU Yanfei1,YU Chengbo1,ZENG Guangli2

(1.Remote Test and Control Institute,Chongqing Institute of Technology,Chongqing,400050,China;2.Guangzhou Comba,Dongguan,523000,China)

Abstract：The repeater is widely used in the wireless network communication,which has successed to solve the problem on signal blind area,signal weake.But it also brouings various aspect impact on the wireless network,the main is that interference to the signal of network,and impact on the areola cover radius and capability.A specific analysis on various impact after the introduction of repeater,and the suggestion is given to solve the problem,which guided well in the course of the project implement.

Keywords：repeater;wirless network;signal;interference

在無線通信網(wǎng)絡(luò)中,直放站作為一種信號(hào)的中繼放大器,因?yàn)槠浒惭b簡(jiǎn)單,能迅速擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍,改善現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的覆蓋質(zhì)量,提升話務(wù)量,提高基站設(shè)備的利用率,還能承擔(dān)小區(qū)忙時(shí)的話務(wù)分流,并且其建設(shè)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于基站的建設(shè)成本,因此在現(xiàn)代無線通信中各種直放站［1］得到了廣泛的應(yīng)用。與此同時(shí),直放站的存在也對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生了一系列的影響。通過直放站對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)的影響分析,將有助于更合理地在無線網(wǎng)絡(luò)中使用直放站,克服直放站對(duì)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)

生的影響,充分發(fā)揮其優(yōu)越性,有效地為網(wǎng)絡(luò)覆蓋服務(wù)。

1 對(duì)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)干擾的分析

1.1 產(chǎn)生干擾的原因

直放站的站址選擇不合適,各路載波參數(shù)設(shè)置不合理都會(huì)造成對(duì)基站的干擾,直放站干擾基站的常見原因主要有:

(1) 上行輸出噪聲干擾

直放站實(shí)際上是一個(gè)全雙工,線性的射頻放大設(shè)備,在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的基本作用是對(duì)前向和反向信號(hào)再放大。在放大有用信號(hào)的同時(shí)也必然會(huì)引入一定的噪聲。即使不放大任何有用信號(hào),也會(huì)發(fā)射干擾信號(hào),因此它本身就相當(dāng)于一個(gè)帶內(nèi)干擾源,上行輸出噪聲也會(huì)干擾基站。

(2) 放大器線性不好(交調(diào)過大)

當(dāng)有2個(gè)(或2個(gè)以上)信號(hào)通過一個(gè)非線性電路系統(tǒng)時(shí),這些信號(hào)便會(huì)相互調(diào)制產(chǎn)生互調(diào)信號(hào),階數(shù)越高互調(diào)信號(hào)幅度越小。三階互調(diào)的兩種模型2f1-f2,2f2-f1,因其頻率通常會(huì)落在通帶內(nèi),對(duì)通信系統(tǒng)的影響最大。

(3)下行交調(diào)產(chǎn)物串入上行干擾基站

由于放大器的線性不好,導(dǎo)致的交調(diào)產(chǎn)物串入上行對(duì)基站產(chǎn)生干擾。

(4) 收發(fā)天線隔離不夠,系統(tǒng)自激

當(dāng)施主天線和覆蓋天線隔離度小于直放站的下行增益G時(shí),施主天線從施主基站接收的下行信號(hào),經(jīng)過增益為G的直放站放大后,由覆蓋天線發(fā)出去。一部分信號(hào)再經(jīng)過覆蓋天線的副瓣耦合到施主天線的副瓣,再經(jīng)過直放站的放大。這樣無線同頻直放站就形成一個(gè)潛在的正反饋環(huán)路,產(chǎn)生自激,帶來下行干擾。

1.2 各類型干擾的具體分析

1.2.1 同一系統(tǒng)間的干擾

直放站作為無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的延伸,以較高的性價(jià)比實(shí)現(xiàn)了基站覆蓋不到的區(qū)域的信號(hào)覆蓋［2］。但同時(shí)也對(duì)所在系統(tǒng)產(chǎn)生了一些影響：引起了鄰區(qū)重疊混淆；在擴(kuò)大了覆蓋范圍的同時(shí)增加多徑干擾；在CDMA系統(tǒng)中,如果直放站規(guī)劃不當(dāng)可能會(huì)引入導(dǎo)頻污染或?qū)ьl混淆,導(dǎo)致通話質(zhì)量差,易掉線。為了避免導(dǎo)頻混淆,在網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃階段,應(yīng)根據(jù)覆蓋區(qū)域周圍基站的分布,定量的計(jì)算分析是否會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)頻混淆或?qū)ьl干擾。如果導(dǎo)頻混淆和導(dǎo)頻污染已經(jīng)產(chǎn)生,則可以通過調(diào)整該小區(qū)引起導(dǎo)頻的天線,或者修改修改小區(qū)的導(dǎo)頻參數(shù)的配置。

在GSM系統(tǒng)中,當(dāng)直放站覆蓋的區(qū)域與其他小區(qū)重疊覆蓋時(shí),可能導(dǎo)致同頻或鄰頻干擾［3］。

同頻干擾是指無用信號(hào)的載頻與有用信號(hào)的載頻相同,無用信號(hào)就對(duì)接收同頻有用信號(hào)的接收機(jī)造成了干擾［4］。FDD廣泛用于無線通信,在話務(wù)量較高的區(qū)域,小區(qū)的覆蓋半徑較小,同頻復(fù)用的系數(shù)增加,很容易產(chǎn)生同頻干擾,對(duì)通話質(zhì)量將產(chǎn)生很大的影響。

領(lǐng)頻干擾是指干擾臺(tái)鄰頻道功率落入接收鄰頻道接收機(jī)通帶內(nèi)造成的干擾。當(dāng)鄰近小區(qū)中存在與本小區(qū)工作信道相鄰的信道或由于外因要求基站小區(qū)的實(shí)際覆蓋范圍比設(shè)計(jì)要求范圍大,則會(huì)引起鄰頻道干擾。當(dāng)鄰頻道的載波干擾比C/I小于某個(gè)特定值時(shí),就會(huì)直接影響到手機(jī)的通話質(zhì)量,嚴(yán)重的就會(huì)產(chǎn)生掉話或使手機(jī)用戶無法建立正常的呼叫。

同頻干擾的解決辦法：由于直放站是對(duì)網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)扇區(qū)信號(hào)的放大,需要從整體考慮來配置同頻小區(qū)的同頻頻率；也可通過增加兩個(gè)同頻小區(qū)間的間距來降低干擾；此外也可以通過降低移動(dòng)臺(tái)和基站的放射功率,降低同頻干擾。

鄰頻干擾的解決辦法：對(duì)頻率規(guī)劃進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整；對(duì)帶通濾波器進(jìn)行特性調(diào)整。

當(dāng)然,對(duì)同頻干擾的解決方法也同樣適用于鄰頻干擾。

1.2.2 不同系統(tǒng)間的干擾

不同系統(tǒng)間存在的干擾,可以從其頻率的關(guān)系,接收機(jī)與發(fā)射機(jī)的具體特性來進(jìn)行分析。直放站引入無線通信網(wǎng)絡(luò)后,產(chǎn)生的干擾可以分為雜散干擾、阻塞干擾和互調(diào)干擾。

雜散干擾 雜散干擾是一種加性干擾,是干擾源產(chǎn)生在被干擾頻段的噪聲發(fā)射機(jī)的諧波或雜散輻射在接收有用信號(hào)的接收機(jī)通帶內(nèi)造成的干擾。CDMA 直放站在890 MHz附近的帶外發(fā)射信號(hào),由于與GSM的上行頻率很接近,將導(dǎo)致GSM信噪比下降,服務(wù)質(zhì)量惡化。

互調(diào)干擾 也稱為交調(diào)干擾,當(dāng)多個(gè)強(qiáng)信號(hào)同時(shí)進(jìn)入接收機(jī)時(shí),在接收機(jī)前端非線性電路作用下產(chǎn)生互調(diào)頻率,互調(diào)頻率落入接收機(jī)頻帶內(nèi)造成的干擾,稱為互調(diào)干擾。兩系統(tǒng)間可能產(chǎn)生的互調(diào)有：二階互調(diào),三階互調(diào),五階互調(diào)等。在CDMA系統(tǒng)中使用的多載頻,以及系統(tǒng)的非線性都會(huì)導(dǎo)致互調(diào)干擾［5］(如圖1所示)。

圖1 交調(diào)干擾

阻塞干擾 當(dāng)接收機(jī)接收微弱的有用信號(hào)時(shí),受到帶外的強(qiáng)信號(hào)引起的接收飽和失真造成的干擾,稱為阻塞干擾。阻塞干擾的產(chǎn)生與GSM接收機(jī)的通帶外抑制能力,CDMA的載波發(fā)射功率、接收機(jī)濾波器特性等相關(guān)［6］。阻塞干擾將導(dǎo)致 GSM 的接收機(jī)將因飽和而無法工作(如圖2所示)。

圖2 阻塞干擾

1.2.3 降低各種干擾的方法

降低雜散干擾的方法：可以在干擾系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)端增加濾波器來消除,發(fā)射機(jī)濾波器消除被干擾系統(tǒng)接收機(jī)信號(hào)頻段范圍里的雜散電平到系統(tǒng)要求的最大隔離度(如圖3所示)。

圖3 降低雜散干擾示意圖

降低互調(diào)干擾和阻塞干擾的辦法：CDMA系統(tǒng)中,直放站對(duì)GSM網(wǎng)絡(luò)的互調(diào)干擾和阻塞干擾都可以在GSM系統(tǒng)接收機(jī)濾波器里消除,接收機(jī)濾波器消除干擾系統(tǒng)發(fā)射機(jī)頻段范圍里的信號(hào)電平到系統(tǒng)要求的最大隔離度即可。其中文獻(xiàn)［7］給出了幾種解決互調(diào)干擾的具體措施(如圖4所示)。

1.3 干擾對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)產(chǎn)生的影響

直放站對(duì)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成干擾后,直接影響到網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量,由于直放站對(duì)網(wǎng)絡(luò)的干擾而產(chǎn)生的主要影響有：覆蓋區(qū)域內(nèi),用戶的掉話率較高；對(duì)于移動(dòng)速度較快的用戶在小區(qū)間的切入成功率降低；直放站的上行質(zhì)差,切換比例大,切換頻度高等。

圖4 降低互調(diào)、阻塞干擾示意圖

2 對(duì)小區(qū)覆蓋半徑和容量的影響

2.1 密集市區(qū)中施主基站的覆蓋半徑

當(dāng)直放站引入無線網(wǎng)絡(luò)后,對(duì)其施主基站覆蓋范圍會(huì)產(chǎn)生一些影響。以廣州為例,室外基站傳播模型可用公式：

Lp=K1+K2log d+K3(hm)+K4log(hm)+

K5log(h eff)+K6log(h eff)+K7+K clutter

其中：Lp為路徑損耗；hm為移動(dòng)臺(tái)天線高度;h eff為基站天線高度;K1為衰減常數(shù)；

K2為距離衰減系數(shù)；

K3,K4為移動(dòng)臺(tái)天線高度修正系數(shù)；

K5,K6為基站天線高度修正系數(shù)；

K7為繞射修正系數(shù)；

K clutter為不同地物決定的修正系數(shù)。

對(duì)于密集市區(qū)而言,CS和PS四種業(yè)務(wù)的小區(qū)半徑如表1所示。其中,CS(Circuit Service)包含電路型voice和data業(yè)務(wù)；PS是Packet Service業(yè)務(wù),就是分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

當(dāng)直放站引入無線網(wǎng)絡(luò)后,會(huì)引起基站的上行噪聲的抬升,從而使得基站接收機(jī)的靈敏度下降,靈敏度下降將直接影響小區(qū)的容量和基站的覆蓋半徑。以下利用廣州的室外基站傳播模型計(jì)算了小區(qū)覆蓋半徑和與沒有直放站時(shí)覆蓋半徑的相對(duì)比值。如表2所示,它是以密集城區(qū)為例。

表2中列出了在不同的ΔF BTS-rise下的覆蓋半徑, 表2中相對(duì)比例(A)是由表1和 表2的覆蓋半徑得出,即A=(R2/R1)×100%。由表1和表2可見直放站的引入對(duì)覆蓋半徑產(chǎn)生了較大的影響。

表1 四種業(yè)務(wù)的小區(qū)半徑

參數(shù)

CSPS

AMR12.2CS64PS64PS128

移動(dòng)臺(tái)天線高度 /m1.51.31.31.3

接收機(jī)天線高度 /m30303030

最大允許路徑損耗 /dB125.2122.5124.5122.0

小區(qū)半徑R1 /km0.434 50.337 40.394 70.326 4

2.2 對(duì)小區(qū)容量的影響

無線網(wǎng)絡(luò)容量由基站數(shù)量和基站容量兩個(gè)因素決定,基站的容量則與以下因素相關(guān)：載頻數(shù)量;業(yè)務(wù)種類;服務(wù)質(zhì)量。

小區(qū)容量受到本基站、相鄰基站和小區(qū)內(nèi)的所有移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率產(chǎn)生的干擾限制,是受干擾限制的系統(tǒng)［8,9］。

直放站的引入,提高了話務(wù)量,而新鍵一個(gè)呼叫就提高了干擾噪聲電平,用戶發(fā)出的每一個(gè)信號(hào),對(duì)于其他信號(hào)來說都是干擾信號(hào),也即每一信號(hào)都淹沒在其他發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的寬帶干擾信號(hào)之中。當(dāng)新增用戶不再有足夠的功率來克服其他移動(dòng)用戶產(chǎn)生的干擾時(shí),便達(dá)到了系統(tǒng)的上行容量極限。

比特所接受的能量與用戶的噪聲密度比直接影響小區(qū)的系統(tǒng)容量。Eb/No,而直放站的引入帶來的鄰區(qū)干擾,也會(huì)影響其比值,影響小區(qū)容量。

3 結(jié) 語

隨著3G技術(shù)的推廣,直放站在3G網(wǎng)絡(luò)中也將發(fā)揮巨大的作用［10］,同樣應(yīng)該值得注意的是,直放站在3G網(wǎng)絡(luò)中依然會(huì)對(duì)3G網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生上述的干擾,因此在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化的過程中,直放站對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)的影響的具體分析將具有十分重要的意義。

表2 室外基站傳播模型計(jì)算了小區(qū)覆蓋半徑和與沒有直放站時(shí)覆蓋半徑的相對(duì)比值

業(yè)務(wù)類型

ΔF BTS-rise=0.5 dB

ΔF BTS-rise=1 dB

ΔF BTS-rise=1.5 dB

ΔF BTS-rise=2 dB

ΔF BTS-rise=2.5 dB

ΔF BTS-rise=3 dB

覆蓋半徑R2 /km相對(duì)比例(A)覆蓋半徑R2 /km相對(duì)比例(A)覆蓋半徑R2 /km相對(duì)比例(A)覆蓋半徑R2 /km相對(duì)比例(A)覆蓋半徑R2 /km相對(duì)比例(A)覆蓋半徑R2 /km相對(duì)比例(A)

CS12.20.417 296.02%0.401 792.45%0.386 989.04%0.372 685.75%0.358 882.58%0.345 579.52%

CS640.325 996.59%0.313 893.01%0.302 289.57%0.291 086.25%0.280 383.08%0.269 979.99%

PS640.378 996.00%0.364 992.45%0.351 489.03%0.338 485.74%0.325 982.57%0.313 879.50%

PS1280.313 896.14%0.302 292.59%0.291 089.15%0.280 385.88%0.269 982.69%0.259 979.63%

參考文獻(xiàn)

［1］婁莉.CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化［J］.現(xiàn)代電子技術(shù),2003,26(19):7-9.

［2］謝寅亮,孫石峰,吳常國,等.CDMA直放站對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響及分析［J］.郵電設(shè)計(jì)技術(shù),2005(7):31-36.

［3］林燕波,方凱武,朱劍銘,等.網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中常見直放站問題分析,實(shí)例與解決思路.電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化,2006(12):17-21.

［4］郭梯云,鄔國揚(yáng),李建東.移動(dòng)通信［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2000.

［5］孫立新,邢新霞.CDMA移動(dòng)通信技術(shù)［M］.北京:人民郵電大學(xué)出版社,1998.

［6］楊學(xué)才,邱毅.直放站在WCDMA網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的應(yīng)用分析［J］.無線電工程,2006,36(12):1-2,29.

［7］鐘海峰,王群生.移動(dòng)通信直放站互調(diào)干擾的消除方法［J］.電子工程師,2005(3):32-33.

［8］Venugopal V V,Andrew S.The Coverage Capacity Tradeoff in Cellular CDMA Systems［J］.IEEE Trans.Veh.Technol.,1999,48(5) :1 443-1 450.

［9］倪巍,林峰,王宗欣,等.寬帶CDMA蜂窩系統(tǒng)中小區(qū)容量和覆蓋半徑的計(jì)算［J］.復(fù)旦學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2001,40(3)：283-290.

［10］Pathma Rathinavelul.UMTS Coverage and Capacity Enhancement Using Repeaters and Remote RF Heads.Proceedings of the 20th International Conference on Advanced Information Networking and Applications (AINA′06).2006.

作者簡(jiǎn)介劉彥飛 男,1985年出生,湖北天門人,碩士研究生。主要從事信號(hào)的獲取與處理研究。

余成波 1965年出生,教授,工學(xué)博士,中北大學(xué)兼職博士研究生導(dǎo)師,西安交通大學(xué)、北京理工大學(xué)等4所高校兼職碩士研究生導(dǎo)師,獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、省部級(jí)科技成果三等獎(jiǎng)3項(xiàng)。主要研究領(lǐng)域?yàn)樾畔@取與處理技術(shù)。