案例展示

直放站对移动通信网络的干扰分析

在简单介绍直放站的基本原理的基础上,着重就直放站对移动通信系统所造成的各种干扰进行分析,并提出减少干扰的措施,最后简单介绍几个案例的排查。

直放站作为覆盖的重要产品,应用于移动通信网络中。它在中继无线信号、延伸无线覆盖区、覆盖特殊地形、调配业务、消除盲区、优化网络方面起了很大作用,但同时对周围基站(特别是异系统)产生了较多的干扰。如果直放站设置使用不合理,将对移动通信网络造成严重干扰。近两年实际工作中对中国移动通信网的干扰排查结果表明,直放站所造成的干扰最多,影响最为严重。所以研究减少干扰的方法、采取相应措施十分必要。

图1所示为一个典型的射频直放站框架。左侧的施主天线正对所要转发的基站天线,接收由基站发过来的前向微弱的无线信号。经过双工器、LNA(低噪声放大器)、滤波、功率放大、双工器后,信号得以增强。然后由转发天线向无线信号盲区或微弱区辐射,达到增大前向覆盖范围或提高覆盖质量的目的。同时,右侧转发天线接收来自手机的信号,经过类似的滤波、放大后,将增强的信号再通过施主天线发向基站天线。在整个过程中,直放站抵消掉了基站到直放站之间的无线信号路径损耗,使无线信号得到延伸。

直放站可分为无线选频直放站、无线移频直放站、无线宽带直放站和光纤直放站等。

无线宽带直放站与无线选频直放站相比,除滤波器部分外其余都相同,前者是宽带组件,后者是选频选件;宽带直放站对整个频段内的信号都进行放大,因此比较容易给其他小区带来干扰;相对宽带直放站而言,选频直放站具有更好的性能,能够提高信号的质量,其带来的干扰影响相对较小。

光纤直放站和无线直放站的主要区别是施主链路不同,由于信号通过光纤进行传输,传输损耗小,传输距离远,所受干扰及带来的干扰比无线直放站小,同时由于没有施主端的无线链路而无须考虑施主天线与转发天线隔离度,但总系统价格比无线直放站高;无线直放站利用无线传输方式,建设周期短、投资小,但需考虑施/转天线之间的隔离度。

上行底部噪声是指空间的白噪声和直放站的噪声通过直放站上行链路放大以后,输出到天线端的噪声,如果过大将会影响或干扰基站。

对于CDMA系统,直放站等效于干扰源。即使所覆盖区域没有用户使用,它也会向基站发出干扰噪声,导致基站热噪声电平升高,使基站接收机的灵敏度降低,从而影响所有处于本基站覆盖区的用户(不影响直放站覆盖区的用户)。从下面的计算分析可以进一步分析此种噪声的影响。

其中: K*T为热噪声密度;B为系统信道带宽;NFrep为直放站噪声系数;Grep为直放站增益;LEdoPL为有效路径损耗;NFbts为基站接收机噪声系数。

为了衡量基站接收端的噪声电平变化量,可引入噪声注入裕量NIM,表示为NIM=10lg(Pbts_N/Prep_n)。 而基站接收机等效热噪声电平升高量ROT则可表示为:

从图2可以看出,NIM的值决定了直放站对施主基站上行链路的影响。每增加1 dB,就意味着该施主基站的上行链路功率减少1 dB或所允许的基站到手机的空间路径损耗减少1 dB;对小区覆盖范围来讲,会引起上行覆盖半径减小;对基站覆盖区的用户来讲,手机的发射功率会相应增大,或者处在小区边缘的用户发生单通或上行话音质量下降或掉话等现象。{{分页}}

对于GSM系统,当上行底部噪声过大时,会对基站造成阻塞干扰。在实际网络建设和工程中,为保证基站正常接收手机信号,一般要求基站接收到的直放站噪声电平小于-125 dBm。

从以上的分析可以看出,在直放站和基站位置确定的情况下,可以通过调整直放站上行增益Grep或增大路径损耗LEdoPL来控制对其施主基站的影响。

通常下行干扰发生在无线同频直放站。当施主天线和重发天线隔离度小于直放站的下行增益G时,施主天线从施主基站接收频率为f的下行信号,经过增益为G的直放站放大后,由重发天线发出去。一部分信号再经过重发天线的后瓣(付瓣)耦合到施主天线的后瓣(付瓣),再由直放站放大。这样无线同频直放站就形成一个潜在的正反馈环路,产生自激,带来下行干扰。直放站自激时,轻则是直放站的覆盖区通话音质变差,接通率下降,掉话率上升;严重时使施主基站和其周围的基站发生瘫痪。

直放站天线间的隔离度取决于直放站下行增益的取值,决不可以超过恰好不发生自激时的隔离度系数。按照GSM规范03.30的要求,当该环路满足隔离度FG+15dB(F:隔离度;G:直放站下行增益)时,直放站才能稳定工作,不会产生自激。

在实际工程中,一般采用下面简化公式对隔离度进行估算,图3是在建筑物上架设的直放站天线,此时天线的隔离度为:

其中: F/Bo为直放站施主天线的前后比;Lw为隔离物带来的损耗;F/BP为直放站(转)重发天线的前后比;PL为自由空间传播损耗。

① 天线前后比,由天线本身决定的;② 施主天线与重发天线之间自然或人为障碍引起的衰减;③ 施主天线与重发天线间的距离及高度差引起的空间传输损耗。

在实际的工程设计中,最好是能通过现场测量以决定天线的安装位置是否达到所需的隔离度。

其中,d为施主与重发天线之间距离, Gt和Gr是在两天线连线方向的相对主瓣的增益,若两天线背靠背放置,则Gt和Gr是天线的前后比。

若水平隔离与垂直隔离同时存在,则总隔离度可用下式进行估算: AS=(AV-AH)α/90+AH。其中: Av代表垂直隔离度;AH代表水平隔离度;α代表天线所示。

从以上的分析可以看出,避免下行干扰的主要措施是增大直放站隔离度。一般采用以下方式增大施主天线和重发天线间隔离度: ①采用前后比大的天线;②采用旁瓣抑制比大的天线;③增大两天线安装距离及高度差;④安装天线时,两天线尽量背对背并利用隔离网或建筑物隔离两天线 直放站引入后对本系统邻区的干扰分析

直放站引入系统后,扩展了基站的覆盖范围,但是可能会在局部破坏了原先的网络规划,引起邻区重叠混淆;同时扩大了覆盖范围也易增加多径干扰。

对于GSM系统,直放站覆盖区可能会与其他非施主小区重叠覆盖,特别是在采用紧密复用网络规划的区域,更易产生同、邻频干扰的现象,需重新配置相应的邻区关系,以避免干扰。

产生同、邻频干扰的解决办法有: ①直放站是对网络中一个扇区信号的放大,因此规划时应纳入整网中来考虑,需重新配置相应的邻区关系;②对于光纤直放站,由于是直接从基站耦合信号不会引入其他无用信号,其在规划中主要考虑目标覆盖区同周围其他基站的信号配合与交叠,避免干扰问题。

对于CDMA系统,直放站规划不当可能会引入导频混淆或污染,造成话音质量差或掉话等问题。因此在规划设计阶段,应该根据覆盖区域周围基站的分布,对所有基站根据距离计算PN变化量和信号强。