作为一种实现无线覆盖的辅助技术手段，直放站可以利用较少的投资、较短的周期，迅速扩大无线覆盖范围，解决盲区覆盖问题，因此在移动通信网中得到广泛应用。直放站的设计、维护和优化工作直接关系到直放站的覆盖区域以及相邻区域的网络性能和用户感知。 1、CDMA直放站常见问题分析 由于直放站设备本身的局限性及无线环境的复杂性，直放站在应用中出现了很多问题，尤其是无线直放站反映的问题更多。直放站在网络中出现的问题主要包括干扰、接入和切换问题，导致接入成功率低，切换成功率低，掉话现象严重。 1.1 干扰问题 直放站在应用中主要面临的是干扰问题。由于直放站是对网络中一个扇区信号的放大，必然对网络结构造成影响，从而影响信号和干扰的分布，因此直放站的规划应该纳入整网中考虑。 对于光纤直放站，由于直接从基站耦合信号，不会引入其他无用信号，所以在规划中主要考虑目标覆盖区同周围基站的信号配合与交叠，避免干扰问题。对于无线直放站，由于空中信号的多样性，会不可避免地引入干扰信号，因此，在城市中尽量不采用无线直放站，在必须采用无线直放站的地方，尽量采用移频直放站。只有在施主信号比较纯净的区域才能采用无线直放站。在采用无线直放站的时候，需要充分考虑施主天线和重发天线的隔离要求，保证信号的正常发射和接收。 1.2 接入问题 在直放站覆盖区，经常会碰到接入方面的问题，如接入成功率低、接入时间长或接入不成功等现象。接入问题主要是由3方面因素引起的。 ●干扰问题：在直放站周围可能存在信号干扰，需要对施主信号或直放站及周边基站信号进行调整，从而减少干扰信号。 ●直放站增益设置问题：直放站增益设置不当，使得覆盖或基站灵敏度不能达到要求，需要根据现场测试结果进行增益设置调整。 ●系统参数设置问题：在直放站的应用场景中，需要根据具体条件对系统参数尤其是搜索窗等参数进行调整；在接入过程中，直放站主要受反向接入搜索窗的影响。 1.3 切换问题 切换不成功或切换迟缓也是在直放站应用中经常遇到的问题。切换问题的主要影响因素有两个。 ●邻区搜索窗设置问题：如果搜索窗设置得太小，那么可能无法搜索到邻区；如果搜索窗设置得太大，那么搜索时间变长，可能导致切换过程过缓或无法切换。 ●Pilot_inc设置问题：根据各厂家实现方式的不同，Pilot_inc的设置可能会影响到PN的判决，从而影响切换。 2、直放站维护与优化工作中需要关注的问题 直放站的使用会改变施主基站的覆盖半径，增加无线信号传播的路径，产生导频混淆、导频污染等问题。因此，在实际维护与优化工作中需要调整相应的基站参数，通过反复地调整和测试，使系统达到最优状态。 针对CDMA直放站应用中容易出现的干扰、接入和切换等问题，通过对CDMA网络直放站长期地维护和总结，笔者提出在日常优化工作中需要关注的几个重点问题。 2.1 施主基站邻区列表改变 直放站的引入改变了无线网络拓扑结构，可能会引起相邻小区的邻区关系变化。如果邻区漏配，将导致切换失败率上升、掉话率上升，影响用户感知。在日常维护工作中，应该结合路测数据对施主基站及直放站相邻基站的邻区关系进行检查。 2.2 施主基站RSSI异常，指标恶化 直放站的引入会不可避免地对施主基站接收灵敏度、接入和切换等性能造成影响。因此，若在日常维护中发现施主基站RSSI（接收信号强度指示）异常，接入、切换等无线性能恶化，则需要进行如下检查。 ●进行干扰源的检查，若存在较强干扰，则应该考虑规避干扰或更换站址。 ●调整直放站参数，尽量降低直放站对施主基站的上行干扰。直放站的使用可能引起上行噪声增大，导致基站系统的接收灵敏度恶化，从而引起上行链路覆盖范围的收缩，施主基站指标恶化。 ●通过调整直放站增益，将其对施主基站底噪的抬升控制在2 dB以内，尽量减少对施主基站接收灵敏度的影响。 ●建议保留6 dB左右的增益和输出功率余量，增益余量不足会引发直放站自激，功率余量不足会使直放站过载。 ●控制上下行增益差在5 dB以内，保证正反向链路的平衡，避免影响开环功率控制和接入性能。 2.3 网络导频混淆和导频污染 引起导频混淆和导频污染的原因大多是网络规划不当，也不排除个别站点天线受到风等自然因素影响发生倾斜，偏离了目标覆盖区域等因素。发现导频混淆和导频污染最好的方法就是对直放站覆盖区域进行路测。针对导频混淆和导频污染有如下解决办法： ●由远及近调整基站或直放站天线，控制覆盖范围，消除或降低不该出现的导频； ●对于调整天线无法解决的区域，可通过调整基站导频配置或直放站下行增益来拉大主次导频间的差距； ●最强Pilot Ec/Io一次强Pilot Ec/Io＞5 dB（建议只有一个大于-12 dB的导频信号）。 2.4 无线直放站天线的选址和安装 合理选择无线直放站施主天线的安装位置，尽量保证施主天线位置只存在一个强导频。施主天线应选用窄波瓣的天线，同时应尽量对准施主基站的天线方向，保持与宿主基站的视距传输以避免导频污染。在施主天线安装位置，要求施主基站RSSI＞-60 dB m。 收发隔离度是指CDMA信号从直放站前向输出端口至前向输入端口（或者从反向输出端口至反向输入端口）的链路衰减值（包括施主天线、重发天线增益和空间耦合损耗）。在选择施主天线和重发天线的类型和安装位置时，应注意收发隔离度，以防止自激。收发隔离度应比直放站最大工作增益大10～15 dB。为达到隔离要求可采取以下措施： ●施主天线与重发天线采用背对背安装方式，当安装在铁塔上时，使用铁塔平台对天线进行隔离，当安装在楼房顶时，使用建筑物或通过增大天线水平距离进行隔离； ●如果两天线之间有隔离物，如楼顶的水箱、梯间等，安装时要避免两天线在同一侧； ●采用具有良好前后比的施主和重发天线提高隔离度； ●施主天线一般安装在重发天线下部，应具有良好的上旁瓣抑制能力，同时应准确利用天线主旁瓣之间的弱信号区域提高施主天线与重发天线的隔离度。 2.5 施主基站搜索窗的参数调整 直放站的引入会增加最大路径传播时延，这不仅影响到激活集、邻区集和剩余集对应的搜索窗等前向搜索性能，还可能影响到反向接入信道捕获窗口和反向业务信道搜索窗口等反向搜索性能。 在实际网络应用中出现较大时延时，首先应该考虑采用较大的搜索窗以保证导频搜索的需要。当搜索窗设置过小时，可能会导致正常的多径信号无法被捕获，使有用信号能量降低，干扰增加，甚至导致掉话。搜索窗设置过大时，搜索效率降低，在密集市区对手机搜索性能的影响较大，在基站分布稀疏的区域，由于需要搜索的导频较少，所以影响稍小。 2.6 关注施主基站的话务统计 直放站的应用本身是不会增加容量的。当施主基站话务上升超过扩容门限时，如果是由直放站覆盖区域话务增长造成的，则应该考虑用基站替换直放站；如果是由施主小区覆盖区域话务增长造成的，则应该考虑更换直放站施主小区。 由于直放站是对施主基站信号的转发，所以无法提供新的容量，而直放站的引入在总体上增加了整个扇区的覆盖范围，因此，用户分布范围的扩展也会相应地带来所需功率的增加以及用户数的降低。 由于直放站对施主基站的底噪有影响，因此反向链路将需要更多的功率。直放站对施主基站的影响程度取决于直放站反向链路净增益、直放站噪声系数等。 3、结束语 作为网络覆盖中的一种补充，直放站可以为运营商节省网络建设成本。由于直放站在网络中引入了干扰，所以必须做好直放站的日常维护及优化工作，才能最大限度地发挥其作用，真正实现建设精品网络的目标。 直放站的设计原理和方法 直放站作为公司在网络优化方面的核心产品之一，其设计的重要性不言而喻。直放站的设计包括很多方面，从核心的射频性能和监控参数，到产品的可靠性设计（EMC 设计、降额设计、热设计、软件可靠性和机械可靠性、环境可靠性等），再到产品的成本分析设计，无论哪一方面都将会影响到产品的市场竞争力。在此，仅从其中最关键的一些因素上来分析直放站设计的原理与方法，以及在设计中需要特别注意的一些地方。 从在通信网络中所起的作用来看，直放站的主要功能就是放大从基站（下行）和移动台（上行）接收过来的有用信号，并将放大后的信号经天线（或其它耦合方式）发送出去。通过这一方式提高系统基站的覆盖能力。在这一放大过程中，要尽可能抑制随有用信号一起接收进来的干扰信号，同时也要避免产生新的干扰。也就是说，直放站的放大必须是有带宽限制的，同时还要保证直放站的放大是线性的。这是直放站很重要的两个特点。带宽的限制主要由双工器和中频滤波器来实现，而线性的要求则对功率放大器的设计实现提出了很高的要求。另外，在实际的工程运用中，还要保证直放站的引入不会给通信系统叠加更多的噪声。 这就产生了直放站另一类很重要的模块——低噪声放大器。至此，可以看出直放站的基本模型中已经包含了四类核心模块：双工器（限制带宽）、低噪声放大器（限制噪声）、选频（带）模块（中频滤波）和线性功率放大器（线性放大）。 了解了直放站的基本组成，再来看影响和决定直放站性能的那些基本参量，就比较容易理解接受了。以WCDMA 直放站为例，衡量直放站的无线指标主要有：标称最大输出功率；自动电平控制（ALC）；增益（最大增益、增益调节范围、增益调节步长及误差）；带内波动；噪声系数；频率误差及频率步进；传输时延；输入/输出驻波比；带外增益；杂散（频谱发射模板、杂散辐射）；调制精度（误差矢量幅度EVM、峰值码域误差PCDE）；输入互调；输出互调等。下面先简单分析一下这些指标主要都跟哪些模块的哪些参数有关，然后再详细说明各个指标的设计方法以及它们之间的一些相互制衡的关系。标称最大输出功率主要由线性功放的最大输出功率和双工器的插损决定，自动电平控制通常取决于功放的功率控制环路（低噪放也设计成有ALC 功能，但一般不应作为整机的ALC 来使用）。增益的设计包含很多方面，直放站射频通路上的所有组成单元都将影响到整体的增益。影响增益带内波动的因素有很多，除了射频通路上各模块的带内波动外，各模块端口之间的匹配以及模块的EMC 性能也会有一定的影响。从级联系统的噪声系数计算公式来看，直放站的噪声系数在一定程度上只取决于低噪放模块之前的链路损耗和低噪放的噪声系数；但当低噪放的增益较低时，选频器和功放的噪声系数也会有很大的影响。频率误差主要由本振的参考晶振的频率准确度和稳定度决定，而频率步进则与本振锁相环的鉴相频率有关。传输时延反映了中频声表滤波器的时延特性。输入/输出驻波比跟双工器的输入/输出驻波比、低噪放的输入驻波比和线性功放的输出驻波比有关。带外增益实际上是一个综合的指标，它主要由带内增益和选频器的带外抑制决定。影响杂散指标的因素很多，频谱发射模板主要取决于线性功放的ACPR 值，而杂散辐射则跟很多参数有关，比如说本振的泄漏、寄生杂谱、互调产物、谐波辐射等。影响调制精度指标的因素主要有频率误差和相位噪声，系统的自激（即使很微小）也会产生很大的影响。 输入互调指标对于选频直放站来说，基本上由中频声表滤波器之前的电路的三阶互调特性决定，而后面电路的线性影响基本可以忽略；但对选带直放站来说，输入互调指标由整个链路所有模块的三阶互调（也可能是五阶互调）特性共同决定。 输出互调主要跟功放的输出端特性有关，在功放输出端接有环行器或隔离器的情况下，输出互调指标很容易实现。 从上面简单的分析可以看到，有些指标相互之间是有关联的，甚至在一定程度上还会相互制约。比如说，最大增益会影响带外增益指标，频率误差会影响调制精度，噪声系数也会影响到杂散（噪声）。下面会对其中几个重要的指标进行详细的分析以及相应设计方法的探讨。 1. 直放站的标称输出功率设计 直放站的设计首先要考虑运营商的需求。作为非消费类产品，直放站有很明确的目标客户，因此其设计在很大程度上可以算是量身定做。当然，这里指的只是产品的性能规格，而在实现方式上仍然可以很灵活。 对于WCDMA 直放站来说，其下行标称输出功率一般由运营商的需求指定，通常可分为微功率、小功率、中功率和大功率等几个档次。从目前主要的一些设备制造商的产品来看，功率等级主要包含有50mW 、200mW、2W、5W、10W和20W 等几个级别。相应地需要设计不同功率等级的下行线性功放。因此，直放站下行标称输出功率的设计实际上就是相应输出功率等级的线性功放的设计。 而WCDMA 直放站上行标称输出功率的设计则主要由WCDMA 的话务量决定。 下面简单分析一下WCDMA 直放站上行输出功率设计的原则。 设WCDMA 基站NodeB 接收机BLER 为10－3 时Eb/No 要求为5dB，所以当基站下只有一个语音用户时，用户到基站的功率电平值PUE-NodeB为（为计算方便，未考虑其它干扰）： PUE-NodeB = KTB+NFNodeB＋Eb/No- GP＝-108＋5+5-25=-123dBm 其中： KTB 为WCDMA 系统的热噪声，3.84MHz时为-108dBm； NFNodeB为NodeB的噪声系数，假定为5dB； GP为WCDMA系统的扩频增益， 当系统使用12.2kbps速率进行语音通信时，GP=Log（3.84M/12.2K）=25dB。即当基站只有一个语音用户时终端UE 的上行电平只要到达基站有-123dBm就可以满足通信要求。如果直放站到基站的综合路径损耗为95dB，那么此时直放站的上行输出功率为-123+95=-28dBm 。现在假设一种极端的情况来看看WCDMA 直放站的上行输出功率，条件如下： 基站导频功率PCPICH（导频功率占总功率按10％计）：33dBm 直放站下行输入导频功率PCPICH－REP：－80dBm 基站到直放站的综合路径损耗LNodeB-REP：113dB 直放站上/下行增益GREP-UP/GREP-DN：90dB/90dB 无话务时直放站上行输出功率PREP-UP （此时相当于直放站输出自有上行热噪声NREP-UP）： PREP-UP =NREP-UP =KTB+NFREP-UP＋GREP-UP＝－108＋5＋90＝－13dBm 假设此时基站由于话务量较高且受到较大的外干扰，UE到达基站的功率电平PUE-NodeB要为 -110dBm才能满足Eb/No为5的要求，那么此时 每用户从直放站上行输出电平PUE-REP要为：PUE-REP＝PUE-NodeB +LNodeB-REP = -110+113=3dBm 。假定施主基站是一个三载波基站，直放站覆盖范围内最多时有30 个用户进行通信，那么此时直放站上行总输出功率电平PREP-UP/ 30 为： PREP-UP/ 30 ＝NREP-UP + PUE-REP/ 30＝10Log(1/101.3+30*100.3)＝18dBm 而要使直放站达到18dBm 的上行输出功率需同时满足以下三个条件： 1、直放站与基站的路径损耗特别大； 2、话务量特别大或受到较大的干扰； 3、直放站覆盖范围内话务量也特别大。要同时达到这三个条件的概率非常小，因此，WCDMA 直放站的上行额定输出功率做到20dBm 就足够任意类型WCDMA 直放站的上行输出要求了。 2. 直放站的增益设计 直放站的增益通常设计成跟直放站到基站的路径损耗相当的等级。当直放站覆盖的区域下行输入功率特别小（即直放站到基站的路径损耗特别大）的时候，直放站的增益不能变得很大，直放站的覆盖范围将会缩小。而当直放站覆盖的区域下行输入功率较大时，直放站应该可以适当控制其增益，即直放站要有增益调节的功能。 从整机的角度来看，直放站的增益设计也有诸多的限制。直放站的增益如果设计得过高，除了可能会引起链路的不稳定之外，对其它很多指标都会产生影响。 首先，当直放站到基站的路径损耗一定时，直放站的上行增益越高，直放站的噪声对基站噪声的影响就越大。一个明显的例子是，当直放站的上行增益跟直放站到基站的路径损耗相等，直放站的噪声系数跟基站接收机的噪声系数也相等时，直放站的热噪声叠加到基站输入端将导致基站的热噪声被抬高3dB。如果直放站的增益高于直放站到基站的路径损耗，那么直放站热噪声的影响会更大。此外，直放站增益过高会使直放站的输出底噪很高，而导致直放站的杂散高于指标要求。另外，在上面也提到了带外增益指标是跟带内增益有直接联系的，当带外抑制一定时，带内增益过高也会导致带外增益超出指标的要求。因此，直放站的增益设计并不是越高越好。当然，直放站的增益如果太低，那么实际运用中很可能直放站不能满功率输出，这会导致直放站的覆盖能力降低。所以，直放站的增益设计必须结合多种因素综合考虑。 直放站的增益设计除了从整机角度考虑以外，还有很重要的一点是增益分配的问题，即如何把整机的增益分配到各个模块上面。上面提到直放站的射频通路上有四类核心模块，直放站的增益主要分配到这几个模块上。对双工器来说，其插损越小越好。因为无论其作为链路输入还是作为链路输出，其插损小都会给直放站的设计带来很大的便利。作为链路输入，小的插损会带来更好的整机噪声；而作为链路输出，小的插损会减轻线性功放输出功率的压力。选频（带）模块通常会做成零增益或负增益，这对选频（带）模块来说并不难实现，而且对整机来说也是一个较好的方案。增益分配的关键在低噪放和功放上面。从直放站整机噪声的角度来考虑，低噪放的增益越高越有利；而从混频器的线性角度来考虑，低噪放的增益不能设计得太高。因为对于同样的整机输入功率，低噪放的增益越高，低噪放的输出功率就越大，也就意味着选频模块的输入功率越大，位于选频模块输入端的混频器的线性压力就越大。从目前WCDMA 直放站的设计来看，选频模块的下变频器的线性是整机输入互调指标的瓶颈。因此，低噪放的增益设计必须根据整机噪声指标和输入互调指标来综合考虑，选择合理的分配方案。 基于实际的工程应用，直放站的增益要有可调节的功能。这个可调节实际上包含了两个方面。一个是自动调节，这就是自动电平控制。在直放站的输入功率增大时，为了控制其输出功率不致超出范围，则要相应地减小直放站的增益。功放的自动电平控制正是基于这样一种考虑。当直放站的输入功率在大多数情况下都高于直放站设计之初的预测值时（即直放站覆盖区基站的下行信号较大），则需要人为地调小直放站的增益。这就是直放站增益的数控调节功能。一般直放站的增益数控调节范围都有20dB 以上，通常用5bit（1dB 步进）的数控衰减器来实现。在实际的直放站中，考虑其他一些因素（比如说噪声和线性等），增益调节需要用多级数控衰减器来实现。
