直放站对无线网络的影响分析

刘彦飞　余成波　曾广理

摘 要：直放站在无线通信网络中的广泛应用,成功解决了盲区覆盖,信号弱等问题,但也对无线网络产生了多方面的影响,其主要表现在对网络信号的干扰,以及对小区的覆盖半径和容量的影响。就直放站对无线网络产生的各方面的影响进行了具体的分析,并对各种干扰方式给出了可行的解决方案,在工程的实施过程中具有良好的指导作用。

关键词：直放站；无线网络；信号；干扰

中图分类号：TN915 文献标识码：B

文章编号：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

在无线通信网络中,直放站作为一种信号的中继放大器,因为其安装简单,能迅速扩大网络覆盖范围,改善现有网络的覆盖质量,提升话务量,提高基站设备的利用率,还能承担小区忙时的话务分流,并且其建设成本远远低于基站的建设成本,因此在现代无线通信中各种直放站［1］得到了广泛的应用。与此同时,直放站的存在也对无线网络产生了一系列的影响。通过直放站对无线网络的影响分析,将有助于更合理地在无线网络中使用直放站,克服直放站对网络产

生的影响,充分发挥其优越性,有效地为网络覆盖服务。

1 对网络信号干扰的分析

1.1 产生干扰的原因

直放站的站址选择不合适,各路载波参数设置不合理都会造成对基站的干扰,直放站干扰基站的常见原因主要有:

(1) 上行输出噪声干扰

直放站实际上是一个全双工,线性的射频放大设备,在移动通信网络中的基本作用是对前向和反向信号再放大。在放大有用信号的同时也必然会引入一定的噪声。即使不放大任何有用信号,也会发射干扰信号,因此它本身就相当于一个带内干扰源,上行输出噪声也会干扰基站。

(2) 放大器线性不好(交调过大)

当有2个(或2个以上)信号通过一个非线性电路系统时,这些信号便会相互调制产生互调信号,阶数越高互调信号幅度越小。三阶互调的两种模型2f1-f2,2f2-f1,因其频率通常会落在通带内,对通信系统的影响最大。

(3)下行交调产物串入上行干扰基站

由于放大器的线性不好,导致的交调产物串入上行对基站产生干扰。

(4) 收发天线隔离不够,系统自激

当施主天线和覆盖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的下行信号,经过增益为G的直放站放大后,由覆盖天线发出去。一部分信号再经过覆盖天线的副瓣耦合到施主天线的副瓣,再经过直放站的放大。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。

1.2 各类型干扰的具体分析

1.2.1 同一系统间的干扰

直放站作为无线网络覆盖的延伸,以较高的性价比实现了基站覆盖不到的区域的信号覆盖［2］。但同时也对所在系统产生了一些影响：引起了邻区重叠混淆；在扩大了覆盖范围的同时增加多径干扰；在CDMA系统中,如果直放站规划不当可能会引入导频污染或导频混淆,导致通话质量差,易掉线。为了避免导频混淆,在网络的规划阶段,应根据覆盖区域周围基站的分布,定量的计算分析是否会产生导频混淆或导频干扰。如果导频混淆和导频污染已经产生,则可以通过调整该小区引起导频的天线,或者修改修改小区的导频参数的配置。

在GSM系统中,当直放站覆盖的区域与其他小区重叠覆盖时,可能导致同频或邻频干扰［3］。

同频干扰是指无用信号的载频与有用信号的载频相同,无用信号就对接收同频有用信号的接收机造成了干扰［4］。FDD广泛用于无线通信,在话务量较高的区域,小区的覆盖半径较小,同频复用的系数增加,很容易产生同频干扰,对通话质量将产生很大的影响。

领频干扰是指干扰台邻频道功率落入接收邻频道接收机通带内造成的干扰。当邻近小区中存在与本小区工作信道相邻的信道或由于外因要求基站小区的实际覆盖范围比设计要求范围大,则会引起邻频道干扰。当邻频道的载波干扰比C/I小于某个特定值时,就会直接影响到手机的通话质量,严重的就会产生掉话或使手机用户无法建立正常的呼叫。

同频干扰的解决办法：由于直放站是对网络中一个扇区信号的放大,需要从整体考虑来配置同频小区的同频频率；也可通过增加两个同频小区间的间距来降低干扰；此外也可以通过降低移动台和基站的放射功率,降低同频干扰。

邻频干扰的解决办法：对频率规划进行优化调整；对带通滤波器进行特性调整。

当然,对同频干扰的解决方法也同样适用于邻频干扰。

1.2.2 不同系统间的干扰

不同系统间存在的干扰,可以从其频率的关系,接收机与发射机的具体特性来进行分析。直放站引入无线通信网络后,产生的干扰可以分为杂散干扰、阻塞干扰和互调干扰。

杂散干扰 杂散干扰是一种加性干扰,是干扰源产生在被干扰频段的噪声发射机的谐波或杂散辐射在接收有用信号的接收机通带内造成的干扰。CDMA 直放站在890 MHz附近的带外发射信号,由于与GSM的上行频率很接近,将导致GSM信噪比下降,服务质量恶化。

互调干扰 也称为交调干扰,当多个强信号同时进入接收机时,在接收机前端非线性电路作用下产生互调频率,互调频率落入接收机频带内造成的干扰,称为互调干扰。两系统间可能产生的互调有：二阶互调,三阶互调,五阶互调等。在CDMA系统中使用的多载频,以及系统的非线性都会导致互调干扰［5］(如图1所示)。

图1 交调干扰

阻塞干扰 当接收机接收微弱的有用信号时,受到带外的强信号引起的接收饱和失真造成的干扰,称为阻塞干扰。阻塞干扰的产生与GSM接收机的通带外抑制能力,CDMA的载波发射功率、接收机滤波器特性等相关［6］。阻塞干扰将导致 GSM 的接收机将因饱和而无法工作(如图2所示)。

图2 阻塞干扰

1.2.3 降低各种干扰的方法

降低杂散干扰的方法：可以在干扰系统的发射机端增加滤波器来消除,发射机滤波器消除被干扰系统接收机信号频段范围里的杂散电平到系统要求的最大隔离度(如图3所示)。

图3 降低杂散干扰示意图

降低互调干扰和阻塞干扰的办法：CDMA系统中,直放站对GSM网络的互调干扰和阻塞干扰都可以在GSM系统接收机滤波器里消除,接收机滤波器消除干扰系统发射机频段范围里的信号电平到系统要求的最大隔离度即可。其中文献［7］给出了几种解决互调干扰的具体措施(如图4所示)。

1.3 干扰对网络服务产生的影响

直放站对网络构成干扰后,直接影响到网络的服务质量,由于直放站对网络的干扰而产生的主要影响有：覆盖区域内,用户的掉话率较高；对于移动速度较快的用户在小区间的切入成功率降低；直放站的上行质差,切换比例大,切换频度高等。

图4 降低互调、阻塞干扰示意图

2 对小区覆盖半径和容量的影响

2.1 密集市区中施主基站的覆盖半径

当直放站引入无线网络后,对其施主基站覆盖范围会产生一些影响。以广州为例,室外基站传播模型可用公式：

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

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

其中：Lp为路径损耗；hm为移动台天线高度;h eff为基站天线高度;K1为衰减常数；

K2为距离衰减系数；

K3,K4为移动台天线高度修正系数；

K5,K6为基站天线高度修正系数；

K7为绕射修正系数；

K clutter为不同地物决定的修正系数。

对于密集市区而言,CS和PS四种业务的小区半径如表1所示。其中,CS(Circuit Service)包含电路型voice和data业务；PS是Packet Service业务,就是分组数据业务。

当直放站引入无线网络后,会引起基站的上行噪声的抬升,从而使得基站接收机的灵敏度下降,灵敏度下降将直接影响小区的容量和基站的覆盖半径。以下利用广州的室外基站传播模型计算了小区覆盖半径和与没有直放站时覆盖半径的相对比值。如表2所示,它是以密集城区为例。

表2中列出了在不同的ΔF BTS-rise下的覆盖半径, 表2中相对比例(A)是由表1和 表2的覆盖半径得出,即A=(R2/R1)×100%。由表1和表2可见直放站的引入对覆盖半径产生了较大的影响。

表1 四种业务的小区半径

参数

CSPS

AMR12.2CS64PS64PS128

移动台天线高度 /m1.51.31.31.3

接收机天线高度 /m30303030

最大允许路径损耗 /dB125.2122.5124.5122.0

小区半径R1 /km0.434 50.337 40.394 70.326 4

2.2 对小区容量的影响

无线网络容量由基站数量和基站容量两个因素决定,基站的容量则与以下因素相关：载频数量;业务种类;服务质量。

小区容量受到本基站、相邻基站和小区内的所有移动台的发射功率产生的干扰限制,是受干扰限制的系统［8,9］。

直放站的引入,提高了话务量,而新键一个呼叫就提高了干扰噪声电平,用户发出的每一个信号,对于其他信号来说都是干扰信号,也即每一信号都淹没在其他发射机产生的宽带干扰信号之中。当新增用户不再有足够的功率来克服其他移动用户产生的干扰时,便达到了系统的上行容量极限。

比特所接受的能量与用户的噪声密度比直接影响小区的系统容量。Eb/No,而直放站的引入带来的邻区干扰,也会影响其比值,影响小区容量。

3 结 语

随着3G技术的推广,直放站在3G网络中也将发挥巨大的作用［10］,同样应该值得注意的是,直放站在3G网络中依然会对3G网络产生上述的干扰,因此在网络规划与优化的过程中,直放站对无线网络的影响的具体分析将具有十分重要的意义。

表2 室外基站传播模型计算了小区覆盖半径和与没有直放站时覆盖半径的相对比值

业务类型

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

覆盖半径R2 /km相对比例(A)覆盖半径R2 /km相对比例(A)覆盖半径R2 /km相对比例(A)覆盖半径R2 /km相对比例(A)覆盖半径R2 /km相对比例(A)覆盖半径R2 /km相对比例(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%

参考文献

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作者简介刘彦飞 男,1985年出生,湖北天门人,硕士研究生。主要从事信号的获取与处理研究。

余成波 1965年出生,教授,工学博士,中北大学兼职博士研究生导师,西安交通大学、北京理工大学等4所高校兼职硕士研究生导师,获国家科技进步二等奖1项、省部级科技成果三等奖3项。主要研究领域为信息获取与处理技术。