一种用于网络优化覆盖的GSM准基站构建方案

(南京交通职业技术学院，南京 211188)

1 引 言

GSM基站建设面临着种种困难，如：基站选址难、超远距离覆盖难、边远地区非可视距覆盖难、部分地区光纤传输不到位、建站费用大、建站周期长、城区覆盖盲点多等问题,这些问题极大地制约着GSM网络的优化覆盖。随着GSM网络大规模的发展，优化覆盖的问题突显，包括了一些覆盖盲区和突发高话务量的需求等[1-3]。

针对以上GSM网络优化覆盖的问题，出现了数字光纤拉远系统、飞地压扩系统、无线网络资源智能调度系统等GSM网络优化覆盖解决方案[4-5]。这些方案有效地解决了在不同应用场景中GSM网络的优化覆盖问题，并且在实际工程中已得到充分应用。但是，这些方案仍然存在着覆盖手段单一、覆盖盲区过大等缺陷。

为了更好地解决GSM网络优化覆盖问题，本文在分析GSM网络应用场景以及解决方案的基础上，提出了用于网络优化覆盖的GSM准基站构建方案，对GSM准基站的构建以及工程应用进行了深入研究。

2 GSM网络的优化覆盖

2.1 应用场景

GSM网络优化覆盖所针对的应用场景包括封闭场景、线状场景、开阔场景、特殊场景。

(1)封闭场景

其覆盖目标主要有居民楼、写字楼、酒店、商场、场馆、机场等由于建筑物对无线信号屏蔽所造成的覆盖盲区或弱区。其目标特点是：用户集中，数据业务高发区；用户群呈朝夕时间规律分布；不同覆盖目标结构类型差异大，信号的传播环境复杂。

(2)线状场景

其覆盖目标主要有公路、铁路、城市街道、隧道、水路运河等呈线状或带状的狭长覆盖区域。其目标特点是：用户分布时间无规律，容量要求不是特别高；覆盖目标区域较长，小区切换频率高，重点考虑连续无缝覆盖；用户终端处于高速移动状态，易出现多普勒频移现象；用户使用视频电话、定位导航及流媒体下载等数据类业务。

(3)开阔场景

其覆盖目标主要有城市生活广场、平原、村庄等场地开阔、可视空间较大的区域。其目标特点是：用户分布差异大，如城市广场傍晚用户量非常大，其它时间很少；覆盖目标区域较为宽阔，特定区域内广覆盖；信号传播环境较好。

(4)特殊场景

其覆盖目标主要有风景名胜区、山区、丘陵等特殊地形地貌区域，单一覆盖手段难以解决覆盖问题。其目标特点是：地形地貌造成信号分布不连续、不均匀；信号质量差，用户量不大；自然条件恶劣，供电和配套难以解决。

2.2 优化覆盖的解决方案

(1)典型封闭场景：室内信号覆盖综合解决方案

设计思想：设计合理的室内分布系统解决方案，接收宏蜂窝或微蜂窝的信源信号，经过直放站将需要的信号进行有效放大，利用室内天线分布系统将信号均匀地分布在室内的每个角落，实现室内无线网络的优化，为用户提供良好的无线通话环境。

(2)典型线状场景：公路、铁路、隧道、海域覆盖综合解决方案

设计思想：采用大功率光纤拉远多点覆盖解决方案、无线直放站高增益定向天线覆盖解决方案、室外有源分布系统解决方案、泄漏电缆解决方案、太阳能供电解决方案等。

(3)典型开阔场景：郊区、农村、体育场、会展中心覆盖综合解决方案

设计思想：对于周围基站数较少、信源比较纯净的区域，可采用成本较低的宽带直放站；对于无线网络状况复杂区域，可采用具有极强频点选择能力的选频直放站；对于隔离度难以保证、同时对信源基站可视的区域，可采用没有自激危险的移频直放站；对于难以取得信源的区域，可采用光纤直放站；对于以高话务量事件为触发的区域，可采用无线网络资源智能调度系统。

(4)典型特殊场景：风景区覆盖综合解决方案

设计思想：采用光纤直放站对基站进行光纤拉远至风景区内，为基站吸收话务量，并配以干线放大器延伸覆盖范围；在制高点等有利于覆盖的地点架设直放站及高增益天线实现覆盖；在山体较多区域采用飞地压扩系统。

3 GSM准基站的构建

3.1 GSM准基站产生背景

直放站的无线信号远距离传输系统一般都采用模拟传输技术，其中模拟光纤传输系统是其中采用比较多的一种传输方式。由于模拟光纤传输方式存在固有噪声叠加的缺陷，会导致远距离传输和分区传输的动态范围下降，难以解决多载波信号的远距离传输和大容量、大动态范围的信号覆盖问题，特别是高铁、线性区域、群楼区域。

随着社会信息化的加快，边远乡镇对移动通信的需求也日益提高，成为了移动运营商的重要业务增长点。这些地方地域广、地型复杂、话务量低，运营商建网初期面临高投入、低回报的压力。另外，许多乡村陆续开发风景旅游区，节假日话务量较高，对通信质量的需求也在进一步提升。

GSM准基站解决方案是基于数字光纤拉远系统和飞地压扩系统的GSM网络优化覆盖解决方案基础上提出的。

(1)数字光纤拉远系统

数字光纤拉远系统是采用软件无线电技术，通过光纤将数字信号传送到远端，利用远端射频单元对数字信号进行再生、放大，实现基站信号的拉远覆盖。采用数字光纤拉远系统，可以实现多载波移动通信信号的远距离传输和大容量、大动态的信号覆盖，为移动通信系统增加了一种灵活的大动态范围和大容量的射频信号远距离优化覆盖的新型手段。

数字光纤拉远系统特别适用于铁路、高速公路、普通道路、城中村、海域等狭长型区域覆盖。

(2)飞地压扩系统

飞地压扩系统是一种把占用带宽较大的通信信号压缩到频带较窄的低频频段中进行远距离传输的系统。它在近端机把工作频段信号压缩并移频至3 MHz带宽的低频频段，在远端机把信号解扩还原至原频段，信号线性放大后进行覆盖。

采用飞地压扩系统，可以对频率资源紧张的覆盖区和超远距离覆盖的地区进行优化覆盖。通过采用150～250 MHz的中频频率作为中继传输频率，进行非可视距覆盖，能有效地解决多丘陵、多山、森林地区以及大草原等地区的信号覆盖问题，提高村庄、郊区等低话务量地区以及受地形影响的阴影区域的信号质量。

3.2 GSM准基站系统组成

GSM准基站主要是由数字光纤拉远系统的近端机和远端机、飞地压扩系统的远端机、光纤及天馈系统组成,其中，DAU为近端机，DRU为远端机。

3.2.1数字光纤拉远系统的组成

图1和图2分别是数字光纤拉远系统的近端机和远端机组成示意图。

图1 数字光纤拉远系统的近端机组成示意图Fig.1 DAU of digital optical fiber remote system

图2 数字光纤拉远系统的远端机组成示意图Fig.2 DRU of digital optical fiber remote system

3.2.2飞地压扩系统远端机的组成

图3是飞地压扩系统的远端机组成示意图。

图3 飞地压扩系统的远端机组成示意图Fig.3 DRU of compress-band shift-frequency repeater system

3.2.3工作原理

GSM准基站工作原理如下：

(1)数字光纤拉远系统的近端机耦合基站信号进行下变频，然后进行软件无线电处理，对所需的信号进行滤波及增强处理；

(2)信号通过光纤传送到数字光纤拉远系统的远端机，利用远端机数字中频板进行射频信号的再生，通过射频单元放大，实现基站信号拉远的无线网络覆盖；

(3)同时，数字光纤拉远系统的远端机留有飞地压扩系统的中频接口，可以根据实际应用情况，接入飞地压扩系统的远端机，进行远距离覆盖。

3.3 GSM准基站优化覆盖功能

图4 GSM准基站优化覆盖方式示意图Fig.4 GSM extension base station optimization coverage

图4是GSM准基站优化覆盖方式示意图。通过对GSM准基站解决方案进行分析可以看出，GSM准基站优化覆盖方式具有5个方面的功能。

(1)自动时延校准功能

GSM准基站通过实时测量各远端机与近端机之间的时延，自动或手动调整各远端机和近端机之间的时延，有效地消除同扇区远端机之间重叠信号覆盖区域的时延色散干扰。

(2)噪声抑制功能

GSM准基站对每个远端机的上行链路进行控制，极大地减小了各远端机之间上行噪声相互干扰，消除了上行链路对基站的噪声干扰。

(3)灵活的组网功能

在GSM准基站的近端机和远端机之间，可采用点对多点星形结构，以及在远端机之间，可进行点对点菊花链结构传输。光波分复用与菊花链功能组合使用，可以大大减少光纤资源，组网更为灵活。

(4)上、下行链路平衡自动实现功能

采用GSM准基站，无论接入一台或串接多台远端机，其引入的噪声始终为-131 dBm，因此不需要下调上行增益来防止干扰基站，因此上下行链路平衡不受任何影响。

(5)非可视距覆盖功能

采用GSM准基站，可以对频率资源较为紧张的覆盖区和超远距离覆盖的地区进行优化覆盖，能有效地解决多丘陵、多山、森林地区以及大草原等地区的信号覆盖问题。

4 GSM准基站优化覆盖的应用

4.1 GSM准基站优化覆盖的组网

(1)链形组网的优化覆盖

GSM准基站链形组网的优化覆盖应用示意图如图5所示。其配置是：一台近端机、若干台远端机及远端机服务天线。链形组网方式适用于铁路、公路、隧道及高速铁路等具备狭长特征的应用场景优化覆盖。

图5 链形组网的优化覆盖应用示意图Fig.5 Optimization coverage of link networking

(2)星形组网的优化覆盖

GSM准基站星形组网的优化覆盖应用示意图如图6所示。其配置是：一台近端机可带多台远端机。星形组网适用于住宅区、补盲、扩大覆盖范围等各覆盖点相似距离的应用场景优化覆盖。

图6 星形组网的优化覆盖应用示意图Fig.6 Optimization coverage of star networking

(3)混合型组网的优化覆盖

GSM准基站混合型组网的优化覆盖应用示意图如图7所示，图中，BTS为基站。其配置是：星形+菊花链形组网方式。一台近端机最多可带4条菊花链，每条菊花链最多可拖8台远端机，即，总共支持达32台远端机的工作方式，用户按实际需要进行灵活选择。

图7 混合型组网的优化覆盖应用示意图Fig.7 Optimization coverage of hybrid networking

4.2 GSM准基站优化覆盖的效果

4.2.1解决村村通工程的优化覆盖问题

(1)采用GSM准基站的噪声抑制功能和扩展分集接收功能，在不干扰基站的情况下可实现信号大功率输出的链路平衡，获得接近基站的覆盖效果；

(2)运营商通过GSM准基站的话务统计功能，可随时了解各远端区域的业务增长情况，为制定符合实际情况的市场拓展计划和网络扩容计划,提供基础数据。

4.2.2解决铁路、隧道、公路等狭长地区的优化覆盖问题

(1)采用GSM准基站，可消除多台远端机对施主基站的噪声影响，提高了施主基站信道利用率，便于基站扩容和维护；

(2)采用光波分复用设备和菊花链的组网方式，减少了传输资源的占用；

(3)GSM准基站的时延调整功能，可减少因切换造成的掉话现象，无需实施扇区交错覆盖，能达到很好的通话效果。

4.2.3解决大型展馆和体育场馆的优化覆盖问题

(1)GSM准基站的话务调度功能，可根据覆盖区域的实时话务量，自动调动一个或多个扇区信号进行话务吸收，解决大型展馆或体育场所平常话务量低、但不定时突发性话务量高的问题；

(2)数字滤波技术的应用，可极大提高设备在城区复杂电磁环境里的抗干扰和抗饱和的能力。

4.2.4解决多丘陵、多山、森林等地区的优化覆盖问题

(1)GSM准基站的数字光纤远端机与飞地压扩远端机之间采用中频传输的方式，进行非可视距覆盖，可极大提高信号的绕射能力，实现远距离的优化覆盖；

(2)GSM准基站的抗干扰能力强，可以节省频率资源，并且，信号传输过程中失真率低，避免了同频干扰，可全向覆盖。

4.3 GSM准基站的优化覆盖应用工程案例

4.3.1地理位置

某村庄是典型的丘陵沟壑地带，山丘连绵，沟壑纵深且狭长。该村有近100户居民，全部居民居住在丘陵的山谷沟壑之中，居住分散，山谷遍布树木，而且枝叶繁茂，这给移动通信信号覆盖带来很大困难。通信信号无法进入沟底之中，致使该地区的信号覆盖出现了盲点。

4.3.2各种优化覆盖方案比较

4.3.2.1 采用选频或宽带直放站

如果采用选频或宽带直放站，建设成本低，但该村内居民房子分布在一个狭长地带，至少需要两面大波瓣角的覆盖天线，施主天线与服务天线之间的隔离度偏低。另一方面，在该村山头无法直视基站，接收信号飘浮不定，容易发生自激，干扰基站。

4.3.2.2 采用移频直放站

移频直放站没有自激问题，可全向覆盖。但1.5 GHz/1.8 GHz中继频率只能覆盖5 km内的可视范围，加上移频直放站占用的带外频段宽，容易受到干扰，所以也不适合采用移频直放站。

4.3.2.3 采用光纤直放站

光纤直放站利用光信号传输，线路损耗小，传输距离远，信号传输不受地理、气候环境的限制，可全向覆盖，覆盖效果好。但该村周围有茂密的森林，还有多条河流，单纯采用光纤直放站进行覆盖，其覆盖效果不理想。

4.3.2.4 采用基站

基站运行稳定，覆盖效果最佳。但基站也要有光纤资源，配套设施多，设备成本也高。该村移动用户较少，主要解决的是覆盖问题，其运营成本过高。

4.3.3GSM准基站的应用

GSM准基站结合了数字光纤直放站和飞地压扩系统的优点。采用GSM准基站对该村庄进行网络优化覆盖，工程完工后，在该村庄内的手机接收场强普遍在-75 dBm以上，同时手机一直用小功率发射。从基站的话务统计数据看，除了基站载频利用率变高外，没有其它影响。

由此可见，GSM准基站非常适用于需要深度覆盖的应用场景。

5 结束语

随着移动通信的发展以及资费的下降，移动电话已经成为人们通信联系的主要手段，广大用户希望运营商提供一个能够满足人们随时随地通信需求的移动网络。因此，移动通信网络做到室内室外、地上地下、各种场所均能优化覆盖是吸引用户的必要条件。

为了更好地解决GSM网络优化覆盖问题，本文提出了GSM准基站网络优化覆盖解决方案。通过分析可以看出，GSM准基站可以很好地应用于GSM网络需要深度覆盖的应用场景，是一种非常有发展前景的GSM网络优化覆盖全面解决方案。

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