移动通信直放站

3.3　CDMA移动通信直放站

CDMA移动通信直放站是为CDMA网而设计的产品，它的显著特点是采用超线性功放，保证多信道工作无杂波。由于各地环境和条件的要求不同，所需的CDMA直放站的类型也不同。CDMA移动通信直放站主要由施主天线、重发天线、馈缆系统、直放主机、电源及保护系统以及防雷、避雷系统等部分组成。CDMA移动通信直放站原理如图3－6所示。

图3－6　CDMA移动通信直放站原理图

1.CDMA直放站采用的关键技术

用于CDMA系统中的直放站产品在设计开发过程中，采用了一系列的关键技术以满足CDMA系统的应用特性。

（1）低噪声电路设计技术

采用低噪声设计技术包括低噪声前级放大器和线性功放，主要考虑在较高接收灵敏度的情况下，使得信号具有更好的信噪比。

（2）线性功放技术

CDMA系统的调制方式以及频谱的利用率，对功放的线性度也提出了很高的要求，如ACPR、IMD3等指标均与线性功放的性能有关。

（3）增益、功率控制技术

为了保证应用的直放站不会影响CDMA系统环路控制的正常工作，直放站本身必须具备增益、功率调整控制技术，这种调整可以是现场的，也可以是远端的。

（4）收发双工技术

通过双工器可以使直放站、下行收发天线共用，便于工程施工，减少工程造价，当直放站采用分体机结构时，使用双工器可以更方便地使前后端匹配。

（5）滤波技术

CDMA系统上下行频率相隔45MHz，为了避免直放站设备内部形成环路自激，保证设备稳定工作，放大链路需有足够的滤波电路，对于需要严格控制带宽的设备（如选频型），还要采用变频、中频SAW滤波等技术。

（6）光传输技术

光纤直放站利用光纤进行信号的传输，需要RF信号与光信号转换单元，以及光波分复用、光耦合、光功率分配等技术。

（7）集中控制管理技术

为了便于设备的维护管理，直放站内部应具有较为完善的智能管理单元，以提供远程的遥测、遥控功能，并可定时上传状态信息，故障自动告警等。

（8）多频合路、多模兼容技术

在室内分布应用的情况下，要考虑同已经安装的其他室内分布系统（如GSM）的兼容工作，这需要用到多频、多模兼容技术。

2.使用CDMA直放站的几个基本原则

（1）功放是直放站的核心部件，放大器的非线性将造成交调失真严重，CDMA导频信号混乱，通信质量恶化。直放站选型时应注意选择采用超线性功放的机型。

（2）根据不同的覆盖要求选择不同输出功率的CDMA直放站和配套天线。

（3）根据不同的场合选择不同信号中继方式的直放站，如城市内由于基站密度较大，为防止同时接入几个施主基站，应采用光纤传输直放站；在无光纤传输的地方可考虑采用微波传输直放站；在基站较少的地方可采用直接放大式直放机，站址应注意与施主基站视通，并在此方向上仅有一个基站，避免放大第二导频，选用的施主天线增益应尽可能满足直放机输入端电平，使直放机有较充裕的输出功率，充分发挥其作用，增加覆盖距离。

（4）城市内大型建筑物、商场等场合，把直放站和室内分布系统配合应用，可取得较好效果。

3.CDMA直放站对900MHz GSM系统的干扰问题

干扰是一个相互作用的问题，由于CDMA系统是一个扩频系统，所以抗干扰能力很强，一般情况下GSM系统对其干扰很小，所以问题主要集中在CDMA系统对GSM系统的干扰上。CDMA系统的880MHz与GSM系统的890MHz频点最为接近，也最具有代表性。

（1）分析干扰情况

分析CDMA与GSM系统的干扰，产生干扰的原因就是同址站之间的隔离度不够。需根据两者频率的关系及发射/接收特性来具体研究。这里讲的天线隔离度指的是同址站天线终端间的路径损失，即从干扰站发单元输出端口到被干扰站收单元输入端口的路径损失。它体现空间传输损耗和两个站有效天线增益（例如天线增益减去电缆损失）的综合作用。

接收机灵敏度降低、IMP干扰（即互调干扰）和接收机过载这3种性能损失是需要考虑的。从干扰源（直放站）接收的寄生辐射信号将导致接收机灵敏度降低，而从同址站接收到的所有载频的合成造成了IMP干扰，接收机过载的原因是接收机所收到的总信号功率太大。为了将这些性能损失降到最小而不修改现有的发送和接收单元，在同址站间需要保持适当的隔离。

3种主要的干扰为杂散干扰、阻塞干扰和互调干扰。3种干扰中，杂散干扰与CDMA直放站（或基站）目前在890MHz附近的带外发射有关，这是接收方（GSM系统）自身无法克服的，将导致GSM系统信噪比下降，服务质量恶化；阻塞干扰与GSM接收机的通带外抑制能力有关，涉及CDMA的载波发射功率、接收机滤波器特性等，GSM系统的接收机将受影响因饱和而无法工作；互调干扰与CDMA使用多载频、系统的非线性有关，结果主要表现为GSM系统信噪比下降和服务质量恶化。

根据GSM技术体制，GSM接收机的灵敏度为－104dBm，信噪比为9dB。通常情况下，GSM基站天线位于铁塔的第一层平台，由于物理空间的原因，CDMA直放站的增益不会很大（在最大增益范围内，直放站的增益大小取决于施主天线与用户天线的隔离要求，若增益为80dB，则隔离要求为100dB左右，两天线间的垂直隔离距离约为15m，考虑到多个RF系统共用同一站址，且直放站的施主天线的高度要求，所以共址情况下的CDMA直放站的增益不会很大），一般输出功率取37dBm较为合理（约5W，远小于CDMA基站的输出功率），直放站的双工滤波器的带宽多为870～880MHz，其滤波特性为60dB。根据原信息产业部《800MHz CDMA直放站870～880MHz技术要求和测试方法》中关于工作带外杂散的要求：每频带Δf＞1.98MHz的情况下，小于或等于－65dBm/30kHz，即在1.23MHz信道带宽以外信号衰减65dB。

另外需要注意的一点，原长城公司133网的800MHz CDMA网络的CDMA基站采用的是北美的标准，其基站的双工滤波器的带宽多为869～894MHz，所以，CDMA的带外信号将达到894MHz左右，与中国移动的频点有4MHz的冲突，会对其造成一定的影响。CDMA直放站的情况与其不同，中国联通的CDMA频点为870～880MHz，所以大多数直放站（在中国市场销售的）的双工滤波器的带宽为870～880MHz，其滤波特性为60dB。所以，直放站CDMA的带外信号不会达到890MHz左右。

（2）克服干扰的解决方案

为了克服干扰，需要遵守3条隔离准则：

·被干扰基站从干扰基站接收到的寄生辐射信号强度应比它的接收噪声限低10dB；

·在被干扰基站生成的三阶互调干扰（IMP3）电平应比接收机噪声限低10dB；

·受干扰站从干扰站接收到的总载波功率应比接收机的1dB压缩点低5dB。

根据以上条件，计算隔离距离：

·CDMA直放站的频带外杂散：（37－65）dBm/30kHz＝－28dBm/30kHz；

·GSM系统能允许的最大杂散干扰：（－104－9－10）dBm＝－123dBm；

·CDMA直放站信号在890MHz处的电平强度（已经过双工滤波器）：（－28－60）dBm＝－88dBm；

·隔离余量：［－88＋10lg（200/30）－（－123）］dB＝43dB；

·根据垂直隔离公式：I_so＝28.0＋40lg10（d/λ），得垂直隔离距离为d＝2.4m；

·根据水平隔离公式：I_so＝22＋20lg10（d/λ）＋（GREPEATER TX＋GGSM RX），得水平隔离距离为d＝11m。

实际工程中，由于890～909MHz频段为中国移动所有，而CDMA系统为中国联通所有，所以共址的机会不多。中国联通的GSM上行频段为909～915MHz，与CDMA相隔较远，隔离要求更小，应更容易实现。

实际工程中，利用铁塔平台的隔离和建筑物本身的隔离，CDMA直放站信号对GSM的干扰问题是可以解决的，这需要工程人员大量地实践与摸索。

4.CDMA直放站对CDMA系统的干扰

在CDMA系统中直放站使用不仅可以消除盲区，而且还可以延伸基站的覆盖范围。但是，直放站的使用也会对CDMA系统产生下述的干扰问题。

（1）干扰所引起的问题

①噪声叠加

上行链路中直放站的使用使CDMA系统的噪声叠加，基站的接收灵敏度下降。

②使原基站覆盖范围缩小

CDMA直放站的使用所引入的噪声，导致基站系统的接收灵敏度下降，从而引起上行链路覆盖范围的收缩。通常情况下，在郊区，当上行链路中由于直放站使基站的噪声电平提高2.1dB时，上行链路的覆盖范围将收缩13%。因而，CDMA系统中，直放站的架设位置不能处于原小区边缘。

③下行链路的导频时延

在CDMA系统中使用直放站会产生定时时延和信号延时扩散，如果时延较大，将使CDMA系统导频码的相位发生变化，产生掉话等。

在存在双重覆盖区域的情况下，来自直放站和基站信号的多径传播导致接收端的延时扩散。为了减少多径干扰，应慎重选择直放站的站址，使双重覆盖所产生的时延在一个时间窗之内；另外可以调整基站的时间窗，使系统导频信号不产生混乱。

（2）直放站对系统容量的影响

任何能够改变基站接收端信号电平或干扰电平的因素，都对系统的容量产生影响。下面分几种不同的情况分析直放站引入对CDMA系统容量的影响：

①CDMA系统容量

比特能量与总的噪声功能谱密度之比：

E_b/N₀＝PG/（V·（N－1）·（1＋I_other/I_self））

系统容量：

N＝1＋PG/（V·E_b/N₀（1＋I_other/I_self））

其中，PG＝21dB为CDMA系统处理增益，V为话音激活增益，通常取0.4dB。I_other来自于其他小区的干扰，I_self来自自身小区的干扰，假设系统要求E_b/N₀＝10dB。

对于单小区系统，来自于相邻小区的干扰为零，即I_other/I_self＝0，代入得系统容量N＝32.5。

对于多小区无直放站的系统容量取决于相邻小区的干扰情况。

②安装CDMA直放站时的系统容量

在单小区有直放站时，I_other/I_self＝0，系统容量不变。

在多小区有直放站时，分以下两种情况进行讨论：

·移动台位于小区边缘与直放站之间的情况下，因为直放站的作用，相邻小区移动台的发射功率减小，因而来自相邻小区的干扰减小，即公式中I_other/I_self减小，因而系统容量增加。

·移动台位于基站与直放站之间的情况下，因为直放站的增益，使得对相邻小区的干扰增加，通过分析可以得到该项的影响较弱。

多小区安装直放站的情况下，对于相邻小区干扰主要来自本小区边界的用户，采用直放站后，这些用户发射功率减小，降低了相邻小区的影响，使系统容量得以增加。统计表明，通常情况下，I_other/I_self可降低6%～12%，容量增加2～3个用户。

综上所述，对于单蜂窝系统，直放站的使用可在保持原有容量的前提下，增加覆盖范围；对多蜂窝系统，直放站的使用不仅可以增加覆盖范围，还可使系统容量略有增加。

（3）基站每扇区可带直放站的数目

假设基站和直放站的噪声系数均为5dB，经过有关计算，可得到以下结论：

①对于输出功率为100mW（20dBm）的直放站，加入60台直放站，将引入2dB的附加噪声。

②对于1W（30dBm）的直放站，加入10台直放站，将引入2dB的附加噪声。

③对于10W（40dBm）的直放站，加入1台直放站，将引入1.5dB的附加噪声，加入4台直放站，将引入4dB左右的附加噪声。