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直放站是随着移动通信的发展而出现的一种无线通信设备。
直放站的应用在第一代模拟移动通信网建立时就已经开始，当时的设备体积大、价格高、指标较差，使用中经常对网络造成干扰。目前使用的直放站设备外观和指标已经大大改善，但调试不好也会影响系统的性能。直放站的大量应用是近两年的事情，尤其随着ＣＤＭＡ网开通和ＧＳＭ网的深度覆盖，制造厂家明显增多，各种各样的直放站应运而生，直放站已经成为无线网络覆盖中的重要设备。
直放站的原理 与基站不同，直放站没有基带处理电路，不解调无线信号，也没有容量扩展，仅仅是双向中继和放大无线信号，它的工作原理如图１。其中前向放大器完成基站至移动台的下行信号放大，反向放大器完成移动台至基站的上行信号放大。由于上下行信号频率相差４５ ＭＨｚ，所以可以用双工器和前端滤波器方便地将两路信号分开。朝向基站的天线称为施主天线，用于基站和直放站之间的链路，一般采用方向性很强的定向天线。朝向用户的天线称为覆盖天线，用于直放站和移动用户之间，应有一定的覆盖面。
珠海城市职业技术学院 高健
珠海银邮光电技术发展有限公司 罗华斌
图１ 直放站的原理
施主天线
低噪声前向放大器
低噪声反向放大器
覆盖天线
双
工器
双工器
衰减器
滤波器
衰减器
滤波器
功放
功放
直放站的
原理与应用
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功放是直放站的核心部件，目前常采用固态线性功放模块，其饱和功率输出一般在＋４３～＋４７ ｄＢｍ之间，笔者认为不应一味追求高功率输出，否则必然造成成本的增加。在实际应用中，直放站输出功率很难达到＋３５ ｄＢｍ以上。
根据传输信号的类型，移动通信直放站可分ＧＳＭ直放站和ＣＤＭＡ直放站；根据安装场所可分为室外直放站和室内直放站；根据传输带宽可分为宽带直放站和选频直放站；根据传输方式分为同频直放站、移频直放站及光纤直放站。
同频、移频及光纤三种直放站在传输方式上的区别如图２所示。
同频直放站主要由放大器和滤波器组成，无需传输电路，应用灵活、实施简便。主要特点是将收到的信号放大后重新发送出去，施主天线接收到的信号与覆盖天线再发射的信号在频率上是一致的，设备结构简单。缺点是容易引起反向干扰、噪声增大。施主天线与覆盖天线之间需要的较大空间隔离度很难实现，同时施主天线接收到的信号比较杂。因此大多应用在偏远地区或室内小范围区域的覆盖补充。
移频直放站由一个近端机和多个远端机组成，其一点对多点覆盖应用方式适合于某些特殊地区或环境（如市内住宅小区）。由于收发天线之间采用不同的频率，因而对空间隔离度要求不高，同时可以很快解决覆盖问题。但其造价偏高，故在实际应用中还不多。
光纤直放站是将基站的耦合信号通过光纤传送到远瑞，经光电转换后再放大发射。由于同一光纤中传输的光信号波长相互独立，因而可以利用波分复用器实现上下行信号共同传输，不需要另外敷设光缆。光纤直放站的最大优点是避免了射频直放站可能引起的无线干扰，可以实现全向覆盖，不存在施主天线与覆盖天
线之间隔离度的问题，不用考虑施主天线所取信号的纯净性；缺点是要考虑时延问题，设备价格较高。
直放站的主要技术指标 直放站加入移动网要达到的基本要求是：不对基站系统产生干扰，满足覆盖要求，增加覆盖区的话务容量。为达到这些要求，技术指标的调测是相当重要的。国家无委的型号核准、信息产业部的入网检测以及各运营商都对如何衡量一个直放站的性能提出了严格的规范要求。２．１ 底部噪声
底部噪声（简称底噪）是指直放站的输入端没有有用信号输入时，输出端所呈现的噪声信号，相对于基站而言，直放站具有
上行及下行底噪。需要指出的是，上行底噪对系统的影响较大。一个直放站在安装应用时，底噪主要由两部分组成：一部分来自于机器内部，实际上是直放站接收机内部的电阻热噪声和有源器件（主要是低噪放和功放）的散弹噪声，这部分噪声可以称为静态噪声；一部分由动态噪声组成，主要来自于外部的环境噪声，如自然噪声和人为噪声。自然噪声指大气、太阳、银河噪声等；人为噪声则源于各种电气设备，如电力线、汽车发动机、工业设备等。
对于基站接收机而言，接收灵敏度是—个非常重要的指标，
只有高于接收灵敏度的信号才可以被正确接收。因此，直放站在系统安装时，必须保证到达基站接收机输入端的底噪功率不影响接收灵敏度。一般情况下，接收灵敏度为－１２０ ｄＢｍ，所以，要控制直放站的底噪到达基站接收机的输入端时不超过此数值。控制底噪功率的方法有： 降低噪声系数、调整设备增益。噪声系数在设备出厂后就确定了，一般不会变化，在工程现场调测时，调整设备的增益就非常重要了。２．２ 隔离度
工程实施中的直放站隔离度是指直放站的输入端口对输出端口信号的抑制度（或衰减度）。这个隔离度与直放站设备本身没有关系，它取决于施主天线和覆盖天线的安装位置，与垂直及水平的距离、相向的角度有关。施主天线与覆盖天线之间必须达到较大的隔离度，才能提高主机增益，获得较大的输出功率。经常采用的方法是将两个天线垂直拉开１５ｍ和水平拉开２０ｍ，尽量使天线背靠背，或利用山体、水塔、建筑物等自然地形阻隔。此外，还可通过加装隔离网增加隔离度。隔离度的大小会
图２ 直放站的三种传输方式
同频
直放站
移频近端机
移频远端机
近端机
基站
光纤
光纤直放站
（远端机）
ｆ０
ｆ０
ｆ０
ｆ０
ｆ０
ｆ１
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影响增益的设置，一般要求直放站的增益数值比隔离度数值小１０～１５ ｄＢ。一个无线直放站安装调测前，必须测出隔离度的数值。图３是工程中常用的的测量方法。
２．３ 线性特性
直放站主要是由低噪声放大器、功率放大器等有源放大器件组成，必要时还可能采用中频滤波处理方式，使用变频器、中频放大器等部件。这些放大器的线性特性是影响设备性能指标的关键因素。如果线性特性不好，将会引起设备二阶互调过大，多载波应用时造成带内带外杂散过高、带外抑制度不够等。国家无委的型号核准对此指标有明确规定。即使是符合指标的设备，如果增益设置不合理，也有可能工作在非线性区而使得线性指标变差。在工程现场，往往因无法携带完整的仪器而难以测量，最简易的方法是利用频谱仪观察在输入信号变化时，输出信号是否也随之相应变化，以保证设备工作在线性区域。如果设备没有工作在线性区，经直放站放大的信号质量必然下降。２．４ 带内平坦度
带内平坦度是指直放站对带内信号的均匀放大能力，它反映了直放站的幅频特性。带内平坦度会影响覆盖区手机信号的稳定性，如果手机信号在接收过程中出现跳跃，很可能是由于带内平坦度不好。带内平坦度的指标一般为２～３ ｄＢ，工程应用中使用带有跟踪源的频谱仪可以很方便地测量这个参数。
２．５ 链路平衡
直放站具有上下两个链路，有各自独立的增益控制和功率放大能力，基站系统的覆盖区也同样具有上下行两个通道。直放站加入移动通信网，不能破坏施主基站覆盖区已经建立的平衡。因此，所谓的链路平衡不能简单地理解为直放站的上下行增益设置的平衡，而应是对应于施主基站的链路平衡。直放站调整增益平衡的前提条件是：上行增益的调整要考虑如何保证底部噪声不对基站造成干扰，下行增益的调整要考虑输出信号的线性。上下行平衡的基准是：直放站的增益主要是用来补偿传输
过程的路径损耗，而不应该有附加增益。若下行增益远大于上行增益，会导致手机接收场强很高，却打不出电话；若上行增益远大于下行增益，将导致覆盖范围缩小。较合理的范围是上下
行增益相差小于３ ｄＢ。借助分集接收技术也可以帮助改善上下行链路平衡。
直放站的安装要求３．１ 主机安装
直放站主机的安装位置应无强电、强磁和强腐蚀性设备的干扰和影响，要保证主机便于调测、维护和散热。在条件允许的情况下应尽量安装在室内。对于室外安装的主机，须有防水、防晒和防破坏的措施。对于室内安装的主机，室内温度、湿度不能超过主机正常工作温度和湿度的范围。室内不得放置易燃物品。主机机架的安装位置应符合设计方案的要求，并应保证机架底部距离地面１．２米。连到主机的电源线不能和其他电缆捆扎在一起，主机输入交流电必须火线、零线相对应，不能反接。所有与设备相连的电缆要求接触良好，不能有松动的现象。馈线连接处驻波比必须小于１．３。馈线需要弯曲时，要求弯曲角保持圆滑。
３．２ 天线安装
天线的各类支撑件应结实牢固，铁杆要垂直，横担要水平，所有铁件材料都应做防氧化处理。天线必须牢固地安装在其支撑件上，高度和位置应符合设计方案的规定。天线与跳线的接头应接触良好并做防水处理。连接天线的跳线要求有１０～１５ｃｍ直出。覆盖天线和施主天线的指向和俯仰角要符合设计方案的要求。施主天线的指向可以在设计方案的基础上进行微调。覆盖天线的指向偏差方位角不大于５度，下倾角不大于１度。３．３ 接地措施
室外馈线必须接地，主机设备接地、馈线接地都应使用接地图３ 隔离度的测量方法
施主天线
直放站
覆盖天线
频谱仪
信号发生器
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件和截面积为１６平方毫米的接地线，并且接地点应在近直放站一端。馈线的接地线要求顺着馈线下行的方向进行接地，不允许向上走线。为了减少馈线的接地线电感，要求接地线的弯曲角度大于９０度，曲率半径大于１３０毫米。天线支撑件等室外设施都要求接地，并且要求接地电阻小于５欧姆。３．４ 防雷措施
抱杆避雷针要求直径１２～１４ ｍｍ，长度６０～８０ ｃｍ，电气性能良好，接地良好。室外天线都应在避雷针的４５度保护角之内。
直放站应用中的常见问题 直放站大量应用后，为移动通信的网络覆盖作出了显著贡献，但也出现了许多问题，只有解决这些问题才能更好地使用直放站。
４．１ 对基站的干扰
直放站对基站的干扰主要体现为：反向（上行）噪声及自激信号。当直放站的底部噪声进入基站超过接收灵敏度（－１２０ ｄＢｍ）时，就构成了反向噪声。反向噪声过大会使基站降低话务容量及设备余量，减少使用的用户数量，缩小服务半径，严重时还会使基站告警，甚至无法工作。控制反向噪声的主要方法是控制进入直放站的噪声功率及调整增益。对于无线同频直放站而言，自激一直是设备生产、工程安装中的大忌，因为设备本身的自激在生产过程中一般均会排除。因此，天线间的隔离度、直放站的增益在工程调试中是要严格控制的。自激信号一旦产生，对基站的干扰是非常严重的。为了消除自激，首先从设计上应选择合适的安装位置，保证施主天线和覆盖天线间的隔离度，一旦出现了自激，解决问题的方法是：调整两个天线间的水平或垂直距离、方向角，以及降低设备的增益。当自激现象是由于施主天线安装的近场有遮挡（如高大建筑物、山体）而出现时，靠上述的调整则无效果，此时应调整直放站的安装位置。４．２ 边带干扰
由于ＧＳＭ９００ ＭＨｚ频段是中国移动、中国联通共同使用，信号比较拥挤，极易造成相互间的干扰，所以在直放站的安装使用中，一方面设备要符合国家的有关规范和标准，另一方面在调试中也要适当注意调试方法。对于选频系统，当在室内建筑物使用时，若两个运营商的信号均靠近边缘使用，则只有将其中的一
个带宽适当调偏，以保证不将另外一边的信号放大。如果出现紧靠边带的频点信号很强时，则需要在信号的输入端加入相应的滤波器。４．３ 互调干扰
大部分生产直放站的厂家都是采用一块功放完成多信道共同放大，由于功放的工作非线性，尤其是三阶互调产物较强，其频率又位于移动通信频段，对通话质量有较大影响，应通过降低上、下行输出功率来降低三阶互调产物。根据ＩＴＵ建议，蜂窝移动通信载噪比应大于１７ ｄＢ，我们应调整下行输出，使三阶互调不大于－１５ ｄＢｃ。在工程施工中，使用频谱仪观察直放站的输出信号频谱是必要的。４．４ 强阻塞干扰
强阻塞干扰是指直放站输入信号太强时，低噪声放大器被阻塞而使信号不能正常地传递，这种情况多出现在利用无线直放站做室内分布信号源时，因有可能距基站很近，接收信号较强，调设备内部的增益问题很难解决，唯有在输入端串入相应的衰减器才比较有效。
结束语 直放站在整个移动通信网络中只是一种补充，与基站等主设备相比，其技术含量不高。直放站在网络中应用性能的好坏及对整个网络的影响，更多地是依靠工程技术人员在设计、安装、调试等各个环节中的把握。因此，了解一下直放站的原理和应用对于充分利用直放站的性能、提高网络质量是十分必要的。