摘 要

在简单介绍直放站的基本原理的基础上，着重就直放站对移动通信系统所造成的各种干扰进行分析，并提出减少干扰的措施，最后简单介绍几个案例的排查。

关键字

直放站 干扰 gsm cdma 频谱 隔离度

前言

直放站作为无线网络覆盖的重要产品，应用于移动通信网络中。它在中继无线信号、延伸无线覆盖区、覆盖特殊地形、调配业务、消除盲区、优化网络方面起了很大作用，但同时对周围基站(特别是异系统)产生了较多的干扰。如果直放站设置使用不合理，将对移动通信网络造成严重干扰。近两年实际工作中对中国移动通信网的干扰排查结果表明，直放站所造成的干扰最多，影响最为严重。所以研究减少干扰的方法、采取相应措施十分必要。

直放站简介

1.1 直放站的工作原理

图1所示为一个典型的射频直放站框架。左侧的施主天线正对所要转发的基站天线，接收由基站发过来的前向微弱的无线信号。经过双工器、lna(低噪声放大器)、滤波、功率放大、双工器后，信号得以增强。然后由转发天线向无线信号盲区或微弱区辐射，达到增大前向覆盖范围或提高覆盖质量的目的。同时，右侧转发天线接收来自手机的信号，经过类似的滤波、放大后，将增强的信号再通过施主天线发向基站天线。在整个过程中，直放站抵消掉了基站到直放站之间的无线信号路径损耗，使无线信号得到延伸。

1.2 直放站的种类及特性比较

直放站可分为无线选频直放站、无线移频直放站、无线宽带直放站和光纤直放站等。

无线宽带直放站与无线选频直放站相比，除滤波器部分外其余都相同，前者是宽带组件，后者是选频选件;宽带直放站对整个频段内的信号都进行放大，因此比较容易给其他小区带来干扰;相对宽带直放站而言，选频直放站具有更好的性能，能够提高信号的质量，其带来的干扰影响相对较小。

光纤直放站和无线直放站的主要区别是施主链路不同，由于信号通过光纤进行传输，传输损耗小，传输距离远，所受干扰及带来的干扰比无线直放站小，同时由于没有施主端的无线链路而无须考虑施主天线与转发天线隔离度，但总系统价格比无线直放站高；无线直放站利用无线传输方式，建设周期短、投资小，但需考虑施/转天线之间的隔离度。

直放站引入的干扰分析

2.1 直放站引入的上行底部噪声干扰分析

上行底部噪声是指空间的白噪声和直放站的噪声通过直放站上行链路放大以后，输出到天线端的噪声，如果过大将会影响或干扰基站。

对于cdma系统，直放站等效于干扰源。即使所覆盖区域没有用户使用，它也会向基站发出干扰噪声，导致基站热噪声电平升高，使基站接收机的灵敏度降低，从而影响所有处于本基站覆盖区的用户(不影响直放站覆盖区的用户)。从下面的计算分析可以进一步分析此种噪声的影响。

直放站作用于基站接收前端的热噪声电平为:

prep_n = k*t*b+nfrep + grep- ledopl （1）

基站接收前端的等效热噪声电平为:

pbts_n＝k*t*b+nfbts　 （2）

其中: k*t为热噪声密度;b为系统信道带宽;nfrep为直放站噪声系数;grep为直放站增益;ledopl为有效路径损耗;nfbts为基站接收机噪声系数。

为了衡量基站接收端的噪声电平变化量，可引入噪声注入裕量nim，表示为nim=10lg(pbts_n/prep_n)。 而基站接收机等效热噪声电平升高量rot则可表示为:

rot=10lg(1+10-nim/10)。

从图2可以看出，nim的值决定了直放站对施主基站上行链路的影响。每增加1 db,就意味着该施主基站的上行链路功率减少1 db或所允许的基站到手机的空间路径损耗减少1 db;对小区覆盖范围来讲，会引起上行覆盖半径减小;对基站覆盖区的用户来讲，手机的发射功率会相应增大，或者处在小区边缘的用户发生单通或上行话音质量下降或掉话等现象。

对于gsm系统，当上行底部噪声过大时，会对基站造成阻塞干扰。在实际网络建设和工程中，为保证基站正常接收手机信号，一般要求基站接收到的直放站噪声电平小于-125 dbm。

从以上的分析可以看出，在直放站和基站位置确定的情况下，可以通过调整直放站上行增益grep或增大路径损耗ledopl来控制对其施主基站的影响。

2.2 直放站引入的下行干扰分析

通常下行干扰发生在无线同频直放站。当施主天线和重发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频率为f的下行信号，经过增益为g的直放站放大后，由重发天线发出去。一部分信号再经过重发天线的后瓣（付瓣）耦合到施主天线的后瓣（付瓣），再由直放站放大。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。直放站自激时，轻则是直放站的覆盖区通话音质变差，接通率下降，掉话率上升;严重时使施主基站和其周围的基站发生瘫痪。

直放站天线间的隔离度取决于直放站下行增益的取值，决不可以超过恰好不发生自激时的隔离度系数。按照gsm规范03.30的要求，当该环路满足隔离度f>g+15db（f:隔离度;g:直放站下行增益）时，直放站才能稳定工作，不会产生自激。

在实际工程中，一般采用下面简化公式对隔离度进行估算，图3是在建筑物上架设的直放站天线，此时天线的隔离度为:

iso = f/bo + lw + f/bp + pl （3）

其中: f/bo为直放站施主天线的前后比;lw为隔离物带来的损耗;f/bp为直放站(转)重发天线的前后比;pl为自由空间传播损耗。

可以看出，影响直放站施主天线与重发天线隔离度的因素主要有以下几种:

① 天线前后比，由天线本身决定的;② 施主天线与重发天线之间自然或人为障碍引起的衰减;③ 施主天线与重发天线间的距离及高度差引起的空间传输损耗。

在实际的工程设计中，最好是能通过现场测量以决定天线的安装位置是否达到所需的隔离度。

对天线水平、垂直隔离度的计算，如图4、图5所示可采用以下估算公式。

天线垂直隔离度的估算公式:

av=47.3+40*10lgd db (900 mhz)

av=59.3+40*10lgd db (1800 mhz)

其中，d为施主与重发天线之间距离， gt和gr是在两天线连线方向的相对主瓣的增益,若两天线背靠背放置，则gt和gr是天线的前后比。

若水平隔离与垂直隔离同时存在，则总隔离度可用下式进行估算: as=(av-ah)α/90+ah。其中: av代表垂直隔离度;ah代表水平隔离度;α代表天线间的夹角，如图6所示。

从以上的分析可以看出，避免下行干扰的主要措施是增大直放站隔离度。一般采用以下方式增大施主天线和重发天线间隔离度: ①采用前后比大的天线;②采用旁瓣抑制比大的天线;③增大两天线安装距离及高度差;④安装天线时，两天线尽量背对背并利用隔离网或建筑物隔离两天线。

2.3 直放站引入后对本系统邻区的干扰分析

直放站引入系统后，扩展了基站的覆盖范围，但是可能会在局部破坏了原先的网络规划，引起邻区重叠混淆；同时扩大了覆盖范围也易增加多径干扰。

对于gsm系统，直放站覆盖区可能会与其他非施主小区重叠覆盖，特别是在采用紧密复用网络规划的区域，更易产生同、邻频干扰的现象，需重新配置相应的邻区关系，以避免干扰。

产生同、邻频干扰的解决办法有: ①直放站是对网络中一个扇区信号的放大，因此规划时应纳入整网中来考虑，需重新配置相应的邻区关系;②对于光纤直放站，由于是直接从基站耦合信号不会引入其他无用信号，其在规划中主要考虑目标覆盖区同周围其他基站的信号配合与交叠，避免干扰问题。

对于cdma系统，直放站规划不当可能会引入导频混淆或污染，造成话音质量差或掉话等问题。因此在规划设计阶段，应该根据覆盖区域周围基站的分布，对所有基站根据距离计算pn变化量和信号强度，由此判断是否会产生pn混淆或导频污染。

导频混淆发生后的解决办法有:①调整引起导频混淆的小区的天线;②修改小区的导频配置。

特别应引起重视的是,很多干扰的产生是采用直放站接入方式的室内分布系统没有严格控制对室外网络的影响，如功率、天线位置及天线方向不当造成信号泄漏到室外。

直放站引入系统后，必须把它作为一个与基站等同的网元来看待，从系统的角度全面考虑与邻区基站的相互关系，并控制好覆盖区域，避免干扰。

2.4 直放站引入后对异系统的干扰分析

分析不同系统的干扰，需根据两者频率的关系及发射、接收特性来具体研究其干扰情况，干扰主要表现在杂散干扰、阻塞干扰和互调干扰三个方面。产生干扰的原因就是站址之间的天线隔离度不够，这里讲的天线隔离度指的是同置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的综合作用。

直放站引入后，同样也会对周边其他系统的基站造成干扰影响，特别是cdma直放站引入后对gsm系统的干扰问题比较严重。

从图7可以看到中国联通cdma与gsm900系统所使用的频段。gsm900的下行频段为930～960 mhz，与cdma的上行频段825～835 mhz相差较远，加上cdma采用扩频技术，抗干扰能力强，因此900 mhz gsm对800 mhz cdma的干扰影响很小;中国联通cdma系统发射频段为870～880 mhz，与中国移动gsm900系统的接收频段885～909 mhz最小只相差5 mhz，如果设置不当，会产生较严重的干扰。因此800 mhz cdma与900 mhz gsm间的互干扰主要体现在cdma系统对gsm系统的干扰上。下面以中国联通cdma2000 lx对中国移动gsm900 mhz的杂散干扰为例来进行分析。

cdma直放站与gsm基站共站址，假设直放站的输出功率为5w，直放站的双工滤波器带宽为870～880 mhz，滤波特性为60 db，满足信部无[2001]306号通知《800 mhzcdma移动通信直放站技术指标》中关于带外杂散的要求：每频带δf>1.98 mhz≤-60 dbc/30 khz，即在1.25 mhz信道带宽以外信号衰减大于60 db，按gsm技术体制要求，gsm接收机的杂散上限为-123 dbm。

其中:irx为被干扰基站接收天线端接收到的干扰电平(dbm)，ptx_amp为直放站功放输出端额定最大载波功率电平(dbm)，ptx_rej为发滤波器带外抑制衰减，espurious为两站天线间的隔离度(db)，wrx为被干扰系统的信道带宽，wtx为干扰信号的可测带宽(也可以理解成杂散辐射定义带宽)。

再根据上面的天线水平、垂直隔离度估算公式可得天线水平、垂直隔离距离。

分析表明，为了减小cdma直放站对gsm的干扰，可以采用以下措施:①采用合适的空间隔离;②引入的直放站要尽量使用选频、窄频直放站，采用线性功放，提高发送滤波器的性能，降低落在gsm900 mhz频段的杂散，同时注意如功率、天线位置及方向的控制;③增加室内分布系统时要严格控制对室外周边网络的影响，防止信号泄漏到室外。

只有严格按照技术规范，特别是信部无[2002]65号通知的精神，加强对直放站使用及cdma系统与gsm系统共站设置的管理，并且不同的运营商之间要加强沟通及协调。从而直放站引入后对其他系统的干扰，如联通cdma直放站对移动gsm的干扰问题是可以克服的。

2.5 非法宽频直放站的干扰分析

在深圳，由于存在大量的城中村（楼房密集、间距小），电波传播损耗大，存在很多通信盲区，一些村民未经批准擅自设置使用了价格便宜的劣质宽频直放站，有的方圆不到1公里的城中村就安装了几十台劣质宽频直放站。据我站对近两年来移动通信网的干扰排查结果的统计表明，未经批准设置宽频直放站的情况非常严重，给公众移动通信网带来严重的干扰，严重恶化了公众移动通信频段的电磁环境，使用户手机掉线或无法接通的现象大量发生。

宽频直放站为什么会给公众移动通信网带来严重的干扰？这是由于宽频直放站大多对信号进行大功率全频段放大，并且它无需高ｑ值滤波器，与专用选频放大器相比，价格要便宜得多。它对公众移动通信系统造成的不良影响主要体现在以下几个方面:①信息产业部无线电管理局在(1999)62号文中明确规定了直放站的频段、功率、杂散、互调四项技术指标。其中选频直放站的输出功率不大于30w，宽频直放站的输出功率不大于50mw。但是根据无线电管理部门实际排查检测统计，宽频直放站的功率大都在1w左右，远远超出了规定指标。由于对周围接收的手机、基站信号全段放大，必然产生许多互调分量，特别是下行功率超标时，会引起附近使用的手机噪声干扰增大，掉线频繁。②由于劣质宽频直放站的发射功率特别是上行功率是不能自动调整，从而难以保证到达基站接收端的电平均衡，往往会造成阻塞干扰。③劣质宽频直放站大都无滤波器或滤波器性能不良，易将邻频的无用信号也同时放大，使得周边的干扰电平大幅提高，造成手机用户难以正常使用。

要彻底清除非法宽频直放站，不仅需要无线电管理部门加强无线电管理和宣传，加大排查干扰的力度，更主要的是运营商要不断改善网络覆盖，消除盲区。

案例研究

3.1 案例展示

案例1 我监测站接到中国移动的干扰投诉:其在市中心某gsm基站受到干扰，手机在这一区域掉线率很高。用频谱测在基站楼顶测得一个宽带噪声信号，频段为890～909 mhz，频段底噪强度为-93 dbm。经过干扰源定位搜索，确定干扰信号是中国移动安装在基站东北面约800米处的楼顶的直放站产生的。关闭该直放站后，话务统计，干扰指标恢复正常。经分析该直放站原先与受干扰的施主基站之间有楼房相隔，但该片楼房旧村改造刚被拆除造成直放站与基站之间的空中耦合衰耗减小，使得施主基站的底噪抬高所致。

案例2 2004年5月，中国移动罗湖有三个基站受到干扰，其中基站a极为严重。根据提供的omc统计的rssi，观察到基站a的第一扇区m1和第二扇区m2存在干扰，且干扰较强。经过干扰源定向测试，在基站a天线底下测得两个宽带干扰信号，一个干扰信号在865～902 mhz，最大信号强度达-68 dbm，方向指向同一栋楼顶20米处的联通cdma直放站。在联通的技术人员关闭联通直放站后，第一个干扰信号消失，m1扇区的干扰指标变好，但m2扇区的干扰没有改变;再次定向测试，方向指向正西面的黄贝村，频率范围为885～930 mhz，强度为-98 dbm。经过搜索，确定干扰信号是黄贝村61号、154号、198号、201号、212号、214号楼顶私自安装的直放站产生的。其他两个基站受到干扰也是来自这些直放站。拆除这些直放站后，干扰消失。这表明基站a的第一扇区m1与联通直放站空间隔离不够，加上联通直放站滤波器性能变差而造成共站干扰。此案例既有cdma直放站对gsm的干扰，也有来自非法宽频直放站的干扰。

案例3 2004年12月我检测站接到中国联通分公司的投诉:南山区多个联通gsm基站近期出现了大范围干扰。在干扰较为严重的基站用频谱仪测得一宽带信号，频率为954～964 mhz，最大强度达-76 dbm的下行干扰信号。经过干扰源定位搜索，确定干扰信号是联通公司刚安装在华侨城某酒店楼顶还未验收的直放站发出。原因是在安装该直放站时，没有进行严格调测，直放站出现自激，并且所处地形较高，对周边基站产生了较大范围的干扰。

3.2案例分析总结

从以上分析可以看到，要想减少直放站对公众移动通信系统的干扰影响，必须规范直放站的使用，这需要各方面的努力。

作为无线电管理部门，要做好以下几点:①加强无线电管理和宣传，加大排查非法使用宽频直放站的力度;②严肃审批制度，对直放站功率、带宽、杂散、互调等指标严格把关;③建立规范、健全的直放站台站资料数据库，以便在遇到干扰时，能快速地调阅资料，缩短查处干扰源的时间。

对于移动通信各运营商要做好以下几点:①严格按技术规范对直放站进行使用;②在架设直放站前，一定要做好站址的电磁兼容分析，严格按信部无[2002]65号通知的要求进行共站设置，避免相互间产生干扰;③加强对新设备的检测和对老设备的定期巡检，以及时消除设备自身技术指标超标所引起的干扰隐患;④要不断改善网络覆盖，消除盲区，从根本上消除非法宽频直放站的使用。

参考文献

[1] 华为.《cdma2000 1x无线网络规划与优化》.人民邮电出版社

[2] 华为.《gsm无线网络规划与优化》. 人民邮电出版社

[3] 中兴.《cdma网络规划与优化》. 电子工业出版社

[4] 深圳无线电管理办公室.《无线电管理文件汇编》