直放站可以增加基站上、下行实际使用覆盖区
京信通信公司 苏华鸿 2010.03
引 言 直放站分为GSM直放站和WCDMA直放站。对于GSM系统，直放站加入后既不增加基站容量，也不减少基站容量，只不过是将原基站覆盖区减小，将部分用户话务量转移到新的直放站覆盖区。直放站功率越大，从基站转移的话务量越大。当直放站的输出功率同基站的输出功率时，覆盖区扩大为2倍左右，总容量不增加。
对于CDMA和WCDMA系统，直放站的作用不仅是转移覆盖区，而且将会增加基站的“实际”使用容量。这是由于CDMA系统本身存在呼吸效应，覆盖和容量总是矛盾这一事实。即当用户较少时覆盖半径就远，反之，用户多时，覆盖半径就近。直放站的作用是补偿直放站覆盖区内所有用户的链路损耗，使其共同享受“近距离”的服务，使基站的上、下行实际使用容量大大增加。
有的人还认为直放站加入至少会引起上行噪声RTWP的增加，断定覆盖区减少。这说明他对直放站的作用还不十分了解。首先应认识到直放站加入后，是在原来的基站的前端又加入一个低噪声(或相同噪声)放大器，其作用除了补偿总体链路损耗外，还大大提高接收机最前端的载干比C/I。
就引入噪声而言，塔放引入的噪声是最大的，但是大家都说塔放好，而无线同频直放站、干放、光纤直放站等引入噪声是最小的（控制在1-3dB内）。以下对相关问题进行详细分析。
1、GSM直放站可以转移扩大覆盖区
1.1 GSM基站加入直放站前上行接收系统灵敏度SB
SB=K.T.W+NFB+La+C/I????????????????式（1） 式（1）中K=1.38×10-23 波尔曼兹常数
T=290度 绝对温度 W=200KHz GSM载频带宽
NFB=4dB 基站上行接收机噪声系数 La =3dB 基站馈线损耗 C/I=12dB GSM同频干扰保护比
将上式相关数值代入式(1)得 SB=-174+53+4+3+12=-102dBm
1.2 GSM加入直放站后上行接收系统灵敏度SB＇和S R＇
加入光纤直放站如图1所示
20W 40dB 耦合器
基站 20W NFB=4dB E/O 光中继端机 光远端机 NFR=4dB La=3dB馈线损耗 天线
天线 GSM/WCDMA
图1 基站加GSM/WCDMA光纤直放站示意图
1.2.1 加入光纤直放站后基站侧系统噪声系数NFB＇和灵敏SB＇
设直放站增益GR上=GR下=GR 直放站增益GR- LC耦合度=0dB 依据参考文献(1) 基站侧等效噪声系NFB'?GR上?LC?NFR?NFB?10?1?10?10lg??NFB??????式（2） ??将已知数代入式（2）得
0?4?4???1?1010??4?3?7dB NFB'?4?10lg????基站侧等效灵敏度SB＇= K·T·W + NFB＇+La+C/I??????????式（3） 将已知数代入式（3）得SB＇=-174+53+7+3+12=-99dBm
SB＇与SB相比，加入GSM直放站后，原基站接收灵敏度下降3dB。 1.2.2 光纤直放站侧上行接收系统噪声系数NFR＇和灵敏度SR＇
G?L?NFR?NFB?RC?10?1?10?10lg??光纤直放站系统等效噪声系数
NFR'?NFR???式（4） ??0?4?4???10??将已知数代入公式得NFR'?4dB?10lg1?10???4?3?7dB
??光纤直放站侧等效灵敏度SR＇=K·T·W+ NFR＇+C/I???????式（5） 将已知数代入式（5）得SR＇=-174+53+7+12=-102dBm SR＇与SB相等，说明GSM直放站覆盖区等同原基站覆盖区
从1.1和1.2分析可知,基站覆盖区从一个变成二个,原基站覆盖区由于受到光纤直放站的影响,覆盖区收缩3dB，按40dB倍路程耗减，其覆盖区是原来的0.84倍,但新的直放站覆盖区从分析可知,等效原基站覆盖区.因此,总的覆盖面积扩大为0.84+1=1.84倍。由于其总的覆盖面积扩大而容量不能增加,因此GSM直放站的加入可能会引起系统呼损增加,这是由于覆盖区加大,话务量相应加大引起。也有可能引起手机不能接入而掉话,这是由于基站子系统时间提前量TA没有相应修改加大所致。通常直放站加入后,基站子系统要做一些小的参数调整。总之GSM直放站可以最大限度提高基站设备的利用率,达到增加覆盖减少投资的目的。
2．GSM塔放引入噪声的分析
图2 基站加GSM塔放示意图
2． 1。塔放侧系统噪声NFR' 依据参考文献(1)
G?LD?NFR?NFB?R?10?1?10NFR'?NFR?10lg??将已知数代入得15?3?1.5?4??10NFR'?1.5?10lg?1?10??????式(8)??
???1.5?0.46?1.96dB??2．1、基站侧噪声NFB''
GR?LD?NFR?NFB?10?10lg?1?10??系统NFB''?NFB???4?10?14dB ??基站不加塔放时NFB'?NFB?LD?4?3?7dB。塔放可改善系统7-1.96=5dB。从基站加塔放
的例子清楚说明，如果基站接收机的前级放大器不做一些参数调整，将会将塔放的底噪声（即使很小，放大后也将噪声抬高10dB）误认为是信号或使RTWP告警，致使基站无法工作。此时基站将会误认塔放是干扰源。
消极解决办法是降低塔放GR的增益，如：从15dB减为5.5dB，此时塔放侧和基站侧的系统噪声系数成为NFR＇和NFB＇＇。
5.5?3?1.5?4???10??1.5??dB?1.5?3?4.5dB 塔放侧：NFR'?1.5?10lg?1?10????5.5?3?1.5?4??10???1.5??dB?4?3?7dB 基站侧：NFB''?4?10lg1?10????原基站不加塔放：
NFB'?4?3?7dB此时塔放的作用只改善系统（NFB'-NFR'?7?4.5?2.5dB）2.5dB，而不是5dB。
很多人分析问题只看到加直放站后基站侧噪声有所提高,对于新的光纤直放站覆盖区带来的好处如同原基站的效果并没有注意到。
对比分析1节和2节就会发现塔放引入的噪声最为严重,但是并没有人认为塔放会减小容量。其实塔放、干放、光纤直放站、无线直放站等，其作用都是补偿链路损耗，使覆盖区内手机减小发射功率。总之实际例子和理论分析都证明GSM直放站可以使其系统覆盖区扩大。
参考文献
1、苏华鸿、孙孺石等编著“蜂窝移动通信射频工程”. 人民邮电出版社2007.08
作者：苏华鸿(Su Huahong)
1965年毕业于北京邮电学院无线系，中讯邮电咨询设计院教授级高工，享受国务院政府特殊津贴，北京邮电大学电子工程系兼职教授，京信通信系统（广州）有限公司总工程师。