白文舉

【摘要】 移動通信作為目前通訊技術(shù)發(fā)展的主流業(yè)務(wù)，它快捷方便、組網(wǎng)靈活、安全高效，運行穩(wěn)定，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)氣象、航空電子等各個領(lǐng)域。隨著業(yè)務(wù)需求的不斷擴展，對通信優(yōu)質(zhì)信號的覆蓋要求越來越高，基站建設(shè)成為制約移動通信發(fā)展的瓶頸。因此移動直放站就成為彌補這一突出問題的關(guān)鍵技 術(shù)支撐。

【關(guān)鍵詞】 直放站 選址 安裝 礦區(qū)應(yīng)用

大中型露天礦數(shù)字集群通信主要承擔生產(chǎn)調(diào)度指揮和通信聯(lián)絡(luò)的重要功能，安全穩(wěn)定、全面覆蓋的通信信號，是安全生產(chǎn)的根本保障，由于在露天礦開采作業(yè)，地理環(huán)境和氣候條件復(fù)雜多變，塵土污染嚴重，晝夜溫差大，尤其在溝壑縱橫的開采作業(yè)面，地勢落差可達300-400米，這就要求隨著開采面的不斷延伸，無線信號也必須保證全面覆蓋，才能保證生產(chǎn)調(diào)度的安全開展。但是，受到微波傳輸特性的局限，數(shù)字集群通信基站的信號傳輸距離和覆蓋區(qū)域有限，落差大的坡道、采掘區(qū)和地質(zhì)斷面都不能得到有效保證，只有通過增加基站數(shù)量、微波拉遠和直放站的方法才能給予解決。

本文通過建設(shè)通信基站、光纖直放站和無線直放站的優(yōu)缺點，從經(jīng)濟投入和傳輸優(yōu)劣程度進行對比，為露天礦區(qū)數(shù)字集群通信優(yōu)化組合提供參考，重點論述采用移動無線直放站的方式，在環(huán)境復(fù)雜的條件下進行選址、組網(wǎng)、安裝和測試等方面形成滿足各種不同業(yè)務(wù)需求的技術(shù)參考。

一、各種基站的用途

1.1宏基站

優(yōu)點：通信容量大；信號覆蓋面廣；性能穩(wěn)定可靠；維護方便；異頻工作模式 ，信號干擾少。

缺點：選址要求高；設(shè)備投資貴；建設(shè)專門機房；安裝施工工藝復(fù)雜；組網(wǎng)靈活性低；投資費用高昂。

1.2微基站

優(yōu)點：高度集成體積??；安裝比較方便；信號損耗小。

缺點：可靠性不如基站；單板一般集成在設(shè)備上，維護不方便；信道少不便擴容，投資維護費用高。

1.3光纖直放站

1.3.1 光纖直放站（星狀）

優(yōu)點：可以保證良好的施主鏈路信號質(zhì)量，遠距離傳送有優(yōu)勢。

缺點：維護困難；架設(shè)或直埋光纜，工程施工安裝復(fù)雜；投資費用昂貴。

1.3.2 光纖直放站（多點）

優(yōu)點：費用相對星形直放站較低，在線形覆蓋區(qū)中有優(yōu)勢。

缺點：工程安裝復(fù)雜，維護困難，難以優(yōu)化，相對無線直放站仍存在價格昂貴的問題。

1.4無線直放站

1.4.1 移頻直放站

優(yōu)點：維護方便，安裝簡便，不會引起自激；容易獲取合適的基站信號作為信號源。

缺點：占有的頻率較寬，頻率資源利用率低；設(shè)備度高復(fù)雜，造成硬件成本較高；只是信號中繼器，不能增加系統(tǒng)容量。

1.4.2寬帶/選頻直放站

優(yōu)點：價格便宜，安裝簡便，對場地要求不高，無需配套要求，維護方便。

缺點：如果參數(shù)設(shè)置不合理可能引起自激；難以實現(xiàn)高功率，覆蓋范圍有限。

以上通過采用建設(shè)基站、光纖直放站和無線直放站相比較，無線直放站的優(yōu)勢在于解決了傳輸問題，降低了投資成本；不需要建設(shè)機房和鐵塔，降低了配套設(shè)施投入；提高了建站速度，降低了選址難度；較光纖分布系統(tǒng)具有工程選址容易、安裝靈活、成本較低、不受限于光纖資源和場地條件苛求等優(yōu)點（投資對比如表1）。

露天礦區(qū)地形復(fù)雜，環(huán)境惡劣，開采面相對較小，坡道、斷面較多，所以采用無線直放站技術(shù)不失為最佳方法，下面就無線直放站的選址、組網(wǎng)、調(diào)試、運行進行詳實闡述。

二、無線直放站的工作原理

如圖1，無線直放站（中繼器）屬于同頻放大設(shè)備，是在無線通信傳輸過程中起到信號增強的一種無線電發(fā)射中轉(zhuǎn)設(shè)備，直放站的基本功能就是一個射頻信號功率增強器。直放站在下行鏈路中，由施主天線現(xiàn)有的覆蓋區(qū)域中拾取信號，通過帶通濾波器對帶通外的信號進行極好的隔離，將濾波的信號經(jīng)功放放大后再次發(fā)射到待覆蓋區(qū)域。在上行鏈接路徑中，覆蓋區(qū)域內(nèi)的移動終端用戶的信號以同樣的工作方式由上行放大鏈路處理后發(fā)射到相應(yīng)基站，從而達到基站與用戶終端的信號傳遞。如圖1所示。

無線直放站對基站發(fā)出的射頻信號根據(jù)需要放大，本身不能提供容量，其應(yīng)用環(huán)境主要包括覆蓋不好且容量要求比較小的區(qū)域和容量要求比較小的廣域覆蓋，非常適用于露天礦礦坑、坡道、巷道、皮帶走廊等工作面相對較窄而且具有天然隔離區(qū)域。

三、無線直放站選址

直放站應(yīng)選擇在基站覆蓋區(qū)邊界處，通過場強儀在地面測出的基站信號強度一般為-85dBm至-95dBm，在源天線處測得基站信號強度一般為-75dBm至-85dBm。

直放站距離基站太近（源天線接收信號強），則直放站與基站形成重疊覆蓋，移動臺信號一路通過直放站延時后到達基站，一路直接到達基站，將會對基站形成多徑干擾。所以，盡量減少直放站與基站重疊覆蓋的區(qū)域面積，以保證對移動通信網(wǎng)的干擾盡可能最小。

直放站距離基站太遠，源天線接收信號弱，則直放站前向輸出功率較小，覆蓋范圍較小，達不到增大覆蓋面的目的。

四、組網(wǎng)安裝

從圖4-1可以看出，對于單直放站接入系統(tǒng)的用戶來說，施主鏈路只是提供穩(wěn)定信號的傳輸通路。因此，設(shè)計原則是施主基站必須處在直放站的視距范圍內(nèi)，保證基站發(fā)射信號到達直放站輸入前端的電平強度大于-65dBm，一般情況下，不必考慮同頻干擾的問題。如圖2所示。

同一地區(qū)安裝兩或兩個以上直放站，要求施主鏈路提供穩(wěn)定信號和保證施主基站處在直放站的視距范圍內(nèi)，基站發(fā)射信號到達直放站輸入前端的電平強度大于-65dBm外，還必須考慮直放站之間的信號隔離問題。一可利用自然地形、建筑遮擋物或加裝屏蔽網(wǎng)等阻隔信號因疊加而造成的同頻干擾；二也可通過調(diào)節(jié)發(fā)射天線角度、增加或降低天線高度；三調(diào)整增益大小等措施。安裝前必須認真做好設(shè)計、選址等工作，避免設(shè)備投入使用后，無法正常工作。

4.1設(shè)備連接

機箱面板有DT端口、MT端口、交流/直流電源輸入端口等等。接入單元DT端通過接收天線直接耦合，串聯(lián)一個避雷器連到射頻單元的DT端口，從MT端口出，接用戶天線。

4.2外部告警端口的連接

外部告警端口用于連接外部其他設(shè)備或儀器告警端子，將告警線從外部設(shè)備連到航空插座即可。若無，則無需連接。

4.3射頻電纜的連接

接收基站信號：將基站信號接收天饋線接入接收單元DT端口。與用戶天線連接：將由用戶天線下來的電纜接至射頻單元MT端口。

4.4接地連接

設(shè)備外殼必須可靠接地。接地方法：用銅編織線的一端接到設(shè)備下端安裝支架的接地孔上，另一端與保護地可靠連接。

4.5同軸電纜要求

電纜要求見表2。

4.6供電方式

供電電源：直放站通常采用：AC220V或DC48V。

4.7 便攜電腦與設(shè)備連接

用所配專用電纜將便攜電腦串口與設(shè)備的口連接起來，實現(xiàn)本地監(jiān)控功能。

4.8設(shè)備通電試驗

在設(shè)備通電測試前，必須詳細閱讀“安全須知”，檢查安裝時的所有連接，確保連接無誤后，設(shè)備方可通電試驗。

4.9設(shè)備運行實驗

在完成設(shè)備的安裝與連接后，插上便攜電腦，打開機箱蓋，打開機器電源開關(guān)，查看監(jiān)控主板上的各指示燈狀態(tài)，綠色LED）——運行指示燈，程序正常運行時，大約每隔1S閃爍；（紅色LED）—— 告警燈。燈亮表示有告警；燈滅表示無告警；

五、天線的調(diào)整

接收天線的方向必須與源基站天線保持一致，兩天線之間沒有障礙物，通過信號場強儀測試接收信號強度，現(xiàn)場經(jīng)驗一般情況信號達到≥-65dB。

收發(fā)天線隔離度不夠，整機增益偏大時，輸出信號經(jīng)延時反饋到入端，致使直放站輸出信號發(fā)生嚴重失真產(chǎn)生自激，嚴重影響通話質(zhì)量，產(chǎn)生掉線現(xiàn)象。克服自激現(xiàn)象的方法有兩種：一是增大施主與重發(fā)天線的隔離度；二是降低直放站增益。

當要求直放站覆蓋范圍較小時，可采用了降低增益的辦法。當要求直放站的范圍較大時，應(yīng)增大隔離度。

調(diào)整天線主要采用以下幾種方法：增大收發(fā)天線的水平及垂直距離；增加遮擋物，如加裝屏蔽網(wǎng)、利用現(xiàn)場環(huán)境的坡地落差等；增加施主天線的方向性，如使用拋物面天線；選用方向更強的重發(fā)天線，如定向角度天線；調(diào)整施主與重發(fā)天線的角度和方向，使兩者盡量背向。

5.1接收天線的方位調(diào)節(jié)

如圖3所示，調(diào)節(jié)前先將天線上與俯仰調(diào)節(jié)有關(guān)的螺釘擰緊，松開與天線方位調(diào)節(jié)相關(guān)的螺釘，對準方位后緊固螺釘。

轉(zhuǎn)動天線朝一個方向偏轉(zhuǎn)，同時觀察表頭讀數(shù)，應(yīng)出現(xiàn)如圖4所示的變化。然后反方向轉(zhuǎn)動天線，表頭讀數(shù)也應(yīng)出現(xiàn)相同的變化，將天線轉(zhuǎn)回到表頭讀數(shù)最大時，即接收到的信號最強時固定好與天線的方位調(diào)節(jié)相關(guān)的螺釘。

5.2調(diào)整發(fā)送天線的仰俯角

如圖5所示，松開與天線俯仰調(diào)節(jié)相關(guān)的螺釘，按照信號需要覆蓋的區(qū)域，調(diào)整天線的仰俯角度，當覆蓋區(qū)域終端測試表頭讀數(shù)達到最大值時，緊固天線螺釘。

六、上行鏈路設(shè)置

通過調(diào)節(jié)直放站接入單元或直放站射頻單元上行ATT改變上行增益，使上、下行鏈路平衡，同時控制上行輸出噪聲電平對BTS的影響，使覆蓋范圍達到最佳狀態(tài)。

七、下行輸出功率檢測

通過本地或遠程連接，可讀取設(shè)備下行輸出功率。調(diào)節(jié)直放站接入單元或直放站射頻單元下行ATT，使設(shè)備輸出功率達到覆蓋要求。要注意避免使功放處于深度起控狀態(tài)，會影響通話質(zhì)量。

八、系統(tǒng)聯(lián)機調(diào)試

在設(shè)備安裝完畢后，設(shè)備通電開機調(diào)試前，需進行以下準備工作：

1）檢查供電電源，確認電源電壓在設(shè)備工作電壓范圍內(nèi)（AC 155～285V/50±5Hz），且電氣連接可靠無誤。

2）檢查天線架、饋線以及主機是否連接接地，接地電阻值應(yīng)小于5Ω。

3） 檢測天饋系統(tǒng)回波損耗，其工作頻帶內(nèi)回波損耗應(yīng)小于-14dB。

4） 打開電源開關(guān)啟動設(shè)備，待監(jiān)控系統(tǒng)初始化完畢（運行指示燈開始閃爍），便可聯(lián)機調(diào)試。

5） 參照下面的流程圖6進行調(diào)試。

九、系統(tǒng)維護

9.1告警故障的維護

9.1.1下行功放告警處理

檢查相應(yīng)模塊的電源及信號線連接是否正確，如果無誤，則可能模塊本身故障。

9.1.2電源故障告警處理

若出現(xiàn)電源故障告警，說明電源轉(zhuǎn)換模塊沒有直流輸出。用戶應(yīng)檢查直流電源輸出是否過載或短路，如果無以上現(xiàn)象，則可能電源轉(zhuǎn)換模塊本身故障。

9.1.3監(jiān)控模塊電池故障告警處理

監(jiān)控模塊電池故障告警，用戶應(yīng)檢查備用蓄電池連線是否正確，查看蓄電池是否已損壞。

9.1.4下行輸出欠功率告警處理

應(yīng)先檢查下行輸出功率門限設(shè)置是否正確，是否比較臨界，如果設(shè)置無誤仍告警，則說明下行輸出功率已經(jīng)低于門限，可通過調(diào)整ATT來提高下行輸出功率。

9.1.5過溫告警門限

用戶應(yīng)先檢查功放過溫門限設(shè)置是否正確，是否比較臨界，若過溫門限設(shè)置無誤，則需要檢查功放工作電流是否過大，若電流過大，需要更換模塊， 若正常，說明產(chǎn)生誤告警。

9.2日常維護

9.2.1定期進行常規(guī)性檢查

測量天饋系統(tǒng)的回波損耗是否正常，查看天線方向、位置有無變化，射頻電纜接頭密封是否牢靠。

定期檢查設(shè)備的工作狀態(tài)和主要性能參數(shù)（如接收信號電平、輸出噪聲電平、下行輸出功率等），并進行記錄。

測量主機供電電壓、穩(wěn)壓電源電壓的各級電壓；檢查鋰電池和后備蓄電池有無過放電現(xiàn)象，測量系統(tǒng)的覆蓋效果能否達到初期效果。

檢查監(jiān)控功能是否良好；各接地端點是否連接良好；設(shè)備接地情況是否良好和設(shè)備的各類標識是否完整。

十、注意事項

針對微波傳輸?shù)奶攸c，結(jié)合設(shè)備使用的實際情況，在設(shè)計時需要注意以下事項：

1）直放站接收天線于源基站天線之間必須保證無阻擋。

2）直放站屬于室外機型，用戶可以根據(jù)源基站功率選擇耦合器（輸入功率保證在-5dBm左右，要求接入單元與源基站的耦合衰減保持在-40dB～-45dB之間最佳）。

3）直放站天線接收靈敏度為-60dBm，但考慮到點對點通信對天氣、風(fēng)力等因素比較敏感，因此至少需要預(yù)留20dBm的功率余量，實際應(yīng)用中一般以接收強度大于-40dBm為參考。

4）直放站的射頻單元和接入單元之間必須保證隔離度，接收功率最好在-30dBm～-40dBm之間。

5）發(fā)射功率根據(jù)傳輸距離的遠近進行配置，調(diào)節(jié)范圍為0dBm-25dBm，當接收天線對準的情況下，保證開通時接收場強在-30dBm～-40dBm之間為宜。

6）源基站與直放站接入單元之間的耦合衰減最佳選擇為40dB～50dB之間。

7）主機于天線之間的饋線長度不要超過300米。

8）根據(jù)實際需要的輸出功率調(diào)整直放站射頻單元下行ATT，但是要求開通最大輸出功率不要大于標稱最大輸出功率-3dB。

9）當直放站接入單元和源基站的耦合衰減為A dB（A值最佳值為40～50之間）時；則上行ATT的設(shè)置總量為（60-A）dB。

十一、環(huán)境要求

設(shè)備安裝在戶外陽光下，必須保持周圍空氣暢通，使其散熱性能良好，最好設(shè)有遮擋設(shè)施；設(shè)備安裝點附近要防止電磁干擾源（如大型的電動設(shè)備、發(fā)電車等）；系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計有防雨、水、雪功能，如果維護設(shè)備時，需要做臨時性防護措施；惡劣的天氣情況（如：大風(fēng)、雷雨、超高溫）下，不可進行安裝和維護。

十二、結(jié)束語

由于直放站安裝調(diào)試簡單方便，維護運行成本低廉，環(huán)境適應(yīng)性強，在各種復(fù)雜條件下，均可提供安全穩(wěn)定的通信信號，對于露天礦區(qū)移動通信信號補盲、區(qū)域性覆蓋較為實用，經(jīng)濟價值十分顯著。