移动通信中继器的原理

移动通信中继器的原理

移动通信发展日新月异，正向着全球化、综合化和个人化方向发展，必须是数字化宽带系统、高速率以适应互联网和多媒体通信的要求。然而无线电频谱资源是有限的，在我国要贯彻落实 “调整优化模拟网，大力发展GSM900/1800数字网，根据条件适度扩大CDMA商用试验网”战略方针，对已经开发的频段提高频谱利用率是一个根本的关键措施。

提高频谱利用率的方法很多，已经实现的主要有： 1、信道扩容 2、多信道共用 3、小区分裂 4、MRP多重复用技术

5、频分多址(FDMA)向时分多址(TDMA)发展，并正向码分多址(CDMA)发展。 正在研究的新方法主要有： 1、频道窄带化 2、窄带数字调制技术

3、研制宽带TDMA传输系统和标准 4、频率复用及插入频道技术

5、采用数据组的形式传送信息以代替话音传输 6、宽带CDMA实用化

各地区应因地制宜，多种方法共用以提高频谱利用率。目前，全国正在大力抓紧模拟网及数字网的扩容工程，主要以数字网为重点。由于我国山多地广，扩容工程还是以建设新的基站为主。对于经济发达的城市、乡镇，用户数量大，经济效益明显，而对于经济不太发达的县城、乡镇，用户数量小，建设基站投资大，不经济。另外，既便在现代化的城市中，隧道、地铁、地下商场、停车场和一些封闭的大型建筑物，由于山脉、地面或建筑物的屏蔽作用，成为移动通信的弱信号区或盲区，如果在这些很小的区域建设基站，将造成频谱资源和人财力资源的严重浪费。为此，我们可以利用一种投资小，建站速度快，环境要求低，安装维护简便，性能稳定的设备棗同频中继器来解决。

 我国邮电部在1992年下达的《移动电话网路技术体制》中规定“对于需要覆盖，而增设基站又不经济或不方便的局部地区”可采用设置同频中继器的方法来扩大覆盖范围。

以下就介绍同频中继器的原理、特点及技术问题： 一、同频中继器的原理

同频中继器属于同频放大设备，将上行(移动台到基站)、下行(基站到移动台)两路信号分别放大，扩大覆盖范围。基本原理是利用前向天线接收基站下行信号，经过低噪声放大器将有用信号放大，而外界噪声信号放大不明显，提高载噪比，再经窄带滤波器多重滤波送功放放大，由后向天线发射到移动台；同时利用后向天线接收移动台上行信号，经低噪声放大器、窄带滤波器、功放发射到基站。

一般来说，同频中继器的构成包括前向天线、后向天线和主机。前向、后向天线工作频段都包含上、下行频段、同时传输上、下行信号；主机包含上、下行两条放大链路，并且采用双工器工作，以减少天线数量，功率放大器采用多信道共同放大以简化系统结构，降低成本。 二、同频中继器的特点 1、优点

* 结构简单，不需要进行频率变换、射频信号调制解调和高精密度的滤波器和振荡源，使得制造成本远小于基站。

* 可以用宽带滤波器实现数字、模拟系统兼容，减少投资。

* 耗电量小，只需普通市电，对缺电地区可用太阳能电源解决，无需专设供电机房。

* 安装简便迅速，由于只架设前后向天线，通过电缆与主机连接，因此建站速度快(1～ 2天)，特别适用于要求紧急开通的地方。 * 环境要求低，可露天工作，耐寒冬酷暑。

* 根据地形、传输线路可选择采用无线或光纤传输同频中继器，充分利用各种现有资源。 2、缺点

 同频放大，不产生新的信道，一旦基站话务量大或者信道扩容后，若同频中继器采用一块功放全频段多信道放大，会使每个信道输出功率减小，减小覆盖范围。

 前后向天线安装不当或调测不注意，会产生上、下行信号自环放大，产生自激现象，造成基站控制信道阻塞，导致基站瘫痪。

 功放对多信道放大会产生三阶互调产物，导致通话质量下降，应严格降低。 从同频中继器的优缺点来看，只要我们在设计、安装时认真细致，减少差错，还是具有很强的适用性，既简便经济、性能价格比较优，又提高了频谱利用率，特别适用于前述地区，作为基站的延伸。 三、同频中继器技术问题

同频中继器结构简单，但也有不少技术问题值得我们研究解决。同频中继器根据信号传输方式，同频中继器可分为无线传输和有线(主要是光纤)传输同频中继器。以下分开讨论：

1、无线传输同频中继器无线传输同频中继器采用无线收发信号，系统结构包括前向天线，后向天线和主机，安装在同一位置，下行线路为通过前向天线接收基站下行信号，经电缆连接传送到主机放大后，送后向天线发射到移动台；上行线路为通过后向天线接收移动台上行信号，经电缆连接传送到主机放大后，送前向天线发射到基站，安装地点大部分应远离基站，靠近覆盖区，以取得良好覆盖效果。 ①安装地点

采用无线传输，同微波中继设备一样，要求前向天线与基站之间无阻挡，才能收到稳定较强的直射波，这要求勘测设计选择站址时，应根据军用地图及实地勘测，选择最佳位置，通常选择的安装地点地势较高，如高山、铁塔等，供电维护不太方便。 ②前向天线

在选择好安装地点后，前向天线应采用高增益、高前后比的定向天线，如抛物面网状天线，以提高基站信号的选择性，获得较高的载噪比，同时增加隔离度。一般来说，前向天线接收到的信号强度必须大于-60dbm(天线口测)。 ③后向天线

为取得良好的覆盖效果，后向天线应架设在高处，以便垂直幅射，减少穿透损耗，采用栅状或板状定向天线，提高正向信号强度，同时也增加隔离度。 ④隔离度

采用双工器工作，前、后向天线安装地点较近，不可避免发生后向天线发射的下行信号，感应到前向天线，如果主机增益太大，自环放大会产生同频自激现象，反向亦然，导致有用信号输出功率下降。这就要求安装前、后向天线时必须达到一定的隔离度，才能提高主机增益，获得较大的输出功率，采用的方法是将

前、后向天线垂直拉开15米或水平拉开20米以上，尽量使前、后向天线背靠背（夹角180度)，且前、后天线正前方不能有高大阻挡物，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。一般来说，隔离度必须大于主机有源增益加15db。也就是说，一旦隔离度不好，主机增益无法开得太大，输出功率就会降低。

⑤不同复用方式的影响

我国TACS模拟系统采用频分多址(FDMA)方式和多信道共用技术，每个移动台通话时随机占用一个信道，使得无线传输同频中继器随用户数增加，每个信道输出功率下降。传输距离很远时，可以采用多个无线传输同频中继器串联使用，特别适用于公路、铁路的覆盖。

我国GSM数字系统采用时分多址(TDMA)方式和数字化技术。每个移动台通话占用一个信道中的某个时隙，如果传输距离过长，可能造成该移动台在规定的时隙内发射的信号无法被基站接收到，造成接续不上。根据测算，工作在GSM系统方式下，经基站到无线传输同频中继器发送到移动台的直线传输距离不应超过35公里。另外，数字化技术要求载噪比较高。

未来采用的码分多址(CDMA)方式，每个移动台根据不同的扩频码区分，同样可以采用无线传输同频中继器。 2、光纤传输同频中继器

光纤传输同频中继器是近年开发的一种新型同频中继器，其信号通过光缆传输，不受地理条件限制，特别适用于地形复杂的山区，同时由于前、后天线安装不在同一位置，不存在同频干扰，可以实现全向覆盖。

光纤传输同频中继器的构成包括前、后向天线，主机A、B，安装在基站、覆盖区两端、下行线路为通过前向天线接收基站下行信号，经电缆传送到主机A放大，将信号电平调整到光发送端机规定的接口电平，送到光发送端机进行光调制，经光缆传输到主机B的光接收端机，将光信号转变为电信号，经放大送后向天线发射，上行线路亦然。

光纤传输同频中继器与无线传输同频中继器相比具有以下特点： ①安装地点

由于基站和传输机房一般在邮电局同一座大楼里，所以通常是主机A安装在邮电局基站机房或传输机房，主机B安装在覆盖区的邮电局机房。 ②前向天线

前向天线安装在基站端(主机A端)，为避免触动基站设备，一般采用无线接收，可选用定向天线选择接收基站信号。 ③后向天线

后向天线安装在覆盖区高处，由于不存在同频干扰，可采用全向天线扩大覆盖范围。 ④隔离度

由于前、后向天线安装不在同一位置，不存在隔离度问题。 ⑤不同复用方式的影响

TACS模拟系统的FDMA方式下，影响与无线传输同频中继器相同。传输距离很远时，可中途增加光纤放大器，提高光强度。GSM数字系统的TDMA方式下，由于光信号在光纤中通过光全反射进行传输的，光信号经过的实际路程大于光纤长度，根据测算，有线传输同频中继器要求连接主机A、B之间光缆传输距离不超过25公里。

CDMA方式下，同样可以采用光纤传输同频中继器。 ⑥波分复用

由于同一光纤中传输的光信号波长相互独立，因而可以完成各种信号的综合和分离，对光纤已用于传输话路(通常为1.31um波长)时，可通过使用波分复用器实现基站下行信号、移动台上行信号(采用1．55um波长)共同传输，不需要另外铺设光缆，充分利用光纤的巨大带宽资源。

此外，不管是无线还是有线同频中继器，在主机调试时，还要注意以下几个问题：

1、上、下行增益平衡

若下行增益远大于上行增益，会导致手机接收到场强很高，却打不通电话，若上行增益远大于下行增益，导致覆盖范围缩小。较合理范围是调整上、下行增益使其相差上于3db。 2、三阶互调产物

由于大部分同频中继器产家采用一块功放多信道共同放大，由于功放的工作非线性，会产生互调产物，尤其是三阶互调产物较强，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，从而降低三阶互调产物。根据CCITT建议，蜂窝移动通信载噪比大于17db，我们应调整下行输出三阶互调不大于-20dbc，(模拟系统)或-15dbc(数字系统)。

四、总结

经过模拟、数字系统大扩容以后，仍有部分山区、村镇及城市部分地下建筑、酒楼、KTV包箱等地，存在着移动通信盲区，不可能也不必要建设新的基站，因为即使是微蜂窝、微微蜂窝基站，对安装环境、电源、天线架设要求都很高，成本较高，而通过建设同频中继器进行补充仍是一个有效经济的方法。但是，由于基站建设前已经过频率规划设计，对基站的话务量、越区切换，接入半径、排队时间等技术参数作出统一部署。这就要求在安装同频中继器之前，必须与邮电局通信部门相互沟通，了解被接入基站容量及参数设置情况，避免造成该基站工作异常。

总之，在移动通信发展初期，同频中继器曾经发挥过较大作用，随着移动基站大规模扩容，其作用逐步下降，但作为一种简便经济的移动基站延伸器，仍有其存在的合理性，我们应充分利用同频中继器的优点，扬长避短，因地制宜，促进移动通信系统不断发展完善。 （c114）

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