GSM飛地覆蓋系統 二零零九年一月 飛地系統直放站村村通解決方案飛地系統介紹飛地系統直放站介紹飛地系統解決方案 飛地系統介紹 一 飛地系統介紹二 飛地系統優越性分析 一 飛地系統介紹 1 背景介紹自信息產業部提出解決村村通工程以來 目前全國村通率達到90 距 十五 規劃中村通的目標還有近4萬個行政村的任務 各移動通信運營商作為重要的運營企業 承擔了很多村村通覆蓋任務 各運營商進行農村地區的網絡建設存在諸多的實際問題 如 偏遠鄉村的地域廣 受經濟條件制約 通信狀況較差 且配套設施落后 話務量低 一些風景旅游區只是節假日時話務量較高 距離城鎮較遠 接收不到來自城鎮的基站信號 采用原頻率進行傳輸 900MHz和1800MHz 則易受外界環境影響 無線傳播路徑損耗較大 山區地型復雜 原頻率繞射能力不強 信號容易被阻擋 運營商建網初期面臨高投入 低回報的壓力 因此需采用一種受外界環境影響較小 繞射能力強的系統進行傳輸和覆蓋 實現對農村的大區域的無線通信服務 針對以上情況 福建新大陸通信公司研發出GSM飛地系統直放站 即利用200MHz頻段進行遠距離傳輸 在目標區域采用移頻直放站還原為900MHz進行覆蓋 大大增加了可靠傳輸距離 減少了投資 可以有效解決城市頻率資源較為緊張的覆蓋區和多丘陵 多山 森林類復雜地形下的 孤島覆蓋 村村通工程 應急通信和遠距離監控等典型的應用場景 飛地系統是一種把GSM信號移頻到低頻頻段中進行遠距離傳輸的系統 它在近端把GSM頻段信號選頻并移頻至1M 4M帶寬200MHz頻段 在遠端把信號還原于原頻段 進行線性放大后覆蓋 2 1系統構成飛地覆蓋系統構成如下圖所示 主要由五部分組成 1 近端機近端機的主要作用是對GSM上行和下行信號進行濾波 移頻和放大 2 飛地系統介紹 2 中繼天線面向近端機 遠端機 的定向天線 接收和發射移頻信號 3 遠端機遠端機的主要作用是對近端機放大的中繼頻率信號進行濾波 再移頻到所需的頻率 900MHz或1800MHz 同時進行放大 實現對覆蓋區域的信號覆蓋 4 重發天線面向盲區覆蓋的定向天線 發射近端機的下行信號 接收手機的上行信號 5 操作維護中心對飛地系統進行遠程監控 保證系統的穩定運行 近端機既可安裝在施主基站機房內 通過射頻電纜直接耦合基站的信號 也可以根據環境的需要將近端機安裝在基站覆蓋區內的其他地方 如下圖所示 遠端機機安裝在盲區 飛地系統近端機和遠端機之間的無線鏈路為施主鏈路 鏈路占用150MHz 250MHz的頻段 飛地系統通過近端機將基站900MHz信號變成150MHz或250MHz微波中繼信號傳輸給遠端機 遠端機再將該150MHz或250MHz微波信號變頻成基站900MHz下行信號發射給移動臺 上行鏈路也一樣 這樣擴大了基站的覆蓋范圍 以基站4載頻配置為例 下圖即為GSM飛地系統近端機和遠端機的原理框圖 近端機原理圖遠端機原理圖 2 2系統原理 2 3飛地系統與其他直放站系統的比較飛地系統由于其特殊的選頻和中繼能力 使其具備了一般直放站系統沒有的特性 下表對寬帶直放站 移頻直放站 光纖直放站和飛地系統進行了比較分析 因此對于地形復雜的環境 飛地系統相比較的優勢使其成為解決GSM信號遠距離傳輸和覆蓋的重要方案 二 飛地系統優越性分析 1 飛地系統中繼和覆蓋能力分析飛地系統使用150MHz至250MHz頻段 和GSM900或GSM1800頻段相比 飛地系統頻段電波繞射能力更強 傳播損耗更小 更適合特殊地形下GSM信號的遠距離傳輸和覆蓋 1 1繞射能力分析電磁波具有類似光波的特性 近距離傳輸時 由于功率余量大 即使中間有阻擋也能夠通過反射波或天線旁瓣進行通信 但遠距離時 一定要求收發天線之間實現 視線無阻擋 菲涅爾半徑的計算公式如下 R 0 5 D 0 5 為波長 3 108 f 米 D為兩天線的距離 因此在山區等障礙物較多的非視距傳播環境下 飛地系統有較強的克服地形環境傳輸的能力 1 2空間傳輸損耗分析信號在自由空間的傳播損耗與信號的頻率密切相關 信號頻率越高 單位距離的衰耗越大 信號在自由空間的衰耗損耗PL可由下式計算 PL dB 32 45 20lgf 20lgd假設傳播相同的距離 900MHz信號將比150MHz或250MHz信號多衰減 20 lg900 lg150 15 56dB比250MHz信號多衰減 20 lg900 lg250 11 85dB因此 900MHz在自由空間的損耗是150MHz信號的32倍 是250MHz信號的16倍 在其他條件不變的情況下 150MHz 250MHz可以傳輸更遠的距離 1 3中繼和覆蓋能力飛地系統的傳輸能力取決于近端機和遠端機之間的信號拉遠能力 因此 飛地系統的拉遠能力不僅與中繼的發射功率有關 還要取決于環境的復雜度 在實際應用時 多應用中繼功率為5W 10W的設備 其拉遠距離如下 復雜的山區環境 拉遠8 10KM 較為簡單的環境 拉遠10 15KM 飛地系統的遠端機一般采用10W 20W進行覆蓋 可實現直徑為2 5KM區域的覆蓋 2 頻率資源需求分析 2 1飛地系統所需頻率資源飛地系統將原有的占用離散頻點的信號進行選頻 利用2 3MHz帶寬進行中繼傳輸 在遠端在將信號恢復到原有頻點上 以下行為例 其過程如下圖所示 為保證上下行之間及飛地系統與其他系統間的隔離度 飛地系統中繼信號頻率利用可采用2種方式 1 占用150MHz 250MHz間1個連續13MHz頻譜 頻譜占用情況如下圖1所示 2 占用150MHz 250MHz間2個不連續的5MHz頻譜 頻譜占用情況如下圖2所示 圖1圖2 2 2 各省頻率資源分析為分析飛地系統可用頻率資源 對全國主要省份150 250MHz頻率資源進行了調研 和各地區的無委會進行了溝通 主要省份的調研情況如下表所示 全國150 250MHz頻段資源使用情況如下 1 該頻段資源使用存在著政府審批 各地無委會審批并備案 行業性應用 政府雖未審批 但某些行業一直占用 和私自占用 如個人對講機 等多種復雜情況 2 從政府已審批資源來看 廣播 航空 對講系統和環保監測等無線系統主要占用了該頻段的資源 3 多數地區無委會明確表示該頻段監管存在難度 對講系統和個人無線電系統經常占用該頻段資源 4 多數省份在該頻段無飛地系統可用的連續頻率資源 5 由于郊區和農村等特殊情況 考慮到飛地系統傳輸路徑多為地形復雜 人口密度低的地區 因此頻率資源仍可靈活處理 3 投資成本分析由于村村通工程主要針對偏遠鄉村進行覆蓋 故存在以下幾個特點 1 村村通覆蓋地區用戶少 單位用戶消費水平低 話務量不高 2 邊緣地區道路崎嶇 環境復雜 網建費用大大高于其他地區 3 村落 盲點區域 距周邊基站較遠 周邊基站信號無法覆蓋此區域 4 以一體化基站來覆蓋個別的村落盲點需單獨開通傳輸 投入成本過高 因此需要采取特殊的建設思路 以保證工程建設的高性價比 為最大程度地節省投資 需選取建站速度快 地形適應性強 易維護的系統 下面就傳統的以大功率光纖拉遠直放站覆蓋和飛地系統覆蓋這兩種實現村村通的方案進行比較分析 3 1光纖拉遠覆蓋 上圖所示 在鄉鎮的中心地帶具有機房條件的地方架設拉遠型宏站 滿足中心地帶本地的覆蓋和容量需求 同時通過射頻拉遠接口 在周邊地區架設大功率光纖拉遠設備 通過光纖直連到宏基站的射頻拉遠接口 共享本地單元的基帶處理能力 實現鄉鎮和農村區域覆蓋 采用光纖拉遠的覆蓋方式必然要克服復雜的地形環境建設傳輸線路 不僅建設成本高 而且維護難度大 光纖拉遠系統的成本主要分光纖近端和遠端機設備費用 傳輸建設費用 配套費用和天線費用等 以10KM為拉遠距離 光纖系統的成本如下 3 2飛地覆蓋系統如果采用下圖所示的飛地系統 則無需考慮復雜的傳輸施工和維護 投資以飛地近端機和遠端機為主 仍然以10KM為拉遠距離 飛地系統的成本如下 因此 在10KM拉遠場景下 飛地系統的投資成本是傳統光纖拉遠系統的一半左右 拉遠距離越遠 飛地系統成本優勢越明顯 由于無需傳輸施工 飛地系統的工程周期將比傳統工程大大縮短 GSM飛地系統直放站介紹 概述 系統主要特點及功能 系統構成及工作原理 系統特性指標 設備控制 調試接口 安裝與維護 1 概述隨著我國移動通信事業的飛速發展 移動通信用戶量正不斷地增加 建筑物等對電磁波的屏蔽效應 使得隧道 地鐵 地下商城 娛樂城 停車場以及酒店 寫字樓 地形復雜偏遠的農村等以及一些封閉的大型建筑物內也無法正常接收移動通信信號 直放站是一種用于彌補移動網絡中基站覆蓋不足 擴大基站覆蓋范圍 填充覆蓋盲區的一種極其有效的設備 而飛地系統直放站以其受外界環境影響小 繞射能力好 無線傳播路徑損耗小 投資成本低 可以靈活與基站配套使用 信道個數可隨意選擇 還具有熱備份功能提高設備的可靠性 且對于移頻中繼頻率可隨意選擇 占用帶寬小 抗干擾能力強等優點被許多地方廣泛試用 非常適用于偏遠農村的村村通覆蓋工程 該系統是依據 900 1800MHzTDMA數字蜂窩移動通信網直放站技術要求和測試方法 及企業標準 專門設計用于900MHzTDMA數字蜂窩移動通信網的全雙工 線性射頻的放大設備 作為移動通信網的一個組成部分 廣泛應用于蜂窩移動通信村村通工程的網絡優化中 2 系統主要特點及功能2 1主要特點1 全部采用模塊結構 易于安裝 維護及控制 2 近端機與遠端機之間采用220 236MHz頻率傳輸的方式 既有傳輸距離遠 受外界環境影響小的特點 3 全部模塊均采用RS485控制 均可通過上位機對各模塊進行獨立操作 查詢 設置各模塊的工作狀態 因此設備具有工作穩定 覆蓋效果好 現場設計 施工更為靈活的優點 4 設備采用多載頻移頻的方式 移頻中繼頻率可隨意設置 占用頻帶小 頻率設置靈活 步進為200KHz 因此受外界頻率干擾小 并且該設備中配有載頻開關功能 當用戶量增加時 可通過軟升級的方式 打開關閉信道即可 不需增加載頻板 5 一臺移頻近端機可拖多臺移頻遠端機 覆蓋更為靈活 更適用于農村 偏遠地區 6 避免了同頻干擾 可全向覆蓋 干擾少 7 傳輸距離遠 可達20公里以上 8 提供RS 232接口控制和監視狀態及告警 9 全封閉室外型及后貼箱體散熱片結構 10 功率調節動態范圍寬 功耗低 系統噪聲小 11 增益可調范圍大 可通過上位機軟件 對每一模塊進行增益調節 系統增益調節范圍大于60dB 系統最大增益可達110dB 調試方便 適用范圍廣 12 供電系統具有過壓 過流 防雷保護 后備蓄電池功能以及輸入電壓動態范圍寬可從AC160 AC290V 2 2主要功能1 AutoShut Down功能2 過輸出保護功能3 開門告警功能4 ALC電平控制功能5 軟件設置增益功能6 載頻開關設置功能7 本機功率輸出顯示功能8 主要模塊自測告警功能 2 3適用范圍移頻直放站的主要應用在以下場合 1 偏遠山區和廣大農村地區 2 海島區域或景區覆蓋 3 應急通信 4 遠距離監控 5 地鐵 隧道及室內分布系統 6 受地形影響的陰影區域 7 醫院 商場等大型建筑物內 3 系統構成及工作原理3 1系統構成 基站耦合型移頻直放站由五部分組成 1 移頻直放站近端機直放站近端機主要提供對信號濾波 移頻 放大 控制功能 2 移頻直放站遠端機直放站遠端機主要提供對近端機放大的中繼頻率信號進行濾波 再移頻到所需的頻率信號進行放大 控制功能 實現對覆蓋區域的信號覆蓋 3 中繼天線面向近端機 遠端機 的定向天線 接收和發射移頻信號 4 操作維護中心 5 重發天線重發天線主要是面向盲區覆蓋的定向天線 接收手機的上行信號 發射近端機的下行信號 3 2工作原理近端機 1 基站的下行信號經過耦合后通過雙工器輸入到系統 雙工器輸出信號通過低噪聲放大后 再進行移頻 放大 濾波等操作把工作信道移頻為移頻信道后 在衰減單元里調節為適合于系統的電平后經過PA進行高功率放大 PA輸出的移頻信號最終通過中繼天線發射出去 2 近端機的上行信號是由遠端機的中繼天線發射過來的移頻信號通過近端機的中繼天線輸入進入系統進行低噪聲放大后 再經過移頻器進行移頻 放大 濾波等操作后將移頻信道移頻至工作信道 然后在衰減單元里調整為系統所需要的電平 再通過PA進行功率放大 PA輸出信號最終送入基站系統 遠端機 1 近端機的下行移頻信號通過中繼天線輸入 在雙工器里與上行信號分離后 將所需要的信號輸入到系統 雙工器輸出信號通過低噪聲放大后 通過移頻器進行放大 濾波 把移頻信道移頻為所需的工作信道 再經過PA進行功率放大 PA輸出的工作信號最終通過重發業務天線來覆蓋 2 遠端機的上行信號是由手機發射過來的信號 通過遠端機的重發業務天線輸入 在雙工器里分離出所需信號 雙工器輸出信號通過低噪聲放大后 通過移頻器進行放大 濾波 再把手機信號移頻為移頻信號后 通過PA進行功率放大 PA輸出的移頻信號最終通過中繼天線發射出去 3 3系統框圖如圖 1 近端機 下行鏈路各模塊主要指標 上行鏈路各模塊主要指標 2 遠端機 下行鏈路各模塊主要指標 上行鏈路各模塊主要指標 3 補充 PLL單元PLL單元為本振產生單元 完成產生一個高頻本振信號的功能 此高頻本振信號主要用為轉換器內部的頻率轉換 利用此本振信號將射頻信號混頻到中頻信號以及將中頻信號轉換為射頻信號 以便于中頻濾波器對帶外雜散信號進行濾波 監控系統單元整機系統可以通過監控系統單元對整機的增益 功率 工作信道 移頻信道等進行設置和查詢 也可以通過該單元對系統內各模塊的增益 功率 信道等參數進行設置 查詢 4 系統特性指標4 1技術指標 1 移頻近端機 2 移頻遠端機 4 3電源要求 4 2外形結構特征 4 4請當地移動公司配合的項目 提供引入信號基站的相關信息 協調設備安裝地的業主關系 引入市電及抱桿的加工 安裝 接地工程等事項 5 設備控制 調試接口5 1PC調試1 所需設備1 PC 臺式機或筆記本電腦 1臺2 本地網管軟件 1套3 調試線 1根2 PC配置 最低配置 Pentium級以上 內存64M以上 分辨率1024X768以上5 2開發背景本系統由我公司專為村村通系統開發 本軟件運用于通用計算機上 與主系統之間采用RS232串口通訊協議 實現了系統自動報警 系統設置 系統工作狀態顯示等功能 聲明 本軟件只適合本公司的配套產品 5 3系統功能介紹 監測硬件工作狀態主要監測的對象如表1 1示 還包括電源工作的狀態 表1 1監測對象表 系統設置功能主要包括以下三個方面 系統設置主要設置系統的報警閥值 包括 上溫度報警閥值 下溫度報警閥值 上交流報警閥值 下交流報警閥值 上直流報警閥值 下直流報警閥值 頻點設置主要包括 900M和200M的工作頻點的設定 鏈路設置主要如表1 2示 自動報警功能本系統可自動發現異常工作的器件 并進行報警提示 可盡量避免硬件的損壞 表1 2鏈路設置表 圖2 1登陸界面 5 4使用方法首先使用9芯直通線線將PC機的串口和直放機的通信口相連 然后進入軟件操作 1 點擊可執行文件進入連接界面如圖2 1示 2 連接串口 圖2 2選擇串口圖圖2 3連接圖 圖2 4連接狀態顯示圖 3 手動更新功能點擊手動更新如圖2 5示 可顯示目前狀態下的系統相應數據 圖2 7自動更新功能示意圖 圖2 5手動更新指示圖 圖2 6更新時間顯示圖4 自動更新功能設置設置更新周期后點擊自動更新按鈕 將定時更新界面的數據 如圖2 7示 5 停止自動更新功能點擊停止按鈕 如圖2 8指示 系統將停止自動更新功能 圖2 8停止更新功能圖6 報警顯示功能如果出現異常 報警指示燈將變為紅色 相應的數據也變為紅色 并發生警笛 正常狀態時數據為藍色并且指示燈為綠色 溫度報警左邊燈為下溫度報警 右邊的燈為上溫度報警如圖2 9示 圖2 9智能報警指示圖 圖2 10系統設置圖圖2 11系統設置圖 7 系統設置功能系統設置用來設置系統的報警閥值 點擊滾動按鈕可改變閥值的大小 如圖2 10示 閥值大小設定完畢后點擊確定按鈕完成設置 點擊當前設置可回顯當前的設置狀態 如圖2 11示 圖2 12900M設置區域圖2 13200M設置區域 8 頻點設置功能該功能的使用方法與系統設置雷同 9 鏈路設置900M功放和900M低噪放的設置區如圖2 12示 設置方法與系統設置相同 200M功放和200M低噪放的設置區如圖2 13示 使用方法與上相同 6 飛地系統直放站應用和其他GSM延伸覆蓋系統相比 飛地系統主要有以下優勢 1 系統繞射能力強 傳輸距離遠 2 抗干擾能力強 覆蓋效果好 3 中繼頻率可以通過軟件設置 占用頻帶小 頻率設置靈活 4 工程設計簡單 安裝簡便 成本低廉 5 一臺近端可帶多臺遠端 覆蓋靈活 6 在電力引入困難區域可選用太陽能供電 7 特有的節能方式減少了不必要的能耗 大大降低了運營成本 因此飛地系統可以適應較為苛刻的自然環境 例如復雜地形下的孤島覆蓋 村村通工程 應急通信和遠距離監控均是飛地系統較為典型的應用場景 6 1復雜地形下的孤島覆蓋 村村通覆蓋 經過多年努力 移動通信網絡覆蓋已比較完整 但仍然存在很多遠離城鎮 被大山阻隔的山村 廠礦或臨時作業區 這些點由于距離遙遠 環境惡劣 投入巨大而一直處于通信的盲點 也是村村通工程需要解決的重點 這些地區具有以下特點 1 地形復雜 傳輸環境惡劣 2 目標地區容量需求一般 覆蓋需求為主 3 遠離周邊基站