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摘要:随着经济的发展,运营商对通信服务提出了更高的要求,网络已不再局限于单纯的广义覆盖,许多特殊覆盖场景,如高铁、航道、海上平台等需要建设通信网络以提高用户的感知度及满意度,而这些区域通常也是网络的薄弱环节,传统的宏站建设不仅投资巨大,而且困难重重,ICS数字直放站以其独特的技术特性,成为低成本、快速解决特殊覆盖场景的最佳选择。
关键词:ICS;直放站;覆盖
中图分类号:TN929 文献标识码:A 文章编号:1007-9599 (2012) 13-0000-02
一、前言
随着技术的发展,通信网络已经延伸到了许多特殊覆盖场景,如高铁、港口、航道、海上钻井平台等,而这些场景往往是通信网络的薄弱环节,是网络故障、投诉频出的区域。直放站作为宏基站覆盖的延伸,一般在需要快速解决的弱覆盖投诉区域建设使用,但由于特殊场景本身的位置和覆盖要求特殊,依靠传统的办法不能很好解决,ICS直放站由于本身所具有的高增益、高功率、高稳定性和易维护的特性,不仅能够提高用户的感知,更能充分体现运营商的全面领先竞争对手的宗旨。
二、ICS直放站工作原理
目前各运营商使用的直放站有以下几种:无线宽带直放站、无线移频直放站、光纤宽带直放站和数字光纤直放站(GRRU)等,无线直放站对系统隔离度要求较高,一般要求大于DB,发射与接收天线间隔最小要大于15米,安装位置稍有不当便会产生自激干扰,使信号失真严重,甚至会烧坏功放。移频直放站安装简单方便,但需要占用其他频点,在城区等频率紧张的地区无法使用,而且长距离使用衰耗严重。光纤直放站以及GRRU的输出信号非常稳定,目前应用最为广泛,但需要配套投资传输线路,物业协调时间长,投资巨大。
直放站的干扰主要是从直放站的施主天线引入的非基站覆盖信号,包括直放站重发天线直接反馈的信号以及附近建筑、林木、车辆等反馈的多径干扰信号。由于同频和干扰变化等原因,常规滤波装置无法很好的完成干扰滤除,为了保证直放站的输出质量并有效避免自激产生,必须严格控制直放站的增益,使其增益小于天线隔离度15DB,对安装和优化提出了很高的要求。
ICS(Interference Cancellation System的缩写)直放站采用数字处理技术,采用自适应反馈干扰抵消模块,自动跟踪检测泄露通道环路的传输特性,在直放站内部构造出与通过泄露通道输入的干扰信号一样的镜像信号,从混有干扰的输入信号中减去镜像信号,实现了干扰信号与有用信号的分离,从而达到了将干扰信号消除的目的。使用ICS直放站能有效防止自激,在相同条件下,增益进一步获得提升,覆盖效果更佳。
ICS模块集成了上下行低噪放,上下行选频,以及中频数字处理单元等元件,反馈抵消作用主要是通过基于FPGA数字处理平台,以及多径信道估计算法,最匹配地估计出多径信道干扰值,自适应滤波器能有效地在未知环境中跟踪时时变化的输入信号,滤除干扰增加隔离度,使输出更加干净。
基于软件无线电技术的自适应干扰评估计算法是ICS直放站关键的核心技术,反馈抵消模块和自适应滤波器保证了其在同频的情况下通过比对输入/输出信号的差异,根据差异的特性来消除反馈的自激信号,自激消除度大于30DB。
三、ICS直放站应用特点
和模拟直放站相比,有ICS功能的数字直放站能更好地适用多频点、多制式、宽带等要求,具有以下优点:
1.不需要对端使用,不占用光纤资源,而且同频使用,节约了频率资源,由于设备本身模块化的设计,设备运行更加稳定,降低了硬件故障发生的概率。
2.由于具有消除干扰的特性,隔离度要求降低,施主和重发天线间隔大大缩小,有电源接入条件即可,安装维护更加简单,同时降低了物业协调的难度。
3.在相同隔离度条件下,输出增益更大,覆盖效果更佳,ICS即使反馈干扰信号比基站信号大的情况下,仍然能够保证覆盖信号质量;系统工作在高增益状态下,即使极微弱的信号也能够得到放大。
它的这些特点可以广泛应用于城区高频率高干扰的话务密集区、乡村光缆线路无法延伸的弱覆盖区域、以及其他一些对隔离度要求较高的场合,也是目前替换移频直放站解决高铁调度干扰问题的重要手段,适用性极强。
四、海上平台应用实例
洛克石油赵东平台位于渤海湾黄骅港近海,是大港油田和澳大利亚洛克石油公司合作开发的海上石油作业平台,年产量近百万吨,是渤海湾最大的石油平台之一。平台上常年驻守员工150余名,其中大部分为外籍职工。由于赵东平台位于渤海湾内,陆地对平台呈半包围状,天津、河北、山东多地手机信号在平台上交汇,造成平台上手机信号同频、临频干扰严重,手机无法正常通话。另外由于平台建筑均为钢结构,对电波产生屏蔽,室内更是无法接收到手机信号。
平台距离最近基站为9.8km,远大于3km,信号衰减明显,通话质差严重。同时,由于海平面对信号的反射作用使得能够接收到较远处的基站信号,实测能接收到附近约7个基站的信号,导致了信号切换频繁且失败较多。平台生活区内部测试信号场强低于-90dBm的采样点占65%、低于-75dBm的采样点占90%,室内信号覆盖很差,靠近窗户区域通话质量很差,生活区深处信号脱网。平台室内(除窗户外)的衰减损耗最小为21dB,最大为28dB,信号经过钢结构后均小于-90dBm,无法保证通话要求,证明信号无法穿透钢板结构。
钻井平台生活区内部有弱电井道、通信机房以及楼顶走线的资源,生活区上具有架设直放站设备的硬件设施。传统的直放站无法解决海上平台的覆盖问题,因此选用ICS直放站加室分的解决方案,为保证安装成功,提前选取无线环境较为相似的陆地场景模拟海上平台的情形进行试验,使用ICS直放站放大并对弱信号进行锁频,成功将功放设备开通,试验结果证明可以在信号杂乱的情况开通设备。
ICS智能数字无线选频设备采用数字滤波的方式,具有很高的抗干扰性能,并且能够进行锁频,有效抵消了信号杂乱带来的影响。在平台上寻找较坚固的地方并且风力较小的地方,面向陆地接收基站的方向安装八木天线,通过功放设备连接至室内的天线和馈线。在室内的走廊两端安装板状天线组成天馈系统,定向板状天线具有优异的方向性,从而使信号可以良好覆盖整个走廊。布放室内的板状天线前,在室外强度为-75dBm的信号传入室内的强度约为-97dBm,损耗为22dB;安装板状天线后,室外强度为-75dBm的信号通过天馈系统传入室内强度约为-86dBm,损耗为11dB。安装天线后信号比原来提升了约11dB。
八木天线具有良好的方向性和较高的增益效果,并且风阻很小,铝制的结构适合海上的强腐蚀环境,可以通过接收、放大陆地基站的信号解决因为距离原因而导致信号弱的问题。同时,由于ICS智能数字无线选频系统采用数字滤波的方式,具有很高的抗干扰性能,有效抵消了信号杂乱带来的影响,覆盖效果显著。
海上平台生活区室内楼道内信号电平值都>=﹣75dbm,信号覆盖率达到了97%,超过了制定的预期目标95%。而且大部分都集中在﹣55dbm以上,信号质量良好。
话音质量指标基本集中在0至3级(语音质量在0-5级不会影响正常通话,其中0级为最优)之间,而且0级和1级的比例达到了90%左右,完全能够保证用户通话感知需求。
五、结论
ICS技术解决了海上平台生活区室内移动用户的通话问题,信源小区日平均话务量由22.1爱尔兰增加到了41.6爱尔兰,国际长途电话业务也有所增长,为运营商带来了客观的经济效益。
ICS本身具有的消除干扰特性得到了实际验证,为距离陆地较远、干扰严重、信号杂乱的覆盖场景提供了可行的解决方案,而且设备工作稳定维护量小,为今后解决航道、港口、清淤平台等场景的信号覆盖提供了技术支撑。
参考文献:
[1]方勇,罗俊平,熊冰.ICS数字直放站的应用[J].电信技术,2007,12
[2]薛荣辉.ICS直放站应用[J].机械与电子,2010,23
关键词:ICS;直放站;覆盖
中图分类号:TN929 文献标识码:A 文章编号:1007-9599 (2012) 13-0000-02
一、前言
随着技术的发展,通信网络已经延伸到了许多特殊覆盖场景,如高铁、港口、航道、海上钻井平台等,而这些场景往往是通信网络的薄弱环节,是网络故障、投诉频出的区域。直放站作为宏基站覆盖的延伸,一般在需要快速解决的弱覆盖投诉区域建设使用,但由于特殊场景本身的位置和覆盖要求特殊,依靠传统的办法不能很好解决,ICS直放站由于本身所具有的高增益、高功率、高稳定性和易维护的特性,不仅能够提高用户的感知,更能充分体现运营商的全面领先竞争对手的宗旨。
二、ICS直放站工作原理
目前各运营商使用的直放站有以下几种:无线宽带直放站、无线移频直放站、光纤宽带直放站和数字光纤直放站(GRRU)等,无线直放站对系统隔离度要求较高,一般要求大于DB,发射与接收天线间隔最小要大于15米,安装位置稍有不当便会产生自激干扰,使信号失真严重,甚至会烧坏功放。移频直放站安装简单方便,但需要占用其他频点,在城区等频率紧张的地区无法使用,而且长距离使用衰耗严重。光纤直放站以及GRRU的输出信号非常稳定,目前应用最为广泛,但需要配套投资传输线路,物业协调时间长,投资巨大。
直放站的干扰主要是从直放站的施主天线引入的非基站覆盖信号,包括直放站重发天线直接反馈的信号以及附近建筑、林木、车辆等反馈的多径干扰信号。由于同频和干扰变化等原因,常规滤波装置无法很好的完成干扰滤除,为了保证直放站的输出质量并有效避免自激产生,必须严格控制直放站的增益,使其增益小于天线隔离度15DB,对安装和优化提出了很高的要求。
ICS(Interference Cancellation System的缩写)直放站采用数字处理技术,采用自适应反馈干扰抵消模块,自动跟踪检测泄露通道环路的传输特性,在直放站内部构造出与通过泄露通道输入的干扰信号一样的镜像信号,从混有干扰的输入信号中减去镜像信号,实现了干扰信号与有用信号的分离,从而达到了将干扰信号消除的目的。使用ICS直放站能有效防止自激,在相同条件下,增益进一步获得提升,覆盖效果更佳。
ICS模块集成了上下行低噪放,上下行选频,以及中频数字处理单元等元件,反馈抵消作用主要是通过基于FPGA数字处理平台,以及多径信道估计算法,最匹配地估计出多径信道干扰值,自适应滤波器能有效地在未知环境中跟踪时时变化的输入信号,滤除干扰增加隔离度,使输出更加干净。
基于软件无线电技术的自适应干扰评估计算法是ICS直放站关键的核心技术,反馈抵消模块和自适应滤波器保证了其在同频的情况下通过比对输入/输出信号的差异,根据差异的特性来消除反馈的自激信号,自激消除度大于30DB。
三、ICS直放站应用特点
和模拟直放站相比,有ICS功能的数字直放站能更好地适用多频点、多制式、宽带等要求,具有以下优点:
1.不需要对端使用,不占用光纤资源,而且同频使用,节约了频率资源,由于设备本身模块化的设计,设备运行更加稳定,降低了硬件故障发生的概率。
2.由于具有消除干扰的特性,隔离度要求降低,施主和重发天线间隔大大缩小,有电源接入条件即可,安装维护更加简单,同时降低了物业协调的难度。
3.在相同隔离度条件下,输出增益更大,覆盖效果更佳,ICS即使反馈干扰信号比基站信号大的情况下,仍然能够保证覆盖信号质量;系统工作在高增益状态下,即使极微弱的信号也能够得到放大。
它的这些特点可以广泛应用于城区高频率高干扰的话务密集区、乡村光缆线路无法延伸的弱覆盖区域、以及其他一些对隔离度要求较高的场合,也是目前替换移频直放站解决高铁调度干扰问题的重要手段,适用性极强。
四、海上平台应用实例
洛克石油赵东平台位于渤海湾黄骅港近海,是大港油田和澳大利亚洛克石油公司合作开发的海上石油作业平台,年产量近百万吨,是渤海湾最大的石油平台之一。平台上常年驻守员工150余名,其中大部分为外籍职工。由于赵东平台位于渤海湾内,陆地对平台呈半包围状,天津、河北、山东多地手机信号在平台上交汇,造成平台上手机信号同频、临频干扰严重,手机无法正常通话。另外由于平台建筑均为钢结构,对电波产生屏蔽,室内更是无法接收到手机信号。
平台距离最近基站为9.8km,远大于3km,信号衰减明显,通话质差严重。同时,由于海平面对信号的反射作用使得能够接收到较远处的基站信号,实测能接收到附近约7个基站的信号,导致了信号切换频繁且失败较多。平台生活区内部测试信号场强低于-90dBm的采样点占65%、低于-75dBm的采样点占90%,室内信号覆盖很差,靠近窗户区域通话质量很差,生活区深处信号脱网。平台室内(除窗户外)的衰减损耗最小为21dB,最大为28dB,信号经过钢结构后均小于-90dBm,无法保证通话要求,证明信号无法穿透钢板结构。
钻井平台生活区内部有弱电井道、通信机房以及楼顶走线的资源,生活区上具有架设直放站设备的硬件设施。传统的直放站无法解决海上平台的覆盖问题,因此选用ICS直放站加室分的解决方案,为保证安装成功,提前选取无线环境较为相似的陆地场景模拟海上平台的情形进行试验,使用ICS直放站放大并对弱信号进行锁频,成功将功放设备开通,试验结果证明可以在信号杂乱的情况开通设备。
ICS智能数字无线选频设备采用数字滤波的方式,具有很高的抗干扰性能,并且能够进行锁频,有效抵消了信号杂乱带来的影响。在平台上寻找较坚固的地方并且风力较小的地方,面向陆地接收基站的方向安装八木天线,通过功放设备连接至室内的天线和馈线。在室内的走廊两端安装板状天线组成天馈系统,定向板状天线具有优异的方向性,从而使信号可以良好覆盖整个走廊。布放室内的板状天线前,在室外强度为-75dBm的信号传入室内的强度约为-97dBm,损耗为22dB;安装板状天线后,室外强度为-75dBm的信号通过天馈系统传入室内强度约为-86dBm,损耗为11dB。安装天线后信号比原来提升了约11dB。
八木天线具有良好的方向性和较高的增益效果,并且风阻很小,铝制的结构适合海上的强腐蚀环境,可以通过接收、放大陆地基站的信号解决因为距离原因而导致信号弱的问题。同时,由于ICS智能数字无线选频系统采用数字滤波的方式,具有很高的抗干扰性能,有效抵消了信号杂乱带来的影响,覆盖效果显著。
海上平台生活区室内楼道内信号电平值都>=﹣75dbm,信号覆盖率达到了97%,超过了制定的预期目标95%。而且大部分都集中在﹣55dbm以上,信号质量良好。
话音质量指标基本集中在0至3级(语音质量在0-5级不会影响正常通话,其中0级为最优)之间,而且0级和1级的比例达到了90%左右,完全能够保证用户通话感知需求。
五、结论
ICS技术解决了海上平台生活区室内移动用户的通话问题,信源小区日平均话务量由22.1爱尔兰增加到了41.6爱尔兰,国际长途电话业务也有所增长,为运营商带来了客观的经济效益。
ICS本身具有的消除干扰特性得到了实际验证,为距离陆地较远、干扰严重、信号杂乱的覆盖场景提供了可行的解决方案,而且设备工作稳定维护量小,为今后解决航道、港口、清淤平台等场景的信号覆盖提供了技术支撑。
参考文献:
[1]方勇,罗俊平,熊冰.ICS数字直放站的应用[J].电信技术,2007,12
[2]薛荣辉.ICS直放站应用[J].机械与电子,2010,23