黄　铭　童　鑫

　　[摘要]:本文介绍了采用中继转发技术实现GSM无线网延伸的原理及其应用，并讨论了该技术存在的问题及解决。

　　[关键词]:GSM　无线网　中继转发

1　引言

　　云南省邮电局1996年开始投资建设GSM无线网，到目前为止已有数百套Nokia基站设备投入运行，用户超过26万。1997年，国内移动电话基站19 226个，用户2 394万，基站设备和网络用户数量都呈现超常规膨胀趋势。GSM无线网属于小区制，大中城市投资基站可增加网络覆盖范围，扩大单位面积用户数量，乡镇可通过中继转发系统（或称直放站）延伸无线网覆盖范围，共享基站资源。一套基站综合投资100万元左右（包括基站设备、铁塔、电源及空调等），而一套光中继转发系统仅20多万元，射频中继转发系统10多万元。可见，合理使用中继转发系统，可延伸网络覆盖范围，降低整个网络的投资。

　　下面先介绍中继转发系统的原理，然后结合工程实例讨论该技术存在的问题及解决。

2　中继转发系统的原理

　　中继转发系统分为射频中继转发系统和光中继转发系统两大类。在射频中继转发系统中，基站（BS）发射下行信号进入接收天线，经放大后由覆盖端天线向用户方向辐射，移动台（MS）即可接收到下行信号。相反，移动台发射的上行信号进入覆盖端天线，经放大后由面对基站的天线向基站方向辐射，基站即可接收到上行信号。

　　在光中继转发系统中，中继端下行信号进入RF收发单元，经放大后在光发送单元（工作在1．55 μm窗口）中完成调制过程，随后光信号经波分复用器进入光缆，在光信号抵达覆盖端后，经解复用器分离出1．55 μm波长的光，此光信号在光收单元中完成解调过程，恢复成下行电信号，此电信号进入RF单元放大后，经天线向覆盖方向辐射。上行信号的处理过程与之相似。

图1　射频中继转发系统收发天线间的耦合

图2　光中继转发系统的结构图

3　中继转发技术存在的问题

　　（1）自激问题

　　图1是射频中继转发系统收发天线间的耦合情况示意，天线A、B间的耦合过程是：

P_t＝P_r＋G_A－L_A＋G＋G_R－L_R

P′_r＝P_t＋G′_B－L_W－L₀＋G′_A

P′_r＝P_r＋（G_A＋G′_A）＋（G_B＋G′_B）－（L_A＋L_B）＋G－L_W－L₀

P_r－P′_r＝L_W＋L₀＋（L_A＋L_B）－G－（G_A＋G′_A）－（G_B＋G′_B）

不发生自激的条件是：Pr－P′r＞0。

　　上式中：P_r是接收基站的信号电平，G_A、G_B分别是A、B天线的增益，G是射频中继转发系统的增益，G′_A、G′_B分别是A、B天线的背向增益，L_A、L_B分别是A、B天线间的馈线损耗，L_W是障碍物损耗，L₀是A、B天线间的自由空间损耗，P′_r是天线B耦合到天线A的电平。计算表明：为保证覆盖方向场强最大（Pt最大），应加大障碍物损耗LW，减小收发天线间的耦合GA和GB，并增强接收信号电平Pr。Pr≥50 dBm时，可很容易地在保证覆盖的前提下防止自激。

　　（2）光传输问题

　　光中继转发系统的光路图如图2所示。

　　未加波分复用器时，尾纤直接接入光传输设备（1．31 μm窗口）；加上波分复用器后，增加了波分复用器的插入损耗（1 dBm）和光纤连接法兰的损耗（1 dBm），这些附加损耗累计6 dBm（波分复用器2个、法兰4个）。如果原光传输系统的余量不足，复用上光中继转发系统后，可能引起传输告警。例如，在弥勒县锁龙寺光中继转发系统中，1．31 μm光发射功率为－20．2 dBm，光接收机灵敏度为－36 dBm，光路距离为18．5 km，光损耗为8．2 dB。未安装光中继转发系统时，光路余量7．6 dB；安装光中继转发系统后，光路余量1．6 dB，多次发生光路告警。

　　（3）基站阻塞问题

　　中继转发系统具有投资小、施工快等优点。但它是以牺牲无线网信噪比为代价的。GSM基站或移动台射频输出调制频谱要求信噪比S/N达60 dB （相对载频的频移200 kHz）。在保证覆盖效果的前提下，中继转发系统信噪比S/N为25 dB（频移200 kHz）就算是效果良好，我们在泸西县、元阳县遇到基站阻塞问题都是由于上行交调和噪声太大引起的。

　　（4）传输距离限制问题

　　射频中继转发技术要求设备安装点对基站和覆盖端都视通，这将导致选点困难。光中继转发技术仅适用于光路距离小于23．5 km以内的范围，这限制了该技术在广大农村的大量使用。下面对影响光路距离及覆盖范围的因素进行分析。

图3　AB序列的比特分配

图3示出了GSM用于控制信道的接入突发序列AB，AB序列用于上行方向，在RACH信道上传送，用于移动用户向基站提出入网申请。由图3可见，AB序列的保护比特是68．25 bit，因为1 bit持续区是3．68 μs，所以AB序列的保护时间为：3．68×68．25＝251．16 μs ，移动台到基站的最大理论距离为：(251．16×10 ×3×10)/2＝37．74 km，扣除BS基站MS部分的延时（9．1 μs），实际MS与BS间的最大距离为35 km，最大允许时延为242．06 μs。对于光中继转发系统，假设RF单元的延时为τ_RF，中继端到BS的延时为τ_BS，光单元延时为τ₀，光纤中光传输延时为τ，覆盖端到MS的延时τ_MS。以石屏县新城为例，该工程没有开通，光路距离为26．5 km，则τ_MS＝0，τ＝88．33 μs，（τ_RF＋τ0）≤14．7 μs。由此可见，要延长光路距离，必须减小光单元及RF单元的延时，设备延时每减小1 μs，可延长光路0．6 km。如果要求覆盖端服务半径为3 km左右，光路距离必须小于23．5 km。

4　结束语

　　本文讨论了中继转发技术存在的问题及解决。特别值得强调的是，射频中继转发系统因引入时延小，基站和覆盖端信号重叠区能无缝覆盖（泸西县）。光中继转发系统因引入时延大，基站和覆盖端信号重叠区不能无缝覆盖（石屏县宝秀镇）。

　　本文得到广州京信系统有限公司，红河州邮电系统李毓敏先生、李海明先生、李少林先生、万荣华先生、罗义先生及陈鹏先生的支持，特此致谢。

参　考　文　献

1　王建宙．面向21世纪的中国电信发展．电信科学，1998，（3）

2　广州京信通信系统厂产品说明书，1997，10
3    杨留清等．数字移动通信系统．北京：人民邮出版社，1995

本文选自《电信科学》1998.9