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基站延伸系统高话务覆盖效果浅析

摘要：本文主要针对广州地区高话务区试用基站延伸系统的效果进行分析，。
关键词：基站延伸系统高话务区效果分析

基站延伸系统是在现有基站上加装的一种设备，它主要对下行信号进行功率放大至80W以上；对上行信号则通过加装普通塔顶放大器，以弥补馈线损耗带来的灵敏度下降，从而在一定程度上达到基站信号覆盖延伸的效果。
一、系统原理
基站延伸系统采用大功率微波技术，以增大基站功率输出，最大输出功率可达200W，约53dBm，经过高增益天线发射，可比基站正常输出增大10 dBm左右，因而可有效提高下行信号的覆盖范围；该系统在基站上行支路上配置具有12dB增益和1.6dB典型噪声系统的塔顶放大器，以达到上、下行信号的平衡，并提高系统的灵敏度，以达到基站信号的有效延伸。
该系统现可对单载频、两载频、四载频三种配置了CDU A/C+ 型的基站进行放大。
目前广州地区试点均选取两载频的基站延伸系统，即在原基站基础上加装或抽取二个载波，增开第四小区，将该小区设置为第三层伞形小区来覆盖，利用其大功率、强穿透的特点，来解决密集居民区的弱信号区和信号盲区。
两载频基站延伸系统简要结构图如下：


二、广州地区试点情况总体介绍
1、四个试点基本情况：目前在广州地区进行了四个不同地理环境、不同覆盖区域等情况的高话务试点站，具体如下：
广州碧桂园基站：属高话务区，基站原配置为7+6+5，位于花园小区北部外围（稍高于覆盖楼层），第二、三小区主要覆盖大型的花园小区（广州碧桂园），其楼宇比较密集，信号经过楼宇的层层阻挡后，小区室内信号偏弱，许多区域信号电平低于-94dBm，用户无法正常通话，投诉普遍。
增城大墩基站：属高话务区，基站位于新塘镇大墩村村委4楼天面，天线高度有35 米，规模是6+6+4，第一、二小区主要覆盖大墩村内的密集厂区（覆盖区域明显低于基站天线位置）；该村内有大量的牛仔服厂区，建筑密集，都是墙挨墙的房屋。因此，基站信号只能覆盖外围的街道，绝大部分厂房内信号覆盖不好（包括不到80米的第二排厂房），同时经常收到东莞漫游信号，是投诉热点地区。
番禺大山基站：属高话务区，基站位于星河湾西边的一栋民楼七楼（高度基本平行于覆盖外围楼宇），原有配置为4/4/6，第一小区主要覆盖星河湾大型花园小区，楼体遮挡严重，该区域居民楼一楼房间内存在信号弱问题，地下停车场、电梯内大部分没有信号，投诉普遍。
番禺南村新局基站：属话务量中等地区，基站原有配置为6/3/4。基站第三小区覆盖南梅山村（稍高于覆盖范围），但梅山村前有一座小山遮挡，因而在村里聚星巷三巷等部分区域内信号在-97dBm，室内无法正常通话；此村庄原已建有一室外直放站，但因村庄规模较大，住房密集，覆盖效果仍不太理想。
2、总体效果总结：在信号覆盖的范围上有一定的覆盖延伸效果；但作为一种高功率设备，其厂家开发的设备本身对安装条件和环境要求颇高；当应用于高话务地区时，在网络质量上需做出一定的牺牲。具体情况如下：
1)延伸系统利用了原有的基站机房以及基站设备，相对降低了投资成本。
2)在信号覆盖的范围上有一定的延伸效果：信号覆盖有一定的加强，信号比原来可以增加5~10dBm左右，使原覆盖不良的区域得到改善，从而缓解了一定的用户投诉。
3)安装要求较高：银波达公司的基站延伸覆盖系统较为笨重，要求安装高增益（厂家要求在15dB以上）、单极化天线（每个载波需要二副单极化天线），基站CDU类型必须为A型或C型，因此需要更换基站设备和增加天线；同时需要确保满足现有基站天线空间隔离度30dB的要求（由试点经验而得，厂家设计并未要求），这对于有限的基站铁塔或天面，难度都比较高。
4)由于试点地区均属于高话务区，因此建议采用第四小区的方式，配备两个载波；无线参数上，小区层采用第三层低优先级，拥塞情况仍较为严重；番禺有一试点曾采用UL/OL子小区结构进行试验，但效果较差，证明不适宜采用UL-OL子小区结构。
5)慎重选择基站位置、高度与覆盖区域：现有网络基站和覆盖区域已基本确定，因此在选择时需注意基站应位于覆盖区域一角，且基站相对于覆盖区域要有一定的高度，在牺牲一定网络质量指标的基础上，信号延伸的效果方能体现的相对较好些。
6)上行信号干扰比较严重：在高话务地区，频率复用频繁，难于提供一个非常纯净的频点；而且上行增加塔放可以弥补因馈线损耗带来的灵敏度下降,对上行是有一定好处的(并没有12dB的好处),但有可能由于延伸系统的天线覆盖较远,覆盖了不该覆盖的地方,会带来少量程度的同频或邻频干扰，因此系统很难有效解决上行信号的干扰问题。
7)指标变化：原小区各项指标变化基本不大，但话务量有所下降；第四小区的拥塞严重，掉话率比较高，信令接通率偏低，且话音信道接通率在90%左右；其中一个试点出现基站总体话务量减少的情况；因此，安装后基站指标不太好控制，而且需要牺牲某些网络质量指标。
8)高掉话率问题：安装基站延伸系统后，各试验站点反映出共性的问题是掉话率升高。从该技术的理论上并结合实际综合分析其原因，预计是由于下行信号放大，在一定程度上加大了覆盖范围，而上行增加的塔放弥补了因馈线损耗带来的灵敏度下降,对上行也有一定的好处，但是在小区覆盖边界地带，其上行信号仍没有达到足以支持通话的要求，从而上下行信号不匹配严重而掉话（尤其是慢速移动时掉话更严重），信令接通率偏低也能从一方面说明此问题，因此该系统在高话务区（一般手机慢速移动居多）从理论上很难有效解决高掉话问题。

三、广州高话务区试点效果详细分析
大墩基站和广州碧桂园延伸系统采用银波达公司的第一代产品GBA300-200-2CH功放设备，而番禺大山基站和南村新局则采用了厂家第二代产品。第二代产品与第一代的不同之处有：
改变了旁路方式。
塔顶放大器改为单向塔放方式。
功放改为两路合成。
TX OUT输出端增加下行带通滤波器，对功率放大器的杂散起到了抑制作用。
采用新的旁通开关，达到下行旁路的目的。

1、大墩基站延伸覆盖系统效果分析：
1)开通后对指标的影响
话音信道：
小区　可用信道话务量每线话务话音接通率拥塞率TCH掉话率(含切换）TCH掉话率(不含切换）掉话数切换成功率话务掉话比
cell1安装前4424.270.5599.0500.20.28697.82242.69
4421.230.4899.400.40.551098.44127.37
安装后4419.510.4498.7400.360.5993.48130.07
优化后4417.050.3997.9800.380.56896.85127.88
cell2安装前4433.970.7792.366.830.290.361196.68185.32
安装后4426.430.699.180.030.280.34889.51198.25
优化后4429.050.6697.11.160.270.34995.47193.69
cell3安装前284.810.1797.400.330.87297.79144.17
283.420.1297.4900.792.09496.6551.33
安装后214.070.1999.0500.190.51196.32244
优化后213.140.1597.500.71.65396.8162.89
cell4安装后133.610.2865.8908.1913.985374.824.09
优化后133.040.2393.1700.941.79689.3930.44
从表中可见：第四小区开通话后，大墩基站第一、二小区的话务有所下降。但第四小区掉话率很高，话音信道接通率在70%左右，话音信道接通率、掉话率和话务掉话比严重不达标。经分析掉话多是弱信号掉话，通过调整MSTXPWR等参数，掉话数控制在10个以内；同时，通过均衡附近小区的话务，调整切换门限、TALIM、ACCMIN、BSRXMIN等参数，话音信道接通率可以提高到90%以上。
控制信道：开通前后，一、二、三小区的指标变化都不大，但第四小区的信令接通率只达到85%左右，在交换上发现，第四小区的上行干扰级别较高，更换频点后没有改善，应是系统的大功率放大器引入的干扰噪声。
控制信道（23/09/2002）小区可用信道CCH话务信令接通率掉话率拥塞率
cell1233.3897.90.240
Cell2236.5997.040.390
Cell 3150.3696.731.010
Cell 4154.7382.815.070
2)扩容后对指标的影响：由于大墩一、二、四小区经常拥塞，在2003年四月底对大墩一、二小区进行了扩容。扩容后，三个小区的TCH每线话务量都有所下降，基本上没有拥塞；但控制信道接通率仍然偏低，无论话务量下降多少，该项指标都无法提高。
小区　可用信道TCH话务量每线话务话音接通率拥塞率TCH掉话率(含切换）TCH掉话率(不含切换）掉话数切换成功率话务掉话比
cell1扩容前449.580.2298.6400.380.52696.3195.83
扩容后519.840.1998.7900.370.54696.8398.36
低话务511.990.0498.94000097.87　
cell2扩容前4323.260.5499.4600.240.29795.77199.4
扩容后5120.550.499.300.220.29695.82205.47
低话务512.860.0699.400.40.5296.2485.67
cell3扩容前215.280.2597.0300.260.64296.87158.33
扩容后214.730.2396.9300.260.57296.42141.83
低话务212.080.198.7100.440.88198.08124.83
cell4扩容前133.50.2795.740.80.831.68690.935.03
扩容后133.230.2595.2900.460.97393.764.67
低话务130.810.0699.38000097.41　
话音信道：

控制信道：扩容前的无线指标：
小区　可用信道CCH话务信令接通率拥塞率掉话率
cell1扩容前233.0396.0700.3
扩容后313.0697.3800.4
低话务311.3197.1300.51
cell2扩容前317.5396.6500.81
扩容后316.595.8100.87
低话务312.1297.5100.42
cell3扩容前150.7494.3700.48
扩容后150.7496.0900.43
低话务150.4297.2300.35
cell4扩容前157.8380.432.221.95
扩容后155.0283.3801.65
低话务151.638800.92
在低话务时段，第四小区的信令接通率仍然不超过90%，分析其原因，主要有两方面：第一个是引入的外来干扰，该延伸系统所配的塔放没有有效的带外抑制功能，预计引入了附件联通基站的干扰；第二预计是由于第一、第二小区与第四小区频繁进行小区重选和切换，增加了信令信道上的开销所造成。
3)开通后用户的反映：大墩基站延伸覆盖系统开通后，增城网优人员到现场做过路测和拔测，发现信号覆盖有较大的加强，室内信号比原来增加了10dBm以上，使原覆盖不良的区域得到改善，通话质量都能接受，用户反映信号比原来好多了。但在交换上统计发现，第四小区开通后，信道的上行干扰级别较高，更换频点都没有改善。

2、广州碧桂园基站延伸覆盖系统效果分析
碧桂园基站是在第二小区6个载波的基础上增加2个载波，单独作为第四小区以覆盖广州碧桂园东南区域。开通后楼盘内室内大部分弱信号区域得到改善，信号电平可达到-95dBm以上。指标情况如下：
话音信道统计（安装后）：
小区可用信道话务量每线话务量话音接通率掉话率话务掉话比拥塞率
cell24412.340.2898.360.32185.120
12.220.2898.460.23244.390
10.340.2497.520.08620.50
10.180.2398.920.08610.860
cell4142.170.1696.590.3765.250
1.690.1295.711.0720.270
1.770.1391.062.718.180
1.790.1395.171.4215.30
信令信道统计（安装后）：
小区S可用信道S话务量信令接通率S拥塞率S掉话率
cell2231.3595.9900.4
1.3694.7200.32
1.3295.0200.33
1.495.200.13
cell471.0196.6700.42
0.9797.2400.16
1.0397.9900.89
0.9897.6800.25

3、大山基站延伸覆盖系统效果分析
大山基站是在第一小区6个载波的基础上增加2个载波，单独作为第四小区以覆盖星河湾花园的地下车场、电梯。开通后，在无遮挡的基站附近，信号电平较强达到-26dBm，区内一、二楼的弱信号区域，信号都得到加强。但因楼体的阻挡，信号衰减得很快，在部分密封的地下车库、楼梯角、电梯箱内仍然是网络盲区或弱区，无网络覆盖。
话音信道统计方面：
小区　可用信道话务量每线话务量拥塞率话音接通率掉话率话务掉话比
cell1安装前4122.260.540.0798.750.27166.92
22.70.550.5298.350.33136.2
18.660.46099.060.24186.56
安装后12.270.3096.510.26184.08
12.080.29098.730.06724.67
10.310.25098.320.08618.83
11.510.28098.380.07690.5
cell2安装后134.950.389.0986.090.929.7
4.530.354.189.40.927.17
4.390.342.5787.421.2621.96
4.280.333.0490.290.5351.37
安装前第一小区的话务量约为20ERL，安装后第四小区与第一小区的话务总和为16ERL(忙时)， 比原来覆盖区域的话务量反而减少了4个ERL，估计是安装第四小区时，在同一方向必须增加5幅天线，由于铁塔位置有限，需调整第一小区的天线安装位置，从而改变了第一小区的覆盖区域。
第四小区只有2个载波13话音信道，因此比较拥塞，导致了话音接通率较低，只有90%左右，同时掉话率也比较高。而第一小区在安装前后基本正常，没有受到影响。
信令信道统计方面：
CELL　S可用信道S完好率S话务量信令接通率S拥塞率S掉话率
小区1安装前471005.1893.2200.25
471005.792.9700.39
471005.5893.6400.3
471005.3992.6900.39
安装后471001.2595.7600.68
471001.3796.5800.52
471001.4295.3400.14
471001.2996.9300.38
小区4安装后151004.3494.800.87
151003.9295.0900.46
151004.0294.2900.85
15100394.2500.79
信令信道的接通率比较正常，保持在94%以上，掉话率则相对较高。

4、南村新局基站延伸覆盖系统效果分析
在第三小区4个载波的基础上增加2个载波，单独作为第四小区以覆盖梅山村庄。开通后村内的大部分弱信号区域得到改善，除极小部区域电平在-90dBm外，其余可保持在-85dBm以上。
话音信道统计方面：
CELL可用信道数话务量拥塞率话音接通率掉话率话务掉话比
小区3安装前2813.04099.190.27260.72
2812.49099.250.09749.5
2813.460.1798.350.42161.57
安装后2312.247.8790.910.28183.62
2310.510.996.190.47105.08
2714.020.1291.90.2280.5
小区4安装后134.072.7990.890.8127.13
133.747.1181.041.4614.96
134.026.3786.911.2316.08
安装前第三小区的话务量约为13ERL，安装第四小区后，第四小区与第三小区的话务总和为16ERL(忙时)， 比原话务量增加了3个ERL。由于基站延伸系统的第四小区只有2个载波13话音信道，因此比较拥塞，导致了话音接通率较低，只有90%左右，同时掉话率也比较高。而第三小区在安装前后基本正常，受到影响不大。
信令统计方面：
CELLS可用信道S话务量信令接通率S拥塞率S掉话率
小区3安装前233.0298.0900.23
233.2496.600.12
安装后312.4592.3300.49
311.2689.0901.3
小区4安装后155.8494.520.090.73
1511.6670.7621.041.28
1510.579.9912.251.61
信令信道的接通率及掉话率在话务量不高时，相对正常，当话务较高出现拥塞时，接通率及掉话率都比较差，但因信令信道经配置到最大，只能通过调整小区参数进行微调，从而降低信令话务。

5、干扰情况分析
基站监控中把空闲信道分为5个级别，级别赿低，受到干扰的程度赿小，因此用户的申请该尽占用ICM1这一组，通过对空闲信道测量的统计，可以反映上行信号受到干扰的程度。如下是几个基站延伸系统小区的空闲信道测量统计。
CELLICM1ICM2ICM3ICM4ICM5
小区1安装前54524100
安装后8924649320
小区4安装后0142637970
从上表中可见，延伸小区上行空闲信道测试值整体被抬高，这是由于：上行加装塔顶放大器后，塔放在放大有用信号的同时也将固有热噪声信号放大，但这并不影响上行链路的接收灵敏度。另，由于延伸小区覆盖较远，而且在高话务地区频率复用频繁，难于提供一个纯净的频点，会引入一定的同频或邻频干扰。
6、小区数据的优化试验
基站延伸系统除了信号容易受到干扰外，另一个重点是解决拥塞问题。由于延伸系统小区比正常小区信号高出10dBm，夺占了大量话务，但容量较小，通常仅2个载波，将小区定义为第三层，仍避免不了拥塞现象。为此，尝试应用UL/OL的子小区结构，即将延伸系统不单独定义为一个小区，而是与其同向的小区合并，定义为UL/OL的子小区结构；同时把基站载波进行分组，经延伸系统放大的载波定义为UL子小区，未经放大的载波定义为OL子小区。用户起呼时先占用UL子小区信道，当UL的空闲信道占用率低于某一水平，或者信号电平满足OL子小区时，将切换到OL子小区。
经改为UL/OL子小区结构数据后，拥塞现象有一定改善。但由于用户首先在UL子小区建立呼叫，在满足条件时向OL子小区切换， UL子小区层信道数始终较少，这样UL子小区层成了限制话务的瓶颈，存在UL子小区超忙OL子小区空闲的现象，应尽可能使UL子小区层和OL子小区层的信道数保持相等，但是，在高话务区，OL子小区层的信道数远多于UL子小区的信道数，从而不适宜采用UL-OL子小区结构；同时，由于UL/OL间有大量的话务切换，信令信道比较繁忙，因此小区数据上也不适宜采用信令压缩，否则，容易导致基站不稳定。
因此，试验结果为：在高话务区不适宜采用UL-OL子小区结构。

四、结束语
基站延伸系统是利用原有的基站机房以及基站设备，相对降低了投资成本。从覆盖效果来看，该系统在加强信号对楼宇的穿透是有比较好的效果；在安装使用该系统时，必须与基站主设备连接，或根据实际情况对原基站主设备进行改造；小区数据需配合修改，对原基站影响较大；同时在施工中、工程完成后均需要工程及网优人员进行大量的配合工作，如优化调整等。
但是，由于基站延伸系统采取了强穿透的直接覆盖方式，输出功率较大，在覆盖了覆盖目标的同时，也覆盖了不需覆盖的区域，造成重叠覆盖，及干扰了其他小区。因此，必须严格地控制小区天线的方向和下倾，避免覆盖超出范围。
结合广州地区高话务试点情况来看，在高话务区、基站密集、频点复用严重等地区，若采用基站延伸系统容易过界覆盖，干扰和拥塞是两大问题，较难解决，必须牺牲部分网络质量指标。
因此建议：在高话务热点地区需要综合各方面因素，谨慎采用。