ICS-无线数字直放站

ICS-无线数字直放站
摘要：ICS直放站采用了软件无线电及数字信号处理技术，实现有一定的技术门槛。

ICS技术主要采用干扰自适应消除技术来达到消除干扰的目的。

自适应滤波能有效地在未知环境中跟踪时变的输入信号，使输出信号达到最优。

关键词：ICS 消除干扰覆盖
Abstract: ICS repeater adopts the software radio and digital signal processing technology to achieve a certain technical threshold. And ICS technology maily adoptsinterfere technology to eliminate the interference. Adaptive filter can be effectively track time-varying input signal in an unknown environment to make output signal optimal.
Key words: ICS; interference elimination; coverage
概述
随着我国移动通信事业的飞速发展，移动通信用户量正不断地增加，以至蜂窝规划越来越小，基站位置越来越低；另一方面，随着城市建设的高层化，高层建筑正不断涌现，由于无线传播的阴影效应，在这些高层建筑的背后或中间常形成移动通信信号的盲区。

另外，蜂窝移动通信基站在建造过程中，由于考虑到邻近小区的干扰问题，其天线的辐射场方向图主瓣有较大的下倾角，以至高层建筑中上部一般不能有效接收到信号。

此外，由于建筑物等对电磁波的屏蔽效应，使得隧道、地铁、地下商城、娱乐城、停车场以及酒店、写字楼等一些封闭的大型建筑物内也无法正常接收移动通信信号。

因而各移动运营商将工作重点逐步的由网络建设转移到对网络的优化。

无线直放站以其低成本，适应能力强、产品多样化，成为了网络优化产品中重要的一员。

直放站是一种用于弥补移动网络中基站覆盖不足，扩大基站覆盖范围，填充覆盖盲区的一种极其有效的设备。

为了降低覆盖系统成本，最好的方法是建设直放站系统。

严格来讲，直放站系统造价要比基站低得多，因此选用直放站是移动通信建设中比较好的解决方案。

但是由于常规无线同频直放站由于隔离度有限，其施主天线从空中接收的信号中，将不可避免的包含一些重发天线发出的覆盖信号又通过各种途径反馈回来形成同频干扰信号，这些信号对直放站造成干扰，影响其输出波形质量，甚至容易引起直放站自激，由于这些干扰信号是直放站自身的产物，其频率就是直放站的工作频率，因而这种干扰问题无法通过常规的无源射频滤波器技术手段在频域上解决。

因此产生了一种新的无线直放站—ICS。

ICS技术
ICS的干扰主要是指从直放站的施主天线引入的非基站覆盖信号，包括来自直放站重发天线的反馈干扰信号以及空间多径反射的干扰信号。

施主天线接收到的信号包括基站无线覆盖信号，重发天线反馈信号，建筑物、树木、车辆等反射
的无线通信信号，当信号中混有不需要的部分时，通常的解决思路是将其滤除，但是传统的双工器或者滤波器只能对其工作频带外的信号进行滤除。

ICS技术就是针对这种情况的一个解决方案，即通过数字处理技术解决传统直放站无法解决的问题。

ICS＝InteRFerence CancellaTIon System 即干扰消除系统，对于工作频带内的干扰信号，常规的射频滤波器没有很好的办法在频域上进行解决。

而通过ICS，则可能通过数字处理技术来对干扰信号进行消除。

ICS系统在高增益和高输出（20W、40W）的情况下能够满足所有的RF指标，例如杂散发射。

ICS系统对多径反馈信号的消除一般可达30dB以上。

即使反馈干扰信号比基站信号大的情况下，ICS系统仍然能够保持覆盖信号质量。

ICS系统提供的链路裕量可以使得系统工作在高增益(100dBmax)的状态下，所以即使是极微弱的信号也能够得到放大。

ICS系统消除了由重发天线到施主天线的反馈干扰引起的一些问题，例如系统自激以及信号质量恶化，解决无线直放站设备自激，降低无线直放站工程的安装需求。

ICS直放站的工作原理
ICS直放站采用自适应噪声抵消器，利用干扰源的输出，通过数字滤波器与自适应算法的配合，最佳地估计干扰值，以从混有干扰的输入中减去干扰估值，实现干扰与信号完整的分离，同时在提高系统增益时，降低了设备对隔离度的要求，其性能和功能满足常规无线直放站的标准。

自适应滤波器最重要特性是能有效地在未知环境中跟踪时变的输入信号，使输出信号达到最优。

ICS直放站的工作原理如图1所示，自适应噪声消除原理如图2所示。

图1
图2
ICS直放站的优点
使用ICS直放站，性能上，输出波形质量更好，还能够有效防止自激。

相同的天线隔离度应用条件下，可以将直放站增益增大30dB，进而提供更大功率的输出。

延伸覆盖区范围，提高覆盖质量。

经济上，由于对天线隔离度要求降低带来的低安装、运维费用，也可以避免由于选址带来的额外费用增加，使直放站价格低廉。

其易用性强，可适用于全气候环境，有电源接入，满足视距传输即可应用，对于天线隔离度的要求也更宽松。

相对于光纤直放站，它无需铺设光纤；相对于无线直放站，对于隔离度的要求更低；相对于移频直放站，不需要引入近远端，工作在同一频率。

主要优点如下：
ICS在高增益（95dB）和高输出（20 W、40 W）情况下能够满足目前行业内的RF指标；
ICS对多径反馈信号的消除最高可达30dB；
即使在反馈干扰信号比基站信号大的情况下，ICS仍然能够保持一定的覆盖
信号质量；
ICS提供的链路裕量可以使系统工作在高增益（100dBmax）状态下，所以即使是极微弱的信号也能够得到放大；
ICS消除了由重发天线到施主天线的反馈干扰引起的一些问题，例如系统自激以及信号质量恶化；
由于系统本身具有消除干扰的特性，因此降低了对隔离度的要求，甚至把施主天线和重发天线安装在同一根抱杆上也不会产生自激，简化了工程开通及设备安装，降低了物业协调难度。

ICS数字直放站与传统直放站比较
与无线直放站相比，ICS直放站具有以下优势：
对天线隔离度的要求可以降低35dB以上，收发天线使用一根抱杆，从而降低安装难度和成本。

在相同天线隔离度条件下，整机增益可提高35dB以上，实现更大范围覆盖。

具有上行底噪抑制功能，对基站接收灵敏度影响小。

具有自动增益和电平控制功能，确保恒定的输出功率。

对收、发天线之间的反馈路径无特殊要求，可以适应各种安装场所。

与光纤直放站相比，ICS直放站具有以下优势：
不需要依赖光纤资源，可以降低安装成本。

没有近端设备，减少故障发生率。

与移频直放站相比，ICS直放站具有以下优势：
工作在同一频段，节约频率资源。

不需要恒温晶振，避免由于恒温晶振老化引起的频漂问题。

没有近端设备，减少故障发生率。

ICS直放站的应用及前景
ICS的主要应用于，由于建筑物等对电磁波的屏蔽效应，使得隧道、地铁、
地下商城、娱乐城、停车场以及酒店、写字楼等一些封闭的大型建筑物。

ICS直放站的市场前景
目前，ICS技术的直放站在国外已经大量使用，在国内仍属于起步阶段。

根据其技术特性，同时由于其具有高增益、高功率、高稳定性和易维护性，可以预见其应用前景将十分广阔。

总结
ICS直放站和模拟直放站相比，数字直放站能更好的适应多频点、多制式、宽带等要求，而具有ICS功能的直放站更能极大地降低工程安装费用，提高设备的稳定性，所花的代价仅仅是需要更大的FPGA芯片，或更快的DSP器件、随着IC价格的下降，这部分硬件成本的增加在整机成本中所占的比例微乎其微。

可以预见，ICS会成为无线数字直放站的必备功能，在通信网络中普遍应用。

参考文献：
张维《移动通信网络中直放站设备的应用》电信技术,2007
直放站《延伸移动通信网络》中国无线电管理,2003
钱锐《ICS无线数字直放站的系统设计与实现》电子科技大学2011
肖和群《ICS数字无线直放站技术日渐普及》通信产业报2009
方勇、罗俊平《ICS数字直放站的应用》通信产业报2010
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。