直放站结构原理

直放站设备原理
1直放站简介
移动通信直放站是对移动通信信号直接放大的一种同频中继站。

它不改变原信
号的频率，也不对信号所携带的信息作任何处理。

当然它会引起一些波形畸变和相位偏移。

在
正常情况下这对通信没有明显得影响，但这也正是直放站要避
免的问题，尽量使波形畸变更小和相位偏移更小。

我们知道GSM通信由上行信号和下行信号组成，又因为上行信号和下行信号的频段与方向不
同，所要求的信号强度也不同，因此直放机必须具备对上下行信
号分别进行处理的能力。

1.1直放站系统
直放站系统分为三个部分，两个接口。

第部分第二部分第二部分
图9-1直放站系统
第一部分是基站（微蜂窝）。

它的功能是提供下行信号接受上行信号，并对信号
作一定处理。

第二部分是直放站。

它是直放站系统的核心设备。

它的功能是对上下行信号作放大处理。

第三部分是目标覆盖区域。

在系统未开通前，目标覆盖区域为移动通信盲区, 或目标覆盖区域
通话效果很差。

第一个接口是基站（微蜂窝）与直放机的接口。

该接口担负基站与直放机之间
的通信任务。

基站的下行信号经过该接口到达直放机；手机的上行信号经过该 接口传到基站。

根据实际情况，该接口可以是无线接口也可以是有线接口。

无 线接口是通过基站收发天线与直放机收发天线之间的通信实现的。

直放机收发 天线通常是收发合一的，一般由高增益的定向天线来担任，如八木天线，平板 天线，栅格天线等。

有线接口则是通过电缆将微蜂窝与直放机直接相连而成。

第二个接口是直放机与目标覆盖区域的接口。

该接口只能是无线接口。

它通过 重发天线将下行信号发射到空间，供手机接收；同时收集手机上行信号送至直 放站。

1.1.1直放站的工作原理
施主天线（或通过电缆）接收基站下行信号，然后通过环形双工器送入下行滤 波器，下行滤波器将滤除下行信号中的部分带外噪声。

之后下行信号进入下行 低噪放，下行低噪放具有抑制带内噪声，提升有用信号电平的功能。

低噪放具 有60dB 的增益。

低噪放的输出再通过下行滤波器滤除带外噪声后由下行功放放 大。

如果信号不经滤波器、下行低噪放而直接进入功放放大，则噪声也会一起 被放大，导致波形畸变严重，信号误码率上升，通信效果变差。

下行功放具有 60dB 增益（若功率放大器前级串有推放，则推放与功放的整体增益可达 110dB
以上）。

图9-2直放站工作原理
From.7 to BTS
DPX :双工滤波器 LNA :低噪放 BTS :基站
DL :下行 PA :功放 MS :移动台
UL :上行 NCS :选频模块 Monitor :监控模块
n
IL mi
1.2直放站分类
直放站现在类型较多，下面主要针对GSM直放站的所有产品分类：
如图8-2,产品的起源无线宽频直放站，但是产品分类可以从干线放大器开始。

有线耦合
图中，下层的设备为有线耦合方式，设备即入口电平值OdBm，同时由于覆盖区
域与基站的距离不同延伸出有线的光纤直放站和有线的移频直放站方式；
无线耦合
图中，中层的设备为无线耦合方式，设备即入口电平值-50dBm以下，同时由于
覆盖区域与基站的距离不同延伸出无线的光纤直放站、无线的移频直放站方式；
无线耦合选频方式
图中，上层设备为无线耦合选频方式，为了控制下行信号的质量，选择有用频
1.GSM干线直放站
由于无线网络用户的高速发展，导致热点地区频率资源紧张。

在城市的热点地区，只有依靠微
蜂窝基站技术，将移动通信室内覆盖与室外覆盖相分开的方式来解决网络拥挤和扩容的问题。

在室内使用微蜂窝技术进行覆盖有两种方法：一是大量使用微蜂窝基站，依靠微蜂窝基站进行
无源分布覆盖，二是在大楼引入一套微蜂窝基站，然后依靠有源室内覆盖系统来进行覆盖，按
国内市场情况来看，第二种方法以其成本低、效果好取得了比第一种方法更好的效果，因此目
前市场上主要是这种方法。

有源室内覆盖系统也可以分成两种方式：一是依
靠电缆为传输媒质，另一种是依靠光纤为传输媒质。

电缆传输衰耗较大，但是
系统比光纤传输简单，在覆盖范围不是很大的情况下，一般采用这种方法。

光
纤传输具有衰耗小的优点，在覆盖范围大，传输距离远时，具有明显优势。

GZF900
—VIB主要是指电缆传输的移动通信室内覆盖系统。

1.1 GSM干线直放站原理
1. GSM干线直放站原理图
GZF90(—VIB(43UE00JC02
GZF900 —VIB ( 43UE00JC02)
图例：
" 射频线------------------ -- 监控线
图9-4
GZF900-VIB( 43UE00JC02- K1)
300W 电源
FSK 信号
GZF900 —VIB (43UE00JC02-K1)
图9-5
GZF900- VIB ( 43UE00JC02-K2)
图例：
■射频线
*监控线
图9-6
2. GSM 干线直放站工作原理
新体系GZF900-VIB 干放按监控的主从关系上分有三种结构：主机、从机和非 主非从。

在射频传输方面三种结构的干放是相同的，它们的区别是看有无 FSK
信号和MODEM
下行链路：基站下行输出信号通过耦合器进入
GZF900-VIB ,首先经过双工
滤波器，接着进入下行功放，射频信号经过功放后进入双工滤波器滤波，
最后出整机进入外部天线。

上行链路： 手机发射的信号通过 GZF900— VIB 的外部天线进入双工滤波器， 然后进入低噪放进行放大，射频信号经过双工滤波器滤波后整机输出，最 后通过耦合器进入基站。

监控通信：在GZF900-VIB 干放一拖多使用时，采用的是
FSK 调制方式进
基站信号
功放
双工
双丄
滤波器1
1
1
上行 滤波器2
----- 低噪放
丄
下行
50dB
重发天线
主监控盘
备用电池
门禁
MODEM
图例:
射频线
监控线
GZF900 —VIB ( 43UE00JC02-K2)
行监控通信，并将FSK监控信号与射频信号合路后在分布系统中传输，以便建立主机对从机的监控。

FSK模块插接在监控盘上，主机监控盘对从机监控盘进行轮询式监控，其中包括数据采集、控制、告警上报工作，所以从机监控盘对主机监控盘为被动式通信方式。

中心网管和主机或非主非从的监控盘通信是通过Modem将监控盘信号调制到射频上并通过双工器的耦合
口送到基站的方式完成的。

告警功能：新体系GZF900—VIB 干放具有所有模块的工作情况告警、收发信号告警、门禁位置告警、掉电告警等功能，并且可以通过监控界面显示出来。

智能功能：新体系GZF900—VIB 干放还可以通过监控软件对功放的开关量和功率门限值等进行相应的设置，以达到设备智能化工作。

3. 应用范围
GZF900—VIB 型移动通信室内直放机是武汉邮科院虹信通信技术有限责任公司为了解决热点地区室内盲区的通信问题而开发出来的产品之一，是解决高大建筑物内移动通信问题的最佳方案。

先进的技术与高性能的器件保证了系统优异的线性动态范围，对复杂或多层的建筑结构也能达到既经济又满意的覆盖效果。

适合于会议中心、酒店、宾馆、餐厅、写字楼、银行、购物中心、火车站候客厅、机场候客厅、高级住宅楼等。

随着移动通信网络优化覆盖不断完善，移动通信直放站市场的竞争更加激烈，竞争对手不断推出新的高指标、功能强大、升级灵活、监控功能完善的产品，移动、联通等运营商也对直放站的监控、入网指标提出了更高的要求。

面对这些新的挑战，虹信公司原来的GZF900—VIB 型移动通信室内直放机就暴露出升级不灵活、监控功能不完善、部分射频指标满足不了要求等问题，因此无法完全满足移动通信的运营商的不断增加的新的需求。

针对上述情况，虹信公司开发出了新体系GZF900-VIB 型移动通信直放站。

4. 系统特点
适用于EGSM增强型GSM系统；
可采用有线耦合方式与基站联系；采用高选择性、低插损的腔体双工滤波器，消除上下
行串扰；系统的噪声低、线性好、功率大，通话效果理想，对基站及其他无线设备无干
扰；
有完善的监控、查询和各种报警功能；智能化、模块化设计便于组装、维护和升级；适
合于盲点多、覆盖地区广的建筑。

与原来的GZF900—VIB 型移动通信室内直放机相比，新体系GZF900—VIB 型移
动通信室内直放机在以下的几个方面作了改变：
新体系机型用干放间的远程监控取代了原来机型中的近端设备，因此取消
了原机型中的分离监控信号和RF （射频）信号的分合路器；
新体系机型取消了DET模块，DET集成到有源模块功放和低噪放中，功率检
测更加准确；
新体系机型将低噪放和功放后面的无源滤波器整合到双工器滤波器中，减少了模块的数
量；
新体系机型具有强大、灵活的组网能力，采用主从的方式，在每个干放里
安装FSK模块，实现一拖多链状或星状组网；
新体系机型有完善强大的监控、告警功能（包括温度、驻波VSWR门禁、
电源故障等），可以实现故障自动报警和远程维护、软件远程升级等功能。

GSM 无线直放站
1.2
近年来，我国的移动通信得到了迅速发展，全国大多数地区都开设了移动电话业务。

但是，随
着城乡移动通信用户数量的不断增加，出现了服务面大、地区广、用户分散等特点（如大城市
的卫星城、偏远的居民区、农村的乡镇）。

这些
地区如果都用基站覆盖就会导致投资大，信道利用率低等问题。

另外，在移动通信的传输途径
中，由于某些自然及人为障碍物（如高山、大型建筑物、隧道和地下商场等）的阻挡和屏蔽，
形成了一些移动通信的盲区和阴影区，给通信带来很大困难。

邮电部在1992 年下达的《移动
电话网路技术体制》中规定“ 对
于需要覆盖，而增设基站又不经济或不方便的局部地区，可以采用同频中继器的方法来扩大基站覆盖范围”。

这里提到的同频中继器就是直放站。

根据对信号处理方式和传输方式的不
同，移动通信直放站分为无线直放站、移频直放站和光纤传输直放站。

无线传输直放站成本低，无需中继线路和光纤，无需机房，无需留人值守，并且体积
小、重量轻，安装方便省事，可以在野外恶劣环境中使用。

1.2.1 GSM无线直放站原理
1.无线直放站的组网
图9-7无线直放站组网图
2. GSM无线直放站原理图
------------ ►射频线 -------------------- ►监控线
图9-8 GSM 无线传输直放站
3. GSM 无线直放站工作原理
在下行方向，施主天线接收的基站信号送入双工耦合滤波器进行滤波后，由一
体化模块中的下行低噪声放大器将电平调整到功放模块规定的接口电平，功放 模块可将基站信号放大后送至双工滤波器，由重发天线发射出去。

同理，在上 行方向，重发天线接收的手机信号在经过双工滤波器后，被低噪声放大器将电 平调整到功放模块规定的接口电平，一体化模块中的上行功放模块可将手机信 号放大后送至双工滤波器，由施主天线发射出去。

设备内还包括有电源模块和各个监控单元，以及蓄电池。

蓄电池的主要功能是 在设备断电后，对监控盘短时间供电，使其能够及时的传回报警信息。

监控盘 与主要模块的连接如上图，采集这些模块的各项参数以便调整；
Modem 的功能
是实现远程监控，通过点对点短信的方式与监控中心通信。

4. 应用范围
该类直放站适用于机场、车站、高速公路、旅游区、大型厂矿企业、大城市的 卫星城、偏远的居民区、农村的乡镇等移动通信的盲区和阴影区，起填补盲区、 扩大基站的覆盖范围的作用。

我们的GZF900-V (VIF )型机主要就是针对上述市场情况而研制的产品 ，其主要
服务对象为GSM900MHZ 移动通信运行商；
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j — |上行歧噪方
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5. 系统特点
适用于GSM 系统；采用无线方式与基站联系；采用高选择性、低插损的腔体滤波双工器，消除
上下行串扰；系统的噪声低、线性好、功率大，通话效果理想，对基站及其他无线设备无干
扰；
有完善的监控、报警功能；信道选频方式和频段选择方式可选。

GSM 光纤直放站
1.3
GSM 移动通讯是利用空中无线信道来通讯的，而无线传播受地形地物的影响较大，并且基站的数量和布放地点受到一定的限制，因此在移动通讯网络中存在有许多无线覆盖盲区或无线信号干扰区，造成移动用户不能接入、掉话或者通话质量降低。

虹信公司GSM 光纤直放站系列产品就是为解决这些问题而推出的。

直放站可以依靠电缆或者光纤为传输煤质，电缆传输衰耗大，但成本低，在覆盖范围不是很大的情况下，一般采用这种办法；而光纤传输衰耗小，虽成本高，但在大范围覆盖、远距离传输时，有其明显优势。

虹信公司GSM 光纤直放站使用单模光纤传输信号，结构上主要包括近端机和远端机。

近端机将基站的RF 信号转换为光信号，再通过光纤传输到远端机，远端机接着将光信号转换成RF 信号，经放大后发射到覆盖的服务区域。

由于光纤传输损耗很小、抗电磁干扰强，特别适用于复杂电磁环境区域以及距离基站很远距离区域的覆盖。

阴莎区
城
［X
光近端
底卜停车场
地铁 购物中心 地卜
匕二i
比远端
图0-9光纤直放站应用示意图
1.3.1 GSM 光纤直放站原理 1. GSM 光纤直放站原理 a) 近端机原理 图9-10近端机原理框图
b)远端机原理
图例:
---------- ►射频线---------- k 光纤^ 卜监控线
图9-11 远端机原理框图
2.GSM光纤直放站工作原理
下行链路：基站下行信号通过耦合器送入近端机，首先经过双工耦合滤波器滤波,接着进入光收发一体化模块与近端主监控盘的监控信号（433MHz FSK）合路,接
着被调制为光信号，最后进入光纤进行长距离传播；远端机中的光收发一体化模块将光纤送来的光信号解调为射频信号并放大后送入下级的功放，同时将其中的监控信号分离出来送给远端主监控盘，射频信号经过功放放大后进入双工滤波器
滤波,最后出整机接入外部天线。

上行链路：手机发射的信号通过远端机的外部天线进入双工滤波器滤波，然后进入低噪放进行放大，接着进入光收发一体化模块与远端的监控信号合路后调制为光信号，最后进入光纤出整机；近端机首先用光收发一体化模块将光信号解调为射频信号，并将其中的监控信号分离出来送给近端主监控盘，对射频信号进行一
定放大或者衰减的可调性控制，射频信号最后经过双工耦合滤波器滤波后出整机并通过耦合器进入基站。

设备内还包括有电源模块和各个监控单元，以及蓄电池。

蓄电池的主要功能是在设备断电后，对监控盘和光收发一体化模块短时间供电，使其能够及时的传回报警信息。

监控盘与主要模块的连接如上图，采集这些模块的各项参数以便调整；Modem的功能是实现远程监控，通过点对点短信的方式与监控中心通信。

3.GSM光纤直放站特点
GSM光纤直放站利用光纤传输信号，相对于其它类型直放站有信号稳定、通信
质量好、干扰小、没有隔离度问题等优点，是高端应用的首选。

其主要特点如
下：
1）完善的监控功能：可实现近端和远端一体监控，支持统一网管标准，提供短消息远程通讯方式。

2）高功率光输出：物理传输上可支持长达20km的光纤（注：需考虑基站系统参数优化）。

3）FC/APC光纤接口：可减少PC接口不良引起的寄生调制，提高信号质量,
方便工程应用。

4） 特别设计的直放站杂散抑制技术，
使光纤直放站在GSM 频段的杂散辐射低
于-67dBm ，极大地减小对 G 网的影响，使直放站工程安装更为方便。

5） 1个近端单元可拖多个（W 8）远端单元（建议不大于 4）。

6） 采用波分复用的方式，近端设备和远端设备之间的双向信号传输共用同一 根光纤，减少
占用光纤资源。

7） 近远端监控采用了 FSK 通信专用集成芯片，通信频率为
433MHz ，比旧体
系的20 MHz 载波的可靠性有了很大的提高。

8） 新体系的增强功能是，通过远端也可以查询和设置近端的一些参数。

9） 高可靠性：整机具备防雷、防水、防烟雾、良好的防电磁干扰等功能，器 件均选用工业
级产品，能承受恶劣的环境条件。

4. GSM 光纤直放站组网方式
GSM 光纤直放站的星型组网方式如下图所示，
适用于光纤资源比较丰富的地方，
所需光纤数与远端数目相同。

例如一拖八组网，只用增加一个一分八的光宽带 耦合器就可以实现，设备不用修改，只是通过上层网管设置一下设备地址就可 以了。

如果光纤资源比较紧张，则可以考虑级连组网方式，如下图所示:
宽带耦合器
近端
远端
远端 駅合器
远端
图9-12光纤直放站组网方式一
远端
图 9-13 光纤直放站组网方式二
GSM 移频直放站
常规同频直放站在目前的应用中存在以下几个问题：直放站常常能接收到多个 基站的信号而形成干扰；增益较高的直放站，施主天线和重发天线之间的隔离 度要求很高，往往难以实现；重发天线只能采用定向辐射，站址要求设在覆盖 区的边缘，不仅给选址带来困难，而且影响覆盖范围和服务质量；在许多情况 下，由于在所需覆盖的盲区边缘无法找到有足够信号强度的站址，同频直放站 无法安装。

因此，在移动通信网中使用移频直放站有着特殊的意义：应用移频直放站替代 同频无线直放站，将大大减少使用同频直放站可能对网络带来的不利影响；同 时，移频直放站也可以很好的应用到室内信号覆盖工程中。

GSM 移频直放站原理
移频直放站的出现已有 2 年多的时间了，当初为了克服同频直放站的自激和不 能全向覆盖的问题，我公司提出了移频解决方案。

基本原理就是将 900MHz 频 段的网络信号在近端通过变频器上变频到其他频段 （如 1500MHz 频段或者是运 营商利用率不高的 1800MHz 频段），放大处理后经天线发射出去，在远端再利 用同频段的天线接收，处理后通过变频器下变频回 900MHz 频段，再用全向或 定向天线对目标区进行覆盖。

上行信号的处理则与之相反。

在地形复杂的山区，对需要覆盖但又没有合适的信号源的情况，可以在信源基 站与目标区之间设立一个移频直放站的近端，无线引入信号经上变频处理后传 输到需要目标覆盖区；在目标覆盖区根据需要设立一个或多个移频直放站的远 端，接收近端信号经过下变频处理，恢复为与信源基站同频信号，对目标区进 行覆盖。

这是无线引入移频直放站的典型应用，其特点是可方便获得信号源， 可实现在覆盖区的中心全向或定向覆盖，取得较高的性价比。

在没有光纤资源的地区，使用有线引入直放站可以获得光纤直放站的覆盖效果。

在基站端，近端耦合一部分信号经过上变频处理之后发射出去，远端接收近端
1.4 1.4.1
信号经过下变频处理，恢复为与信源基站同频信号后对目标区进行覆盖。

这是
有线引入移频直放站的典型应用，其特点是无线传输，布置灵活、迅速。

1组网示意图
图1-1 无线传输移频氏肢站和网示意图
如上图所示：fl 900M Hz频段；f2 1800M Hz频段
近端：施主天线接收的基站信号送入双工器后，由低噪声放大器将电平调整到功放模块规定的接口电平（如下图所示），经过选频（频段或频点选择）模块，再由移频模块将GSM900MHZ 的信号变频到1800MHz频段，后由滤波器处理进入到功放，功放模块可将基站信号放大送至带通双工器，由中继天线发射出去。

在上行方向，传输天线接收的远端上行信号也经低噪放将电平调整到一定电平
后，经移频模块处理回GSM900频段，经滤波器进入到功放，功放模块的输出信号同样送至带通双工器，由施主天线发射出去由基站接收。

远端：中继天线接收的近端下行信号送入带通双工器后，由低噪声放大器将电平调整到功放模块规定的接口电平（如下图所示），经过移频模块变为原来的
GSM900M的信号，再经滤波器处理进入到功放，功放模块可将输入信号放大至
合适电平送至带通双工器，由重发天线发射出去。

在上行方向，重发天线接收的手机信号也经低噪放将电平调整到一定电平后，经选频（频段或频点选择）及移频模块后，再由滤波器进入到功放，功放模块的输出信号同样送至带通双工器，由中继天线发射出去。

总之，移频直放站的最大特点是它的远端和近端（中间链路）的连接用的是不
同于原信道使用频段的1800M或其他可用频段，从而最大限度的适应不同应用
环境，尽可能的改善网络覆盖，为运营商实现营造可赢利的网络的目标提供一种不错的选择。

2 移频直放站与其他直放站的比较
从结构上看，移频直放站可以简单的看作是两台V型机的级联，只不过是在每
台V型机内部增加了变频模块。

但是，传统的V型机级联，由于在两台V型机
中间的传输链路上是900M （或800M信号。

因此，信号在传输过程中，不可避
免要受到各种干扰，这样，在后级的V型机所接收的信号会很差，严重影响整个系统的覆盖效果。

而移频直放站则由于传输链路相当纯净，不会受到其它信
号的干扰，因此整个系统覆盖效果相当理想，可以媲美光纤直放站。

同时，与
光纤直放站比较起来，移频直放站有着施工迅速，组网方便，节省投资，建站
时间短等等优点。

1.4.2 GSM 移频直放站设备介绍
1. GSM 移频直放站组网
移频直放站主要是为了克服常规同频无线直放站对隔离度的苛刻要求，或者覆
盖区为盲区又无光缆经过（或光缆资源紧张）等背景下应运而生的，它主要应用在 以下一些方面：
拟覆盖区具备建设无线直放站的条件，但是由于只能定向覆盖，但采用移 频站可实现全向覆盖，扩大覆盖区面积。

因建设同频无线站时无法满足隔离度要求、信号源复杂等情况采用移频直 放站来解决。

覆盖区为盲区又无光缆经过（或光缆资源紧张），无线站和光纤站均无法使 用，如果用无线站接力的方法，只能定向覆盖，且造价昂贵。

采用移频直 放站则可以实现全向覆盖，节约投资。

它的主要应用有：
A.小区覆盖应用
-■ ...
基
站。