OTSR、RRU及直放站在移动通信中的应用探讨

OTSR（OmniTransmissionSectorizedReceive）是一种全向发射、定向接收的方式，馈线和天线的架设与标准的三扇区配置一致，但在BSC看来是一个全向的基站。OTSR是针对初期容量不大情况下的一种建网方式，下行链路上使用一个功放，通过分路器一分为三，分别送到三个扇区的一个天线上发射出去；接收方向上，来自每个扇区的两路分集接收信号，一路通过双工器和射频接收器RX，再送入基带处理，而另一路直接接入到射频接收器，到达基带处理。远端射频单元RRU（Remote Radio Unit）是一种新型的分布式网络覆盖模式，它将大容量宏蜂窝基站集中放置在可获得的中心机房中，基带部分集中处理，采用光纤将基站中的射频模块拉到远端射频单元，分置于网络规划所确定的站点上，从而节省了常规解决方案所需要的大量机房；同时通过采用大容量宏基站支持大量的光纤拉远，可实现容量与覆盖之间的转化。直放站系统使用的目的是将通信信号直接放大，解决延伸和覆盖问题的。它能将很弱的接收信号线性放大，因此，可以扩大信号的覆盖区域，改善通信质量；同时还可对不同基站的话务量进行有效的调配。应用直放站的优点是见效快、周期短、安装方便、不容易造成资源浪费。

　　一、OTSR基站原理及应用

　　OTSR可以全向站的设备投资得到扇区站的覆盖效果，在建网初期，尤其是在用户数或数据吞吐量要求不高的地方，OTSR有较高的应用价值。同时，采用OTSR技术的基站可以在需要时平滑扩容到标准的三扇区配置，而不影响整个网络的工作，这使运营商可以在降低初期投资和满足长远发展上取得很好的折衷。OTSR实现原理如图1所示。



　　采用OTSR技术，在上行方向上，由于采用定向天线，具有更高的天线增益，因而可以增加覆盖；在下行方向上，虽然功放输出一分为三带来衰减，但在初期容量较小的情况下，下行发射功率不会成为限制因素。而且，由于发射天线较高的定向增益与全向小区配置相比实际的有效发射功率还有所增加（增加数量取决于天线增益）。

　　在OTSR工作模式下，由于下行方向全向发射，手机无法区分各个扇区。当用户处于两个扇区覆盖的交叠区域时，需要基站在上行方向上正确地将来自两个扇区的上行信号加以合并，实现没有基站控制器参与的更软切换（等效），否则会导致上行性能下降，甚至掉话。

　　二、RRU站原理及应用

　　远端射频前置放大器允许基站的射频和基带模块在物理层上分离。基带模块依旧在基站的机箱内，而射频模块可以位于远端，与天线子系统相邻。此处射频模块包括发射功率放大器，接收机的高频和射频滤波器。射频模块和基带模块通过光纤链路连接。这就意味着使用昂贵的长馈电缆的小区，远端单元可以位于小区内。例如，在有益于使用地下室空间的大楼里，可以利用roof－top天线避免在地下室和房顶之间插入大的电缆损耗——通过光纤来连接位于房顶的远端射频模块。

　　图2示出了使用远端射频前置放大器的基站结构。



　　在业务覆盖性能方面，使用远端前置放大器的馈电缆损耗与使用标准基站配置的馈电缆损耗之间的最简单差别是增益。例如，如果使用标准基站配置时馈电缆损耗是6dB，使用远端射频前置放大器时的馈电线损耗是0.5dB，则覆盖范围增益就是5.5dB。如果标准基站配置相应的馈电缆损耗相对较小，则没有必要使用远端射频前置放大器。随着馈电线损耗的增大，可使用远端射频前置放大器来获益。

　　如果远端射频前置放大器用来提高服务覆盖范围性能，则小区容量不变。这是因为射频前置放大器已经提高了小区最大传播损耗允许值，但是同时也提高了现有的EIRP。这和MHA相反，当系统是下行容量受限时，MHA可以提高服务覆盖范围性能，但是以小区容量的损失为代价。

　　换言之，远端射频前置放大器可以用于在服务范围性能不变的前提下来提高小区容量，也就是说，在传播损耗允许值不变的前提下，提高现有的EIRP。当馈电线损耗增加时，容量增益变得更显著。不过，这种增益仅仅用来抵消由高馈电线损耗导致的容量损失，也就是说，标准的基站，当它具有同样小的馈电线损耗时，其小区容量与使用射频前置放大器时的小区容量相同。

　　三、直放站原理及应用

　　图3是一个典型的射频直放站的原理框图，左侧的施主天线正对所要转发的基站天线，接收由基站发过来的下行微弱的无线信号，经过双工器、LNA(低噪声放大器)、滤波、功率放大、双工器后，信号增强，由转发天线向无线信号盲区或微弱区辐射，达到增大下行覆盖范围或提高覆盖质量的目的。同时，右侧的转发天线接收来自手机的信号，经过类似的滤波、放大后，将增强的信号再通过施主天线发向基站天线。在整个过程中，直放站抵消掉了基站到直放站之间的无线信号路径损耗，相当于在基站和手机之间提供了一个双向透明的通道，使无线信号得到了延伸。


图3直放站的原理框图

　　从投资的角度讲，直放站对在有限资金情况下的系统覆盖的扩大具有重要意义。在联通进行CDMA网络的建设过程中，为了节省投资、提高覆盖水平，曾经使用了大量的直放站，也发挥了很大的效益，但是也暴露出直放站的一些弱点，比如容易形成自激，对源基站有一定的负面影响，无法支持定位业务的开展等。

　　从WCDMA技术特点分析我们可知，WCDMA系统是一个同频自干扰系统，所有的基站和用户都使用相同的频率（在单载波的情况下），所以WCDMA系统中直放站的使用要更加小心谨慎，尽量避免对源基站和周围基站造成干扰。从理论计算可知，WCDMA 基站的覆盖范围（在2G频段）比目前市区GSM900 基站的覆盖范围还要小，大致与GSM1800 基站的覆盖范围相当。在这么密集的站址条件下，直放站很容易对周围的基站形成干扰，并且因为它是一个同频系统，很可能使负面影响向周围的小区扩散。从另外一个角度讲，因为站址很密集，所以在城区，覆盖质量都应该比较良好，如果出现个别地方覆盖有问题，尽量采用优化基站参数的方法（例如，调整天线高度、下倾角、发射功率等方法），而不要轻易设立直放站。因此，从覆盖和服务质量的角度看，直放站需要有限制的使用。

　　从直放站设备来看，目前已经可以生产数十毫瓦的小功率直放站，而且直放站也增加了自激检测功能，可以通过网管进行有效调整避免自激情况的出现。自激的原因一般都是由于施主天线和重发天线之间的隔离度达不到要求，通常情况下，通过网管系统就可以即时调整直放站的增益，消除自激。只有在特殊情况下才需要工程技术人员到达现场对直放站的天线进行调整。所以网管对于直放站的使用非常重要，CDMA网络中的直放站应当具备网管监控和自激保护的功能。韩国使用的直放站大多都是小功率的情况，从系统覆盖和服务质量看，效果不错。

　　从以前GSM网络的使用经验来看，直放站主要用于边际网的建设当中。但对于在3G网络建设的初期阶段，城区等高话务地区直放站的作用只是对基站无法覆盖到的个别盲区进行覆盖，所以这一阶段直放站的使用是有限制的使用，而且如果进行室内分布系统建设的时候，可以考虑小功率直放站的使用。到3G网络进入大规模发展时期以后，需要进行边际网的建设，包括农村、山区、交通道路等地域。相对来说，边际网的建设需要比较多的直放站。

　　四、三者的使用比较分析

　　从覆盖上看，由于OTSR采用定向天线，因此比全向天线覆盖距离更远。从容量上看，由于OTSR下行方向采用全向发射，只有一个小区，因此容量与全向基站相当。但当网络容量增大时，OTSR基站可以平滑地升级到三扇区基站，而全向基站的升级则比较困难，可能需要对全向站周围的基站进行调整，因而会影响网络的工作稳定性。

　　采用RRU技术，可以节省常规建网方式中需要的大量机房，节约基带单元的投资。RRU体积小，重量轻，可以应用于城区机房条件不理想或者机房匮乏的情况，但是应用前提是需要有光纤进行传输。但在价格方面，RRU比直放站要贵1/3左右。

　　对于光纤直放站，光纤中传输的是模拟信号，而RRU与宏基站之间采用数字信号传输。从设备的兼容性来看，RRU一定是和宏基站配套的，厂家关于RRU和宏基站的接口都是保密的；直放站则不存在这个问题，可以和任何厂家的基站设备兼容。

　　因此，如果和宏基站之间存在光纤裸纤传输条件，并且投资比较充裕的话，可以使用RRU来对盲区进行覆盖。这样做的好处就是覆盖质量比较高，性能稳定；如果投资不充裕，但是还是具备现有的光纤传输条件，那么可以选择光纤直放站来扩大覆盖；在不具备光纤传输条件的情况下，只能采用无线直放站进行覆盖。

　　上述内容，纯属作者本人观点，不代表任何公司或单位意见，难免存在一些瑕疵和错误，欢迎磋商探讨。

----《通信世界》

作者：曹世强