数字飞地超远覆盖系统方案

数字飞地超远覆盖系统 分目录 产品背景 飞地超远覆盖系统工作原理 飞地超远覆盖系统技术特点 小结 飞地超远覆盖系统工程应用分析 飞地超远覆盖系统应用场景 飞地超远覆盖系统技术优势 产品系列 自信息产业部提出解决村村通工程以来，目前全国村通率达到90%，距“十五”规划中村通的目标还有近 4万个行政村的任务。各移动通信运营商作为重要的运营企业，承担了很多村村通覆盖任务。各运营商进行农村地区的网络建设存在诸多的实际问题。如： 偏远乡村的地域广，受经济条件制约，通信状况较差，且配套设施落后； 话务量低，一些风景旅游区只是节假日时话务量较高； 距离城镇较远，接收不到来自城镇的基站信号。采用原频率进行传输，则易受外界环境影响，无线传播路径损耗较大； 产品背景 引言 山区地型复杂，原频率绕射能力不强，信号容易被阻； 运营商建网初期面临高投入、低回报的压力。 因此需采用一种受外界环境影响较小，绕射能力强的系统进行传输和覆盖，实现对农村的大区域的无线通信服务。 针对以上情况，公司研发出 CDMA飞地超远覆盖系统，可以有效解决城市频率资源较为紧张的覆盖区和多丘陵、多山、森林类复杂地形下的覆盖。 产品背景 产品背景 飞地超远覆盖系统是一种把移动通信信号移频到低频频段中进行远距离传输的系统。它在近端把移动通信频段信号选频并移频压缩至1M 4M带宽的低频频段，在远端把信号还原于原频段，进行线性放大后覆盖。 数字飞地超远覆盖系统介绍 1、系统构成 飞地超远覆盖系统构成如下图所示，主要由五部分组成： 1.近端机 2.中继天线 3.远端机 4.重发天线 5.操作维护中心 系统工作原理 系统工作原理 D I N _ R F D O U T _ I FU I N _ I FU O U T _ R FJ M J P数字选频压扩近端模块下行中频功放模块中频双工滤波模块射频双工滤波模块上 行射 频功 放模 块监控模块电源模块基站耦合中频中转天线压 扩 传 输 系 统 近 端 机D I N _ I F D O U T _ R FU I N _ R FU O U T _ I FJ M J P数字选频压扩远端模块下行射频功放模块射频双工滤波模块中频双工滤波模块上 行中 频功 放模 块监控模块电源模块服务天线中频中转天线压 扩 传 输 系 统 远 端 机2、系统原理 数字飞地超远覆盖系统由近端机和远端机组成。近端机从基站耦合下行信号（ 930-960MHz）经数字选频滤波，下变频成下行输出中频信号（ 232-235MHz）经功放发送至远端模块下行输入，远端机下行将中频信号（ 232-235MHz）再次经数字选频滤波，上变频成下行输出信号（930-960MHz）发送至终端；远端机从空中接收终端发送的上行信号（885-915MHz）经数字选频滤波，下变频成上行输出中频信号（ 223-226MHz）经功放发送至近端机上行输入，近端模块上行将中频信号（232-235MHz）再次经数字选频滤波，上变频成上行输出信号（ 885-915MHz）发送至基站。 系统工作原理 系统技术特点 数字飞地与传统买地超远覆盖系统比较 名称 上行噪声抑制 频率误差 可支持远端数量 传统飞地 无 有 2-3台 数字飞地 具有 无 6-8台 系统技术特点 数字飞地超远覆盖系统与其他直放站系统的比较 : 飞地超远覆盖系统由于其特殊的选频和中继能力，使其具备了一般直放站系统没有的特性，下表对宽带直放站、移频直放站、光纤直放站和飞地超远覆盖系统进行了比较分析。 因此对于地形复杂的环境，数字飞地超远覆盖系统相比较的优势使其成为解决 GSM信号远距离传输和覆盖的重要方案。 飞地超远覆盖系统的系统组网 : 近端机既可安装在施主基站机房内，通过射频电缆直接耦合基站的信号，也可以根据环境的需要将近端机安装在基站覆盖区内的其他地方。如下图所示。远端机机安装在盲区。飞地超远覆盖系统近端机和远端机之间的无线链路为施主链路，链路占用 200MHz的工作频段。 系统技术特点 基站覆盖视距难以到达区域 可以接收到微弱信号，但接收电平不足或隔离度无法满足的区域 系统技术特点 覆盖区 当基站覆盖区遮挡过于严重时，可在至高点采用无线耦合方式进行中继传输。 系统技术特点 覆盖区 在严重遮挡、超远距离传输时，可以引入中继机扩展中继范围。 系统技术特点 覆盖区 （ 1）系统绕射能力强，传输损耗小（比 900MHz小 12dB)，传输距离远； （ 2）节省频率资源频谱利用率高、信号传输过程中失真率低，抗干扰能力强，避免了同频干扰，可全向覆盖 , 覆盖效果好； （ 3）支持本地 /远程监控，符合监控协议，方便对多个系统进行统一监 （ 4）中继频率可以通过软件设置，占用频带小，频率设置灵活； （ 5）增益可调范围大，系统增益调节范围大于 60dB，系统最大增益可达110dB，调试方便，适用范围广； 系统技术优势 （ 6）工程设计简单，安装简便，成本低廉； （ 7）一台近端可带多台远端，覆盖灵活； （ 8）在电力引入困难区域可选用太阳能供电； （ 9）无终端接入时，设备自动进入休眠。 （ 10）特有的节能方式减少了不必要的能耗，大大降低了运营成本。 因此数字飞地超远覆盖系统可以适应较为苛刻的自然环境 ，例如复杂地形下的孤岛覆盖（村村通工程）、应急通信和远距离监控均是数字飞地超远覆盖系统较为典型的应用场景。 系统技术优势 1、飞地超远覆盖系统中继和覆盖能力分析 飞地超远覆盖系统使用 230MHz频段，和 GSM900MHz频段相比，飞地超远覆盖系统频段电波绕射能力更强，传播损耗更小，更适合特殊地形下GSM信号的远距离传输和覆盖。 1.1 绕射能力分析 电磁波具有类似光波的特性，近距离传输时，由于功率余量大，即使中间有阻挡也能够通过反射波或天线旁瓣进行通信。但远距离时，一定要求收发天线之间实现“视线无阻挡”。 系统工程应用分析 在收发天线之间连一条线，以这条线为轴心，以 R为半径的一个类似于管道的区域内，没有障碍物的阻挡。如图所示，这个管道称为菲涅尔区 (Fresnel Zone)，菲涅尔区是一个椭球体，收发天线位于椭球的两个焦点上，图中 R为第一菲涅尔半径 。 天线的第一菲涅尔区 系统工程应用分析 菲涅尔半径的计算公式如下： R=0.5(D) 0.5 其中： - 为波长， 3 108 /f(米 ) -D为两天线的距离 系统工程应用分析 频率 f 波长 菲涅尔椭球体半径 R (D=10km) (D=20km) 900MHz 0.333m 28.853m 40.804m 230MHz 1.304m 57.096m 80.746m 因此在山区等障碍物较多的非视距传播环境下，飞地超远覆盖系统有较强的克服地形环境传输的能力。 信号在自由空间的传播损耗与信号的频率密切相关，信号频率越高，单位距离的衰耗越大。信号在自由空间的衰耗损耗 PL可由下式计算： PL（ dB） =32.45 + 20lgf + 20lgd 假设传播相同的距离， 900MHz信号将比 230MHz信号多衰减： 20(lg900-lg230)= 11.86dB 因此， 900MHz在自由空间的损耗是 230MHz信号的 20倍。在其他条件不变的情况下， 230MHz可以传输更远的距离。 1.2 空间传输损耗分析 系统工程应用分析 1.3 中继和覆盖能力 数字飞地超远覆盖系统的传输能力取决于近端机和远端机之间的信号拉远能力。因此，数字飞地超远覆盖系统的拉远能力不仅与中继的发射功率有关，还要取决于环境的复杂度。在实际应用时，多应用中继功率为 5W、 10W的设备，其拉远距离如下： 复杂的山区环境：拉远 8 10KM； 较为简单的环境：拉远 10 15KM。 数字飞地超远覆盖系统的远端机一般采用 10W、 20W进行覆盖，可实现直径为 2 5KM区域的覆盖。 系统工程应用分析 2、频率资源需求分析 数字飞地超远覆盖系统将原有的占用离散频点的信号进行选频，利用4 6MHz带宽进行中继传输，在远端在将信号恢复到原有频点上，以下行为例，其过程如下图所示： 系统工程应用分析 3、投资成本分析 由于村村通工程主要针对偏远乡村进行覆盖，故存在以下几个特点： 1、村村通覆盖地区用户少、单位用户消费水平低，话务量不高； 2、边缘地区道路崎岖、环境复杂，网建费用大大高于其他地区； 3、村落（盲点区域）距周边基站较远，周边基站信号无法覆盖此区域； 4、以一体化基站来覆盖个别的村落盲点需单独开通传输，投入成本过高。 因此需要采取特殊的建设思路，以保证工程建设的高性价比。为最大程度地节省投资，需选取建站速度快、地形适应性强、易维护的系统。下面就传统的以大功率光纤拉远直放站覆盖和飞地超远覆盖系统覆盖这两种实现村村通的方案进行比较分析： 系统工程应用分析 3.1 光纤拉远覆盖： 上图所示，在乡镇的中心地带具有机房条件的地方架设拉远型宏基站，满足中心地带本地的覆盖和容量需求；同时通过射频拉远接口，在周边地区架设大功率光纤拉远设备，通过光纤直连到宏基站的射频拉远接口，共享本地单元的基带处理能力，实现乡镇和农村区域覆盖。 系统工程应用分析 采用光纤拉远的覆盖方式必然要克服复杂的地形环境建设传输线路，不仅建设成本高，而且维护难度大。光纤拉远系统的成本主要分光纤近端和远端机设备费用、传输建设费用、配套费用和天线费用等，以 10KM为拉远距离，光纤系统的成本如下： 系统工程应用分析 3.2 飞地超远覆盖系统覆盖 如果采用下图所示的飞地超远覆盖系统，则无需考虑复杂的传输施工和维护，投资以飞地近端机和远端机为主。仍然以 10KM为拉远距离，飞地超远覆盖系统的成本如下： 系统工程应用分析 因此，在 10KM拉远场景下，飞地超远覆盖系统的投资成本是传统光纤拉远系统的一半左右，拉远距离越远，飞地超远覆盖系统成本优势越明显。由于无需传输施工，飞地超远覆盖系统的工程周期将比传统工程大大缩短。 系统工程应用分析 经过多年努力，移动通信网络覆盖已比较完整，但仍然存在很多远离城镇、被大山阻隔的山村、厂矿或临时作业区，这些点由于距离遥远、环境恶劣、投入巨大而一直处于通信的盲点，也是村村通工程需要解决的重点。这些地区具有以下特点： （ 1）地形复杂，传输环境恶劣； （ 2）目标地区容量需求一般，覆盖需求为主； （ 3）远离周边基站，无法得到周边基站的信号覆盖； （ 4）信号远距离传输路径上无明显覆盖要求，即具有典型孤岛特征。 飞地超远覆盖系统可以较为容易地覆盖远离移动通信资源的孤岛，使得移动通信网络可以飞跃旷野、山体来覆盖这些孤岛，同时可加快工程进度，节省投资。比如村村通工程、海岛覆盖等。 1、 复杂地形下的孤岛覆盖（村村通覆盖） 系统应用场景 系统应用场景 数字飞地海岛解决方案 景区内山体道路密集，景点繁多，景区内所要覆盖的区域大部分是被高大的树木遮盖，区内树木高大，盘山道路弯曲且岔道众多，给信号传输造成了一定的困难 ,通话困难主要表现如下： （ 1）信号强度弱、质量差。 （ 2）漫游用户多，很容易造成容量不能满足要求。 飞地超远覆盖系统以其优秀的绕射能力和抗干扰能力，良好的覆盖效果，且一台近端可带多台远端，可以较为容易地覆盖景区，同时可加快工程进度，节省投资。 2、 景区覆盖 系统应用场景 系统应用场景 3、 应急通信 面对抗洪抢险等复杂状况，自然环境的阻隔往往无法快速有效地建立通信联络，从而影响救灾指挥决策的顺利进行。在突发灾害等特殊状况下，应急通信面临以下问题： （ 1）地形复杂，传输环境恶劣，电力等配套设施欠缺； （ 2）目标地区容量需求一般，覆盖需求为主； （ 3）要求快速建立通信保障，机动灵活改变通信覆盖区。 因此飞地超远覆盖系统也为未来 CDMA网络容灾方案提供了新的思路。 系统应用场景 系统应用场景 4、 远距离监控 对于一些特定的行业性应用，如水文、环保、森林防火等，需要在特殊环境下实现远距离监控。这些地区往往条件苛刻，人烟稀少，分布较为零散。远程监控应用环境有以下特点： （ 1）地形复杂，传输环境恶劣，电力等配套设施欠缺； （ 2）有明显的 1对多通信需求，即监控中心要同时和多个监控点进行通信； （ 3）由于监控需要，通信具有间歇性频发特性，即并不需要持续性的通信，而仅是在每天特定的几个时间进行监控和数据上报。 飞地超远覆盖系统可利用 1台近端机和多台远端机实现 1对多的通信，可使用蓄电池提供电力需求，在