特殊天线完成特殊使命

　　-北京邮电大学 朱振华 杨大成

　　直放站天线

　　移动通信直放站是为消除移动通信网的局部范围信号盲区或弱信号区而设计的通信设备。直放站通常分为两种：即射频直放站和光纤直放站。它与基站相比有结构简单、价格低

廉、安装方便等优点，通过架设直放站不但能改善覆盖效果，同时能大大减少投资成本。直放站被广泛应用于商场、停车场、机场、地铁、高速公路、体育馆等基站信号所无法到达的信号盲区，同时对于消除城市因受高楼大厦影响而产生的室外局部信号阴影区或边远郊区个别村镇的弱信号区也具有相当好的覆盖效果。直放站本身不产生容量，它只是扩展或延伸了施主基站的覆盖。直放站也存在一些问题，例如：直放站干扰成为移动通信网络日常最常见的干扰之一，如果处理不当，会给网络性能带来负面影响。

　　直放站前向放大器放大基站至移动台的下行信号，反向放大器放大移动台至基站的上行信号，增益一般在40～80dB，噪声系数为8～10dB。由于上下行信号频率有一个间隔，双工器和前端滤波器方便地将两路信号分开。朝向基站的天线称为施主天线或源天线，作用是沟通基站和直放站间的链路，故一般采用方向性很强的定向天线，增益一般大于20dBi。直放站的服务天线(重发天线)或称工作天线，其作用与基站天线相同。射频直放站的天线隔离即施主天线和覆盖天线之间的间隔，最小应高于放大器增益10～15dB，否则系统可能会发生自激。如果射频直放站的下行放大器增益为70dB，则所需的间隔至少应为85dB。

　　室内覆盖天线

　　随着经济的发展，城市中高楼密度不断增大，地下设施也日益增多，导致移动通信的信号传播受到严重影响，从而形成移动通信的许多盲区和死区。移动终端在室内的使用量已超过60%，用户对移动通信网络质量的要求也越来越高，因此室内需要良好的移动信号覆盖。如果通过室外宏蜂窝覆盖室内，在密集城区要达到深度覆盖的要求，需要预留出足够的穿透损耗余量，这样的话必然使小区的覆盖半径减小，会导致室外站点数目的增加。另外，室外宏蜂窝过于密集，会出现大量的越区覆盖，影响室外的网络质量。因此，需要特殊的室内覆盖系统来解决室内覆盖问题。对于室内覆盖系统，天线是系统不可缺少的重要组成部分。

　　室内分布天线系统是通过光纤、电缆等传输媒体将基站信号传送至无线电波难以到达的区域，再经过天线发射出去。信号源可以是微蜂窝，也可以是宏蜂窝或者用无线耦合的方式从宏蜂窝取得信号。设计的关键是要考虑室内与室外的隔离度，室内外系统采用同一频率时，建筑物的穿透损耗提供了一定的天然隔离度，设计的目标仍然是在满足室内覆盖与容量要求的情况下尽可能地减少室内信号的外泄。

　　室内天线用户可根据频段和覆盖的场所不同所选择不同的天线类型。室内天线要在室内这种特殊环境下工作，因此对天线的基本要求是体积小、重量轻、外形美观大方。室内天线有全向天线(安装在屋顶)或定向天线(主要安装在墙壁)，天线的尺寸根据实际情况不同的要求，增益一般在2～7dBi之间，在选择安装时应尽可能避免与其他电子设备靠近，以防止干扰，同时应尽量将天线安装于距通话手机1m以外的位置，避免由于通话用户距离天线过近导致手机发射功率到达基站过大对基站造成的阻塞，另外应将天线放置在较高的，无阻挡物或离墙壁、柱子等阻挡物足够远的区域，尽可能创造一个视距传播环境。

　　隧道覆盖天线

　　隧道主要分为铁路隧道、公路隧道、地铁隧道等多种。不管是那种隧道，都存在长短不一的状况。短的隧道只有几百米，而长的隧道有十几公里。因此对于每段隧道的解决方案可能都会有所区别，必须根据实际情况来选定覆盖解决方案。

　　长度较短的隧道可以采用单根天线进行覆盖。这是一种简单经济的方案。在实际工程中，可以根据隧道口的安装条件及隧道长度来选择合适增益的天线对隧道进行覆盖。在安装条件许可时，可以选择高增益的天线。另外单根天线不足于覆盖整个隧道时，可以采用从隧道两头各用一个天线同时朝隧道内覆盖的方式。一般来说隧道内部覆盖与隧道外部的覆盖可以一起考虑，用同一小区对隧道内外同时进行覆盖。

　　对于中等长度的隧道，一种解决方案是根据隧道的长短不同，在隧道中安装不同数量的双向天线与放大器。

　　对于比较长的隧道，信号在传输过程中的损耗也比较大，这时传输到发射天线的信号就很微弱了，很难保证覆盖。对此可以采用光纤直放站远端串联的方式作为长隧道的覆盖，其优点在于：远端每次对信号进行一次放大，可以尽可能地减少信号的损耗。

　　泄漏电缆是隧道覆盖的另一种方案。电磁波在泄漏电缆中纵向传输的同时通过槽孔向外界辐射电磁波，外界的电磁场也可通过槽孔感应到泄漏电缆内部并传送到接收端。泄漏电缆的传输损耗大，仅适用于覆盖要求高而均匀的场景。由于线性损耗对馈线首末端的信号强度影响很大，而耦合损耗导致在电缆信号泄漏区域有良好的覆盖，但在超过50m的区域里几乎没有覆盖。

　　海域覆盖天线

　　我国沿海一些省份有漫长的海岸线，这种特殊场景的覆盖需要的不是容量，而是低成本的广域覆盖。远程覆盖基站是提供这种特殊场景覆盖的最佳解决方案。远程基站的覆盖效果与地形条件十分相关，需要海岸有理想的制高点来架设天线。

　　对于海域覆盖，要求覆盖尽可能的远，但电磁波的传播会受到地球曲率的影响。假如用户一旦进入地球凸面的阴影区的话，就不可能通过提高功率或灵敏度来改善覆盖。因此，要通过提高天线高度来克服地球曲率的影响。如果地球半径按照6400km来计算，海岸有高度400m的山顶可以利用的话，在只考虑直射路径的情况下，覆盖能达到72km左右；如果考虑上大气折射等因素，远程基站的海面覆盖可以达到100km左右。如果海岸有500m的山顶可以利用，在考虑大气折射等因素后，远程基站的海面覆盖可以达到110km左右。

　　另外，为了扩大海域覆盖的范围，加塔顶放大器也是通常考虑的方法。增加天线高度必然会带来馈线加长，损耗加大，这时就需要增加塔放来补偿馈线损耗。