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      論移動(dòng)無線數(shù)字直放站在露天礦的應(yīng)用

      2015-05-30 15:45:13白文舉
      中國新通信 2015年17期
      關(guān)鍵詞:直放站選址安裝

      白文舉

      【摘要】 移動(dòng)通信作為目前通訊技術(shù)發(fā)展的主流業(yè)務(wù),它快捷方便、組網(wǎng)靈活、安全高效,運(yùn)行穩(wěn)定,被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)氣象、航空電子等各個(gè)領(lǐng)域。隨著業(yè)務(wù)需求的不斷擴(kuò)展,對(duì)通信優(yōu)質(zhì)信號(hào)的覆蓋要求越來越高,基站建設(shè)成為制約移動(dòng)通信發(fā)展的瓶頸。因此移動(dòng)直放站就成為彌補(bǔ)這一突出問題的關(guān)鍵技 術(shù)支撐。

      【關(guān)鍵詞】 直放站 選址 安裝 礦區(qū)應(yīng)用

      大中型露天礦數(shù)字集群通信主要承擔(dān)生產(chǎn)調(diào)度指揮和通信聯(lián)絡(luò)的重要功能,安全穩(wěn)定、全面覆蓋的通信信號(hào),是安全生產(chǎn)的根本保障,由于在露天礦開采作業(yè),地理環(huán)境和氣候條件復(fù)雜多變,塵土污染嚴(yán)重,晝夜溫差大,尤其在溝壑縱橫的開采作業(yè)面,地勢(shì)落差可達(dá)300-400米,這就要求隨著開采面的不斷延伸,無線信號(hào)也必須保證全面覆蓋,才能保證生產(chǎn)調(diào)度的安全開展。但是,受到微波傳輸特性的局限,數(shù)字集群通信基站的信號(hào)傳輸距離和覆蓋區(qū)域有限,落差大的坡道、采掘區(qū)和地質(zhì)斷面都不能得到有效保證,只有通過增加基站數(shù)量、微波拉遠(yuǎn)和直放站的方法才能給予解決。

      本文通過建設(shè)通信基站、光纖直放站和無線直放站的優(yōu)缺點(diǎn),從經(jīng)濟(jì)投入和傳輸優(yōu)劣程度進(jìn)行對(duì)比,為露天礦區(qū)數(shù)字集群通信優(yōu)化組合提供參考,重點(diǎn)論述采用移動(dòng)無線直放站的方式,在環(huán)境復(fù)雜的條件下進(jìn)行選址、組網(wǎng)、安裝和測(cè)試等方面形成滿足各種不同業(yè)務(wù)需求的技術(shù)參考。

      一、各種基站的用途

      1.1宏基站

      優(yōu)點(diǎn):通信容量大;信號(hào)覆蓋面廣;性能穩(wěn)定可靠;維護(hù)方便;異頻工作模式 ,信號(hào)干擾少。

      缺點(diǎn):選址要求高;設(shè)備投資貴;建設(shè)專門機(jī)房;安裝施工工藝復(fù)雜;組網(wǎng)靈活性低;投資費(fèi)用高昂。

      1.2微基站

      優(yōu)點(diǎn):高度集成體積?。话惭b比較方便;信號(hào)損耗小。

      缺點(diǎn):可靠性不如基站;單板一般集成在設(shè)備上,維護(hù)不方便;信道少不便擴(kuò)容,投資維護(hù)費(fèi)用高。

      1.3光纖直放站

      1.3.1 光纖直放站(星狀)

      優(yōu)點(diǎn):可以保證良好的施主鏈路信號(hào)質(zhì)量,遠(yuǎn)距離傳送有優(yōu)勢(shì)。

      缺點(diǎn):維護(hù)困難;架設(shè)或直埋光纜,工程施工安裝復(fù)雜;投資費(fèi)用昂貴。

      1.3.2 光纖直放站(多點(diǎn))

      優(yōu)點(diǎn):費(fèi)用相對(duì)星形直放站較低,在線形覆蓋區(qū)中有優(yōu)勢(shì)。

      缺點(diǎn):工程安裝復(fù)雜,維護(hù)困難,難以優(yōu)化,相對(duì)無線直放站仍存在價(jià)格昂貴的問題。

      1.4無線直放站

      1.4.1 移頻直放站

      優(yōu)點(diǎn):維護(hù)方便,安裝簡(jiǎn)便,不會(huì)引起自激;容易獲取合適的基站信號(hào)作為信號(hào)源。

      缺點(diǎn):占有的頻率較寬,頻率資源利用率低;設(shè)備度高復(fù)雜,造成硬件成本較高;只是信號(hào)中繼器,不能增加系統(tǒng)容量。

      1.4.2寬帶/選頻直放站

      優(yōu)點(diǎn):價(jià)格便宜,安裝簡(jiǎn)便,對(duì)場(chǎng)地要求不高,無需配套要求,維護(hù)方便。

      缺點(diǎn):如果參數(shù)設(shè)置不合理可能引起自激;難以實(shí)現(xiàn)高功率,覆蓋范圍有限。

      以上通過采用建設(shè)基站、光纖直放站和無線直放站相比較,無線直放站的優(yōu)勢(shì)在于解決了傳輸問題,降低了投資成本;不需要建設(shè)機(jī)房和鐵塔,降低了配套設(shè)施投入;提高了建站速度,降低了選址難度;較光纖分布系統(tǒng)具有工程選址容易、安裝靈活、成本較低、不受限于光纖資源和場(chǎng)地條件苛求等優(yōu)點(diǎn)(投資對(duì)比如表1)。

      露天礦區(qū)地形復(fù)雜,環(huán)境惡劣,開采面相對(duì)較小,坡道、斷面較多,所以采用無線直放站技術(shù)不失為最佳方法,下面就無線直放站的選址、組網(wǎng)、調(diào)試、運(yùn)行進(jìn)行詳實(shí)闡述。

      二、無線直放站的工作原理

      如圖1,無線直放站(中繼器)屬于同頻放大設(shè)備,是在無線通信傳輸過程中起到信號(hào)增強(qiáng)的一種無線電發(fā)射中轉(zhuǎn)設(shè)備,直放站的基本功能就是一個(gè)射頻信號(hào)功率增強(qiáng)器。直放站在下行鏈路中,由施主天線現(xiàn)有的覆蓋區(qū)域中拾取信號(hào),通過帶通濾波器對(duì)帶通外的信號(hào)進(jìn)行極好的隔離,將濾波的信號(hào)經(jīng)功放放大后再次發(fā)射到待覆蓋區(qū)域。在上行鏈接路徑中,覆蓋區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)終端用戶的信號(hào)以同樣的工作方式由上行放大鏈路處理后發(fā)射到相應(yīng)基站,從而達(dá)到基站與用戶終端的信號(hào)傳遞。如圖1所示。

      無線直放站對(duì)基站發(fā)出的射頻信號(hào)根據(jù)需要放大,本身不能提供容量,其應(yīng)用環(huán)境主要包括覆蓋不好且容量要求比較小的區(qū)域和容量要求比較小的廣域覆蓋,非常適用于露天礦礦坑、坡道、巷道、皮帶走廊等工作面相對(duì)較窄而且具有天然隔離區(qū)域。

      三、無線直放站選址

      直放站應(yīng)選擇在基站覆蓋區(qū)邊界處,通過場(chǎng)強(qiáng)儀在地面測(cè)出的基站信號(hào)強(qiáng)度一般為-85dBm至-95dBm,在源天線處測(cè)得基站信號(hào)強(qiáng)度一般為-75dBm至-85dBm。

      直放站距離基站太近(源天線接收信號(hào)強(qiáng)),則直放站與基站形成重疊覆蓋,移動(dòng)臺(tái)信號(hào)一路通過直放站延時(shí)后到達(dá)基站,一路直接到達(dá)基站,將會(huì)對(duì)基站形成多徑干擾。所以,盡量減少直放站與基站重疊覆蓋的區(qū)域面積,以保證對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)的干擾盡可能最小。

      直放站距離基站太遠(yuǎn),源天線接收信號(hào)弱,則直放站前向輸出功率較小,覆蓋范圍較小,達(dá)不到增大覆蓋面的目的。

      四、組網(wǎng)安裝

      從圖4-1可以看出,對(duì)于單直放站接入系統(tǒng)的用戶來說,施主鏈路只是提供穩(wěn)定信號(hào)的傳輸通路。因此,設(shè)計(jì)原則是施主基站必須處在直放站的視距范圍內(nèi),保證基站發(fā)射信號(hào)到達(dá)直放站輸入前端的電平強(qiáng)度大于-65dBm,一般情況下,不必考慮同頻干擾的問題。如圖2所示。

      同一地區(qū)安裝兩或兩個(gè)以上直放站,要求施主鏈路提供穩(wěn)定信號(hào)和保證施主基站處在直放站的視距范圍內(nèi),基站發(fā)射信號(hào)到達(dá)直放站輸入前端的電平強(qiáng)度大于-65dBm外,還必須考慮直放站之間的信號(hào)隔離問題。一可利用自然地形、建筑遮擋物或加裝屏蔽網(wǎng)等阻隔信號(hào)因疊加而造成的同頻干擾;二也可通過調(diào)節(jié)發(fā)射天線角度、增加或降低天線高度;三調(diào)整增益大小等措施。安裝前必須認(rèn)真做好設(shè)計(jì)、選址等工作,避免設(shè)備投入使用后,無法正常工作。

      4.1設(shè)備連接

      機(jī)箱面板有DT端口、MT端口、交流/直流電源輸入端口等等。接入單元DT端通過接收天線直接耦合,串聯(lián)一個(gè)避雷器連到射頻單元的DT端口,從MT端口出,接用戶天線。

      4.2外部告警端口的連接

      外部告警端口用于連接外部其他設(shè)備或儀器告警端子,將告警線從外部設(shè)備連到航空插座即可。若無,則無需連接。

      4.3射頻電纜的連接

      接收基站信號(hào):將基站信號(hào)接收天饋線接入接收單元DT端口。與用戶天線連接:將由用戶天線下來的電纜接至射頻單元MT端口。

      4.4接地連接

      設(shè)備外殼必須可靠接地。接地方法:用銅編織線的一端接到設(shè)備下端安裝支架的接地孔上,另一端與保護(hù)地可靠連接。

      4.5同軸電纜要求

      電纜要求見表2。

      4.6供電方式

      供電電源:直放站通常采用:AC220V或DC48V。

      4.7 便攜電腦與設(shè)備連接

      用所配專用電纜將便攜電腦串口與設(shè)備的口連接起來,實(shí)現(xiàn)本地監(jiān)控功能。

      4.8設(shè)備通電試驗(yàn)

      在設(shè)備通電測(cè)試前,必須詳細(xì)閱讀“安全須知”,檢查安裝時(shí)的所有連接,確保連接無誤后,設(shè)備方可通電試驗(yàn)。

      4.9設(shè)備運(yùn)行實(shí)驗(yàn)

      在完成設(shè)備的安裝與連接后,插上便攜電腦,打開機(jī)箱蓋,打開機(jī)器電源開關(guān),查看監(jiān)控主板上的各指示燈狀態(tài),綠色LED)——運(yùn)行指示燈,程序正常運(yùn)行時(shí),大約每隔1S閃爍;(紅色LED)—— 告警燈。燈亮表示有告警;燈滅表示無告警;

      五、天線的調(diào)整

      接收天線的方向必須與源基站天線保持一致,兩天線之間沒有障礙物,通過信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)儀測(cè)試接收信號(hào)強(qiáng)度,現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)一般情況信號(hào)達(dá)到≥-65dB。

      收發(fā)天線隔離度不夠,整機(jī)增益偏大時(shí),輸出信號(hào)經(jīng)延時(shí)反饋到入端,致使直放站輸出信號(hào)發(fā)生嚴(yán)重失真產(chǎn)生自激,嚴(yán)重影響通話質(zhì)量,產(chǎn)生掉線現(xiàn)象。克服自激現(xiàn)象的方法有兩種:一是增大施主與重發(fā)天線的隔離度;二是降低直放站增益。

      當(dāng)要求直放站覆蓋范圍較小時(shí),可采用了降低增益的辦法。當(dāng)要求直放站的范圍較大時(shí),應(yīng)增大隔離度。

      調(diào)整天線主要采用以下幾種方法:增大收發(fā)天線的水平及垂直距離;增加遮擋物,如加裝屏蔽網(wǎng)、利用現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的坡地落差等;增加施主天線的方向性,如使用拋物面天線;選用方向更強(qiáng)的重發(fā)天線,如定向角度天線;調(diào)整施主與重發(fā)天線的角度和方向,使兩者盡量背向。

      5.1接收天線的方位調(diào)節(jié)

      如圖3所示,調(diào)節(jié)前先將天線上與俯仰調(diào)節(jié)有關(guān)的螺釘擰緊,松開與天線方位調(diào)節(jié)相關(guān)的螺釘,對(duì)準(zhǔn)方位后緊固螺釘。

      轉(zhuǎn)動(dòng)天線朝一個(gè)方向偏轉(zhuǎn),同時(shí)觀察表頭讀數(shù),應(yīng)出現(xiàn)如圖4所示的變化。然后反方向轉(zhuǎn)動(dòng)天線,表頭讀數(shù)也應(yīng)出現(xiàn)相同的變化,將天線轉(zhuǎn)回到表頭讀數(shù)最大時(shí),即接收到的信號(hào)最強(qiáng)時(shí)固定好與天線的方位調(diào)節(jié)相關(guān)的螺釘。

      5.2調(diào)整發(fā)送天線的仰俯角

      如圖5所示,松開與天線俯仰調(diào)節(jié)相關(guān)的螺釘,按照信號(hào)需要覆蓋的區(qū)域,調(diào)整天線的仰俯角度,當(dāng)覆蓋區(qū)域終端測(cè)試表頭讀數(shù)達(dá)到最大值時(shí),緊固天線螺釘。

      六、上行鏈路設(shè)置

      通過調(diào)節(jié)直放站接入單元或直放站射頻單元上行ATT改變上行增益,使上、下行鏈路平衡,同時(shí)控制上行輸出噪聲電平對(duì)BTS的影響,使覆蓋范圍達(dá)到最佳狀態(tài)。

      七、下行輸出功率檢測(cè)

      通過本地或遠(yuǎn)程連接,可讀取設(shè)備下行輸出功率。調(diào)節(jié)直放站接入單元或直放站射頻單元下行ATT,使設(shè)備輸出功率達(dá)到覆蓋要求。要注意避免使功放處于深度起控狀態(tài),會(huì)影響通話質(zhì)量。

      八、系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試

      在設(shè)備安裝完畢后,設(shè)備通電開機(jī)調(diào)試前,需進(jìn)行以下準(zhǔn)備工作:

      1)檢查供電電源,確認(rèn)電源電壓在設(shè)備工作電壓范圍內(nèi)(AC 155~285V/50±5Hz),且電氣連接可靠無誤。

      2)檢查天線架、饋線以及主機(jī)是否連接接地,接地電阻值應(yīng)小于5Ω。

      3) 檢測(cè)天饋系統(tǒng)回波損耗,其工作頻帶內(nèi)回波損耗應(yīng)小于-14dB。

      4) 打開電源開關(guān)啟動(dòng)設(shè)備,待監(jiān)控系統(tǒng)初始化完畢(運(yùn)行指示燈開始閃爍),便可聯(lián)機(jī)調(diào)試。

      5) 參照下面的流程圖6進(jìn)行調(diào)試。

      九、系統(tǒng)維護(hù)

      9.1告警故障的維護(hù)

      9.1.1下行功放告警處理

      檢查相應(yīng)模塊的電源及信號(hào)線連接是否正確,如果無誤,則可能模塊本身故障。

      9.1.2電源故障告警處理

      若出現(xiàn)電源故障告警,說明電源轉(zhuǎn)換模塊沒有直流輸出。用戶應(yīng)檢查直流電源輸出是否過載或短路,如果無以上現(xiàn)象,則可能電源轉(zhuǎn)換模塊本身故障。

      9.1.3監(jiān)控模塊電池故障告警處理

      監(jiān)控模塊電池故障告警,用戶應(yīng)檢查備用蓄電池連線是否正確,查看蓄電池是否已損壞。

      9.1.4下行輸出欠功率告警處理

      應(yīng)先檢查下行輸出功率門限設(shè)置是否正確,是否比較臨界,如果設(shè)置無誤仍告警,則說明下行輸出功率已經(jīng)低于門限,可通過調(diào)整ATT來提高下行輸出功率。

      9.1.5過溫告警門限

      用戶應(yīng)先檢查功放過溫門限設(shè)置是否正確,是否比較臨界,若過溫門限設(shè)置無誤,則需要檢查功放工作電流是否過大,若電流過大,需要更換模塊, 若正常,說明產(chǎn)生誤告警。

      9.2日常維護(hù)

      9.2.1定期進(jìn)行常規(guī)性檢查

      測(cè)量天饋系統(tǒng)的回波損耗是否正常,查看天線方向、位置有無變化,射頻電纜接頭密封是否牢靠。

      定期檢查設(shè)備的工作狀態(tài)和主要性能參數(shù)(如接收信號(hào)電平、輸出噪聲電平、下行輸出功率等),并進(jìn)行記錄。

      測(cè)量主機(jī)供電電壓、穩(wěn)壓電源電壓的各級(jí)電壓;檢查鋰電池和后備蓄電池有無過放電現(xiàn)象,測(cè)量系統(tǒng)的覆蓋效果能否達(dá)到初期效果。

      檢查監(jiān)控功能是否良好;各接地端點(diǎn)是否連接良好;設(shè)備接地情況是否良好和設(shè)備的各類標(biāo)識(shí)是否完整。

      十、注意事項(xiàng)

      針對(duì)微波傳輸?shù)奶攸c(diǎn),結(jié)合設(shè)備使用的實(shí)際情況,在設(shè)計(jì)時(shí)需要注意以下事項(xiàng):

      1)直放站接收天線于源基站天線之間必須保證無阻擋。

      2)直放站屬于室外機(jī)型,用戶可以根據(jù)源基站功率選擇耦合器(輸入功率保證在-5dBm左右,要求接入單元與源基站的耦合衰減保持在-40dB~-45dB之間最佳)。

      3)直放站天線接收靈敏度為-60dBm,但考慮到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信對(duì)天氣、風(fēng)力等因素比較敏感,因此至少需要預(yù)留20dBm的功率余量,實(shí)際應(yīng)用中一般以接收強(qiáng)度大于-40dBm為參考。

      4)直放站的射頻單元和接入單元之間必須保證隔離度,接收功率最好在-30dBm~-40dBm之間。

      5)發(fā)射功率根據(jù)傳輸距離的遠(yuǎn)近進(jìn)行配置,調(diào)節(jié)范圍為0dBm-25dBm,當(dāng)接收天線對(duì)準(zhǔn)的情況下,保證開通時(shí)接收?qǐng)鰪?qiáng)在-30dBm~-40dBm之間為宜。

      6)源基站與直放站接入單元之間的耦合衰減最佳選擇為40dB~50dB之間。

      7)主機(jī)于天線之間的饋線長(zhǎng)度不要超過300米。

      8)根據(jù)實(shí)際需要的輸出功率調(diào)整直放站射頻單元下行ATT,但是要求開通最大輸出功率不要大于標(biāo)稱最大輸出功率-3dB。

      9)當(dāng)直放站接入單元和源基站的耦合衰減為A dB(A值最佳值為40~50之間)時(shí);則上行ATT的設(shè)置總量為(60-A)dB。

      十一、環(huán)境要求

      設(shè)備安裝在戶外陽光下,必須保持周圍空氣暢通,使其散熱性能良好,最好設(shè)有遮擋設(shè)施;設(shè)備安裝點(diǎn)附近要防止電磁干擾源(如大型的電動(dòng)設(shè)備、發(fā)電車等);系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計(jì)有防雨、水、雪功能,如果維護(hù)設(shè)備時(shí),需要做臨時(shí)性防護(hù)措施;惡劣的天氣情況(如:大風(fēng)、雷雨、超高溫)下,不可進(jìn)行安裝和維護(hù)。

      十二、結(jié)束語

      由于直放站安裝調(diào)試簡(jiǎn)單方便,維護(hù)運(yùn)行成本低廉,環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng),在各種復(fù)雜條件下,均可提供安全穩(wěn)定的通信信號(hào),對(duì)于露天礦區(qū)移動(dòng)通信信號(hào)補(bǔ)盲、區(qū)域性覆蓋較為實(shí)用,經(jīng)濟(jì)價(jià)值十分顯著。

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