Антенные комплексы Powerwave – эффективное решение проблемы размещения базовых станций UMTS на сетях GSM

09.04.2008

Размещение базовых станций (БС) UMTS на сайтах GSM является типовым решением, широко используемым операторами связи.

ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВА СВЯЗИ, № 2 апрель–май 2008

Н.Ф. Касаткин, менеджер ОАО "Скандинавский Дом"

 

Размещение базовых станций (БС) UMTS на сайтах GSM является типовым решением, широко используемым операторами связи. Это обусловлено проблемами с поиском новых мест для БС, согласований с владельцами зданий и местными органами.

 

Такое совмещение БС вызывает проблему размещения на ограниченном пространстве уже существующего сайта GSM достаточно большого количества дополнительных элементов антеннофидерного тракта. Фактически помимо антенн (от одной до трех, в зависимости от конфигурации БС) проектировщики обычно размещают на мачте БС малошумящие усилители (МШУ) для улучшения качества покрытия, фильтрыкомбайнеры для одновременной работы на одну антенну двух радиочастотных трактов, устройства дистанционной регулировки угла наклона диаграммы направленности (ДН) антенны.

 

Установка всего этого оборудования требует соответствующих соединительных кабелей, а также дополнительной влагоизоляции, что ухудшает надежность системы в целом.

 

Компания Powerwave предлагает для решения этих проблем интегрированные антенные комплексы нового поколения Clean Site на базе трехдиапазонных панельных антенн с кроссполяризацией.

 

Комплекс Clean Site состоит из:

  • антенной системы на базе трехдиапазонной антенны ALXT-824960/1710-2170/1710-2170-6515/15/15i-A-D;
  • антенного усилителя МШУ;
  • модуля RET (Remore Electrical downTilt) дистанционного управления электрическим углом наклона диаграммы направленности (ДН) антенны;
  • трехдиапазонного фильтра-комбайнера;
  • блока управления MCU (Master Control Unit), предназначенного для управления ALD и питания его по постоянному току;
  • токового инжектора-конвертера CILOC (Сurrent Injector Layer One Converter).

Трехдиапазонная антенна Clean Site представляет собой 3 широкополосные антенны, размещенные в одном общем корпусе, – одна антенна для диапазона 824–960 МГц и две антенны для диапазона 1710–2170 МГц. При этом появляется возможность использовать комплекс в качестве трех независимых антенн. Например, одну для диапазона 900 МГц, вторую для диапазона 1800 МГц и третью для UMTS.

Вместо триплексной антенны, в зависимости от специфики использования антенного комплекса и комплектации сайта, могут включаться также одно- или двухдиапазонные антенны и широкополосные антенны.

 

Антенны выпускаются с шириной ДН в горизонтальной плоскости 65 град. Угол наклона ДН регулируется индивидуально для каждого диапазона (2–14 град. для диапазона 824–960 МГц и 0–12 град. для диапазона 1710–2170 МГц).

 

Основные электрические параметры трехдиапазонных антенн:

  • повышенное отношение вперед-назад (более 25–30 дБ) не только в направлении 0–180 град., но и в направлении назад в секторе углов ±30 град.;
  • высокий коэффициент кроссполяризации во всем секторе углов обзора, что благоприятно сказывается на эффективности разнесенного приема в зоне хэндовера;
  • идентичные ДН;
  • высокая развязка между входами (>30 дБ) и между полосами рабочих частот;
  • улучшенное подавление 1-го верхнего бокового лепестка и уменьшенный провал между основным и нижним боковыми лепестками;
  • уровень продуктов интермодуляции 7-го порядка при подаче двух сигналов с уровнем 43 дБм составляет менее 117 дБм.

Дистанционное управление углом наклона ДН обеспечивается с помощью блока управления MCU (Master Control Unit), работающего по командам общей системы управления сетью NMS (Network Management System). MCU подключается к этой системе по локальной сети или по модему и воспринимается NMS как Web-сервер или SNMP-агент.

 

При этом NMS воспринимает параметр "угол наклона ДН антенны" как обычный параметр БС.

 

Таким образом, антенный комплекс Clean Site обеспечивает возможность оптимизации покрытия в зависимости от динамически изменяющегося трафика в сети 3G.

 

Важно также, что конструкция комплекса позволяет добиться общего повышения надежности и долговечности антенной системы, исключить соединительные кабели между антенной и МШУ, а значит, уменьшить вносимые потери и уровень шумов. Рассмотрим элементы комплекса более подробно.

Элементы управления углом наклона ДН – модуль RET и токовый инжектор CILOC

Дистанционное управление углом наклона ДН обеспечивается с помощью специального электромеханического модуля RET (Remote Electrical Downtilt), представляющего собой шаговый двигатель, изменяющий электрический угол наклона антенны по командам от блока MCU.

 

Токовый инжектор CILOC (Current Injector Layer One Converter) дает возможность подключения модуля RET к блоку MCU по обычному радиочастотному кабелю, а также используется для передачи данных к антенной системе и ее питания по постоянному току.

 

Технология дистанционного управления углом электрического наклона ДН позволяет:

  • избежать случаев перекрытия двух соседних сот, а значит, уменьшить загрузку на сеть в целом;
  • сформировать зону покрытия требуемой формы, с четкими границами для обеспечения хэндовера;
  • осуществлять за счет уменьшения площади засветки дистанционное регулирование нагрузкой в час пик и в "горячих" точках;
  • проводить дистанционно адаптацию сети под изменившийся трафик и новые услуги.

Радиочастотная развязка GSM и UMTS– трехдиапазонный фильтр-комбайнер

Основным назначением трехдиапазонного фильтра-комбайнера является обеспечение мультиплексирования, т.е. объединения сигналов частотных диапазонов 900, 1800 и 2100 МГц при работе на общий фидер и на одну общую приемопередающую антенну. Фильтр прозрачен по постоянному току, что позволяет использовать его в сочетании с малошумящими антенными усилителями (МШУ). Фильтр гарантирует уровень паразитных излучений со стороны БС GSM, не превышающий уровня, соответствующего стандарту R99.

 

Высокие механические качества фильтра позволяют довести наработку на отказ системы до 30 млн часов.

 

Электрические характеристики фильтра:

  • низкие вносимые затухания (менее 0,2 дБ);
  • высокие возвратные затухания (более 20 дБ);
  • низкий максимальный уровень продуктов интермодуляции (менее 110 дБм);
  • высокие средняя рабочая мощность (более 200 Вт) и пиковая мощность (более 1600 Вт);
  • диапазон температур от -40 до +65 °C.

Обеспечиваемое в случае применения фильтров-комбайнеров совместное использование кабелей очень удобно при достаточно удаленном расположении антенны от БС, а также когда имеются ограничения по количеству кабелей, устанавливаемых на конкретную мачту.

Улучшение радиопокрытия – сдвоенный малошумящий усилитель

Известно, что применение МШУ увеличивает чувствительность приемного тракта, улучшает отношение сигнал/шум. Это позволяет расширить зону радиопокрытия, улучшить качество связи, пользоваться абонентскими станциями с пониженной выходной мощностью.

 

Используемый в комплексе Clean Site сдвоенный малошумящий усилитель позволяет БС работать одновременно на две антенны. Каждый из этих двух усилителей включает в себя высокочастотный усилительный блок, встроенный токовый инжектор CILOC для запитывания системы по сигнальному кабелю. Сигналы состояния МШУ могут обрабатываться дистанционно с помощью блока MCU.

 

Усилитель работает в диапазоне частот 1920–1980 МГц (передающий тракт) и 2110–2170 МГц (приемный тракт).

 

Электрические характеристики МШУ:

  • номинальный коэффициент усиления – 12 дБ;
  • вносимые потери – 0,3–0,5 дБ;
  • потребляемая мощность – 8 Вт.

МШУ отличается высокими конструкционными характеристиками. Оригинальная система вентиляции внутреннего объема МШУ препятствует конденсации влаги на электронных элементах, что существенно увеличивает наработку на отказ. Наличие встроенной системы грозозащиты, а также возможность автоматического переключения МШУ в режим обхода в случае пропадания электропитания существенно повышают общую надежность системы в целом.

 

Как видно, использование Clean Site позволяет существенно сократить количество единиц оборудования, устанавливаемых на крышах зданий, улучшить внешний вид, сократить время монтажа, а главное, свести к минимуму риск ошибки при монтаже.

Опыт практического использования

Антенный комплекс Clean Site уже активно используется российскими операторами для построения фрагментов сетей GSM/UMTS. Он позволяет оперативно организовывать UMTS-покрытие, улучшает общую функциональность устанавливаемого на мачте оборудования, минимизирует его состав, улучшает внешний вид.

 

При этом удается добиться существенного, почти в пять раз, ускорения сроков монтажа одного сектора. Одновременно отмечается легкость технического обслуживания.

 

Анализ результатов драйв-тестов показал высокую эффективность независимого управления углами электрического наклона ДН антенн во всех трех диапазонах. Практически доказана возможность адаптации комплекса в действующую систему управления сетью. Стабильность электрических параметров комплекса поддерживается в широком диапазоне температур.

Заключение

Ограниченный объем статьи не позволяет детально рассмотреть конструкцию и параметры антенной системы Clean Site. За более подробной информацией вы можете обратиться к дистрибьютору Powerwave Technologies в России и странах СНГ, компании ОАО "Скандинавский Дом" (RayCom™, www.raycom-w.ru).

Подписка: