淺述基于直放站的CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

張 珍

（武漢工程大學(xué)電氣信息學(xué)院，湖北武漢 430074）

通信是衡量一個(gè)國(guó)家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)文化發(fā)展水平的重要標(biāo)志，對(duì)推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步和人類文明的發(fā)展有著重大的影響。隨著我國(guó)移動(dòng)用戶數(shù)量的迅猛增長(zhǎng)，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)顯得尤為重要。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的一個(gè)非常重要的過(guò)程，其目的就是要改善網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化即通過(guò)對(duì)頻率設(shè)計(jì)、基站參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等一系列調(diào)整措施，來(lái)建設(shè)一個(gè)覆蓋良好、話音清晰、接通率高的優(yōu)質(zhì)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)［1］。對(duì)于CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化更為重要，因?yàn)镃DMA移動(dòng)通信系統(tǒng)是干擾受限的通信系統(tǒng)。系統(tǒng)的容量是軟容量，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化不僅能改善網(wǎng)絡(luò)的性能和服務(wù)質(zhì)量，還能增加系統(tǒng)的容量。

在CDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，直放站以低投入、低運(yùn)行成本、相對(duì)短的建設(shè)周期和較好的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量著稱，為提高網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的覆蓋率，滿足大量的小話務(wù)量用戶群體提供了最佳的解決方案，合理地使用直放站能達(dá)到較好的效果和較高的回報(bào)。作為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的一個(gè)重要手段，直放站（Repeater）在目前的 GSM，CDMA，GPRS，PHS無(wú)線通信系統(tǒng)中發(fā)揮了極其重要的作用［2］。直放站（中繼器）屬于同頻放大設(shè)備，是指在無(wú)線通信傳輸過(guò)程中起到信號(hào)增強(qiáng)的一種無(wú)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，它在下行鏈路中，由施主天線向現(xiàn)有的覆蓋區(qū)域中拾取信號(hào)，通過(guò)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，待覆蓋區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)手機(jī)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)到基站與手機(jī)的信號(hào)傳遞。

使用直放站作為實(shí)現(xiàn)“小容量、大覆蓋”目標(biāo)的必要手段之一，主要是由于使用直放站一是在不增加基站數(shù)量的前提下保證網(wǎng)絡(luò)覆蓋，二是其造價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于有同樣效果的微蜂窩系統(tǒng)。直放站是解決通信網(wǎng)絡(luò)延伸覆蓋能力的一種優(yōu)選方案。它與基站相比有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資較少和安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于難于覆蓋的盲區(qū)和弱區(qū)，如商場(chǎng)、賓館、機(jī)場(chǎng)、碼頭、車站、體育館、娛樂(lè)廳、地鐵、隧道、高速公路、海島等各種場(chǎng)所，提高通信質(zhì)量，解決掉話等問(wèn)題。

1 基于CDMA直放站的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)

CDMA直放站根據(jù)傳輸方式分為光纖直放站和無(wú)線射頻直放站兩類，其中無(wú)線射頻直放站又分同頻和異頻兩種［3］。直放站擴(kuò)大了基站的覆蓋范圍，但沒(méi)有增加容量。同頻無(wú)線直放站適合于交通沿線覆蓋、偏遠(yuǎn)地區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)覆蓋或發(fā)達(dá)地區(qū)的村級(jí)覆蓋、地形起伏遮擋區(qū)域、小型旅游區(qū)、海島應(yīng)用及隧道、地鐵應(yīng)用，還可以用于室內(nèi)覆蓋信號(hào)源及解決城市內(nèi)被高樓遮擋的覆蓋陰影區(qū)［4］。同頻無(wú)線直放站的設(shè)計(jì)流程如圖1。

圖1 同頻無(wú)線直放站設(shè)計(jì)流程圖

CDMA直放站實(shí)際應(yīng)用中需考慮如下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）天線的選擇和隔離度。

（2）導(dǎo)頻信號(hào)切換頻繁（即“乒乓”現(xiàn)象）。這種現(xiàn)象主要是指在直放站覆蓋區(qū)內(nèi)，手機(jī)用戶在兩個(gè)或多個(gè)基站導(dǎo)頻間反復(fù)切換，經(jīng)常同時(shí)接入多個(gè)基站。其原因是直放站天線安裝不當(dāng)，施主天線安裝在多個(gè)基站重疊覆蓋區(qū)內(nèi)，接收到多個(gè)基站的導(dǎo)頻信號(hào)，而且強(qiáng)度相近，交替占取導(dǎo)頻優(yōu)先極，經(jīng)直放站中繼放大后各導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度仍很接近，造成覆蓋區(qū)內(nèi)移動(dòng)臺(tái)在多個(gè)基站間頻繁切換，俗稱“乒乓”現(xiàn)象。當(dāng)各導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度之差小于3dB時(shí)，移動(dòng)臺(tái)同時(shí)接入兩個(gè)或多個(gè)基站，給系統(tǒng)控制的負(fù)荷加重或引起過(guò)載，增加了中斷通信的可能性，并降低基站系統(tǒng)容量。這種情況多出現(xiàn)在地形復(fù)雜的山區(qū)、丘陵地帶和樓群密集的城區(qū)。

為盡量避免“乒乓”現(xiàn)象，工程中主要采取以下措施：改變施主天線安裝位置，使施主天線對(duì)準(zhǔn)一個(gè)基站，直到找出較強(qiáng)的、穩(wěn)定的導(dǎo)頻信號(hào)；改變直放站安裝站址，盡量不要選址在基站覆蓋區(qū)的交界處，以避開(kāi)相鄰基站的干擾；選用方向性更強(qiáng)的施主天線，如高增益大口徑拋物面天線；采用分集接收技術(shù)；一般在測(cè)點(diǎn)選址時(shí)，需要使用頻譜分析儀或路測(cè)儀對(duì)基站信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，避免在基站覆蓋交叉區(qū)域和基站導(dǎo)頻切換頻繁地區(qū)安裝直放站。

（3）信號(hào)自激。

（4）CDMA直放站內(nèi)部前／反向干擾。

（5）CDMA直放站與GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)間的干擾。

2 基于CDMA直放站的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化實(shí)例

現(xiàn)以某大酒店CDMA網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案為例來(lái)分析網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。該大酒店共有地下1層，地上1層到16層，模擬測(cè)試13層，每層選取典型的測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。

（1）覆蓋區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)分析

根據(jù)室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖，天線口CDMA信號(hào)電平值為1dBm左右，GSM1800信號(hào)電平值為5dBm左右。通過(guò)預(yù)測(cè)分析，完全可以滿足邊緣強(qiáng)場(chǎng)的要求，即CDMA邊緣強(qiáng)場(chǎng)為：

1～5層一般區(qū)域?qū)ьl功率≥－85dBm，Ec／Io≥－10dB；

6～13層的辦公區(qū)域?qū)ьl功率≥－80dBm，Ec／Io≥－8dB；

14～21層導(dǎo)頻功率≥－80dBm，Ec／Io≥－8dB；

洗手間、電梯、地下室導(dǎo)頻功率≥－85dBm，Ec／Io≥－12dB；

（2）容量分析

該大酒店的峰值時(shí)刻人流量大約為2000人次。為了保證用戶的正常通話不造成通話堵塞或掉話，建設(shè)方在控制投資成本時(shí)，應(yīng)進(jìn)行容量的計(jì)算。CDMA 容量計(jì)算公式為：Npole＝ Gp／［VAF（1＋Beta）＊（Eb／No）］＋1，其中：

Npole為反向鏈路，單載頻單扇區(qū)極限用戶數(shù)量；

Gp為處理增益，即 W／R；在本計(jì)算中 W＝1.2288MHz，R＝9600bit；

VAF為語(yǔ)音激活系數(shù)，常取0.4；

Beta為其它扇區(qū)對(duì)本扇區(qū)的干擾因子，此值通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真得出，在系統(tǒng)負(fù)載為57%的情況下：全向＝0.6；扇區(qū)型＝0.85；

Eb／No為能噪比，是決定基站反向容量的主要因素；是指一個(gè)基站為了實(shí)現(xiàn)良好話音質(zhì)量和誤幀率（FER），而采用的平均 Eb／No，常取5.01（7dB）。

（3）室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化分析和建議

CDMA室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)優(yōu)化主要考慮的問(wèn)題有：導(dǎo)頻污染、室內(nèi)切換、電梯出入口的切換和高層效應(yīng)。其中，針對(duì)導(dǎo)頻污染、室內(nèi)切換和高層效應(yīng)問(wèn)題，本方案采用微蜂窩為信源，信源比較純凈，并通過(guò)以下幾方面進(jìn)行改善：工程上加強(qiáng)施主信號(hào)功率；對(duì)基站參數(shù)進(jìn)行調(diào)整；優(yōu)化無(wú)線環(huán)境。針對(duì)電梯出入口的切換問(wèn)題，在設(shè)計(jì)室內(nèi)信號(hào)分布時(shí)應(yīng)該盡量保證電梯內(nèi)和電梯廳使用的為同一個(gè)小區(qū)的信號(hào)，這樣就可以最大限度的減少出入電梯的切換。

3 結(jié) 語(yǔ)

工程包括設(shè)計(jì)、施工和優(yōu)化等幾個(gè)過(guò)程。工程前需要對(duì)環(huán)境進(jìn)行了詳細(xì)的測(cè)試；工程完成后對(duì)需要各項(xiàng)參數(shù)以及天線進(jìn)行了反復(fù)的調(diào)整。優(yōu)化工作中沒(méi)有“萬(wàn)能”的解決方案，為了解決各種各樣的實(shí)際問(wèn)題，我們必須針對(duì)實(shí)際情況，靈活的創(chuàng)造和應(yīng)用各種有效的優(yōu)化手段。地區(qū)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的全面覆蓋是一個(gè)復(fù)雜的課題，需考慮方方面面的因素。但只要對(duì)各種覆蓋方法的優(yōu)勢(shì)和局限性有清楚的了解，采取綜合措施，靈活運(yùn)用，反復(fù)嘗試，循序漸進(jìn)，逐步建立起立體式的、綜合性的網(wǎng)絡(luò)，最終就可以將地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋逐步完善起來(lái)，達(dá)到全面覆蓋的目標(biāo)。

1 彭國(guó)慶，沈文明.移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與規(guī)劃［J］.移動(dòng)通信，2003，27（1）

2 李方偉.移動(dòng)通信原理與系統(tǒng)［M］.西南師范大學(xué)出版社，2003

3 遲濤.CDMA2000系統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化［J］.控制工程，2007

4 王超.CDMA系統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃［J］.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2003