CDMA直放站的設計與優(yōu)化

董進

【摘 要】本文簡述各種類型 CDMA 直放站設計中應考慮的問題，以及直放站安裝后的優(yōu)化工作。分析了直放站引起掉話的原因以及避免掉話的辦法。

【關鍵詞】CDMA；直放站；覆蓋

0 引言

由于直放站的價格較便宜，覆蓋范圍動態(tài)性強，使用非常靈活，能夠填補覆蓋的盲區(qū)。有這些優(yōu)點，使直放站成為 CDMA 網絡中解決特定區(qū)域信號覆蓋的有效手段。但是引入直放站后，如果處理不當，對網絡有一定影響。如何使直放站既充分發(fā)揮作用，又不對全網造成不利影響，這就應該注意 CDMA 直放站的設計和優(yōu)化。

1 CDMA 直放站的設計

1.1 直放站設計中考慮的問題

CDMA 直放站有幾種類型：無線同頻直放站、光纖直放站和移頻直放站。不論哪一種類型的直放站，在工程設計中，都需要考慮以下幾個問題。

（1）上行底噪

任何直放站接入基站均會對 CDMA 網絡產生干擾，即對施主基站引入一定的噪聲，引起基站的靈敏度降低。

眾所周知，在 CDMA 制式下，我們希望接入基站接收機入口的噪聲功率小于 -113dBm 。這就要求在鏈路預算和直放站調測過程中，通過調整直放站的上行增益來減小對基站的影響。應調整上行增益并計算此噪聲經有效路徑損耗后到達基站接收機的噪聲功率是否控制在 -113dBm 以內。只要控制好上行噪聲，直放站就不會對基站形成干擾。

（2）搜索窗參數的調整

加入直放站后，使施主基站的覆蓋區(qū)發(fā)生了變化。基站原先設置的搜索窗口范圍可能太小，為了使系統(tǒng)正常工作，需要修改相應參數。一般需要調整的參數為：Search A、N、R 以及反向接入信道的搜索窗口。

在 CDMA 系統(tǒng)中使用直放站會產生定時時延和信號延時擴散。如果時延較大，將使 CDMA 系統(tǒng)導頻碼的相位變化，產生掉話。按照當地實際情況調整施主基站的接入信道搜索窗口寬度、反向業(yè)務信道搜索窗口寬度，激活導引信道及搜索窗口寬度。同時應在相鄰小區(qū)的鄰區(qū)列表中增加施主小區(qū)，并適當調整相鄰導引信道及搜索窗口寬度。

（3）輸出功率

安裝直放站的目的是解決區(qū)域的信號覆蓋，輸出功率不宜過大，否則會發(fā)生導頻污染及其它問題。所以，在達到覆蓋要求的情況下應盡可能減小天線的發(fā)射功率。如果直放站應用在室內，要盡量控制室內信號，避免信號泄露對室外信號的影響。

1.2 直放站設計

1.2.1 無線同頻直放站

無線同頻直放站建站容易，開通快捷，成本低廉，深受運營商的青睞。不管是在室外，還是室內分布系統(tǒng)，都有廣泛應用，在直放站應用中占很大比重。

設計無線同頻直放站時，需要充分考慮以下幾點：

（1）信號源的選擇為了保證良好的通話質量，施主基站的合理選用非常重要。直放站拾取施主信號時，要求施主信號單一、穩(wěn)定（施主信號強度一般大于直放站最小入口電平 5dB 左右）。這是決定無線 同頻直放站能否順利開通的先決條件。

在選用施主信號時，應當避免在施主天線方向有多個信號強度相當的導頻信號，以免覆蓋區(qū)域產生乒乓效應。如果有多個基站信號可以作為施主信號，就必需從話務量、基站上的 CE 數等方面綜合考慮。

選取施主信號，應采用手機結合頻譜儀共同測試信號強度的方法。目前大多數廠家在測試時，只使用測試手機進行測試。我們認為，手機因機型而異，顯示的電平值不如頻譜儀準確，尤其是在弱信號時更為明顯。采用手機確定施主信號的 PN ，然后使用頻譜儀確定施主信號的強度是比較好的選擇。實踐證明，只有這樣才可以準確地測量擬選用的施主信號強度，從而把好信源這一關。

（2）收發(fā)天線的隔離度收發(fā)天線隔離度是指直放站輸入端口信號對輸出端口信號的衰減度，是決定無線同頻直放站能否穩(wěn)定工作的關鍵。若施主天線和重發(fā)天線的隔離度不夠，會引起直放站的自激，使直放站無法正常工作。如果在設計時考慮不周，任何補救措施都是很有限的。

直放站隔離度的大小，與施主天線和重發(fā)天線的增益、前后比、旁瓣抑制比、安裝情況及周圍環(huán)境均有關。在設計時，要保證收發(fā)天線的隔離度比系統(tǒng)開通后的實際增益大 15dB 左右。實踐中，根據實際情況采用發(fā)信源和接收機模擬仿真測試是非常必要的。

1.2.2 光纖直放站

光纖直放站用光纖來實現(xiàn)信號的收發(fā)與傳輸，克服了地形以及傳輸不穩(wěn)定的諸多因素的影響，尤其是信號源雜亂的問題，可以方便地實現(xiàn)基站信號跳躍式的大范圍覆蓋。設計時，主要考慮以下三點：

（1）信源引入光纖直放站從基站拾取信號時，應避免在交疊區(qū)和施主基站相鄰小區(qū)使用相同的 PN 值。如果直放站拾取了與相鄰扇區(qū)相同的 PN 值，那么在和基站覆蓋交疊區(qū)，掉話率會很高。

（2）基站搜索窗口的調整由于光纖施工的特殊性，基站到直放站的實際光纖長度一般大于直線距離，加上光纖的熔接質量等原因，實際時延和理論值相差較大。理想的方法是使用路測設備準確測量信號時延后，再計算各個窗口的修正值，從而調整原基站的搜索窗口。工程上，一般的理論值要加上一定余量來確定信號時延。

工程調測一般都會注意到前向搜索窗口的調整。但是，經常遇到手機發(fā)射功率過高、掉話，通常都是因反向搜索窗口設置偏小造成。因為在解調過程中由于定時的原因，手機的發(fā)射功率到達基站的部分沒有得到完全解調，被基站誤認為是手機的發(fā)射功率不足，而其它的功率則作為噪聲對基站形成了干擾。所以，搜索窗口要進行前向和反向兩方面的調整。

（3））避免孤島站一個有過大時間錯誤或延遲的站稱為孤島站。手機在切換的過程中，如果時間參考的錯誤過大，在預定的時間窗口尋找相鄰小區(qū)，找到的只是不相關的噪聲，從而出現(xiàn)掉話。這種現(xiàn)象通常是由于光纖傳輸距離太長或其它原因使傳輸時延增大造成的。此種情況下，鄰小區(qū)的有用信號在手機的檢測中有可能被誤認為是噪聲信號，在小區(qū)的邊界上通話時無論是切出還是切入，都存在掉話的隱患。因此，在使用光纖直放站的時候，應避免孤島站的發(fā)生，合理考慮光纖距離，一般不超過 20km 。

1.2.3 移頻直放站

無線同頻直放站受信源選取和隔離度的限制，隨著基站密度的增加，在城區(qū)中應用的范圍越來越小，而光纖在許多地方又不能到達，在這種情況下采用移頻直放站就可以很好地解決問題。利用移頻直放站可將施主基站信號遠距離延伸覆蓋，解決不易鋪設光纖及導頻信號污染嚴重地區(qū)的問題。

移頻直放站的工程設計要考慮以下兩點：

（1）傳輸距離不宜過大由于受傳輸路徑上的地形、地貌及傳輸路徑衰減的影響，要保證無線傳輸鏈路的視距暢通，傳輸距離不宜過大（保證射頻輸入電平大于 -60 dBm，一般站距應在 15km 左右）。

（2）信源如何耦合作為移頻直放站，可以直接在基站射頻端口耦合，也可以用空中無線接力的方式耦合。為了避免引入太多的信號，造成新的導頻污染，最好采用直接耦合方式。這樣可以保證信源的唯一性，也充分利用了原有機房及配套設施。

2 CDMA 直放站的優(yōu)化

設備開通后，還要注重網絡優(yōu)化，避免直放站覆蓋區(qū)域不好給基站造成影響。只有設置好直放站的上下行增益的參數，做好整個網絡的優(yōu)化工作，提高網絡的運營質量，才能充分發(fā)揮直放站在 CDMA網絡中的效用。

2.1 CDMA 直放站覆蓋的網絡優(yōu)化

CDMA 直放站系統(tǒng)的網絡優(yōu)化包括：直放站功能測試、直放站覆蓋區(qū)域的路測、測試結果的分析、直放站系統(tǒng)的調整和施主小區(qū)基站參數的調整等。

2.1.1 評估與優(yōu)化的統(tǒng)計參數

（1）無線覆蓋率。通過系統(tǒng)測試，得到直放站覆蓋區(qū)域各個位置上主導頻的 Ec＼Io 和手機的發(fā)射功率 Tx，用主導頻的 Ec/Io 作為定義前向覆蓋范圍的尺度，用手機的發(fā)射功率 Tx 來衡量反向覆蓋范圍。一般要求在 90%的預期覆蓋區(qū)域內，主導頻的強 度 Ec/Io≥-12dB，手機的發(fā)射功率 Tx-power≤20dBm。

（2）呼叫建立成功率。它是指在呼叫建立過程中，成功占用話音信道（TCH）的百分率。可用呼叫建立成功率并通過呼叫建立過程綜合考察系統(tǒng)的資源利用、設備運行狀況以及無線覆蓋質量。一般要求呼叫建立成功率≥95%（呼叫測試不少于 500 次）。

（3）誤幀率。誤幀率的產生主要源于無線傳輸過程中正常路徑衰耗和各類快、慢衰落。誤幀率直接用于 CDMA 的前向功率控制，并可直接反映通話質量的好壞。

（4）軟切換比率。軟切換是 CDMA 系統(tǒng)的基本特征。軟切換直接反映了系統(tǒng)資源利用的合理與否，并同時保證無線鏈路的可靠性。CDMA 系統(tǒng)無線設計目標中軟切換比率為 35%。

2.1.2 直放站功能測試及其覆蓋區(qū)域的路測

（1）測試直放站前向和反向的各項技術指標（包括發(fā)射功率、放大增益、波形質量、噪聲系數和雜散發(fā)射等）是否正常，保證直放站工作在正常狀態(tài)。

（2）覆蓋區(qū)域的路測。用一個 CDMA 手機做主叫，呼叫另一個 CDMA移動電話，主叫手機同時進行測試：沿預先選擇好的路線，在直放站覆蓋區(qū)域內行進，并觀察手機接收功率Rx、手機接受的 Ec/Io、FER、PN 碼、Cell ID 等參數是否正常，切換區(qū)域是否符合直放站覆蓋系統(tǒng)的設計， 并記錄切換結果。任何與設計不符、超出取值范圍或沒有通過的測試項目，需注明原因。手機接收功率應在-65dBm左右，如相差10dB以上，需要判明原因。手機接受的 Ec/Io 應在-5dB 左右，實際測量數據與其相差應在3dB以內。FER 的測量結果應<1%。PN 碼和 Cell ID應與設計相符。

2.1.3 直放站系統(tǒng)調整

通過對直放站覆蓋區(qū)域及周邊環(huán)境的測試，并對路測所得的數據進行分析，一方面可以了解直放站系統(tǒng)當前的運行情況；另一方面可以得出系統(tǒng)進一步優(yōu)化網絡的方案，即調整直放站系統(tǒng)和施主小區(qū)系統(tǒng)參數的方案。

CDMA 直放站系統(tǒng)的調整有：（1）直放站施主天線的高度、方向；（2）直放站的覆蓋范圍；（3）直放站輸出功率以及衰減量（ATT）、增益控制量（ALC）；（4）直放站的放大增益；（5）隔離度。

2.1.4 施主小區(qū)基站參數的調整

CDMA 移動網的網絡優(yōu)化，可供修改的系統(tǒng)參數大致可分為以下 4 類：

（1）導頻功率參數。包括天線的高度、天線的傾角方位角、饋線的長度和基站設備架頂功率等。

（2）切換參數。包括切換時加入導頻信噪比門限值、切換時丟棄導頻信噪比門限值、切換時導頻丟棄定時器時長、切換時導頻強度比較門限值、激活導頻集，鄰近導頻集，剩余導頻集的搜索窗寬帶之半、導頻搜索步長增量等。

（3）功率控制參數。包括移動臺接入的標稱功率、移動臺接入的初始功率、移動臺接入的功率增量步長和反向功率控制的信噪比門。

（4）接入參數。包括移動臺等待應答最大接入序列個數、移動臺最大接入探測序列次數、移動臺接入探測序列中前導序列最大量和移動臺接入探測序列中填充序列最大量。

系統(tǒng)參數的修改往往需要幾組參數同時進行，不完整的修改會給系統(tǒng)運行帶來危害。實際運行中，應慎重考慮后再修改系統(tǒng)參數。CDMA系統(tǒng)的網絡優(yōu)化是一個不斷反復的過程。要分析網絡優(yōu)化過程中采集到的數據，并加以修改，然后再采集并分析數據，再修改，如此不斷反復，使系統(tǒng)的運行越來越合理。

2.2 掉話的原因

掉話是 CDMA 系統(tǒng)網絡優(yōu)化中經常碰到的問題，是影響系統(tǒng)統(tǒng)計性能指標的一個重要因素，掉話的處理也是直放站網絡優(yōu)化的一個重要方面。

（1）前向信噪比 Ec/Io 差。當移動臺接收電平較低時，使Ec/Io 變差，前向誤幀率增大，進而引起掉話。造成這種現(xiàn)象的原因是直放站覆蓋邊緣或傳播路徑上有障礙。解決方法是改善覆蓋，適當調整直放站下行輸出。

（2）反向誤幀率 FER 高同樣會造成掉話。一般有下面兩種情況：若反向鏈路傳播衰耗過高，使反向誤幀率 FER 也高，而此時前向鏈路也發(fā)生誤幀率高的情況，表明傳播衰耗過大，原因是該地點距離直放站較遠。若前向鏈路信號電平尚可，而反向誤幀率 FER 高，則表明此時覆蓋沒有問題，解決方法是調整系統(tǒng)參數，通常調整反向功率控制門限 。若反向功率未達到最大，而反向誤幀率 FER 升高，這往往是由于快衰落引起的，說明在該地點缺少一個穩(wěn)定的主導頻，應檢查施主直放站天線是否對準基站天線，并不受其他信號干擾。

（3）多導頻。在 CDMA 系統(tǒng)中，當移動臺進入 3 向的軟切換狀態(tài)，移動臺分離多徑（rake）接收機的 3 個 finger 已占滿時，即使有更大強度（大于切換時加入導頻信噪比門限值 Tadd ）的導頻，移動臺也不能將它加入激活導頻集中，就會掉話。通常 的解決方法是純凈直放站的取樣信號，減少多導頻在直放站覆蓋區(qū)域的出現(xiàn)。

（4）短碼混淆。所謂短碼混淆，即移動臺向基站匯報的關于導頻的信息中，某一基站的短碼相位發(fā)生了錯誤。由于直放站的延時現(xiàn)象（特別是光纖直放站），往往使短碼規(guī)劃不合理，通常的解決方法是 PN 重新規(guī)劃或修改搜索窗參數。

2.3 直放站覆蓋工程中應注意的一些問題

（1）不同場合選擇不同類型的直放站；

（2）根據不同的覆蓋要求選擇不同的直放站配套天饋線統(tǒng)；

（3）系統(tǒng)噪聲問題。引入直放站會增加基站的背景噪聲。噪聲的增加量與直放站的噪聲系數、系統(tǒng)增益、天線增益和傳播損耗等參數有關；

（4）時延問題。直放站與信號源基站之間存在著一定的時延，因此在設計覆蓋范圍時，要同時考慮多徑引起的時延和固有時延。只有不超過一個碼片時間長度，才不會引起碼間串擾；

（5）分集技術。對于多徑信號較多、移動用戶變動較快的地區(qū)，若用直放站，必須使用分集天線系統(tǒng)；

（6）直放站系統(tǒng)的隔離度。CDMA 直放站施主天線和重發(fā)天線的隔離度不夠會引起直放站系統(tǒng)自激。實踐中，應最大限度提高隔離度，直放站增益和隔離度之間至少保證有 10 dB ～15dB 的余量。為了便于工程開通，建議采用天線隔離度檢測技術；

（7）干擾問題。既要考慮 CDMA 直放站對施主基站的干擾（IOI），也要考慮前向鏈路對其他系統(tǒng)（GSM）的干擾。

3 總結

在這里簡述了各種類型 CDMA 直放站設計中應考慮的問題，以及直放站安裝后的優(yōu)化工作。并分析了直放站引起掉話的原因以及避免掉話的辦法。

【參考文獻】

[1]孫寅亮，孫石峰.CDMA直放站對無線網絡的影響及分析[J].郵電設計技術，2005（7）.

[2]趙璇.直放站在移動通信系統(tǒng)中的應用研究[J].引進與咨詢，2005（5）.

[3]高鍵，羅華斌.直放站的原理與應用[J].中國無線電，2005（7）.

[責任編輯：楊玉潔]