窄帶CDMA無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的規劃和設計

1、引言

　　近10年來(lái)，移動(dòng)通信用戶(hù)以每年遞增80％～200％的速度擴大規模。據此分析，到2000年，中國的移動(dòng)用戶(hù)將達到3 000萬(wàn)戶(hù)，占世界移動(dòng)用戶(hù)總數的10％左右。迅速增長(cháng)的網(wǎng)絡(luò )容量，與有限的頻率資源之間的矛盾，越來(lái)越突出地顯現出來(lái)。

　　而CDMA技術(shù)具有用戶(hù)容量大、覆蓋范圍廣、話(huà)音質(zhì)量好等特點(diǎn)，從而贏(yíng)得了廣大消費者及運營(yíng)商的青睞，在世界各地也得到了越來(lái)越廣泛的應用。截至1999年6月，全球CDMA網(wǎng)絡(luò )移動(dòng)用戶(hù)已超過(guò)3 000萬(wàn)戶(hù)。1996年，我國首先在北京、上海、廣州和西安四城市進(jìn)行了CDMA網(wǎng)的商用試驗。根據試驗效果以及市場(chǎng)需求，目前有可能建設大規模的商用網(wǎng)。

2、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )規劃

　　移動(dòng)通信網(wǎng)的工程建設大致可分為6個(gè)步驟：擬定網(wǎng)絡(luò )需達到的覆蓋指標和話(huà)務(wù)要求；初步網(wǎng)絡(luò )規劃；基站站址現場(chǎng)勘察；修正網(wǎng)絡(luò )規劃，完成工程設計；系統調測和網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化；根據優(yōu)化結果或網(wǎng)絡(luò )擴容要求，返回第一步。CDMA網(wǎng)絡(luò )的設計同樣遵循這個(gè)步驟，但在很多方面又區別于GSM和TACS網(wǎng)。

2．1　無(wú)線(xiàn)覆蓋

　　CDMA網(wǎng)絡(luò )的無(wú)線(xiàn)覆蓋主要取決于設備噪聲系數、干擾影響、衰落儲備、Eb/No等因數，其具體分析見(jiàn)表1。

表1　無(wú)線(xiàn)覆蓋參數的設定

　　其中帶寬和Boltzman常數為固定值，基站噪聲系數根據設備而定，干擾影響由網(wǎng)絡(luò )設計負載百分比取定，衰落儲備由無(wú)線(xiàn)信號邊緣覆蓋率給出，Eb/No根據話(huà)音質(zhì)量與FER的相應關(guān)系綜合取定。

　　由于CDMA為寬帶系統，有較高的擴頻增益，故當C/I為負值時(shí)仍能得到好的服務(wù)質(zhì)量，這一點(diǎn)大大優(yōu)于傳統的GSM和模擬系統。在同等條件下，CDMA比GSM傳播距離要大1．3～2．1倍左右。對于大城市高話(huà)務(wù)密度區CDMA基站半徑最小可設置在300 m左右；對于郊區開(kāi)闊地，應充分發(fā)揮其覆蓋范圍大的特點(diǎn)，半徑可達50 km以上。表2給出了幾種不同地區的基站覆蓋半徑。

表2　各類(lèi)地區的基站覆蓋半徑

2．2　基站話(huà)務(wù)配置

　?。?） 基站容量的確定

　　確定CDMA基站容量的主要參數有：處理增益、Eb/No、話(huà)音激活因子、頻率復用系數，以及基站天線(xiàn)扇區數等。

　　對于單扇區單載頻的基站最大配置可為61個(gè)信道，目前工程上一般取值為全向23個(gè)，定向20個(gè)，見(jiàn)表3。

表3　典型站型容量配置表

　　由于CDMA基站扇區間的物理信道資源可以共享，所以在網(wǎng)絡(luò )實(shí)際運行中，它所能處理的話(huà)務(wù)量，還要大于設計理論值，這是其它制式不具備的獨特優(yōu)點(diǎn)。

　?。?） 話(huà)務(wù)配置

　　與GSM網(wǎng)相比，CDMA網(wǎng)基站的話(huà)務(wù)配置具有更大的靈活性，因此，它也是工程建設中的重點(diǎn)。首先，需對實(shí)地進(jìn)行詳細查勘，了解當地移動(dòng)話(huà)務(wù)分布狀況；其次要利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò )規劃軟件預測；最后根據預測結果，分配基站話(huà)務(wù)量。最終設計值與網(wǎng)絡(luò )開(kāi)通后的實(shí)際話(huà)務(wù)量差值應不超過(guò)30％。

2．3　干擾分析與協(xié)調

　　IS-95指定CDMA網(wǎng)所用頻段為：上行824～849 MHz、下行869～894 MHz。我國目前已建成的ETACS網(wǎng)使用的頻率正好為880～890 MHz，故未來(lái)建設的CDMA網(wǎng)必然會(huì )對現有網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)生很大的影響。這類(lèi)干擾的存在是我國獨有的現象，在世界其他國家和地區，或因為沒(méi)有采用ETACS制式，或因為沒(méi)有使用CDMA技術(shù)，因而不存在此類(lèi)現象。它的解決也是影響到CDMA網(wǎng)絡(luò )建設的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

　　CDMA發(fā)端信號對ETACS收端的影響可用下式表示：

Pr＝Pt－LoA－Lb－10 lg（30 /25）

　　其中，Pt：CDMA單扇區輸出的最大功率；Pr：ETACS接收的信號強度；LoA：CDMA帶外損耗；Lb：CDMA、ETACS天線(xiàn)隔離度。

　　為保證不產(chǎn)生干擾，要求Pr 值小于ETACS接收機靈敏度，即調整天線(xiàn)隔離度，理論計算需達到86 dB以上。天線(xiàn)隔離度有水平、垂直和傾斜之分：

　　水平隔離度Lh＝22＋20lg10（d/λ）－（Gtx＋Grx）

　　垂直隔離度Lv＝28．0＋40lg10（d/λ）

　　傾斜隔離度Ls＝（Lv－Lh ）（θ/90）＋Lh

　　其中，d：天線(xiàn)水平間距（米）；Gtx、Grx：天線(xiàn)增益；θ：兩天線(xiàn)在垂直面內的夾角。

　　要滿(mǎn)足隔離要求，CDMA與ETACS天線(xiàn)垂直間距應大于6 m或水平間距保持在1 km以上。但實(shí)際傳播環(huán)境并非自由空間，由地形、地物和建筑物等引起的繞射損耗是理論無(wú)法計算的。要分析這些情況，還需要到現場(chǎng)對無(wú)線(xiàn)信號場(chǎng)強進(jìn)行測試。

　　在空間去耦的同時(shí)，還可以調整天線(xiàn)相對位置、使用干擾抵消器、采用波瓣較窄的天線(xiàn)等方法，來(lái)加大隔離度。但這些都不能保證從根本上解決干擾問(wèn)題，最好的辦法是實(shí)行頻率協(xié)調，重新劃分這段頻率，并給予一定的保護帶寬。

2．4　PN-Offset的規劃

　　由于CDMA系統頻率復用系數約為1，所以它不需要進(jìn)行頻率規劃。但是在實(shí)際情況中會(huì )有一個(gè)潛在的問(wèn)題，那就是：盡管所有的基站都使用不同的PN-Offset，然而在移動(dòng)臺端看來(lái)，由于傳播時(shí)延（鄰PN-Phase干擾）和PN-Offset復用距離不夠（同PN-Phase干擾），就會(huì )使一些非相關(guān)的導頻信號看起來(lái)一樣。鄰PN-Offset干擾是影響大覆蓋區基站的主要因素，同PN-Offset干擾是影響小覆蓋區基站的主要因素。因此PN-Offset的規劃是CDMA系統特有的問(wèn)題。

　　所有具有相同頻率但不同PN碼相位的導頻集有四種：有效導頻集、相鄰導頻集、侯選導頻集和剩余導頻集，PN-Offset干擾只會(huì )發(fā)生在前兩種導頻集中。

　?。?） 如果兩個(gè)相位上非相關(guān)的信道都落在同一有效導頻搜索窗口中，兩者都會(huì )成為三個(gè)最強信號中的一個(gè)，有效導頻集PN-Offset干擾就會(huì )發(fā)生。移動(dòng)臺就會(huì )解擴并合并非相關(guān)的前向業(yè)務(wù)信道信號。

　?。?） 如果一個(gè)遠端業(yè)務(wù)信道落入相鄰導頻集，且它的Ec/Io＞T－add，相鄰導頻集PN-Offset干擾就會(huì )發(fā)生。移動(dòng)臺就會(huì )切換到錯誤的導頻上，并解擴錯誤的信號。

　　它們的共同結果是強干擾和掉話(huà)。

　　避免鄰PN-Offset干擾的方法是：

　?。灌廝N-Offset間的間隔比傳播時(shí)延造成的不同要大得多。

　　最小要求的間隔值 　　S［chip］≥R×［1021/10a －1］＋W/2

　　其中，R為小區半徑，單位為chip（1 chip＝244 m）；W為有效導頻窗口尺寸，單位為chip； a為路徑損耗指數。

　?。蟮男^需要大的間隔，即增大相鄰小區PN碼的相位偏差。