CDMA450無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )規劃和建設

一、引言

目前全國村通率只達到89.2%,距離“十五”規劃中2005年底要達到95%村通的目標還有近4萬(wàn)個(gè)行政村的任務(wù)。受地理、經(jīng)濟條件的制約，山區和農村的通信狀況更差，如果采用原有的有線(xiàn)方式進(jìn)行農村地區的網(wǎng)絡(luò )建設，存在著(zhù)初期投資成本過(guò)高，后續維護成本較高，而用戶(hù)話(huà)費較低的問(wèn)題，造成投資收回時(shí)間較長(cháng)，甚至無(wú)法收回。而采用原有的模擬450M進(jìn)行建設，雖然在一定程度上可以降低網(wǎng)絡(luò )建設的成本，但是，由于該模擬系統規范為FDMA方式，技術(shù)成熟但落后，頻譜效率低（一些地方已無(wú)法安排頻率），很難用于進(jìn)一步解決農村“家家通”的問(wèn)題。CDMA450就是使用450MHz頻段的CDMA-1X技術(shù)，450頻段相比3G使用的2GHz頻段有著(zhù)無(wú)線(xiàn)傳播路徑損耗小、廣覆蓋的優(yōu)點(diǎn)以及具備后續演進(jìn)的能力。因此運營(yíng)企業(yè)引入了CDMA450無(wú)線(xiàn)接入系統，建設農村無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )。

CDMA450系統由若干個(gè)子系統或功能實(shí)體組成。接入單元子系統（BSS）由CDMA450系統中與無(wú)線(xiàn)蜂窩方面關(guān)系最直接的基本組成部分。它通過(guò)無(wú)線(xiàn)接口直接與無(wú)線(xiàn)臺相接，負責無(wú)線(xiàn)發(fā)送接收和無(wú)線(xiàn)資源管理。接入單元子系統通過(guò)V5.2接口與PSTN相連，實(shí)現無(wú)線(xiàn)用戶(hù)之間或無(wú)線(xiàn)用戶(hù)與固定網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)之間的通信連接，傳送系統信號和用戶(hù)信息等。另一方面，接入單元子系統與分組數據業(yè)務(wù)節點(diǎn)PDSN相連，實(shí)現分組數據業(yè)務(wù)。原HLR和VLR的部分功能集成在BSC中實(shí)現。

二、CDMA450無(wú)線(xiàn)規劃方法

1．鏈路預算

在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )建設初期，覆蓋十分重要，尤其是對以廣覆蓋為目標的農村無(wú)線(xiàn)接入系統，容量不是主要矛盾，覆蓋起到了決定性的作用。

對于無(wú)線(xiàn)通信系統，無(wú)線(xiàn)空間的傳播模型十分復雜并有很大差異，使得不同環(huán)境下的不同小區覆蓋范圍不同。要想確定小區的覆蓋范圍，必須要通過(guò)鏈路預算來(lái)確定無(wú)線(xiàn)信號在通信鏈路中的各種損耗和增益，所以鏈路預算是網(wǎng)絡(luò )規劃中的一個(gè)重要環(huán)節。

鏈路預算是根據無(wú)線(xiàn)空間傳播模型，計算從發(fā)射端到接收端滿(mǎn)足解調要求所需的接收功率之間允許的最大路徑損耗最終確定小區覆蓋半徑的過(guò)程。鏈路預算的各個(gè)組成部分如表1所示。

從表1可以看出，反向鏈路預算中“最大允許的空間損耗”為147.37dB，前向向鏈路預算中“最大允許的空間損耗”為149.41dB，前向比反向約大2dB，所以說(shuō)前反向鏈路基本是平衡的，在絕大多數的覆蓋區域內不存在鏈路不平衡的情況。

在進(jìn)行鏈路預算后，還要根據各種地物特征進(jìn)行傳播模型校正，鏈路預算表中常用的模型主要是Okumura-Hata模型、Cost-231模型等。其中450MHz和800MHz采用Okumura-Hata模型，1.9GHz采用Cost-231模型。傳播模型校正這個(gè)步驟一般可以由規劃軟件完成，經(jīng)過(guò)計算損耗如下：

前向鏈路損耗L=98.63＋33.77lg（R）

反向鏈路損耗L=98.44+33.77lg（R）

經(jīng)過(guò)計算前反向覆蓋半徑如下表2所示。

從表2中知道CDMA450反向覆蓋受限，在反向負荷為0.5的情況下最大覆蓋半徑為18.68m。

2．容量與覆蓋的關(guān)系

（1）CDMA450覆蓋與容量的關(guān)系

CDMA網(wǎng)絡(luò )的覆蓋半徑及容量與當地的實(shí)際地形有著(zhù)緊密的聯(lián)系，我們不能脫離實(shí)際的地形地貌對網(wǎng)絡(luò )的容量、覆蓋進(jìn)行研究。

CDMA的覆蓋與容量/負荷是一個(gè)互相關(guān)聯(lián)的關(guān)系。在追求廣覆蓋時(shí)則意味著(zhù)小容量，大容量則意味著(zhù)小覆蓋，覆蓋與容量不可分割，不可以離開(kāi)容量來(lái)談覆蓋，也不能離開(kāi)覆蓋對網(wǎng)絡(luò )的實(shí)際容量進(jìn)行研究。通常CDMA450基站最大覆蓋距離是50km，但那是在地形平坦，用戶(hù)很少，網(wǎng)絡(luò )容量比較小的情況，而不是在地形復雜、用戶(hù)量很大的前提條件下的實(shí)際覆蓋。

網(wǎng)絡(luò )的基站及終端所發(fā)射的功率要克服以下兩個(gè)因素，一是要克服路徑損耗，二是要克服干擾。而設備的功率是一個(gè)額定值，基站的總功率為20W，固定臺的發(fā)射功率為250mW。前向鏈路，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )負荷的增加（接入用戶(hù)數的增加），基站就要分配更多的功率給用戶(hù)，當基站分配的功率接近自身的總功率時(shí)，為了能夠為更多的用戶(hù)提供服務(wù)，則需要把分配給單個(gè)用戶(hù)的功率減小。因基站分配給單個(gè)用戶(hù)功率要減少，網(wǎng)絡(luò )為了和終端保證良好通信，只能通過(guò)減少原有接入網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)的路徑損耗，讓用戶(hù)距離基站更近來(lái)實(shí)現正常的通信；反向鏈路，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )負荷的增加，網(wǎng)絡(luò )的干擾也在增大，而終端的發(fā)射功率是有限的，當終端的發(fā)射功率達到自身極限時(shí)，為了可以接入更多的用戶(hù)，終端則需要其它的功率來(lái)克服新增用戶(hù)所產(chǎn)生的干擾，在實(shí)際中，終端只能通過(guò)減少路徑損耗（離基站更近些），把從路徑損耗中省下的這部分功率用來(lái)克服新的干擾，保證可以與網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行正常的通信。

隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )負荷的增加，單載頻運行的CDMA系統容量負荷增加到一定程度，覆蓋可能會(huì )有一定程度的收縮，在反向負荷超過(guò)50％后，覆蓋收縮開(kāi)始產(chǎn)生非線(xiàn)性變化，意味著(zhù)網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量開(kāi)始變差。為了保證運營(yíng)商業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，需要維護人員緊急監控話(huà)務(wù)量增長(cháng)和用戶(hù)投訴情況，適時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )擴容，保證網(wǎng)絡(luò )覆蓋。

（2）不同固定臺使用比例對網(wǎng)絡(luò )覆蓋半徑的影響

固定臺分為室內（放于室內、使用室內天線(xiàn)）、室外（固定臺+室外天線(xiàn)）型兩種。在CDMA450網(wǎng)絡(luò )中使用室內、室外型固定臺的主要區別有：室內型固定臺比室外型固定臺多了建筑物損耗，在郊區此損耗約為10dB；固定臺天線(xiàn)增益之間的差異，室內型固定臺的天線(xiàn)增益為2.1dBi，室外型固定臺的天線(xiàn)增益為9dBi（可以更大一些）。以上兩個(gè)主要因素將導致使用不同比例的室內、室外型固定臺時(shí)對網(wǎng)絡(luò )的實(shí)際覆蓋半徑產(chǎn)生很大程度的影響。

隨著(zhù)使用室內型固定臺比例、數量的增加，網(wǎng)絡(luò )單個(gè)基站的覆蓋半徑將變??；相反，隨著(zhù)使用室外型固定臺比例、數量的增加，網(wǎng)絡(luò )的實(shí)際覆蓋半徑會(huì )有所增大。

（3）容量估算

本次工程采用全向O1站和定向S11站2種站型，O1站單站配置40個(gè)業(yè)務(wù)信道，S11站單站單載頻配置36個(gè)業(yè)務(wù)信道，考慮到本次網(wǎng)絡(luò )配置中用戶(hù)全部是農村語(yǔ)音業(yè)務(wù)用戶(hù)，話(huà)音業(yè)務(wù)無(wú)線(xiàn)呼損取為5%，查ERL－B表得到表3的數據。其中用戶(hù)數＝基站容量/單用戶(hù)話(huà)務(wù)量（0.03erl）

    
三、仿真分析

在3G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )規劃過(guò)程中必須使用具有蒙特卡洛仿真等功能的規劃工具進(jìn)行預規劃、詳細規劃和優(yōu)化仿真。3G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )基站數量應當根據覆蓋規劃和容量規劃的結果進(jìn)行綜合考慮獲得，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )規劃工具對規劃方案進(jìn)行仿真驗證與方案修改的多次反復迭代。規劃仿真工具設計的輸入內容包括：基站的配置、無(wú)線(xiàn)傳播模型、業(yè)務(wù)的定義、用戶(hù)的分布情況和一些必須的相關(guān)參數。仿真的主要處理過(guò)程包括如下幾個(gè)。

（1）建立和目標網(wǎng)絡(luò )相同的仿真環(huán)境（參數設置）；

（2）取得多個(gè)SNAPSHOT；

（3）在每個(gè)SNAPSHOT過(guò)程中，撒入移動(dòng)臺或終端；

（4）每個(gè)終端連接網(wǎng)絡(luò )能力，通過(guò)迭代處理計算；

（5）考慮各種接續失敗情況(如最大移動(dòng)臺發(fā)射功率、最大到達NODEB功率、無(wú)可用信道、低導頻Ec/Io、上下行干擾)；

（6）根據獲得的SNAPSHOT結果來(lái)分析網(wǎng)絡(luò )的性能。

同時(shí)在給定的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境、基站配置、傳播模型等條件的基礎上，通過(guò)軟件工具對基站方向角、下傾角等參數進(jìn)行優(yōu)化；利用工具進(jìn)行仿真后，對輸出結果進(jìn)行分析，發(fā)現設計網(wǎng)絡(luò )中存在的問(wèn)題并進(jìn)行調整直至達到設計要求。

四、網(wǎng)絡(luò )擴容原則

隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)的增加，會(huì )出現話(huà)務(wù)阻塞的情況，需要以后進(jìn)行擴容，對于擴容工程我們提出以下基本原則。

（1）增加信道板

當覆蓋率要求沒(méi)有變化時(shí)，通過(guò)增加信道板資源來(lái)完成擴容工程，因為村村通網(wǎng)絡(luò )一期的容量遠遠超出設計容量要求。

（2）增加扇區

當某些小區容量增加時(shí)，可以通過(guò)小區分裂來(lái)完成擴容，比如O1基站擴容為S11或S111基站、S11基站擴容為S111或更多扇區基站等。

（3）增加站點(diǎn)

當覆蓋率要求更高時(shí)，需要根據鏈路預算重新在原有網(wǎng)絡(luò )上進(jìn)行站點(diǎn)的規劃，規劃的原則是滿(mǎn)足覆蓋率要求的同時(shí)滿(mǎn)足容量的要求。

隨著(zhù)一期網(wǎng)絡(luò )的開(kāi)通，用戶(hù)和業(yè)務(wù)不斷增多，網(wǎng)絡(luò )會(huì )出現一些容量或者覆蓋不足的地方，對于這種情況需要根據后臺的話(huà)務(wù)量統計和前臺的路測數據進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )的評估，評估網(wǎng)絡(luò )在哪些地方出現了容量和覆蓋的不足的情況，對于容量不足的情況，只需要增加信道板即可滿(mǎn)足要求（因為前期容量的配置很?。?，對于不能滿(mǎn)足覆蓋要求的地方需要增加基站。