窄帶CDMA無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)

1、引言

　　近10年來，移動(dòng)通信用戶以每年遞增80％～200％的速度擴(kuò)大規(guī)模。據(jù)此分析，到2000年，中國的移動(dòng)用戶將達(dá)到3 000萬戶，占世界移動(dòng)用戶總數(shù)的10％左右。迅速增長的網(wǎng)絡(luò)容量，與有限的頻率資源之間的矛盾，越來越突出地顯現(xiàn)出來。

　　而CDMA技術(shù)具有用戶容量大、覆蓋范圍廣、話音質(zhì)量好等特點(diǎn)，從而贏得了廣大消費(fèi)者及運(yùn)營商的青睞，在世界各地也得到了越來越廣泛的應(yīng)用。截至1999年6月，全球CDMA網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)用戶已超過3 000萬戶。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(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)效果以及市場需求，目前有可能建設(shè)大規(guī)模的商用網(wǎng)。

2、無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

　　移動(dòng)通信網(wǎng)的工程建設(shè)大致可分為6個(gè)步驟：擬定網(wǎng)絡(luò)需達(dá)到的覆蓋指標(biāo)和話務(wù)要求；初步網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃；基站站址現(xiàn)場勘察；修正網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，完成工程設(shè)計(jì)；系統(tǒng)調(diào)測和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化；根據(jù)優(yōu)化結(jié)果或網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容要求，返回第一步。CDMA網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)同樣遵循這個(gè)步驟，但在很多方面又區(qū)別于GSM和TACS網(wǎng)。

2．1　無線覆蓋

　　CDMA網(wǎng)絡(luò)的無線覆蓋主要取決于設(shè)備噪聲系數(shù)、干擾影響、衰落儲(chǔ)備、Eb/No等因數(shù)，其具體分析見表1。

表1　無線覆蓋參數(shù)的設(shè)定

　　其中帶寬和Boltzman常數(shù)為固定值，基站噪聲系數(shù)根據(jù)設(shè)備而定，干擾影響由網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)負(fù)載百分比取定，衰落儲(chǔ)備由無線信號(hào)邊緣覆蓋率給出，Eb/No根據(jù)話音質(zhì)量與FER的相應(yīng)關(guān)系綜合取定。

　　由于CDMA為寬帶系統(tǒng)，有較高的擴(kuò)頻增益，故當(dāng)C/I為負(fù)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(tǒng)的GSM和模擬系統(tǒng)。在同等條件下，CDMA比GSM傳播距離要大1．3～2．1倍左右。對于大城市高話務(wù)密度區(qū)CDMA基站半徑最小可設(shè)置在300 m左右；對于郊區(qū)開闊地，應(yīng)充分發(fā)揮其覆蓋范圍大的特點(diǎn)，半徑可達(dá)50 km以上。表2給出了幾種不同地區(qū)的基站覆蓋半徑。

表2　各類地區(qū)的基站覆蓋半徑

2．2　基站話務(wù)配置

　?。?） 基站容量的確定

　　確定CDMA基站容量的主要參數(shù)有：處理增益、Eb/No、話音激活因子、頻率復(fù)用系數(shù)，以及基站天線扇區(qū)數(shù)等。

　　對于單扇區(qū)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)，見表3。

表3　典型站型容量配置表

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

　?。?） 話務(wù)配置

　　與GSM網(wǎng)相比，CDMA網(wǎng)基站的話務(wù)配置具有更大的靈活性，因此，它也是工程建設(shè)中的重點(diǎn)。首先，需對實(shí)地進(jìn)行詳細(xì)查勘，了解當(dāng)?shù)匾苿?dòng)話務(wù)分布狀況；其次要利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件預(yù)測；最后根據(jù)預(yù)測結(jié)果，分配基站話務(wù)量。最終設(shè)計(jì)值與網(wǎng)絡(luò)開通后的實(shí)際話務(wù)量差值應(yīng)不超過30％。

2．3　干擾分析與協(xié)調(diào)

　　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，故未來建設(shè)的CDMA網(wǎng)必然會(huì)對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生很大的影響。這類干擾的存在是我國獨(dú)有的現(xiàn)象，在世界其他國家和地區(qū)，或因?yàn)闆]有采用ETACS制式，或因?yàn)闆]有使用CDMA技術(shù)，因而不存在此類現(xiàn)象。它的解決也是影響到CDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的關(guān)鍵問題之一。

　　CDMA發(fā)端信號(hào)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(qū)輸出的最大功率；Pr：ETACS接收的信號(hào)強(qiáng)度；LoA：CDMA帶外損耗；Lb：CDMA、ETACS天線隔離度。

　　為保證不產(chǎn)生干擾，要求Pr 值小于ETACS接收機(jī)靈敏度，即調(diào)整天線隔離度，理論計(jì)算需達(dá)到86 dB以上。天線隔離度有水平、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：天線水平間距（米）；Gtx、Grx：天線增益；θ：兩天線在垂直面內(nèi)的夾角。

　　要滿足隔離要求，CDMA與ETACS天線垂直間距應(yīng)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法計(jì)算的。要分析這些情況，還需要到現(xiàn)場對無線信號(hào)場強(qiáng)進(jìn)行測試。

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

2．4　PN-Offset的規(guī)劃

　　由于CDMA系統(tǒng)頻率復(fù)用系數(shù)約為1，所以它不需要進(jìn)行頻率規(guī)劃。但是在實(shí)際情況中會(huì)有一個(gè)潛在的問題，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(tái)端看來，由于傳播時(shí)延（鄰PN-Phase干擾）和PN-Offset復(fù)用距離不夠（同PN-Phase干擾），就會(huì)使一些非相關(guān)的導(dǎo)頻信號(hào)看起來一樣。鄰PN-Offset干擾是影響大覆蓋區(qū)基站的主要因素，同PN-Offset干擾是影響小覆蓋區(qū)基站的主要因素。因此PN-Offset的規(guī)劃是CDMA系統(tǒng)特有的問題。

　　所有具有相同頻率但不同PN碼相位的導(dǎo)頻集有四種：有效導(dǎo)頻集、相鄰導(dǎo)頻集、侯選導(dǎo)頻集和剩余導(dǎo)頻集，PN-Offset干擾只會(huì)發(fā)生在前兩種導(dǎo)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(dǎo)頻搜索窗口中，兩者都會(huì)成為三個(gè)最強(qiáng)信號(hào)中的一個(gè)，有效導(dǎo)頻集PN-Offset干擾就會(huì)發(fā)生。移動(dòng)臺(tái)就會(huì)解擴(kuò)并合并非相關(guān)的前向業(yè)務(wù)信道信號(hào)。

　?。?） 如果一個(gè)遠(yuǎn)端業(yè)務(wù)信道落入相鄰導(dǎo)頻集，且它的Ec/Io＞T－add，相鄰導(dǎo)頻集PN-Offset干擾就會(huì)發(fā)生。移動(dòng)臺(tái)就會(huì)切換到錯(cuò)誤的導(dǎo)頻上，并解擴(kuò)錯(cuò)誤的信號(hào)。

　　它們的共同結(jié)果是強(qiáng)干擾和掉話。

　　避免鄰PN-Offset干擾的方法是：

　　．使鄰PN-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(qū)半徑，單位為chip（1 chip＝244 m）；W為有效導(dǎo)頻窗口尺寸，單位為chip； a為路徑損耗指數(shù)。

　?。蟮男^(qū)需要大的間隔，即增大相鄰小區(qū)PN碼的相位偏差。