窄帶CDMA無線網(wǎng)絡的規(guī)劃和設計
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1、引言
近10年來，移動通信用戶以每年遞增80％～200％的速度擴大規(guī)模。據(jù)此分析，到2000年，中國的移動用戶將達到3 000萬戶，占世界移動用戶總數(shù)的10％左右。迅速增長的網(wǎng)絡容量，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，從而贏得了廣大消費者及運營商的青睞，在世界各地也得到了越來越廣泛的應用。截至1999年6月，全球CDMA網(wǎng)絡移動用戶已超過3 000萬戶。1996年，我國首先在北京、上海、廣州和西安四城市進行了CDMA網(wǎng)的商用試驗。根據(jù)試驗效果以及市場需求，目前有可能建設大規(guī)模的商用網(wǎng)。
移動通信網(wǎng)的工程建設大致可分為6個步驟：擬定網(wǎng)絡需達到的覆蓋指標和話務要求；初步網(wǎng)絡規(guī)劃；基站站址現(xiàn)場勘察；修正網(wǎng)絡規(guī)劃，完成工程設計；系統(tǒng)調(diào)測和網(wǎng)絡優(yōu)化；根據(jù)優(yōu)化結(jié)果或網(wǎng)絡擴容要求，返回第一步。CDMA網(wǎng)絡的設計同樣遵循這個步驟，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)絡的無線覆蓋主要取決于設備噪聲系數(shù)、干擾影響、衰落儲備、Eb/No等因數(shù)，其具體分析見表1。
表1 無線覆蓋參數(shù)的設定
序號 | 項目內(nèi)容 | 典型值 | 備注 |
1 | 帶寬(HZ) | 1228800 | CDMA單載頻帶寬 |
2 | Blotzman常數(shù)(w/(Hz*k)) | 1.38E-23 | 有單位常量 |
3 | 溫室(k) | 290 |
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4 | 基站噪聲系數(shù)(dB) | 5 | 典型值 |
5 | 接收機干擾影響(dB) | 4~6 |
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6 | 軟切換增益(dB) | 3~4 |
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7 | 基站天線曾益(dBi) | 9~17 |
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8 | 饋線損耗(dB) | 1~3 |
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9 | 正態(tài)衰落儲備(dB) | 9~11 |
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10 | 建筑物穿透損耗(dB) | 10~25 | 根據(jù)地形地物取值 |
11 | Eb/N。(dB) | 6~7 |
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12 | 所需C/I(dB) | -14 |
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其中帶寬和Boltzman常數(shù)為固定值，基站噪聲系數(shù)根據(jù)設備而定，干擾影響由網(wǎng)絡設計負載百分比取定，衰落儲備由無線信號邊緣覆蓋率給出，Eb/No根據(jù)話音質(zhì)量與FER的相應關(guān)系綜合取定。
由于CDMA為寬帶系統(tǒng)，有較高的擴頻增益，故當C/I為負值時仍能得到好的服務質(zhì)量，這一點大大優(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。對于大城市高話務密度區(qū)CDMA基站半徑最小可設置在300 m左右；對于郊區(qū)開闊地，應充分發(fā)揮其覆蓋范圍大的特點，半徑可達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
區(qū)域 | 城市密集區(qū) | 城區(qū) | 郊區(qū) | 鄉(xiāng)村 | 車輛 |
建筑物穿透損耗 | 18~25 | 15~20 | 10~15 | 10 | 6 |
CDMA基站半徑(km) | 0.9 | 1.5 | 4.3 | 21.0 | 33.0 |
2．2 基站話務配置
（1） 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個信道，目前工程上一般取值為全向23個，定向20個，見表3。
表3 典型站型容量配置表
| GOS=2% | GOS=5% | |||||
站型 | 信道數(shù) (個) | 話務量 (個) | 用戶數(shù) (個) | 信道數(shù) (個) | 話務量 (Erl) | 用戶數(shù) (個) | |
O1 | 23 | 15.76 | 631 | 23 | 18.08 | 724 | |
O2 | 46 | 36.53 | 1462 | 46 | 40.55 | 1622 | |
20/20/20 | 39.54 | 1582 | 20/20/20 | 45.75 | 1830 | ||
40/40/40 | 93.00 | 3720 | 40/40/40 | 103.8 | 4152 | ||
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)絡實際運行中，它所能處理的話務量，還要大于設計理論值，這是其它制式不具備的獨特優(yōu)點。
（2） 話務配置
與GSM網(wǎng)相比，CDMA網(wǎng)基站的話務配置具有更大的靈活性，因此，它也是工程建設中的重點。首先，需對實地進行詳細查勘，了解當?shù)匾苿釉拕辗植紶顩r；其次要利用先進的網(wǎng)絡規(guī)劃軟件預測；最后根據(jù)預測結(jié)果，分配基站話務量。最終設計值與網(wǎng)絡開通后的實際話務量差值應不超過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，故未來建設的CDMA網(wǎng)必然會對現(xiàn)有網(wǎng)絡產(chǎn)生很大的影響。這類干擾的存在是我國獨有的現(xiàn)象，在世界其他國家和地區(qū)，或因為沒有采用ETACS制式，或因為沒有使用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)絡建設的關(guān)鍵問題之一。
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(qū)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(diào)整天線隔離度，理論計算需達到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天線垂直間距應大于6 m或水平間距保持在1 km以上。但實際傳播環(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算的。要分析這些情況，還需要到現(xiàn)場對無線信號場強進行測試。
在空間去耦的同時，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，最好的辦法是實行頻率協(xié)調(diào)，重新劃分這段頻率，并給予一定的保護帶寬。
2．4 PN-Offset的規(guī)劃
由于CDMA系統(tǒng)頻率復用系數(shù)約為1，所以它不需要進行頻率規(guī)劃。但是在實際情況中會有一個潛在的問題，那就是：盡管所有的基站都使用不同的PN-Offset，然而在移動臺端看來，由于傳播時延（鄰PN-Phase干擾）和PN-Offset復用距離不夠（同PN-Phase干擾），就會使一些非相關(guān)的導頻信號看起來一樣。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干擾只會發(fā)生在前兩種導頻集中。
（1） 如果兩個相位上非相關(guān)的信道都落在同一有效導頻搜索窗口中，兩者都會成為三個最強信號中的一個，有效導頻集PN-Offset干擾就會發(fā)生。移動臺就會解擴并合并非相關(guān)的前向業(yè)務信道信號。
?。?） 如果一個遠端業(yè)務信道落入相鄰導頻集，且它的Ec/Io＞T－add，相鄰導頻集PN-Offset干擾就會發(fā)生。移動臺就會切換到錯誤的導頻上，并解擴錯誤的信號。
它們的共同結(jié)果是強干擾和掉話。
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。
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