窄帶CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)
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1、引言
近10年來(lái)，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(guó)的移動(dòng)用戶將達(dá)到3 000萬(wàn)戶，占世界移動(dòng)用戶總數(shù)的10％左右。迅速增長(zhǎng)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(xiàn)出來(lái)。
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(yíng)商的青睞，在世界各地也得到了越來(lái)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(guò)3 000萬(wàn)戶。1996年，我國(guó)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(chǎng)需求，目前有可能建設(shè)大規(guī)模的商用網(wǎng)。
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(chǎng)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(cè)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(wú)線覆蓋
CDMA網(wǎng)絡(luò)的無(wú)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(jiàn)表1。
表1 無(wú)線覆蓋參數(shù)的設(shè)定
序號(hào) | 項(xiàng)目?jī)?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(jī)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(chǔ)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(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(wú)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(duì)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(duì)于郊區(qū)開(kāi)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
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(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(duì)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(jiàn)表3。
表3 典型站型容量配置表
| GOS=2% | GOS=5% | |||||
站型 | 信道數(shù) (個(gè)) | 話務(wù)量 (個(gè)) | 用戶數(shù) (個(gè)) | 信道數(shù) (個(gè)) | 話務(wù)量 (Erl) | 用戶數(shù) (個(gè)) | |
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(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)。
（2） 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(duì)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(cè)；最后根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，分配基站話務(wù)量。最終設(shè)計(jì)值與網(wǎng)絡(luò)開(kāi)通后的實(shí)際話務(wù)量差值應(yīng)不超過(guò)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(guó)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(shè)的CDMA網(wǎng)必然會(huì)對(duì)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(guó)獨(dú)有的現(xiàn)象，在世界其他國(guó)家和地區(qū)，或因?yàn)闆](méi)有采用ETACS制式，或因?yàn)闆](méi)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(wèn)題之一。
CDMA發(fā)端信號(hào)對(duì)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(wú)法計(jì)算的。要分析這些情況，還需要到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)無(wú)線信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行測(cè)試。
在空間去耦的同時(shí)，還可以調(diào)整天線相對(duì)位置、使用干擾抵消器、采用波瓣較窄的天線等方法，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(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(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(tái)端看來(lái)，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(lái)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(wèn)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。
（1） 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)。
（2） 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：
?。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(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。
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