CDMA450無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和建設(shè)

一、引言

目前全國村通率只達(dá)到89.2%,距離“十五”規(guī)劃中2005年底要達(dá)到95%村通的目標(biāo)還有近4萬個行政村的任務(wù)。受地理、經(jīng)濟(jì)條件的制約，山區(qū)和農(nóng)村的通信狀況更差，如果采用原有的有線方式進(jìn)行農(nóng)村地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，存在著初期投資成本過高，后續(xù)維護(hù)成本較高，而用戶話費較低的問題，造成投資收回時間較長，甚至無法收回。而采用原有的模擬450M進(jìn)行建設(shè)，雖然在一定程度上可以降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本，但是，由于該模擬系統(tǒng)規(guī)范為FDMA方式，技術(shù)成熟但落后，頻譜效率低（一些地方已無法安排頻率），很難用于進(jìn)一步解決農(nóng)村“家家通”的問題。CDMA450就是使用450MHz頻段的CDMA-1X技術(shù)，450頻段相比3G使用的2GHz頻段有著無線傳播路徑損耗小、廣覆蓋的優(yōu)點以及具備后續(xù)演進(jìn)的能力。因此運營企業(yè)引入了CDMA450無線接入系統(tǒng)，建設(shè)農(nóng)村無線接入網(wǎng)絡(luò)。

CDMA450系統(tǒng)由若干個子系統(tǒng)或功能實體組成。接入單元子系統(tǒng)（BSS）由CDMA450系統(tǒng)中與無線蜂窩方面關(guān)系最直接的基本組成部分。它通過無線接口直接與無線臺相接，負(fù)責(zé)無線發(fā)送接收和無線資源管理。接入單元子系統(tǒng)通過V5.2接口與PSTN相連，實現(xiàn)無線用戶之間或無線用戶與固定網(wǎng)絡(luò)用戶之間的通信連接，傳送系統(tǒng)信號和用戶信息等。另一方面，接入單元子系統(tǒng)與分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)節(jié)點PDSN相連，實現(xiàn)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。原HLR和VLR的部分功能集成在BSC中實現(xiàn)。

二、CDMA450無線規(guī)劃方法

1．鏈路預(yù)算

在無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，覆蓋十分重要，尤其是對以廣覆蓋為目標(biāo)的農(nóng)村無線接入系統(tǒng)，容量不是主要矛盾，覆蓋起到了決定性的作用。

對于無線通信系統(tǒng)，無線空間的傳播模型十分復(fù)雜并有很大差異，使得不同環(huán)境下的不同小區(qū)覆蓋范圍不同。要想確定小區(qū)的覆蓋范圍，必須要通過鏈路預(yù)算來確定無線信號在通信鏈路中的各種損耗和增益，所以鏈路預(yù)算是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的一個重要環(huán)節(jié)。

鏈路預(yù)算是根據(jù)無線空間傳播模型，計算從發(fā)射端到接收端滿足解調(diào)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(qū)覆蓋半徑的過程。鏈路預(yù)算的各個組成部分如表1所示。

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

在進(jìn)行鏈路預(yù)算后，還要根據(jù)各種地物特征進(jìn)行傳播模型校正，鏈路預(yù)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。傳播模型校正這個步驟一般可以由規(guī)劃軟件完成，經(jīng)過計算損耗如下：

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(fù)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(dāng)?shù)氐膶嶋H地形有著緊密的聯(lián)系，我們不能脫離實際的地形地貌對網(wǎng)絡(luò)的容量、覆蓋進(jìn)行研究。

CDMA的覆蓋與容量/負(fù)荷是一個互相關(guān)聯(lián)的關(guān)系。在追求廣覆蓋時則意味著小容量，大容量則意味著小覆蓋，覆蓋與容量不可分割，不可以離開容量來談覆蓋，也不能離開覆蓋對網(wǎng)絡(luò)的實際容量進(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，用戶很少，網(wǎng)絡(luò)容量比較小的情況，而不是在地形復(fù)雜、用戶量很大的前提條件下的實際覆蓋。

網(wǎng)絡(luò)的基站及終端所發(fā)射的功率要克服以下兩個因素，一是要克服路徑損耗，二是要克服干擾。而設(shè)備的功率是一個額定值，基站的總功率為20W，固定臺的發(fā)射功率為250mW。前向鏈路，隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的增加（接入用戶數(shù)的增加），基站就要分配更多的功率給用戶，當(dāng)基站分配的功率接近自身的總功率時，為了能夠為更多的用戶提供服務(wù)，則需要把分配給單個用戶的功率減小。因基站分配給單個用戶功率要減少，網(wǎng)絡(luò)為了和終端保證良好通信，只能通過減少原有接入網(wǎng)絡(luò)用戶的路徑損耗，讓用戶距離基站更近來實現(xiàn)正常的通信；反向鏈路，隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)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(dāng)終端的發(fā)射功率達(dá)到自身極限時，為了可以接入更多的用戶，終端則需要其它的功率來克服新增用戶所產(chǎn)生的干擾，在實際中，終端只能通過減少路徑損耗（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。

隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的增加，單載頻運行的CDMA系統(tǒng)容量負(fù)荷增加到一定程度，覆蓋可能會有一定程度的收縮，在反向負(fù)荷超過50％后，覆蓋收縮開始產(chǎn)生非線性變化，意味著網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量開始變差。為了保證運營商業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，需要維護(hù)人員緊急監(jiān)控話務(wù)量增長和用戶投訴情況，適時進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)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(nèi)（放于室內(nèi)、使用室內(nèi)天線）、室外（固定臺+室外天線）型兩種。在CDMA450網(wǎng)絡(luò)中使用室內(nèi)、室外型固定臺的主要區(qū)別有：室內(nèi)型固定臺比室外型固定臺多了建筑物損耗，在郊區(qū)此損耗約為10dB；固定臺天線增益之間的差異，室內(nèi)型固定臺的天線增益為2.1dBi，室外型固定臺的天線增益為9dBi（可以更大一些）。以上兩個主要因素將導(dǎo)致使用不同比例的室內(nèi)、室外型固定臺時對網(wǎng)絡(luò)的實際覆蓋半徑產(chǎn)生很大程度的影響。

隨著使用室內(nèi)型固定臺比例、數(shù)量的增加，網(wǎng)絡(luò)單個基站的覆蓋半徑將變??；相反，隨著使用室外型固定臺比例、數(shù)量的增加，網(wǎng)絡(luò)的實際覆蓋半徑會有所增大。

（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個業(yè)務(wù)信道，S11站單站單載頻配置36個業(yè)務(wù)信道，考慮到本次網(wǎng)絡(luò)配置中用戶全部是農(nóng)村語音業(yè)務(wù)用戶，話音業(yè)務(wù)無線呼損取為5%，查ERL－B表得到表3的數(shù)據(jù)。其中用戶數(shù)＝基站容量/單用戶話務(wù)量（0.03erl）

    
三、仿真分析

在3G無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃過程中必須使用具有蒙特卡洛仿真等功能的規(guī)劃工具進(jìn)行預(yù)規(guī)劃、詳細(xì)規(guī)劃和優(yōu)化仿真。3G無線網(wǎng)絡(luò)基站數(shù)量應(yīng)當(dāng)根據(jù)覆蓋規(guī)劃和容量規(guī)劃的結(jié)果進(jìn)行綜合考慮獲得，并通過網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工具對規(guī)劃方案進(jìn)行仿真驗證與方案修改的多次反復(fù)迭代。規(guī)劃仿真工具設(shè)計的輸入內(nèi)容包括：基站的配置、無線傳播模型、業(yè)務(wù)的定義、用戶的分布情況和一些必須的相關(guān)參數(shù)。仿真的主要處理過程包括如下幾個。

（1）建立和目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)相同的仿真環(huán)境（參數(shù)設(shè)置）；

（2）取得多個SNAPSHOT；

（3）在每個SNAPSHOT過程中，撒入移動臺或終端；

（4）每個終端連接網(wǎng)絡(luò)能力，通過迭代處理計算；

（5）考慮各種接續(xù)失敗情況(如最大移動臺發(fā)射功率、最大到達(dá)NODEB功率、無可用信道、低導(dǎo)頻Ec/Io、上下行干擾)；

（6）根據(jù)獲得的SNAPSHOT結(jié)果來分析網(wǎng)絡(luò)的性能。

同時在給定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、基站配置、傳播模型等條件的基礎(chǔ)上，通過軟件工具對基站方向角、下傾角等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；利用工具進(jìn)行仿真后，對輸出結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)設(shè)計網(wǎng)絡(luò)中存在的問題并進(jìn)行調(diào)整直至達(dá)到設(shè)計要求。

四、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容原則

隨著網(wǎng)絡(luò)用戶的增加，會出現(xiàn)話務(wù)阻塞的情況，需要以后進(jìn)行擴(kuò)容，對于擴(kuò)容工程我們提出以下基本原則。

（1）增加信道板

當(dāng)覆蓋率要求沒有變化時，通過增加信道板資源來完成擴(kuò)容工程，因為村村通網(wǎng)絡(luò)一期的容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計容量要求。

（2）增加扇區(qū)

當(dāng)某些小區(qū)容量增加時，可以通過小區(qū)分裂來完成擴(kuò)容，比如O1基站擴(kuò)容為S11或S111基站、S11基站擴(kuò)容為S111或更多扇區(qū)基站等。

（3）增加站點

當(dāng)覆蓋率要求更高時，需要根據(jù)鏈路預(yù)算重新在原有網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行站點的規(guī)劃，規(guī)劃的原則是滿足覆蓋率要求的同時滿足容量的要求。

隨著一期網(wǎng)絡(luò)的開通，用戶和業(yè)務(wù)不斷增多，網(wǎng)絡(luò)會出現(xiàn)一些容量或者覆蓋不足的地方，對于這種情況需要根據(jù)后臺的話務(wù)量統(tǒng)計和前臺的路測數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的評估，評估網(wǎng)絡(luò)在哪些地方出現(xiàn)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足要求（因為前期容量的配置很?。瑢τ诓荒軡M足覆蓋要求的地方需要增加基站。