窄帶CDMA無線網絡的規劃和設計

1、引言

　　近10年來，移動通信用戶以每年遞增80％～200％的速度擴大規模。據此分析，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的10％左右。迅速增長的網絡容量，與有限的頻率資源之間的矛盾，越來越突出地顯現出來。

　　而CDMA技術具有用戶容量大、覆蓋范圍廣、話音質量好等特點，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網的商用試驗。根據試驗效果以及市場需求，目前有可能建設大規模的商用網。

2、無線網絡規劃

　　移動通信網的工程建設大致可分為6個步驟：擬定網絡需達到的覆蓋指標和話務要求；初步網絡規劃；基站站址現場勘察；修正網絡規劃，完成工程設計；系統調測和網絡優化；根據優化結果或網絡擴容要求，返回第一步。CDMA網絡的設計同樣遵循這個步驟，但在很多方面又區別于GSM和TACS網。

2．1　無線覆蓋

　　CDMA網絡的無線覆蓋主要取決于設備噪聲系數、干擾影響、衰落儲備、Eb/No等因數，其具體分析見表1。

表1　無線覆蓋參數的設定

　　其中帶寬和Boltzman常數為固定值，基站噪聲系數根據設備而定，干擾影響由網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根據話音質量與FER的相應關系綜合取定。

　　由于CDMA為寬帶系統，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量，這一點大大優于傳統的GSM和模擬系統。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CDMA基站半徑最小可設置在300 m左右；對于郊區開闊地，應充分發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的基站覆蓋半徑。

表2　各類地區的基站覆蓋半徑

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有：處理增益、Eb/No、話音激活因子、頻率復用系數，以及基站天線扇區數等。

　　對于單扇區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

　　由于CDMA基站扇區間的物理信道資源可以共享，所以在網絡實際運行中，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點。

　　（2） 話務配置

　　與GSM網相比，CDMA網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，了解當地移動話務分布狀況；其次要利用先進的網絡規劃軟件預測；最后根據預測結果，分配基站話務量。最終設計值與網絡開通后的實際話務量差值應不超過30％。

2．3　干擾分析與協調

　　IS-95指定CDMA網所用頻段為：上行824～849 MHz、下行869～894 MHz。我國目前已建成的ETACS網使用的頻率正好為880～890 MHz，故未來建設的CDMA網必然會對現有網絡產生很大的影響。這類干擾的存在是我國獨有的現象，在世界其他國家和地區，或因為沒有采用ETACS制式，或因為沒有使用CDMA技術，因而不存在此類現象。它的解決也是影響到CDMA網絡建設的關鍵問題之一。

　　CDMA發端信號對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。

　　為保證不產生干擾，要求Pr 值小于ETACS接收機靈敏度，即調整天線隔離度，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，還需要到現場對無線信號場強進行測試。

　　在空間去耦的同時，還可以調整天線相對位置、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調，重新劃分這段頻率，并給予一定的保護帶寬。

2．4　PN-Offset的規劃

　　由于CDMA系統頻率復用系數約為1，所以它不需要進行頻率規劃。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），就會使一些非相關的導頻信號看起來一樣。鄰PN-Offset干擾是影響大覆蓋區基站的主要因素，同PN-Offset干擾是影響小覆蓋區基站的主要因素。因此PN-Offset的規劃是CDMA系統特有的問題。

　　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干擾只會發生在前兩種導頻集中。

　　（1） 如果兩個相位上非相關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干擾就會發生。移動臺就會解擴并合并非相關的前向業務信道信號。

　　（2） 如果一個遠端業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。

　　．大的小區需要大的間隔，即增大相鄰小區PN碼的相位偏差。