CDMA450無線網絡規劃和建設

一、引言

目前全國村通率只達到89.2%,距離“十五”規劃中2005年底要達到95%村通的目標還有近4萬個行政村的任務。受地理、經濟條件的制約，山區和農村的通信狀況更差，如果采用原有的有線方式進行農村地區的網絡建設，存在著初期投資成本過高，后續維護成本較高，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進行建設，雖然在一定程度上可以降低網絡建設的成本，但是，由于該模擬系統規范為FDMA方式，技術成熟但落后，頻譜效率低（一些地方已無法安排頻率），很難用于進一步解決農村“家家通”的問題。CDMA450就是使用450MHz頻段的CDMA-1X技術，450頻段相比3G使用的2GHz頻段有著無線傳播路徑損耗小、廣覆蓋的優點以及具備后續演進的能力。因此運營企業引入了CDMA450無線接入系統，建設農村無線接入網絡。

CDMA450系統由若干個子系統或功能實體組成。接入單元子系統（BSS）由CDMA450系統中與無線蜂窩方面關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，負責無線發送接收和無線資源管理。接入單元子系統通過V5.2接口與PSTN相連，實現無線用戶之間或無線用戶與固定網絡用戶之間的通信連接，傳送系統信號和用戶信息等。另一方面，接入單元子系統與分組數據業務節點PDSN相連，實現分組數據業務。原HLR和VLR的部分功能集成在BSC中實現。

二、CDMA450無線規劃方法

1．鏈路預算

在無線網絡建設初期，覆蓋十分重要，尤其是對以廣覆蓋為目標的農村無線接入系統，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，無線空間的傳播模型十分復雜并有很大差異，使得不同環境下的不同小區覆蓋范圍不同。要想確定小區的覆蓋范圍，必須要通過鏈路預算來確定無線信號在通信鏈路中的各種損耗和增益，所以鏈路預算是網絡規劃中的一個重要環節。

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

從表1可以看出，反向鏈路預算中“最大允許的空間損耗”為147.37dB，前向向鏈路預算中“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，在絕大多數的覆蓋區域內不存在鏈路不平衡的情況。

在進行鏈路預算后，還要根據各種地物特征進行傳播模型校正，鏈路預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劃軟件完成，經過計算損耗如下：

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．容量與覆蓋的關系

（1）CDMA450覆蓋與容量的關系

CDMA網絡的覆蓋半徑及容量與當地的實際地形有著緊密的聯系，我們不能脫離實際的地形地貌對網絡的容量、覆蓋進行研究。

CDMA的覆蓋與容量/負荷是一個互相關聯的關系。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絡的實際容量進行研究。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，網絡容量比較小的情況，而不是在地形復雜、用戶量很大的前提條件下的實際覆蓋。

網絡的基站及終端所發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。而設備的功率是一個額定值，基站的總功率為20W，固定臺的發射功率為250mW。前向鏈路，隨著網絡負荷的增加（接入用戶數的增加），基站就要分配更多的功率給用戶，當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，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，網絡為了和終端保證良好通信，只能通過減少原有接入網絡用戶的路徑損耗，讓用戶距離基站更近來實現正常的通信；反向鏈路，隨著網絡負荷的增加，網絡的干擾也在增大，而終端的發射功率是有限的，當終端的發射功率達到自身極限時，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，保證可以與網絡進行正常的通信。

隨著網絡負荷的增加，單載頻運行的CDMA系統容量負荷增加到一定程度，覆蓋可能會有一定程度的收縮，在反向負荷超過50％后，覆蓋收縮開始產生非線性變化，意味著網絡質量開始變差。為了保證運營商業務的快速發展，需要維護人員緊急監控話務量增長和用戶投訴情況，適時進行網絡擴容，保證網絡覆蓋。

（2）不同固定臺使用比例對網絡覆蓋半徑的影響

固定臺分為室內（放于室內、使用室內天線）、室外（固定臺+室外天線）型兩種。在CDMA450網絡中使用室內、室外型固定臺的主要區別有：室內型固定臺比室外型固定臺多了建筑物損耗，在郊區此損耗約為10dB；固定臺天線增益之間的差異，室內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致使用不同比例的室內、室外型固定臺時對網絡的實際覆蓋半徑產生很大程度的影響。

隨著使用室內型固定臺比例、數量的增加，網絡單個基站的覆蓋半徑將變小；相反，隨著使用室外型固定臺比例、數量的增加，網絡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個業務信道，S11站單站單載頻配置36個業務信道，考慮到本次網絡配置中用戶全部是農村語音業務用戶，話音業務無線呼損取為5%，查ERL－B表得到表3的數據。其中用戶數＝基站容量/單用戶話務量（0.03erl）

    
三、仿真分析

在3G無線網絡規劃過程中必須使用具有蒙特卡洛仿真等功能的規劃工具進行預規劃、詳細規劃和優化仿真。3G無線網絡基站數量應當根據覆蓋規劃和容量規劃的結果進行綜合考慮獲得，并通過網絡規劃工具對規劃方案進行仿真驗證與方案修改的多次反復迭代。規劃仿真工具設計的輸入內容包括：基站的配置、無線傳播模型、業務的定義、用戶的分布情況和一些必須的相關參數。仿真的主要處理過程包括如下幾個。

（1）建立和目標網絡相同的仿真環境（參數設置）；

（2）取得多個SNAPSHOT；

（3）在每個SNAPSHOT過程中，撒入移動臺或終端；

（4）每個終端連接網絡能力，通過迭代處理計算；

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

（6）根據獲得的SNAPSHOT結果來分析網絡的性能。

同時在給定的網絡環境、基站配置、傳播模型等條件的基礎上，通過軟件工具對基站方向角、下傾角等參數進行優化；利用工具進行仿真后，對輸出結果進行分析，發現設計網絡中存在的問題并進行調整直至達到設計要求。

四、網絡擴容原則

隨著網絡用戶的增加，會出現話務阻塞的情況，需要以后進行擴容，對于擴容工程我們提出以下基本原則。

（1）增加信道板

當覆蓋率要求沒有變化時，通過增加信道板資源來完成擴容工程，因為村村通網絡一期的容量遠遠超出設計容量要求。

（2）增加扇區

當某些小區容量增加時，可以通過小區分裂來完成擴容，比如O1基站擴容為S11或S111基站、S11基站擴容為S111或更多扇區基站等。

（3）增加站點

當覆蓋率要求更高時，需要根據鏈路預算重新在原有網絡上進行站點的規劃，規劃的原則是滿足覆蓋率要求的同時滿足容量的要求。

隨著一期網絡的開通，用戶和業務不斷增多，網絡會出現一些容量或者覆蓋不足的地方，對于這種情況需要根據后臺的話務量統計和前臺的路測數據進行網絡的評估，評估網絡在哪些地方出現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。