農(nóng)村無線接入系統(tǒng)掉話分析及優(yōu)化

摘要　首先介紹了農(nóng)村無線接入系統(tǒng)的特點，然后分析了掉話原因，并針對各種原因給出了優(yōu)化方法。

1、農(nóng)村無線接入系統(tǒng)現(xiàn)狀

農(nóng)村無線接入系統(tǒng)采用cdma2000 1x 450 MHz蜂窩技術(shù)，但不同于移動網(wǎng)絡，具有自己的特點。

（1）采用全向站宏覆蓋模式，覆蓋控制不靈活，底部噪聲高

基站各向覆蓋半徑一致，覆蓋調(diào)整不靈活，上下行底部噪聲高。上行底部噪聲普遍在-110～-100 dBm，遠高于cdma2000 1x系統(tǒng)的熱噪聲，熱噪聲在上行系統(tǒng)中的影響較小。下行公共信道功率占比達50%，而蜂窩移動系統(tǒng)的建議值為20%～30%，下行底部噪聲高2～4 dB，功率容量緊張，容易出現(xiàn)過載。

（2）話務負載嚴重不均，峰值容量極高

農(nóng)村用戶移動范圍不大，一般在一個基站覆蓋區(qū)域內(nèi)移動，基站話務量分布嚴重不均，話務量高的在幾十Erl以上，話務量低的在1 Erl以下。同時，農(nóng)村用戶具有日出而做、日落而息的作息習慣，導致基站忙閑時段明顯，忙時話務量峰值較高，最高接近基站理論極限容量61 Erl。

（3）450 MHz頻段屬開放頻段，干擾嚴重，解決困難

450 MHz頻段屬開放頻段，在此頻段內(nèi)存在大量調(diào)頻廣播差轉(zhuǎn)電臺、450 MHz民用ETS窄帶通信、軍事通信、對講通信等干擾系統(tǒng)，都是窄帶通信系統(tǒng)，發(fā)射功率達幾十至百瓦級，致使農(nóng)村無線接入系統(tǒng)的寬譜干擾功率提高了10～20 dB，底部噪聲抬升-90～-70 dBm。采用抑制干擾源強度的方法解決帶內(nèi)干擾，要求窄帶干擾系統(tǒng)濾波器的帶外抑制度為30～50 dB，難度較大，因此，農(nóng)村無線接入系統(tǒng)是帶內(nèi)外干擾共存的系統(tǒng)，基站電磁環(huán)境較差。

（4）基站供電保障差，雷害嚴重

農(nóng)村無線接入系統(tǒng)基站普遍建在欠發(fā)達地區(qū)，供電得不到保障，電壓不穩(wěn)。低壓搭火點至基站供電線路損耗較大，供電系統(tǒng)帶載能力差�；�站雷害嚴重，由于輸電線、光纜加強芯的感應效應導致的雷害嚴重�；�站運行條件較差，經(jīng)常因停電、雷擊、機房溫度過高、8 Mbit/s光端機故障、光纜線路故障等原因掉站。因到達基站困難，故障修復時間較長。

以上特點導致農(nóng)村無線接入系統(tǒng)掉話嚴重，服務質(zhì)量、QoS相對較差，需要著重解決掉話問題。

2、負荷波動引起的掉話及優(yōu)化方法

負荷波動是農(nóng)村無線接入系統(tǒng)掉話的主要原因，也是最隱蔽的原因。表現(xiàn)為呼吸效應嚴重，忙時小區(qū)邊緣用戶呼叫困難，已呼叫成功的用戶容易掉話。隨著小區(qū)內(nèi)通話用戶的增加，用戶信號對基站的干擾增加，基站信號對用戶的干擾也在增加，引起上下行底部噪聲抬升。一般呼吸效應幅度控制在3 dB以內(nèi)，與軟切換增益抵消，以保證網(wǎng)絡覆蓋穩(wěn)定，不受話務負荷波動影響，但是農(nóng)村無線接入系統(tǒng)因用戶分布相對集中、基站話務量變化大、建設資金緊張、基站覆蓋半徑大等客觀因素，呼吸效應幅度大于3 dB，網(wǎng)絡覆蓋極不穩(wěn)定。通過對網(wǎng)管RSSI、發(fā)射功率的忙閑時對照統(tǒng)計得出，上行呼吸效應重于下行，平原、丘陵地區(qū)上行呼吸效應幅度為6～13 dB，山區(qū)上行呼吸效應幅度為3～6 dB，平原、丘陵、山區(qū)下行呼吸效應幅度達3～6 dB。農(nóng)村無線接入系統(tǒng)的呼吸效應主要影響上行部分，特別是平原、丘陵地區(qū)的基站，這是由其傳播空間開闊、傳播損耗小的傳播模型決定的。鄰小區(qū)干擾大，周圍相鄰小區(qū)用戶對基站的干擾幅度高達13 dB，上行負荷高達95%，因此，平原、丘陵地區(qū)高用戶數(shù)基站連片覆蓋區(qū)域，掉話嚴重，需重點優(yōu)化。建議平原、丘陵地區(qū)基站含切換標稱容量為25～30 Erl，山區(qū)基站含切換標稱容量為30～35 Erl，超出建議擴容。

解決負荷波動引起的掉話問題，有以下幾種方法。

（1）適當增大激活集搜索窗寬度，降低軟切換要求門限

適當增大激活集搜索窗寬度，使更多區(qū)域能夠滿足發(fā)生軟切換的時間要求。在兩基站覆蓋重疊區(qū)域內(nèi)發(fā)生軟切換要求-Wa/2≤Db-Dc≤Wa/2（Db、Dc為終端到基站b、c的距離；Wa為激活集搜索窗寬度；基站c是歸屬基站，與基站b軟切換），否則會因激活集搜索窗過小無法搜索到基站b的信號，而不能加入激活集發(fā)生軟切換。適當降低軟切換要求門限，使更多區(qū)域能滿足發(fā)生軟切換的Ec/Io門限要求，提高軟切換比例，使終端在更多的通話時間上使用軟切換，降低終端發(fā)射功率。

降低終端發(fā)射功率會產(chǎn)生2個有益作用：第一，終端有更多功率滿足通信需要，可以抵抗更強干擾和更遠空間距離延伸；第二，也是最關鍵、最重要的，就是降低覆蓋區(qū)域的上行底部噪聲，特別是平原、丘陵地區(qū)。為便于分析，假設用戶軟切換分支為2分支，每分支發(fā)射功率相等，用戶沒有軟切換時終端發(fā)射功率為2單位，軟切換增益為3 dB，則軟切換時每分支發(fā)射功率降為1單位，用戶歸屬基站為c基站，和b基站發(fā)生軟切換。用戶不發(fā)生軟切換時，終端發(fā)射信號對用戶而言是信號，對基站c而言是干擾，強度為2單位，對基站b的干擾也是2單位，但不占用基站b的沃爾什碼資源；用戶發(fā)生軟切換時，終端發(fā)射信號對用戶而言是信號，對基站c而言是干擾，強度為1單位，對基站b的干擾也是1單位，但占用基站b的沃爾什碼資源。可見，用戶對鄰站的干擾由2單位降低到1單位，用戶對本站c的干擾由2單位降低到1單位。基站c的總干擾是本站干擾和鄰站干擾的總和，由4單位降低到2單位，底部噪聲改善3 dB。底部噪聲改善后可以進一步降低終端發(fā)射功率，從而進一步改善底部噪聲，循環(huán)疊代，底部噪聲改善將超過3 dB，加上軟切換合成增益3 dB，改善幅度將超過6 dB。實際改善情況由各小區(qū)用戶數(shù)、分布位置決定的疊加關系決定。

（2）使用S1/0.5/0.5功分站，空間上分割上下行負荷

S1/0.5/0.5功分站是二載波三扇區(qū)站型，空間上，上下行負荷被一分為二，由雙倍收信機和功放物理上分割上下行負荷，上下行負荷降低。在低負荷狀態(tài)時，定向天線增益優(yōu)勢顯現(xiàn)，進一步改善掉話。

（3）使用OTSR基站，空間上分割上行負荷

OTSR基站與S1/0.5/0.5功分站降低負荷的原理一樣，但僅在上行部分由雙倍收信機物理上分割負荷，下行負荷不變，可大大降低站型改造成本。OTSR站型改造中還需對基帶部分的無線資源管理算法進行調(diào)整，需要設備廠商的軟件升級支撐。

3、過覆蓋、欠覆蓋引起的掉話及優(yōu)化方法

農(nóng)村無線接入系統(tǒng)使用cdma2000 1X 450 MHz系統(tǒng)，基站站址地勢較高，覆蓋半徑一般為3～7 km，個別高山基站覆蓋半徑達60 km。在平原、丘陵地區(qū)，高山基站過覆蓋區(qū)域較多，導頻污染、無主導頻現(xiàn)象嚴重。這些區(qū)域信號強度比較好，但上下行Ec/Io較差，上下行覆蓋不平衡，表現(xiàn)為終端顯示有強信號，容易掉話。在山區(qū)，電波被大山阻擋致使欠覆蓋區(qū)域較多，這些區(qū)域不僅信號強度差，而且上、下行Ec/Io也差。過覆蓋、欠覆蓋都會導致上行Ec/Io差而引起掉話，可采取以下方法解決。

（1）使用功分站控制過覆蓋區(qū)域，降低上下行干擾。常用功分站有S0.3/0.3/0.3、S0.15/0.15/0.15/0.15/0.15/0.15兩種。通過靈活控制各扇區(qū)下行覆蓋區(qū)域，按需要改變覆蓋圖形，均衡小區(qū)邊緣用戶的小區(qū)選擇，提高接入的質(zhì)量。通過收縮覆蓋區(qū)域提高小區(qū)內(nèi)用戶的品質(zhì)，同時增大天線俯仰角，間接降低鄰小區(qū)用戶的干擾，改善上行Ec/Io，改善掉話。本方法適用于過覆蓋的情況。

（2）后臺相關無線參數(shù)與實際運營環(huán)境相匹配。調(diào)整后臺相關無線參數(shù)一般可以增強軟切換增益和增大軟切換發(fā)生的概率，增大軟切換比例，獲得真實覆蓋Ec/Io的增強。這些參數(shù)包括基站接收機的軟切換最大Finger數(shù)、鄰區(qū)參數(shù)、搜索窗參數(shù)、軟切換門限等。本方法適用于過覆蓋、欠覆蓋所有情況。

（3）使用覆蓋增強技術(shù)，特別是上行覆蓋增強技術(shù)。下行覆蓋增強直接將公共信道功率、TCH業(yè)務信道最大發(fā)射功率增大即可。上行覆蓋增強除增大軟切換增益、增大軟切換比例、使用S1/0.5/0.5功分站和OTSR基站外，還有多天線接收分集、直放站、利用OTSR原理實現(xiàn)的四分集接收等技術(shù)。本方法適用于欠覆蓋情況。

（4）使用用戶室外定向天線。農(nóng)村無線接入系統(tǒng)的終端是固話機樣式，攜帶不方便，適于安裝用戶室外定向天線，其定向增益為11 dBi，上行信號能利用其高增益特性，增強終端等效最大發(fā)射功率，下行信號不是利用其高增益特性，而是利用其方向性減弱基站下行干擾改善欠覆蓋情況。但一個小區(qū)內(nèi)用戶室外定向天線不能太多，否則會引起上行高負荷時底部噪聲過大，非定向天線用戶性能下降更多易掉話。本方法適用于欠覆蓋情況。

4、外系統(tǒng)窄帶干擾引起的掉話及優(yōu)化方法

cdma2000 1x系統(tǒng)頻譜強度低，一般閑時低于-110 dBm，忙時低于-100 dBm。傳統(tǒng)頻譜儀因熱噪聲高，接收靈敏度不夠，捕捉、顯示信號困難。即使使用高靈敏度頻譜儀，弱干擾信號被淹沒在信號頻譜中無法發(fā)現(xiàn)，強干擾信號凸顯在信號頻譜中，改變信號頻譜圖案，因正常信號頻譜圖案本身無明顯規(guī)則，故無法肯定是否有干擾信號存在，只有干擾信號特強，嚴重改變頻譜圖案時才能肯定判斷干擾的存在。所以，采用頻譜儀不適宜判測CDMA信號的干擾，判測時變干擾更困難。

建議采用網(wǎng)管的RSSI實時監(jiān)測cdma2000 1x干擾，根據(jù)監(jiān)測值估算窄帶干擾強度。干擾對邊緣用戶影響較大，容易引發(fā)掉話現(xiàn)象。一般窄帶干擾信號強度不夠閉塞寬帶CDMA基站，-70 dBm以上的強干擾信號可以閉塞邊緣用戶，此時，用戶有強信號顯示，但無法建立呼叫。解決窄帶干擾建議先打開自適應陷波器抵消干擾，如不夠可更換能抵抗更大深度的自適應陷波器板，如還不夠，直接改頻錯頻避開。不建議使用定位干擾源，抑制干擾源強度的方法解決，這種方法解決周期太長，干擾抑制度太大，協(xié)調(diào)難，往往無法實現(xiàn)。

5、基站運行條件不能保障引起的掉話及優(yōu)化方法

農(nóng)村地區(qū)基站供電往往不能保障，在電能供給緊張的冬春季經(jīng)常拉閘限電致使基站掉站。掉站會使基站原配置的鄰區(qū)關系發(fā)生變化，影響軟切換的成功建立，造成掉話。掉電的瞬間往往引起在用用戶掉話�；�站供電不穩(wěn)，基站時掉時連，造成頻繁掉話�；�站普遍建在制高點，供電線路較長，地阻普遍偏高，直擊雷經(jīng)常擊壞GPS天線，造成基站不同步，影響軟切換的建立而掉話；電源線、光纜加強芯的感應電流擊毀電源設備、光傳輸設備，基站無電、無傳輸而掉話。

保障基站運行條件應從維護管理和技術(shù)保障兩2方面入手。

（1）建立基站集中監(jiān)控系統(tǒng)和協(xié)管員協(xié)助維護體系。通過集中監(jiān)控系統(tǒng)第一時間得知基站停電信息和直流電壓變化情況，確定是否采用油機發(fā)電，通過協(xié)管員協(xié)助維護，加快基站故障響應速度，減少基站故障修復時間，通過維護流程、制度和辦法的建立使基站維護工作在科學分析、經(jīng)驗積累的基礎上流程化、制度化、簡單化。

（2）加強基站經(jīng)濟型綜合防雷改造，降低基站被雷擊概率。通過避雷器、自動重合閘聯(lián)合使用或三級浪涌抑制器避雷模式，光纜加強芯避雷處理，降低電源線感應雷和光纜加強芯感應雷的發(fā)生頻率和強度，以免擊壞、擊傷基站設備。降低GPS天線高度從而降低GPS被擊中的概率。