CDMA直放站優(yōu)化探討

摘要　由于直放站（repeater）造價(jià)低，建設(shè)周期短，使用靈活，成為CDMA網(wǎng)絡(luò)中解決特定區(qū)域信號(hào)覆蓋的有效手段。但引入直放站后，如果處理不當(dāng)，全網(wǎng)性能會(huì)急劇下降。如何使直放站既充分發(fā)揮作用，又不對(duì)全網(wǎng)造成不利影響。就應(yīng)該特別注意CDMA直放站的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。影響直放站使用效果的因素有很多。就直放站的應(yīng)用中，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)影響最大的前反向搜索窗設(shè)置以及對(duì)上下行底部噪聲干擾提升進(jìn)行了深入分析，為下一階段的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的建網(wǎng)提供切實(shí)有效的參考依據(jù)。

隨著網(wǎng)絡(luò)發(fā)展日趨成熟，用戶對(duì)通信質(zhì)量要求逐步提高，直放站系統(tǒng)的不穩(wěn)定性、對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的影響等缺點(diǎn)開始凸現(xiàn)出來。針對(duì)特定區(qū)域和特殊環(huán)境，合理使用直放站仍然是解決網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋的一個(gè)重要手段[1]。應(yīng)該根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況，通過對(duì)直放站使用進(jìn)行深入的分析，綜合評(píng)估直放站使用的優(yōu)、缺點(diǎn)，同時(shí)加強(qiáng)直放站設(shè)備的監(jiān)控和維護(hù)力度，使其發(fā)揮最大的效益，確保網(wǎng)絡(luò)高水平的通信質(zhì)量，提升網(wǎng)絡(luò)競(jìng)爭(zhēng)能力。

1、直放站引入的干擾分析[2]

1.1　直放站引入的上行底部噪聲干擾分析

上行底部噪聲是指空間的白噪聲和直放站的噪聲通過直放站上行鏈路放大以后，輸出到天線端的噪聲，如果過大將會(huì)影響或干擾基站。

對(duì)于CDMA系統(tǒng)，直放站等效于干擾源。即使所覆蓋區(qū)域沒有用戶使用，它也會(huì)向基站發(fā)出干擾噪聲，導(dǎo)致基站熱噪聲電平升高，使基站接收機(jī)的靈敏度降低，從而影響所有處于本基站覆蓋區(qū)的用戶（不影響直放站覆蓋區(qū)的用戶）。從下面的計(jì)算分析可以進(jìn)一步分析此種噪聲的影響。

直放站作用于基站接收前端的熱噪聲電平為
　　　�。�1）
　　基站接收前端的等效熱噪聲電平為
　　　�。�2）
　　式（1）（2）中：kT為熱噪聲密度，k為波爾茲曼常數(shù)，T為環(huán)境溫度；B為系統(tǒng)信道帶寬；Fn,rep為直放站噪聲系數(shù)；Grep為直放站增益；LEdoPL為有效路徑損耗；Fn,bts為基站接收機(jī)噪聲系數(shù)。
　　為了衡量基站接收端的噪聲電平變化量，引入?yún)��?shù)噪聲注入裕量NIM，NIM=10lg（Pn,bts/Pn,rep）。基站接收機(jī)等效熱噪聲電平升高量ROT可表示為
　　　�。�3）
　　從圖1可以看出，NIM的值決定了直放站對(duì)施主基站上行鏈路的影響。每增加1 dB，就意味著該施主基站的上行鏈路功率減少1 dB，或所允許的基站到手機(jī)的空間路徑損耗減少1 dB；對(duì)小區(qū)覆蓋范圍來講，會(huì)引起上行覆蓋半徑減小；對(duì)基站覆蓋區(qū)的用戶來講，手機(jī)的發(fā)射功率會(huì)相應(yīng)增大，或者處在小區(qū)邊緣的用戶發(fā)生單通或上行話音質(zhì)量下降、掉話等現(xiàn)象。

圖1　NIM與ROT的量化關(guān)系

從以上的分析可以看出，在直放站和基站位置確定的情況下，可以通過調(diào)整直放站上行增益Grep或增大路徑損耗LEdoPL來控制對(duì)其施主基站的影響。

任何直放站接入基站均會(huì)對(duì)CDMA網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生干擾，即對(duì)施主基站引入一定的噪聲，引起基站的靈敏度降低。眾所周知，在CDMA制式下，我們希望接入基站接收機(jī)入口的噪聲功率小于-113 dBm。這就要求在鏈路預(yù)算和直放站調(diào)測(cè)過程中，通過調(diào)整直放站的上行增益來減小對(duì)基站的影響。應(yīng)調(diào)整上行增益并計(jì)算此噪聲經(jīng)有效路徑損耗后到達(dá)基站接收機(jī)的噪聲功率是否控制在-113 dBm以內(nèi)。只要控制好上行噪聲，直放站就不會(huì)對(duì)基站形成干擾。

1.2　直放站引入的下行干擾分析

通常下行干擾發(fā)生在無線同頻直放站。當(dāng)施主天線和重發(fā)天線隔離度小于直放站的下行增益G時(shí)，施主天線從施主基站接收頻率為ƒ的下行信號(hào)，經(jīng)過下行增益為G的直放站放大后，由重發(fā)天線發(fā)出去。一部分信號(hào)再經(jīng)過重發(fā)天線的后瓣（副瓣）耦合到施主天線的后瓣（副瓣），再由直放站放大。這樣無線同頻直放站就形成一個(gè)潛在的正反饋環(huán)路，產(chǎn)生自激，帶來下行干擾。直放站自激時(shí)，輕則是直放站的覆蓋區(qū)通話音質(zhì)變差，接通率下降，掉話率上升；嚴(yán)重時(shí)使施主基站和其周圍的基站發(fā)生癱瘓。

在實(shí)際工程中，一般采用下面簡(jiǎn)化公式對(duì)隔離度進(jìn)行估算。

圖2是在建筑物上架設(shè)的直放站天線，此時(shí)天線的隔離度（isolation）為
　　　（4）
　　其中：F/Bo為直放站施主天線的前后比；Lw為隔離物帶來的損耗；F/Bp為直放站重發(fā)天線的前后比；Lp為自由空間傳播損耗。

圖2　直放站天線隔離度示意圖

可以看出，影響直放站施主天線與重發(fā)天線隔離度的因素主要有以下幾種：

天線前后比，由天線本身決定的；
施主天線與重發(fā)天線之間自然或人為障礙引起的衰減；
施主天線與重發(fā)天線間的距離及高度差引起的空間傳輸損耗。
　　因此，無線同頻直放站在應(yīng)用時(shí)，可以采取下列方法，增大施主天線和重發(fā)天線間的隔離度：

采用前后比和旁瓣抑制比大的天線；
增大兩天線間的安裝距離；
兩天線盡量采用背對(duì)背安裝；
利用建筑物隔離（如：穿過30 cm厚水泥墻可提高隔離度約10dB）；
微調(diào)天線的方位角和傾角，在兩天線間安裝隔離網(wǎng)；
選擇具有抗震性能的無線直放站（具有輸入和輸出干擾抵消技術(shù)）。
　　2、直放站對(duì)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的影響[3]

在直放站的應(yīng)用中，系統(tǒng)參數(shù)受影響最大的是前反向搜索窗的設(shè)置。搜索窗的設(shè)置與直放站引起的時(shí)延大小有關(guān)。直放站與信號(hào)源基站之間存在著一定的時(shí)延，因此在設(shè)計(jì)其覆蓋范圍時(shí)，要同時(shí)考慮多徑引起的時(shí)延和固有時(shí)延，使之不超過一個(gè)碼片時(shí)間長(zhǎng)度，才不會(huì)引起碼間串?dāng)_；時(shí)延大時(shí)，應(yīng)該增加搜索窗設(shè)置值；時(shí)延小時(shí)，應(yīng)減小搜索窗的設(shè)置值。

在直放站的應(yīng)用中，時(shí)延來自于幾個(gè)方面，與具體的環(huán)境密切相關(guān)。以光纖直放站為例，由于光纖施工的特殊性，基站到直放站的實(shí)際光纖度一般大于直線距離，即使從運(yùn)營(yíng)商得到光纖長(zhǎng)度，也因光纖的熔接質(zhì)量等原因，真實(shí)的時(shí)延和理論值相差較大。最理想的方法是使用路測(cè)設(shè)備，準(zhǔn)確測(cè)量信號(hào)延后，再計(jì)算各個(gè)窗口的修正值，從而對(duì)原基站的搜索窗口進(jìn)行調(diào)整。實(shí)際上，一般采取理論計(jì)算，加上一定余量確定信號(hào)時(shí)延的方法。

2.1　時(shí)延對(duì)前向搜索窗的影響

時(shí)延對(duì)前向搜索窗的影響主要包括激活集、鄰區(qū)集和剩余集對(duì)應(yīng)的搜索窗。

2.1.1　激活集搜索窗的設(shè)置

手機(jī)搜索激活集中每一個(gè)導(dǎo)頻時(shí)，以每個(gè)導(dǎo)頻最早到達(dá)的多徑為搜索中心，激活集搜索窗的設(shè)置主要取決于當(dāng)?shù)囟鄰降膹?fù)雜情況，取決于各多徑信號(hào)之間的相對(duì)時(shí)延。當(dāng)直放站與施主基站之間沒有交疊覆蓋區(qū)時(shí)，直放站的使用基本不影響多徑條件，激活集搜索窗設(shè)置可以保持不變。當(dāng)直放站與施主基站的無線傳播環(huán)境不一致時(shí)，可能導(dǎo)致兩個(gè)覆蓋區(qū)域的多徑擴(kuò)展時(shí)延有較大差異，此時(shí)應(yīng)根據(jù)較大的多徑擴(kuò)展時(shí)延設(shè)置激活集搜索窗。

2.1.2　相鄰集搜索窗的設(shè)置

手機(jī)搜索相鄰集導(dǎo)頻時(shí)，以當(dāng)前激活集中參考導(dǎo)頻最早到達(dá)的多徑為參考點(diǎn)，確定搜索窗中心。為了保證相鄰導(dǎo)頻能落在搜索窗內(nèi)，要求相鄰集搜索窗大小為相鄰集導(dǎo)頻與參考導(dǎo)頻間最大可能達(dá)到的相對(duì)時(shí)延的2倍。如果直放站周邊沒有鄰區(qū)，則相鄰集搜索窗不必更改。

2.1.3　剩余集搜索窗設(shè)置

在網(wǎng)絡(luò)開通初期，剩余集搜索窗的設(shè)置一般與鄰區(qū)集一致，或大于鄰區(qū)集的搜索窗。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)得到良好優(yōu)化后，該值可以設(shè)置為0。

2.2　對(duì)反向搜索窗設(shè)置的影響

引入直放站后，反向搜索性能可能受影響的主要參數(shù)有反向接入信道捕獲窗口和反向業(yè)務(wù)信道搜索窗口。在反向鏈路中，根據(jù)業(yè)務(wù)連接的不同階段，基站用不同的機(jī)制搜索手機(jī)信號(hào)。在手機(jī)接入階段，基站用接入信道捕獲搜索窗捕獲接入信道；在業(yè)務(wù)信道捕獲階段，采用的搜索窗與接入信道一致；在捕獲業(yè)務(wù)信道后，用業(yè)務(wù)信道搜索窗解調(diào)業(yè)務(wù)信道。在參數(shù)配置中，對(duì)應(yīng)于反向接入搜索的參數(shù)為最大小區(qū)半徑，單位為km。該參數(shù)決定接入信道搜索窗大小。對(duì)應(yīng)于業(yè)務(wù)信道解調(diào)搜索的參數(shù)為反向業(yè)務(wù)信道搜索窗。

在規(guī)劃調(diào)測(cè)過程中，一般都會(huì)注意到前向搜索窗口調(diào)整。但經(jīng)常遇到的手機(jī)發(fā)射功率過高、掉話等現(xiàn)象，常都是因反向搜索窗口的設(shè)置偏小造成的，因?yàn)樵诮膺^程中由于定時(shí)的原因，手機(jī)的發(fā)射功率到達(dá)基站的分沒有得到完全解調(diào)，被基站誤認(rèn)為是手機(jī)的發(fā)射功不足，而其他的功率則作為噪聲對(duì)基站形成了干擾。所以，搜索窗口的調(diào)整要進(jìn)行前向和反向兩方面的調(diào)整。

3、結(jié)論

除了上文談到的直放站優(yōu)化工程中需要關(guān)注的重點(diǎn)因素外，CDMA直放站系統(tǒng)的調(diào)整參數(shù)還有很多，如：直放站施主天線的高度、方向；直放站的覆蓋范圍；直放站輸出功率以及衰減（ATT）量、增益控制（ALC）量；直放站的放大增益等等。

盡管傳統(tǒng)的直放站已具備監(jiān)控功能，直放站的智能化水平也越來越高，但仍需要深入了解直放站的各項(xiàng)技術(shù)性能，合理設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)。這樣，才可以使直放站的加入既不影響網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，又能起到預(yù)期的疏忙、掃盲和提高網(wǎng)絡(luò)利用率的作用。

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