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【摘要】文章結(jié)合塔頂放大器工程實(shí)際案例，通過鏈路平衡計(jì)算和測試驗(yàn)證，介紹了CDMA系統(tǒng)射頻鏈路參數(shù)設(shè)計(jì)，可供移動通信工程技術(shù)人員參考。
1、概述
1.1 塔頂放大器在移動通信網(wǎng)絡(luò)中的作用
塔頂放大器是安裝在移動通信基站鐵塔頂部的射頻信號放大設(shè)備；可以分為單向放大和雙向放大兩類，單向放大的作用就是只放大上行（反向鏈路）信號／或下行（前向鏈路）信號；雙向放大的作用就是既放大上行信號又放大下行信號，達(dá)到擴(kuò)大覆蓋范圍的目的。
隨著覆蓋范圍的擴(kuò)大，用戶增多，話務(wù)量增加，同頻干擾增多，基站接收噪聲電平升高，導(dǎo)致基站接收信噪比惡化；而CDMA系統(tǒng)采用功率控制技術(shù)和分集接收技術(shù)，增加塔頂放大器后，合理分配系統(tǒng)電平，保持鏈路參數(shù)在合理范圍內(nèi)，系統(tǒng)就能避開干擾，既可擴(kuò)大基站無線信號覆蓋范圍，還可增加基站系統(tǒng)的容量。
塔頂放大器系統(tǒng)設(shè)備組成及其在移動通信基站中的連接關(guān)系如圖1所示。
1.2 塔頂放大器工程應(yīng)用需要解決的主要問題
塔頂放大器工程應(yīng)用（設(shè)計(jì)安裝調(diào)試），主要是解決鏈路平衡問題。應(yīng)對前／反向鏈路參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析和計(jì)算、安裝調(diào)試，實(shí)際測試后，需重新調(diào)整和修正有關(guān)參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化目標(biāo)。
2、塔頂放大器工程鏈路參數(shù)設(shè)計(jì)
以云南保山市隆陽區(qū)羊邑電信所基站塔放設(shè)計(jì)為案例，對塔頂放大器工程鏈路參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。
2.1 前向鏈路電平設(shè)計(jì)計(jì)算
�。�1）前向鏈路的最大傳輸損耗
按CCIR模型：
LTmax（dB）=Pb+Gb-Ab+Gm-10Lg[ζp-（Ec/No，T）req（1+Io，oc/Io，sc）]-（Ec/No，T）req-（NoW）m �。�1）
式中：
Pb為基站發(fā)射功率（dBm）；
Gb為小區(qū)天線增益，本例取10dBi；
Ab為小區(qū)饋線系統(tǒng)總損耗，本例取5dB；
Gm為移動臺天線增益，本例取0dBi；
ζp為發(fā)射功率中分配給導(dǎo)頻信道的部分，本例取20%；
�。‥c/No，T）req為導(dǎo)頻碼片能量對噪聲譜密度之比，本例取-15dB；
Io，oc/Io，sc為其它小區(qū)干擾譜密度與同小區(qū)干擾譜密度之比，本例取2.5dB；
（NoW）m為移動臺接收機(jī)的熱噪聲譜密度（移動臺噪聲系數(shù)取8dB），本例取-105dBm。
算得：
安裝塔放前：Lmaxfo=153.5dB；
安裝塔放后：Lmaxft=161.5dB；
前向鏈路傳輸總損耗比安裝塔放前改善約8dB。
�。�2）小區(qū)前向覆蓋半徑
本例中，羊邑基站地處城市遠(yuǎn)郊，丘陵起伏較大，多數(shù)用戶在丘陵／小山坡下，工作頻段為PCS1900MHz，采用CCIRC傳播模型，按下式計(jì)算：
Rkm=exp{2.303*[Lmax-129.64+2.91hm+13.82lghb-25lg10（%）]/[44.9-6.55lghb]} �。�2）
式中：
Lmax為鏈路最大傳輸損耗；
hm為移動臺天線相對高度，本例取1.5米；
hb為小區(qū)基站天線相對高度，本例取30米；
%為建筑物覆蓋的地面所占百分比，本例覆蓋區(qū)域?qū)偾鹆甑貛�，遮擋面積分別按Q=10%，20%，50%計(jì)算，結(jié)果見表1和表2。
表1 羊邑基站射頻鏈路設(shè)計(jì)參數(shù)表
序號 前向鏈路 反向鏈路
參數(shù)指標(biāo) 裝塔放前 裝塔放后 參數(shù)指標(biāo) 裝塔放前 裝塔放后
1 工作頻段 1975MHz～1990MHz 工作頻段 1890MHz～1905MHz
2 Pc（dBm） 38 41*（39） Pm 23 23
3 Gc（dBi） 10-5*=5 10-1=9 Gm 0 0
4 SNRreq（dB） -14 -14 Ec/No（dB） -15 -15
5 Io，oc/Io，sc（dB） 2.5 2.5 Ga 3 3
6 （NF）m（dB） 8 8 （NF）c 5+5*=10 3
7 （NoW）m（dBm） -105 -105 （NoW）c（dBm） -103 -l10
8 ζp（%） 20 20 載荷X 50% 50%
9 Lmaxf（dB） 153.5 161.5 Lmaxr（dB） 151 158
10 B（dB） 2.5 3.5（1.5）
11 ζp*（%），B=0 15 13
12 Rkmf（km） Rkmr（km）
50%遮擋 1.5 2.53 1.27 2.0
20%遮擋 2.87 4.84 2.43 3.85
10%遮擋 4.7 7.78 3.98 6.28
注1：41*為設(shè)計(jì)值（塔放實(shí)際輸出功率電平為4 3dBm，工程實(shí)際調(diào)整值為3 9dBm）。
注2：5*為基站天饋（50米饋線和避雷器等）附加總損耗按5dB計(jì)。
注3：ζp*（%）為B=0時，導(dǎo)頻信號功率占總發(fā)射功率的百分比。
表2 羊邑基站塔放工程測試參數(shù)和計(jì)算結(jié)果
序號 前向鏈路 反向鏈路
參數(shù)指標(biāo) 裝塔放前 裝塔放后 參數(shù)指標(biāo) 裝塔放前 裝塔放后
1 工作頻段 1975MHz～1990MHz 工作頻段 1890MHz～1905MHz
2 Pc（dBm） 38 39 Pm 0 0
3 Gc（dBi） 10-5*=5 10-1=9 Gm 0 0
4 SNRreq（dB） -14 -14 Ec/No（dB） -9 9
5 Io，oc/Io, sc（dB） 2.5 2.5 Ga 3 3
6 （NF）m（dB） 8 8 （NF）c 5+5*=10 3
7 （NoW）m（dBm） -90 -90 （Now）c（dBm） -103 -110
8 ζp（%） 20 20 載荷X 50% 50%
9 Lmaxf（dB） 141 147 Lmaxr（dB） 128 135
10 B（dB） 2.5 1.5
11 ζp*（%），B=0 20 20
12 Rkmf（km） Rkmr（km）
50%遮擋 0.66 0.98 0.28 0.45
20%遮擋 1.27 1.87 0.54 0.86
10%遮擋 2.1 3.06 0.89 1.4
13 覆蓋面積（km2） 13.8 29.4 2.5 6.2
注1：加裝塔放前的計(jì)算結(jié)果與路測結(jié)果有可比性，加裝塔頂放大器后，實(shí)際路測結(jié)果（1.89km見圖3）比計(jì)算（1.4km）結(jié)果好，說明加裝塔放后的工程計(jì)算（特別是反向鏈路的計(jì)算）是比較保守的。
注2：通常情況下，用戶在小區(qū)邊緣拔打電話時，手機(jī)功率都會自動增大到0dBm以上，最大可達(dá)20dBm；手機(jī)接收信號碼片能量噪聲比低于-9dB（或-13dB，甚至到-15dB），因此實(shí)際覆蓋半徑應(yīng)大于測試半徑。
注3：按哈塔模型或WIN模型計(jì)算所得小區(qū)覆蓋半徑都比較大（計(jì)算略）；選擇CCIR模型；計(jì)算結(jié)果與工程實(shí)際較吻合。
2.2 反向鏈路電平設(shè)計(jì)計(jì)算
�。�1）反向鏈路的最大傳輸損耗
按CCIR模型，
Lmax=Pm+Gb-Ab+Gm-（Eb/No）req+PG-（NoW）c+10lg（1-X）+Ga （3）
式中：
Pm為移動臺發(fā)射功率，取23dBm，工程測試按0dBm計(jì)算；
（Eb／No）req為小區(qū)基站接收的比特能量對噪聲密度之比，取6dB；
PG=系統(tǒng)處理增益，本例為21dB；
�。∟oW）c為基站等效噪聲功率（基站接收機(jī)噪聲系數(shù)取5dB，塔頂放大器噪聲系數(shù)取3dB）；
X為小區(qū)載荷系數(shù)，取0.5；
Ga為分集接收等效增益，取3dB。
算得：
安裝塔放前：Lmaxro=23+10-5+0-6+21-（-108）-3+3=151（dB）；
安裝塔放后：Lmaxrt=23+10+0-6+21-（-110）-3+3=158（dB）。
�。�2）小區(qū)反向覆蓋半徑
設(shè)小區(qū)載荷50%，遮擋面積分別按Q=10%，20%，50%，按式（1）計(jì)算，結(jié)果見表1和表2。
2.3 前向、反向鏈路平衡
前向鏈路功率過大，會對其它小區(qū)移動臺造成不必要的干擾；而反向鏈路功率過大則會降低小區(qū)有效容量。因此需要對系統(tǒng)進(jìn)行平衡，盡可能使小區(qū)前向鏈路覆蓋范圍與反向鏈路覆蓋范圍相吻合；在用戶密度小的農(nóng)村，前向鏈路覆蓋面積可以略大于反向鏈路覆蓋面積。
平衡因子B定義為：
B=L前向-L反向 �。�4）
工程設(shè)計(jì)可取B=1dB～2dB。
本例中，安裝塔放前，前向鏈路覆蓋略大于反向鏈路覆蓋；導(dǎo)頻信號可以由20%降低到15%，也可以適當(dāng)降低基站發(fā)射功率（比如降到36.5dBm）實(shí)現(xiàn)前/反向鏈路基本平衡。
安裝塔放后設(shè)計(jì)的計(jì)算值：B=3.5dB；調(diào)整功率后，B=1.5dB。
安裝塔放后，如基站發(fā)射功率大于40dBm，則導(dǎo)頻信號功率可以降到13%；實(shí)際工程中，將基站發(fā)射功率下調(diào)到39dBm左右（調(diào)整塔放增益或后臺基站功率參數(shù)）；達(dá)到鏈路基本平衡目的。
鏈路設(shè)計(jì)參數(shù)見表1，工程測試計(jì)算參數(shù)見表2。
由表1看出，安裝塔頂放大器前，羊邑基站前向覆蓋最大4.7Km（空曠地），反向?yàn)?.5km，若用戶在小山背后，基本上不能通話；加裝塔頂放大器后羊邑基站前向覆蓋范圍可達(dá)8km左右，反向覆蓋范圍在6.5km左右（由地形、地貌決定）。可靠通信范圍大約在半徑4km范圍內(nèi)。
2.4 小區(qū)載荷和容量
�。�1）小區(qū)載荷
載荷是描述小區(qū)容量的簡單方法。小區(qū)載荷X=工作的用戶數(shù)／最大允許的用戶數(shù)。CDMA系統(tǒng)干擾量正比于同區(qū)和鄰區(qū)的用戶數(shù)，容量是自我限制的。安裝塔放前，設(shè)小區(qū)載荷為0.5，安裝塔放后，由于基站總等效噪聲系數(shù)改善約6dB～7dB，在同等干擾電平下，小區(qū)載荷可達(dá)到0.8，即可增加約30%的用戶。安裝塔放后一段時間內(nèi)，掉話率降低；當(dāng)用戶容量接近飽和時，掉話率會明顯增加。
�。�2）小區(qū)容量
這里指單載頻小區(qū)的最大用戶數(shù)。通常，反向平均話音激活因子Ar=O.4，載荷門限Xo=0.9，移動用戶數(shù)據(jù)速率Rb=9.6kb/s，解碼所需的Eb/No=6dB，當(dāng)移動用戶阻塞概率BCDMA=2%時，平均用戶數(shù)為28，最大用戶數(shù)為36；設(shè)忙時集中系數(shù)K=0.1，則小區(qū)最大用戶數(shù)為360；設(shè)每用戶每天平均呼叫C=5次，每次占用時間T=120秒，則每用戶平均忙時話務(wù)量：
a=C*T*K/3600
=5*120*0.1/3600
=0.0167Erl/h
小區(qū)總話務(wù)量為
0.0167*360=6Erl/h
未安裝塔放，當(dāng)用戶增多，需要基站發(fā)射較大的功率（按需分配）時，由于基站功率有限，部分“遠(yuǎn)距離”用戶得不到足夠的電平值，網(wǎng)絡(luò)拒絕該用戶接入或拆線，造成呼叫失敗或掉線；而采用塔放后，基站發(fā)射功率余量較大（選用設(shè)備值比設(shè)計(jì)理論要求值高出2dB～3dB），當(dāng)扇區(qū)激活的用戶多時，基站有足夠的功率按需分配到各用戶，也就是說，移動用戶需要多大電平，基站就給多大電平，保證所有用戶有效接入（必要條件是：反向鏈路達(dá)到基站接收門限電平）；當(dāng)用戶不太多時，塔放負(fù)荷較小，提高了設(shè)備穩(wěn)定性和可靠性。
取再用系數(shù)（收到的其它小區(qū)總功率／收到的本小區(qū)總功率）ζ=0.33，則多小區(qū)蜂窩網(wǎng)的小區(qū)容量只有單小區(qū)的75%。
3、工程測試結(jié)果
3.1 羊邑基站路測渲染圖
保山市羊邑基站路測結(jié)果見圖2，圖3。測試結(jié)果說明：移動通信基站增加塔頂放大器，擴(kuò)大無線信號覆蓋范圍的效果是明顯的。
3.2 羊邑基站路測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
羊邑基站路測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。
表3 羊邑基站測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)匯總表
序號 項(xiàng)目名稱 代號 測試要求 塔放關(guān)閉（%） 塔放開啟（%） 改善（%） 備注
1 手機(jī)接收 Rx_AGC ≥-90dBm 4.93 28.64 23.71
2 手機(jī)發(fā)射 Tx_PWR ≤0dBm 43.3 64.02 20.72
3 Ec/Io ≥-9dB 85.65 96.6 10.95
4 誤幀率 ≤3% 71.70 98.21 26.51
5 覆蓋半徑 0.9km 1.9km 111
6 覆蓋面積（平方公里） 2.54 11.3 345
3.3 羊邑基站話務(wù)統(tǒng)計(jì)
安裝塔頂放大器前，只有11個用戶，因覆蓋范圍小，接通率低，部分用戶拒付費(fèi)甚或要求退網(wǎng)；安裝塔放后，很快增加到60個用戶，并一年發(fā)展到121戶，增長了10倍；話務(wù)統(tǒng)計(jì)見表4。
表4 羊邑基站話務(wù)統(tǒng)計(jì)
序號 用戶數(shù) 話務(wù)量 起呼總數(shù) 成功總數(shù) 掉話率% 抽樣統(tǒng)計(jì)時間
1 121 1.44 1804 1765 1.17 2005.6.29
2 121 1.57 2075 2035 1.36 2005.6.30
3 121 1.57 2101 2060 1.15 2005.7.0l
3.4 勐統(tǒng)基站話務(wù)統(tǒng)計(jì)
昌寧縣勐統(tǒng)基站安裝塔放前，有182個用戶（占容許容量的51%），投訴多；安裝塔放后，用戶增加到314個，增長了72.5%，接近最大容量時達(dá)87%；話務(wù)統(tǒng)計(jì)如表5所示：
表5 昌寧縣勐統(tǒng)基站安裝塔放后話務(wù)統(tǒng)計(jì)
序號 用戶數(shù) 話務(wù)量 起呼總數(shù) 成功總數(shù) 掉話率% 抽樣統(tǒng)計(jì)時間
1 314 2.64 6207 6125 0.82 2005.7.19
2 314 2.82 6153 6036 1.60 2005.7.20
3 314 3.07 6267 6163 1.07 2005.7.21
4、結(jié)束語
工程測試和話務(wù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：安裝塔放后，沒有引起系統(tǒng)干擾，用戶和話務(wù)量明顯增加，掉話率在2%內(nèi)。
