CDMA直放站引入噪聲的分析及對(duì)策

熊猛



　　隨著移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的迅速普及，移動(dòng)通信運(yùn)營商及設(shè)備供應(yīng)商采取多種措施提高系統(tǒng)的容量和業(yè)務(wù)種類，以滿足日益增長的市場(chǎng)需求。中國聯(lián)通在CDMA網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和運(yùn)營初期，由于各方面條件的限制，不可能一次性建設(shè)很多的基站，基站數(shù)量的不足將造成信號(hào)覆蓋的不完善，影響網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，最終將影響投資回報(bào)。為此聯(lián)通新時(shí)空的CDMA網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)營初期采取低容量、大覆蓋無線網(wǎng)絡(luò)布局的主導(dǎo)思想，直放站以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)成為網(wǎng)絡(luò)不可分割的一部分，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。


　　如何建設(shè)好CDMA網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)復(fù)雜的課題。本文僅就CDMA直放站的噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響做出分析，并提出相應(yīng)的對(duì)策。



一、CDMA直放站引入噪聲分析


　　直放站作為一個(gè)有源的雙向放大設(shè)備，在放大有用信號(hào)的同時(shí)，必然會(huì)引入一定的噪聲，即使在沒有任何輸入信號(hào)的情況下，也會(huì)發(fā)射雜散信號(hào)，相當(dāng)于一個(gè)帶內(nèi)干擾源。更何況CDMA系統(tǒng)是一個(gè)自干擾系統(tǒng)，系統(tǒng)容量和服務(wù)質(zhì)量與多用戶干擾緊密相關(guān)，因此系統(tǒng)總是希望直放站引入的干擾越小越好，而實(shí)際設(shè)備的噪聲系數(shù)不可能為0，在設(shè)備規(guī)范中對(duì)噪聲系數(shù)的要求是小于5dB，因此，在以下的分析中，噪聲系數(shù)取最大極限值5dB參與計(jì)算。


　　1． 前向鏈路的噪聲分析


　　無論是光纖傳輸直放站還是無線直放站，前向鏈路信號(hào)的信噪比都很高，噪聲電平遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于高斯環(huán)境噪聲，有用信號(hào)電平遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高斯環(huán)境噪聲，經(jīng)過直放站放大后，信號(hào)的信噪比仍然較好，基本上不會(huì)影響系統(tǒng)。


以無線直放站為例：按照設(shè)備工作條件，到達(dá)直放站的前向信號(hào)強(qiáng)度大于－80dBm，高斯環(huán)境噪聲電平是－113dBm，時(shí)信噪比是(S/N)in=33dB，直放站的噪聲系數(shù)是5dB，則經(jīng)放大后信號(hào)的信噪比(S/N)output=33－5＝28dB，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足Ec/No>－14的要求，因此在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)于前向鏈路可以不考慮直放站的影響。


　　2． 反向鏈路的噪聲分析


　�。�1）反向鏈路噪聲對(duì)基站熱噪聲的影響


　　由于直放站本身存在的熱噪聲，反向鏈路信號(hào)在放大過程被疊加了熱噪聲，從而會(huì)造成施主基站噪聲電平的提高，降低施主基站接收機(jī)的靈敏度。


　　假設(shè)直放站反向鏈路的噪聲系數(shù)為 Frep-rev，直放站反向鏈路的增益為Grep-rev，環(huán)境溫度T＝290K，直放站產(chǎn)生的熱噪聲功率譜密度為Nrep，則：Nrep＝10lg(KT)＋Frep-rev


　　熱噪聲經(jīng)放大后通過空間鏈路進(jìn)入基站接收機(jī)，在基站接收機(jī)處產(chǎn)生的噪聲功率譜密度定義為Ni，則：


　　Ni＝10lg(KT)+Frep-rev+Grep-rev－Lrep+Grep-ant－Lpath＋Gbts-ant－Lbts


　　其中：Lrep為直放站施主端饋線的損耗，Grep-ant為直放站施主天線的增益，Lpath為施主基站和直放站之間的空中損耗，Gbts-ant為基站前向天線的增益，Lbts為基站發(fā)射機(jī)與前向天線間饋線的損耗。


　　對(duì)于具體的工程而言，Ni只與Grep-rev有關(guān)，其余的參數(shù)均是固定的常量，由此可見，直放站增益的大小直接關(guān)系到施主基站噪聲電平的大小。（因?yàn)镃DMA系統(tǒng)一個(gè)載頻的帶寬通常取為1.23MHz，則基站噪聲電平與噪聲功率譜密度是固定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。）


　　為了衡量基站接收機(jī)噪聲電平在系統(tǒng)引入直放站后的變化，定義噪聲注入裕量NIM（Noise Injection Margin）：


NIM＝10lg(Pbts/Prep) 其中：Pbts為基站接收機(jī)自身噪聲電平，以絕對(duì)值（dBw）表示。


　　Prep為直放站在施主基站接收機(jī)處產(chǎn)生的等效噪聲電平，以絕對(duì)值（dBw）表示。


　　為了便于比較，定義施主基站接收機(jī)輸入端熱噪聲的增加量ROT（Rise Over Thermal）：
　　ROT＝10lg((Pbts+Prep)/Pbts)＝10lg(1+10 )


　　從以上的公式和關(guān)系曲線可以看出，基站接收機(jī)輸入端熱噪聲的增加量ROT決定了直放站反向鏈路對(duì)施主基站反向鏈路的影響，即NIM值越大，則直放站在施主基站接收端引起的噪聲增加量ROT越小，反之則越大。而NIM直接取決于直放站反向鏈路增益Grep-rev，若Grep-rev值越大，則NIM越小，導(dǎo)致ROT增大，使得施主基站接收靈敏度降低，并且使處于基站覆蓋區(qū)邊緣的用戶會(huì)發(fā)生單通、話音質(zhì)量下降以及掉話等情況。若Grep-rev值越小，則NIM越大，此時(shí)ROT增加不大，對(duì)施主基站接收靈敏度無明顯影響，但直放站的覆蓋范圍會(huì)很小。綜合考慮基站接收機(jī)接收靈敏度、基站覆蓋范圍和直放站覆蓋范圍這三個(gè)因素，在實(shí)際應(yīng)用中可以通過調(diào)整直放站反向鏈路增益來達(dá)到最優(yōu)化的目的。


　　在實(shí)際應(yīng)用中，必須對(duì)噪聲注入裕量NIM和基站噪聲的增加量ROT的進(jìn)行折中考慮。通過大量的參考資料和計(jì)算分析，一般在高速公路、郊區(qū)、鄉(xiāng)村等應(yīng)用場(chǎng)合，需要直放站覆蓋的距離比較遠(yuǎn)，取NIM＝0dB，這時(shí)ROT＝3dB，而室內(nèi)覆蓋等場(chǎng)合，可以適當(dāng)取大NIM，在滿足應(yīng)用的前提下盡量減小ROT對(duì)系統(tǒng)的影響。


　�。�2）反向鏈路噪聲對(duì)直放站覆蓋區(qū)的影響


　　直放站與施主基站通過無線的方式連接，可以等效為串聯(lián)放大器。對(duì)處于直放站覆蓋區(qū)域的用戶的影響可以用串聯(lián)等效噪聲系數(shù)來分析，原來用于計(jì)算基站反向鏈路功率預(yù)算的基站接收機(jī)噪聲系數(shù)被串聯(lián)等效噪聲系數(shù)取代。若串聯(lián)等效噪聲系數(shù)增大，則直放站覆蓋區(qū)的反向功率預(yù)算減少，會(huì)使覆蓋范圍減小。


　�。�3）直放站反向鏈路噪聲與系統(tǒng)容量的關(guān)系


　　從CDMA系統(tǒng)的體制可以知道，決定小區(qū)容量的是多用戶干擾MAI，圖3表示了基站接收機(jī)收到信號(hào)的成分。






　　從圖（a）可知，當(dāng)一定數(shù)量的用戶成功接入到系統(tǒng)中后，此時(shí)若再有用戶嘗試接入，在CDMA功率控制的作用下，可能會(huì)出現(xiàn)無論怎樣增加發(fā)射功率都無法克服干擾的情況，導(dǎo)致用戶無法接入到系統(tǒng)中，此時(shí)系統(tǒng)容量達(dá)到極限。從圖（b）中可知，直放站本身熱噪聲引起的注入噪聲屬于靜態(tài)噪聲，與環(huán)境干擾類似，它僅僅抬高了基站接收機(jī)的噪聲電平，在CDMA功率控制的作用下，可能需要移動(dòng)臺(tái)加大發(fā)射功率，引起上行覆蓋半徑減小，即直放站的熱噪聲不對(duì)系統(tǒng)容量產(chǎn)生影響。


　　通過以上分析，我們知道直放站反向鏈路的增益直接決定了直放站對(duì)系統(tǒng)的影響，那么如何設(shè)置直放站的增益呢？關(guān)鍵是對(duì)噪聲注入裕量NIM和基站噪聲的增加量ROT的折中考慮。



二、減少直放站引入噪聲對(duì)系統(tǒng)影響的方法


　　在工程應(yīng)用中，我們可以通過測(cè)量和計(jì)算來合理設(shè)置反向鏈路增益，以達(dá)到優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的目的。


　　1．首先測(cè)試直放站施主天線與基站接收機(jī)口的純路徑損耗，記為PL，其次根據(jù)以上的噪聲分析計(jì)算直放站反向鏈路增益Grep－rev。設(shè)施主基站最大允許的噪聲容限為M，則：Grep－rev＝PL＋Fbts－Frep－M 其中Fbts為基站接收機(jī)的噪聲系數(shù)。


　　2．在局方工作人員的大力配合下，還可以通過利用基站后臺(tái)統(tǒng)計(jì)的接收機(jī)噪聲電平來合理設(shè)置直放站反向鏈路增益Grep－rev的方法：在沒有安裝直放站以前，通過長期統(tǒng)計(jì)，得出凌晨用戶極少時(shí)基站噪聲電平P1，安裝直放站后，不斷調(diào)整直放站反向鏈路增益Grep－rev，繼續(xù)統(tǒng)計(jì)，得出凌晨用戶極少時(shí)基站噪聲電平P2，設(shè)工程規(guī)劃和方案設(shè)計(jì)中的基站噪聲的增加量為ROT，則P2＝P1+ROT時(shí)的增益即是最佳值。


　　以上分析了直放站的噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響并提出了相應(yīng)的對(duì)策，由于CDMA系統(tǒng)是相當(dāng)復(fù)雜的，需要考慮的因素和參數(shù)很多，對(duì)其它方面的分析可參考相關(guān)文章，本文則不加贅述。




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