CDMA网络直放站覆盖系统的优化.docx

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CDMA网络直放站覆盖系统的优化

随着中国联通码分多址（CDMA）网络在全国大规模放号工作的进行，用户容量不断增加，话务量日益升高，中国联通正在进行网络扩容和优化以满足客户的要求.在这一过程中，直放站的应用至关重要，因为直放站的覆盖范围动态性强，使用非常灵活，是填补盲区覆盖的最佳解决方案.

　　1　CDMA直放站覆盖的网络优化

　　CDMA直放站系统的网络优化内容主要包括:

直放站功能测试、直放站覆盖区域的路测、测试结果的分析、直放站系统的调整和施主小区基站参数的调整等.

　　1.1　评估与优化的统计参数

（1）无线覆盖率.通过对系统测试,得到直放站覆盖区域内各个地理位置上主导频的Ec\Io和手机的发射功率Tx,用主导频的Ec/Io作为定义前向覆盖范围的尺度,用手机的发射功率Tx来衡量反向覆盖范围.一般要求在90%的预期覆盖区域内，主导频的强度Ec/Io≥-12dB，手机的发射功率Tx-power≤20dBm.

（2）呼叫建立成功率.它是指在呼叫建立过程中,成功占用话音信道（TCH）的百分率.可用呼叫建立成功率并通过呼叫建立过程综合考察系统的资源利用、设备运行状况以及无线覆盖质量.一般要求呼叫建立成功率≥95%（呼叫测试不少于500次）.

　　（3）误帧率.误帧率的产生主要源于无线传输过程中正常路径衰耗和各类快、慢衰落.误帧率直接用于CDMA的前向功率控制.并可直接反映通话质量的好坏.

　　（4）软切换比率.软切换是CDMA系统的基本特征.软切换直接反映了系统资源利用的合理与否,并同时保证无线链路的可靠性.CDMA系统无线设计目标中软切换比率为35%.

　　1.2　直放站功能测试及其覆盖区域的路测

（1）测试直放站的前向和反向的各项技术指标（包括发射功率、放大增益、波形质量、噪声系数和杂散发射等）是否正常,保证直放站工作在正常状态.

（2）覆盖区域的路测.用一CDMA手机作主叫,呼叫另一CDMA移动电话,主叫手机同时进行测试:

沿预先选择好的路线,在直放站覆盖区域内行进,并观察手机接收功率Rx、手机接受的Ec/Io、FER、PN码、CellID等参数是否正常,切换区域是否符合直放站覆盖系统的设计,并记录切换结果.任何与设计不符、超出取值范围或没有通过的测试项目,需注明具体原因.

　　手机接收功率应在-65dBm左右,如相差10dB以上,需要判明原因.手机接受的Ec/Io应在-5dB左右,实际测量数据与其相差应在3dB以内.FER的测量结果应＜1%.PN码和CellID应与设计相符.

　　1.3　直放站系统调整

　　通过对直放站覆盖区域及周边环境的测试，并对路测所得的数据进行分析，一方面可以了解直放站系统当前的运行情况；另一方面可以得出系统进一步网络优化的方案即对直放站系统的调整和对施主小区系统参数进行修改的方案.

　　CDMA直放站系统的调整主要有:

（1）直放站施主天线的高度、方向调整；

（2）直放站覆盖范围的调整；（3）直放站输出功率调整以及衰减量（ATT）、增益控制量（ALC）的调整；（4）直放站的放大增益调整；（5）隔离度的调整等.

　　1.4　施主小区基站参数的调整

　　CDMA移动网的网络优化中，可供修改的系统参数大致可分为以下4类：

（1）导频功率参数（PilotPowerParameter）.包括天线的高度、天线的倾角方位角、馈线的长度和基站设备架顶功率等.

（2）切换参数（HandoffParameter）.包括切换时加入导频信噪比门限值（Tadd）、切换时丢弃导频信噪比门限值（Tdrop）、切换时导频丢弃定时器时长（Ttdrop）、切换时导频强度比较门限值（Tcomp）、Srch-win-A,Srch-win-N,Srch-win-R（激活导频集，邻近导频集，剩余导频集的搜索窗宽带之半）、导频搜索步长增量（PN-INC）等.

　　（3）功率控制参数（PowerControlParameter）.包括移动台接入的标称功率（NOM-PWR）、移动台接入的初始功率（INIT-PWR）、移动台接入的功率增量步长（PWR-STEP）和反向功率控制的信噪比门限（RPC-_EbN0）.

　　（4）接入参数（AccessParameter）.包括移动台等待应答最大接入序列个数（MAX-RSP-SEQ）、移动台最大接入探测序列次数（NUM-STEP）、移动台接入探测序列中前导序列最大量（PAM-SZ）和移动台接入探测序列中填充序列最大量（MAX-CAP-SZ）.

　　系统参数的修改往往需要对几组参数同时进行，不完整的修改会给系统运行带来危害.实际运行中，对系统参数应慎重考虑后再修改.CDMA系统的网络优化是一个不断反复的过程.要对网络优化过程中采集到的数据进行分析，并对有关参数进行修改，然后进行数据的采集、分析，再对系统参数修改，如此反复，不断进行，使系统的运行愈加合理.

　　2　掉话的原因及分析

　　掉话是CDMA系统网络优化中经常碰到的问题，系统的掉话是影响系统统计性能指标的一个重要因素，掉话的处理也是直放站网络优化的一个重要方面.

（1）前向信噪比Ec/Io差.当移动台接收电平较低时，会导致Ec/Io较差.此时会引起前向误帧率增大，进而引起掉话.造成这种现象的原因是该地点直放站覆盖边缘或传播路径上有障碍.解决方法是改善该点的覆盖,适当调整直放站下行输出.

　　在图1中，发生掉话的地点，Ec/Io=-14dB,Rx=-100dBm,TxPower=25dBm.由于弱覆盖，导致前向信噪比Ec/Io差，引起前向误帧率FER增大，触发连续的功率测试报告（PwrMeas）和导频测量报告（PilotMeas）,而且没有得到基站的确认，从而产生掉话.掉话后，呼叫两次都失败，经多次同步，解调到较强的导频信号后才呼叫成功.

（2）反向误帧率FER高.反向误帧率高同样会造成掉话.一般有下面两种情况：

　　若反向链路传播衰耗过高，造成反向误帧率FER也高，而此时前向链路也发生误帧率高的情况，则表明传播衰耗过大，造成这种现象的原因是该地点距离直放站较远.

　　若前向链路信号电平尚可，而反向误帧率FER高，则表明此时覆盖没有问题，解决方法是调整系统参数，通常应调整反向功率控制门限RPC-EbN0.若反向功率未达到最大，却发生反向误帧率FER升高，这种现象往往是由于快衰落引起的，说明在该地点缺少一个稳定的主导频,检查施主直放站天线是否对准基站天线,并不受其他信号干扰.

　　在图2中，手机接收到的信号较好，采样点的测试数据为：

Ec/Io=-8dB,Rx=-85dBm,TxPower=22dBm.但仍出现多次掉话和呼叫失败.从信令中分析，手机发起一次呼叫信息Orig,系统给手机分配了信道ChanAssignExTraffic-Assigment,就立即掉话进入了与系统重新同步Sync，这说明有干扰，而且是上行干扰，造成反向误帧率FER高.　　

　　（3）多导频.在CDMA系统中，当移动台进入3向的软切换状态时，若此时其它的导频有足够的强度，大于切换时加入导频信噪比门限值Tadd，但移动台分离多径（rake）接收机的3个finger均已占满，移动台不能将该导频加入激活导频集中，就会造成掉话.通常的解决方法是纯净直放站的取样信号，减少多导频在直放站覆盖区域的出现.

　　在图3中，采样处Finger1、Finger2、Finger3的导频Ec/Io分别为，PN384的Ec/Io=-16dB,PN42的Ec/Io=-15dB,PN254d的Ec/Io=-10dB,无主导频，因而切换频繁，（从三层信令看，控制信令中充满了Exhandoff和HOComplete信令），FER偏高，造成掉话.

　　（4）短码混淆.所谓短码混淆（PNFalsing）即移动台向基站汇报的关于导频的信息中，表示某一基站的短码相位发生了错误.由于直放站的延时现象（特别是光纤直放站）,往往造成短码规划不合理，通常的解决方法是PN重新规划或修改搜索窗参数.

　　3　直放站覆盖工程中应注意的一些问题　　

　　在直放站覆盖工程中应注意以下问题：

（1）不同场合选择不同类型的直放站；

（2）根据不同的覆盖要求选择不同的直放站配套天馈线系统；

　　（3）系统噪声.直放站的引入会使基站的背景噪声增加，噪声的增加量与直放站的噪声系数、系统增益、天线增益和传播损耗等参数有关.

　　（4）时延问题.直放站与信号源基站之间存在着一定的时延，因此在设计其覆盖范围时，要同时考虑多径引起的时延和固有时延，使之不超过一个码片时间长度，才不会引起码间串扰；

　　（5）分集技术.对于多径信号较多、移动用户移动速度较快的地区，若采用直放站技术，则必须考虑使用分集天线系统；

　　（6）直放站系统的隔离度.CDMA直放站施主天线和重发天线的隔离度不够将会引起直放站系统自激.在实践中，应最大限度提高隔离度，直放站增益和隔离度之间至少保证有10～15dB的余量.为了便于工程开通，建议采用天线隔离度检测技术；

　　（7）干扰问题.既要考虑CDMA直放站对施主基站的干扰（IOI）,也要考虑前向链路对其他系统（GSM）的干扰.

　通过直放站干扰分析，使我们更加了解干扰的产生，在工作中尽量减少干扰，充分发挥直放站优越性，直放站干扰分为下行干扰和上行干扰。

　　1、下行干扰

　　通常下行干扰发生在无线同频直放站，当施主天线和重发天线隔离度小于直放站的增益时（如80Db）时，直放站会自激，产生下行干扰。

直放站自激时，轻则是直放站的覆盖区通话音质变差，接通率下降，掉话率上升；严重时使施主基站和其周围的基站发生瘫痪。

　　施主天线从施主基站接收频率为f的下行信号，经过增益为G的直放站放大后，由重发天线发出去。

一部分信号再经过重发天线的后瓣（付瓣）耦合到施主天线的后瓣（付瓣），再由直放站放大。

这样无线同频直放站就形成一个潜在的正反馈环路，测试和实践验证，当该环路满足下列关系式时直放站才能稳定工作，不会产生自激。

　　F>Grep+15dB（F：

隔离度Grep：

直放站增益）

　　避免下行干扰主要措施是增大直放站隔离度。

一般采用以下方式增大施主天线和重发天线间隔离度：

　　采用前后比大的天线

　　采用旁瓣抑制比大的天线

　　增大两天线安装距离。

　　安装天线时，两天线尽量背对背。

　　采用隔离网或建筑物隔离两天线。

　　2、上行干扰

　　当直放站的放大倍数或噪声系数过大时，上行背景噪声被不合理地放大，在施主扇区的接收端形成较强的上行背景噪声干扰。

直放站的引入使基站噪声电平提高，接收机灵敏度降低，施主基站覆盖范围缩小。

一般性能较好的直放站上下行的噪声系数都应小于5dB，直放站的噪声经过放大（直放站的上行增益）和有效路径损耗后进入基站，和基站接收机的噪声叠加就会提高接收机噪声电平。

直放站的噪声到达基站接收机输入端的等效热噪声电平Nin：

Nin=K×T×B+NFrep＋Grep－EdoPL

K×T：

热噪声密度B：

系统信道带宽

NFrep：

直放站噪声系数Grep：

直放站增益

EdoPL：

有效路径损耗

基站接收机等效热噪声电平：

Nbts＝K×T×B+Fbts

K×T：

热噪声密度B：

系统信道带宽Fbts：

基站接收机噪声系数

直放站的注入噪声取决于直放站的增益及直放站和施主基站间的级联噪声系数

直放站噪声和基站接收机噪声二者之间的关系可用称为噪声注入裕量

噪声注入裕量（NIM）:

NIM=10log（Kt×Fbts/Kt×NFrep×Grep/LPNET）

Kt=热噪声密度Fbts=基站接收机的噪声系数

NFrep=直放站的级联噪声系数Grep=直放站的增益

LPNET=网络路径损耗：

直放站-基站

基站接收机等效热噪声电平升高ROT（RaiseOverThermal）：

ROT=10Log（1+10）

　　其中NIM的值决定了直放站对施主基站上行链路的影响。

每增加1dB,就意味着该施主基站的上行链路功率减少1dB或所允许的基站到手机的空间路径损耗减少1dB，对小区覆盖范围来讲，会引起上行覆盖半径减小，对基站覆盖区的用户来讲，手机的发射发功率会相应增大，或者处在小区边缘的用户发生单通或上行话音质量下降或掉话等现象。

　　基站的降敏度=ROT

　　基站的噪声提升ROT（热噪声提升）

　　取决于：

1、施站基站和直放站之间的网络路径损耗（路径损耗+电缆损耗-天线增益）

2、基站接收机的噪声系数

3、直放站的级联噪声系数

4、直放站的增益

　　一旦直放站的位置和施主基站确定，唯一的变量是直放站的增益，由直放站发出到达基站接收机口的噪声电平完全取决于直放站的反相增益设置，这样实际应用中可以调整直放站上行增益来减小对基站的影响。

以下是直放站引起基站热噪声电平升高与噪声注裕量的关系：

　　如果直放站增益增加，直放站的范围将增加基站的噪声提升也将增加。

　　如果直放站的增益降低，直放站的范围也降低，基站的噪声提升也将减少。

　　当NFrep＋Grep－EDoPL≤0时，也就是说直放站增益设置值比有效路径损耗值越小，直放站对基站的影响就越小，此时直放站的输出功率比基站功率低。

　　在城区中，基站布置密集，有效路径损耗小，直放站不能工作在高输出电平情况。

因而在城区的直放站的调整过程中，应在满足覆盖的前提下尽量降低前向的增益。

　　减小上行干扰的主要措施是降低直放站的增益值，调整直放站增益使其对施主基站的热噪声引入在0.3dB以下，直放站就不会对施主基站产生较大影响。

　　3、典型案例分析

　　1、现象：

直放站覆盖区，手机接入网络时间过长,有时甚至达到几十秒,尤其是在光纤距离过长的直放站；或者接入成功率过低

分析：

直放站反向增益设置值不合适。

处理方法：

1）、直放站反向增益设置值不合适，通过适当调整直放站反向增益值，可以缩短手机入时间，提高接入成功率。

2）、通过适当调整基站接入参数，提高手机接入成功率。

如：

增大接入参数ACC_TMO,来增加移动台等待基站基站确认的时间，增大PWR_STEP,使得移动台能在更短时间内达到需要的发射功率,以接入系统，增大PAM_SZ和MAX_CAP_SZ值,增加单个探针的持续时间。

　　2、现象：

直放站覆盖区，手机显示导频很多,而且手机经常频繁切换

分析：

这由于直放站施主天线收到多导频信号，产生导频污染。

解决导频污染是在CDMA网络优化中至关重要的工作，只有解决导频污染，才能提高EC/IO、FER。

处理方法：

1）、调整直放站施主天线，使其收到基站单一导频信号。

2）、调整基站天线方向，使天线方向冲着直放站施主天线方向，或者降低某个导频的强度，保证直放站接收单一导频信号。

3、现象：

直放站前向功率放大器经常自动关闭

分析：

直放站功率放大器过载，造成直放站前向功率放大器经常自动关闭

处理方法：

1）、降低直放站前向增益值，直放站的最大设置前向增益受天线的隔离度的限制，如果为了追求最大的覆盖范围，前向增益设置过大，直放站自激。

施主基站输出功率的突然放大，导致直放站过载

2）检查施主基站的输出功率平稳度

4、现象：

直放站对施主基站的注入噪声过大

分析：

　　所有的直放站都会对施主基站的前向和反向链路增加进去噪声，降低施主基站的灵敏度。

直放站到基站的链路一定要设计成：

实现直放站最大的覆盖区域，而对施主基站产生最小的噪声提升。

　　前向链路直放站的引入噪声是不严重的，前向链路信噪比较高，直放站的噪声对该链路影响是很小的，而反向链路直放站噪声必须要小，寻求平衡直放站覆盖范围和其引起的施主基站的噪声提升二者关系的一个合适的平衡点。

　　高的直放站增益将会给出较大的覆盖范围，但会增加基站的噪声提升（ROT），施主基站的覆盖范围会减少。

　　处理方法：

适当调整直放站反向增益值。

　　通过以上对CDMA直放站干扰分析，使我们更加了解直放站对网络产生影响，掌握如何克服直放站对网络影响，充分发挥直放站安装灵活、简便、经济等优越性。

关于直放站系统天线隔离度技术探讨

北京地杰公司张浩然

直放站是移动通信中最重要的补充手段

　　移动通信的快速发展，需要建立大量的基站，特别是2001年联通公司投入近200亿建立C网及CDMA直放站系统。

为了降低覆盖系统成本，最好的方法是建立直放站系统，严格来讲直放站造价仅为基站的20%左右，因此选用直放站是移动通信建设中最佳解决方案。

韩国在这方面是一个很好的借鉴，基站和直放站比例为1:

10。

其中室外直放站占到1:

4。

我们与韩国相比相差甚远。

美国在其西部地区建成长达150公里射频连续覆盖系统。

　　谈到直放站的类型，大家非常清楚，有关文章也作了不少介绍。

这里主要有：

射频直放站、光纤直放站、移频直放站（二种）、射频和光纤混合直放站。

几类直放站从造价、安装、建设、维护等综合考虑，不改变频率分配的射频直放站是最经济、最有效的方式。

从表1中我们可以看到射频直放站设备是最便宜的。

　　可以看到，对施主天线的前后比和俯仰角90o边瓣衰耗电平要求大。

目前，国内角反射器天线和背射天线性能稍好一些。

其余天线均不易满足要求，如果按照美国半岛公司对施主天线和用户天线均达到前后比38dB和90o±10o边瓣衰耗电平为42dB的要求,是不易达到的。

根据国内对角反射天线和背射天线及65o和90o板状天线相关单位大量试验，在高差为22米铁塔上测试，隔离度才达到85～105dB。

高性能、高隔离度天线为射频直放站带来极大的优越性

　　前面谈到在所有直放站中，应当说射频直放站在经济上具有最大的优势。

但其难度就是在于施主天线和用户天线需要提供高的前后比，才能满足放大器在较高增益条件下的隔离度的要求。

如果隔离度不满足，放大器产生自激，就会造成严重干扰。

这种射频干扰在一期CDMA直放站建设中也成为一个主要解决问题。

为了解决干扰问题采用各种措施，

1）提高收发天线架高距离20米以上。

2）水平安装时，采用角反射器天线或背射天线拉大距离，增加阻挡。

3）采用移频直放站。

　　这些措施可能解决一些问题，但其结果是整个直放站系统造价大大升高。

保守地估算，会增加2万元设备工程等费用。

　　按照国内外提供放大器的增益，一般是60～90dB，具有30dB动态范围，要使放大器不自激的条件是收发天线隔离度大于直放站增益10～15dB即可。

在实际上，在设置射频直放站时，要作好合理规划，以路测电平为基础进行设置。

按照2001年直放站大量安装调试结果分析，直放站的增益不易过大，这主要考虑到直放站为双向工作，上下行线电平平衡问题，如果不平衡，就会干扰手机自动功率控制及覆盖区会产生掉话，影响话路统计中的接通率和掉话率。

实际上直放站覆盖的好坏，主要体现在效果上：

1）.设备性能的指标稳定性。

2）.不影响网路的参数上。

单纯地追求大功率是没有意义的。

按照国家无委规定，直放站的下行输出功率不超过30dBm±3dBm。

按此要求，直放站增益开到80dB，已足够满足要求。

放大器输入电平在-65dBm左右，为正常输入电平。

　　为了满足射频直放站最佳要求，我们地杰公司在2001年中，先后研发出30o、40o高性能施主天线和65o、90o高性能用户板状天线。

我们在一个30米高的楼顶上，架设一个5米高的抱杆。

模拟直放站，对天线隔离度进行大量试验。

1）.把30o高性能施主天线和65o用户板状天线安装在抱杆上,间距为1米,角度范围为120o～180o，测试隔离度为95dB以上。

2）.把30o高性能施主天线和90o用户板状天线安装在抱杆上,间距为1米,角度范围为120o～180o,测试隔离度为90dB以上。

　　一般施主和用户天线间的隔离度，如果要达到上述数值（90～95dB），那么它们安装间距不应小于15米。

如果间距为1米时，隔离度也只有65～70dB。

因此，30o和65o天线安装间距为1米时,得到的高隔离度开创了直放站应用的先河，为国内首创。

　　综上所述，高隔离度天线为射频直放站带来了如下的优越性：

1）.替代了高价基站。

2）.替代了移频直放站和高维护费用的光纤直放站。

3）.95dB隔离度可以达到10Km的远距离覆盖,消除大范围地上阴影地区。

4）.天线可以安装在楼顶的抱杆上,使安装、调试、维护方便,降低了高铁塔和长馈电电缆费用，是直放站系统做到了最低的价格，是运营商首选方案。

CDMA直放站应用和网络规划与优化

聂森

　　联通一期网络建设中大量采用直放站，获得了较好的使用效果，使CDMA直放站技术在中国发展走上了快车道，但是在使用中也暴露出一些问题，特别是涉及到CDMA系统网络方面。

作为第一次大规模CDMA网建设，运营商和直放站设备厂家都是摸着石头过河，出现问题是在所难免的。

通过对一些省份应用调查分析，我们发现有以下因素：

　　1、对直放站的优、缺点认识不足。

在没有充分了解产品特性的情况下，把直放站当作基站使用，期望直放站的覆盖范围和覆盖距离与基站相同，这显然是不合适的。

与此同时，对保证直放站的应用效果的一些基本条件如：

直放站要求的隔离度、施主信号质量要求、对基站的噪声影响没有给予足够的重视。

这样必然会使应用效果大打折扣。

　　2、直放站厂家对CDMA技术、直放站应用技术理解不深和储备不够，缺乏有经验的工程应用人员和测试设备。

CDMA技术中的噪声、导频、搜索窗口等方面都是非常抽象的，初次接触的人员要有一个理解过程，国内大规模的启动CDMA网直放站建设，造成这方面应用技术跟不上。

　　3、CDMA网的规划和优化技术缺乏。

直放站是配合网络无线覆盖的工具，必须在良好的规划和优化技术指导下进行，而一期网络建设中，最缺乏的恰恰就是这个方面。

　　4、运营商、主设备厂家、直放站厂家之间的配合不好。

直放站应用涉及到对许多基站系统参数进行调整，需要主设备厂家给予足够的配合，只有在运营商的协调下良好的沟通才可以得到好的效果。

　　仔细观察，上述4点因素都是从不同的角度围绕着的网络规划优化和直放站的关系这个核心，这充分说明直放站的应用离不开网络规划和优化的配合，或者说没有网络规划和优化的指导，就不可能真正用好直放站。

　　那么直放站的建设中是如何考虑网络规划和优化的呢？

　　CDMA移动通讯技术是一项伟大的、优秀的技术，同时也是一项复杂、深邃技术，CDMA移动通讯技术始创人之一，A.J.Viterbi教授在业界第一本专著CDMA:

PrincipleofSpreadSpectrumCommunications（这本书有中文译本）中写道：

“CDMA技术超乎人们的直觉”，对于CDMA的码分多址、扩频、噪声和容量等等观念，经历过GSM技术并向CDMA技术跨越的人们对此都有深刻的体验。

直放站在实际应用中要获得良好的效果，不但需要高品质的直放站产品，高水平的工程应用技术、网络优化技术甚至更加重要，直放站混