指导书001PN复用分析操作手册.docx
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指导书001PN复用分析操作手册
CDMA网络PN复用使用手册
四川电信南充分公司
目录
前言3
第一章PILOT_INC规划规范4
1.1PILOT_INC设置原则4
1.2合适Pilot_Inc的分析5
1.2.1从功率干扰的角度分析6
1.2.2从搜索窗的角度分析9
1.3分析结果12
第二章PN复用距离13
2.1PN复用距离的准则13
2.2PN复用距离不当的现象13
2.2.1PN混淆13
2.2.2oneway14
2.2.3twoway15
2.3合适PN复用距离的分析15
2.3.1从功率干扰的角度来分析15
2.3.2从搜索窗的角度来分析17
2.4分析结果18
第三章PN复用问题的分析20
3.1检查PN复用情况20
3.2中兴OMC后台PN修改操作22
3.3检查邻区25
第四章PN复用案例29
第五章总结30
前言
在CDMA网络运行中，由于PN资源的有限性，PN复用是网络规划过程中必须要面对的问题，PILOT_INC选择是否合理，PN复用距离是否得当，对网络的性能会产生重大的影响，因此正确确定PN复用距离，改善网络性能，是无线网络优化过程的重点之一。
这里主要从PILOT_INC的设置，PN复用不当的影响以及PN复用距离的确定等方面来进行分析。
第一章PILOT_INC规划规范
1.1PILOT_INC设置原则
同一系统中，如果延迟估计出错，其它导频有可能被错误解调，影响网络质量。
需要保证不同导频有一定的隔离，避免出现不同小区之间由于导频解调错误产生干扰。
从避免邻PN_Offset干扰和同PN_Offset干扰两个角度考虑相位差（PILOT_INC，每个单位对应64个码片）设置：
避免邻PN_Offset干扰，要求邻PN_Offset间的间隔比传播时延造成的不同大得多，防止大时延导致干扰导频出现在激活导频和相邻导频的搜索窗中，或者手机收到的大时延邻干扰导频的能量相对于服务导频的能量足够低；避免同PN_Offset干扰，要求复用的PN_Offset不同时出现在激活导频和相邻导频的搜索窗中，或者其能量相对于服务导频足够低。
综合考虑这两方面的要求，可以得出PILOT_INC的合理的参数设置和PN_Offset复用距离的要求。
采用以下PILOT_INC设置，基本上可以满足干扰要求，具体的计算过程见附录：
表1PILOT_INC设置表
密集区理论值
密集区PN间隔建议取值
郊区&农村理论值
郊区&农村PN间隔建议取值
超远覆盖理论值和建议值
PILOT_INC
3
6
6
12
12
PILOT_INC
4
8
8
16
12
导频规划时，必须保留一部分导频资源作为保留集，用作以后扩容。
为此，初期规划时，将PN间隔取值扩大一倍设置导频：
一方面减少初期网络由于基站覆盖范围比较大导致导频之间传输延迟产生干扰的可能性；另一方面为后期扩容留出足够多的PN资源。
注意，这里的后台设置值仍然为理论值，只是配置导频的间隔取值为理论值的一倍。
比如对于密集区，在后台将基站的PILOT_INC设置为3，但为了给扩容留出PN资源，建议实际使用PN间隔为6，即使用的PN组为（6，174，342）、（12，186，354）……，将来扩容时则使用PN组（3，171，339）、（9，183，351）……。
这样的好处是扩容时无需一个个基站更改原来的PILOT_INC。
当然，如果网络建设一期到位，不会再扩容，则实际PN间隔取后台设置值即可。
如超远覆盖，通常网络容量很小，一期建设后很难再扩容，因此PILOT_INC的理论值和建议值均为12。
另外，实际设置的时候，将系统中城区和农村站点的PILOT_INC设置为同一个值，配置导频时，郊区&农村的PILOT_INC按城区的一倍设置，如系统中将PILOT_INC设置为4，城区导频按PILOT_INC为4设置，郊区&农村导频按PILOT_INC为8设置。
选定PILOT_INC后，按下面的方法设置导频：
同一个基站的三个导频之间相差某个常数，各基站的对应扇区（如都是第一扇区）之间相差n个PILOT_INC：
如PILOT_INC=3时，同一个站点三个扇区的PN偏置设为n*PILOT_INC、n*PILOT_INC+168、n*PILOT_INC+336；PILOT_INC=4时，三个扇区的PN偏置设为n*PILOT_INC、n*PILOT_INC+168、n*PILOT_INC+336。
合理分配导频，可用固定数量的小区组成一个导频复用集，在其余区域按同样的顺序作导频复用。
小区数可以小于且接近[512/（2*PILOT_INC*3）]（每个小区三个扇区、PN预留一半）的某个值。
如PILOT_INC=4，复用集可以是20个小区，可保证PN复用距离大于6倍小区半径；PILOT_INC=3，复用集可以是25个，可保证复用距离大于8倍小区半径。
实际网络PN规划时，首先选择PILOT_INC，然后用前面的导频设置方法设置各扇区的导频。
设置导频时，要求距离比较远的相邻基站不要选择相邻的PN组（相当于间接增加PILOT_INC，减少相邻导频混淆的可能性）。
对于大型网络，如果不同区域PILOT_INC设置为不同，则边界区域小区的导频需要设置为两侧PILOT_INC的公倍数的倍数。
1.2合适Pilot_Inc的分析
这部分内容主要是对求取合适的Pilot_Inc提供参考。
可以从功率干扰的角度或者搜索窗的角度来合理设置PILOT_INC，两者只需满足其中任意一条即可。
因为对于远端来的导频信号，如果已经满足了低于导频混淆干扰门限的要求，即使落入近端基站导频的搜索窗内，因其功率足够低也不会对近端基站的导频引起混淆干扰。
同样，如果远端来的导频信号已经满足了搜索窗的要求，即已经落在近端基站导频搜索窗之外，即使此时干扰功率还没有低于导频混淆干扰门限的要求，但终端不会对搜索窗外的能量进行解调，而是将其作为有用信号之外的干扰的一部分，类似同一基站下两扇区之间的邻小区干扰，CDMA对这种带内邻小区信号的抗干扰能力是很强的。
1.2.1从功率干扰的角度分析
图1手机同时收到近端和远端导频示意图
如上图，假设某个位置手机能接收到i小区和j小区的信号。
为避免j小区的信号经过大时延后落入服务导频的搜索窗，干扰服务导频，要求服务导频信号相对于大时延导频信号的能量比值足够大。
则有下面的公式：
Ci为手机接收到的从i基站过来的导频信号强度；Ij为j基站经过大延时后过来的导频信号强度，看作干扰，P表示小区的导频发射功率，G表示在接收点的天线增益，L表示各自的路径损耗。
上述公式的物理意义如下：
将来自i基站的信号当成正常信号，j基站的信号设为干扰；只要两个信号强度之差超过o，手机能够正常解调。
o为可接受的相互干扰阈值；
如果P和L均用dB表示，则公式为：
路径损耗L如果用Hata模型表示，
对于相邻的两个基站，通常其导频发射功率相同，其传播模型也一致，即Hata模型的各个参数也相同，则公式变化为，
L如果用Cost-231模型表示，其结果同上。
由于Hata或Cost-231模型均未考虑传播中的阴影衰落，考虑到实际网络存在阴影衰落，用
表示其值，则上式可写为：
因为
服从对数正态分布，是无界的，退而求其次，取常数
使其满足：
该式表示在90％的时间内
小于
，由于阴影衰落
的标准差是8dB，用正态累积分布函数的反函数求解
，则有
=10.25dB
令
则实际上为传播损耗因子，通常，自由空间传播取值为2，密集城区一般取4。
令，
其中，di为到手机第i个基站的路径，dj为到第j个基站的路径，单位为码片；由于需要求取的是允许的小区半径，也就是最大的小区半径，假设手机到基站是直线连接，则可用手机到基站的距离来替代路径，实际上相当于是极限情况；i和j基站的导频相邻。
于是有，
o取19dB,假设密集区h取30m，非密集区h取50m，对应的传播损耗因子
分别为3.52和3.38。
对于全向小区，
＝0，可以得到下面的结果：
表2干扰角度分析的全向小区PILOT_INC与最大允许半径结果表
PILOT_INC
小区（PN）数
允许的最大小区半径（Km）
密集城区（h=30m）
=3.52
一般城区（h=40m）
=3.44
郊区&农村（h=50m）
=3.38
超远覆盖（h=300m）
=2.87
1
512
2.69
2.55
2.45
1.64
2
256
5.39
5.11
4.89
3.28
3
171
8.08
7.66
7.34
4.91
4
128
10.77
10.22
9.79
6.55
5
102
13.47
12.77
12.23
8.19
6
85
16.16
15.32
14.68
9.83
7
73
18.85
17.88
17.13
11.47
8
64
21.55
20.43
19.57
13.11
对于三扇区定向小区，通常
至少为10dB，可以得到下面的结果：
表3干扰角度分析的定向小区PILOT_INC与最大允许半径结果表
PILOT_INC
小区（PN）数
允许的最大小区半径（Km）
密集城区（h=30m）
=3.52
一般城区（h=40m）
=3.44
郊区&农村（h=50m）
=3.38
超远覆盖（h=300m）
=2.87
1
512
6.16
5.91
5.71
4.20
2
256
12.32
11.81
11.43
8.40
3
171
18.48
17.72
17.14
12.60
4
128
24.63
23.63
22.85
16.80
5
102
30.79
29.54
28.57
21.00
6
85
36.95
35.44
34.28
25.20
7
73
43.11
41.35
39.99
29.40
8
64
49.27
47.26
45.71
33.60
从上面的表格可以看出，对于传输损耗因子不一样的区域，同样的覆盖距离要求的PILOT_INC不一样。
或者说，对于同样的PILOT_INC设置，在密集城区允许的最大覆盖半径比在非密集区允许的最大半径要大。
为什么在非密集区（如农村&郊区）允许的最大半径反而比在城区小呢？
这是为避免邻基站的导频和本基站的导频引起混淆得出的结论。
图2最大允许半径示意图
如在上图中，假设两个基站在密集城区，在某一PILOT_INC下，远端基站的导频信号经过延时后可能落入本地导频的搜索窗，为不引起导频混淆，最大允许半径的半径为R，即手机在其允许的最大半径边界处A点收到远端基站的信号足够弱，刚好不会发生导频混淆；如果换成在农村覆盖区，由于其路径传播损耗小，在A点的接收到的导频信号强度比在密集区时强得多，如果还是允许基站覆盖到A点，则手机无法区分两个导频，会出现导频混淆，此时为了避免导频混淆，要求基站远端达到A点的信号强度减小，即要求允许的基站覆盖半径减小。
而实际上非密集区的覆盖范围要比密集城区大，因此只有要求非密集区实际设置的PILOT_INC应该比密集区更大。
1.2.2从搜索窗的角度分析
从搜索窗的角度来说，为避免其他基站导频的干扰，要求两个不同导频相位差同时满足以下两条准则：
1．即使时延很大，其他扇区的到也不得落入当前的导频搜索窗；
2．相邻集的搜索窗中的导频信号不能混淆。
图3避免远端导频落入近端导频搜索窗示意图
其中
为基站1的激活集导频单边搜索窗口，即SRCH_WIN_A的1/2，单位为chips，τ为基站到移动台的延时。
满足第一条准则要求：
（PN2＋τ2）－（PN1＋τ1）>
即
PN2-PN1>
+max（τ1－τ2）
移动台位于基站1的边缘时，延时τ1最大，此时max（τ1－τ2）＝
。
为基站1的半径，用chips来表示。
设
则有
满足第二条准则要求：
图4避免邻区的两个相邻导频相互落入对方搜索窗示意图
假设移动台的当前服务导频是PN0，而PN1和PN2是导频的两个邻区，其中
为相邻集导频单边搜索窗口，即SRCH_WIN_N的1/2，单位为chips。
为了PN1和PN2不相互落入对方的邻区搜索窗中，要求
（PN2＋τ0－
）>（PN1＋τ0＋
）
，
综合以上两条准则，有
通常
>
，
>
因此同时满足两条准则的公式为：
下表给出了搜索窗大小和PILOT_INC下限的关系。
表4搜索窗大小和PILOT_INC下限表
SRCH_WIN_N
2
（chips）
PILOT_INC最小值
N（chip数）
小区（PN）数
7
40
1
64
512
8
60
1
64
512
9
80
2
128
256
10
100
2
128
256
11
130
3
192
170
12
160
3
192
170
13
226
4
256
128
14
320
6
384
128
15
452
8
512
64
为了和从干扰角度分析得到的结论进行比较，上式还可表示为：
通过该公式可以得到指定PILOT_INC条件下允许的最大小区半径。
表5根据搜索窗分析的指定PILOT_INC时允许的最大小区半径结果表
PILOT_INC
N（chip数）
允许的最大小区半径（Km）
小区（PN）数
1
64
7.81
512
2
128
15.62
256
3
192
23.42
171
4
256
31.23
128
5
320
39.04
102
6
384
46.85
85
7
448
54.66
73
8
512
62.46
64
特别地，对于超远覆盖，可能出现
<
的情况，此时仍应以
的计算结果为要求。
其极限情况是SRCH_WIN_A＝15，
=125km，则
，因此PILOT_INC设置为12时能够满足任何超远覆盖情况下不出现PN混淆的要求。
1.3分析结果
最终设置PILOT_INC的要求，可以从干扰的角度或者搜索窗的角度确定，两者只需满足其中任意一条即可。
比较从干扰角度的分析结果和从搜索窗角度的分析结果，即对比在给定PILOT_INC条件下允许的最大小区半径，可以看出从干扰角度的得出的限制条件要比从搜索窗角度得出的条件严格。
利用上面的公式进行计算，发现在传播损耗因子
不大于4的情况下（实际覆盖环境大多都满足小于4的条件），利用搜索窗得出的条件更严格，即此时只要满足搜索窗的条件即可。
设置PN偏置的实际操作过程中，必须考虑上面的参数要求，可以在城区PILOT_INC设置为一个参数，郊区PILOT_INC设置为另一个参数（郊区实际值可能略小于3），由于郊区和农村站点比较少，可以考虑将PILOT_INC设为城区的两倍或更大。
由于CDMA系统切换搜索的要求，城郊结合部切换区的导频应该是两边PILOT_INC的公倍数的整数倍。
如一边为3一边为4，则切换区导频应该为12的倍数；一边为3一边为6，则边界处设为6的倍数即可。
如果郊区希望和城区采用同样的PILOT_INC，可以通过郊区相邻站点之间不设相邻的导频集来满足干扰要求，实际上相当于加大PN之间的间隔。
第二章PN复用距离
2.1PN复用距离的准则
上面讨论了PILOT_INC的取值，如果取值较小，则导频复用集中的可用PN数目较多，但出现邻导频混淆干扰的问题可能性也较大；如果取值较大，则导频复用集中的可用PN数目较少，PN复用的次数增加，相同PN复用距离减少。
PN复用距离不够可能产生下列不利影响：
1、一个扇区中的移动台被另外一个扇区中使用相同导频的CDMA载波干扰；
2、从移动台报告的导频信息中，基站无法区分所有的导频。
为了避免因为PN复用引起的同PN相互干扰，可以从一下两个方面来进行分析：
1、从功率干扰的角度来分析，要求两基站间的PN复用距离应遵循下列准则：
（1）来自远端的相同PN的导频信号的功率与服务导频的比值必须低于某一门限；
（2）为避免相邻导频无法区分两个复用的导频，要求两个复用的导频中至少有一个与相邻导频的功率比值低于检测门限。
2、从搜索窗的角度来分析，要求两个基站的PN复用距离满足遵循以下准则：
（1）远端导频的时延大于服务导频搜索窗的一半，避免其落入搜索窗
（2）两个复用的导频信号也不能同时落入其相邻基站的邻区搜索窗中，避免相邻基站无法区分复用的扇区。
2.2PN复用距离不当的现象
PN复用是CDMA系统中常见的现象，但是有严格的要求。
它要求复用导频的小区复用距离相隔足够远，不会互相干扰。
2.2.1PN混淆
A、B、C分别是三个小区，其中A和C小区复用导频，C为一高山站，覆盖范围广。
当MS处于A、B的切换区域内，MS除了能够接收到A、B小区的信号，还会收到C小区的信号，由于A、C小区同导频，所以移动台把C小区的信号当作A小区信号的一个多径去解调，显然这个解调是无效的，这样C小区的信号对移动台接收前向帧形成了一种干扰，最终导致掉话。
图5导频复用问题
问题的症结在于导频复用距离小了，如果将C的导频更换，问题就可以得到解决。
假设A导频为12，B导频为150，C导频为9，业务区的PN_INC为3，C为一高山站，覆盖范围广。
当C的导频信号到达MS所处的位置，由于链路时延比较大，移动台可能会将该导频信号误判决为A，同样对移动台接收前向帧形成干扰，最终可能导致掉话。
解决方法：
将C或者A小区的导频进行修改。
2.2.2oneway
小区B为小区A的邻区，小区C为小区B的邻区（非小区A的邻区），如果A与C的PN相同，则记录一次OneWay现象。
OneWay路径次数是一次OneWay的源小区（主小区）和目标小区（主小区的邻接小区的邻接小区）之间过渡小区的数目。
OneWay问题的严重程度是以切换统计数据来评估的，其中切换统计数据包括过渡小区作为源小区邻接小区的切换次数以及目标小区作为过渡小区邻接小区的切换数据。
2.2.3twoway
如果主小区的邻接小区的邻接小区PN与主小区邻接小区PN相同，则记录一次TwoWay。
例如，A、C是B的邻接小区，D是C的邻接小区（而非A、B的邻接小区），D的PN与A的PN相同，则A和D之间存在一次TwoWay现象。
其中A是TwoWay的源小区（主小区的邻接小区）；D是TwoWay的目标小区（主小区的邻接小区的邻接小区）；B是TwoWay的过渡小区1（主小区）；C是TwoWay的过渡小区2（主小区的邻接小区）。
TwoWay路径次数是一次TwoWay的源小区（主小区的邻接小区）和目标小区（主小区的邻接小区的邻接小区）之间“过渡小区1-过渡小区2”的数目。
TwoWay问题的严重程度是以切换统计数据来评估的，其中切换统计数据包括源小区作为过渡小区1邻区的切换次数、过渡小区2作为过渡小区1邻区的切换次数、目标小区作为过渡小区1邻区的切换次数以及目标小区作为过渡小区2邻区的切换次数。
2.3合适PN复用距离的分析
2.3.1从功率干扰的角度来分析
从功率干扰的角度来分析，要求两基站间的PN复用距离应遵循下列准则：
1、来自远端的相同PN的导频信号的功率与服务导频的比值必须低于某一门限；
2、为避免相邻导频无法区分两个复用的导频，要求两个复用的导频中至少有一个与相邻导频的功率比值低于检测门限。
图6导频复用示意图
上图表示两个使用相同PN的基站，D为复用距离，r表示小区的半径。
满足第一条准则要求：
来自远端的具有相同PN的导频信号的功率与服务导频的比值必须低于某一门限，或者说服务导频的功率与远端导频的功率比值大于某一门限，可表示为：
用
表示移动台到基站i的距离，类似前一节的推导有：
上式的左边的最差情形是
最小
最大，该条件相当于移动台位于服务小区边缘而与远端小区有直达路径。
即
＝r1，
＝D－r1。
则公式可重写为：
对于密集区，假设天线挂高h＝30m，即
=3.52，对于全向小区，
＝0，则准则表示为
对于三扇区小区，通常
至少为10dB，可得
对于非密集区，若基站高度为50m，即对应
=3.38，对于全向小区和三扇区小区的PN复用距离结果分别为：
和
满足第二条准则要求：
设小区3是移动台当前接受服务的小区，周围有小区1和小区2复用PN。
为防止无法区分，其中至少一个导频信号低于干扰门限。
即：
导频复用在邻区的示意图
或者
为求得两个小区PN复用的最小距离，显然小区3位于小区1和小区2的直线上时为满足上述两个条件的最差情况。
此时D＝D31＋D32。
显然D满足下式时，可保证小区3内的移动台在任何位置不会同时收到两个相同偏置的导频。
对于密集区，假设天线挂高h＝30m，即
=3.52，对于全向小区，
＝0，则准则表示为
对于三扇区小区，为
对于非密集区，若基站高度为50m，即对应
=3.38，对于全向小区和三扇区小区的PN复用距离结果分别为：
和
2.3.2从搜索窗的角度来分析
从搜索窗的角度来分析，要求两个基站的PN复用距离满足遵循以下准则：
1．远端导频的时延大于服务导频搜索窗的一半，避免其落入搜索窗
2．两个复用的导频信号也不能同时落入其相邻基站的邻区搜索窗中，避免相邻基站无法区分复用的扇区。
图7导频复用示意图
满足第一条准则要求：
τ2－τ1>
τ2－τ1的最小值是τ1最大、τ2最小时达到，此时移动台位于小区1边缘且位于两小区的连线上。
即
τ1=r1，τ2＝D－r1，则有
满足第二条准则要求：
设小区3是移动台当前接受服务的小区，周围有小区1和小区2复用PN。
为防止无法区分，两个复用的导频信号不能同时落入其相邻基站的邻区搜索窗中。
故小区1和小区2中至少有一个到小区3的距离大于
。
当小区1和小区2的距离满足下式时，这一条件可以保证。
即
2.4分析结果
最终PN复用距离的要求，可以从干扰的角度或者搜索窗的角度确定，两者只需满足其中任意一条即可。
通常情况下，邻区搜索窗的一半稍大覆盖半径，此时从干扰角度的得出的限制条件要比从搜索窗角度得出的条件严格，较难满足，可用从搜索窗的分析结果来要求PN复用距离。
对于
的情况，可用从干扰角度的分析结果来要求PN复用的距离。
第三章PN复用问题的分析
在电信网络规划当中，由于PN复用不当会造成PN混淆等问题，具体表现为接入失败和掉话等事件。
但是在实际过程中，造成接入失败以及掉话等事件的原因有多方面，不能很快得出是由于PN复用不当引起的，因此在得出结论之前必须有详细的分析过程，具体参考《掉话问题分析手册》，如果这类事件的产生确实是由于
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