農(nóng)村無線接入系統(tǒng)掉話分析及優(yōu)化

摘要　首先介紹了農(nóng)村無線接入系統(tǒng)的特點(diǎn)，然后分析了掉話原因，并針對各種原因給出了優(yōu)化方法。

1、農(nóng)村無線接入系統(tǒng)現(xiàn)狀

農(nóng)村無線接入系統(tǒng)采用cdma2000 1x 450 MHz蜂窩技術(shù)，但不同于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，具有自己的特點(diǎn)。

（1）采用全向站宏覆蓋模式，覆蓋控制不靈活，底部噪聲高

基站各向覆蓋半徑一致，覆蓋調(diào)整不靈活，上下行底部噪聲高。上行底部噪聲普遍在-110～-100 dBm，遠(yuǎn)高于cdma2000 1x系統(tǒng)的熱噪聲，熱噪聲在上行系統(tǒng)中的影響較小。下行公共信道功率占比達(dá)50%，而蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)的建議值為20%～30%，下行底部噪聲高2～4 dB，功率容量緊張，容易出現(xiàn)過載。

（2）話務(wù)負(fù)載嚴(yán)重不均，峰值容量極高

農(nóng)村用戶移動(dòng)范圍不大，一般在一個(gè)基站覆蓋區(qū)域內(nèi)移動(dòng)，基站話務(wù)量分布嚴(yán)重不均，話務(wù)量高的在幾十Erl以上，話務(wù)量低的在1 Erl以下。同時(shí)，農(nóng)村用戶具有日出而做、日落而息的作息習(xí)慣，導(dǎo)致基站忙閑時(shí)段明顯，忙時(shí)話務(wù)量峰值較高，最高接近基站理論極限容量61 Erl。

（3）450 MHz頻段屬開放頻段，干擾嚴(yán)重，解決困難

450 MHz頻段屬開放頻段，在此頻段內(nèi)存在大量調(diào)頻廣播差轉(zhuǎn)電臺(tái)、450 MHz民用ETS窄帶通信、軍事通信、對講通信等干擾系統(tǒng)，都是窄帶通信系統(tǒng)，發(fā)射功率達(dá)幾十至百瓦級(jí)，致使農(nóng)村無線接入系統(tǒng)的寬譜干擾功率提高了10～20 dB，底部噪聲抬升-90～-70 dBm。采用抑制干擾源強(qiáng)度的方法解決帶內(nèi)干擾，要求窄帶干擾系統(tǒng)濾波器的帶外抑制度為30～50 dB，難度較大，因此，農(nóng)村無線接入系統(tǒng)是帶內(nèi)外干擾共存的系統(tǒng)，基站電磁環(huán)境較差。

（4）基站供電保障差，雷害嚴(yán)重

農(nóng)村無線接入系統(tǒng)基站普遍建在欠發(fā)達(dá)地區(qū)，供電得不到保障，電壓不穩(wěn)。低壓搭火點(diǎn)至基站供電線路損耗較大，供電系統(tǒng)帶載能力差�；�站雷害嚴(yán)重，由于輸電線、光纜加強(qiáng)芯的感應(yīng)效應(yīng)導(dǎo)致的雷害嚴(yán)重�；�站運(yùn)行條件較差，經(jīng)常因停電、雷擊、機(jī)房溫度過高、8 Mbit/s光端機(jī)故障、光纜線路故障等原因掉站。因到達(dá)基站困難，故障修復(fù)時(shí)間較長。

以上特點(diǎn)導(dǎo)致農(nóng)村無線接入系統(tǒng)掉話嚴(yán)重，服務(wù)質(zhì)量、QoS相對較差，需要著重解決掉話問題。

2、負(fù)荷波動(dòng)引起的掉話及優(yōu)化方法

負(fù)荷波動(dòng)是農(nóng)村無線接入系統(tǒng)掉話的主要原因，也是最隱蔽的原因。表現(xiàn)為呼吸效應(yīng)嚴(yán)重，忙時(shí)小區(qū)邊緣用戶呼叫困難，已呼叫成功的用戶容易掉話。隨著小區(qū)內(nèi)通話用戶的增加，用戶信號(hào)對基站的干擾增加，基站信號(hào)對用戶的干擾也在增加，引起上下行底部噪聲抬升。一般呼吸效應(yīng)幅度控制在3 dB以內(nèi)，與軟切換增益抵消，以保證網(wǎng)絡(luò)覆蓋穩(wěn)定，不受話務(wù)負(fù)荷波動(dòng)影響，但是農(nóng)村無線接入系統(tǒng)因用戶分布相對集中、基站話務(wù)量變化大、建設(shè)資金緊張、基站覆蓋半徑大等客觀因素，呼吸效應(yīng)幅度大于3 dB，網(wǎng)絡(luò)覆蓋極不穩(wěn)定。通過對網(wǎng)管RSSI、發(fā)射功率的忙閑時(shí)對照統(tǒng)計(jì)得出，上行呼吸效應(yīng)重于下行，平原、丘陵地區(qū)上行呼吸效應(yīng)幅度為6～13 dB，山區(qū)上行呼吸效應(yīng)幅度為3～6 dB，平原、丘陵、山區(qū)下行呼吸效應(yīng)幅度達(dá)3～6 dB。農(nóng)村無線接入系統(tǒng)的呼吸效應(yīng)主要影響上行部分，特別是平原、丘陵地區(qū)的基站，這是由其傳播空間開闊、傳播損耗小的傳播模型決定的。鄰小區(qū)干擾大，周圍相鄰小區(qū)用戶對基站的干擾幅度高達(dá)13 dB，上行負(fù)荷高達(dá)95%，因此，平原、丘陵地區(qū)高用戶數(shù)基站連片覆蓋區(qū)域，掉話嚴(yán)重，需重點(diǎn)優(yōu)化。建議平原、丘陵地區(qū)基站含切換標(biāo)稱容量為25～30 Erl，山區(qū)基站含切換標(biāo)稱容量為30～35 Erl，超出建議擴(kuò)容。

解決負(fù)荷波動(dòng)引起的掉話問題，有以下幾種方法。

（1）適當(dāng)增大激活集搜索窗寬度，降低軟切換要求門限

適當(dāng)增大激活集搜索窗寬度，使更多區(qū)域能夠滿足發(fā)生軟切換的時(shí)間要求。在兩基站覆蓋重疊區(qū)域內(nèi)發(fā)生軟切換要求-Wa/2≤Db-Dc≤Wa/2（Db、Dc為終端到基站b、c的距離；Wa為激活集搜索窗寬度；基站c是歸屬基站，與基站b軟切換），否則會(huì)因激活集搜索窗過小無法搜索到基站b的信號(hào)，而不能加入激活集發(fā)生軟切換。適當(dāng)降低軟切換要求門限，使更多區(qū)域能滿足發(fā)生軟切換的Ec/Io門限要求，提高軟切換比例，使終端在更多的通話時(shí)間上使用軟切換，降低終端發(fā)射功率。

降低終端發(fā)射功率會(huì)產(chǎn)生2個(gè)有益作用：第一，終端有更多功率滿足通信需要，可以抵抗更強(qiáng)干擾和更遠(yuǎn)空間距離延伸；第二，也是最關(guān)鍵、最重要的，就是降低覆蓋區(qū)域的上行底部噪聲，特別是平原、丘陵地區(qū)。為便于分析，假設(shè)用戶軟切換分支為2分支，每分支發(fā)射功率相等，用戶沒有軟切換時(shí)終端發(fā)射功率為2單位，軟切換增益為3 dB，則軟切換時(shí)每分支發(fā)射功率降為1單位，用戶歸屬基站為c基站，和b基站發(fā)生軟切換。用戶不發(fā)生軟切換時(shí)，終端發(fā)射信號(hào)對用戶而言是信號(hào)，對基站c而言是干擾，強(qiáng)度為2單位，對基站b的干擾也是2單位，但不占用基站b的沃爾什碼資源；用戶發(fā)生軟切換時(shí)，終端發(fā)射信號(hào)對用戶而言是信號(hào)，對基站c而言是干擾，強(qiáng)度為1單位，對基站b的干擾也是1單位，但占用基站b的沃爾什碼資源�？梢�，用戶對鄰站的干擾由2單位降低到1單位，用戶對本站c的干擾由2單位降低到1單位�；�站c的總干擾是本站干擾和鄰站干擾的總和，由4單位降低到2單位，底部噪聲改善3 dB。底部噪聲改善后可以進(jìn)一步降低終端發(fā)射功率，從而進(jìn)一步改善底部噪聲，循環(huán)疊代，底部噪聲改善將超過3 dB，加上軟切換合成增益3 dB，改善幅度將超過6 dB。實(shí)際改善情況由各小區(qū)用戶數(shù)、分布位置決定的疊加關(guān)系決定。

（2）使用S1/0.5/0.5功分站，空間上分割上下行負(fù)荷

S1/0.5/0.5功分站是二載波三扇區(qū)站型，空間上，上下行負(fù)荷被一分為二，由雙倍收信機(jī)和功放物理上分割上下行負(fù)荷，上下行負(fù)荷降低。在低負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，定向天線增益優(yōu)勢顯現(xiàn)，進(jìn)一步改善掉話。

（3）使用OTSR基站，空間上分割上行負(fù)荷

OTSR基站與S1/0.5/0.5功分站降低負(fù)荷的原理一樣，但僅在上行部分由雙倍收信機(jī)物理上分割負(fù)荷，下行負(fù)荷不變，可大大降低站型改造成本。OTSR站型改造中還需對基帶部分的無線資源管理算法進(jìn)行調(diào)整，需要設(shè)備廠商的軟件升級(jí)支撐。

3、過覆蓋、欠覆蓋引起的掉話及優(yōu)化方法

農(nóng)村無線接入系統(tǒng)使用cdma2000 1X 450 MHz系統(tǒng)，基站站址地勢較高，覆蓋半徑一般為3～7 km，個(gè)別高山基站覆蓋半徑達(dá)60 km。在平原、丘陵地區(qū)，高山基站過覆蓋區(qū)域較多，導(dǎo)頻污染、無主導(dǎo)頻現(xiàn)象嚴(yán)重。這些區(qū)域信號(hào)強(qiáng)度比較好，但上下行Ec/Io較差，上下行覆蓋不平衡，表現(xiàn)為終端顯示有強(qiáng)信號(hào)，容易掉話。在山區(qū)，電波被大山阻擋致使欠覆蓋區(qū)域較多，這些區(qū)域不僅信號(hào)強(qiáng)度差，而且上、下行Ec/Io也差。過覆蓋、欠覆蓋都會(huì)導(dǎo)致上行Ec/Io差而引起掉話，可采取以下方法解決。

（1）使用功分站控制過覆蓋區(qū)域，降低上下行干擾。常用功分站有S0.3/0.3/0.3、S0.15/0.15/0.15/0.15/0.15/0.15兩種。通過靈活控制各扇區(qū)下行覆蓋區(qū)域，按需要改變覆蓋圖形，均衡小區(qū)邊緣用戶的小區(qū)選擇，提高接入的質(zhì)量。通過收縮覆蓋區(qū)域提高小區(qū)內(nèi)用戶的品質(zhì)，同時(shí)增大天線俯仰角，間接降低鄰小區(qū)用戶的干擾，改善上行Ec/Io，改善掉話。本方法適用于過覆蓋的情況。

（2）后臺(tái)相關(guān)無線參數(shù)與實(shí)際運(yùn)營環(huán)境相匹配。調(diào)整后臺(tái)相關(guān)無線參數(shù)一般可以增強(qiáng)軟切換增益和增大軟切換發(fā)生的概率，增大軟切換比例，獲得真實(shí)覆蓋Ec/Io的增強(qiáng)。這些參數(shù)包括基站接收機(jī)的軟切換最大Finger數(shù)、鄰區(qū)參數(shù)、搜索窗參數(shù)、軟切換門限等。本方法適用于過覆蓋、欠覆蓋所有情況。

（3）使用覆蓋增強(qiáng)技術(shù)，特別是上行覆蓋增強(qiáng)技術(shù)。下行覆蓋增強(qiáng)直接將公共信道功率、TCH業(yè)務(wù)信道最大發(fā)射功率增大即可。上行覆蓋增強(qiáng)除增大軟切換增益、增大軟切換比例、使用S1/0.5/0.5功分站和OTSR基站外，還有多天線接收分集、直放站、利用OTSR原理實(shí)現(xiàn)的四分集接收等技術(shù)。本方法適用于欠覆蓋情況。

（4）使用用戶室外定向天線。農(nóng)村無線接入系統(tǒng)的終端是固話機(jī)樣式，攜帶不方便，適于安裝用戶室外定向天線，其定向增益為11 dBi，上行信號(hào)能利用其高增益特性，增強(qiáng)終端等效最大發(fā)射功率，下行信號(hào)不是利用其高增益特性，而是利用其方向性減弱基站下行干擾改善欠覆蓋情況。但一個(gè)小區(qū)內(nèi)用戶室外定向天線不能太多，否則會(huì)引起上行高負(fù)荷時(shí)底部噪聲過大，非定向天線用戶性能下降更多易掉話。本方法適用于欠覆蓋情況。

4、外系統(tǒng)窄帶干擾引起的掉話及優(yōu)化方法

cdma2000 1x系統(tǒng)頻譜強(qiáng)度低，一般閑時(shí)低于-110 dBm，忙時(shí)低于-100 dBm。傳統(tǒng)頻譜儀因熱噪聲高，接收靈敏度不夠，捕捉、顯示信號(hào)困難。即使使用高靈敏度頻譜儀，弱干擾信號(hào)被淹沒在信號(hào)頻譜中無法發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)干擾信號(hào)凸顯在信號(hào)頻譜中，改變信號(hào)頻譜圖案，因正常信號(hào)頻譜圖案本身無明顯規(guī)則，故無法肯定是否有干擾信號(hào)存在，只有干擾信號(hào)特強(qiáng)，嚴(yán)重改變頻譜圖案時(shí)才能肯定判斷干擾的存在。所以，采用頻譜儀不適宜判測CDMA信號(hào)的干擾，判測時(shí)變干擾更困難。

建議采用網(wǎng)管的RSSI實(shí)時(shí)監(jiān)測cdma2000 1x干擾，根據(jù)監(jiān)測值估算窄帶干擾強(qiáng)度。干擾對邊緣用戶影響較大，容易引發(fā)掉話現(xiàn)象。一般窄帶干擾信號(hào)強(qiáng)度不夠閉塞寬帶CDMA基站，-70 dBm以上的強(qiáng)干擾信號(hào)可以閉塞邊緣用戶，此時(shí)，用戶有強(qiáng)信號(hào)顯示，但無法建立呼叫。解決窄帶干擾建議先打開自適應(yīng)陷波器抵消干擾，如不夠可更換能抵抗更大深度的自適應(yīng)陷波器板，如還不夠，直接改頻錯(cuò)頻避開。不建議使用定位干擾源，抑制干擾源強(qiáng)度的方法解決，這種方法解決周期太長，干擾抑制度太大，協(xié)調(diào)難，往往無法實(shí)現(xiàn)。

5、基站運(yùn)行條件不能保障引起的掉話及優(yōu)化方法

農(nóng)村地區(qū)基站供電往往不能保障，在電能供給緊張的冬春季經(jīng)常拉閘限電致使基站掉站。掉站會(huì)使基站原配置的鄰區(qū)關(guān)系發(fā)生變化，影響軟切換的成功建立，造成掉話。掉電的瞬間往往引起在用用戶掉話。基站供電不穩(wěn)，基站時(shí)掉時(shí)連，造成頻繁掉話�；�站普遍建在制高點(diǎn)，供電線路較長，地阻普遍偏高，直擊雷經(jīng)常擊壞GPS天線，造成基站不同步，影響軟切換的建立而掉話；電源線、光纜加強(qiáng)芯的感應(yīng)電流擊毀電源設(shè)備、光傳輸設(shè)備，基站無電、無傳輸而掉話。

保障基站運(yùn)行條件應(yīng)從維護(hù)管理和技術(shù)保障兩2方面入手。

（1）建立基站集中監(jiān)控系統(tǒng)和協(xié)管員協(xié)助維護(hù)體系。通過集中監(jiān)控系統(tǒng)第一時(shí)間得知基站停電信息和直流電壓變化情況，確定是否采用油機(jī)發(fā)電，通過協(xié)管員協(xié)助維護(hù)，加快基站故障響應(yīng)速度，減少基站故障修復(fù)時(shí)間，通過維護(hù)流程、制度和辦法的建立使基站維護(hù)工作在科學(xué)分析、經(jīng)驗(yàn)積累的基礎(chǔ)上流程化、制度化、簡單化。

（2）加強(qiáng)基站經(jīng)濟(jì)型綜合防雷改造，降低基站被雷擊概率。通過避雷器、自動(dòng)重合閘聯(lián)合使用或三級(jí)浪涌抑制器避雷模式，光纜加強(qiáng)芯避雷處理，降低電源線感應(yīng)雷和光纜加強(qiáng)芯感應(yīng)雷的發(fā)生頻率和強(qiáng)度，以免擊壞、擊傷基站設(shè)備。降低GPS天線高度從而降低GPS被擊中的概率。