窄帶CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)

發(fā)布: 2010-10-20 00:51 | 作者: | 來(lái)源: | 字體:  小  中  大 

相關(guān)專題： 無(wú)線

窄帶CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和
設(shè)計(jì)


耿玉波　王耀武


摘　要　本文對(duì)窄帶CDMA無(wú)線網(wǎng)
絡(luò)設(shè)計(jì)中的無(wú)線覆蓋、話務(wù)配置、干擾等問(wèn)題進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞　IS-95　CDMA　擴(kuò)頻


1　引言


　　近10年來(lái)，移動(dòng)通信用戶以每年遞增80％～
200％的速度擴(kuò)大規(guī)模。據(jù)此分析，到2000年，中國(guó)的移動(dòng)用戶將達(dá)到3
000萬(wàn)戶，占世界移動(dòng)用戶總數(shù)的10％左右。迅速增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)容量，與
有限的頻率資源之間的矛盾，越來(lái)越突出地顯現(xiàn)出來(lái)。

　　而CDMA技術(shù)具有用戶容量大、覆蓋范圍廣、話音質(zhì)量好等特點(diǎn)，從
而贏得了廣大消費(fèi)者及運(yùn)營(yíng)商的青睞，在世界各地也得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。截至1999年6月，
全球CDMA網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)用戶已超過(guò)3
000萬(wàn)戶。1996年，我國(guó)首先在北京、上海、廣州和西安四城市進(jìn)行了
CDMA網(wǎng)的商用試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)效果以及市場(chǎng)需求，目前有可能建設(shè)大規(guī)模的商用網(wǎng)。


2　無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃


　　移動(dòng)通信網(wǎng)的工程建設(shè)大致可分為6個(gè)步驟：擬定
網(wǎng)絡(luò)需達(dá)到的覆蓋指標(biāo)和話務(wù)要求；初步網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃；基站站址現(xiàn)場(chǎng)勘察；修正網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，完成工程
設(shè)計(jì)；系統(tǒng)調(diào)測(cè)和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化；根據(jù)優(yōu)化結(jié)果或網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容要求，返回第一步。CDMA網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)同樣
遵循這個(gè)步驟，但在很多方面又區(qū)別于GSM和TACS網(wǎng)。

2．1　無(wú)線覆蓋

　　CDMA網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線覆蓋主要取決于設(shè)備噪聲系數(shù)、干擾影響、衰落儲(chǔ)
備、Eb/No等因數(shù)，其具體分析見(jiàn)表1。


表1　無(wú)線覆蓋參數(shù)的設(shè)定



















































































序號(hào) 項(xiàng)目?jī)?nèi)容 典型值 備注
1 帶寬(HZ) 1228800 CDMA單載頻帶寬
2 Blotzman常數(shù)(w/(Hz*k)) 1.38E-23 有單位常量
3 溫室(k) 290 　
4 基站噪聲系數(shù)(dB) 5 典型值
5 接收機(jī)干擾影響(dB) 4~6 　
6 軟切換增益(dB) 3~4 　
7 基站天線曾益(dBi) 9~17 　
8 饋線損耗(dB) 1~3 　
9 正態(tài)衰落儲(chǔ)備(dB) 9~11 　
10 建筑物穿透損耗(dB) 10~25 根據(jù)地形地物取值
11 Eb/N。(dB) 6~7 　
12 所需C/I(dB) -14 　








　　其中帶寬和Boltzman常數(shù)為固定值，基站噪聲系
數(shù)根據(jù)設(shè)備而定，干擾影響由網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)負(fù)載百分比取定，衰落儲(chǔ)備由無(wú)線信號(hào)邊緣覆蓋率給出，
Eb/No根據(jù)話音質(zhì)量與FER的相應(yīng)關(guān)系綜合取定。

　　由于CDMA為寬帶系統(tǒng)，有較高的擴(kuò)頻增益，故當(dāng)C/I為負(fù)值時(shí)仍能
得到好的服務(wù)質(zhì)量，這一點(diǎn)大大優(yōu)于傳統(tǒng)的GSM和模擬系統(tǒng)。在同等條件下，CDMA比GSM傳播距離
要大1．3～2．1倍左右。對(duì)于大城市高話務(wù)密度區(qū)CDMA基站半徑最小可設(shè)置在300
m左右；對(duì)于郊區(qū)開(kāi)闊地，應(yīng)充分發(fā)揮其覆蓋范圍大的特點(diǎn)，半徑可達(dá)
50 km以上。表2給出了幾種不同地區(qū)的基站覆蓋半徑。


表2　各類地區(qū)的基站覆蓋半徑





























區(qū)域 城市密集區(qū) 城區(qū) 郊區(qū) 鄉(xiāng)村 車輛
建筑物穿透損耗 18~25 15~20 10~15 10 6
CDMA基站半徑(km) 0.9 1.5 4.3 21.0 33.0








2．2　基站話務(wù)配置

　�。�1） 基站容量的確定

　　確定CDMA基站容量的主要參數(shù)有：處理增益、Eb/No、話音激活因
子、頻率復(fù)用系數(shù)，以及基站天線扇區(qū)數(shù)等。

　　對(duì)于單扇區(qū)單載頻的基站最大配置可為61個(gè)信道，目前工程上一般
取值為全向23個(gè)，定向20個(gè)，見(jiàn)表3。


表3　典型站型容量配置表























































　 GOS=2% GOS=5%
站型 信道數(shù)

(個(gè))		 話務(wù)量

(個(gè))		 用戶數(shù)

(個(gè))		 信道數(shù)

(個(gè))		 話務(wù)量

(Erl)		 用戶數(shù)

(個(gè))
O1 23 15.76 631 23 18.08 724
O2 46 36.53 1462 46 40.55 1622
1/1/1 20/20/20 39.54 1582 20/20/20 45.75 1830
2/2/2 40/40/40 93.00 3720 40/40/40 103.8 4152








　　由于CDMA基站扇區(qū)間的物理信道資源可以共享，
所以在網(wǎng)絡(luò)實(shí)際運(yùn)行中，它所能處理的話務(wù)量，還要大于設(shè)計(jì)理論值，這是其它制式不具備的獨(dú)特
優(yōu)點(diǎn)。

　　（2） 話務(wù)配置

　　與GSM網(wǎng)相比，CDMA網(wǎng)基站的話務(wù)配置具有更大的靈活性，因此，
它也是工程建設(shè)中的重點(diǎn)。首先，需對(duì)實(shí)地進(jìn)行詳細(xì)查勘，了解當(dāng)?shù)匾苿?dòng)話務(wù)分布狀況；其次要利
用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件預(yù)測(cè)；最后根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，分配基站話務(wù)量。最終設(shè)計(jì)值與網(wǎng)絡(luò)開(kāi)通后的實(shí)
際話務(wù)量差值應(yīng)不超過(guò)30％。

2．3　干擾分析與協(xié)調(diào)

　　IS-95指定CDMA網(wǎng)所用頻段為：上行824～849 MHz、下行869～
894 MHz。我國(guó)目前已建成的ETACS網(wǎng)使用的頻率正好為880～890
MHz，故未來(lái)建設(shè)的CDMA網(wǎng)必然會(huì)對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生很大的影響。這類干
擾的存在是我國(guó)獨(dú)有的現(xiàn)象，在世界其他國(guó)家和地區(qū)，或因?yàn)闆](méi)有采用ETACS制式，或因?yàn)闆](méi)有使
用CDMA技術(shù)，因而不存在此類現(xiàn)象。它的解決也是影響到CDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

　　CDMA發(fā)端信號(hào)對(duì)ETACS收端的影響可用下式表示：


Pr＝
Pt－LoA－Lb－10
lg（30 /25）


其中，Pt：CDMA單扇區(qū)輸出的最大功率；Pr：
ETACS接收的信號(hào)強(qiáng)度；LoA：CDMA帶外損耗；Lb：CDMA、ETACS天線
隔離度。

　　為保證不產(chǎn)生干擾，要求Pr 值小于ETACS接收機(jī)靈敏
度，即調(diào)整天線隔離度，理論計(jì)算需達(dá)到86
dB以上。天線隔離度有水平、垂直和傾斜之分：

　　水平隔離度Lh＝22＋20lg10（d/λ）－
（Gtx＋Grx）

　　垂直隔離度Lv＝28．0＋40lg10（d/λ）

　　傾斜隔離度Ls＝
（Lv－Lh ）（θ/90）＋Lh

　　其中，d：天線水平間距（米）；Gtx、
Grx：天線增益；θ：兩天線在垂直面內(nèi)的夾角。

　　要滿足隔離要求，CDMA與ETACS天線垂直間距應(yīng)大于6 m或水平間距
保持在1 km以上。但實(shí)際傳播環(huán)境并非自由空間，由地形、地物和建筑物等引起的繞射損耗是理
論無(wú)法計(jì)算的。要分析這些情況，還需要到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)無(wú)線信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行測(cè)試。

　　在空間去耦的同時(shí)，還可以調(diào)整天線相對(duì)位置、使用干擾抵消器、采
用波瓣較窄的天線等方法，來(lái)加大隔離度。但這些都不能保證從根本上解決干擾問(wèn)題，最好的辦法
是實(shí)行頻率協(xié)調(diào)，重新劃分這段頻率，并給予一定的保護(hù)帶寬。

2．4　PN-Offset的規(guī)劃

　　由于CDMA系統(tǒng)頻率復(fù)用系數(shù)約為1，所以它不需要進(jìn)行頻率規(guī)劃。但
是在實(shí)際情況中會(huì)有一個(gè)潛在的問(wèn)題，那就是：盡管所有的基站都使用不同的PN-Offset，然而在
移動(dòng)臺(tái)端看來(lái)，由于傳播時(shí)延（鄰PN-Phase干擾）和PN-Offset復(fù)用距離不夠（同PN-Phase干
擾），就會(huì)使一些非相關(guān)的導(dǎo)頻信號(hào)看起來(lái)一樣。鄰PN-Offset干擾是影響大覆蓋區(qū)基站的主要因
素，同PN-Offset干擾是影響小覆蓋區(qū)基站的主要因素。因此PN-Offset的規(guī)劃是CDMA系統(tǒng)特有的
問(wèn)題。

　　所有具有相同頻率但不同PN碼相位的導(dǎo)頻集有四種：有效導(dǎo)頻集、相
鄰導(dǎo)頻集、侯選導(dǎo)頻集和剩余導(dǎo)頻集，PN-Offset干擾只會(huì)發(fā)生在前兩種導(dǎo)頻集中。

　�。�1） 如果兩個(gè)相位上非相關(guān)的信道都落在同一有效導(dǎo)頻搜索窗口
中，兩者都會(huì)成為三個(gè)最強(qiáng)信號(hào)中的一個(gè)，有效導(dǎo)頻集PN-Offset干擾就會(huì)發(fā)生。移動(dòng)臺(tái)就會(huì)解擴(kuò)
并合并非相關(guān)的前向業(yè)務(wù)信道信號(hào)。

　�。�2） 如果一個(gè)遠(yuǎn)端業(yè)務(wù)信道落入相鄰導(dǎo)頻集，且它的
Ec/Io＞T－add，相鄰導(dǎo)頻集PN-Offset干擾就會(huì)發(fā)生。
移動(dòng)臺(tái)就會(huì)切換到錯(cuò)誤的導(dǎo)頻上，并解擴(kuò)錯(cuò)誤的信號(hào)。

　　它們的共同結(jié)果是強(qiáng)干擾和掉話。

　　避免鄰PN-Offset干擾的方法是：

　　．使鄰PN-Offset
間的間隔比傳播時(shí)延造成的不同要大得多。

　　最小要求的間隔值 　　S［chip］≥R×
［1021/10a
－1］＋W/2

　　其中，R為小區(qū)半徑，單位為chip（1 chip＝244 m）；W為有效導(dǎo)頻
窗口尺寸，單位為chip； a為路徑損耗指數(shù)。

　　．大的小區(qū)需要大
的間隔，即增大相鄰小區(qū)PN碼的相位偏差。

　　避免同PN-Offset干擾的方法是：

　　．使傳播時(shí)延造成
的不同大于導(dǎo)頻搜索窗尺寸W的一半；

　　．PN復(fù)用距離的最
小值D應(yīng)滿足：D＞W(wǎng)/2＋2R。

　　現(xiàn)以7/21復(fù)用方式舉例如下：

　　工程中通常設(shè)置使Pilot－inc＝4，它是CDMA導(dǎo)頻信道
PN碼序列時(shí)間偏置參數(shù)的公差值。在這種復(fù)用模式中，以簇為復(fù)用單位。1簇含有4個(gè)子簇，每個(gè)
子簇又含有7個(gè)基站，若為3扇區(qū)，則有21個(gè)扇區(qū)，通常稱之為7/21復(fù)用方式。一般1個(gè)子簇也有3
個(gè)基站的分法，本文暫不討論。

2．5　軟切換區(qū)的設(shè)置

　　CDMA系統(tǒng)有硬切換、軟切換和更軟切換三種切換方式。硬切換只存在
于不同載頻之間。所謂軟切換是指移動(dòng)臺(tái)在切換過(guò)程中，在與新的基站建立聯(lián)系時(shí)，并不立即中斷
與原有基站之間的通信，即“先接再斷”。目前，工作在同一載頻時(shí)，CDMA可實(shí)現(xiàn)BTS之間、BSC
之間和MSC之間的軟切換。同一基站不同扇區(qū)之間的切換稱之為更軟切換。

　　在軟切換過(guò)程中，移動(dòng)臺(tái)與不同基站建立聯(lián)系，始終保持不變的是最
初建立呼叫所選用的聲碼器。因此，若聲碼器置于BSC內(nèi)，則在不同BSC之間需設(shè)置中繼直達(dá)電
路，把聲碼器連接起來(lái)；若置于MSC內(nèi)，也需同樣處理。但由于MSC控制范圍大，內(nèi)部聲碼器數(shù)目
多，故設(shè)置直連電路耗費(fèi)較大。一般采用ATM方式連接不同MSC，來(lái)實(shí)現(xiàn)它們之間的軟切換。從這
點(diǎn)上講，BSC和MSC綜合設(shè)置可節(jié)省傳輸投資。

　　另一個(gè)重要方面就是軟切換區(qū)的設(shè)置。軟切換技術(shù)的引入確實(shí)降低了
切換掉話率，提高了通信質(zhì)量。但為了實(shí)現(xiàn)軟切換，在基站配置時(shí)需專門(mén)拿出一些信道卡，來(lái)作為
軟切換信道。因此，軟切換信道配置過(guò)多，勢(shì)必造成資源浪費(fèi)；過(guò)少則降低軟切換成功率。應(yīng)結(jié)合
各地的實(shí)際特點(diǎn)，以及CDMA網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和發(fā)展規(guī)模，合理地設(shè)置軟切換區(qū)比例。工程上一般使之
保持在30％～40％之間。

2．6　多載波的應(yīng)用

　　近年來(lái)由于移動(dòng)用戶成倍增長(zhǎng)，在一些大城市高話務(wù)地區(qū)，話務(wù)密度
由原來(lái)的每平方公里幾個(gè)、十幾個(gè)爾朗，發(fā)展到幾十個(gè)、上百個(gè)。未來(lái)二三年內(nèi)將會(huì)更高。CDMA
多載波技術(shù)的應(yīng)用是解決這么高的話務(wù)密度的重要方法。

　　因?yàn)镃DMA系統(tǒng)中多載波之間為硬切換，所以在多載波的設(shè)計(jì)中首先要
考慮的因素就是如何減少硬切換。應(yīng)注意以下問(wèn)題：

　�。�1） 要優(yōu)化硬切換以減少發(fā)生掉話的危險(xiǎn)；

　�。�2） 避免多載波基站孤立，應(yīng)在一群小區(qū)中實(shí)施多載波以減少硬切
換；

　�。�3） 避免使高話務(wù)小區(qū)成為硬切換發(fā)生的邊界小區(qū)。

　　網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)，應(yīng)盡量使多載波基站連片存在。在切換上，可采用偽導(dǎo)
頻方法，即在多載波覆蓋區(qū)域邊緣，設(shè)置一些對(duì)多載波只發(fā)射導(dǎo)頻信號(hào)的基站。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)移至此處
時(shí)，利用此導(dǎo)頻觸發(fā)軟切換，但采用其它載頻的業(yè)務(wù)信道，然后再將導(dǎo)頻信號(hào)切換到該載頻上，實(shí)
際完成硬切換。處理多載波之間的硬切換還有環(huán)路觸發(fā)和判別FER等方法，可根據(jù)工程具體特點(diǎn)，
靈活運(yùn)用。

2．7　直放站的應(yīng)用

　　移動(dòng)通信直放站作為一種實(shí)現(xiàn)無(wú)線覆蓋的輔助技術(shù)手段，常用來(lái)解決
基站難以覆蓋的盲區(qū)或?qū)⒒拘盘?hào)進(jìn)行延伸。在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，它可以利用較少的投資，較短的周
期，來(lái)迅速擴(kuò)大無(wú)線覆蓋范圍。它的設(shè)置應(yīng)充分考慮以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：主要解決諸如郊縣主要交通公
路、鐵路等狹長(zhǎng)地形的覆蓋；
對(duì)于基站載頻利用率不高的區(qū)域，可以通過(guò)直放站將富余的通信能力轉(zhuǎn)給
需要的地方，提高設(shè)備利用率；盡量設(shè)在相對(duì)隔離區(qū)域，以免產(chǎn)生無(wú)線干擾；選擇合適的基站作為
信號(hào)源。

　　在使用CDMA直放站時(shí)的注意事項(xiàng)有：

　�。�1） 時(shí)延問(wèn)題：直放站與信號(hào)源基站之間存在著4 ms時(shí)延，因此在
設(shè)計(jì)其覆蓋范圍時(shí)，要同時(shí)考慮多徑引起的時(shí)延和固有時(shí)延，使之不超過(guò)一個(gè)碼片時(shí)間長(zhǎng)度，才不
會(huì)引起碼間串?dāng)_。

　�。�2） 天線設(shè)置：直放站的引入會(huì)引起基站的背景噪聲增加，噪聲的
增加量與直放站的噪聲系數(shù)、系統(tǒng)增益、天線增益和傳播損耗等參數(shù)有關(guān)。我們?cè)诳紤]其覆蓋環(huán)
境，使之具有一定的傳播損耗的同時(shí)，也需慎重選擇天線增益，從而使直放站的引入不會(huì)導(dǎo)致基站
的通信質(zhì)量下降。

　�。�3） 分集技術(shù)：對(duì)于多徑信號(hào)較多、移動(dòng)用戶移動(dòng)速度較快的地
區(qū)，若采用直放站技術(shù)，則必須考慮使用分集天線系統(tǒng)，才能保證通話質(zhì)量，如高速公路地區(qū)；對(duì)
于多徑信號(hào)較少、移動(dòng)用戶移動(dòng)速度較慢的地區(qū)，可以不必采用分集系統(tǒng)，如室內(nèi)分布系統(tǒng)。


2．8　其他問(wèn)題

　　在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，高話務(wù)熱點(diǎn)地區(qū)是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。CDMA
網(wǎng)在進(jìn)一步縮小宏蜂窩基站半徑（已達(dá)到300 m）和采用多載波技術(shù)的同時(shí)，也可以使用微蜂窩、
更多扇區(qū)和智能天線技術(shù)。由于CDMA系統(tǒng)共享同一載頻，所以對(duì)于微蜂窩的應(yīng)用，干擾控制是首
要問(wèn)題，可以利用建筑物來(lái)解決干擾，CDMA微蜂窩基站宜設(shè)在室內(nèi)、地下、隧道或地鐵等場(chǎng)所。


　　當(dāng)三扇區(qū)不能滿足容量要求時(shí)，若采用六扇區(qū)技術(shù)，可提高基站容量
1．8倍。智能天線的引入，也可擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)容量1．3倍左右，同時(shí)也減少了無(wú)線信號(hào)干擾。

3　結(jié)束語(yǔ)


　　CDMA技術(shù)在我國(guó)的大規(guī)模商用，還處于初級(jí)階
段，許多問(wèn)題的研究與解決，還需要我們?cè)趯?shí)踐中不斷地學(xué)習(xí)和檢驗(yàn)。對(duì)于工程技術(shù)人員，進(jìn)一步
地了解和掌握其工程特點(diǎn)，是提高CDMA技術(shù)和擴(kuò)大其市場(chǎng)的重要前提。


作者單位：（信息產(chǎn)業(yè)
部郵電設(shè)計(jì)院　鄭州450007）


   
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