CDMA网络海域覆盖工程方案探讨

赵晓宇 华信邮电咨询设计研究院有限公司3G设计研究院3所 杭州市 213000

CDMA网络海域覆盖工程方案探讨

赵晓宇 华信邮电咨询设计研究院有限公司3G设计研究院3所 杭州市 213000

简述在近海海域实施无线网络覆盖的必要性，通过理论分析、测试数据，结合笔者在北方某市海域网络覆盖工程经验，提出一套工程实施方案以供探讨。

海域覆盖 CDMA 塔顶放大器

0、背景

伴随着社会经济活动的迅猛发展，在近海海域的电信移动业务需求越来越多，完善和加强这一区域的无线网络覆盖已经迫在眉睫，各个运营商在该区域内无线网络覆盖话语权的争夺战进行的如火如荼。

1、总述

海域无线网络覆盖工程涉及到许多方面，总体而言规划建设时需要注意以下几个方面：

第一，深入了解规划海域以及沿线的地形地貌，掌握沿线经济发展信息。

第二，实地检测现有网络覆盖状况，了解用户移动电话使用习惯。

第三，深入分析无线网络覆盖特点，结合设备性能，网络技术特点。

第四，合理部署站点位置，对工程实施进行预算控制，严格管理、监控施工质量。

以下结合笔者在北方某市工程经验，提供一套规划建设方案以供探讨。

2、网络现状概况

2.1、区域概况

如下图所示，北方某市海岸线由北向南依次跨越了A区、B区和C区。

图1 海岸利用规划图

A区是北部的重要节点。规划建设成为该地区的滨海旅游、休闲、度假基地，海产品养殖基地，大型渔港设施用地。

B区是港口核心区，以科技研发转化为重点，大力发展高新技术产业和现代制造业，增强为港口服务的职能，积极发展商务、金融、物流、中介服务等产业。

C区是南部的重要节点，国家级石化基地。规划目标是重点发展石油化工产业，建设成为现代化石油化工基地和原油、成品油集散中心。

2.2、CDMA网络状况

该区域海岸线是海水冲击形成的，近海海域内没有可利用的高山或小岛。同时， CDMA网络海域上的信号基本来自于沿线陆路区域内的站点，站点中距海较近站点分布如下：

图2 现有站点分布

2.3、路测数据

选择从港口到达锚地这段航线进行CDMA网络测试。

表1 测试情况汇总表

图3 CDMA话音质量MOS分布图

图4 CDMA Rx Power覆盖轨迹图

图5 CDMA Tx Power 覆盖轨迹图

图6 Agg Ec/Io 覆盖轨迹图

测试数据显示，在距离海岸线20公里以外的近海海域内，由于存在载波功率、信号损耗和地球曲率半径等诸多限制因素，从整体而言，该区域物理站点分布较为稀疏。一方面在A区的近海渔场和港口南下的航道内某些海域手机用户接收不到无线信号；另一方面，在港口以外的某些海域内，海面对无线信号漫反射，存在导频污染， EC/IO较低，手机切换频繁，通话质量MOS差。

2.4、用户行为分析

在A区，用户群主要为近海渔民和外来游客，近海20公里以内的区域是此类用户的主要活动区域，用户在活动区域内从事捕鱼或游玩时，拨打电话的频率相对较低，但是数据业务的需求较高（定位、导航）。

在B区，位于港口50公里左右的锚地是商船等候进出港指令的缓冲带，在该区域内，用户在活动区域内利用无线网络从事贸易交流活动相对频繁，同时，伴随新区的发展壮大，用户数目也将随之增加，因此在增强信号覆盖的同时还需要保证一定的话务容量预留。

在C区，南下的游轮途径该海域，航线距离大陆架30～50km，用户的电话使用量相对较小。

综上所述，在该区域内，CDMA网络覆盖50公里左右的海域就可以保证大多数用户的通信需求。在网络建设方面，A区的近海渔场和C区的航道区域，增强网络覆盖是网络建设的重点；在B区，不仅要考虑网络覆盖，而且还要考虑预留相应的容量，以便应对港口发展而带来的客户剧增。在业务开展方面，一方面要完善服务体系，保持相对稳定的用户群；另一方面，在推广现有CDMA数据业务（定位，全球眼）的同时，积极开发新业务，发展新客户，带动在近海海域移动互联网相关产业的发展。

3、工程方案

3.1、传输距离估算

3.1.1、视距传播

视线距离的定义：由于地球是球形的，凸起的地表面会挡住视线，视线所能到达的最远距离称为视线距离。

根据球面几何原理，视线距离d0：

Ht、Hr分别是发射和接收天线高度，单位：km。

由于空气的压力、温度、湿度随着高度而变化，所以介电常数er也随高度而减小，并由于空气稀薄而逐渐趋于0。使得电波在对流层中的传播轨迹不是直线而是沿地球曲率方向的曲线。即电波在对流层中传播时出现折射，折射系数n= (er)1/2 。

这种折射现象相当于地球半径增大，因此对地球半径乘一系数k。在标准大气压折射情况下k = 4/3。在标准大气折射下，修正公式为：

将 Ht=0.08km 与Hr=0.01km 带入公式中计算得出d0=49.9km。由此说明当手机与基站相距50km后，当移动台超出了基站的视线距离后，进入了阴影区。信号受到了绕射损耗的影响而衰落较大。

3.1.2、模型矫正

实际的海面测试结果证明自由空间传播模型并不适用于预测海面覆盖；而采用Okumura-Hata模型加修正系数后也不能很好地适用海面传播环境。

由于海面传播损耗很小，信号可以传播到很远的海面上。此时，地球不能再看作平面，而应把它看作球面，即地球曲率将对信号传播产生影响。另外处于传播路径上的岛屿、山、巨轮也会对信号传播到来阴影效应。

海面传播路径如下图所示：

图7 海面传播模型

当基站的无线信号辐射到海面时会产生多个反射波，但能够被移动台接收到的一般只有一个反射波，其它反射波由于反射角不同被反射到其它区域。因此海面无线传播具有二波特征，考虑到船体损耗、地球曲率的影响，并根据实测数据进行修正，新的海面传播模型如下：

其中，Lpath为海面传播路径损耗；

Ht为基站天线高度（单位：m）；

Hr为移动台天线高度（单位：m）；

λ为波长（单位：m）；

d为距离（单位：Km）

当移动台远离基站并超过视线距离后就进入了阴影区域，地球表面对信号传播产生绕射影响，此时接收电平将快速下降，使用此模型的误差较大。

由于地球曲率的影响，因地球表面带来的绕射损耗的计算比经典的刃形绕射模型还要复杂。为便于计算简化成如下：

图8 无线信号在空间中的传播

图9 前向链路预算

图10 反向链路预算

表2 链路预算表

由上表可知，反向链路损耗余量稍大于前向链路损耗余量，链路基本保证平衡，再将链路余量套用在海面覆盖模型上可知，在视距可见的情况下，无线信号覆盖距离主要取决于天线挂高和移动台高度；一旦当移动台超出了基站的视线距离后，进入了阴影区，链路余量的大小将决定信号的覆盖距离。

因此，可以采取如下解决方案克服前、反向链路上的传播损耗，增加覆盖距离：

1) 选择高山站：600～1000米；

2) 基站采用高增益双极化天线，18dBi～21dBi高增益定向天线，支持一发双收；

3) 将RRU光纤拉远上塔顶，通过上塔，节省80米7/8”馈线即相当于减少2～3dB损耗；

4) 适当加大前向公共信道功率，包括导频、同步和寻呼信道；

5) 增加塔顶放大器改善上行链路；

6) 使用专用载波，避免由于海面反射造成的导频污染，频繁切换；

7) 采用固定台和室外定向天线： 固定台发射功率250mW，不存在人体损耗；室外天线增益为11dBi，无需考虑建筑物穿透损耗，前/反向覆盖距离会得到较大增加。（该场景限于海上作业人员）

采用上面的超远覆盖解决方案，8 0 0 M H z CDMA2000系统的覆盖能力如下：

表3 覆盖能力分析

备注：CSM6700芯片能够支持的最大解调距离1X为250km；CSM6800芯片能够支持的最大解调距离DO为125km，因此极限覆盖距离为125km。

3.2、建设模式比较

针对建设方式而言，存在利旧和新建两种模式。

1）在现有宏基站的基础上新增一至两个小区，同时调整现有扇区的方向角，利用新增的小区覆盖近海海域。该方案优点是可利用现有设备和配套资源，如果需要改善塔底信号的状况，还可以选择零点填充的天线。由此在覆盖海域的同时还可以改善周边地区的网络覆盖，节省大量配套投资。该方案缺点是将原有基站进行调整后，会对基站周围的覆盖目标有影响；小区之间切换频繁；容量与周边覆盖区域共享；现有基站的塔桅高度有限，距离目标值有一定距离。

2）在理想的站点位置选址，新建宏基站，塔桅高度根据实际情况确定。该方案的优点是可以根据预测结论，选择理想的站点位置，铁塔高度可以根据实际地形建设，最有效的进行海域覆盖。该方案的缺点是在一定的条件下，建站困难大，维护成本高，发生故障的概率高。

3.3、工程建设

综合考虑海域沿线物理站点的分布情况，市政规划地块用途，海岸沿线建设成本和基站维护成本，采用新建和利旧站点相结合的模式。新建站点4个，利旧站点3个。具体站点分布如下：

图11 海域覆盖站点分布

1）站点规划

表4 站点规划表

2）建设规模

本次规划考虑每个利旧的物理站址上安装1个小区，新建站点考虑到需要增强陆地部分的覆盖能力，配置三个小区。综上，本项目需新增1X语音 15个载扇，DO 15个载扇；窄波瓣大增益双极化天线15套；每个物理站点中覆盖海面的小区新增一套塔顶放大器，共计7套；利旧物理站址每站需要新增2条E1，新建物理站址每站需要4条E1，共计22条E1。新建机房4间，铁塔四座。总投资约500万元。考虑到运营商间共建共享，实际投资略低于估算投资。

4、其他需要注意的问题

该区域各区之间资费差距不大，但是在北部和南部海域（即相邻省市交界处），由于很难控制信号重叠区，很有可能存在如下现象：A市用户的手机在近海占用B市的信号，从而在拨打A市电话时收取不必要的费用，反之亦然，造成用户困惑与不解，影响业务开展。这种由于在边界区域信号交叉覆盖造成的资费混乱现象，我们暂时称之为“边界漫游”问题，对此笔者建议从两方面探讨解决问题的方法。一方面通过基站优化手段控制信号覆盖，使用专用频段（160#频点）提高信号纯净度，避免频繁切换。另一方面通过计费优化“模糊”边界效应。

5、结束语

完善近海海域CDMA无线网络覆盖是一项极为复杂的系统工程，需要考虑天气、海面、船体、近海地貌、手机用户使用习惯和相关部门协调等诸多因素，如何做到重点海域的全覆盖还是一个值得大家共同探讨的问题。本文从北方某市近海海域特点出发，覆盖目标为近海50公里以内的区域，工程实施方案难免存在一定的局限性，希望能以此为奋斗在工程技术一线的同事们在实施海域无线信号覆盖工程时提供参考。

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1009-0940(2014)-3-0009-06

2014-7-08