CDMA直放站的设计与优化

2016-05-23董进

科技视界 2016年11期

董进

【摘要】本文简述各种类型 CDMA 直放站设计中应考虑的问题，以及直放站安装后的优化工作。分析了直放站引起掉话的原因以及避免掉话的办法。

【关键词】CDMA；直放站；覆盖

0 引言

由于直放站的价格较便宜，覆盖范围动态性强，使用非常灵活，能够填补覆盖的盲区。有这些优点，使直放站成为 CDMA 网络中解决特定区域信号覆盖的有效手段。但是引入直放站后，如果处理不当，对网络有一定影响。如何使直放站既充分发挥作用，又不对全网造成不利影响，这就应该注意 CDMA 直放站的设计和优化。

1 CDMA 直放站的设计

1.1 直放站设计中考虑的问题

CDMA 直放站有几种类型：无线同频直放站、光纤直放站和移频直放站。不论哪一种类型的直放站，在工程设计中，都需要考虑以下几个问题。

（1）上行底噪

任何直放站接入基站均会对 CDMA 网络产生干扰，即对施主基站引入一定的噪声，引起基站的灵敏度降低。

众所周知，在 CDMA 制式下，我们希望接入基站接收机入口的噪声功率小于 -113dBm 。这就要求在链路预算和直放站调测过程中，通过调整直放站的上行增益来减小对基站的影响。应调整上行增益并计算此噪声经有效路径损耗后到达基站接收机的噪声功率是否控制在 -113dBm 以内。只要控制好上行噪声，直放站就不会对基站形成干扰。

（2）搜索窗参数的调整

加入直放站后，使施主基站的覆盖区发生了变化。基站原先设置的搜索窗口范围可能太小，为了使系统正常工作，需要修改相应参数。一般需要调整的参数为：Search A、N、R 以及反向接入信道的搜索窗口。

在 CDMA 系统中使用直放站会产生定时时延和信号延时扩散。如果时延较大，将使 CDMA 系统导频码的相位变化，产生掉话。按照当地实际情况调整施主基站的接入信道搜索窗口宽度、反向业务信道搜索窗口宽度，激活导引信道及搜索窗口宽度。同时应在相邻小区的邻区列表中增加施主小区，并适当调整相邻导引信道及搜索窗口宽度。

（3）输出功率

安装直放站的目的是解决区域的信号覆盖，输出功率不宜过大，否则会发生导频污染及其它问题。所以，在达到覆盖要求的情况下应尽可能减小天线的发射功率。如果直放站应用在室内，要尽量控制室内信号，避免信号泄露对室外信号的影响。

1.2 直放站设计

1.2.1 无线同频直放站

无线同频直放站建站容易，开通快捷，成本低廉，深受运营商的青睐。不管是在室外，还是室内分布系统，都有广泛应用，在直放站应用中占很大比重。

设计无线同频直放站时，需要充分考虑以下几点：

（1）信号源的选择为了保证良好的通话质量，施主基站的合理选用非常重要。直放站拾取施主信号时，要求施主信号单一、稳定（施主信号强度一般大于直放站最小入口电平 5dB 左右）。这是决定无线同频直放站能否顺利开通的先决条件。

在选用施主信号时，应当避免在施主天线方向有多个信号强度相当的导频信号，以免覆盖区域产生乒乓效应。如果有多个基站信号可以作为施主信号，就必需从话务量、基站上的 CE 数等方面综合考虑。

选取施主信号，应采用手机结合频谱仪共同测试信号强度的方法。目前大多数厂家在测试时，只使用测试手机进行测试。我们认为，手机因机型而异，显示的电平值不如频谱仪准确，尤其是在弱信号时更为明显。采用手机确定施主信号的 PN ，然后使用频谱仪确定施主信号的强度是比较好的选择。实践证明，只有这样才可以准确地测量拟选用的施主信号强度，从而把好信源这一关。

（2）收发天线的隔离度收发天线隔离度是指直放站输入端口信号对输出端口信号的衰减度，是决定无线同频直放站能否稳定工作的关键。若施主天线和重发天线的隔离度不够，会引起直放站的自激，使直放站无法正常工作。如果在设计时考虑不周，任何补救措施都是很有限的。

直放站隔离度的大小，与施主天线和重发天线的增益、前后比、旁瓣抑制比、安装情况及周围环境均有关。在设计时，要保证收发天线的隔离度比系统开通后的实际增益大 15dB 左右。实践中，根据实际情况采用发信源和接收机模拟仿真测试是非常必要的。

1.2.2 光纤直放站

光纤直放站用光纤来实现信号的收发与传输，克服了地形以及传输不稳定的诸多因素的影响，尤其是信号源杂乱的问题，可以方便地实现基站信号跳跃式的大范围覆盖。设计时，主要考虑以下三点：

（1）信源引入光纤直放站从基站拾取信号时，应避免在交叠区和施主基站相邻小区使用相同的 PN 值。如果直放站拾取了与相邻扇区相同的 PN 值，那么在和基站覆盖交叠区，掉话率会很高。

（2）基站搜索窗口的调整由于光纤施工的特殊性，基站到直放站的实际光纤长度一般大于直线距离，加上光纤的熔接质量等原因，实际时延和理论值相差较大。理想的方法是使用路测设备准确测量信号时延后，再计算各个窗口的修正值，从而调整原基站的搜索窗口。工程上，一般的理论值要加上一定余量来确定信号时延。

工程调测一般都会注意到前向搜索窗口的调整。但是，经常遇到手机发射功率过高、掉话，通常都是因反向搜索窗口设置偏小造成。因为在解调过程中由于定时的原因，手机的发射功率到达基站的部分没有得到完全解调，被基站误认为是手机的发射功率不足，而其它的功率则作为噪声对基站形成了干扰。所以，搜索窗口要进行前向和反向两方面的调整。

（3））避免孤岛站一个有过大时间错误或延迟的站称为孤岛站。手机在切换的过程中，如果时间参考的错误过大，在预定的时间窗口寻找相邻小区，找到的只是不相关的噪声，从而出现掉话。这种现象通常是由于光纤传输距离太长或其它原因使传输时延增大造成的。此种情况下，邻小区的有用信号在手机的检测中有可能被误认为是噪声信号，在小区的边界上通话时无论是切出还是切入，都存在掉话的隐患。因此，在使用光纤直放站的时候，应避免孤岛站的发生，合理考虑光纤距离，一般不超过 20km 。

1.2.3 移频直放站

无线同频直放站受信源选取和隔离度的限制，随着基站密度的增加，在城区中应用的范围越来越小，而光纤在许多地方又不能到达，在这种情况下采用移频直放站就可以很好地解决问题。利用移频直放站可将施主基站信号远距离延伸覆盖，解决不易铺设光纤及导频信号污染严重地区的问题。

移频直放站的工程设计要考虑以下两点：

（1）传输距离不宜过大由于受传输路径上的地形、地貌及传输路径衰减的影响，要保证无线传输链路的视距畅通，传输距离不宜过大（保证射频输入电平大于 -60 dBm，一般站距应在 15km 左右）。

（2）信源如何耦合作为移频直放站，可以直接在基站射频端口耦合，也可以用空中无线接力的方式耦合。为了避免引入太多的信号，造成新的导频污染，最好采用直接耦合方式。这样可以保证信源的唯一性，也充分利用了原有机房及配套设施。

2 CDMA 直放站的优化

设备开通后，还要注重网络优化，避免直放站覆盖区域不好给基站造成影响。只有设置好直放站的上下行增益的参数，做好整个网络的优化工作，提高网络的运营质量，才能充分发挥直放站在 CDMA网络中的效用。

2.1 CDMA 直放站覆盖的网络优化

CDMA 直放站系统的网络优化包括：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。

2.1.1 评估与优化的统计参数

（1）无线覆盖率。通过系统测试，得到直放站覆盖区域各个位置上主导频的 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%。

2.1.2 直放站功能测试及其覆盖区域的路测

（1）测试直放站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。用一个 CDMA 手机做主叫，呼叫另一个 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、Cell ID 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 Cell ID应与设计相符。

2.1.3 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优化网络的方案，即调整直放站系统和施主小区系统参数的方案。

CDMA 直放站系统的调整有：（1）直放站施主天线的高度、方向；（2）直放站的覆盖范围；（3）直放站输出功率以及衰减量（ATT）、增益控制量（ALC）；（4）直放站的放大增益；（5）隔离度。

2.1.4 施主小区基站参数的调整

CDMA 移动网的网络优化，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。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。包括切换时加入导频信噪比门限值、切换时丢弃导频信噪比门限值、切换时导频丢弃定时器时长、切换时导频强度比较门限值、激活导频集，邻近导频集，剩余导频集的搜索窗宽带之半、导频搜索步长增量等。

（3）功率控制参数。包括移动台接入的标称功率、移动台接入的初始功率、移动台接入的功率增量步长和反向功率控制的信噪比门。

（4）接入参数。包括移动台等待应答最大接入序列个数、移动台最大接入探测序列次数、移动台接入探测序列中前导序列最大量和移动台接入探测序列中填充序列最大量。

系统参数的修改往往需要几组参数同时进行，不完整的修改会给系统运行带来危害。实际运行中，应慎重考虑后再修改系统参数。CDMA系统的网络优化是一个不断反复的过程。要分析网络优化过程中采集到的数据，并加以修改，然后再采集并分析数据，再修改，如此不断反复，使系统的运行越来越合理。

2.2 掉话的原因

掉话是 CDMA 系统网络优化中经常碰到的问题，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，使Ec/Io 变差，前向误帧率增大，进而引起掉话。造成这种现象的原因是直放站覆盖边缘或传播路径上有障碍。解决方法是改善覆盖，适当调整直放站下行输出。

（2）反向误帧率 FER 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，使反向误帧率 FER 也高，而此时前向链路也发生误帧率高的情况，表明传播衰耗过大，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，通常调整反向功率控制门限。若反向功率未达到最大，而反向误帧率 FER 升高，这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，应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。

（3）多导频。在 CDMA 系统中，当移动台进入 3 向的软切换状态，移动台分离多径（rake）接收机的 3 个 finger 已占满时，即使有更大强度（大于切换时加入导频信噪比门限值 Tadd ）的导频，移动台也不能将它加入激活导频集中，就会掉话。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。

（4）短码混淆。所谓短码混淆，即移动台向基站汇报的关于导频的信息中，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），往往使短码规划不合理，通常的解决方法是 PN 重新规划或修改搜索窗参数。

2.3 直放站覆盖工程中应注意的一些问题

（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统；

（3）系统噪声问题。引入直放站会增加基站的背景噪声。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，因此在设计覆盖范围时，要同时考虑多径引起的时延和固有时延。只有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、移动用户变动较快的地区，若用直放站，必须使用分集天线系统；

（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会引起直放站系统自激。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 dB ～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。

3 总结

在这里简述了各种类型 CDMA 直放站设计中应考虑的问题，以及直放站安装后的优化工作。并分析了直放站引起掉话的原因以及避免掉话的办法。

【参考文献】