窄带CDMA无线网络的规划和设计

1、引言

　　近10年来，移动通信用户以每年递增80％～200％的速度扩大规模。据此分析，到2000年，中国的移动用户将达到3 000万户，占世界移动用户总数的10％左右。迅速增长的网络容量，与有限的频率资源之间的矛盾，越来越突出地显现出来。

　　而CDMA技术具有用户容量大、覆盖范围广、话音质量好等特点，从而赢得了广大消费者及运营商的青睐，在世界各地也得到了越来越广泛的应用。截至1999年6月，全球CDMA网络移动用户已超过3 000万户。1996年，我国首先在北京、上海、广州和西安四城市进行了CDMA网的商用试验。根据试验效果以及市场需求，目前有可能建设大规模的商用网。

2、无线网络规划

　　移动通信网的工程建设大致可分为6个步骤：拟定网络需达到的覆盖指标和话务要求；初步网络规划；基站站址现场勘察；修正网络规划，完成工程设计；系统调测和网络优化；根据优化结果或网络扩容要求，返回第一步。CDMA网络的设计同样遵循这个步骤，但在很多方面又区别于GSM和TACS网。

2．1　无线覆盖

　　CDMA网络的无线覆盖主要取决于设备噪声系数、干扰影响、衰落储备、Eb/No等因数，其具体分析见表1。

表1　无线覆盖参数的设定

　　其中带宽和Boltzman常数为固定值，基站噪声系数根据设备而定，干扰影响由网络设计负载百分比取定，衰落储备由无线信号边缘覆盖率给出，Eb/No根据话音质量与FER的相应关系综合取定。

　　由于CDMA为宽带系统，有较高的扩频增益，故当C/I为负值时仍能得到好的服务质量，这一点大大优于传统的GSM和模拟系统。在同等条件下，CDMA比GSM传播距离要大1．3～2．1倍左右。对于大城市高话务密度区CDMA基站半径最小可设置在300 m左右；对于郊区开阔地，应充分发挥其覆盖范围大的特点，半径可达50 km以上。表2给出了几种不同地区的基站覆盖半径。

表2　各类地区的基站覆盖半径

2．2　基站话务配置

　　（1） 基站容量的确定

　　确定CDMA基站容量的主要参数有：处理增益、Eb/No、话音激活因子、频率复用系数，以及基站天线扇区数等。

　　对于单扇区单载频的基站最大配置可为61个信道，目前工程上一般取值为全向23个，定向20个，见表3。

表3　典型站型容量配置表

　　由于CDMA基站扇区间的物理信道资源可以共享，所以在网络实际运行中，它所能处理的话务量，还要大于设计理论值，这是其它制式不具备的独特优点。

　　（2） 话务配置

　　与GSM网相比，CDMA网基站的话务配置具有更大的灵活性，因此，它也是工程建设中的重点。首先，需对实地进行详细查勘，了解当地移动话务分布状况；其次要利用先进的网络规划软件预测；最后根据预测结果，分配基站话务量。最终设计值与网络开通后的实际话务量差值应不超过30％。

2．3　干扰分析与协调

　　IS-95指定CDMA网所用频段为：上行824～849 MHz、下行869～894 MHz。我国目前已建成的ETACS网使用的频率正好为880～890 MHz，故未来建设的CDMA网必然会对现有网络产生很大的影响。这类干扰的存在是我国独有的现象，在世界其他国家和地区，或因为没有采用ETACS制式，或因为没有使用CDMA技术，因而不存在此类现象。它的解决也是影响到CDMA网络建设的关键问题之一。

　　CDMA发端信号对ETACS收端的影响可用下式表示：

Pr＝Pt－LoA－Lb－10 lg（30 /25）

　　其中，Pt：CDMA单扇区输出的最大功率；Pr：ETACS接收的信号强度；LoA：CDMA带外损耗；Lb：CDMA、ETACS天线隔离度。

　　为保证不产生干扰，要求Pr 值小于ETACS接收机灵敏度，即调整天线隔离度，理论计算需达到86 dB以上。天线隔离度有水平、垂直和倾斜之分：

　　水平隔离度Lh＝22＋20lg10（d/λ）－（Gtx＋Grx）

　　垂直隔离度Lv＝28．0＋40lg10（d/λ）

　　倾斜隔离度Ls＝（Lv－Lh ）（θ/90）＋Lh

　　其中，d：天线水平间距（米）；Gtx、Grx：天线增益；θ：两天线在垂直面内的夹角。

　　要满足隔离要求，CDMA与ETACS天线垂直间距应大于6 m或水平间距保持在1 km以上。但实际传播环境并非自由空间，由地形、地物和建筑物等引起的绕射损耗是理论无法计算的。要分析这些情况，还需要到现场对无线信号场强进行测试。

　　在空间去耦的同时，还可以调整天线相对位置、使用干扰抵消器、采用波瓣较窄的天线等方法，来加大隔离度。但这些都不能保证从根本上解决干扰问题，最好的办法是实行频率协调，重新划分这段频率，并给予一定的保护带宽。

2．4　PN-Offset的规划

　　由于CDMA系统频率复用系数约为1，所以它不需要进行频率规划。但是在实际情况中会有一个潜在的问题，那就是：尽管所有的基站都使用不同的PN-Offset，然而在移动台端看来，由于传播时延（邻PN-Phase干扰）和PN-Offset复用距离不够（同PN-Phase干扰），就会使一些非相关的导频信号看起来一样。邻PN-Offset干扰是影响大覆盖区基站的主要因素，同PN-Offset干扰是影响小覆盖区基站的主要因素。因此PN-Offset的规划是CDMA系统特有的问题。

　　所有具有相同频率但不同PN码相位的导频集有四种：有效导频集、相邻导频集、侯选导频集和剩余导频集，PN-Offset干扰只会发生在前两种导频集中。

　　（1） 如果两个相位上非相关的信道都落在同一有效导频搜索窗口中，两者都会成为三个最强信号中的一个，有效导频集PN-Offset干扰就会发生。移动台就会解扩并合并非相关的前向业务信道信号。

　　（2） 如果一个远端业务信道落入相邻导频集，且它的Ec/Io＞T－add，相邻导频集PN-Offset干扰就会发生。移动台就会切换到错误的导频上，并解扩错误的信号。

　　它们的共同结果是强干扰和掉话。

　　避免邻PN-Offset干扰的方法是：

　　．使邻PN-Offset间的间隔比传播时延造成的不同要大得多。

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

　　其中，R为小区半径，单位为chip（1 chip＝244 m）；W为有效导频窗口尺寸，单位为chip； a为路径损耗指数。

　　．大的小区需要大的间隔，即增大相邻小区PN码的相位偏差。