何志 江西省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限公司 南昌市 330000

淺析CDMA網(wǎng)絡(luò)湖泊超遠(yuǎn)距離覆蓋及優(yōu)化

何志 江西省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限公司 南昌市 330000

簡要介紹湖泊場景超遠(yuǎn)距離覆蓋新技術(shù)的研究與系統(tǒng)仿真，開展湖泊環(huán)境下超遠(yuǎn)距離網(wǎng)絡(luò)覆蓋技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)場試驗，分析、掌握典型場景的超遠(yuǎn)距離網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化基本原則，總結(jié)優(yōu)化方法，提出優(yōu)化工作相關(guān)專題的解決方案，研究網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量評估體系及考核體系，總結(jié)建網(wǎng)和優(yōu)化經(jīng)驗，為下一步的超遠(yuǎn)距離網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、優(yōu)化和評估策略提出可行性技術(shù)建議。

CDMA 超遠(yuǎn)覆蓋 超導(dǎo)濾波器 塔放

1、前言

隨著CDMA網(wǎng)絡(luò)發(fā)展從大規(guī)模工程建設(shè)進(jìn)入到精品化網(wǎng)絡(luò)階段，CDMA網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的工作也要求更加精確性和針對性。而我國地理遼闊，地理環(huán)境較為復(fù)雜，存在較多地勢的超遠(yuǎn)距離覆蓋的網(wǎng)絡(luò)需求，因此要做CDMA精品網(wǎng)絡(luò)，必須要對各種超遠(yuǎn)距離的地理環(huán)境做到覆蓋好、質(zhì)量優(yōu)、投訴少的網(wǎng)絡(luò)要求，這對網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提出了挑戰(zhàn)。

在湖泊場景中，地勢比較平坦，在大面積的沼澤中分布著較多的湖泊、河流等。信號的遮擋因素相對較少，但是信號的折射、反射現(xiàn)象較為普遍。在該場景中會分布較多的旅游景點，因此話務(wù)量會隨著旅游季節(jié)的變化而呈現(xiàn)階段性特點。

湖泊水域場景的特點如下：

1）整體話務(wù)量較低，并隨著旅游季節(jié)的變化而變動；

2）信號受遮擋的因素較??；

3）湖面對電磁波信號近似于全反射，信號的覆蓋范圍難以控制；

4）傳輸資源匱乏；

5）有源設(shè)備供電困難；

6）覆蓋對象主要為漁民和游客等；

7）覆蓋目標(biāo)為單點大面積覆蓋；

8）站址選擇以岸邊海拔較高的位置為佳。

2、CDMA超遠(yuǎn)距離覆蓋技術(shù)

2.1、塔放（TMA）

根據(jù)使用的目的不同，塔放可以分為上行塔放、下行塔放、雙向塔放。上行塔放是通過在緊靠接收天線側(cè)增加一個低噪聲放大器來放大從天線接收到的信號，通過抵消饋線損耗（feeder loss）來獲取增益，從而提高基站的接受靈敏度。

下行塔放安裝在塔頂，有效彌補饋線損耗，最大輸出功率120W，可提高基站輸出功率約10dB，有效提高覆蓋范圍。典型上行塔放的改善值為3dB，對應(yīng)上行小區(qū)半徑增大近25%，覆蓋面積增大近50%。

雙向塔放就是在塔頂放大上下行信號，以提高基站的覆蓋范圍，主要應(yīng)用于話物密度較小的農(nóng)村、郊區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和海域等。

優(yōu)點：擴(kuò)大單點覆蓋范圍、提高接收靈敏度、改造施工簡單、投資費用低。

缺點：塔放不增加容量；對于下行，T M A有0.5dB的插入損耗；氣候會影響設(shè)備的使用年限；維護(hù)較困難。

2.2、超導(dǎo)濾波器

利用導(dǎo)體在-200℃時，表面電阻近似為零的特性制成的濾波器，Q值可達(dá)10萬，高于目前采用腔體濾波器的Q值20倍。因此具有極小的通帶插損(＜0.1dB)，極高的阻帶抑制(＞60dB)和極陡峭的過渡帶(最高可達(dá)-100dB/400KHz)。同時在超導(dǎo)濾波器之后配備有在超低溫工作條件下的低噪放(LNA，增益為12dB)，具有極低的噪聲系數(shù)(＜0.5dB)。用其作為基站接收機(jī)的射頻前端設(shè)備，能徹底抑制基站接收機(jī)的各種干擾，提高了接收機(jī)的靈敏度，解決了移動通信上行信號弱的瓶頸問題。而且超導(dǎo)濾波器安裝在基站主接收機(jī)和分集接收機(jī)上，因此不影響分集接收抗多徑衰落的功能。根據(jù)實測，利用超導(dǎo)濾波器可使覆蓋半徑擴(kuò)大22%，覆蓋面積擴(kuò)大45%。

高溫超導(dǎo)濾波器由于工作溫度低，需要深度制冷，因此外圍部件較多，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。主要包括高溫超導(dǎo)濾波放大電路、深度制冷系統(tǒng)、精確控制系統(tǒng)、真空絕熱系統(tǒng)四部分。

其中高溫超導(dǎo)濾波放大電路是系統(tǒng)的核心部分，包括高溫超導(dǎo)濾波器(HTS Filter)和低溫低噪聲放大器(LNA)，濾波器微帶電路由高溫超導(dǎo)薄膜材料制作，工作溫度在液氮溫區(qū)(77K)，為降低系統(tǒng)的噪聲，將低噪聲放大器也放置于低溫區(qū)。深度制冷系統(tǒng)為高溫超導(dǎo)濾波器提供實現(xiàn)超導(dǎo)特性的低溫工作環(huán)境，一般常用斯特林制冷機(jī)或脈沖管制冷機(jī)，它是系統(tǒng)的另一關(guān)鍵部件。

真空絕熱系統(tǒng)是將工作于液氮溫區(qū)的超導(dǎo)濾波放大電路與外界的室溫環(huán)境隔開，盡可能降低兩者間的熱量傳遞。精確控制系統(tǒng)是實時測試高溫超導(dǎo)濾波放大電路的實際工作溫度，隨時對制冷系統(tǒng)發(fā)出指令，保持冷區(qū)溫度恒定，同時對系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)警。

優(yōu)點：可以提高接收機(jī)靈敏度約3dB，覆蓋半徑可以擴(kuò)大22%，覆蓋面積可以擴(kuò)大約45%。

2.3、RRU上塔

射頻拉遠(yuǎn)單元RRU(Remote Radio Unit)帶來了一種新型的分布式網(wǎng)絡(luò)覆蓋模式，它將大容量宏蜂窩基站集中放置在可獲得的中心機(jī)房內(nèi)，基帶部分集中處理，采用光纖將基站中的射頻模塊拉到遠(yuǎn)端射頻單元，分置于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃所確定的站點上，從而節(jié)省了常規(guī)解決方案所需要的大量機(jī)房；同時通過采用大容量宏基站支持大量的光纖拉遠(yuǎn)，可實現(xiàn)容量與覆蓋之間的轉(zhuǎn)化。

RRU的工作原理是：基帶信號下行經(jīng)變頻、濾波，經(jīng)過射頻濾波、經(jīng)線性功率放大器后通過發(fā)送濾波傳至天饋。上行將收到的移動終端上行信號進(jìn)濾波、低噪聲放大、進(jìn)一步的射頻小信號放大濾波和下變頻，然后完成模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字中頻處理等。

由于廣覆蓋基站一般來說塔的高度比較高，如采用常規(guī)手段使用7/8或者5/4的饋線上塔方式，勢必會帶來很大的饋線損耗。通過采用RRU上塔的方式，減少饋線的損耗，可以有效的提升前、反向增益2～3dB，增加20%的基站前、反向覆蓋半徑。

優(yōu)點：減小了無線基站設(shè)備對機(jī)房的依賴，節(jié)省了設(shè)備機(jī)房以及配套方面的建設(shè)投資，降低能耗。

缺點：需要有電源線從地面拉上塔頂給RRU供電，需要有嚴(yán)格的防雷措施。

2.4、大功率發(fā)射

常規(guī)場景下每載頻的發(fā)射功率最大為2 0 W（43dBm），通過提升載頻的前向發(fā)射功率，可以有效的提升前向覆蓋距離。下行發(fā)射功率每提高3dB，下行覆蓋增益3dB，對應(yīng)下行小區(qū)半徑增大近25%，覆蓋面積增大近50%。

(3)回?zé)嵯到y(tǒng)優(yōu)化成果顯示，隨著機(jī)組負(fù)荷率的下降，汽輪機(jī)熱耗和供電煤耗下降值隨之?dāng)U大，說明基于0號高壓加熱器的回?zé)嵯到y(tǒng)適合大容量高參數(shù)機(jī)組的調(diào)峰需求。

優(yōu)點：改造方案簡單，依賴條件少，投資費用低。

缺點：由于使用的功率較大，容易出現(xiàn)越區(qū)覆蓋的問題，給網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化帶來問題；廣泛使用時將導(dǎo)致下行干擾隨之上升。

3、湖泊場景傳播模型研究

3.1、湖泊傳播模型研究

基于水域電磁波傳播的特點，湖泊場景的基礎(chǔ)傳播模型選擇Okumura—Hata郊區(qū)模型。路徑損耗定義為：

其中：

3.2、鏈路預(yù)算

鏈路預(yù)算是在保證通話質(zhì)量的前提下，確定基站和移動臺之間無線鏈路所能允許的最大路徑損耗。通常情況下，前向鏈路進(jìn)行人工計算的意義不大，主要表現(xiàn)在：

1）在反向鏈路中，各種因素已知或者可以準(zhǔn)確估計，因此結(jié)果比較可靠。而前向鏈路不可預(yù)知的因素較多（如周圍基站的干擾、移動臺的移動速度等），因網(wǎng)絡(luò)的具體情況不同，無法給出一個通用的取值。

2）盡管可以取3dB做為周圍基站的干擾系數(shù)進(jìn)行前向鏈路預(yù)算，但是在實際情況中，結(jié)果根據(jù)地區(qū)不同而異，且相差懸殊，通用取值很難確定。

雖然CDMA前向鏈路預(yù)算會隨著移動臺距離的遠(yuǎn)近、小區(qū)激活用戶的多少等因素的變化而變化，但是為了能夠較為完整的反應(yīng)鏈路的狀態(tài)信息，本文也做了前向鏈路預(yù)算。

反向鏈路預(yù)算路徑損耗的計算公式如下所示：

路徑損耗=移動臺發(fā)射功率+移動臺天線增益-人體損耗-建筑物穿透損耗-衰落余量+軟切換增益+基站接收天線增益-基站饋線損耗-基站接收機(jī)靈敏度。

衰落余量=正態(tài)衰落余量+干擾余量+快衰落余量。

CDMA前向鏈路預(yù)算的原理如下：在保證反向鏈路覆蓋半徑的前提下，考慮小區(qū)其他用戶的干擾、其他小區(qū)的干擾、系統(tǒng)噪聲干擾等因素，計算出小區(qū)邊緣的Ec/(No+Io)的值。前向鏈路預(yù)算計算公式如下：

移動臺接收信號的導(dǎo)頻功率=移動臺接收服務(wù)小區(qū)信號功率+導(dǎo)頻信道功率-基站發(fā)射功率；

總干擾=小區(qū)其他用戶干擾+其他小區(qū)干擾+系統(tǒng)噪聲+外部干擾；

Ec/(No+Io)= 移動臺接收信號的導(dǎo)頻功率/總干擾。

3.3、覆蓋預(yù)測

針對超遠(yuǎn)距離覆蓋基站做覆蓋預(yù)測得出Ec/Io值、接收功率、主小區(qū)覆蓋圖，分析存在的問題，提出解決思路及可行方案。

3.4、解決方案關(guān)鍵技術(shù)

解決覆蓋的關(guān)鍵技術(shù)有：

1）超導(dǎo)濾波器；

2）改造的扇區(qū)；

3）前向大功率發(fā)射+全向站改三扇區(qū)定向站；

4）主設(shè)備基站硬件升級及功率調(diào)整；

5）天饋系統(tǒng)的改造：使用大直徑低損耗饋線、遙控電調(diào)天線、高增益低水平波瓣角天線。

4、結(jié)束語

本文簡要介紹湖泊超遠(yuǎn)距離覆蓋的應(yīng)用原理，該項技術(shù)的實際效果有待于后期現(xiàn)場試驗的驗證，需要配合系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整；前向超大功率發(fā)射對鄰區(qū)的影響程度需要根據(jù)實際測試做分析，必要時候會調(diào)整載扇的最大發(fā)射功率和公共信道的，使得基站的覆蓋效果達(dá)到最佳。

[1] 萬曉榆，萬敏，李怡濱.CDMA移動通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化. 北京：人民郵電出版社，2003.

1009-0940(2014)-2-0019-03

2014-4-17