CDMA系统中直放站设备的应用

深圳市国人通信有限公司总工程师　丁天文
　　摘要　在CDMA通信系统的建设中，使用直放站可以扩大信号的覆盖区域，改善通信质量，调配基站话务量。该文讨论了如何在CDMA系统中使用直放站设备的一些考虑，从直放站产品的类型、特点、采用的关键技术、应用的模型、直放站的干扰以及解决等方面提出采用直放站对提高CDMA网络性能的重要意义。

　　关键词　CDMA系统　直放站　应用模型

　　1　概述

　　CDMA多址技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽的信息数据用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，扩展原始数据信号的带宽，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的宽带信号作相关处理，把宽带信号还原成信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。
　　CDMA通信系统在建设前期，信号的覆盖特性无疑是争取用户、扩大服务的重要内容。基站的大容量性能可以解决容量需求问题，但要吸收更多的话务容量，以较低的成本扩大覆盖，则必然要使用直放站。

　　直放站系统使用的目的是将通信信号的直接放大，解决延伸和覆盖问题的。它能将很弱的接收信号线性放大，因此，可以扩大信号的覆盖区域，改善通信质量；同时还可对不同基站的话务量进行有效的调配。应用直放站的优点是见效快、周期短、安装方便、不容易造成资源浪费。

　　移动通信直放站的设置应充分考虑以下几个环节：主要解决诸如郊县主要公路、铁路交通等狭长地形的覆盖；对于基站载频利用率不高的区域，可以通过直放站将富余的通信能力转给需要的地方，提高设备利用率；尽量设在相对隔离区域，选择合适的基站作为信号源，以免产生无线干扰。

　　直放站不能增加系统容量，却可以弥补CDMA系统基站的覆盖不足，由于价格低、安装方便、在CDMA系统中采用直放站不失为网络优化的一种较好的解决方案。

　　因为CDMA系统的频率复用率为1，直放站在CDMA系统和GSM系统中的使用存在着差异。直放站的使用将与整个系统的性能相关，而在GSM系统中直放站的使用仅与几个相关的通道性能有关。因而，合理的规划直放站网络，严格的工程勘测及施工对提高CDMA网络的性能是十分必要的。

　　该文是在深入理解CDMA系统及直放站系统的基础上，根据CDMA直放站产品的特点，提出的解决CDMA网络延伸和覆盖问题的系统解决方案。该方案充分考虑到采用直放站提高CDMA网络性能时方案的合理性、完备性，在保证系统性能前提下的工程造介问题、工程施工问题、以及直放站的引入对现有的基站系统及原有GSM网络的影响问题。

　　2　直放站产品类型

　　基于CDMA网络建设需求，可能采用以下各种类型的直放站。

　　2.1　不同带宽的直放站

　　目前联通新时空即将开通使用的频段带宽为10Ｍｈｚ（下行频率870-880ＭＨｚ，上行频率825-835ＭＨｚ），单载频使用时带宽需求为1.23ＭＨｚ。因此，所需使用设备的工作带宽要求应符合这两种带宽的条件，一般情况下，室外应用的直放站多采用选频设备，室内分布多采用宽带设备。

　　2.2　不同功率的直放站

　　CDMA的直放站可有各种功率选择：1Ｗ/5Ｗ/10Ｗ/20Ｗ，不同的功率档次适合不同的应用场合。如光纤直放站可采用大功率工作方式（10Ｗ/20Ｗ），室内直放站则采用小功率工作方式（1Ｗ/2Ｗ/5Ｗ），室外应用的直放站设备最大输出功率不超过10Ｗ。

　　2.3　不同接入方式的直放站

　　应用的场合不同，接入方式也有差别，主要接入方式有直接耦合和空间耦合，无线接入采取空间耦合方式，光纤/电缆等接入采取直接耦合方式，直接耦合方式可取得纯度较高的信号源。

　　2.4　不同安装的直放站

　　直放站一般分为室内及室外安装，室内安装时要考虑良好的通风，室外安装要考虑密封环境下的防水、防潮、散热情况。

　　3　直放站产品中所采用的关键技术

　　用于CDMA系统中的直放站产品在设计开发过程中，采用了一系列的关键技术以满足CDMA系统的应用特性：
　　3.1　低噪声电路设计技术

　　采用低噪声设计技术包括低噪声前级放大器和线性功放，主要考虑在较高接收灵敏度的情况下，使得信号具有更好的信噪比。

　　3.2　线性功放技术

　　CDMA系统的调制方式以及频谱的利用率，对功放的线性度也提出了很高的要求，如ＡＣＰＲ、ＩＭＤ3等指标均与线性功放的性能有关。

　　3.3　增益、功率控制技术

　　为了保证应用的直放站不会影响CDMA系统环路控制的正常工作，直放站本身必须具备增益、功率调整控制技术，这种调整可以是现场的，也可以是远端的。

　　3.4　收发双工技术

　　通过双工器可以使直放站、下行收发天线共用，便于工程施工，减少工程造价，当直放站采用分体机结构时，使用双工器可以更方便的使前后端匹配。

　　3.5　滤波技术

　　CDMA系统上下行频率相隔45ＭＨｚ，为了避免直放站设备内部形成环路自激，保证设备稳定工作，放大链路需有足够的滤波电路，对于需要严格控制带宽的设备（如选频型），还要采用变频、中频ＳＡＷ滤波等技术。

　　3.6　光传输技术

　　光纤直放站利用光纤进行信号的传输，需要ＲＦ信号与光信号转换单元，以及光波分复用、光耦合及光功率分配等技术。

　　3.7　集中控制管理技术

　　为了便于设备的维护管理，直放站内部应具有较为完善的智能管理单元，以提供远程的遥测、遥控功能，并可定时上传状态信息，故障自动告警等。

　　3.8　多频合路、多模兼容技术

　　在室内分布应用的情况下，要考虑同已经安装的其它室内分布系统（如ＧＳＭ）的兼容工作，这需要用到多频、多模兼容技术。

　　4　直放站产品的系统解决方案

　　4.1　应用原则

　　根据直放站系列产品的特点和CDMA系统的需求，不同的地理环境及应用场合，系统的解决方案是不同的，这需要认真分析，区别对待。

　　对于无线直放站来说，信号的隔离显得尤为重要。无线直放站是从空间接收信号，势必要求空间信号尽可能纯净；而在基站较为密集区域，分离不同基站或扇区信号的难度将大大增加，容易使直放站增加对基站干扰。所以在基站较为密集区域，建议尽量采用有线信号的引入方式，比如光纤直放站。在不具备使用光纤直放站条件的场所，只能采用无线直放站，但其施主天线必须具有足够的方向选择性。

　　针对各类地区及应用场所，由于基站的密集性、用户话务量等不同，建议采用如下直放站的应用原则：

　　*城市密集区

　　由于用户量大，基站数量较多，一般不存在大范围的信号盲区，直放站只是用于解决小范围区域的补盲以及建筑物内的信号覆盖。

　　在光纤到楼尚未普及的情况下，需采用无线直放站：随着建筑物的增多，所需的直放站数量也会随之增加，就会出现一个基站配置多台直放站的情况。

　　直放站的引入必然对基站产生干扰，干扰会随着直放站数量的增多而加大，特别是大功率直放站的引入，会使系统干扰明显加剧。因此，在城市密集区应当采用小功率（1Ｗ以下）直放站。

　　*城市边缘

　　在CDMA网络建设初期，由于基站数量较少，可以采用大功率的无线或光纤直放站。

　　城市边缘地区，主要是解决信号覆盖问题。在已印铺设光纤的地区最好采用输出功率为10Ｗ的光纤直放站。

　　无光纤资源时，可利用无线直放站进行延伸覆盖。采用方向性好的施主天线提取较为纯净的源信号，输出功率为5Ｗ/10Ｗ，等同于基站的输出，达到较好的覆盖效果率。

　　*郊区、乡村

　　郊区、乡村主要是解决覆盖问题。在铺设光纤的地区最好采用大功率光纤直放站（10Ｗ/20Ｗ）扩大覆盖范围。

　　对于无光纤资源但又能收到基站信号的地区，可采用无线直放站解决覆盖问题。特殊情况下，还可采用移频直放站来增加覆盖距离。

　　4.2　应用模型

　　为了使直放站在CDMA系统中的应用更具有指导意义，下面提出了三种典型应用模型作为参考。

　　*无线直放站的应用模型

　　*光纤直放站的应用模型

　　*室内分布系统的应用模型

　　5　干扰及解决方法

　　5.1　直放站对CDMA系统的干扰

　　在CDMA系统中直放站使用不仅可以消除盲区，而且还可以延伸基站的覆盖范围。但是，直放站的使用也会对CDMA系统产生下述的干扰问题：

　　*噪声叠加

　　上行链路中直放站的使用使CDMA系统的噪声叠加，基站的接收灵敏度下降。

　　*使原基站覆盖范围缩小

　　CDMA直放站的使用所引入的噪声，导致基站系统的接收灵敏度下降，从而引起上行链路覆盖范围的收缩。通常情况下，在郊区，当上行链路中由于直放站使基站的噪声电平提高2.1dB时，上行链路的覆盖范围将收缩13％。因而，CDMA系统中，直放站的架设位置不能处于原小区边缘。

　　*下行链路的导频时延

　　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系统导频码的相位发生变化，产生掉话等。

　　在存在双重覆盖区域的情况下，来自直放站和基站信号的多径传播导致接收端的延时扩散。为了减少多径干扰，应慎重选择直放站的站址，使双重覆盖所产生的时延在一个时间窗之内；另外可以调整基站的时间窗，使系统导频信号不产生混乱。

　　5.2以系统容量的影响

　　任何能够改变基站接收端信号电平或干扰电平的因素，都对系统的容量产生影响。

　　下面分几种不同的情况分析直放站引入对CDMA系统容量的影响：

　　Ａ、CDMA系统容量

　　比特能量与总的噪声功能谱密度之比：

　　Eb/No=PG/(V*(N-1)*(1+Iother/Iself))

　　系统容量：

　　N=1+PG/(V*Eb/No(1+Iother/Iself))

　　其中：PG=21dB　为CDMA系统处理增益，V为话音激活增益，通常取0.4。

　　Iother来自于其它小区的干扰，Iself自身小区的干扰假设系统要求Eb/No=10dB。

　　单小区系统：

　　对于单小区系统，来自于相邻小区的干扰为零，即Iother/Iself=0，代入得系统容量N=32.5。

　　多小区系统：

　　多小区无直放站的系统容量取决于相邻小区的干扰情况。

　　Ｂ、安装CDMA直放站时的系统容量

　　单小区有直放站：

　　单小区有直放站时，因为Iother/Iself=0，系统容量不变。

　　多小区有直放站：

　　多小区有直放站，分以下两种情况进行讨论：

　　移动台位于小区边缘与直放站之间的情况下，因为直放站的作用，相邻小区移动台的发射功率减小，因而来自相邻小区的干扰减小，即公式中Iother/Iself减小，因而系统容量增加。

　　移动台位于基站与直放站之间的情况下，当直放站位于基站与直放站之间，因为直放站的增益，使得对相邻小区的干扰增加，通过分析可以得到该项的影响较弱。

　　多小区安装直放站的情况下，对于相邻小区干扰主要来自本小区边界的用户，采用直放站后，这些用户发射功率减小，降低了相邻小区的影响，使系统容量得以增加。统计表明，通常情况下，Iother/Iself可降低12％-6％，容量增加2-3个用户。

　　综上所述，对于单蜂窝系统，直放站的使用可在保持原有容量的前提下，增加覆盖范围；对多蜂窝系统，直放站的使用不仅可以增加覆盖范围，还可使系统容量略有增加。

　　5.3　基站每扇区可带直放站的数目

　　假设基站和直放站的噪声系数均为5dB，经过有关计算，可得到以下结论：

　　对于直放站的输出功率为100ｍＷ（20ｄＢｍ）时，加入60台直放站后，将引入2ｄＢ的附加噪声。

　　对于1Ｗ（30ｄＢｍ）的直放站，加入10台，将引入2ｄＢ的附加噪声。

　　对于10Ｗ（40ｄＢｍ）直放站，加入1台直放站后，将引入1.5ｄＢ的附加噪声，加入4台直放站，将引入4ｄＢ左右的附加噪声。

　　6　直放站设计中的其它因素考虑

　　CDMA网络中应用的直放站不仅要保证良好的线性、较高的抗干扰能力，也要兼顾在安全性、可靠性、可扩展性及可行性方面的考虑。

　　在设计/开发直放站系列产品时，安全性方面的措施包括：设备安装时的防盗、防撬、防破坏，室外设备的防水、防湿、防高温、防严寒能力；在软件操作方面，多层分级授权密码管理也保证了网管系统不易受到外部侵扰和破坏。

　　在研发、生产、工程整个流程执行规范的质量管理体系，尤其是严格的技术指标、例行试验、高温老化等一系列措施，以确保整机设备的高可靠性。

　　CDMA直放站设备是在GSM网中大量应用后才开始应用，因此，CDMA直放站设备应具备同GSM网兼容的能力。在系统兼容扩展方面，不仅可以应用于单载波、多载波，还可以在不同的网络上兼容GSM900、ＧＳＭ1800等其它通信系统。

节选自《无线电工程》2001.12