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窄带CDMA无线网络的规划和设计

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窄带CDMA无线网络的规划和
设计

耿玉波　王耀武

摘　要　本文对窄带CDMA无线网
络设计中的无线覆盖、话务配置、干扰等问题进行了分析。

关键词　IS-95　CDMA　扩频

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

序号	项目内容	典型值	备注
1	带宽(HZ)	1228800	CDMA单载频带宽
2	Blotzman常数(w/(Hz*k))	1.38E-23	有单位常量
3	温室(k)	290
4	基站噪声系数(dB)	5	典型值
5	接收机干扰影响(dB)	4~6
6	软切换增益(dB)	3~4
7	基站天线曾益(dBi)	9~17
8	馈线损耗(dB)	1~3
9	正态衰落储备(dB)	9~11
10	建筑物穿透损耗(dB)	10~25	根据地形地物取值
11	E_b/N。(dB)	6~7
12	所需C/I(dB)	-14

　　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

区域	城市密集区	城区	郊区	乡村	车辆
建筑物穿透损耗	18~25	15~20	10~15	10	6
CDMA基站半径(km)	0.9	1.5	4.3	21.0	33.0

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

	GOS=2%			GOS=5%
站型	信道数 (个)	话务量 (个)	用户数 (个)	信道数 (个)	话务量 (Erl)	用户数 (个)
O1	23	15.76	631	23	18.08	724
O2	46	36.53	1462	46	40.55	1622
1/1/1	20/20/20	39.54	1582	20/20/20	45.75	1830
2/2/2	40/40/40	93.00	3720	40/40/40	103.8	4152

　　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：

P_r＝
P_t－L_oA－L_b－10
lg（30 /25）

其中，P_t：CDMA单扇区输出的最大功率；P_r：
ETACS接收的信号强度；L_oA：CDMA带外损耗；L_b：CDMA、ETACS天线
隔离度。

　　为保证不产生干扰，要求P_r 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L_h＝22＋20lg10（d/λ）－
（G_tx＋G_rx）

　　垂直隔离度L_v＝28．0＋40lg10（d/λ）

　　倾斜隔离度L_s＝
（L_v－L_h ）（θ/90）＋L_h

　　其中，d：天线水平间距（米）；G_tx、
G_rx：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
E_c/I_o＞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×
［10^{21/10^a}
－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。

　　避免同PN-Offset干扰的方法是：

　　^．使传播时延造成
的不同大于导频搜索窗尺寸W的一半；

　　^．PN复用距离的最
小值D应满足：D＞W/2＋2R。

　　现以7/21复用方式举例如下：

　　工程中通常设置使Pilot_－inc＝4，它是CDMA导频信道
PN码序列时间偏置参数的公差值。在这种复用模式中，以簇为复用单位。1簇含有4个子簇，每个
子簇又含有7个基站，若为3扇区，则有21个扇区，通常称之为7/21复用方式。一般1个子簇也有3
个基站的分法，本文暂不讨论。

2．5　软切换区的设置

　　CDMA系统有硬切换、软切换和更软切换三种切换方式。硬切换只存在
于不同载频之间。所谓软切换是指移动台在切换过程中，在与新的基站建立联系时，并不立即中断
与原有基站之间的通信，即“先接再断”。目前，工作在同一载频时，CDMA可实现BTS之间、BSC
之间和MSC之间的软切换。同一基站不同扇区之间的切换称之为更软切换。

　　在软切换过程中，移动台与不同基站建立联系，始终保持不变的是最
初建立呼叫所选用的声码器。因此，若声码器置于BSC内，则在不同BSC之间需设置中继直达电
路，把声码器连接起来；若置于MSC内，也需同样处理。但由于MSC控制范围大，内部声码器数目
多，故设置直连电路耗费较大。一般采用ATM方式连接不同MSC，来实现它们之间的软切换。从这
点上讲，BSC和MSC综合设置可节省传输投资。

　　另一个重要方面就是软切换区的设置。软切换技术的引入确实降低了
切换掉话率，提高了通信质量。但为了实现软切换，在基站配置时需专门拿出一些信道卡，来作为
软切换信道。因此，软切换信道配置过多，势必造成资源浪费；过少则降低软切换成功率。应结合
各地的实际特点，以及CDMA网络的建设和发展规模，合理地设置软切换区比例。工程上一般使之
保持在30％～40％之间。

2．6　多载波的应用

　　近年来由于移动用户成倍增长，在一些大城市高话务地区，话务密度
由原来的每平方公里几个、十几个尔朗，发展到几十个、上百个。未来二三年内将会更高。CDMA
多载波技术的应用是解决这么高的话务密度的重要方法。

　　因为CDMA系统中多载波之间为硬切换，所以在多载波的设计中首先要
考虑的因素就是如何减少硬切换。应注意以下问题：

　　（1）要优化硬切换以减少发生掉话的危险；

　　（2）避免多载波基站孤立，应在一群小区中实施多载波以减少硬切
换；

　　（3）避免使高话务小区成为硬切换发生的边界小区。

　　网络规划时，应尽量使多载波基站连片存在。在切换上，可采用伪导
频方法，即在多载波覆盖区域边缘，设置一些对多载波只发射导频信号的基站。当移动台移至此处
时，利用此导频触发软切换，但采用其它载频的业务信道，然后再将导频信号切换到该载频上，实
际完成硬切换。处理多载波之间的硬切换还有环路触发和判别FER等方法，可根据工程具体特点，
灵活运用。

2．7　直放站的应用

　　移动通信直放站作为一种实现无线覆盖的辅助技术手段，常用来解决
基站难以覆盖的盲区或将基站信号进行延伸。在网络建设初期，它可以利用较少的投资，较短的周
期，来迅速扩大无线覆盖范围。它的设置应充分考虑以下几个环节：主要解决诸如郊县主要交通公
路、铁路等狭长地形的覆盖；
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，以免产生无线干扰；选择合适的基站作为
信号源。

　　在使用CDMA直放站时的注意事项有：

　　（1）时延问题：直放站与信号源基站之间存在着4 ms时延，因此在
设计其覆盖范围时，要同时考虑多径引起的时延和固有时延，使之不超过一个码片时间长度，才不
会引起码间串扰。

　　（2）天线设置：直放站的引入会引起基站的背景噪声增加，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。我们在考虑其覆盖环
境，使之具有一定的传播损耗的同时，也需慎重选择天线增益，从而使直放站的引入不会导致基站
的通信质量下降。

　　（3）分集技术：对于多径信号较多、移动用户移动速度较快的地
区，若采用直放站技术，则必须考虑使用分集天线系统，才能保证通话质量，如高速公路地区；对
于多径信号较少、移动用户移动速度较慢的地区，可以不必采用分集系统，如室内分布系统。

2．8　其他问题

　　在移动通信网络设计中，高话务热点地区是设计的难点和重点。CDMA
网在进一步缩小宏蜂窝基站半径（已达到300 m）和采用多载波技术的同时，也可以使用微蜂窝、
更多扇区和智能天线技术。由于CDMA系统共享同一载频，所以对于微蜂窝的应用，干扰控制是首
要问题，可以利用建筑物来解决干扰，CDMA微蜂窝基站宜设在室内、地下、隧道或地铁等场所。

　　当三扇区不能满足容量要求时，若采用六扇区技术，可提高基站容量
1．8倍。智能天线的引入，也可扩大网络容量1．3倍左右，同时也减少了无线信号干扰。

3　结束语

　　CDMA技术在我国的大规模商用，还处于初级阶
段，许多问题的研究与解决，还需要我们在实践中不断地学习和检验。对于工程技术人员，进一步
地了解和掌握其工程特点，是提高CDMA技术和扩大其市场的重要前提。

作者单位：（信息产业
部邮电设计院　郑州450007）

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