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1、汕头联通 CDMA 网络海洋超远覆盖的规划和优化陈建宁（中国联通汕头分公司 515041）摘要：CDMA 作为移动通讯技术之一，具有覆盖范围大、频谱利用率高、话音质量好、掉话率低、支持高速数据业务等优点。CDMA 超远覆盖主要针对海洋、草原、沙漠等特殊地区，这些地区用户较为分散且数量较少，其规划和优化涉及更多的技术难点，合理的规划设计和优化能有效地节省投资，以达到较好的效果。关键字：CDMA 海洋覆盖 规划 优化1. 汕头联通超远覆盖的应用环境汕头市位于中国广东省东南部，是中国南方的重要港口城市之一，全市总面积 2064 平方公里，海岸线长 298.1 公里；汕头市海洋功能区域约 1 万平方公
2、里，岛屿众多，港湾优良，紧靠香港、澳门、台湾，濒临西太平洋国际黄金航道，渔业和航运业都较为发达，在汕头建设 CDMA 超远覆盖网络，解决近海海域的公众移动网络覆盖，具有良好的社会效益和经济效益。 2. 海面超远覆盖模型：目前国际上通用的模型都对应近区覆盖，一般只适用于 20KM 以内的范围，为了有效预测超远覆盖的效果，需基于理论分析和实际测试，校正得到了海洋超远覆盖的模型：根据 Jhong Sam Lee 和 Leonard E.Miller 的看法：在超高频和甚高频频段无线电波的地对地传播模型中，地球影响的大小是依赖于路径的长短。在视距路径上，地球的主要影响在于引起反射波，从而在接收机内部对
3、直射电波产生消极的或积极的干扰。假设接收端天线挂高为 Hr，发射天线挂高为 Ht，路径为 d, 这种情况下的视距传播达到的距离为：d（km） +)(t17m)(Hr根据接收点离开发射天线的距离，称小于 0.7d 的区域为明区，0.7d(1.21.4)d 的区域为半阴影区，大于(1.21.4)d 的区域为阴影区。从上面的推算可以看出，无线信号的视距受发射天线挂高和接收天线挂高影响很大，下面是一些天线高度和辐射距离的例子：编 号发 射 天 线挂 高 (m)无 线 视 距(km) 接 收 天 线挂 高 (m)辐 射 距 离(km) 接 收 天 线挂 高 (m)辐 射 距 离(km)1 50 29.1
4、5476 4 37.4009707 20 47.59384842 100 41.23106 4 49.4772675 20 59.67014523 150 50.49752 4 58.7437359 20 68.93661364 200 58.30952 4 66.5557302 20 76.74860795 300 71.41428 4 79.6604955 20 89.85337326 400 82.46211 4 90.7083238 20 100.9012017 500 92.19544 4 100.441656 20 110.634533当距离 d 较远满足条件 时，海面超远覆盖视距
5、传播的路径损耗的近似公式为：rthdrtkmrtLOS hhlg20l4120lg104如果把传播距离和收、发天线高度对应表示成无量纲的距离和高度 L、 和 。则半阴影1y2区及阴影区电磁波的绕射损耗为：单位是 dB。)(1.70edBDLW其中 为无线电视距； 是参数 的函数；L 为 。eD02/1)(eyDRe3/12)(加上自由空间的损耗，可得该区域电磁波传播路径损耗的近似公式为： 【1】 )(.7log245.3010d eMHzkmDfdL 3. 汕头联通超远覆盖基站的规划根据上述路径损耗公式，影响海面远程覆盖的主要因素为前反向发射功率、站点天线高度和接收机天线高度。其中反向（接收机
6、侧）发射功率、接收机天线高度为不可控项。在规划时主要考虑基站发射功率、站点天线高度因素。以下对规划中的几个问题进行阐述：3.1 扇区功率设置超远覆盖站点前向功率的设定主要要考虑反向手机的发射功率和基站的接收灵敏度，以及手机的接收灵敏度和边缘覆盖容量设计。对于 CDMA 系统，主要是保证前向、反向链路有效覆盖区域的平衡。对于在 CDMA 系统中，带宽为 1.25MHz，处理增益 21dB，对于手机的性能指标我们以如下指标进行标定：手机的发射功率定为：TX MB=0.2W=23 dBm手机的接收噪声系数为：NF MB=9dB手机解调所需 Eb/N0(MB)为：1d（考虑到无线传输衰落的影响，对于
7、CDMA 系统以Eb/N07为最佳通话音质所需信号条件信号条件）则手机的接收灵敏度为：S MB=-174+10LOG(1.25106)+ NFMB + Eb/N0(MB) -21=-174+60+0.96+9+11-21=-113.96dBm-114dBm基站的接收噪声系数为：NF BTS=2.5dB(MAX)基站的反向解调所需 Eb/N0(BTS)为：.5dB (已包含接收分极的增益)则基站的接收灵敏度为：S BTS=-174+10LOG(1.25106)+ NFBTS + Eb/N0(BTS)-21=-174+60+0.96+2.5+5.5-21=-126.04dBm-126dBm基站天线
8、到基站的馈缆及接头损耗：0.5dB(MAX)手机到天线的可应用距离的路损为：L= TX MBS BTS 0.5 =230.5126=148.5dB基站侧的发射功率：对于 CDMA 系统，基站的发射功率为各码分信道功率之和，码分信道分为两类：一是开销信道，二是业务信道。对于开销信道包括导频、同步、寻呼信道，约占总功率的 32%。在中兴 CDMA 系统中，每个业务信道所需发射功率：Ttraffic= L+SMB+0.5=-114+148.5+0.5=35dBm3.2W(此为天线口处的功率)以上手机接收对单个业务信道所需的功率是以最佳通话质量为条件的，即满足Eb/N0=7dB 下得到的。对于超远覆盖
9、，要求是在边缘处能够达到可接受的通话条件即可，也就是满足 Eb/N0=5.5dB。而对于反向容量而言，目前所能支持的业务信道数最大为极点容量 64.8 的 50，为 32.4 个用户，而此时的噪声要增加 3dB，因为在边缘处以满足Eb/N0=5.5dB 就可，所以对应覆盖的路损要降 1.5dB。同时考虑到功率控制因子，即所有用户并不是同时位于覆盖边缘区，以经验值保守地取 0.4。所以单个业务信道前向功率为 Ttraffic0.40.4=3.2*0.4*0.4=0.512W,则总的天线口处业务信道功率0.51232.4= 16.5888W由于开销信道为总功率的 32.2，则总的天线口处所需功率为
10、16.5888/(1-0.322)= 24.467W43.8dBm考虑到天线馈缆的损耗 0.5dB、避雷器和滤波器的损耗 1.5dB(max),折算到功放所需功率43.3+0.5+1.5=45.8dBm38W考虑到其他因数进行冗余 2W。以上计算结论：选择功放功率为 40W 可以在保证覆盖的情况下实现覆盖区域内前反向链路的平衡。目前在汕头联通超远覆盖基站使用的功放均为 40W 功放。3.2 超远覆盖站点选用 汕头联通站点的选用主要考虑以下两个因素：1. 根据覆盖需求，重点覆盖 50km 左右范围的海域，主要是广澳湾和南澎列岛附近区域，兼顾 100km 范围的远海区域, 因此天线要尽可能挂高；2
11、尽量将站点设置在海岸线的突出部位，为了避免影响原有陆地、近海网络；通过对沿海陆地的勘察，最终选用了果老山、表角、加坑山三个站点，建设超远覆盖基站：果老山站点位于南澳岛上，天线挂高达 530 米，可覆盖到 100 公里以上海域。加坑山站点海拔大约 140 米，表角站点约有 100 米，基本可保证覆盖 4060 公里海域渔场的覆盖。 上图汕头超远覆盖站点相对位置图，图中的绿色栅格边长为 100KM 3.3 天线选用及方位角设置在海洋超远覆盖中一般要求选用增益尽可能大的天线，要求天线的垂直波瓣不被陆地上的建筑物或地形阻挡；天线的方位角需正对需要重点覆盖的区域，如海洋覆盖的海岛或渔场；如果多个站点进行
12、海洋覆盖，要求各站点的方位角设置在保证覆盖的前期下，尽可能减少覆盖重叠区域，以避免由于多个导频导致覆盖距离缩小；如果不需要考虑沿岸的覆盖，天线的下倾角最好设置为 0 度，以便覆盖到远区，根据实际情况可以调整。3.4 超远覆盖 PN 设置在 CDMA 系统中，一对 PN-I、PN-Q 序列（PN 码）作为导频信道 PILOT 用来标识不同基站的不同扇区，通过 Walsh 码区分同扇区的不同逻辑信道。导频信道的发射功率占总发射功率的一定比率，不受功率控制的影响。CDMA 网的移动终端利用 PN 码的不同偏置(PN-OFFSET)来辨别不同的扇区，PN 码的长度为 15 比特，即 PN 码的个数为
13、215 个，相位偏置的单位是 64 个码片，因此最大相位偏置数目为 215/64=512 个，则 PN 码的相位偏置的取值范围为 1511。PILOT_INC 的下限值可由下式确定：PILOT_INC(6.6d+s2)/64*10T/(10g)-1式中：d 为基站覆盖半径，计算中假设所有半径相等；s2 为有效搜索窗宽度；T 是为避免干扰设置的平均信号强度，用以消除其它基站对当前基站所产生的噪声干扰；g 为路径损耗指数。一般 PILOT_INC 的推荐值为 3 或 4。目前广东联通统一使用 PILOT_INC3。在给基站扇区分配不同相位偏置码时应遵循以下原则：相邻扇区不要分配邻近相位偏置的 PN
14、 码，相位偏置的间隔要尽可能大；PN 码复用时，复用的基站间要有足够远的地理隔离。考虑到海洋超远覆盖 PN 延迟的影响，需要将 PN 设置为和现有站点 PN 相差比较大的值，一般海洋超远覆盖最大延迟可达 1024 码片，可以将相邻超远覆盖站点的 PN 设置为相差超过 16 的值。另外与超远覆盖基站存在切换关系的各个小区，应保证其 PN 之间至少相差 6 以上。4. 汕头联通超远覆盖项目优化4.1 关键参数介绍在超远覆盖项目中，主设备参数的设置尤为重要，主要涉及的参数有以下几个：搜索窗口大小（Srch_Win_A、Srch_Win_N、Srch_Win_R） ；接入信道前缀长度（Pam_Sz）
15、；小区半径（Radius） 。以下针对几个参数作相关解释。1搜索窗口：有效和候选导引信号集搜索窗口大小 Srch_Win_A相邻导引信号集搜索窗口大小 Srch_Win_N剩余导引信号集搜索窗口大小 Srch_Win_R搜索窗口即搜索时延宽度，以 PN 码片为单位。Srch_Win_A 搜索窗口应满足导引信道中可用多径成分中最大到达时间差，即导引信道的最大时延扩展。Srch_Win_N 和 Srch_Win_R搜索窗口应满足导引信道路径传播时延的最大时延扩展。搜索窗口的大小与搜索速度成反比关系。缩小搜索窗口，移动台将无法搜索到窗口外的强导引信号，如果具有足够强度的多径信号，但由于搜索窗口过小，
16、将有可能造成有用导引信号的丢失，而没有被基站识别，将会丢失一些明显得多径，对系统造成强烈的干扰，降低信号的 Eb/Io，导致通话质量下降或掉话。反之，如果此窗口设置的过大，将有助于收集所有的多径能量，但会导致测量过程很慢，将会使系统把大量的处理能力都浪费在无用的搜索上，对高速移动台不利。在海洋的超远覆盖中，由于目标覆盖区域较远，需将搜索窗口尽量的放大，以下是搜索窗口和码片的对应关系，从而我们可推算出在系统中设置的搜索窗口的大小：搜索窗口的取值和码片的对应关系SRCH_WIN_ASRCH_WIN_NSRCH_WIN_RWindow_size（PN chips）SRCH_WIN_ASRCH_WIN_NSRCH_WIN_RWindow_size（PN chips）0 4 8 601 6 9 802 8 10 1003 10 11 130
