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1、湖北省通信学会2 0 0 6 年学术年会论文集C D M A 系统基站功率过载优化分析余海峰一湖北省电信有限公司无线办公室摘要：在C D M A 系统中，功率过载是基站拥塞的重要原因，对网络运行质量有很大的影响直接新建基站或增加载频虽然可以简单地解决功率过载，但会增加运营商的投资，降低网络资源利用率本文介绍了基站功率过载的现象，通过理论分析阐述功率过载的原因，讨论解决功率过载的思路，并结合维护工作实践提出相应的优化手段关键字：C D M A ；功率过载；优化引言C D M A 系统投入运行以后随着用户不断增加，部分基站忙时容量过载。由于资源不足产生拥塞。这些资源不足主要表现在功率过载、W A
2、L S H 码不足以及C E 、S V E资源不足等方面。其中，W a l s h 码不足是受C D M A 协议限制，C E 、S V E 资源不足是受信道板、声码器限制，原因大多是话务量较高，需通过扩容解决。而功率过载比较复杂，与周边环境、干扰水平、用户分布、参数设置等都有很大关系，基站实际话务量不一定很高，直接扩容并不划算。因此本文针对这种现象进行分析研究。结合维护工作实践提出相应的优化解决办法。一、功率过载的现象功率过载是指基站前向发射功率过载。在前向链路上，基站为每个用户分配一定功率，随着用户不断增加，基站分配给用户的功率也逐渐增加，当总功率中没有多余的功率可以分配给新增用户时，系统
3、启动拥塞控制，限制呼叫建立、限制切换分支增加、限制任何形式的功率提升，导致呼叫建立成功率下降，掉话率上升，网络整体性能恶化。这在网管话统上反映为功率过载。二、功率过载的理论分析下面，我们针对功率过载进行理论分析，给出量化的计算公式，从而找出功率过载的原因和解决办法。、在前向链路，终端收到来自多个基站的信号，同时接收到的服务基站信号中也只有- - d 部分是有用信号，其余均为干扰。令w 表示码片速率，R 表示业务比特速率，P ，表示基站对用户i 的业务信道发射功率，L 。表示用户i 到基站的路径损耗，a ，表示下行正交因子，P 表示基站总的发射功率。S 表示热噪声功率，N 。表示用户i 收到其它
4、基站的功率。由于下行存在功率控制，我们假设所有终端都正好获得业务所要求的最低E “I 。因此根据E b I 。的定义可以得到：Eb矿PlfL 。局R( 1 一岱1 P 三，+ S r + 由式( 1 ) 可以得到：即万R 等 ( 1 一伍) 尸+ ( 曲+ ) 纠( 2 )这就是C D M A 系统基站对某一用户i 的业务信道发射功率。C D M A 系统中基站还必须为导频、同步、寻呼等公共信道分配功率。假设公共信道占基站最大发射功率的比湖北省通信学会2 0 0 6 年学术年会论文集例为B ，基站最大发射功率为P u ，可以得到：P = P J + B耻参罢； ( 1 一饼) P + ( 西+
5、 ) 纠+ 帆c 3 )P ：曼垒1 0 擎T ：竺竺，t 一参罢；c 一仍，、三、功率过载的优化思路由( 4 ) 可以我们可以看出，除了业务比特速率( R )风 以外，用户数量、解调门限( 孚) 、接收机噪声功率( s 一) 、如传播损耗( L t ) 、公共信道功率比例( 1 3 ) 、相邻小区干扰( N I ) 都对基站的实际发射功率有影响。其中解调门限取决于终端的性能，接收机噪声功率取决于所处环境，因此解决功率过载只能从以下几方面着手：( 一) 降低公共信道功率比例B 。在C I ) M A 系统里公共信道包括导频，同步、寻呼信道，三个信道要成比例调整。( - - ) 降低用户传播损耗
6、( L i ) 。根据C D M A 系统链路预算公式可以得出，提高基站天线增益、提高终端天线增益、降低穿透损耗、减小用户到基站的距离等方法都能降低传播损耗。( 三) 降低相邻小区干扰( N t )合理规划网络，控制小区交叉覆盖的区域，减小小区间干扰。( 四) 降低小区服务的用户数目在C I ) M A 系统里软切换会同时占用多个基站的资源。1 0 2如果基站软切换比例过高，可以适当控制覆盖，减小软切换区域，从而减少小区服务的用户数。( 五) 提高基站最大发射功率P - 。可以更换更大功率的功放，但这种方式投资大，对相邻基站干扰较大，一般应用在海域、沙漠等超远距离覆盖的场合。所有优化都要保证现
7、有用户的通话质量，不能出现覆盖空洞。四、功率过载的具体优化方法根据上面的理论分析和优化思路，对功率过载的基站可以采用以下方法进行优化：( 一) 调整公共信道功率在C D M A 系统中，公共信道占功放总功率的百分比是由公共信道增益参数表征的，它的范围是0 - 2 5 5 。根据下面的公式可以换算：( X - 2 5 5 ) X O 2 = 1 0 1 0 9 Y( 6 )其中Y 为某个公共信道占总功率的百分比，X 为某个公共信道增益。将Y ( 某个公共信道占总功率的百分比) 与功放的总输出功率相乘，就可以得到此公共信道对应的实际功率。例如导频信道增益为2 2 7 ，如果功放总输出功率为2 0
8、W ，那么导频信道占总功率2 0 ，实际功率为4 w 。式( 6 ) 还可看出：在调整信道增益的时候，每增加l 代表该信道功率增加0 2 5 d B 。在C D Y , A 系统中，导频、同步、寻呼信道基带数据率和扩频方式不同，所需的载干比不同，基站必须采用不同的发射功率来满足不同的要求。高通仿真结果见表一：信道类型信道速宰所需解诩门艰E 蚺t扩鞭皙益( )所需E 讥0 ( 曲)( b p I )西)导疆1 2 2 88 I O ，1 50，1 5同步1 2 63 0- M寻呼4 加062 41 39 6 0 062 11 5表一不同公共信道的解调门限从表一可以看出，导频、同步、寻呼信道需要的
9、E c I o不同，如果设置相同的发射功率，覆盖半径会出现差异，同步覆盖最远，导频覆盖最小。因此对于不同的公共信道要考虑不同的功率设置，保证公共信道覆盖的一致性。为应用方便，根据上述分析制定下表，每一行为一组，供实际工作中参考。等撅信邀弼莎信遒尊坪绍遂( 9 6 0 0 b p s )2 1 51 0 1 7 51 2 0 97 2 2 21 5 1 8 21 5 2 1 6t 0 5 2 2 72 0 1 8 72 2 2 11 4 2 3 12 5 1 9 12 5 2 2 58 2 3 43 0 1 9 43 2 2 82 1 袁二公共信道增益换算表C D M A 系统建网初期，网络负荷
10、较轻，为改善信号质量，公共信道功率可以设置的比较高。但由式( 4 ) 可以看出，如果公共信道占用功率资源过多，网络负荷增加后很容易导致功率过载，这时需合理降低公共信道功率。( - - ) 调整天线工程参数如果基站使用定向天线，可以根据需要调整天线的方向角、下倾角。这是网络优化中最常用的方法，可以有效控制小区覆盖，降低小区覆盖半径，从而减小小区用户数，降低软切换比例，降低相邻小区之间的干扰，实施起来简单，成本较低。除方向角、下倾角以外，必要的时候还可降低天线挂高，但覆盖收缩较大，不易控制，必须认真分析测试。( 三) 全向组网改定向组网如果基站为0 1 站型，采用全向天线，将无法调整方向角，也不能
11、进行机械下倾，需要进行改造。根据这些基站的话务量。改造可采用以下两种方案：1 、基站话务量较高，超过设计值，码资源比较紧张。这时可分裂小区。将全向单扇区( 0 1 站型) 改为定向三扇区( 5 1 I 1 站型) ，无线网络容量相应增加。2 、基站话务量未达到设计值，运营商不希望增加太大的投资。这时可改造为O T S R 组网，在不增加无线网络容量的情况下也能使用定向天线，投资较省。由于定向天线增益较高，全改定后小区半径比原来要大，可能对其它小区构成干扰，因此改造后需通过增加下倾角或降低公共信道功率等方式减小覆盖半径，保证覆盖范围与原来的一致。( 四) 采用不同半功率角的天线组网定向天线有不同
12、的半功率角，可以按需组合。例如某S I 1 I 基站三扇区话务不均衡，其中两个扇区话务量较高，功率过载，而另一个扇区话务量较低，调整方向角也不能改善。这时可以考虑两个6 5 。的天线和一个9 0。的天线组合使用，9 0 。天线覆盖话务较低的方向，覆盖较大的面积，以均衡话务量。在用户密集的地区，还可使用更多载扇和更小半功率角的天线( 例如3 0 。天线) ，减小小区覆盖，增加无线网络容量，解决功率过载。国外有很多应用四扇区甚至五扇区组网的例子。( 五) 终端定向天线网络中还存在固定终端，这种终端如果距基站较远，湖北省通信学会2 0 0 6 年学术年会论文集通话时消耗的功率资源也很大。对于这种固定
13、终端，可以考虑使用室外定向天线替代原有的室内天线，获得较高的天线增益，从而减少传播损耗，缓解功率过载的现象。( 六) 双载波组网如采用以上方法不能有效地解决功率过载，而又不愿意新增基站，可以新增第二载频。第二载频对原有网络架构影响不大，能有效地分担网络负荷，解决功率过载。新增第二载频不需新增站址和配套设施，实施迅速，非常适合临时扩容，在节假日突发话务量等特殊场合应用。结束语C D M A 系统容量和覆盖相互关联，网络规划和优化复杂。在容量不足的几种情况中，相对于W A L S H 码不足以及C E 、S V E 资源不足而言，功率过载的优化更加复杂。直接新建基站或增加载频虽然可以简单地解决问题
14、，但会增加运营商的投资，延长投资回收期。因此，通过网络优化低成本地解决功率过载，提高网络资源利用率，就成为网络优化工程师努力的方向。参考文献：1 ( ( C D M A2 0 0 0 技术杨大成等2 0 0 0 年出版2 c 蹦A 无线网络规划与优化版社2 0 0 5 年出版3 ，( ( C D M A2 0 0 0I X 移动通信系统出版社2 0 0 3 年出版北京邮电大学出版社啜刚等机械工业出杨大成等电子工业4 。( ( C D M A 系统下行容量研究杨光，杨大成，马亚宁电子学报2 0 0 2 年第一期5 ，蜂窝C D M A 系统多区基站天线倾斜方案江冉，金荣洪，范瑜，耿军平上海交通大学学报2 0 0 4 年第S 1 期1 0 3
