CDMA直放站干擾分析及解決方法(論文)

1、CDMA直放站干擾分析及解決方法 中國通信建設(shè)第二工程局 十二事業(yè)部 苗龍 摘要：本論文以CDMA直放站產(chǎn)生的干擾為研究重點，系統(tǒng)的介紹了CDMA直放站的工作原理，全面分析了工程中直放站產(chǎn)生干擾的幾個方面以及解決方法。關(guān)鍵詞：噪聲電平；鏈路平衡；隔離度；PN干擾 一、引言在CDMA網(wǎng)絡(luò)中，直放站由于它的經(jīng)濟(jì)性，覆蓋的高效性的優(yōu)點使CDMA的直放站的應(yīng)用范圍與應(yīng)用數(shù)量都大大增加。同樣由于直放站的引入會對原有的CDMA網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生問題干擾問題。由于直放站數(shù)量的不斷增加，直放站產(chǎn)生的干擾問題越來越明顯。因此，大量引入直放站的前提是必須考慮直放站產(chǎn)生的干擾。合理的使用直放站對整個網(wǎng)絡(luò)的覆蓋質(zhì)量將產(chǎn)生很大的

2、影響。如果不能合理的使用直放站，其產(chǎn)生的干擾將影響整個網(wǎng)絡(luò)，反而起到適得其反的作用。二、在實際工程中直放站的干擾主要表現(xiàn)在以下方面：直放站目前采用的基站信號拾取方式有三種,一種為通過耦合器耦合基站的信號，然后再通過光纖傳輸?shù)竭h(yuǎn)端，利用服務(wù)天線進(jìn)行覆蓋，也就是光纖直放站。第二種方式是通過定向天線從空中拾取基站的信號，再利用服務(wù)天線進(jìn)覆蓋。即射頻直放站。第三種方式也是通過耦合器耦合基站的信號，然后再通過移頻傳輸?shù)竭h(yuǎn)端，利用服務(wù)天線進(jìn)行覆蓋，即移頻直放站。下面對直放站不同信號接入方式對BTS產(chǎn)生的噪聲電平來分析直放站引入對BTS的噪聲電平的干擾。40dB-2dBLo20dBDNCCoupleBTSA

3、DonorRemoteGR=47dBNFR=5dB-80dBHPA雙工器BPFLNABPF-1dBCoupleRxTx圖一1） 采用光纖直放站所引起和噪聲電平 直放站的引入必然會為系統(tǒng)引入噪聲,現(xiàn)計算引入直放站所引入噪聲電平的惡化數(shù)量.在帶寬為1.25MHz時,系統(tǒng)的高斯白噪聲為,N0 = KTB = -113dBm (B=1.23MHz)在BTS中的A點處的基站系統(tǒng)白噪聲為,NA-BTS = -113dBm-Lo-LF+GL+NFL = -71dBm上式中: Lo饋線損耗 (2dB) LF 雙工器/濾波器損耗(1dB) GL低噪聲放大器增益(40dB) NFLBTS噪聲系數(shù)(5dB) NA-

4、BTS -在A點處由BTS引起的固有熱噪聲功率當(dāng)引入直放站時,由直放站在A點處引入的固有熱噪聲功率為:NA-RPT = -113dB-LC+GR+NFR = -81dBm上式中: NA-RPT -在A點由直放站引起的固有熱噪聲功率 LC -耦合器損耗(20dB) GR -直放站反向鏈路總增益(47dB) NFR -直放站反向鏈路噪聲系數(shù)(5dB)因此在A點處由BTS自身固有熱噪聲功率與直放站引入的熱噪聲功率累積得到熱噪聲總功率為:PNA = PNA-BTS + PNA-RPT = 10NA-BTS/10 10NA-BTS/10NA總 = 10lgPNA = -70.6dBm 因此引入

5、直放站所帶來的噪聲惡化量為NA總 NA-BTS = 0.4dB結(jié)論:通過以上的計算得出引入一個光纖直放站時在BTS的低噪放后所帶來的噪聲惡化量為0.4dB左右.這個由直放站引入的惡化噪聲取決于直放站反向鏈路增益的大小和插入耦合器的衰減量。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定直放站的熱噪聲系數(shù)應(yīng)低于6dB，因此在引入一個直放站后所帶來的熱噪聲遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。在實際使用中，直放站的反向鏈路增益與BTS耦合器衰減量的設(shè)計原則是，在BTS的DNC輸入端由引入直放站所帶來的的熱噪聲功率電平要比BTS固有的熱噪聲電平低10dB,才能保證直放站帶來的惡化噪聲為0.4dB,才不會給BTS帶來明顯的影響。由上面計算所知，在一個BTS扇區(qū)

6、中引入一個直放站所帶來的惡化噪聲電平功率為0.4dB，在一個扇區(qū)中最多可以有3個光纖直放站接入，這樣帶來的總的熱噪聲總惡化量約為1.2dB.這樣的噪聲電平不至于對BTS帶來非常嚴(yán)重的影響。2).采用無線直放站所引起和噪聲電平DonorRemoteGRHPA雙工器LNABTSA圖二無線直放站的引入熱噪聲功率電平的計算與光纖直放站的計算方法相同，根據(jù)BTS與直放站近端之間的空間傳播損耗，通過調(diào)整無線直放站的反向鏈路增益GR，同樣使得最終到達(dá)A點的由直放站引入所導(dǎo)致的熱噪聲功率比BTS所固有的熱噪聲功率（-71dBm）低10dB,來使直放站對BTS的噪聲電平只惡化0.4dB.這樣就可使因直放站的引入

7、對BTS產(chǎn)生最小干擾。3）鏈路平衡CDMA系統(tǒng)的是一個自干擾系統(tǒng)，如果前向鏈路的功率很大，就會對其他小區(qū)的移動產(chǎn)生干擾。另一方面，如果反向鏈路功率很大，就會影響基站的容量。在CDMA系統(tǒng)中均衡的鏈路將會減少干擾并避免一些相關(guān)的切換問題。在CDMA系統(tǒng)中引入直放站時，在直放站所覆蓋的區(qū)域中也要考慮鏈路平衡的問題。一個鏈路平衡的蜂窩系統(tǒng)可以使移動終端越區(qū)平滑并降低干擾。前向鏈路功率太強，而反向鏈路弱時，對正在越區(qū)的移動終端來說，就會發(fā)生掉話。因為強的導(dǎo)頻信號幫助移動終端完成了越區(qū)切換，而弱的反向鏈路卻不能支持呼叫，移動終端就會失去與小區(qū)的聯(lián)系；反之，前向鏈路功率太弱而反向鏈路功率太強，在小區(qū)交界處

8、移動臺將因反向鏈路干擾太大（信干比低）也會失去與任一個小區(qū)的聯(lián)系。因此在直放站的設(shè)計中，為了保證原CDMA系統(tǒng)的鏈路平衡就必須考慮以下的問題：在直放站覆蓋設(shè)計中，可以使前向鏈路增益與反向鏈路增益不同，通過兩者的調(diào)整使其盡可能的滿足鏈路平衡的條件。鏈路平衡設(shè)計除與增益有關(guān)之外，還與兩個基站話務(wù)量有關(guān)，因此在直放站設(shè)計時，需充分考慮對原有網(wǎng)絡(luò)功率規(guī)劃的影響。4）無線直放站天線的隔離度問題（室外型）在CDMA蜂窩系統(tǒng)的覆蓋中，無線直放站有著相當(dāng)?shù)膬?yōu)越性，布站簡單，不需要如光纖直放站那樣鋪設(shè)光纜，因此建設(shè)成本比較低，而且站點設(shè)置靈活。在這方面無線直放站有著光纖直放站不可比擬的優(yōu)越性。但是在另一方面，無

9、線直放站的使用，有著自身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的問題。無線直放站最大的問題，也是制約無線直放站大量使用的一個重要因素就是直放站天線的隔離度問題。一方面，為了增大直放站的覆蓋面積需要增加直放站的增益，在無線直放站的使用中，由于施主天線采用了高增益的定向天線，增益可達(dá)16dB，無線直放站的安裝位置可以超出BTS對手機的覆蓋范圍。如果施主天線側(cè)的接收的信號電平為-65dBm，那么重發(fā)端則要達(dá)到與BTS相似的覆蓋范圍，則要求重發(fā)天線的發(fā)射功率為40dB左右，這時，直放站的增益就需要達(dá)到105dB.另一方面由于無線直放站的施主天線與重發(fā)天線的相互距離無法做的很大，這樣就會使重發(fā)天線的一部分信號反饋回施主天線（如

10、下圖），不斷的反饋最終導(dǎo)致無線直放站產(chǎn)生自激而無法工作，同時還會導(dǎo)致BTS的惡化，對基站產(chǎn)生非常嚴(yán)重的干擾。為了保證直放站的重發(fā)天線與施主天線之間的反饋不至于使直放站自激，要求天線的隔離度必須大于120dB,如此高的隔離度要求，在大量實際工程實踐中證實要達(dá)到是相當(dāng)困難的。在實際的經(jīng)驗值可達(dá)到約為7080dB.無線直放站BTS圖三 如果按可實現(xiàn)的80dB隔離度來設(shè)計直放站，直放站的增益最大只能為65dB,另外通過減少BTS與直放站的距離D，使施主側(cè)達(dá)到最大可容忍的接收電平為-40dBm,則重發(fā)端可獲得的輸出功率為+15dBm。這樣的輸出功率在室外顯然是達(dá)不到覆蓋的要求的。因此隔離度問題使無線直放

11、站的使用受到限制的主要因素。實際應(yīng)用中，在韓國及澳大利亞C網(wǎng)運營商均因隔離度問題將以前安裝的室外無線直放站已拆除幾千臺，基本已不在室外使用無線直放站。在國內(nèi)基本也已不再考慮室外使用無線直放站。無線直放站費用低，布站簡單的特點又是工程設(shè)計時最希望采用的。因此考慮無線直放站的使用時就必須首先考慮解決無線直放站的天線隔離度問題，可以采取如下的方法：1采用干擾抵消技術(shù)由于CDMA系統(tǒng)是同頻干擾系統(tǒng)，在CDMA直放站中為了克服天線的隔離度問題在直放站中采用干擾抵消技術(shù)。采用干擾抵消技術(shù)之后就可以不提高直放站天線的隔離度，并且提高直放站增益擴大覆蓋范圍。但是，由于在直放站中使用干擾抵消是一個十分復(fù)雜的技術(shù)

12、，這方面的研究還在進(jìn)行中，目前尚沒有成熟解決方案。只要解決天線隔離度問題，無線直放站就可以廣泛地用在各個覆蓋區(qū)，充分發(fā)揮無線直放站的優(yōu)點。 2利用環(huán)境條件，通過障礙物來隔離施主天線與服務(wù)天線來提高天線隔離度?？梢岳媒ㄖ飦矸蛛x天線，將施主天線架設(shè)在大樓的一側(cè)，服務(wù)天線架設(shè)在另一側(cè)來增大隔離度，減少干擾。3將無線直放站應(yīng)用于室內(nèi)分布系統(tǒng)。室內(nèi)分布系統(tǒng)的施主天線架設(shè)在建筑物頂，再通過分布系統(tǒng)來完成對室內(nèi)的覆蓋。這樣就可以利用建筑物來減少天線隔離度的干擾。5）PN碼 5.1、PN碼的污染-80dBmBTS-85dBmBTS圖四在圖四的情況下，移動終端同時收到來自兩個基站的導(dǎo)頻信號，這兩個基站的導(dǎo)頻

13、信號的強度相近，這時，移動終端為判斷最佳信號基站而不斷測量導(dǎo)頻信號，將導(dǎo)致移動終端不斷地在兩個導(dǎo)頻之間的切換，最終將導(dǎo)致掉話。這種現(xiàn)象出現(xiàn)在蜂窩基站間的覆蓋區(qū)邊緣，為了解決PN污染問題可以加裝直放站，制造基站間導(dǎo)頻信道的電平差異，使該基站的尋頻信號強度大于其他基站來的導(dǎo)頻信號強度，這樣就可以阻止不必要切換的發(fā)生。5.2 PN碼規(guī)劃干擾 由于CDMA系統(tǒng)的頻率復(fù)用系數(shù)約為1，所以它避免了復(fù)雜的頻率規(guī)劃。但小區(qū)規(guī)劃實際是覆蓋規(guī)劃和PN碼偏置規(guī)劃。根據(jù)IS-95標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)頻測量在越區(qū)操作中起了重要作用，如果相鄰小區(qū)PN偏置僅為一個間隔（64碼片），對移動終端則容易產(chǎn)生模糊狀況，也就是一個潛在的干擾。但

14、在實際使用盡管所有的基站都使用不同的PN_Offset,然而在移動終端看來，由于傳播時延（鄰PN_Offset干擾）和PN_Offset復(fù)用距離不夠（同PN_Offset干擾），就會使一些非相關(guān)的導(dǎo)頻信號看起來一樣。鄰PN_Offset干擾是影響大覆蓋的主要因素，同PN_Offset干擾是影響小覆蓋區(qū)基站的主要因素。如果兩個相位上非相關(guān)的信道都落在同一有效導(dǎo)頻搜索窗口中，兩者都會成為三個最強信號中的一個，有效導(dǎo)頻集PN_Offset干擾就會發(fā)生。移動終端就會解擴并合并非相關(guān)的前向業(yè)務(wù)信道信號。如果一個遠(yuǎn)端業(yè)務(wù)信道落入相鄰導(dǎo)頻集，且它的Ec/Io>T_add，相鄰導(dǎo)頻集PN_Offset干

15、擾就會發(fā)生。移動臺就會切換到錯誤的導(dǎo)頻上，并解擴錯誤的信號。直放站-85dBmBTS圖五 BTS 1-80dBmBTSBTS 2以上兩種情況產(chǎn)生的共同結(jié)果是強干擾和掉話。避免PN_Offset干擾的方法是：使傳播時延造成的不同大于導(dǎo)頻搜索窗尺寸的一半；PN復(fù)用距離的最小值D應(yīng)滿足D>W/2+2R.式中 R為小區(qū)半徑，單位為chip(1chip = 244m)；W為有效導(dǎo)頻窗口尺寸.在使用CDMA直放站時，直放站的引入就有可能干擾原有的CDMA系統(tǒng)，干擾原有CDMA系統(tǒng)已定的PN規(guī)劃?；九c直放站的小區(qū)規(guī)劃應(yīng)是同步進(jìn)行的，這樣就可以防止上述的干擾。直放站圖六BTS 2-80dBmBTSBT

16、S NBTS 1-80dBmBTSBTS 3-80dBmBTS在圖六中，因為容量等原因直放站通過光纖引入BTS N的信號，如果沒有事先的規(guī)劃，則要首先分析直放站相鄰小區(qū)的PN碼偏移參數(shù)，以防止產(chǎn)生PN碼干擾小區(qū)。 在實際使用移頻直放站中如果沒有規(guī)劃好直放站的位置，移頻接入端的天線方向就會出現(xiàn)PN污染。當(dāng)一臺移頻直放站的接入端的天線方向正好對準(zhǔn)了甚至10公里外的另外一臺移頻直放站的覆蓋端的接收天線。覆蓋端將同時放大兩個信號，這樣就會產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致區(qū)域不斷掉話，甚至不能上線。6）直放站的時延約束CDMA系統(tǒng)是碼分多址系統(tǒng)，在IS-95CDMA蜂窩系統(tǒng)中，每個基站或扇區(qū)都要發(fā)射一個導(dǎo)頻PN碼信號。C

17、DMA系統(tǒng)中最多有M=512個碼偏移，其間隔為N=64碼片。CDMA短碼的周期為MN=215=32768碼片。PN碼速率為1.2288MHz，其寬度為Tc=1/1.2288 = 0.814us,其信號帶寬為1.25MHz.在IS-95標(biāo)準(zhǔn)中，最大的搜索窗長度為384chips.基站與移動終端的最大時延為：384/2 = 192 chips時間，因此 T = 192/1.2288 = 156.25us.計算得基站與移動終端之間的最大服務(wù)距離為：dmax = 156.25/3×108 = 47Km在使用光纖直放站時，計算直放站遠(yuǎn)端與基站之間的最大距離：直放站設(shè)備時延為 5us.光電纜延時

18、為 Td = 5us × D (光纜傳播為5us/km)直放站與移動終端之間的時延Tr = r/c.設(shè)r = 2Km,則Tr = 7us. 因此，移動臺到基站的最大時延為： + Td + Tr 156us移動終端到基站的最大距離為：D = Td/5 = 28Km通常取光纜長度為20km.7）避免硬切換的導(dǎo)入CDMA系統(tǒng)有硬切換，軟切換和更軟切換三種方式。當(dāng)移動終端在同頻小區(qū)中漫游時發(fā)生軟切換，移動終端并不立即與原來基站之間的通信，并與新的基站建立同步聯(lián)系。目前，工作在同一載頻時，CDMA可以和BTS之間，BSC之間和MSC之間的軟切換。而在不同頻率的基站間漫游時，就會發(fā)生硬切換，必須先斷開與原基站的聯(lián)系，再建立與新基站的通信，這時候就發(fā)生了斷話。現(xiàn)在分兩種情況來說明：不同載頻基站間的硬切換圖七直放站BTS1 BTSBTS2 BTS在圖七中，BTS1與BTS2使用不同的載頻，直放站為達(dá)到覆蓋引入BTS2的信號，這時直放站覆蓋區(qū)與BTS1的覆蓋區(qū)相重疊，在這個相重疊的區(qū)域，由于使用不同的載頻，移動終端在由直放站覆蓋區(qū)進(jìn)入不同載頻的BTS1覆蓋區(qū)時，發(fā)生一次硬切換，這樣就會發(fā)生斷話。為了避免這種硬切換的的發(fā)生，建議不要將直放站建立在不同頻率的基站之間。2）在圖七中，BTS1與BTS2使用相同的載頻，直放站為達(dá)到覆蓋引入BTS2的信號，這時直放站覆蓋區(qū)與B