基于CDMA雙層組網的山區覆蓋研究
CDMA雙層組網解決方案，一般以“高海拔區域建宏蜂窩基站，覆蓋范圍廣”為主要解決內容；較低海拔區域建微蜂窩、直放站、射頻拉遠系統，根據話務需求也可以考慮建宏蜂窩，覆蓋范圍相對較小，重點對高層組網弱覆蓋區的人口密集農村、道路進行有效補充覆蓋。
1 引言
山區地理環境復雜多變，尤其是我國西南云貴高原一帶的山區農村，平均海拔高，地勢高低錯落，人口分布不均，無線網絡的有效覆蓋一直是個難題——既要考慮廣度覆蓋與深度覆蓋要求，又要綜合考慮投資建設的回收效益。山區農村無線網絡覆蓋，一般是基站選址較高，覆蓋范圍盡可能廣。因山區地理環境復雜，由此也會帶來一些問題：覆蓋分布不均，對基站站址山腳村落覆蓋不足；覆蓋范圍不易控制，容易造成一定的導頻污染；基站后期運營維護難度大，等等。以貴州山區農村為例，前期CDMA基站基本選址高海拔區域，網絡覆蓋多數呈現出“山頂信號強，山體中部信號一般，山腳村落人口密集區信號弱”的情況。
既然按傳統山區覆蓋建網思路，無法有效解決目前存在的網絡覆蓋問題，那么不妨適當考慮CDMA雙層組網的山區覆蓋解決方案。相對平原地帶無線網絡的覆蓋，CDMA雙層組網一個顯著特征就是：網絡分高低雙層組網建設，高層以解決廣度覆蓋為主，低層則以解決深度覆蓋、補充覆蓋為主。
2 CDMA雙層組網概述
CDMA雙層組網典型解決方案，一般以“高海拔區域建宏蜂窩基站，覆蓋范圍廣”為主要解決內容；較低海拔區域建微蜂窩、直放站、射頻拉遠系統，根據話務需求也可以考慮建宏蜂窩，覆蓋范圍相對較小，重點對高層組網弱覆蓋區的人口密集農村、道路進行有效補充覆蓋。如圖1所示：
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圖1 CDMA分層組網示意圖
圖1中，基站A為高層組網基站，基站B為低層組網基站。由于地勢復雜，山體遮擋，導致基站A覆蓋存在盲區及弱覆蓋區，如圖中所示基站A覆蓋盲區陰影區域。為解決高層基站覆蓋不均的問題，引入低層基站B，進行補充覆蓋，填補A基站覆蓋盲區與弱覆蓋區。
3 CDMA雙層組網存在的問題
一般而言，如雙層組網的基站能各施其職，各自覆蓋所需覆蓋的區域，將是比較***的網絡覆蓋規劃方案，也是雙層組網解決方案所追求的覆蓋目的。但在工程實踐中，由于山區復雜多變的地理環境，加上無線信號的反射、繞射、折射等多徑效應，低層組網區基站B覆蓋范圍的控制不可能做到很精確，通常會與基站A的覆蓋區存在重疊的覆蓋區域，如圖1所示。那么，在此區域就有可能會存在導頻污染、服務基站容量受影響、時間色散引起時延過長等網絡問題，下面就此進行具體分析。
3.1 宏基站與微基站CDMA雙層組網分析
宏基站與微基站雙層組網，由于CDMA系統本身是個干擾受限系統，雙層組網重疊覆蓋區的導頻污染控制應當是首要解決的問題。通過合理設置搜索窗大小及導頻功率，解決導頻相位污染和導頻強度污染。導頻相位污染指的是一個小區的導頻相位偏移經過空中無線傳輸延時后落入當前移動臺激活集中某導頻的搜索窗口內，且達到了一定的強度，致使用戶終端誤認為是服務導頻，以致對解調形成干擾。導頻強度污染是指當用戶終端收到3個以上Ec/Io強度大于T-ADD的導頻，由于現在的用戶終端上的RAKE接收機最多只能解調3路多徑信號，所以這些強導頻就對用戶終端的信號解調形成了干擾[1]。
其次，重疊覆蓋區內移動臺之間的干擾對容量的影響也是需要予以重點關注的問題。信干比SIR是容量分析中的一個關鍵參數，不同的用戶受到的干擾不同，通過確定用戶的干擾源可以計算得到信干比；在此基礎之上進行蒙特卡洛仿真，并將仿真結果與普通的CDMA蜂窩模型進行比較，可以判斷重疊覆蓋區內用戶間干擾造成的容量影響。
假定用戶均勻分布于整個小區，當移動臺由低層微蜂窩覆蓋區接近高層宏蜂窩覆蓋邊緣時，也即由圖1所示基站A覆蓋盲區陰影區域，接近基站A、B重疊覆蓋區陰影區域時，在宏蜂窩的邊緣處用戶數量就會大于接近宏蜂窩基站處的用戶數，導致高層宏蜂窩用戶對低層微蜂窩用戶的干擾明顯加大。此外，在實際系統中，宏蜂窩邊緣處受到相鄰宏蜂窩的干擾也會增加，這也會增大對低層微蜂窩小區用戶的干擾。在山區低話務的農村，低層組網區由于用戶不多，CDMA系統自身具有的軟容量、呼吸效應等特點，可以有效解決CDMA雙層組網所帶來的用戶干擾影響。
如果雙層組網覆蓋區存在高話務需求，則可以通過小區分裂方式，也即在高層宏蜂窩基站扇區中引入一個微蜂窩構成雙層系統，就能夠顯著提高該扇區的容量從而提高整個系統的容量。微蜂窩與宏蜂窩的位置會影響到容量的提升，當微蜂窩接近宏蜂窩邊緣時，系統容量可以得到顯著提高[2]。
3.2 宏基站與直放站CDMA雙層組網分析
宏基站與直放站雙層組網，直放站覆蓋區若控制不當，會與基站形成重疊覆蓋。在此重疊覆蓋區內移動臺信號一路通過直放站延時后到達基站，一路直接到達基站，將會對基站形成多徑干擾[3]。所以，應盡量減小直放站與基站重疊覆蓋區域的面積。此外，基站和直放站的覆蓋區域重疊還會因時間色散影響，導致直放站時延過長，從而產生移動臺無法正常接入、切換不及時、掉話等網絡故障。
在直放站的應用中，系統參數受影響***的是前反向搜索窗的設置，搜索窗的設置與直放站引起的時延大小有關。時延大時，應該增加搜索窗設置；時延小時，減小搜索窗的設置值。根據高通對搜索窗應用的建議，如果SRCH_WIN_A設置大于80個碼片，SRCH_WIN_N和SRCH_WIN_R設置大于130碼片，將使手機的搜索速度變慢，從而可能影響切換性能，影響掉話率。而在實際應用時，還需要根據環境的不同作進一步的測試、統計和驗證。
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圖2 宏基站與直放站的CDMA雙層組網時延分析圖
在直放站的應用中，時延來自于幾個方面，與具體的環境密切相關。這里以一個光纖直放站為例。假設直放站的信號從施主基站A扇區引出，從施主基站到直放站的光纖路由的距離為25km。手機所處的位置如圖2所示，處于雙層組網的信號重疊覆蓋區。假設手機在該處可以收到高層組網區宏基站扇區A的信號以及低層組網區直放站的信號，手機離宏基站扇區A的距離為10km，離直放站的距離為10km。以手機所在點為參考點進行分析。
（1）宏基站扇區A信號到達手機的時延
DelayA=10km/0.244(km/chip)=41chips
（2）直放站A1信號到達手機的時延
這里，光纖拉遠距離為25km（信號在光纖中的傳播時延為0.2km/chip），直放站的無線傳播距離為10km。根據直放站規范中對時延的要求，其處理時延不應大于5μs，這里按5μs計算。則
DelayA1=光纖傳播時延+直放站信號無線傳播時延+直放站處理時延
=5μs/(1/1.2288MHz)+25km/0.2(km/chip)+10km/0.244(km/chip)
=6chips+125chips+41chips
=172chips
（3）兩路信號的相對時延
手機接收的來自扇區A的時延，與來自直放站A1的信號之間的相對時延如下：
相對時延=172-41=131chips
也就是說，A扇區的覆蓋區與其提供的直放站的覆蓋區相交疊。在交疊區的多徑相對時延大約為131chips。為了能夠搜索到有用多徑，搜索窗設置要求至少是相對時延的2倍。根據協議，此時搜索窗的設置應為***，設置為13即226chips（根據協議要求，當激活集搜索窗設置值大于13時，手機將置該窗口為13），此時該搜索窗已經小于實際時延所要求的2*131chips了，同時也已經遠遠大于80chips。此時，所有與直放站鄰近的小區及直放站的施主扇區中的搜索性能下降甚至無法搜索到強的多徑。
根據上面的分析，建議在實際應用時，直放站與施主基站的覆蓋區盡量不要有交疊。結合目前高通對搜索窗設置的建議來分析，當直放站與施主基站之間的相對時延大于40chips（大約相當于10km）時，建議兩者的覆蓋區域不要存在重疊的部分。在實際組網條件下，當直放站與施主基站之間的相對時延大于40chips時，若仍然存在有重疊區域的情況，則應該增大搜索窗的設置。
CDMA雙層組網直放站與基站重疊覆蓋避免時間色散所造成時延影響的措施通常有：
（1）直放站覆蓋區的信源***選背向直放站覆蓋區的基站小區，如圖2示，直放站A1選取扇區B或C為施主基站；
（2）更換直放站的信源小區，選擇其他高層組網區的宏基站信源；
（3）減小直放站的輸出功率，減小同基站的重疊覆蓋區域；
（4）合理設置搜索窗大小。
3.3 宏基站與射頻拉遠系統雙層組網分析
射頻拉遠系統與宏基站雙層組網，不僅可以減少網絡建設投資，而且具有網絡選址靈活、組網方便可靠的特點。目前射頻拉遠主要采用BBU＋RRU的形式應用于CDMA網絡中，BBU為基帶處理單元，RRU為射頻處理單元。常用組網方式為基帶射頻星形組網方式，所有的RRU通過一對光纖和BBU基帶處理部分相連，RRU之間并無連接[4]。如圖3所示：
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圖3 射頻拉遠星型組網方式
在此組網方式中，室內BBU可安裝于高層組網區的宏基站原有機房內，也可就近選擇山區農村原有電信模塊局機房；室外RRU則可以靈活選擇低層組網區，主要起到高層宏基站覆蓋盲區或弱覆蓋區的補充覆蓋作用。如該射頻拉遠系統采用原有基站信源，則在兩者重疊覆蓋區可通過射頻拉遠系統自動時延調整功能，實時測量各拉遠單元RRU與接入控制設備BBU之間的時延并進行自動或手動調整，消除同扇區RRU之間重疊信號覆蓋區域的時延色散干擾；若射頻拉遠系統采用的是獨立新增信源，則兩者重疊信號覆蓋區，等同于宏基站與微蜂窩雙層組網，需關注導頻污染、用戶干擾及容量影響等相關網絡問題。
4 結束語
山區農村CDMA網的覆蓋，話務需求低，覆蓋范圍要求廣。在工程建設中，根據山區農村當地人口分布、話務需求狀況以及地理環境情況，因地制宜選擇CDMA雙層組網的覆蓋解決方式，可以起到節省投資、快速建網、有效解決覆蓋需求、提升覆蓋率的作用。
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