CDMA雙層組網(wǎng)解決方案，一般以“高海拔區(qū)域建宏蜂窩基站，覆蓋范圍廣”為主要解決內(nèi)容；較低海拔區(qū)域建微蜂窩、直放站、射頻拉遠系統(tǒng)，根據(jù)話務(wù)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(wǎng)弱覆蓋區(qū)的人口密集農(nóng)村、道路進行有效補充覆蓋。

1  引言

山區(qū)地理環(huán)境復(fù)雜多變，尤其是我國西南云貴高原一帶的山區(qū)農(nóng)村，平均海拔高，地勢高低錯落，人口分布不均，無線網(wǎng)絡(luò)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(shè)的回收效益。山區(qū)農(nóng)村無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，一般是基站選址較高，覆蓋范圍盡可能廣。因山區(qū)地理環(huán)境復(fù)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(dǎo)頻污染；基站后期運營維護難度大，等等。以貴州山區(qū)農(nóng)村為例，前期CDMA基站基本選址高海拔區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)覆蓋多數(shù)呈現(xiàn)出“山頂信號強，山體中部信號一般，山腳村落人口密集區(qū)信號弱”的情況。

既然按傳統(tǒng)山區(qū)覆蓋建網(wǎng)思路，無法有效解決目前存在的網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題，那么不妨適當考慮CDMA雙層組網(wǎng)的山區(qū)覆蓋解決方案。相對平原地帶無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，CDMA雙層組網(wǎng)一個顯著特征就是：網(wǎng)絡(luò)分高低雙層組網(wǎng)建設(shè)，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(wǎng)概述

CDMA雙層組網(wǎng)典型解決方案，一般以“高海拔區(qū)域建宏蜂窩基站，覆蓋范圍廣”為主要解決內(nèi)容；較低海拔區(qū)域建微蜂窩、直放站、射頻拉遠系統(tǒng)，根據(jù)話務(wù)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(wǎng)弱覆蓋區(qū)的人口密集農(nóng)村、道路進行有效補充覆蓋。如圖1所示：

圖1  CDMA分層組網(wǎng)示意圖

圖1中，基站A為高層組網(wǎng)基站，基站B為低層組網(wǎng)基站。由于地勢復(fù)雜，山體遮擋，導(dǎo)致基站A覆蓋存在盲區(qū)及弱覆蓋區(qū)，如圖中所示基站A覆蓋盲區(qū)陰影區(qū)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(qū)與弱覆蓋區(qū)。

3  CDMA雙層組網(wǎng)存在的問題

一般而言，如雙層組網(wǎng)的基站能各施其職，各自覆蓋所需覆蓋的區(qū)域，將是比較***的網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃方案，也是雙層組網(wǎng)解決方案所追求的覆蓋目的。但在工程實踐中，由于山區(qū)復(fù)雜多變的地理環(huán)境，加上無線信號的反射、繞射、折射等多徑效應(yīng)，低層組網(wǎng)區(qū)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(qū)存在重疊的覆蓋區(qū)域，如圖1所示。那么，在此區(qū)域就有可能會存在導(dǎo)頻污染、服務(wù)基站容量受影響、時間色散引起時延過長等網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)分析

宏基站與微基站雙層組網(wǎng)，由于CDMA系統(tǒng)本身是個干擾受限系統(tǒng)，雙層組網(wǎng)重疊覆蓋區(qū)的導(dǎo)頻污染控制應(yīng)當是首要解決的問題。通過合理設(shè)置搜索窗大小及導(dǎo)頻功率，解決導(dǎo)頻相位污染和導(dǎo)頻強度污染。導(dǎo)頻相位污染指的是一個小區(qū)的導(dǎo)頻相位偏移經(jīng)過空中無線傳輸延時后落入當前移動臺激活集中某導(dǎo)頻的搜索窗口內(nèi)，且達到了一定的強度，致使用戶終端誤認為是服務(wù)導(dǎo)頻，以致對解調(diào)形成干擾。導(dǎo)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(dǎo)頻，由于現(xiàn)在的用戶終端上的RAKE接收機最多只能解調(diào)3路多徑信號，所以這些強導(dǎo)頻就對用戶終端的信號解調(diào)形成了干擾[1]。

其次，重疊覆蓋區(qū)內(nèi)移動臺之間的干擾對容量的影響也是需要予以重點關(guān)注的問題。信干比SIR是容量分析中的一個關(guān)鍵參數(shù)，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(chǔ)之上進行蒙特卡洛仿真，并將仿真結(jié)果與普通的CDMA蜂窩模型進行比較，可以判斷重疊覆蓋區(qū)內(nèi)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(qū)，當移動臺由低層微蜂窩覆蓋區(qū)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(qū)陰影區(qū)域，接近基站A、B重疊覆蓋區(qū)陰影區(qū)域時，在宏蜂窩的邊緣處用戶數(shù)量就會大于接近宏蜂窩基站處的用戶數(shù)，導(dǎo)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(tǒng)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(qū)用戶的干擾。在山區(qū)低話務(wù)的農(nóng)村，低層組網(wǎng)區(qū)由于用戶不多，CDMA系統(tǒng)自身具有的軟容量、呼吸效應(yīng)等特點，可以有效解決CDMA雙層組網(wǎng)所帶來的用戶干擾影響。

如果雙層組網(wǎng)覆蓋區(qū)存在高話務(wù)需求，則可以通過小區(qū)分裂方式，也即在高層宏蜂窩基站扇區(qū)中引入一個微蜂窩構(gòu)成雙層系統(tǒng)，就能夠顯著提高該扇區(qū)的容量從而提高整個系統(tǒng)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(tǒng)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(wǎng)分析

宏基站與直放站雙層組網(wǎng)，直放站覆蓋區(qū)若控制不當，會與基站形成重疊覆蓋。在此重疊覆蓋區(qū)內(nèi)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(yīng)盡量減小直放站與基站重疊覆蓋區(qū)域的面積。此外，基站和直放站的覆蓋區(qū)域重疊還會因時間色散影響，導(dǎo)致直放站時延過長，從而產(chǎn)生移動臺無法正常接入、切換不及時、掉話等網(wǎng)絡(luò)故障。

在直放站的應(yīng)用中，系統(tǒng)參數(shù)受影響***的是前反向搜索窗的設(shè)置，搜索窗的設(shè)置與直放站引起的時延大小有關(guān)。時延大時，應(yīng)該增加搜索窗設(shè)置；時延小時，減小搜索窗的設(shè)置值。根據(jù)高通對搜索窗應(yīng)用的建議，如果SRCH_WIN_A設(shè)置大于80個碼片，SRCH_WIN_N和SRCH_WIN_R設(shè)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(yīng)用時，還需要根據(jù)環(huán)境的不同作進一步的測試、統(tǒng)計和驗證。
 

圖2  宏基站與直放站的CDMA雙層組網(wǎng)時延分析圖

在直放站的應(yīng)用中，時延來自于幾個方面，與具體的環(huán)境密切相關(guān)。這里以一個光纖直放站為例。假設(shè)直放站的信號從施主基站A扇區(qū)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(wǎng)的信號重疊覆蓋區(qū)。假設(shè)手機在該處可以收到高層組網(wǎng)區(qū)宏基站扇區(qū)A的信號以及低層組網(wǎng)區(qū)直放站的信號，手機離宏基站扇區(qū)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(qū)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(jù)直放站規(guī)范中對時延的要求，其處理時延不應(yīng)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(qū)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(qū)的覆蓋區(qū)與其提供的直放站的覆蓋區(qū)相交疊。在交疊區(qū)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(shè)置要求至少是相對時延的2倍。根據(jù)協(xié)議，此時搜索窗的設(shè)置應(yīng)為***，設(shè)置為13即226chips（根據(jù)協(xié)議要求，當激活集搜索窗設(shè)置值大于13時，手機將置該窗口為13），此時該搜索窗已經(jīng)小于實際時延所要求的2*131chips了，同時也已經(jīng)遠遠大于80chips。此時，所有與直放站鄰近的小區(qū)及直放站的施主扇區(qū)中的搜索性能下降甚至無法搜索到強的多徑。

根據(jù)上面的分析，建議在實際應(yīng)用時，直放站與施主基站的覆蓋區(qū)盡量不要有交疊。結(jié)合目前高通對搜索窗設(shè)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(qū)域不要存在重疊的部分。在實際組網(wǎng)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(qū)域的情況，則應(yīng)該增大搜索窗的設(shè)置。

CDMA雙層組網(wǎng)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(qū)的信源***選背向直放站覆蓋區(qū)的基站小區(qū)，如圖2示，直放站A1選取扇區(qū)B或C為施主基站；

（2）更換直放站的信源小區(qū)，選擇其他高層組網(wǎng)區(qū)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(qū)域；

（4）合理設(shè)置搜索窗大小。

3.3 宏基站與射頻拉遠系統(tǒng)雙層組網(wǎng)分析

射頻拉遠系統(tǒng)與宏基站雙層組網(wǎng)，不僅可以減少網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資，而且具有網(wǎng)絡(luò)選址靈活、組網(wǎng)方便可靠的特點。目前射頻拉遠主要采用BBU＋RRU的形式應(yīng)用于CDMA網(wǎng)絡(luò)中，BBU為基帶處理單元，RRU為射頻處理單元。常用組網(wǎng)方式為基帶射頻星形組網(wǎng)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：
 

圖3  射頻拉遠星型組網(wǎng)方式

在此組網(wǎng)方式中，室內(nèi)BBU可安裝于高層組網(wǎng)區(qū)的宏基站原有機房內(nèi)，也可就近選擇山區(qū)農(nóng)村原有電信模塊局機房；室外RRU則可以靈活選擇低層組網(wǎng)區(qū)，主要起到高層宏基站覆蓋盲區(qū)或弱覆蓋區(qū)的補充覆蓋作用。如該射頻拉遠系統(tǒng)采用原有基站信源，則在兩者重疊覆蓋區(qū)可通過射頻拉遠系統(tǒng)自動時延調(diào)整功能，實時測量各拉遠單元RRU與接入控制設(shè)備BBU之間的時延并進行自動或手動調(diào)整，消除同扇區(qū)RRU之間重疊信號覆蓋區(qū)域的時延色散干擾；若射頻拉遠系統(tǒng)采用的是獨立新增信源，則兩者重疊信號覆蓋區(qū)，等同于宏基站與微蜂窩雙層組網(wǎng)，需關(guān)注導(dǎo)頻污染、用戶干擾及容量影響等相關(guān)網(wǎng)絡(luò)問題。

4  結(jié)束語

山區(qū)農(nóng)村CDMA網(wǎng)的覆蓋，話務(wù)需求低，覆蓋范圍要求廣。在工程建設(shè)中，根據(jù)山區(qū)農(nóng)村當?shù)厝丝诜植肌⒃拕?wù)需求狀況以及地理環(huán)境情況，因地制宜選擇CDMA雙層組網(wǎng)的覆蓋解決方式，可以起到節(jié)省投資、快速建網(wǎng)、有效解決覆蓋需求、提升覆蓋率的作用。

【編輯推薦】

1. 中小型企業(yè)該怎樣組網(wǎng)
2. 解析物聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用
3. 無線自組網(wǎng)技術(shù)VBee及其應(yīng)用實例