CDMA直放站干扰分析及解决方法(论文)

1、CDMA直放站干扰分析及解决方法 中国通信建设第二工程局 十二事业部 苗龙 摘要：本论文以CDMA直放站产生的干扰为研究重点，系统的介绍了CDMA直放站的工作原理，全面分析了工程中直放站产生干扰的几个方面以及解决方法。关键词：噪声电平；链路平衡；隔离度；PN干扰 一、引言在CDMA网络中，直放站由于它的经济性，覆盖的高效性的优点使CDMA的直放站的应用范围与应用数量都大大增加。同样由于直放站的引入会对原有的CDMA网络产生问题干扰问题。由于直放站数量的不断增加，直放站产生的干扰问题越来越明显。因此，大量引入直放站的前提是必须考虑直放站产生的干扰。合理的使用直放站对整个网络的覆盖质量将产生很大的

2、影响。如果不能合理的使用直放站，其产生的干扰将影响整个网络，反而起到适得其反的作用。二、在实际工程中直放站的干扰主要表现在以下方面：直放站目前采用的基站信号拾取方式有三种,一种为通过耦合器耦合基站的信号，然后再通过光纤传输到远端，利用服务天线进行覆盖，也就是光纤直放站。第二种方式是通过定向天线从空中拾取基站的信号，再利用服务天线进覆盖。即射频直放站。第三种方式也是通过耦合器耦合基站的信号，然后再通过移频传输到远端，利用服务天线进行覆盖，即移频直放站。下面对直放站不同信号接入方式对BTS产生的噪声电平来分析直放站引入对BTS的噪声电平的干扰。40dB-2dBLo20dBDNCCoupleBTSA

3、DonorRemoteGR=47dBNFR=5dB-80dBHPA双工器BPFLNABPF-1dBCoupleRxTx图一1） 采用光纤直放站所引起和噪声电平 直放站的引入必然会为系统引入噪声,现计算引入直放站所引入噪声电平的恶化数量.在带宽为1.25MHz时,系统的高斯白噪声为,N0 = KTB = -113dBm (B=1.23MHz)在BTS中的A点处的基站系统白噪声为,NA-BTS = -113dBm-Lo-LF+GL+NFL = -71dBm上式中: Lo馈线损耗 (2dB) LF 双工器/滤波器损耗(1dB) GL低噪声放大器增益(40dB) NFLBTS噪声系数(5dB) NA-

4、BTS -在A点处由BTS引起的固有热噪声功率当引入直放站时,由直放站在A点处引入的固有热噪声功率为:NA-RPT = -113dB-LC+GR+NFR = -81dBm上式中: NA-RPT -在A点由直放站引起的固有热噪声功率 LC -耦合器损耗(20dB) GR -直放站反向链路总增益(47dB) NFR -直放站反向链路噪声系数(5dB)因此在A点处由BTS自身固有热噪声功率与直放站引入的热噪声功率累积得到热噪声总功率为:PNA = PNA-BTS + PNA-RPT = 10NA-BTS/10 10NA-BTS/10NA总 = 10lgPNA = -70.6dBm 因此引入

5、直放站所带来的噪声恶化量为NA总 NA-BTS = 0.4dB结论:通过以上的计算得出引入一个光纤直放站时在BTS的低噪放后所带来的噪声恶化量为0.4dB左右.这个由直放站引入的恶化噪声取决于直放站反向链路增益的大小和插入耦合器的衰减量。按标准规定直放站的热噪声系数应低于6dB，因此在引入一个直放站后所带来的热噪声远小于标准规定。在实际使用中，直放站的反向链路增益与BTS耦合器衰减量的设计原则是，在BTS的DNC输入端由引入直放站所带来的的热噪声功率电平要比BTS固有的热噪声电平低10dB,才能保证直放站带来的恶化噪声为0.4dB,才不会给BTS带来明显的影响。由上面计算所知，在一个BTS扇区

6、中引入一个直放站所带来的恶化噪声电平功率为0.4dB，在一个扇区中最多可以有3个光纤直放站接入，这样带来的总的热噪声总恶化量约为1.2dB.这样的噪声电平不至于对BTS带来非常严重的影响。2).采用无线直放站所引起和噪声电平DonorRemoteGRHPA双工器LNABTSA图二无线直放站的引入热噪声功率电平的计算与光纤直放站的计算方法相同，根据BTS与直放站近端之间的空间传播损耗，通过调整无线直放站的反向链路增益GR，同样使得最终到达A点的由直放站引入所导致的热噪声功率比BTS所固有的热噪声功率（-71dBm）低10dB,来使直放站对BTS的噪声电平只恶化0.4dB.这样就可使因直放站的引入

7、对BTS产生最小干扰。3）链路平衡CDMA系统的是一个自干扰系统，如果前向链路的功率很大，就会对其他小区的移动产生干扰。另一方面，如果反向链路功率很大，就会影响基站的容量。在CDMA系统中均衡的链路将会减少干扰并避免一些相关的切换问题。在CDMA系统中引入直放站时，在直放站所覆盖的区域中也要考虑链路平衡的问题。一个链路平衡的蜂窝系统可以使移动终端越区平滑并降低干扰。前向链路功率太强，而反向链路弱时，对正在越区的移动终端来说，就会发生掉话。因为强的导频信号帮助移动终端完成了越区切换，而弱的反向链路却不能支持呼叫，移动终端就会失去与小区的联系；反之，前向链路功率太弱而反向链路功率太强，在小区交界处

8、移动台将因反向链路干扰太大（信干比低）也会失去与任一个小区的联系。因此在直放站的设计中，为了保证原CDMA系统的链路平衡就必须考虑以下的问题：在直放站覆盖设计中，可以使前向链路增益与反向链路增益不同，通过两者的调整使其尽可能的满足链路平衡的条件。链路平衡设计除与增益有关之外，还与两个基站话务量有关，因此在直放站设计时，需充分考虑对原有网络功率规划的影响。4）无线直放站天线的隔离度问题（室外型）在CDMA蜂窝系统的覆盖中，无线直放站有着相当的优越性，布站简单，不需要如光纤直放站那样铺设光缆，因此建设成本比较低，而且站点设置灵活。在这方面无线直放站有着光纤直放站不可比拟的优越性。但是在另一方面，无

9、线直放站的使用，有着自身系统结构所产生的问题。无线直放站最大的问题，也是制约无线直放站大量使用的一个重要因素就是直放站天线的隔离度问题。一方面，为了增大直放站的覆盖面积需要增加直放站的增益，在无线直放站的使用中，由于施主天线采用了高增益的定向天线，增益可达16dB，无线直放站的安装位置可以超出BTS对手机的覆盖范围。如果施主天线侧的接收的信号电平为-65dBm，那么重发端则要达到与BTS相似的覆盖范围，则要求重发天线的发射功率为40dB左右，这时，直放站的增益就需要达到105dB.另一方面由于无线直放站的施主天线与重发天线的相互距离无法做的很大，这样就会使重发天线的一部分信号反馈回施主天线（如

10、下图），不断的反馈最终导致无线直放站产生自激而无法工作，同时还会导致BTS的恶化，对基站产生非常严重的干扰。为了保证直放站的重发天线与施主天线之间的反馈不至于使直放站自激，要求天线的隔离度必须大于120dB,如此高的隔离度要求，在大量实际工程实践中证实要达到是相当困难的。在实际的经验值可达到约为7080dB.无线直放站BTS图三 如果按可实现的80dB隔离度来设计直放站，直放站的增益最大只能为65dB,另外通过减少BTS与直放站的距离D，使施主侧达到最大可容忍的接收电平为-40dBm,则重发端可获得的输出功率为+15dBm。这样的输出功率在室外显然是达不到覆盖的要求的。因此隔离度问题使无线直放

11、站的使用受到限制的主要因素。实际应用中，在韩国及澳大利亚C网运营商均因隔离度问题将以前安装的室外无线直放站已拆除几千台，基本已不在室外使用无线直放站。在国内基本也已不再考虑室外使用无线直放站。无线直放站费用低，布站简单的特点又是工程设计时最希望采用的。因此考虑无线直放站的使用时就必须首先考虑解决无线直放站的天线隔离度问题，可以采取如下的方法：1采用干扰抵消技术由于CDMA系统是同频干扰系统，在CDMA直放站中为了克服天线的隔离度问题在直放站中采用干扰抵消技术。采用干扰抵消技术之后就可以不提高直放站天线的隔离度，并且提高直放站增益扩大覆盖范围。但是，由于在直放站中使用干扰抵消是一个十分复杂的技术

12、，这方面的研究还在进行中，目前尚没有成熟解决方案。只要解决天线隔离度问题，无线直放站就可以广泛地用在各个覆盖区，充分发挥无线直放站的优点。 2利用环境条件，通过障碍物来隔离施主天线与服务天线来提高天线隔离度。可以利用建筑物来分离天线，将施主天线架设在大楼的一侧，服务天线架设在另一侧来增大隔离度，减少干扰。3将无线直放站应用于室内分布系统。室内分布系统的施主天线架设在建筑物顶，再通过分布系统来完成对室内的覆盖。这样就可以利用建筑物来减少天线隔离度的干扰。5）PN码 5.1、PN码的污染-80dBmBTS-85dBmBTS图四在图四的情况下，移动终端同时收到来自两个基站的导频信号，这两个基站的导频

13、信号的强度相近，这时，移动终端为判断最佳信号基站而不断测量导频信号，将导致移动终端不断地在两个导频之间的切换，最终将导致掉话。这种现象出现在蜂窝基站间的覆盖区边缘，为了解决PN污染问题可以加装直放站，制造基站间导频信道的电平差异，使该基站的寻频信号强度大于其他基站来的导频信号强度，这样就可以阻止不必要切换的发生。5.2 PN码规划干扰 由于CDMA系统的频率复用系数约为1，所以它避免了复杂的频率规划。但小区规划实际是覆盖规划和PN码偏置规划。根据IS-95标准，导频测量在越区操作中起了重要作用，如果相邻小区PN偏置仅为一个间隔（64码片），对移动终端则容易产生模糊状况，也就是一个潜在的干扰。但

14、在实际使用尽管所有的基站都使用不同的PN_Offset,然而在移动终端看来，由于传播时延（邻PN_Offset干扰）和PN_Offset复用距离不够（同PN_Offset干扰），就会使一些非相关的导频信号看起来一样。邻PN_Offset干扰是影响大覆盖的主要因素，同PN_Offset干扰是影响小覆盖区基站的主要因素。如果两个相位上非相关的信道都落在同一有效导频搜索窗口中，两者都会成为三个最强信号中的一个，有效导频集PN_Offset干扰就会发生。移动终端就会解扩并合并非相关的前向业务信道信号。如果一个远端业务信道落入相邻导频集，且它的Ec/Io>T_add，相邻导频集PN_Offset干

15、扰就会发生。移动台就会切换到错误的导频上，并解扩错误的信号。直放站-85dBmBTS图五 BTS 1-80dBmBTSBTS 2以上两种情况产生的共同结果是强干扰和掉话。避免PN_Offset干扰的方法是：使传播时延造成的不同大于导频搜索窗尺寸的一半；PN复用距离的最小值D应满足D>W/2+2R.式中 R为小区半径，单位为chip(1chip = 244m)；W为有效导频窗口尺寸.在使用CDMA直放站时，直放站的引入就有可能干扰原有的CDMA系统，干扰原有CDMA系统已定的PN规划。基站与直放站的小区规划应是同步进行的，这样就可以防止上述的干扰。直放站图六BTS 2-80dBmBTSBT

16、S NBTS 1-80dBmBTSBTS 3-80dBmBTS在图六中，因为容量等原因直放站通过光纤引入BTS N的信号，如果没有事先的规划，则要首先分析直放站相邻小区的PN码偏移参数，以防止产生PN码干扰小区。 在实际使用移频直放站中如果没有规划好直放站的位置，移频接入端的天线方向就会出现PN污染。当一台移频直放站的接入端的天线方向正好对准了甚至10公里外的另外一台移频直放站的覆盖端的接收天线。覆盖端将同时放大两个信号，这样就会产生干扰，导致区域不断掉话，甚至不能上线。6）直放站的时延约束CDMA系统是码分多址系统，在IS-95CDMA蜂窝系统中，每个基站或扇区都要发射一个导频PN码信号。C

17、DMA系统中最多有M=512个码偏移，其间隔为N=64码片。CDMA短码的周期为MN=215=32768码片。PN码速率为1.2288MHz，其宽度为Tc=1/1.2288 = 0.814us,其信号带宽为1.25MHz.在IS-95标准中，最大的搜索窗长度为384chips.基站与移动终端的最大时延为：384/2 = 192 chips时间，因此 T = 192/1.2288 = 156.25us.计算得基站与移动终端之间的最大服务距离为：dmax = 156.25/3×108 = 47Km在使用光纤直放站时，计算直放站远端与基站之间的最大距离：直放站设备时延为 5us.光电缆延时

18、为 Td = 5us × D (光缆传播为5us/km)直放站与移动终端之间的时延Tr = r/c.设r = 2Km,则Tr = 7us. 因此，移动台到基站的最大时延为： + Td + Tr 156us移动终端到基站的最大距离为：D = Td/5 = 28Km通常取光缆长度为20km.7）避免硬切换的导入CDMA系统有硬切换，软切换和更软切换三种方式。当移动终端在同频小区中漫游时发生软切换，移动终端并不立即与原来基站之间的通信，并与新的基站建立同步联系。目前，工作在同一载频时，CDMA可以和BTS之间，BSC之间和MSC之间的软切换。而在不同频率的基站间漫游时，就会发生硬切换，必须先断开与原基站的联系，再建立与新基站的通信，这时候就发生了断话。现在分两种情况来说明：不同载频基站间的硬切换图七直放站BTS1 BTSBTS2 BTS在图七中，BTS1与BTS2使用不同的载频，直放站为达到覆盖引入BTS2的信号，这时直放站覆盖区与BTS1的覆盖区相重叠，在这个相重叠的区域，由于使用不同的载频，移动终端在由直放站覆盖区进入不同载频的BTS1覆盖区时，发生一次硬切换，这样就会发生断话。为了避免这种硬切换的的发生，建议不要将直放站建立在不同频率的基站之间。2）在图七中，BTS1与BTS2使用相同的载频，直放站为达到覆盖引入BTS2的信号，这时直放站覆盖区与B