利用光纤直放站实现对CDMA移动通信系统网络进行优化

作者：娄莉

随着移动通信用户的大规模增长，使得无线网络的规模越来越大，对网络质量的要求也越来越高。而由于话务密度分布不均匀、网络配置未达到最佳等因素，使得现有的网络服务质量不尽如人意。因此，在移动业务的提供走向市场化的情况下，网络优化已成为关键问题。

1 无线网络优化

所谓无线网络优化，是在建成开通后的网络上进行调整的过程，他借助测试与统计手段，了解网络运营状况，寻找网络问题，通过分析调整参数和采取某些技术手段，使系统性能得到逐步改善，达到现有的系统配置下提供最优的服务质量、最佳的覆盖、满意的信号强度以及最佳的通话音质和最低的掉话率等。

移动通信网络工程的正常程序可以粗略的表示如图1所示。

2 直放站

就边远城镇来说，优化方法有很多，其中利用直放站覆盖盲区，延伸基站信号的优化方案有着很大的优势。

直放站（中继器）属于同频放大设备，是指在无线通信传输过程中起到信号增强的一种无线电发射中转设备。他的基本功能是一个射频信号功率增强器。直放站在下行链路中，从施主天线的覆盖区域中接收信号，通过带通滤波器对带通外的信号进行极好的隔离，将滤波的信号经功放放大后再次发射到待覆盖区域。在上行链接路径中，覆盖区域内的移动台手机的信号以同样的工作方式由上行放大链路处理后发射到相应基站，从而达到基地站与手机的信号传递。

移动通信直放站有以下几类：

（1）从传输信号分有GSM直放站和CDMA直放站；
（2）从安装场所来分有室外型机和室内型机；
（3）从传输带宽来分有宽带直放站和选频（选信道）直放站；
（4）从传输方式来分有直放式直放站、光纤传输直放站和移频传输直放站。

采用CDMA直放站可以扩大CDMA系统基站的覆盖范围，大大节省CDMA网络建设的投资（一个CDMA直放站的投资约为一个CDMA基站的1／10）。特别是在地下（如地铁）、盲区等特殊环境下，CDMA直放站能够充分发挥他的优势。

CDMA移动通信直放站的显著特点是采用超线性功放，保证多信道工作无杂波，双向中继无线信号延伸无线覆盖区，实现对特殊地形覆盖消除覆盖盲区，调配小区业务，平衡各小区的话务量等，以达到低成本扩大无线网络覆盖范围、优化网络的目的。

2．1 光纤直放站

由于各地环境和条件的要求不同，所需的CDMA直放站的类型也不同。对于用户数不多的边远城镇，要架设基站成本太高，基础设施也较复杂，而具有小型基站功能的经济有效的设备--CDMA光纤直放站可以很好地解决此类问题。使用光纤直放站作为实现“小容量、大覆盖”目标的必要手段之一，主要是由于在不增加基站数量的前提下保证网络覆盖，而且其造价远远低于有同样效果的微蜂窝系统。因此，光纤直放站是解决边远城镇区移动通信的最经济有效的手段，他能最大限度地满足用户对于通话服务的要求。

光纤中继移动通信直放站由靠近基站侧的近端机及覆盖区侧的远端机两部分组成，适用于在基站拟建直放站区有惯山阻挡或两者相距甚远，同时基站和覆盖区之间具备光缆情况下建站。光纤直放站兼备宽带、选带、选频等功能。传输距离可达20km，由于空间隔离度好，不产生同频干扰，重发方向可采用全向天线覆盖，以提高覆盖效果。

光纤直放站通过光纤进行传输，采用光信号接收器和转换器连接偏远的区域。他具有工作稳定，覆盖效果好、设计和施工更为灵活、避免了同频干扰，可全向覆盖，干扰少、单级传输距离长达50km以上、可提高增益而不会自激，及有利于加大下行信号发射功率等特点，因此，其信号传输不受地理条件限制，扩大了覆盖范围，特别适合边远城镇或地形复杂的山区。

2．2 光纤直放站的工作原理

光纤直放站的原理图如图2所示，主要由光近端机、光纤、光远端机（覆盖单元）几个部分组成。

光近端机和光远端机都包括射频单元（RF单元）和光单元。无线信号从基站中耦合出来后，进入光近端机，通过电光转换，电信号转变为光信号，从光近端机输入至光纤，经过光纤传输到光远端机，光远端机把光信号转为电信号，进入RF单元进行放大，信号经过放大后送人发射天线，覆盖目标区域。上行链路的工作原理一样，手机发射的信号通过接收天线至光远端机，再到近端机，回到基站。

2．3 光纤直放站工程设计原理

在设置一个光纤直放站的覆盖区域时，要掌握1个基本原则和3个相互制约的要素。

原则：设法使上行和下行信道的系统余量相等，从而保证上、下行信道的通信距离、话音质量和通信概率大体相同。 要素：覆盖半径、话音质量、通信概率（可靠性）。

除上述三要素外，还应考虑传播环境，地形地物特征，使用频段以及可利用的系统参数等因素，因此有以下设计方程。

SM=SG－SL （1）

SG=Pt+Gt+Gr－Pmin （2）

SL=La+Lt+Lr （3）

Pmin=Pr+d （4）

其中：SM为系统余量（dB）；
SG为系统增益（dB）；
SL为系统衰耗（dB）；
Pt为发射机输出功率（dBW）；
Gt为发射天线增益（dB）；
Gr为接收天线增益（dB）；
d为恶化量；
Pmin为接收机输入端最低保护功率电子（dBm）；
La为实际路径衰耗中值（dB）；
Lt为发射端附加衰耗（dB）；
Lr为接收端附加衰耗（dB）；
Pr为接收机的噪声门限电平。

对于移动通信的电波传播，其衰落特性由下列已知公式及图3来表征。

自由空间的传播衰耗：

Lbs＝32．45+201gd（km）+201gf（MHz） （5）

准平滑地形市区路径传播衰耗中值：

Ltt＝Lbs +Am（f，d）一Hb（hb，d）一Hm（hm，f） （6）

Am（f，d），Hb（hb，d），Hm（hm，f）为相应的修正因子。

其中：Am（f，d）为基本衰耗中值；
Hb（hb，d）为基站天线高度增益因子；
Hm（hm，f）为移动天线高度增益因子。

3 光纤直放站的应用实例

某一距基站40km远处有一小镇（5km的覆盖半径），其地形为准平滑地形，由于小镇覆盖区域距离基站较远，信号衰减较大，在该地无法取得基站无线覆盖的信号，因而无法保证通信质量。

经设计，确定在此建一光纤直放站，利用地形特征，将直放站所架天线放于15m高的房顶上一个20m的铁塔顶部，馈线选SDY-50-22的低损耗（0．05dB／m）电缆40m，此处，要保证5km以上边缘通信概率为50％。

所建直放站可以确定信道输出功率为1W（0dBW），发射全向天线增益为8dB，移动台接收灵敏度（A）为一110dBm（0．7μV），保证50％的通信概率。

则由设计方程式可求出覆盖半径d＝9．3km，因此，半径9．3km的覆盖范围可以满足边缘通信概率为50％的盲区。

除覆盖半径及边缘通信概率外，还需确定直放站与施主基站的距离；引入直放站设备，给手机和基站之间的信号增加了热噪声，增加热噪声的直接后果是降低了基站的接收灵敏度。因此要注意直放站增益和基站发射机至直放站的路径损耗的影响，以及正确计算光纤直放站的下行增益与直放站与手机之间上下行平衡的问题。

4 结 语

实例表明，利用光纤直放站对边远城镇的CDMA网络进行优化，效果良好，该地区的无线网络服务质量有了一定程度的改善。

CDMA移动通信系统网络优化是一项长期、艰巨、复杂的系统工程，贯穿于规划、设计、工程建设和维护管理的全过程，各个方面的调整相互牵连、影响。网络优化的方法很多，还有待于我们进一步的探讨和完善，以便全面提高网络服务质量，争取更大的经济效益和社会效益。