CDMA网络RF优化方法

        

摘要：本文介绍了CDMA网络RF优化的指标，优化所需的工具，优化流程，优化的实现方法以及对导频污染的处理。对优化中的一些典型问题的处理方法进行了综合，对子CDMA网络RF优化的工程技术进行了简单的归纳和总结。为工程实践提供了一些有参考价值的具体方法，并为优化软件开发提供了工程实践基础。
关键词：CDMA，RF（射频）优化，区域优化，全域优化
1．引言
目前CDMA技术已成为中国移动通信技术领域的新热点，CDMA网络优化技术是一个业界普遍承认的难题。CDMA网络优化正成为移动网络优化工程师关注的新方向。网络优化是对正在运行的网络进行参数采集、数据分析、找出影响网络运行质量的原因，通过采取相应的技术措施进行参数调整，使网络最优化、效益最大化。形成一个运行良好的完善的网络必须经过网络规划、建设优化的全过程。由于用户群分布的变化、地物的变化（新建筑、道路、植被等）、网络结构变化、技术进步、室内分布系统的电磁环境变化、突发事故等因素都要求运营商进行网络优化。因此，在网络运行以后，进行RF优化是确保网络高效运行的保证。
2．衡量优化的参数
我们如何来评估一个CDMA网络的优化结果呢？我们希望用数字来表示优化的结果，这样便于比较，也更直观。CDMA网络优化的标准衡量参数主要包括以下几个多数。
2．1 无线覆盖率
无线覆盖区域定义为平均接收功率值超过门限值的区域。在工程中，不能直接测试平均接收功率，因此下行覆盖测试常用区域内的主导频的Ec/Io来代替，上行链路测试用手机的发射功率来代替。这种代替是符合实际的，因为优化的最终结果是CDMA网络能不能支持用户打电话。对覆盖区域内进行系统测试，得到覆盖区域内各个地理位置上主导频的Ec/Io和手机的发射功率，用主导频的Ec/Io作为定义系统前向覆盖范围的标准，用手机的发射功事来衡量反向覆盖范围。
2．2 呼叫建立成功率
呼叫建立成功率是指在呼叫建立过程中，成功占用话音信道（TCH）的成功率。呼叫建立成功率通过呼叫建立过程综合考查系统的资源利用、设备运行状况、数据库配置情况以及无线覆盖质量。可以采用直接用手机拨打的方式来测试呼叫建立成功率，拨打次数不小于500次。
2．3 掉话率
无线系统掉话率主要用以间接评价CDMA网络的载干比性能、无线覆盖质量和数据库配置情况。无线系统掉话是指话音信道（TCH）上的掉话，应该侧重于移动环境下的拨打测试。
2．4 误帧率
误帧的产生主要源于无线传输过程中正常路径衰耗和各类快、慢衰落。误帧率直接用于CDMA前向功率控制，并可以直观地反映通话质量的好坏。
2．5 软切换比率
软切换是CDMA移动通信系统的基本特征。软切换率直接反映了系统资源利用的合理与否，并同时保证无线链路的可靠性。
3．优化工具
目前，优化工具主要由路测设备和网络优化辅助设计系统构成。优化工具和软件产品目前也很多，不过大多数还是外国产品，中国有少数厂家、大学也有部分优化软件问世，如北邮的NetStar。下面，我们从功能上介绍优化工具。路测工具，实时观察并记录路测过程中无线系统各项参数。主要功能为解码（Decode）、监视（Monitor）和记录（Record）。解码主要将IS95空中信令转化为可读模式加以记录。网络优化设计工具，主要功能为无线传播的预测与模拟，例如覆盖模拟、信号强度等；提供扩容规划的辅助依据；RF规划、PN规划、邻小区数据列表生成等，如NetPlan、CE4等软件。
4．优化的流程
CDMA网络射频优化流程如下图所示。先进行区域优化，然后再进行全域优化，全域优化时，有可能又要重新返回小区分组划分，重新进行小区分组后，基站个体测试可以省略，但在有切换发生的新的边界基站需要进行重新测试，测试项目可以适当地减少，以不影响优化为原则。

图1.RF射频优化流程图
CDMA网络射频优化的各个过程是相互制约的，没有上一过程的结果，就不能进行下一过程。在工程中，可能采用多个小组并行开展工作，进行各组的小区测试和调整，这样可以加快优化的进程，提高工作效率。
5．优化的阶段
CDMA网络射频优化过程包括了两个阶段：测试和优化。优化的前提是清楚认识网络目前的运行状况。小区分组测试就是在一定条件下，测试各种用于分析网络运行质量的参数。测试项目包括：频谱监测、基本的呼叫处理测试、空载导频测量、加载覆盖范围测试以及切换测试［1］。
5．1 频谱监测
对CDMA频带的上行链路和下行链路内的干扰进行监测，以检验带内频谱是否足够干净到保证CDMA系统的正常运行。必须保证CDMA链路带内及保护带内频谱是足够的，才能保证CDMA的空中接口的性能。即便是间断性的带内强干扰，也会著地损害CDMA射频性能［1］。在理论条件下的带内干扰是严格的，在实际工程中是不太可能实现的。无线电波的产生源是无处不在的，频率范围也很宽。因此，我们在监测时，要注意一些强度很高，很有规律的干扰频率成分，并做详细的记录。另外在此阶段还应在现场分析背景噪声的干扰程度。这个阶段提供的基准数据，用于优化反向控制开销门限以及拥塞检测算法。
5．2 基本的呼叫处理测试
这是最容易理解的阶段，测试通话的发起、终止、切换，以及这些基本电话功能的可操作性、通过这些测试了解基站的硬件、软件、配置和传输是否有误，保证基站工作是正常的，以免影响优化时的分析和判断。
5．3 空载导频测量
在做完上述二阶段后，我们需要对基站进行空载导频测量，即在系统话务量较小的状态下测量前向链路导频信道的覆盖范围。在工程中的一般作法是，开通分组内的所有基站的发射机，同时传送前向链路控制开销信道，如导频、同步、寻呼等信道，呼叫只有单个马尔可夫链式呼叫或称之为一个仿真的话音呼叫。测试的路线选择标准一般选择主要服务区域、主要的交通干道和商业区。空载导频测量结果可以很清楚地确定覆盖盲区、切换区域、以及多重导频的覆盖区域，这种结果的前提是业务量最小，这可以显示出轻载条件下RF设计的不足。轻载、重载测试中的覆盖范围可以和仿真软件在轻载、重载条件下的覆盖范围作出比较，为分析小区的收缩特性提供良好的判断依据。
此外，在空载覆盖范围测试时，有两种交互进行的优化测试是必不可少的。
●修正邻近小区分布列表并且调整基本的RF环境参数、发射功率、天线方位角、高度、下倾角甚至调换无线类型等，我们称之为粗调节测试。
●细调节切换门限、搜索窗口、控制开销信道发射功率以及接入参数，我们称为细调节测试。粗调节和细调节的目的在于解决现场测试小组从覆盖范围曲线或呼叫丢失机制的分析所得到的问题。
5．4 加载覆盖范围测试
空载测试后，要进行加载测试和移动测试，进一步对覆盖盲区和多重覆盖区进行确认，以便于在以后的优化过程中解决更困难的问题。在实际工程中，可以把空载测试和加载测试综合在一起，调整各参数后，一般就进行一次空载测试和加载测试，这样可以减少工作量，并能现场及时地解决一些问题。
5．5 切换测试
切换测试在上述第2到第4步中穿插进行，有切换发生区域，特别是小区边缘地带、两网交界处、两个不同MSC、BSC控制的小区交界处，话务密度极高区域等区域，都要进行切换测试。
在分组测试后，我们需要分析测试数据，结合优化目标进行系统范围的优化。CDMA网络中的所有小区测试完成后，激活所有小区，开始系统优化。首先解决小区覆盖的问题。使用与测试中的相同条件对问题路线上的区域进行移动测试，通过调整基站发射机的发射功率和小区相邻入口来调整覆盖问题，这是一个测试—调整—测试的交互过程。如果不能达到优化指标，就可能需要修改切换门限、搜索窗口大小或其他更为具体细微的参数。如果上述两步都不成功的话，应该考虑是需要搬迁基站和改变天线的安装高度。
6．优化措施
射频优化的实现主要是通过调整CDMA基站设备、天线、传输系统及BSC、MSC系统参数来实现的。从物理上理解，优化的过程是先单个基站后整个网络。
6．1 对基站个体的优化
由于各种原因，基站安装后的数据有可能与设计的数据不一致，因此，在基站安装完成后，我们需要对每一个基站的参数进行核查。
6．1．1 基站经纬度
基站经纬度直接关系到整个网络的基础结构，对区域覆盖、PN规划、邻小区参数配置和其他CDMA系统参数的设置将产生直接影响。因此，在基站开通前我们必须用GPS对基站经纬度进行核查，确保它与设计时相同。发现与设计不一致的地方，利用规划工具，检查此站址是否符合设计要求，若符合设计要求，则更改规划数据库。
6．1．2 系统间的互干扰
由于中国联通CDMA网络建设大多情况下，采取与GSM网络共站址的建设方案，绝大部分CDMA基站与GSM基站共站址建设，必然存在不同系统站点之间的互干扰，使接收机灵敏度降低、过载或出现互调干扰，井最终导致系统性能的下降。因此，如果系统间的互干扰已经影响了系统的正常运行，我们必须要考虑两种基站之间的天线隔离度。
6．1．3 分集接收天线间距
并采用空间分集接收天线，应考虑天线的空间间距能否满足要求。一般来说，水平方向的隔离度为20λ，垂直方向为15λ。在CDMA频带范围内，收发天线间间距在2～5米可以达到较理想效果，水平空间分集的性能较垂直空间分集好。
6．1．4 天线阻挡
由于数字地图数据库的非及时性和地形、地物模型的不准确，部分天线周围可能存在建筑物或树林阻挡，此时应该及时调整天线高度和倾角，及时更新规划数据库。
6．1．5 天线高度和方位角
验证天线高度和方位角是否与规划数据库一致，特别要留意天线有没有装反。
6．1．6 其他测试
以上参数校准后，我们需要开通基站进行频谱监测和简单的试呼功能，以检验频谱是否足够干净，每个基站的软硬件、配置和传输是否有误。
对基站个体确认后，便可进行下一阶段的区域优化
6．2 区域优化
在某特定区域的基站安装完成，并且保证所有BTS正确安装、校准，各种软硬件、配置和传输正确时，我们可以进行区域优化。区域划分要求是：
●这个区域应该有至少一个中心小区带有两层环绕小区，以提供足够的前向信道干扰并能在中心小区和第一层环绕小区附近产生实际的切换边界。
●不同区域之间大致需要一列重叠小区，以保证边界的连续性。
这个阶段的主要目标是优化中心小区的邻小区表、切换关系，确认本地覆盖范围。由于在这个阶段整个网络中的基站没有完全建立，可能大区域的干扰情况不够真实，此时FER／容量指标可能比较乐观，干扰情况也不真实，此时的优化只是暂时的，系统干扰在全域优化阶段才能真正的完成。
通过空载导频测量和加载覆盖范围测试可确定覆盖范围盲区、切换区域、多重导频覆盖区域、以及有负载情况下的小区收缩特性。在CDMA系统空中接口中，有许多关键参数的设置只有建议值，而具体的数值则要根据当地传播环境、负载情况等条件进行调整。
另外，在此阶段还需要考虑对系统容量的优化，尤其是在话务密度较高的区域和掉话投诉较高的区域，考虑系统的容量优化，可以很有效的降低建站成本，同时提高QOS。容量优化的措失在后序的优化方法中进行介绍。容量优化调进需要综合运用各种方法，调整发射功率、切换门限、增加载波、调整覆盖区域等。
6．3 常用优化方祛
针对RF覆盖的问题，通过选择合适的天线类型、调整天线的下倾角、修改基站的切换门限和调整搜索窗口参数的办法来实现覆盖的优化。前两种方法属于粗调，能在较大范围内改善无线覆盖的问题，后两种方法属于细调，对于小区内的局部调整，改善信号质量，避免互干扰，提高系统容量有较大作用。需要说明的是，综合使用这些方法才能更有效的优化网络，仅仅只采用某一种方法是不可能实现优化的。
6．3．1 天线类型
ldB无线性能的改善等于2dB系统性能的改善，3dB天线的改善等于1倍系统发射功率的改善及1倍系统接收功率的改善！［1］因此，天线类型的选择，对系统的改善较前面几个参数要明显。天线类型的选择需要考虑以下因素：
（l）、水平波束宽度考虑因素
一般用于CDMA系统上的水平波束宽度为33°、65°、85°和90°。对于三扇区站点，一般规定郊区和农村地区在3dB点水平波束宽度为85°。在密集的城市、市中心地区，天线的波束宽度选择65°比较好。
背靠背安装的双扇区站点一般沿农村地区的公路部署。65°通常用于郊区的公路。对于狭长的高速公路，需要使用33°天线。这是针对比较平直的公路而言的，对于山区的盘山路及多拐弯路，我们用直放站多点设置天线，天线水平波束宽度根据现场情况灵活选择。
（2）、前后比（front－to－back）考虑因素
水平模式的前后比一般在20dB到35dB之间变化。一般使用前后比最小为25dB的天线。
（3）、垂直波束宽度考虑因素
密集的城市，一般城市和市中心地区一般部署垂直波束宽度在7°～10°之间的天线。郊区和农村地区可使用垂直波束宽度在4°～7°之间的天线。
（4）、上旁瓣考虑因素
需要抑制主波束20°内的所有垂直旁瓣对于主波束至少19dB。
6．3．2 天线下倾角
机械下倾调节波瓣会产生失真，严重时会在主辐射方向上出现凹陷失真（大于15度）［1］，需要慎重考虑，最好使用系统仿真工具进行仿真分析。但另一方面，如果应用得好，在城区基站密集区域也可以利用主辐射方向上的凹陷失真，降低相邻基站之间的干扰，这也是优化过程中利用失真的例子。
电子下倾调节波瓣失真较小，能量进一步集中，减小同频干扰，无需机械下倾，美观、增强抗风能力，是使用较多的一种无线下倾角调节方法。工程人员可以根据需要现场调节。
6．3．3 切换门限
改变切换门限参数可以增加或减少切换区域所占的比例，它主要包括四个参数：T－ADD、T－DROP、T－TDROP、T－COM。
根据设计需要，要减少切换区大小，就需要提高T－ADD和T－DROP值。反之，如果要增加切换区大小，就需要降低T－ADD和T－DROP值。
6．3．4 搜索窗口
搜索窗口宽度可以决定移动台寻找导引信道信号所需要的时间。移动台搜索导频时使用3种不同的搜索窗口参数：
SRCH－WIN－A，用于搜索活动组织候选组中的导频；
SRCH－WIN－N，用于搜索邻近组中的导频；
SRCH－WIN－R，用于搜索剩余组中的导频。
6．3．5 开销信道发射功率
开销信道发射功率指的是导频信道功率、同步信道功率和寻呼信道功率。导频信道功率占总功率的大小直接影响前向小区半径的大小。要求增大CDMA网络覆盖半径时，可以考虑增大总发射功率，还可以考虑增大开销信道发射功率占总功率的百分比。仿真结果表明增大开销信道发射功率占总功率的百分比能更好地增大前向小区半径。
6．4 导频污染处理方法
当与最佳导频的Ec/Io值相差小于6dB的导频数量大于3个时，即确认产生导频污染。原因是CDMA手机中有3路解码，导频超过3个就定义为导频污染。多余的导频信号对有用的导频信号而言，不但没有好处，反而是一种干扰，增加了系统的背景噪声，会导致误帧率的上升，影响系统功能，甚至引起掉话。
解决导频污染问题，一般通过调整系统的多个参数来实现，解决思路是“增强有用导频，抑制污染导频”。不同原因造成的导频污染，要用不同的方法来解决。通过在工程实践，我们总结了以下方法，供大家参考。
6．4．1 导频问分析
在做导频处理之前，首先，应进行导频信号强度分析，测试到导频个数有几个，有多少有用导频，用Tadd为界进行划分。通过分析确认是否存在导频污染。其次，对存在导频污染的区域环境进行分析，是否越区覆盖？对有用导频信号较弱的小区分析是否存在覆盖空洞？再次，通过分析后制定解决方案，是增强有用导频，还是抑制污染导频，或避开高层建筑的阻挡，甚至调整基站的位置。在通过调整天线的方位角和下倾角均无法实现加强对某地点的覆盖，无法减少对某地点的导频污染或避开高层建筑的阻挡时，需要调整基站的位置来调整系统功能。增强导频和抑制污染导频的方法有很多，在工程中最易实现的主要有以下几种。
6．4．2 增强导频的方法
（1）增加某些扇区的导频功率，加强覆盖，可以将某些扇区的导频功率由1W增加到2W，或由2W增加到3W，但是不能增加太大，否则基站的功放模块会受损［3］。
（2）减少馈线损耗：换用低损耗馈线，重新设计馈线路径，减短所用馈线长度，以增加信号强度。
（3）调整天线的下倾角来加强对某地点的覆盖：更换天线，换用增益更高的天线；调整天线的方位角来加强对某地点的覆盖；移动天线位置：将天线升高，扩大覆盖范围。
（4）增加基姑：若需避免覆盖空洞，或需增加系统用户容量，就需要增加基站，但要避免导频污染。
6．4．3 抑制导频的方法
（l）减少某些扇区的导频功率，减少对某地点的导频污染，可以将某些用区的导频功率由2W减少到1W，或由3W减少到2W，导频功率如果太低就失去基站的作用了。
（2）降低天线高度，避免越区覆盖，减少导频污染，挪动天线位置，避开高层建筑的阻挡等。
（3）选用小增益天线，减少导频污染，避免越区覆盖。
（4）调整无线的下倾角来减少对某地点的导频污染，加强室内覆盖。
（5）覆盖重叠区过多，引起软件切换频繁，甚至导致导频污染的基站应该考虑删除，但要避免出现覆盖漏洞。
6．4．4 范例
XX市区用户密集地区，经常被用户投诉称经常出现掉话，该区域共有3个小区信号覆盖，软切换率按35％设计，话务量按0、023Erl设计，设计、安装符合规范要求。
经现场测试、分析发现该区域的覆盖重叠区域过多，用户切换频繁，占用系统容量过多，导致掉话。根据此情况，优化小组先调整天线的电子倾角，减少覆盖重叠区，然后进行测试。测试发现切换率明显下降，但发现有用户增多时，由于功率控制，有效覆盖区域收缩，出现了覆盖空白。优化小组根据收缩特性调整了发射功率和切换门限，解决了覆盖空白和切换频繁的问题。
从这一常见问题的优化范例中，我们可以得到结论：优化是一个循序渐进的过程，各个方法之间是相互制约、相互联系的，单一地采用某一种方法是不可取。以优化指标为目标，综合采用各种措施，简单、方便、快速地完成优化，这就是优化工作的原则。
7．全域优化
通过上一个阶段的优化后，系统中的盲区和切换区域基本确定，基站个体的问题已基本解决，开始进行系统优化。它是在一簇完整的站点中对天线和RF参数在更真实的环境中进行最后的优化，所有站点都使用OCNS（正交信道噪音源）仿真前向链路业务。对覆盖和切换有一个新的了解，同时，要解决系统范围的干扰问题。在全域优化时，需要考虑在哪些区域增加或减少基站，以实现覆盖指标，并完成软切换比率的配置。
全域优化的后期可以结合网络开通的运行状况进行，这样有利于更真实地进行现场优化，早曰开通网络可以减少运营商的损失。
全域优化后，邻小区和切换参数最终确定，硬件配置变化也定义完毕，网络准备进行验收测试。