农村无线接入系统掉话分析及优化

西红柿

摘要首先介绍了农村无线接入系统的特点，然后分析了掉话原因，并针对各种原因给出了优化方法。

  1、农村无线接入系统现状

  农村无线接入系统采用cdma2000 1x 450 MHz蜂窝技术，但不同于移动网络，具有自己的特点。

  （1）采用全向站宏覆盖模式，覆盖控制不灵活，底部噪声高

  基站各向覆盖半径一致，覆盖调整不灵活，上下行底部噪声高。上行底部噪声普遍在-110～-100 dBm，远高于cdma2000 1x系统的热噪声，热噪声在上行系统中的影响较小。下行公共信道功率占比达50%，而蜂窝移动系统的建议值为20%～30%，下行底部噪声高2～4 dB，功率容量紧张，容易出现过载。

  （2）话务负载严重不均，峰值容量极高

  农村用户移动范围不大，一般在一个基站覆盖区域内移动，基站话务量分布严重不均，话务量高的在几十Erl以上，话务量低的在1 Erl以下。同时，农村用户具有日出而做、日落而息的作息习惯，导致基站忙闲时段明显，忙时话务量峰值较高，最高接近基站理论极限容量61 Erl。

  （3）450 MHz频段属开放频段，干扰严重，解决困难

  450 MHz频段属开放频段，在此频段内存在大量调频广播差转电台、450 MHz民用ETS窄带通信、军事通信、对讲通信等干扰系统，都是窄带通信系统，发射功率达几十至百瓦级，致使农村无线接入系统的宽谱干扰功率提高了10～20 dB，底部噪声抬升-90～-70 dBm。采用抑制干扰源强度的方法解决带内干扰，要求窄带干扰系统滤波器的带外抑制度为30～50 dB，难度较大，因此，农村无线接入系统是带内外干扰共存的系统，基站电磁环境较差。

  （4）基站供电保障差，雷害严重

  农村无线接入系统基站普遍建在欠发达地区，供电得不到保障，电压不稳。低压搭火点至基站供电线路损耗较大，供电系统带载能力差。基站雷害严重，由于输电线、光缆加强芯的感应效应导致的雷害严重。基站运行条件较差，经常因停电、雷击、机房温度过高、8 Mbit/s光端机故障、光缆线路故障等原因掉站。因到达基站困难，故障修复时间较长。

  以上特点导致农村无线接入系统掉话严重，服务质量、QoS相对较差，需要着重解决掉话问题。

  2、负荷波动引起的掉话及优化方法

  负荷波动是农村无线接入系统掉话的主要原因，也是最隐蔽的原因。表现为呼吸效应严重，忙时小区边缘用户呼叫困难，已呼叫成功的用户容易掉话。随着小区内通话用户的增加，用户信号对基站的干扰增加，基站信号对用户的干扰也在增加，引起上下行底部噪声抬升。一般呼吸效应幅度控制在3 dB以内，与软切换增益抵消，以保证网络覆盖稳定，不受话务负荷波动影响，但是农村无线接入系统因用户分布相对集中、基站话务量变化大、建设资金紧张、基站覆盖半径大等客观因素，呼吸效应幅度大于3 dB，网络覆盖极不稳定。通过对网管RSSI、发射功率的忙闲时对照统计得出，上行呼吸效应重于下行，平原、丘陵地区上行呼吸效应幅度为6～13 dB，山区上行呼吸效应幅度为3～6 dB，平原、丘陵、山区下行呼吸效应幅度达3～6 dB。农村无线接入系统的呼吸效应主要影响上行部分，特别是平原、丘陵地区的基站，这是由其传播空间开阔、传播损耗小的传播模型决定的。邻小区干扰大，周围相邻小区用户对基站的干扰幅度高达13 dB，上行负荷高达95%，因此，平原、丘陵地区高用户数基站连片覆盖区域，掉话严重，需重点优化。建议平原、丘陵地区基站含切换标称容量为25～30 Erl，山区基站含切换标称容量为30～35 Erl，超出建议扩容。

  解决负荷波动引起的掉话问题，有以下几种方法。

  （1）适当增大激活集搜索窗宽度，降低软切换要求门限

  适当增大激活集搜索窗宽度，使更多区域能够满足发生软切换的时间要求。在两基站覆盖重叠区域内发生软切换要求-Wa/2≤Db-Dc≤Wa/2（Db、Dc为终端到基站b、c的距离；Wa为激活集搜索窗宽度；基站c是归属基站，与基站b软切换），否则会因激活集搜索窗过小无法搜索到基站b的信号，而不能加入激活集发生软切换。适当降低软切换要求门限，使更多区域能满足发生软切换的Ec/Io门限要求，提高软切换比例，使终端在更多的通话时间上使用软切换，降低终端发射功率。

  降低终端发射功率会产生2个有益作用：第一，终端有更多功率满足通信需要，可以抵抗更强干扰和更远空间距离延伸；第二，也是最关键、最重要的，就是降低覆盖区域的上行底部噪声，特别是平原、丘陵地区。为便于分析，假设用户软切换分支为2分支，每分支发射功率相等，用户没有软切换时终端发射功率为2单位，软切换增益为3 dB，则软切换时每分支发射功率降为1单位，用户归属基站为c基站，和b基站发生软切换。用户不发生软切换时，终端发射信号对用户而言是信号，对基站c而言是干扰，强度为2单位，对基站b的干扰也是2单位，但不占用基站b的沃尔什码资源；用户发生软切换时，终端发射信号对用户而言是信号，对基站c而言是干扰，强度为1单位，对基站b的干扰也是1单位，但占用基站b的沃尔什码资源。可见，用户对邻站的干扰由2单位降低到1单位，用户对本站c的干扰由2单位降低到1单位。基站c的总干扰是本站干扰和邻站干扰的总和，由4单位降低到2单位，底部噪声改善3 dB。底部噪声改善后可以进一步降低终端发射功率，从而进一步改善底部噪声，循环叠代，底部噪声改善将超过3 dB，加上软切换合成增益3 dB，改善幅度将超过6 dB。实际改善情况由各小区用户数、分布位置决定的叠加关系决定。

  （2）使用S1/0.5/0.5功分站，空间上分割上下行负荷

  S1/0.5/0.5功分站是二载波三扇区站型，空间上，上下行负荷被一分为二，由双倍收信机和功放物理上分割上下行负荷，上下行负荷降低。在低负荷状态时，定向天线增益优势显现，进一步改善掉话。

  （3）使用OTSR基站，空间上分割上行负荷

  OTSR基站与S1/0.5/0.5功分站降低负荷的原理一样，但仅在上行部分由双倍收信机物理上分割负荷，下行负荷不变，可降低站型改造成本。OTSR站型改造中还需对基带部分的无线资源管理算法进行调整，需要设备厂商的软件升级支撑。

  3、过覆盖、欠覆盖引起的掉话及优化方法

  农村无线接入系统使用cdma2000 1X 450 MHz系统，基站站址地势较高，覆盖半径一般为3～7 km，个别高山基站覆盖半径达60 km。在平原、丘陵地区，高山基站过覆盖区域较多，导频污染、无主导频现象严重。这些区域信号强度比较好，但上下行Ec/Io较差，上下行覆盖不平衡，表现为终端显示有强信号，容易掉话。在山区，电波被大山阻挡致使欠覆盖区域较多，这些区域不仅信号强度差，而且上、下行Ec/Io也差。过覆盖、欠覆盖都会导致上行Ec/Io差而引起掉话，可采取以下方法解决。

  （1）使用功分站控制过覆盖区域，降低上下行干扰。常用功分站有S0.3/0.3/0.3、S0.15/0.15/0.15/0.15/0.15/0.15两种。通过灵活控制各扇区下行覆盖区域，按需要改变覆盖图形，均衡小区边缘用户的小区选择，提高接入的质量。通过收缩覆盖区域提高小区内用户的品质，同时增大天线俯仰角，间接降低邻小区用户的干扰，改善上行Ec/Io，改善掉话。本方法适用于过覆盖的情况。

  （2）后台相关无线参数与实际运营环境相匹配。调整后台相关无线参数一般可以增强软切换增益和增大软切换发生的概率，增大软切换比例，获得真实覆盖Ec/Io的增强。这些参数包括基站接收机的软切换最大Finger数、邻区参数、搜索窗参数、软切换门限等。本方法适用于过覆盖、欠覆盖所有情况。

  （3）使用覆盖增强技术，特别是上行覆盖增强技术。下行覆盖增强直接将公共信道功率、TCH业务信道最大发射功率增大即可。上行覆盖增强除增大软切换增益、增大软切换比例、使用S1/0.5/0.5功分站和OTSR基站外，还有多天线接收分集、直放站、利用OTSR原理实现的四分集接收等技术。本方法适用于欠覆盖情况。

  （4）使用用户室外定向天线。农村无线接入系统的终端是固话机样式，携带不方便，适于安装用户室外定向天线，其定向增益为11 dBi，上行信号能利用其高增益特性，增强终端等效最大发射功率，下行信号不是利用其高增益特性，而是利用其方向性减弱基站下行干扰改善欠覆盖情况。但一个小区内用户室外定向天线不能太多，否则会引起上行高负荷时底部噪声过大，非定向天线用户性能下降更多易掉话。本方法适用于欠覆盖情况。

  4、外系统窄带干扰引起的掉话及优化方法

  cdma2000 1x系统频谱强度低，一般闲时低于-110 dBm，忙时低于-100 dBm。传统频谱仪因热噪声高，接收灵敏度不够，捕捉、显示信号困难。即使使用高灵敏度频谱仪，弱干扰信号被淹没在信号频谱中无法发现，强干扰信号凸显在信号频谱中，改变信号频谱图案，因正常信号频谱图案本身无明显规则，故无法肯定是否有干扰信号存在，只有干扰信号特强，严重改变频谱图案时才能肯定判断干扰的存在。所以，采用频谱仪不适宜判测CDMA信号的干扰，判测时变干扰更困难。

  建议采用网管的RSSI实时监测cdma2000 1x干扰，根据监测值估算窄带干扰强度。干扰对边缘用户影响较大，容易引发掉话现象。一般窄带干扰信号强度不够闭塞宽带CDMA基站，-70 dBm以上的强干扰信号可以闭塞边缘用户，此时，用户有强信号显示，但无法建立呼叫。解决窄带干扰建议先打开自适应陷波器抵消干扰，如不够可更换能抵抗更大深度的自适应陷波器板，如还不够，直接改频错频避开。不建议使用定位干扰源，抑制干扰源强度的方法解决，这种方法解决周期太长，干扰抑制度太大，协调难，往往无法实现。

  5、基站运行条件不能保障引起的掉话及优化方法

  农村地区基站供电往往不能保障，在电能供给紧张的冬春季经常拉闸限电致使基站掉站。掉站会使基站原配置的邻区关系发生变化，影响软切换的成功建立，造成掉话。掉电的瞬间往往引起在用用户掉话。基站供电不稳，基站时掉时连，造成频繁掉话。基站普遍建在制高点，供电线路较长，地阻普遍偏高，直击雷经常击坏GPS天线，造成基站不同步，影响软切换的建立而掉话；电源线、光缆加强芯的感应电流击毁电源设备、光传输设备，基站无电、无传输而掉话。

  保障基站运行条件应从维护管理和技术保障两2方面入手。

  （1）建立基站集中监控系统和协管员协助维护体系。通过集中监控系统第一时间得知基站停电信息和直流电压变化情况，确定是否采用油机发电，通过协管员协助维护，加快基站故障响应速度，减少基站故障修复时间，通过维护流程、制度和办法的建立使基站维护工作在科学分析、经验积累的基础上流程化、制度化、简单化。

  （2）加强基站经济型综合防雷改造，降低基站被雷击概率。通过避雷器、自动重合闸联合使用或三级浪涌抑制器避雷模式，光缆加强芯避雷处理，降低电源线感应雷和光缆加强芯感应雷的发生频率和强度，以免击坏、击伤基站设备。降低GPS天线高度从而降低GPS被击中的概率。