WCDMA基站和直放站混合组网研究

在WCDMA网络建设初期，使用射频直放站（信号源为无线耦合得到的宏蜂窝基站信号）可以降低投资，将基站覆盖范围有效地扩散出去，填充覆盖空洞，提高网络服务质量。但是，直放站在将信号放大的同时，也引入了噪声，使得基站接收灵敏度降低，这对于同频自干扰的WCDMA系统来说，会明显影响基站的覆盖范围和容量。直放站的引入还可能产生导频污染和其他干扰，恶化整网的性能。下面从网络覆盖、网络容量以及网络质量3个方面，分析在WCDMA网络中射频直放站的应用。

    对网络覆盖的影响

    覆盖链路分析

    下行施主链路信号强度预算

    从图1可以看出，对于通过直放站接入系统的用户来说，施主链路只是提供稳定信号的传输通路。因此，设计原则是施主基站必须处在直放站的视距范围内，保证基站发射信号到达直放站输入前端的电平强度大于-65dBm。工程上施主链路的路径损耗一般用自由空间传播公式来计算：PL=32.4+20lgD+20lgF

图1　直放站应用示意图

    其中，PL为传播路径损耗（Pathloss），单位为dB；D为小区半径，单位为m；F为系统工作频点，单位为Hz。选用测试场景进行理论计算：频点为2137.4MHz，施主链路距离为1.746km，基站馈线损耗为3dB，直放站馈线损耗为3dB，基站天线增益为11dBi，直放站施主天线增益为18dBi，计算得到允许的路径损耗为81dBm。施主基站的导频发射功率2W（33dBm），得到直放站的理论导频接收强度为-48dBm，与实测值-49.6dBm基本接近。所以，如果以-65dBm为接收门限，则基站与直放站的间距可达13km。

    直放站下行覆盖链路预算

    采用0kumura_Hata模型来分析WCDMA系统的无线传播：PL=69.55+26.16lgF-13.82lgH+（44.9-6.55lgH）×lgD-C（F）

    其中，PL为传播路径损耗，单位为dB；F为系统工作频点，单位为Hz；D为小区半径，单位为m；H为基站天线高度，单位为m；C（F）为地物校正因子，一般取值：代入模型后，得到

　　以CS64k业务为例，基站侧接收灵敏度为115.3dBm，假定90%地区覆盖，慢衰落储备为5.6dB，网络负荷为50%，干扰储备为3dB，软切换增益为5dB，汽车穿透损耗为8dB，直放站天线增益为18dBi，馈线损耗为3dB，直放站总输出功率为20W，控制信道为5.2W，话务信道可用功率为14.8W，则每信道平均发射功率为14.8W/6=2.47W=33.9dBm，则PL=33.9-5.6-3+5-8+18-3+115.3=152.6dBm通过计算得到：城市D=3km；郊区D=6.8km；农村D=25.6km。

    直放站上行覆盖链路预算

    同样以CS64k业务为例，慢衰落储备为5.6dB，干扰储备为3dB，软切换增益为5dB，汽车穿透损耗为8dB，直放站天线增益为18dBi，馈线损耗为3dB，终端发射功率为24dBm，直放站侧接收灵敏度为-112.1dBm，则PL=24-5.6-3+5-8+18-3+112.1=139.5dB通过计算得到：城市D=1.3km；郊区D=2.9km；农村D=10.9km。

    覆盖链路测试

    在与施主基站有1.746km视距处安装射频直放站，在开启与关闭直放站情况下进行覆盖范围的测试。

    从图2来看，直放站的引入使得施主基站的CPICH径向覆盖距离从1.6km提升到3km左右。本次测试区域应归类于“城市”这一地物类型，表1的测试数据说明直放站延伸了AMR和PS128k两种业务的覆盖范围，但与理论值（1km左右）还存在差异，这主要是因为直放站的重发天线使用了三扇区的基站天馈，引入4.7dB的功率损耗（使用了一个3功分器），同时所用的天馈高度也较低，测试信号受到了高架道路的阻挡。若能排除这两个因素的影响，实际的测试值可以达到上行链路覆盖的理论值。

图2　施主基站某一径向CPICH Ec示意图  

    通过覆盖测试论证了“直放站的引入能够延伸无线信号，解决了覆盖空洞问题”，这也是直放站最基本的功能。
对网络容量的影响

    在容量测试中设置3种场景，如图3所示。

表1　直放站径向延伸业务覆盖距离

    基站上行干扰

    场景一与场景三比较，当两者容量均达到测试极限值时，后者的RTWP（Received Total Wideband Power）值比前者高出3.6dB；场景一与场景二比较，当两者均接入10部CS64k终端时，后者的RTWP值比前者高出4.3dB。可见，直放站的引入将抬升施主基站的上行接收电平值，从而直接影响了施主基站的上行链路容量。如果基站和直放站接入用户比例不当（直放站接入用户过多），基站的RTWP值极容易达到96dBm的门限值，出现系统容量受限于上行链路的情形，而这种情况的发生，对于系统容量普遍受限于下行发射功率的WCDMA网络来说得不偿失。在3个场景的测试中，当RTWP抬升3dB时，系统接入终端数分别为：12部CS64k终端加上6部AMR终端、12部CS64k终端、10部CS64k终端。因此，直放站对上行链路容量的影响是显而易见的。

    基站下行功率

    在场景三测试中，当系统接入10部CS64k终端时，终端的Ec/Io严重恶化，导致施主基站和直放站的下行功率均达到极限，如图4所示。

图3　容量测试场景

图4　不同场景下UE Ec/Io测量值

    容量测试验证了“直放站不会给系统带来额外的容量，相反会因为使用不当而降低系统的容量”。因此，建议直放站只在话务密度低的区域使用。但在网络建设初期，由于整网的话务量较低，此时可以通过直放站的使用实现“系统容量搬移”。

    对网络质量的影响

    通过单用户链路性能、业务拨打成功率与业务建立时间、软切换性能3项测试来评估直放站对网络质量的影响。从测试结果看，“直放站的引入，对网络性能指标影响不大”。因此，从网络质量角度来看，在WCDMA网络中可以使用射频直放站。

    结论

    根据外场测试情况，可得出如下结论：

    第一，在WCDMA网络中可以使用射频直放站，但必须慎用。

    第二，重视网络规划并加强网络优化。

    第三，建网初期，在话务量较少且增长缓慢地区，可以使用一定数量的射频直放站来缩短网络建设周期。但在后期，应尽量拆除以保证全网质量。

    第四，在网络发展期，可依据对PHS网络话务量的分析，以及对WCDMA业务量增长的判断，考虑在移动业务量保持相对稳定且较低的区域，适当长期使用光纤直放站（尽量避免使用射频直放站）。但必须控制光纤直放站与基站的比例。

    总之，基站和直放站的混合组网，一方面将给运营商带来一定的经济利益，另一方面也会对网络规划与优化提出更高的要求。