CDMA直放站引入噪聲的分析及對策

2019-11-03 09:14:11

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供稿：網友

熊猛

　　隨著移動通信業務的迅速普及，移動通信運營商及設備供應商采取多種措施提高系統的容量和業務種類，以滿足日益增長的市場需求。中國聯通在CDMA網絡的建設和運營初期，由于各方面條件的限制，不可能一次性建設很多的基站，基站數量的不足將造成信號覆蓋的不完善，影響網絡服務質量，最終將影響投資回報。為此聯通新時空的CDMA網絡在運營初期采取低容量、大覆蓋無線網絡布局的主導思想，直放站以其獨特的優勢成為網絡不可分割的一部分，在網絡建設中發揮著重要作用。

　　如何建設好CDMA網絡是一個復雜的課題。本文僅就CDMA直放站的噪聲對系統的影響做出分析，并提出相應的對策。

一、CDMA直放站引入噪聲分析

　　直放站作為一個有源的雙向放大設備，在放大有用信號的同時，必然會引入一定的噪聲，即使在沒有任何輸入信號的情況下，也會發射雜散信號，相當于一個帶內干擾源。更何況CDMA系統是一個自干擾系統，系統容量和服務質量與多用戶干擾緊密相關，因此系統總是希望直放站引入的干擾越小越好，而實際設備的噪聲系數不可能為0，在設備規范中對噪聲系數的要求是小于5dB，因此，在以下的分析中，噪聲系數取最大極限值5dB參與計算。

　　1．前向鏈路的噪聲分析

　　無論是光纖傳輸直放站還是無線直放站，前向鏈路信號的信噪比都很高，噪聲電平遠遠低于高斯環境噪聲，有用信號電平遠遠高于高斯環境噪聲，經過直放站放大后，信號的信噪比仍然較好，基本上不會影響系統。

以無線直放站為例：按照設備工作條件，到達直放站的前向信號強度大于－80dBm，高斯環境噪聲電平是－113dBm，時信噪比是(S/N)in=33dB，直放站的噪聲系數是5dB，則經放大后信號的信噪比(S/N)output=33－5＝28dB，遠遠滿足Ec/No>－14的要求，因此在實際應用中對于前向鏈路可以不考慮直放站的影響。

　　2．反向鏈路的噪聲分析

　?。?）反向鏈路噪聲對基站熱噪聲的影響

　　由于直放站本身存在的熱噪聲，反向鏈路信號在放大過程被疊加了熱噪聲，從而會造成施主基站噪聲電平的提高，降低施主基站接收機的靈敏度。

　　假設直放站反向鏈路的噪聲系數為 Frep-rev，直放站反向鏈路的增益為Grep-rev，環境溫度T＝290K，直放站產生的熱噪聲功率譜密度為Nrep，則：Nrep＝10lg(KT)＋Frep-rev

　　熱噪聲經放大后通過空間鏈路進入基站接收機，在基站接收機處產生的噪聲功率譜密度定義為Ni，則：

　　Ni＝10lg(KT)+Frep-rev+Grep-rev－Lrep+Grep-ant－Lpath＋Gbts-ant－Lbts

　　其中：Lrep為直放站施主端饋線的損耗，Grep-ant為直放站施主天線的增益，Lpath為施主基站和直放站之間的空中損耗，Gbts-ant為基站前向天線的增益，Lbts為基站發射機與前向天線間饋線的損耗。

　　對于具體的工程而言，Ni只與Grep-rev有關，其余的參數均是固定的常量，由此可見，直放站增益的大小直接關系到施主基站噪聲電平的大小。（因為CDMA系統一個載頻的帶寬通常取為1.23MHz，則基站噪聲電平與噪聲功率譜密度是固定的對應關系。）

　　為了衡量基站接收機噪聲電平在系統引入直放站后的變化，定義噪聲注入裕量NIM（Noise Injection Margin）：

NIM＝10lg(Pbts/PRep) 其中：Pbts為基站接收機自身噪聲電平，以絕對值（dBw）表示。

　　Prep為直放站在施主基站接收機處產生的等效噪聲電平，以絕對值（dBw）表示。

　　為了便于比較，定義施主基站接收機輸入端熱噪聲的增加量ROT（Rise Over Thermal）：　　ROT＝10lg((Pbts+Prep)/Pbts)＝10lg(1+10 )

　　從以上的公式和關系曲線可以看出，基站接收機輸入端熱噪聲的增加量ROT決定了直放站反向鏈路對施主基站反向鏈路的影響，即NIM值越大，則直放站在施主基站接收端引起的噪聲增加量ROT越小，反之則越大。而NIM直接取決于直放站反向鏈路增益Grep-rev，若Grep-rev值越大，則NIM越小，導致ROT增大，使得施主基站接收靈敏度降低，并且使處于基站覆蓋區邊緣的用戶會發生單通、話音質量下降以及掉話等情況。若Grep-rev值越小，則NIM越大，此時ROT增加不大，對施主基站接收靈敏度無明顯影響，但直放站的覆蓋范圍會很小。綜合考慮基站接收機接收靈敏度、基站覆蓋范圍和直放站覆蓋范圍這三個因素，在實際應用中可以通過調整直放站反向鏈路增益來達到最優化的目的。

　　在實際應用中，必須對噪聲注入裕量NIM和基站噪聲的增加量ROT的進行折中考慮。通過大量的參考資料和計算分析，一般在高速公路、郊區、鄉村等應用場合，需要直放站覆蓋的距離比較遠，取NIM＝0dB，這時ROT＝3dB，而室內覆蓋等場合，可以適當取大NIM，在滿足應用的前提下盡量減小ROT對系統的影響。

　?。?）反向鏈路噪聲對直放站覆蓋區的影響

　　直放站與施主基站通過無線的方式連接，可以等效為串聯放大器。對處于直放站覆蓋區域的用戶的影響可以用串聯等效噪聲系數來分析，原來用于計算基站反向鏈路功率預算的基站接收機噪聲系數被串聯等效噪聲系數取代。若串聯等效噪聲系數增大，則直放站覆蓋區的反向功率預算減少，會使覆蓋范圍減小。

　?。?）直放站反向鏈路噪聲與系統容量的關系

　　從CDMA系統的體制可以知道，決定小區容量的是多用戶干擾MAI，圖3表示了基站接收機收到信號的成分。

　　從圖（a）可知，當一定數量的用戶成功接入到系統中后，此時若再有用戶嘗試接入，在CDMA功率控制的作用下，可能會出現無論怎樣增加發射功率都無法克服干擾的情況，導致用戶無法接入到系統中，此時系統容量達到極限。從圖（b）中可知，直放站本身熱噪聲引起的注入噪聲屬于靜態噪聲，與環境干擾類似，它僅僅抬高了基站接收機的噪聲電平，在CDMA功率控制的作用下，可能需要移動臺加大發射功率，引起上行覆蓋半徑減小，即直放站的熱噪聲不對系統容量產生影響。

　　通過以上分析，我們知道直放站反向鏈路的增益直接決定了直放站對系統的影響，那么如何設置直放站的增益呢？關鍵是對噪聲注入裕量NIM和基站噪聲的增加量ROT的折中考慮。

二、減少直放站引入噪聲對系統影響的方法

　　在工程應用中，我們可以通過測量和計算來合理設置反向鏈路增益，以達到優化網絡的目的。

　　1．首先測試直放站施主天線與基站接收機口的純路徑損耗，記為PL，其次根據以上的噪聲分析計算直放站反向鏈路增益Grep－rev。設施主基站最大允許的噪聲容限為M，則：Grep－rev＝PL＋Fbts－Frep－M 其中Fbts為基站接收機的噪聲系數。

　　2．在局方工作人員的大力配合下，還可以通過利用基站后臺統計的接收機噪聲電平來合理設置直放站反向鏈路增益Grep－rev的方法：在沒有安裝直放站以前，通過長期統計，得出凌晨用戶極少時基站噪聲電平P1，安裝直放站后，不斷調整直放站反向鏈路增益Grep－rev，繼續統計，得出凌晨用戶極少時基站噪聲電平P2，設工程規劃和方案設計中的基站噪聲的增加量為ROT，則P2＝P1+ROT時的增益即是最佳值。

　　以上分析了直放站的噪聲對系統的影響并提出了相應的對策，由于CDMA系統是相當復雜的，需要考慮的因素和參數很多，對其它方面的分析可參考相關文章，本文則不加贅述。

----《通信世界》