广西北部湾海面覆盖优化

本文通过对广西北部湾CDMA系统海面覆盖现状进行分析，总结目前北部湾海面覆盖存在的问题，进而结合各种影响海面覆盖效果的关键因素，提出北部湾CDMA系统海面覆盖问题的解决思路，以实现广西北部湾海面CDMA系统的高质量、无缝隙覆盖。

    广西北部湾经济区由南宁、北海、钦州、防城港四市所辖行政区域组成，沿海分别为钦州、防城港、北海三个地市。随着北部湾经济区的快速发展，渔民及海洋作业人员的活动区域在不断扩大，对北部湾海面的通信要求也在不断提高。由于海面只能通过岸上的基站来覆盖，而CDMA与GSM技术相比，在相同环境下，信号传播距离明显优于GSM系统，因此海洋是一个可以充分发挥CDMA技术特长的战场。通过对现有北部湾海面覆盖的优化，为游客、渔民及海洋作业人员等提供满意的通信服务，对中国电信广西分公司而言是一项具有重大战略意义的工作。

海面覆盖的特点与难点
海面覆盖的特点

• 容量要求低、覆盖距离要求尽量远；
• 话务量较少，覆盖面广，无线传播环境好；
• 控制小区间的干扰困难。

    因此，在进行广西北部湾CDMA网络海面覆盖的建设时，既要实现无缝覆盖，又要将干扰控制在可以接受的水平。

海面覆盖的难点 

• 一般而言，普通基站的海面覆盖距离仅30km左右，所以距海30~70公里的大部分区域都没有信号覆盖；海面不能像在陆地上那样建设更多的基站，覆盖相对困难；
• 沿海基站不断增多，导致海面导频污染现象严重，最终造成通信质量恶化；
• 根据海洋覆盖模型，通过链路预算，在广覆盖的情况下，由于用户数较少，话务量也较低，此时小区一般是反向覆盖受限；随着用户数的增加，小区从反向受限逐步变成前向功率受限；海面广覆盖尤其应注意前反向链路平衡。

广西北部湾海面覆盖现状及存在问题分析

    目前北部湾海面正在实施海洋安全生产救助项目，用户总量达8050个，使用业务有普通语音、定位、短信等。本工程覆盖目标为渔业作业区，因此需尽可能地提升海面覆盖基站的覆盖范围。

CDMA网络前向覆盖现状及问题分析

    广西北部湾航道、渔业作业区和油田作业区的覆盖现状如图1所示。

 图1 北部湾航道、渔业作业区和油田作业区覆盖现状

    CDMA网络已经覆盖了主要渔业作业区和油田作业区，从涠洲岛到防城港白龙方向都能连续覆盖，北海到涠洲岛航线也覆盖良好。

    各网络覆盖情况如表1所示。

    表1 北部湾海域各网络覆盖情况

     可以看出，CDMA网络的覆盖距离更远，覆盖率最高。

     由于设备性能限制，尤其是基站设备前向发射功率限制，仍有一部分海域覆盖空洞区存在，且部分海域覆盖面未达到50km。前向覆盖功率受限可以通过增加功放或更换更高功率、更大增益的天线来解决。
另一方面，在无功率限制因素下，基站可能覆盖到的最大距离受限于天线挂高。广西北部湾沿岸平坦，海拔高度低，无法找到合适高度的站点用于海面广覆盖亦是前向覆盖不足的一个原因。

CDMA网络反向覆盖现状及问题分析

    北部湾海面反向覆盖现状如图2所示。Tx_power小于20dBm的为88.7%，相对较好，相比前向Rx_power只有67.26%的覆盖率，说明当前海面覆盖主要问题是前向覆盖不足。

 图2 北部湾海面反向覆盖现状（Tx_power）

CDMA系统容量分析

前向功率及容量分析

    从理论计算结果来看，在小区激活用户为30个的情况下，所需发射功率为10.2W，当小区用户达到35时，所需基站发射功率将大幅提高到69.42W。因此建议单小区内的激活用户数最好不要超过32个，对应话务量为26.75Erl（5%呼损）。

    根据前向功率计算可知，如果需要基站覆盖更大的范围，必须提高前向发射功率，根据经验提高30%的覆盖需要增加1倍的发射功率；同时系统用户数的增加也会对基站的发射功率有影响，当用户到达一定程度时，再增加1个用户，所需功率会大幅提高，因此需要合理控制基站所带的用户规模。此外，基站的前向发射功率还与基站所提供的业务类型相关，不同的业务类型，业务信道解调门限要求以及链路净损耗不同，也会对基站的发射功率有一定影响。

反向容量分析

    CDMA是反向受限系统。前向链路是一对多的通信，而反向链路是多对一的通信，同时，前向链路的各个信道是同步的，而且还有公共导频信道，所以前向链路的容量要大于反向链路的容量。

    当系统负荷为50%时，反向容量是24个信道，阻塞率为5%时，对应的系统容量为19.03Erl；系统负荷为75%时，反向容量为35个信道，阻塞率为5％，对应的系统容量为29.67Erl。

业务需求

    北部湾主要海面覆盖基站的1X载扇的话务量及渔信e通放号后的预测话务量如表2所示。

    表2 北部湾海面预测话务量

广西海面覆盖CDMA网络优化措施

    广西电信网络优化中心针对北部湾海面弱覆盖及导频污染现象，进行了专项优化。对于弱覆盖，通过优化现网基站远距离覆盖能力的方法来解决；通过加强网络优化，并设立海面覆盖专用频点，减少导频污染。

优化主海面覆盖基站，使其具备远距离覆盖能力

    在现网海面覆盖基站已经形成规模布局的情况下，如果新增基站覆盖，尤其是针对海面的超远覆盖基站，极易破坏现网的网络平衡，引起海面覆盖基站大规模的调整。另一方面，广西海岸线海拔高度低，无法找到合适高度的站点用于海面广覆盖。

    根据目标区域分布，结合广西沿海基站现状，选取北海冠头岭、北海涠洲岛、防城港白龙3个站点作为海面广覆盖主要基站。

• 措施一：主海面覆盖基站更换高增益天线
      根据覆盖目标区域分布，将北海冠头岭、北海涠洲岛、防城港白龙3个站点更换为高增益、窄水平半功率角的65°定向天线。
  
• 措施二：改为分布式基站，RRU上塔
      北海涠洲岛基站塔高80m，此前采用7/8馈线，馈线长近100m，馈线损耗约为5.4dB。工程优化中将该站点主设备替换为BBU+RRU室外塔平台方式安装，馈线损耗减少4.4dB，基站海面覆盖半径增大约40%。
  
• 措施三：调整基站发射功率改善前向覆盖
      加大基站发射功率，建议单载波基站仍采用60W的RRU，双载波、三载波基站可根据话务情况更换为80W。
  
• 措施四：增加基站、塔顶放大器以分别改善前反向覆盖
      在北海涠洲岛基站、北海冠头岭、防城港白龙等基站天线端增加基站放大器、塔顶放大器以改善前反向覆盖。
  
•  措施五：RRU射频并接
      中兴通讯SDR基站可以通过RRU并接方式扩展射频资源，即一个扇区配置2个RRU，从而提高单载波的前向容量和功率。通过配合大功率软件，单载波输出功率提高20W~60W。
  
• 措施六：试点超导链路技术
    2009年3月，广西电信对超导链路技术在海面覆盖的应用开展试验。试验证明采用超导链路可以明显地改善反向链路的覆盖范围和通信质量，相比较塔顶放大器而言，超导滤波器能更好地改善海面覆盖反向链路质量。
  
•  措施七：采用2T4R多天线技术
      通俗地讲，多天线系统就是收发双方都采用多根天线进行收发。通过适当的发射信号形式和接收机设计，多天线技术可以在不显著增加无线通信系统成本的同时，提高系统容量和覆盖距离。从技术上讲，采用多天线技术后，可获得下列增益： 功率增益、阵列增益、空间分集增益、干扰抑制增益、空间复用增益。

控制越区覆盖，减少导频污染

    对广西北部湾海域，CDMA海面覆盖无线通信发展还存在另一个制约因素，即越区覆盖导致的导频污染。针对导频污染的优化措施如下。

•  沿海基站改造为定向基站
      广西北部湾沿海部分全向基站用于覆盖海岸，由于海岸地势平坦，信号覆盖范围难以控制。将部分海面信号影响较大的全向基站改造为定向基站，将其信号覆盖范围控制在内陆，以减少海面导频污染。
  
• 调整天馈设置
     对沿海87面天线下倾角、方位角进行调整优化，通过压制干扰信号，控制干扰信号在海面的传播范围，减少干扰。
  
• 设置海面覆盖专用频点
     通过以上优化方法，确实能从一定程度上改善海面覆盖导频污染现象，但要从根本上解决问题比较困难。既然导频污染主要发生于同频信号之间，那么，为海面覆盖设立专用的频点，就能从根本上避免导频污染的出现。
      目前CDMA总共有7个频点可用，目前钦防北海面覆盖1X网络均启用283频点，另外预留37号频点用于1X增强型网络，那么完全可以找出一个专用的频点覆盖海面，其余的4个频点用于保证充足的网络容量。
      在优化工程中，广西北部湾海域采用异频覆盖的方式来辅助解决导频污染现象，共设置海面覆盖242频点，载扇51个，引入近海辅助切换伪导频94个。
      改造后，当沿海陆地起呼用户占用283频点向涠洲岛移动发生切换时，异频切换到涠洲岛基站242频点上；当海面覆盖用户起呼时，因为待机在242频点，业务也占用在242频点，当向陆地移动发生切换时，通过陆地站点增加的242伪导频可以切换过去。

参数优化，适应海面传播环境

    除以上无线网络的优化外，还需要对系统参数进行优化，使其适应海面覆盖的环境要求。

    无线参数主要调整载频设计功率、导频信道增益、寻呼信道增益、同步信道增益、有效集/相邻集/剩余集的搜索窗大小、PN_INC、init_power、nom_power、功率增量、接入试探数、覆盖半径等，其中近海和远海覆盖参数设置不同。广西北部湾覆盖主要采用中兴通讯的设备，参照中兴通讯对超远覆盖的无线参数建议，按照覆盖100km来考虑，1X参数（部分）建议值如表3所示。

   表3  1X参数（部分）建议值


     本文对广西北部湾CDMA系统海面覆盖存在的问题，提出了若干解决方法。各种方案的积极探索和有效结合，必将使海面无线通信得到更好的发展。海洋覆盖工程是个艰巨的工程，也是为出海作业人员解决海上通信的一个大工程，这是沿海用户十分迫切的一个需求，潜在的市场前景非常广阔。经过广西电信对海面覆盖CDMA基站的优化和调整，目前北部湾海面CDMA网络覆盖已经得到了明显的改善。随着CDMA网络规模的日益扩大，广西北部湾海面覆盖将为提高天翼品牌价值，增加CDMA市场份额发挥重要的作用。