高层楼宇CDMA网络优化探讨

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  [摘 要]随着经济的发展,高层楼宇象雨后春笋搬拔地而起,而且建的越来越密,越来越高,原来传统基站无法对高层楼宇形成良好覆盖或者由于覆盖太杂,形成信号干扰。另外,用户对通信需求和网络质量的要求也在不断增加。因而增强网络覆盖和提高网络质量是网优工作的重点,但解决高层楼宇的这些问题已经成为CDMA网络优化的难点,这就需要我们不断的创新技术,不断的总结经验,克服各种困难,科学的进行优化和完善。本文对解决板式高层楼宇覆盖问题进行了探讨,对存在问题提出解决方案,并提出一些个人的思路和方法。
  [关键词]高层楼宇覆盖、掉话、切换、导频污染
  中图分类号:S564 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2018)10-0305-05
  1 概述
  高层板式住宅楼如下图所示,室分系统吸顶天线(PN1)一般都安装在楼道。室分系统正常情况下天线口1米处的接收电平为-35dB以上,通过墙体和防盗门衰耗后(钢筋水泥墙体路径损耗为25dB,铁皮防盗门的路径衰耗为20 dB)室内理想状态下的接收电平为-60dB,再加上空间传播损耗,一般接收室分信号电平小于-60dB,如图1绿色部分。高层很容易接收周边基站信号,假如南面接收基站2(PN2)信号,北面主要接收基站3(PN3)信号,房屋南北都有玻璃窗户,因双层玻璃窗的路径衰耗为13 dB,加上信号的空间路径损耗,基站2和基站3在室内的接收电平-70 dB左右,如图1的蓝色和红色部分。图1中的黄色部分为信号重叠区,也就是信号切换区域,这是理想状态下的覆盖方式。但实际的高层接收周边基站信号复杂,导频更多,存在导频污染,严重影响网络质量。
  为了增强住户室内的信号强度,提升用户感知,必须从室内和室外信号入手进行综合优化。本文通过黄河路电信小区高层板式楼宇的优化工作,探讨一些高层优化思路。
  黄河路电信小区(如图2所示)位于昆仑路与黄河路十字西北方向,小区总共有6栋18层板式楼,北面基本是多层,比较开阔,南边除了昆仑路南边几栋高层外,基本也都是开阔区域,所以该小区高层收到多个周边基站信号。由于导频污染和下行干扰问题,长期一直影响高层用户感知,困扰CDMA无线网络的优化工作。
  黄河路小区BBU下挂6个RRU,每个RRU负责一栋楼的室内覆盖,并借助射灯天线和光纤直放站做室分信号的补充。如图3所示,1号楼和6号楼的楼顶各安装2个射灯天线,分别打2号楼南面和5号楼北面,2号楼、3号楼、4号楼、5号楼楼顶各安装4个射灯天线,2面天线辐射对方楼的南面,2面天线辐射对方楼的背面。而且,2面天线俯仰角不同,1号天线主要覆盖9层以上楼层,2号天线覆盖9层以下楼层。主要起室分系统信号的补充和抑制其它基站在窗口形成的窗口效应。
  4号楼和5号楼北面分别安装一个从相应RRU引出的光纤直放站(如图4),天线横置的方式用天线水平波瓣从外面辐射4号楼和5号楼的北侧,主要起室分系统信号和补充和解决深度覆盖。
  楼道和地下室是RRU通过吸顶天线覆盖(包括其他有源和无源器件),所以楼道、电梯、地下室等接收室分信号正常。进屋子后由于墙体的衰减,室内分布信号变差,再加上高层能接收到周边多个基站多径信号,包括直射波、反射波、衍射波等,所以住户家中接收信号复杂,导频污染严重,给用户感知带来一定的影响。
  为了解决高层导频污染,提升用户感知,省网优中心成立网优攻坚小组,详细进行网络摸底、问题排查及网络结构调整。通过本次优化工作,旨在彻底改善网络质量,为今后高层热点、难点优化工作积累经验。
  2 影响网络的因素
  2.1 掉话
  掉话次数及掉话率是衡量一个网络性能指标的重要参数,通过分析掉话原因及合理解决掉话问题,对改善用户对网络的感知度和提升网络性能都具有立竿见影的效果。下面单从RF优化侧出现的掉话原因做简单分析,导致掉话的原因还有手机终端问题、外部干扰、基站硬件故障、基站底噪异常等,需要结合实际情况分析。
  2.1.1 弱覆盖导致的掉话
  移动台接收功率小于-100dbm,发射功率大于20dbm,发射功率增益大于-10db,接收Ec/Io小于-14db,接收FER较高等都能导致掉话的产生。
  解决办法:检查该区域是否在预期覆盖之内,如不在则忽略;如在,通过调整天线方位角、下倾角、发射功率等增强覆盖;如不能通过调整天线增强覆盖,则需增加新站来解决。
  2.1.2 越区覆盖导致的掉话
  越区覆盖是指某些扇区的信号超出了预期的覆盖范围,产生网络前向内部干扰。越区覆盖区域接收电平正常,但Ec/Io较差,具有較高的FER。导频越区覆盖时,有时会在较远的地方产生孤岛效应,越区覆盖还可能导致前反向链路不平衡,导频污染等。
  解决方法只能是控制覆盖。
  2.1.3 导频污染导致的掉话
  在CDMA系统中,导频污染时指移动台的激活集中有3个以上导频信号强度都高于T_ADD门限值,而且没有1个信号的强度足够大形成主导频。在导频污染区域,移动台接收功率和发射功率正常,Ec/Io差,FER高,发射功率增益较高。导频污染的唯一解决办法是在该区域提供一个主导频,通过调整天线方位角及下倾角、调整基站扇区发射功率、新增基站等方式在服务区产生主导频。
  2.1.4 邻区缺失导致的掉话
  如果移动台要求将1个导频加入激活集,但此导频如果不在邻区列表,则会切换失败,由于此信号已经很强,但又不能被加入激活集,对激活集信号形成很强的内部自干扰,最终导致掉话。这种掉话通过在邻区表中添加相应的小区解决。
  2.1.5 邻区顺序不合理导致的掉话
  手机在完成上一次切换后需要进行邻小区列表的更新及需要进行合并。具体算法是按照邻区列表的先后进行合并,并且在选择激活集里的PN进行邻区合并的优先原则是按其PN的Ec/Io强度优先选择的,这就使得在激活集的两个信号的邻区在合并后使邻区列表数很轻易就达到20,排在后面的邻区也没办法加进更新的邻区列表,从而即使有时能搜索到位置靠后的PN发了PCMM也不能触发正常切换。解决办法是调整邻区表中的邻区顺序。   2.1.6 PN问题导致的掉话
  2.1.6.1 PN混淆导致的掉话
  移动台在其邻区表中已经存在某个PN,又接收到来自另外一个基站的相同PN。事实上,产生混淆的PN与邻区表中已存在的PN偏移并不相同,只是由于传输延迟等原因误判为相同。解决办法是更改其中一个基站的PN,或者将该PN从邻区表删除。
  2.1.6.2 同PN导致的掉话
  同PN是指两个基站使用相同的PN,导致移动台与基站通信时发生混乱,无法正常与基站通信。同PN主要体现在引起one-way,two-way问题,无法正常切换导致掉话。解决办法是修改其中一个基站的PN,删除切换比例较低的一条邻区。
  2.1.7 搜索窗问题导致的掉话
  若搜索窗太小,会导致某些PN落到了搜索窗之外而不能进入成为服务导频,反而成为内部干扰源,Ec/Io变差,导致掉话。解决办法是调整相应搜索窗。
  2.2 切换
  CDMA系统中切换不仅与网络质量(通话质量、掉话性能等)有密切关系,与覆盖、容量、干扰也有复杂的关系。所以在话务量和用户数量不变的情况下降低切换次数,减少软切换话务量也是提高网络性能,提升用户感知的有效方式之一。
  所谓软切换就是当移动台需要跟一个新的基站通信时,并不先中断与原基站的联系。软切换只能在相同频率的CDMA信道间进行。它在两个基站覆盖区的交界处起到了业务信道的分集作用。这样可大大减少由于切换造成的掉话,保证了通信的可靠性。软切换固然重要,信号重叠覆盖区过多,切换次数太大,势必会增加切换话务量,从而影响网络质量。要降低切换次数,必须合理控制各个扇区的覆盖面积,使基站间的切换区域更加科学合理。
  3 黄河路高层优化
  3.1 优化思路
  为最终达到提升客户感知的目的,本次优化工作按四步走的思路进行。
  第一步:室分整治。室分整治包括对馈线、合路器、耦合器、功分器、馈线、天线接头、干线放大器等器件和信源部分的检查和调整。室分整治的目的:(1)增强室内信号的覆盖。由于室内特殊的无线传播环境,室外基站信号到达室内后可能出现损耗大、导频杂乱等问题,用户使用感受较差,需布设分布系统改善室内信号覆盖;(2)吸收室内话务。随着移动通信业务的发展,室内通信越发重要。一般室内用户集中,話务量高,尤其是语音、数据业务集中突发,需布设室内分布系统吸收室内话务。
  第二步:室分网络结构调整(平层线、3G/4G合路器)和基站载频扩容 ,增加网络稳定性和基站的硬件资源。
  第三步:基站簇优化。挑选黄河路小区6栋楼8个单元住户有针对性的典型楼层和典型户型,进行入户测试。根据测试情况调整周边基站射频部分(天线方位角和俯仰角)和部分参数,做以黄河路小区为中心的基站簇优化。
  第四步:根据基站业务观察、CDT话单分析以及现场CQT测试捕捉问题,做参数的精确优化,达到最佳优化效果。
  3.2 优化流程
  为做好黄河路电信小区高层楼宇的特制订室分优化流程,见图5。
  1、勘察网络情况,对各类信源、耦合器件、功分器件、干线放大器、馈线分布和走向等进行详细掌握。
  2、对原先室分网络结构进行审核,若3G/4G合路方式不合理,影响3G系统性能时,调整合路方式。
  3、若室分网络结构和合路方式没有问题时,检测覆盖及天馈系统。在吸顶天线正下方1米处的电平值达到-35dBm以上。
  4、接收电平不合格,从信源方向定位故障点,核查天馈系统问题、干线放大器调整和整治。
  5、楼道室分接收电平正常的情况下,入户进行深度覆盖测试。
  6、簇优化:根据室内测试情况,进行周边基站的优化。
  3.3 具体工作
  3.3.1 室分整治
  通过对黄河路电信小区6栋高层8个单元楼道进行全面测试,发现6栋高层中都有部分楼层室分天线下一米处前向电平值小于等于-35dBm,如表2标红部分,对信号质量不佳的48处天馈系统进行整治处理。
  如果某平层覆盖不好,从信源逐段排查。检查对象为元器件使用是否合理、馈线头制作是否规范、馈线头是否被污染、馈线是否破损、弯曲度是否过大等问题;干放信源下整体覆盖不佳的,检查干放输出输入功率并做适当调整。如图6所示,在整治中发现馈线在做接头时外层馈线参差不齐,且有局部卷曲,中间芯线打磨不光滑。通过整治,外层馈线光滑整齐,内芯长度适宜,“和尚头”打磨光滑。解决天馈线接头工艺问题导致天线口接收电平不合格的问题。
  3.3.2 基站簇优化
  黄河路电信小区共6栋18层板式楼,南北两侧比较空旷(北面是多层住宅楼),室内测试的时候除了能接收本小区室分信号、射灯天线信号和直放站信号外,还能接收周边多个基站的信号,造成EcIo差,高层导频污染严重。为了解决导频污染问题,提高网络质量,以黄河路小区为中心对周边基站进行了RF和参数优化。
  3.3.2.1 RF优化
  根据CQT测试情况和后台业务观察综合分析,针对黄河路电信小区先后调整天馈14处,如表3所示。
  3.3.2.2 参数调整
  根据黄河路小区高层接收到的信号情况,调整周边基站功控参数64处,调整明细见表4。
  3.3.2.3 邻区优化
  对黄河路电信小区基站0小区1X的1载和2载、DO 的1载和2载、4小区DO的1载和2载进行邻区优化。黄河路电信小区周边基站的邻区关系做检查及优化,主要涉及站点如表5所示。
  3.3.2.4 one way问题处理
  邻区配置不当引起的oneway问题,主要处理原则是把冗余邻区删除。PN规划不合理产生的oneway问题,需要对PN进行规划调整。越区覆盖造成的oneway问题,需要对越区覆盖的小区进行相应的调整,如降低站高、降低功率、天线俯仰角和方位角调整等来控制覆盖,然后把冗余的邻区删除。   青唐宾馆基站3小区和水磨基站3小区在黄河测试时存在oneway问题,产生原因主要是水磨基站越区覆盖导致,水磨基站PN重新规划,将原来的PN105/273/441改为PN51/219/387后解决了该站的一处oneway问题,而且收缩水磨基站3小区的覆盖范围解决过覆盖问题。
  4 优化效果
  4.1 1X服务PN占比
  优化前1X室分信号(PN159)服务PN占79.92%,优化后1X室分信号(PN159)服务PN占94.2%,如图8所示。室分信号占比增加了14.28%。
  4.2 Total EcIo比对
  优化前Total EcIo≥-7dB采样点占 86.88%,优化后Total EcIo≥-7dB采样点占99.09%,如图9所示。Total EcIo≥-7dB采样点占比改善12.21%。
  4.3 1X掉话次数
  黄河路电信小区基站用户数量不变的情况下,从5月10日开始掉话次数有明显下降(天掉话次数),5月1日至5月9日,平均每天掉话次数为21.67次,5月10日至5月27日,平均每天掉话次数为8.05次,掉话次数日减少13.62次,如图10所示。
  4.4 1x切换次数
  从5月10日开始,有明显的下降,从5月1日的日切换次数为39871,5月31日下降到23604次/日,日下降16267次。5月1日至5月9日平均日切换次数为47530.67次,5月10日至5月27日平均日切换次数为27092.18次,日切换次数减少20438.49次,如图11所示。
  4.5 DO性能测试
  根据住户家里DO测试情况,对黄河路小区周边基站进行功控参数和射频调整、对黄河路小区基站进行载频调整、对黄河路基站6个RRU进行同PN调整等工作后,DO覆盖率、DO优良比、SINR值、文件下载速率等均有改善。DO功率参数调整后覆盖率提升8.38%,应用层瞬时速率比例(%)>=300 kbps的比例增加17.45%,应用层瞬时速率比例(%)>=500 kbps的比例增加17.89%, SINR值改善51.22%,文件下载速率提升27.39%。为了综合考虑客户感知,我们选用了DO功率参数修改后的结果,如表6所示。
  5 经验总结
  黄河路电信小区这种周边环境比较开阔的板式高层楼宇,网优中心攻坚优化小组集思广益,攻坚克难,经过10多天的优化工作,黄河路小区基站相关指标和住户感知都有了明显的提升。对今后高层楼宇的优化工作积累了经验,总体优化思路是“外去病灶,固本培元”。
  5.1 外去病灶
  测试中发现高层室内除了接收本室分信号外,还能接收到周边城西区医院2小区、文泰大厦2小区、东台市场0小区、互助巷青唐宾馆2小区、冶金八队0小区、园树村1小区、二十中0小区、王府井2小区、省劳动就业培训中心1小区、水磨村0小区、沈家寨0小区、测绘院1小區、测绘院2小区、西宁市中行1小区、贾小庄0小区、康泰大厦大连海鲜4小区、青海会议中心、南门外体育场、南山公园路等导频信号,这些多个导频信号势必给黄河路电信小区的无线信号覆盖造成影响,导致语音质量差、掉话和DO网速慢、掉线等现象。
  为了减少导频污染,尽量使室内信号纯净,从周边这些基站入手,收缩不必要信号的覆盖,通过射频调整和功控参数调整,减少1X和DO的杂散导频。
  5.2 固本培源
  通过大量的室分整治和干放调整,消除室分系统本身存在的故障和症结,使室分系统的性能发挥最大的作用,并通过射灯天线、八木天线精确覆盖和直放站高增益天线横置安置的巧妙设计,将室外基站信号尽量压制在窗口外。
  5.3 成效展现
  经过室分整治和外部基站的优化,该小区6栋楼的CDMA无线信号覆盖质量在短期内有了明显的改善。1X服务PN室分信号占比增加了14.28%;Total EcIo ≥-7dB采样点占比改善12.21%;1X掉话次数日减少13.62次;1X切换次数日均减少20438.49次;DO网速测试:应用层瞬时速率比例(%)>=300 kbps的比例增加17.45%,应用层瞬时速率比例(%)>=500 kbps的比例增加17.89%,SINR值改善51.22%,文件下载速率提升27.39%;通过客户反馈网络质量改善明显。
  随着社会的发展,城市高层楼宇建设速度之快,楼宇格局千变万化,无线环境越来越复杂,对网优工作带来很大的挑战和考验。室内分布系统能够解决室内深度覆盖问题,所以从开始规划就得考虑周到细致,并不断完善优化,使其正常的发挥作用。而高层居民楼的导频污染可以通过加干放射灯天线、光纤直放站、扇区分裂、周边宏基站站优化等手段加以解决。像黄河路电信小区这样的板式高层,首先保证室分系统工作正常,调整周边基站信号,将室外信号抑制在窗口。频点设置时尽量与周边基站频点一致,别用异频,防止出现过多的掉话和掉线。根据周边基站的切换关系,合理设置邻区,并根据调整情况随时进行邻区优化,最终解决用户感知的提升。
  参考文献
  [1] 哈尔滨工业大学出版的《CDMA移动通信技术》,作者:张晓林、国强、窦峥,出版时间2010年8月1日。
  作者简介
  张春旭,男,本科,工程师,从事CDMA网优。
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