2G、3G海面超远覆盖建模分析优化策略.docx

2G/3G海面超远覆盖建模分析优化策略邓立新、陈若炜、叶健涛、李敏华（中国联通广西分公司）摘要：木文基于目前常用的2G优化方法对■海而超远距离覆盖进行了专题研究与实验，从实 地测试、理论分析、基站改造、频率调整、参数优化等角度入手，对海面覆盖的模型建立、 相应理论推算及注意事项进行了研究汇总；并在与2G对比基础上，初步引入了 3G的海面超 远覆盖模型及优化规划策略关键词：2G、3G、海面、超远、覆盖1 •概述由于受到GSM协议规范的限制，正常GSM小区的服务半径不超过35公里针对近海 渔业区和航道等川户对远距离通讯的需求，各大设备厂商先后都开发了 GSM超距离覆盖技 术，将受GSM协议的小区最大限制通讯距离理论值从35公里提高到110公里，配合人功 率基站的使用及基站站址的粕心选择，覆盖距离甚至可以更远因自由空间传播模型同样适用于其他频段，所以同样可以适用于WCDMA制式在对海面超远距覆盖小区的网络规划与优化过程中，因无线环境与覆盖需求不一样，对 设备性能与选型、硬件配置与连接方式、配套以及参数设置的要求也不一样本文以内陆地 区超远覆盖基站的优化经验为基础，通过在广西沿海的一些实验验证，介绍和总结了目前常 用的增强海面覆盖的优化规划方法、相应的理论值及注意事项。

2. 海面超远覆盖建模的关键因素2.1海面无线传播环境特点①海而远距离覆盖的基站站址通常选择在沿海高处，高度从5（）〜500多米不等由于海而 无线电波传播损耗很小，无线电波可以传播到很远的海而上此时，地球不能再看作平而, 而应把它看作球面，即地球1111率将对无线电波传播产牛影响无线电波在海面传播路径主要是通过空气传播的肓达波和经过海面反射的反射波当基 站的无线信号辐射到海面时会产生多个反射波，但能够被移动台接收到的一般只冇一个反射 波，其它反射波由于反射角不同被反射到其它区域因此海面无线传播述具有二波特征，考 虑到船体损耗和和地球曲率的影响，并根据实测数据①进行修正，海而传播模型如下：L Path =厶 0 — 10 log[2 — 2 COS（ [goo 幽）]+ d + L bom + Li earth 公式（]）其中，Lpa（h为海面传播路径损耗；乩为基站天线高度（单位：米）；已为移动台天线高 度（单位：米）：对于在海而船只上的移动台，受海浪以及船只大小高度的影响，移动台的 实际高度有较大起伏，一般默认值为3米，大型邮伦为20米；入为波长（单位：米）；d为 距离（单位：公里）；Ln为H由空间传播损耗（单位：dB ）； L0=32.45+201og（f）+201og（d） 公式（2）（d为传播距离，单位:km ； f为无线信号频率，单位：MHzo通过计算，可知同等条件 F 1800M比900M系统要多损耗6dB,所以：要覆盖越远，选择的信源频率越小越好）UOat为船体穿透损耗；Lcarth为超过视线距离后的地球曲率引起的绕射损耗；a为修正系数（=5dB）o根据测试经验，a取值为5dB, “呗収值为0~35dB不等（依据不同类型、不同位置的 船体损耗设置）。

公式（1）与公式（2）即为海面超远覆盖的计算依据当没有超岀视线距离时，J沁h取值为OdB,超过视线距离后，J远h为绕射损耗关于视线距离的定义：山于地球是球形的，凸起的地表而会挡住视线，视线所能到达的最 远距离称为视线距离根据球面儿何原理，视线距离dO计算公式如下：do =+ JHr )=3.57(/h7 +(km) 公式（3）其中，RO为地球半径（6370km）； Ht、Hr解释与公式（1）相同（单位：米）由于空气的压力、温度、湿度随着高度而变化，所以介电常数er也随高度而减小，并 由于空气稀薄而逐渐趋于0o使得无线电波在对流层中的传播轨迹不是直线而是沿地球曲率 方向的|11|线即无线电波在对流层中传播时出现折射，折射系数n= （er） 1/2这种折射现象相当于地球半径增大，因此对地球半径乘一•系数k在标准大气压折射情 况下k = 4/3o在标准大气折射下，修正公式（3）为：6/o = 4.12(M + M)(km) 公式（4）当移动台超出视线距离后进入阴影区，此时的损耗为绕射损耗，即公式（1）中的Learlh0 地球表而对信号传播产牛绕射影响会使接收电平快速下降海面上没冇任何遮挡，基站发射的信号进入海面传播，只冇大气传播损耗，因此基站信 号可以在海面传播很远而信号强度依然满足接收灵敏度。

如果考虑到反射和散射等因 素，则可以传播更远因此从地球曲率半径角度來看，只要基站发射功率足够高，接收到的 无线信号能够满足接收机的灵敏度耍求，信号就可以传播得更远但是超远距离覆盖不可避免地造成传播时延过长，无法保证GSM系统的TDMA同步, 正常GSM小区服务半径不能超过35公里（要突破这一限制使用双时隙技术，在4.3.1说明） 虽然WCDMA系统中的同步信道搜索窗距离理论值为90公里，但受其他信道速率限制，扩 频增益不一，覆盖距离远还达不到该值2.2基站分布与频率干扰传播距离远对海面覆盖来说是一种优势，但是随着网络的规模的扩大，沿海基站逐渐增 多，使信号极易传播到海面上，即使调整天线的俯仰角方位如，也很难控制天线的旁瓣不进 入海面基于这种原因，导致海血上的信号越來越乱，海面频率干扰现象越趋严重，并最终 造成了通信质量的恶化判断是否存在频率干扰，按经验主要看在一个地区是否同时岀现3个以上的频点/扰码 信号，并且信号强度相近，无主控信号要改善频率T•扰问题，除了对频率规划有特殊要求 Z外，对天馈系统的选型设计也有特別的讲究（在第4丄6说明）2. 3基站容量为了尽可能的提高覆盖距离，保证基顶输出功率，减少合路损耗，GSM基站小区容量 一-般控制在1〜2载频；覆盖距离超过35公里的基站小区还必须打开双时隙功能，此时，小 区容量将减少一半。

WCDMA也会受具体业务速率需求限制覆盖与容量的Z间的矛盾比 较突出，若要两者兼顾，优先成木考虑2G/3G负荷分扌口，其次考虑扩容和新增加小区3建模方法3. 1从保证上下行链路平衡的有效覆盖考虑，除了要加强下行功率输 出（即天线口输出功率），同时还需要提高基站的上行接收灵敏度具体的上、下行链路预算公式如下：下行传输路径损耗=基站机顶功率一基站馈线损耗+棊站天线增益+移动台天线增益一移 动台馈线损耗一移动台接收灵敏度一人体损耗一功率余量……公式（5） 上行传输路径损耗=移动台功率一移动台馈线损耗+移动台天线增益一人体损耗+基站天 线增益+分集增益+塔放带來的增益一基站馈线损耗一基站接收灵敏 度一功率余罐 公式（6）当上下行平衡吋应该有：公式（5）=公式（6）,换算简化后如下：基站机顶功率一移动台接收灵敏度=移动台功率+分集增益一基站接收灵敏度……公式（7） 在GSM系统中，一般的移动台输出功率为33dBm （WCDMA最人为24dBm）,基站分 集接收增益为3.5dBm,移动台的接收灵敏度为-102dBm,则公式（7）可以简化为：基站机顶功率一接收灵敏度二功率+基站分集接收增益一基站接收灵敏度…公式（8） 而在WCDMA系统中的链路预算中还需加上”扩频增益=10*LOG（波速/信道速率）“，因 上、下行均存在，故抵销后公式⑻保持不变。

因波速为常值=3.84*106,所以信道速率需求 越大，扩频增益越小，有效覆盖半径也越小公式（8）与2.1节中的公式（1）、公式（2）即为沿海超远覆盖建模的主要计算公式3.2从保证超远覆盖质量的角度考虑，主要需进行频率优化、邻区优 化、参数优化、天馈优化、容量优化等几方面的工作冃前总结ill的常用优化手段见表一:H的优化/规划方法优化属性缺点GSMWCDMA提高天线口 输出功率1）增加基站放人器与GSM相同硬件改造成本较高2）更换人功率载频（针对华为 BTS3900系列旧设备为PBU技术,而 BTS3900系列新设备为动态PBT/发 分集技术）增加导频功率（需 保证导频、同步、 广播、丽向接入及 具体业务5种信道覆盖范1韦1 一致）硬件改造3）改造合路器（更换低损耗的合路 器或连接方式，减少合路损耗）不需改造硬件改造4）馈线改造（更换为更低损耗的馈 线）与GSM相同硬件改造5）主设备替换（宗内站改造为宗外 站，减少馈线长度损耗）与GSM相同硬件改造成木较高6）天馈改造（更换高增益、窄波朿 天线）与GSM相同硬件改造成本较高提高基站接 收灵敏度1）安装塔顶放人器与GSM相同硬件改造成本较高2）双天馈（多天馈）改造：容量超过2载频配置时使用，减少合路损耗与GSM相似硬件改造成本较高3）双极化天线更换为单极化天线与GSM相同硬件改造成本较高覆盖质虽1）打开双时隙功能无软件参数不支持跳频、保障捲施GPRS、同心圆,2)频率优化:使用专用频点覆盖与GSM相似软件参数3)更换天线型号减少重叠覆盖十扰与GSM相同硬件改造成木较高4)完善邻区、切换、接入参数，尽 量使通话过程的接入、切换更加顺畅与GSM相似，还需考虑2/3G互操作软件参数5)提高天线挂高与GSM相同参数调整6)犬线方位角整网统-•规划与GSM相同参数调整7)兼顾容量、话务负荷分担(如同 心圆、双频网等)2G/3G负荷分担、扩 容/天馈、新增小区硬件、参数表一：超远覆盖的常用优化手段4各种优化策略及注意事项对应上一节所提及的覆盖与质量两大因素，在本节展开详细论述。

因为广西沿海基站设备都是华为设备，所以在下面介绍的具体优化手段中，涉及到硕 件部分的以华为设备为例进行说明4.1提高天线口输出功率4.1.1增加基站放大器假设在其他条件不变的情况下，增加基站放大器设备(40W至200W nJ调)，对将发射功 率提高1-4倍(即3-12dB),每提高3dB,下行覆盖距离将增加8~12公里(按公式(1)计算)但增加基放只能提高下行输出强度，还需通过塔放或分集接收技术等手段來增加上行增益，以保证上下行链路平衡(在4. 2节详细说明)4. 1. 2更换大功率载频(GSM)与调整信道功率(WCDMA)4. 1.2. 1更换大功率载频(GSM)以华为设备特点为例，必须采用PBU(BTS312系列旧设备最人支持输出功率100W)或 PBT(BTS3900系列新设备最大输出功率60W)的人功率功放技术，才能保证高功率输出其 效果与增加基放效果相同，但是会比增加基放减少约ldB的接头损耗约4. 1. 2. 2调整信道功率(WCDMA)与GSM相比，由于WCDMA 口身特点，每小区开销总功率固定，故只能通过调整各种信道开销比例来调整覆盖范围，必须保证导频信道(PCPICH)、同步信道(SCH)、广播倍道(BCH)、 前向接入信道(FACCH-PCH)及具体业务信道(VC/VP/PS144/PS384)的覆盖半径保持一致。

根据业务类型(HSDPA/PS144/VP/VC)需求不同，功率开销分配策略也不同因为扩频增益=10*LOG(波速/信道速率)，波束=3. 84*1000000,所以信道速率越大，扩频增益越小，覆盖半径会越小具体计算参考公式(1)和(2)注意:在里并耒考虑到实际Ec/L对业务的彫响4.1. 3改造合路器［实施方法］:以华为BTS312系列的合路器为例(见表二)合路方式是否支持同心插损（dB）小区容量。