CDMA导频污染问题的优化解决方案

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1 引言
随着CDMA无线网络技术的快速发展，使用无线网络服务的用户越来越多，网络服务的覆盖范围也越来越广泛和深入，CDMA系统基站的数量也日益增加。由于CDMA是自干扰系统，随着基站数量的大量增加，基站间距越来越小，很容易就造成弱覆盖、无主导频等现象而形成导频污染区域，进而影响系统容量、用户的通话质量以及接通率、掉话率等KPI指标。因此，在规划和优化CDMA无线网络时，导频污染就成为需要特别关注、需要重点解决的问题。
2 导频污染定义
在CDMA网络中，导频污染分为导频相位污染和导频强度污染。大家平常提及的导频污染通常是引导频强度污染。
2.1 导频相位污染
CDMA系统前向信道中，每个扇区用不同PN偏置就是不同PN短码区分。15阶移位寄存器产生的伪随机序列共215个Chip，CDMA规定64个Chip为一组，那么一共有215÷64=512组，也就是有512个PN码。如果两个相同PN的扇区共同覆盖某一个区域，那么该区域中的手机同时接收两个相同PN的扇区信号，则手机无法区分正在通信的是哪个基站，此种现象就是导频相位污染；如果某个扇区的信号经过路径传输，时延大于64chip，则手机会认为是另外一个PN，有可能导致不同相位的扇区经过路径传输到达手机时产生相同相位，这就产生导频相位污染。产生导频相位污染时由于MM（移动性管理）不能正确辨别出与手机在通信的导频是属于哪个扇区的，这样产生的干扰是非常大的，手机与基站之间就不可能正常通话，必然要导致信道分配失败或者掉话。目前网络中，可以设置Pilot Inc参数，设定了PN间复用的距离，一般不会出现两个相同PN覆盖同一区域或者无法识别扇区的情况，现网中导频相位污染情况出现概率较小。
2.2 导频强度污染
对于CDMA系统，简单来说，导频强度污染就是当移动台所处区域有多个导频信号，而这些导频信号都很强或都很弱，造成当前EcIo很差，或者频繁切换等现象。这里分两种情况，一种认为，当大家接收的导频信号多于3个导频时，由于CDMA手机的Rake接收机只能同时解调来自于3个导频的信号，这样多于3个的强导频信号的存在，就会对系统产生干扰，造成EcIo下降，就视为存在导频强度污染。一种认为，移动台所处区域存在多个导频信号，但每个导频的信号强度都比较弱，EcIo相近，即没有一个信号足够好的占主导地位的导频，由于信号的快衰落就会引起移动台在通话时在不同扇区的业务信道间频繁切换，极易造成掉话。
从鼎利路测App上来看，其表现形式通常是手机接收的导频功率足够好或相近，但各扇区Ec/Io都较弱，从App实时显示的激活集、候选集和邻集信息看，如果强度很好或者强度相近的导频数超过3个，就有可能造成EcIo下降，或者频繁软切换。这种情况就可以看成是多于3个的导频信号对激活集里面3个服务导频的干扰。
从鼎利的综合后台分析系统中，对于导频强度污染的分析，提供了几种基于用户自定义的导频污染定义条件，通过不同参数条件和判决门限条件的组合，可以针对不同的导频污染现象快速定位存在导频污染问题的区域，以进行针对性分析和优化，为网络规划和优化给出建议。
下面主要先容导频强度污染产生原因、带来的影响以及解决方法。本文中所指提到的导频强度污染，统一简称导频污染。
3 导频污染产生的原因
导频污染产生主要是由于多个扇区之间信号相互之间干扰造成的。由于无线环境的复杂性：包括地形地貌、建筑物分布、街道分布、水域等等各方面的影响，使得信号非常难以控制，无法达到理想的状况。导频污染主要发生在基站比较密集的城市环境中，因为城市的基站分布密集，容易产生几个扇区的导频信号覆盖同一个区域，同时由于室内信号会泄漏到室外以及信号受到城市中高楼大厦的折射反射，也容易导致导频污染。另外，当理论上强的导频信号由于被遮挡可能会造成在这个导频覆盖的区域主用导频变弱，导致同时收到几个都不强的导频信号，这也使导频污染现象。
因此，在城市中导频的规划和扇区的覆盖很重要，只要在工程建设和网络优化中把导频规划好和扇区的覆盖控制好才能尽可能避免产生导频污染。
4 导频污染对系统的影响
当产生导频污染时，由于其他不能解调的导频信号对能解调的信号造成干扰，将会导致背景噪声提高，使得Ec/Io的值变小，而FER的值提高，手机在解调有用信号时就要提高发射功率，随着手机发射功率的提高，使得该手机用户对其他的用户造成更大的干扰，对基站来说由于手机的发射功率提高，使得基站的灵敏度下降。当手机用户的FER达到很大时，由于误帧率太高手机已经无法解调出有用信号，就会产生掉话。
如果在导频污染区进行呼叫时，由于导频的污染使得用户在呼叫过程中导频会频繁的切换，而现在的系统中较少有开接入切换的功能，这会使得手机起呼接续要比平时多发Preamble探针，使得接通时间变长，接入时发射功率偏大，未接通率升高，同时也影响高速业务的呼叫接入。
由于导频污染的存在，手机用户就会在这几个导频之间互相软切换或者更软切换，虽然软切换技术在CDMA中有利于反向的分集接收，但会占用系统资源（CE，Walsh码和基站的功率），使得系统的容量下降。
当移动台在该区域中移动时，由于强导频信号较多，相互变化也比较快，势必导致移动台发生频繁的切换。当移动台的这种处于软切换状态的情况，需要同时和几个基站进行通信。虽然分集增益可以改善该移动台的通话质量，但是切换增益在切换瞬间是负的，也就是说不仅没有增益，反而会增加切换失败的可能性。
5 导频污染的解决方法
解决导频污染主要就是突出强的导频信号、使进入激活集的导频减少、减弱部分导频信号，这样可以减少这些导频信号造成的干扰，解决导频污染问题。
要解决导频污染问题，就要找到产生导频污染的根源。以下是结合实际工作总结归纳的主要解决方法：
（1）减少基站间覆盖重叠范围，避免各基站覆盖边界出现多次重叠。
（2）避免基站出现越区覆盖的情况。
（3）通过调整天线方位角、俯仰角以及基站发射功率，在导频污染的区域增强主服务小区信号强度，降低其它小区信号强度。
（4）通过RRU，光纤直放站等方式加强导频污染区主服务小区信号强度。
在实际工作中，需要结合实际，具体问题具体分析，找出最适合的方法来解决不同原因导致的导频污染。本文通过先容实践工作中的几个案例，分析导频污染产生的原因找出导频污染的解决办法，并对以下几种导频污染产生原因及解决办法进行归纳。
案例一：弱覆盖引起
问题现象：在余姚从名仕花园沿四明路往东，有段约500m的路段由于信号弱存在导频污染现象，导致FER和手机发射功率太高产生掉话（见图1）。
图1 弱覆盖引起的案例
问题分析和解决：图中可以看到，该问题点的信号较弱，接收电平平均在-90dBm左右，EcIo为-15dB左右，使得附近的几个基站都能覆盖到该问题点。该问题点位于四明西路与大黄桥南路路口，有用户投诉过室内信号不好，该问题点需要加站解决。从图中地理位置看，余派出所第一扇区（PN63）有覆盖过来，但导频强度较弱，增加了该点的导频污染情况，因此大家调整余姚中学二扇区PN330天线下倾角由6°到4°。整余科技馆三扇区PN429天线方位角由270°到250°。经过调整后该点的导频污染有了一定的改善，但要彻底解决需在十字路口增加基站。
复测结果：见图2。
图2 复测结果
总结：在信号弱的地方容易同时收到附近几个基站的信号，或者同时在几个基站覆盖的边缘，所有的信号都会较弱，信号强度都在-90dBm以下，Ec/Io都比较差，手机容易在这几个导频之间产生乒乓切换，手机虽然能正常解调但误帧率和手机发射功率都会比较高。而且在这种情况下由于CDMA的呼吸效应，随着用户的增加，基站的覆盖范围却在缩小容易出现盲区，这就有必要增加基站来弥补覆盖和分担话务。如果不想增加基站可以考虑增大导频的功率，但是覆盖距离与功率大约是平方反比关系，要覆盖距离增加一倍，功率就要提高4倍，也就是要增大6dB，显然靠提高功率对改善覆盖起的作用不是很大。在城市中新增基站就是牵一发而动全身的工作，使得很大区域的覆盖控制要重新调整，增加基站就是引入新导频，有可能新的导频就会影响到其他的导频信号而产生新的导频污染，这也增加规划和优化的难度。但是，如果通过调整基站参数的确不能解决当前区域的导频污染问题，那就必须考虑增加基站。
案例二：主用信号被遮挡
问题现象：在西环北路农机市场北面出现信号强度弱，Ec/Io差，手机发射功率高的现象（见图3）。
图3 主用信号被遮挡的案例
问题分析和解决：该问题点位于西环北路上，主要是由于余农机市场基站的第三扇区被浙东家私市场扩展区所遮挡，从而导致农机市场在西环北路上的覆盖减弱，使得在该问题点可以同时收到附近浙东石材、汽车西站、发改局3个较远基站的信号，产生导频污染现象。大家在农机市场基站上勘查发现基本不能利用农机基站的第三扇区来覆盖该问题点，因整个扇区被浙东家私市场扩展区的两幢高楼所挡。因此，大家把余发改局基站的主瓣打往该问题点当主用信号，调整周围基站天线的方位角和俯仰角，使得其他基站较少能覆盖到该问题点，这样一来该问题点就得到解决（见图4）。
图4 解决方法
解决措施：
（1）调整农机市场第三扇区下倾角由4°到1°，增加导频增益由-38到-32增加覆盖。
（2）调整余发改局第三扇区下倾角由6°到3°，调整余发改局第三扇区方位角由280°到265°（阻挡脚蹬已整改），增加导频增益由-38到-30增加覆盖。
（3）增加丰山前村第三扇区导频增益由-36到-28增加覆盖。
（4）减小余姚玉立第三扇区导频增益由-36到-39控制覆盖。
复测结果：见图5。
图5 复测结果
总结：随着城市的发展建设，近处的基站由于被高楼遮挡导致与远处的信号强度相当。这种情况会出现信号强度弱，Ec/Io差，手机发射功率高的现象。大家在优化时可以考虑调整近处基站的天线，增加天线的高度或者移动天线的位置，避免近处基站的天线信号被遮挡。如果基站的天线无法避过高楼建筑物，可以考虑更换主用的导频信号，或者增加基站来解决。在市区调整基站和增加基站在覆盖控制方面就要考虑全局和全面。
案例三：过覆盖原因
问题现象：在余姚的西环线上存在500m左右的路段，激活集合和候选集合中的导频较多，但是各自的强度都产生较弱导频污染现象，使得这段路的FER和Tx Power都提高，容易产生掉话。由于强度相差不大，加上各自强度的不停变化，必然会发生频繁的切换，切换过多将会增加手机和基站侧的消息负荷，就有可能发生确认消息接收失败而掉话（见图6）。问题分析和解决：阳明开发基站西北方向红色圈中所示区域ECIO较弱。路测数据显示此区域无主导频，ECIO为-11左右。余永丰村第三扇区PN435与余塑料城第三扇区PN348过覆盖。
图6 过覆盖原因案例
解决措施：余永丰村基站第三扇区天线已在前面的案例中调整。增加阳明开发基站第三扇区的导频增益由-36到-33。调整余塑料城基站第三扇区PN348天线下倾角由6°到8°。
复测结果：见图7。
图7 复测结果
总结：天线位置的高度，天线的水平、垂直半功率角，天线的方位角、俯仰角等天线参数对于基站的覆盖控制是非常重要的，通过这些参数可以大约计算出天线的覆盖范围，如果天线的俯仰角设置不好的话，容易产生过覆盖问题，使得过覆盖的地区产生导频污染现象。特别是在工程建设中，由于工程进度的紧张，一批新基站在新开通时，经常无法对每个基站的覆盖控制进行严格的规划，容易导致有些基站采用一致的天线方位角和俯仰角，比如经常采用0/120/240的方位角和4度的俯仰角，而这样的设置经常导致覆盖过远，这些原先就要规划好的天线参数经常会放在工程优化中或者后期的优化中发现问题再来进行调整。在城市中有些基站会设置在很高的高楼上，如果在天线的选型和参数设置不合理的话也很容易引起过覆盖问题。
6 导频污染的预防
导频污染问题对大家的系统产生的负面影响越来越大，而目前对导频污染问题的处理基本处于被动的状态，一般都是先发现有导频污染问题，然后再找出产生导频污染的原因，最后采取措施解决。而实际上，很多导频污染的问题大家都是可以事先预防的。为了尽量在网络建设前期消除过多的导频污染现象，建议要注意以下几个方面：
（1）基站选址的时候，要认真对每一个基站进行勘查，在设立天线的位置观看是否天线会被遮挡、容易发生反射，对每一个基站天线类型、方位角、俯仰角这些影响覆盖范围的参数进行模拟和计算，同时基站开通后要进行测试，使基站的覆盖能达到大家要控制的范围，不至于产生过覆盖、覆盖弱或高层导频污染等问题。
（2）在现网中要注意每个基站的维护，保证每个基站能良好运行。
（3）在天线类型的选择对于覆盖是非常重要的，要做到因地制宜、灵活运用。一般在市区可以考虑选择电调或内置倾角、带有上旁瓣抑止、垂直波瓣也不能太高的天线。
（4）在市区中机调天线的俯仰角不能下压太大，只要大于8°，波瓣就开始产生变形产生内凹，但影响不大；大于15°，波瓣内凹就非常利害，主瓣方向能量几乎很少了，一般在使用时尽量不能大于10°，如果大于10°就要采用内置倾角或者电调的天线。
（5）基站的位置很重要。随着城市的发展和网络的密布，原先靠高站来覆盖的基站，可以考虑降低天线高度调整倾角、发射功率等方法来减少过覆盖。
如果大家能严格按照以上建议对网络进行建设和维护，那么就可以防止过多的导频污染问题，相对于后发现导频污染问题再进行解决的优化方式就可以省很多时间和资源。
7 结束语
随着CDMA无线网络覆盖的越来越广，导频污染现象变得越来越频繁，对大家的网络产生越来越大的影响。因此，大家就要在规划和工程设计中，注意把导频污染对网络的影响减到最小。在工程中尽可能采取有效的措施控制每个扇区的覆盖区域，这对于减少网络优化的复杂性和工作量，提高全网通信质量将起到事半功倍的作用。而在实际遇到的导频污染现象中，就需要网优人员结合优化理论，根据实际的优化案例，不断积累经验，解决相关问题，使得导频污染对网络质量的影响降到最低，不断地提高网络服务质量。