王 敏

（中國(guó)電信股份有限公司技術(shù)創(chuàng)新中心 北京100031）

1 引言

目前，中國(guó)電信已經(jīng)獲得了由工業(yè)和信息化部無(wú)線電管理局劃分的 2×15MHz （1920～1935MHz/2110～2125MHz）2G頻段資源，用于3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展建設(shè)。如何充分有效地利用這一段寶貴的頻率資源，以已有的800 MHz cdma2000網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，有計(jì)劃、有步驟地部署建設(shè)2.1 GHz cdma2000 HRPD網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而滿足未來(lái)3G移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展需求，是需要認(rèn)真考慮的重要問(wèn)題。

2 2.1 GHz cdma2000 HRPD網(wǎng)絡(luò)室外覆蓋性能

為了探究以800 MHz cdma2000 HRPD網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過(guò)1∶1建設(shè)方式部署 2.1 GHz cdma2000 HRPD網(wǎng)絡(luò)的可行性，采用理論計(jì)算與外場(chǎng)測(cè)試相結(jié)合的方式，針對(duì)800 MHz cdma2000 HRPD網(wǎng)絡(luò)和2.1 GHz cdma2000 HRPD網(wǎng)絡(luò)的室外鏈路損耗和網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能進(jìn)行了綜合分析與評(píng)估。

2.1 理論計(jì)算

800 MHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)與2.1 GHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)的室外鏈路損耗主要體現(xiàn)在傳播損耗和饋線損耗兩個(gè)方面。

在饋線損耗方面，如果考慮7/8饋線，2 GHz頻段的饋線損耗為6.11 dB/100 m，而800 MHz頻段的饋線損耗為3.63 dB/100 m，2 GHz頻段與800 MHz頻段的饋線損耗差異為2.48 dB/100 m；如果考慮1/2饋線，2 GHz頻段的饋線損耗為10.7 dB/100 m，而800 MHz頻段的饋線損耗為6.46 dB/100 m，2 GHz頻段與800 MHz頻段的饋線損耗差異為4.24 dB/100 m。參考CDMA現(xiàn)網(wǎng)，基站機(jī)頂至天線多采用7/8饋線，饋線參考長(zhǎng)度約為50 m，可以得出2.1 GHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)與800 MHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)的實(shí)際饋線損耗差異約為1.3 dB。

在傳播損耗方面，考慮到初期2.1 GHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)將主要集中部署在大中城市的熱點(diǎn)地區(qū)，其小區(qū)半徑多在1 km以內(nèi)，因此采用了COST231-Walfishlkegami模型進(jìn)行800 MHz頻段和2.1 GHz頻段的傳播損耗的對(duì)比分析。

依據(jù)COST231-Walfish-lkegami模型進(jìn)行分析得出，在無(wú)障礙視距環(huán)境下，2.1 GHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)與800 MHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)的傳播損耗差異約為7.5 dB；在大型城區(qū)非視距環(huán)境下，2.1 GHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)與800 MHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)的傳播損耗差異約為16 dB；在中型城區(qū)非視距環(huán)境下，2.1 GHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)與800 MHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)的傳播損耗差異約為12 dB。

2.2 外場(chǎng)測(cè)試

基于外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)2.1 GHz和800 MHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)的室外網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試。

2.1 GHz cdma2000 HPRD系統(tǒng)弱覆蓋區(qū)域接收電平如圖1所示。

從接收電平來(lái)看，2.1 GHz cdma2000 HRPD網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計(jì)平均接收電平為-71.54 dBm，800 MHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)的平均接收電平為-59.14 dBm，考慮到測(cè)試網(wǎng)絡(luò)中2.1 GHz系統(tǒng)的天線增益高于800 MHz系統(tǒng)2 dB，因此2.1 GHz與800 MHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)的平均鏈路損耗差異約為14.4 dB，與理論計(jì)算基本符合。

2.1 GHz cdma2000 HPRD系統(tǒng)弱覆蓋區(qū)域信干噪比如圖2所示。

從業(yè)務(wù)性能來(lái)看，2.1 GHz cdma2000 HRPD網(wǎng)絡(luò)的平均SINR為7.67 dB，平均DRC申請(qǐng)速率為1 735 kbit/s，800 MHz cdma2000 HRPD網(wǎng)絡(luò)的平均SINR為6.51 dB，平均DRC申請(qǐng)速率為1 767 kbit/s，兩者性能基本相當(dāng)，其主要原因在于，與有用信號(hào)的傳播損耗一樣，干擾信號(hào)也隨著頻段的升高而快速衰落。因此，在密集城區(qū)環(huán)境下，以1∶1網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方式部署2.1 GHz網(wǎng)絡(luò)基本可以滿足網(wǎng)絡(luò)室外覆蓋需求。

特別指出的是，在外場(chǎng)局部區(qū)域，仍存在2.1 GHz弱覆蓋現(xiàn)象。具體地說(shuō)，從接收電平來(lái)看，該區(qū)域的2.1 GHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)平均接收電平為-82.7 dBm，800 MHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)的平均接收電平為-68.59 dBm，考慮到測(cè)試網(wǎng)絡(luò)中2.1 GHz系統(tǒng)的天線增益高于800 MHz系統(tǒng)2 dB，因此2.1 GHz與800 MHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)的鏈路損耗差異約為16.1 dB，其主要原因在于，相比于800 MHz信號(hào)，2.1 GHz頻段繞射能力較差，受高大建筑物遮擋信號(hào)衰落較快。從業(yè)務(wù)性能來(lái)看，該區(qū)域內(nèi)800 MHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)的平均DRC申請(qǐng)速率為 1 070 kbit/s，平均 SINR為 2.59 dB，2.1 GHz cdma2000 HRPD網(wǎng)絡(luò)的平均DRC申請(qǐng)速率為626 kbit/s，平均 SINR為0.91 dB，低于 800 MHz系統(tǒng) 1.7 dB，其主要原因在于主覆蓋3個(gè)基站的2.1 GHz信號(hào)均受到建筑物遮擋而衰落較大，無(wú)主覆蓋信號(hào)，因此需要考慮覆蓋增強(qiáng)技術(shù)。

3 2.1 GHz cdma2000 HRPD網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋性能

為了探究以800 MHz cdma2000 HRPD網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過(guò)1∶1網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方式部署2.1 GHz CDMA網(wǎng)絡(luò)的可行性，采用理論計(jì)算與外場(chǎng)測(cè)試相結(jié)合的方式，針對(duì)800 MHz cdma2000 HRPD網(wǎng)絡(luò)和2.1 GHz cdma2000 HRPD網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)鏈路損耗和網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能進(jìn)行了綜合分析與評(píng)估。

3.1 室外覆蓋室內(nèi)場(chǎng)景

3.1.1 理論計(jì)算

在室外覆蓋室內(nèi)場(chǎng)景下，800 MHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)與2.1 GHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)的室內(nèi)鏈路損耗差異主要考慮空間傳播損耗、饋線損耗和穿透能力3個(gè)方面因素。

在饋線損耗方面，如果考慮7/8饋線，2 GHz頻段的饋線損耗差異為6.11 dB/100 m，而800 MHz頻段的饋線損耗為3.63 dB/100 m，2 GHz頻段與 800 MHz頻段的饋線損耗差異為2.48 dB/100 m；如果考慮1/2饋線，2 GHz頻段的饋線損耗為10.7 dB/100 m，而800 MHz頻段的饋線損耗為 6.46 dB/100 m，2 GHz頻段與 800 MHz頻段的饋線損耗差異為4.24 dB/100 m。參考CDMA現(xiàn)網(wǎng)，基站機(jī)頂至天線多采用7/8饋線，參考饋線統(tǒng)計(jì)長(zhǎng)度50 m，可以得出，2.1 GHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)與 800 MHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)的實(shí)際饋線損耗差異約為1.3 dB。

在空間傳播損耗方面，考慮到初期2.1 GHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)將主要集中部署在大中城市的熱點(diǎn)地區(qū)，其小區(qū)半徑多在1 km以內(nèi)，因此采用了COST231-Walfislkegami模型進(jìn)行800 MHz頻段和2.1 GHz頻段的傳播損耗對(duì)比分析，具體計(jì)算與分析結(jié)果同室外覆蓋性能分析。

在穿透能力方面，相比于800 MHz頻段，2.1 GHz頻段的穿透損耗較小，但繞射能力較差，因此其穿透能力總體上弱于800 MHz頻段，依據(jù)測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)，兩者差異約為 1.5～5.5 dB。

3.1.2 外場(chǎng)測(cè)試

基于外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行了2.1 GHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)和800 MHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)的室內(nèi)覆蓋性能的對(duì)比測(cè)試。

室外覆蓋室內(nèi)場(chǎng)景下800 MHz/2.1 GHz接收電平如圖3所示。從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，800 MHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)的信號(hào)的平均接收電平為75 dBm，2.1 GHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)的信號(hào)的平均接收電平為87 dB，弱于800 MHz約為12 dB。特別指出得是，在室內(nèi)縱深區(qū)域，2.1 GHz系統(tǒng)信號(hào)已經(jīng)出現(xiàn)較大衰落（90 dBm以下），遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于800 MHz信號(hào)，其網(wǎng)絡(luò)性能呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 室內(nèi)分布場(chǎng)景

3.2.1 理論計(jì)算

在室內(nèi)分布場(chǎng)景下，800 MHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)與2.1 GHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)的室內(nèi)鏈路損耗差異主要考慮空間傳播損耗、饋線損耗、插入損耗和穿透能力3個(gè)方面因素。

在饋線損耗方面，2 GHz頻段和800 MHz頻段的每百米饋線損耗差異參見室外覆蓋室內(nèi)場(chǎng)景部分。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中，2 GHz頻段室內(nèi)分布系統(tǒng)與800 MHz頻段室內(nèi)分布系統(tǒng)的實(shí)際饋線損耗差異與具體情況（建筑物高度、覆蓋面積、布線方式等）密切相關(guān)。

在空間傳播損耗和穿透能力方面，采用了馬特內(nèi)-馬恩納 （Keenan-Motley）多墻模型進(jìn)行 800 MHz頻段和2.1 GHz頻段的室內(nèi)空間傳播損耗和穿透能力對(duì)比分析。馬特內(nèi)-馬恩納多墻模型是在馬特內(nèi)-馬恩納模型的基礎(chǔ)上提出的，主要考慮了自由空間損耗和穿透損耗兩個(gè)方面，具體公式如下：

其中，LFS表示發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的自由空間損耗；Lwj表示穿透j類墻體的損耗，具體值與頻率密切相關(guān)；Nwj表示發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的j類墻體的數(shù)目，典型值為2；Lf表示穿過(guò)相鄰地板的損耗，具體值與頻率密切相關(guān)；Nf表示發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的地板的數(shù)目。

3.2.2 外場(chǎng)測(cè)試

基于外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行了2.1 GHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)和800 MHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)的室內(nèi)覆蓋性能的對(duì)比測(cè)試。室內(nèi)分布系統(tǒng)場(chǎng)景下800 MHz/2.1 GHz接收電平如圖4所示。

在2.1 GHz信號(hào)引入之前，測(cè)試區(qū)域室內(nèi)分布系統(tǒng)主要用于傳送800 MHz/1 900 MHz GSM、800 MHz CDMA和2 GHz WCDMA信號(hào)，因此其天線部署已經(jīng)考慮了2 GHz高頻信號(hào)的因素?？紤]CDMA 2.1 GHz信號(hào)的引入，采用增加3 dB電橋并與原有信號(hào)合路的方式改造已有室分系統(tǒng)，即2.1 GHz室內(nèi)分布系統(tǒng)采用與800 MHz室內(nèi)分布系統(tǒng)完全相同的布線方式。因此，影響測(cè)試區(qū)域2.1 GHz室內(nèi)分布系統(tǒng)性能的主要因素包括饋線損耗差異、空間傳播損耗差異以及穿透損耗。

從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，1F 800 MHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)信號(hào)的平均接收電平為-67.59 dBm，1F 2.1 GHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)信號(hào)的平均接收電平為-55.31 dB，高于800 MHz約為12 dB，其主要原因在于2.1 GHz信源輸出功率為43 dBm而 800 MHz信源輸出功率為 31.5 dBm；3F 800 MHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)信號(hào)的平均接收電平為-58.92 dBm，1F 2.1 GHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)信號(hào)的平均接收電平為-49.2 dB，高于 800 MHz，約為 9.72 dB，其原因同 1F。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)容量受限的大中型城區(qū)環(huán)境，由于有用信號(hào)與小區(qū)間干擾信號(hào)隨著頻段的增加而同時(shí)衰減，因此在接收電平和信干噪比滿足要求的情況下，仍可以通過(guò)1:1建設(shè)方式部署2.1 GHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)，滿足室外網(wǎng)絡(luò)部署需求；同時(shí)，在高層遮擋嚴(yán)重、陰影衰落明顯的區(qū)域，2.1 GHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)出現(xiàn)弱覆蓋或者覆蓋盲區(qū)的幾率大大增加，因此需要考慮進(jìn)行室外網(wǎng)絡(luò)覆蓋增強(qiáng)，具體包括增加基站、高增益天線、RRU上塔等。

針對(duì)室外覆蓋室內(nèi)場(chǎng)景，如果以800 MHz cdma2000 HRPD網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過(guò)1∶1建設(shè)方式部署2.1 GHz cdma2000 HRPD系統(tǒng)，考慮空間傳播損耗、饋線損耗和穿透損耗差異因素，2.1 GHz系統(tǒng)的室內(nèi)覆蓋效果明顯弱于800 MHz系統(tǒng)，在縱深較大或者遮擋嚴(yán)重等局部區(qū)域，需要考慮進(jìn)行覆蓋增強(qiáng)；針對(duì)室內(nèi)分布場(chǎng)景，考慮空間傳播損耗、饋線損耗和穿透損耗差異因素，2.1 GHz系統(tǒng)的室內(nèi)覆蓋效果弱于800 MHz系統(tǒng)，需要考慮進(jìn)行覆蓋增強(qiáng)，如提升信源功率、增加干放、增加天線密度等。

1 張玉鳳，杜瀅，顧旻霞.2 GHz cdma2000數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)設(shè)備技術(shù)要求：高速分組數(shù)據(jù) （HRPD）（第二階段）接入網(wǎng)（AN）

2 杜瀅，龔達(dá)寧，嚴(yán)砥.2 GHz cdma2000數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)技術(shù)要求：高速分組數(shù)據(jù)（HRPD）（第二階段）空中接口