1、 高层导频污染问题探讨和伪导频解决方案杨永锋 戴擎宇 王斌（朗讯科技中国有限公司 中国联通上海分公司）摘要：本文分析了高层导频的成因和一些解决方案，并引入利用伪导频解决高层导频污染的思路。同时提出了几种伪导频方案，并对各方案进行比较。最后介绍了伪导频方案的实际试验工程效果。关键词：伪导频，高层导频污染1 概述上海 CDMA 网络经过几期建设后，不但在室外覆盖上已经达到相当程度，而且在室内覆盖上也已经发展了相当规模。目前上海现网室内站已经达到了 700 多处，还不包括由室内直放站构建的室内覆盖系统。随着室内站和室内覆盖系统大规模建设，一些与室内覆盖系统相关的网络问题也随之显现。主要的表现形式是，
2、在一些室内覆盖系统中，由 CDMA 系统特性问题而导致 C 网室内信号在高层窗边无法将室外信号完全“逼”出窗外，致使室内信号在高层窗边无法完全成为主控信号，从而出现高层所特有的现象：无主导频信号，或导频间无法切换引起的一些起呼失败和掉话等等，一般我们称之为“高层导频污染”。又因其主要发生在高层窗边，或简称其为“窗边效应”。“窗边效应”影响了用户在高层窗边的通话质量和主观感受。为解决这一难题，先后运用了多种方法，但难免要涉及对室内覆盖系统和外部宏蜂窝网络的改动，投资大、工期长，工程复杂。本文通过对高层导频产生的内外在因素分析，在一些常规解决手段的基础，引入了一种全新的解决方案伪导频解决方案，该方
3、案不需要对分布系统和外部网络做大规模的整改，为运营商节约宝贵的投资和时间。2 “窗边效应”产生因素高层导频污染主要发生于高层建筑物的窗边。即便这幢楼宇已经安装了室内覆盖系统，由于一般室内覆盖系统天线都安装在建筑物的楼道内，其输出信号到达窗边时，自由空间损耗及穿透损耗已经使室内信号无法在窗边形成有效的主导频，从而形成所谓的高层导频污染。因此，造成高层导频主要是外在因素和内在因素共同作用的结果。1）外在因素：在高层能收到多处基站传来的信号，特别是当周边的基站高度较低时，在高层更能收到一些多重以外基站的信号。同时，由于高层信号的不规则，也会出现一些导频之间没有邻区关系的现象。现网天线高度一般都在 3
4、0-40 米左右，相当于 10-13 层楼的高度，且市区内普遍采用 6 度电子下倾的天线，因此高层的信号主要来自天线本身的主波瓣的上半部分、一些楼层的反射和天线的后瓣。其中，影响最大的是来自天线本身主波瓣的上半部分。分析天线垂直方向图上可以得出，主瓣虽然加上了一定的倾角，但在水平及水平方向以上 2度左右的地方，主瓣功率只是下降了 6 到 10db 左右。现实模拟如图所示：图 1：宏站天线上波瓣对远处高层影响图天线和远处建筑物高层之间的夹角也就是 2 度左右，因此，到达高层的信号基本还是由远处基站的主瓣贡献的。另一个主要影响的外在因素是，高层所看到的信号数量较多，一般除了近处基站的信号，有的更有
5、来自较远几层外的基站。几个扇区之间邻区关系不可能十分完整。同时高层信号的波动也比较大，信号间切换比较频繁。一般的高层掉话和起呼失败，都可以归结到：终端在空闲或通话状态下，经过十数次的 PN 之间的切换，最终由于某两个扇区之间缺乏邻区关系，或无法及时发现新的 PN 导致掉话。从终端用户的感受来讲，在高层往往是可以起呼，也可以进行一定时间的通话，但通话很难保持，经过一定的时间，即出现掉话。2）室内覆盖因素既然室外信号比较强，要想使室内信号压过室外信号而成为主导频，多少功率才是合适的呢？有个简单的公式可以估算：10log P_in_pilot_recv/( Ith + P_out + P_in_pi
6、lot_recv /0.15) T其中：窗边室外接收总功率为：P_out （室内基站开通前忙时测量值）热噪声基底：Ith = -105 dBm通话所需保证 Ec/Io:T dB （根据覆盖要求可调整，假设值为-10dB)在窗边所需的室内基站 Pilot 信号的功率：P_in_pilot_recv依据上述公式简单举例:当室外接收信号强度达到55- -60dBm 左右时（高层情况下很常见）,室内 pilot 信号需在窗边达到10dB 左右的 Ec/Io，在其边缘的接收功率（即窗边的接收功率）也将需要达到5560dBm。而要达到这个功率，根据室内传播公式：P_in_pilot_recv = P_an
7、t L _air Ld - Lp其中 P_ant 是室内覆盖天线口输出功率，L _air 是室内覆盖空间传播损耗，Ld 是室内隔断损耗，Lp 是室内多径损耗。通常 Ld+Lp 取 15db。假设天线口离窗边有 15 米距离（此时 L _air 为56db），则根据上面的公式，要使 P_in_pilot_recv 达到-60dbm 功率，则天线口输出功率 P_ant至少应为 11dbm。这在一般室内覆盖系统中很难做到。外在因素和室内覆盖因素相加起来，是造成窗边效应的主要原因。3 解决“窗边效应”的一些思路解决高层导频污染的思路主要是从高层导频污染问题的根源着手，找出相对应的解决方案，对症下药。总
8、的来说，解决思路主要分为以下四大类：第一类：通过更换室外宏站天线来抑制导频信号对高层的影响；第二类：尽量完善室内站与室外宏站之间的邻居关系；第三类：设法使室内覆盖信号在窗边形成主导频。以下就对这三类思路进行详述。3.1 通过更换室外宏站天线抑制导频信号对高层的影响这类思路的中心思想是控制外部宏基站信号对高层的影响，通过避免不期望的信号达到高层的方式来抑制高层导频污染的发生。主要手段有两种，一是减少基站发射功率，二是使用合适的基站天线。由于目前网络上承受的话务量较高，城市中穿透损耗又比较大，因此不建议减少基站的发射功率。所以，选用合适的基站天线是控制宏站信号达到高层的合理手段。目前通过选用合适的
9、基站天线以达到控制高层导频的方法主要有以下几种： 选择主波瓣滚降特性较好的天线； 选择前后比较好的天线； 密集市区选择电倾天线。建议可以多采用一些带内置电倾或完全电倾的天线。因为机械倾角的天线在下压时只对主瓣起作用，而对旁瓣不起作用，且如果下压多大容易引起波瓣变形，反而加剧对周围小区及高层的干扰。电子倾角在下压时对主瓣和旁瓣都起作用，倾角过大波瓣变形较小，能够有效控制对周围基站和高层的干扰。3.2 尽量完善室内站与室外宏站之间的邻居关系随着室内站建设和开通数量的增加，在市区范围内，一个宏站的扇区覆盖范围内有很多处室内站。有统计数据数据表明，目前上上海市区内宏站扇区的邻居表内，有近 1/3 已经
10、是室内站邻居。而作为宏站，一方面要与周围宏站建立邻居关系，一方面要照顾到本扇区内的室内站，20 个邻居表数量上限已经是应接不暇。所以，绝大多数情况下，室内站只与周围一层宏站有邻居关系。而事实上，由于高层收到的信号复杂，有相当一部分是来自第二层甚至是第二层以外的宏站信号，不可能把室内站都一一加入这些宏站的邻居表内。这就造成高层由于导频间无法切换而造成的掉话或起呼失败。因此，尽快突破 20 个邻居表限制，让室内站尽可能多的和周围宏站/扇区建立邻居关系，也是避免窗边效应形成的有效手段。3.3 设法使室内覆盖信号在窗边形成主导频该方案的中心思想是通过在窗边建立一个主导频，减少窗边导频过多切换，从而抑制
11、窗边效应的发生。而要实现在窗边建立一个主导频，主要通过以下三种手段： 抑制外部不利信号对高层的影响。前面 3.1 节已有详述； 加强室内信号覆盖。根据章节 2 中的计算，要使室内信号在窗边形成主导信号，室内天线的出口功率至少为 11dbm，这在绝大部分室内覆盖系统是很难达到的。即使在新方案设计中要达到这一输出功率，整个室内覆盖系统的造价也非常高； 按楼层的增高，逐步将室内天线由楼道向室内布放。但一方面目前已经建成的室内覆盖系统改造的成本很高，另一方面很多楼宇内部隔断和房间很多，一个房间放一个天线也不经济； 将室内覆盖系统信号引出，用室外天线+直放站方式覆盖本建筑物的高层，以达到消除窗边效应的目
12、的。由于绝大部分楼宇考虑到外部美观和安全，这种方式的可操作性不高； 通过引入伪导频方式，在室内采用专用频点（例如 119 频点），通过频分的方式在高层间提供一个纯净的室内频点，并使手机驻留在上，消除窗边效应。这也是本文叙述的重点。通过对高层导频污染解决方法的分析，引入伪导频方案解决思路清晰，目的明确，充分利用了原有的室内覆盖系统，且在实验环境下均取得了非常良好的效果，因此作为重点高层导频污染解决方案向大家推介。特别是朗讯以 Compact4.0 基站为室内信源，可容易的通过对软件的设置和增加部分硬件设备来实现伪导频，减少工程难度。另外，由于高层和低层对伪导频的需要和设置不同，为更好的控制伪导频
13、，我们还要将室内覆盖系统做一些改动，实现高、低两层分扇区覆盖。4 伪导频方案原理和分析伪导频的基本原理就是通过引入室内专用频点，并利用伪导频，在手机进入室内时，通过伪导频辅助切换到室内专用频点上。如此手机无论在室内何处，都可以驻留并起呼在专用频点上。同时，由于该频点是室内专用，外部网络无此频点，因此在窗边也可以获得满意的前向 Ec/Io，保证了通话质量。41 原理框图伪导频方案原理 框图如下：图 3：伪导频方案原理示意图如图所示，绿色表示业务频点、无填充表示伪导频。“F in”表示室内专用频点，“F out”表示室外已用频点。由图可见，室内由两个扇区分别覆盖，假设第一扇区覆盖低层，第二扇区覆盖
14、高层。在频点的设置上，在低层设置导频 F out 1、F ou2 和 F out3 为伪导频，F in 4 为业务频点。而在高层也一样设置 F out 1、F out 2 和 F out 3 都为伪导频，而只保留 F in 4 为业务导频。高层我们不希望室内专用频点往外切，因此不把高层扇区设置成切换扇区；而在低层设置为切换扇区，保证低层用户走出楼宇时，室内专用频点 F in 4 可以顺利切换到外部网络。F out 1F in 442 工作原理 手机从室外切到室内手机无论在通话状态或在 Idle 状态下都发生基于伪导频的切换，切换目标是 F in 4。 手机在低层/高层中心开机或起呼手机在室内开
15、机，由伪导频导引直接驻留在 F in 4 上，并且在 F in 4 在上进行待机或起呼。 手机从低层向高层的移动由于低、高层间使用的都是 F in 4 的室内专用导频，手机处于通话或 Idle 状态时，发生一般的软切换。 高层室内覆盖区域内通话和待机手机到达高层后，在室内覆盖区域内，无论是在通话或在 Idle 状态下，都会处于 F in 4 上。由于在高层的 F in 4 不会和其他扇区做基于扇区的载频下切，因此手机在高层通话状态下，无论怎么移动，只要室内的 F in 4 信号满足通信条件，手机就一直在 F in 4 上面，不会跑到 高层窗边开机或通话结束在高层窗边开机或通话结束时，手机都会进
16、行初始化过程。除一小部分手机（目前型号不明）外，其余手机都会回到 283 频点上进行初始化。针对上海室内覆盖情况，大部分楼宇的高层窗边室内信号无法占到主导频，因此手机会在窗外宏蜂窝网络上的 283 频点进行初始化，并且根据外部网络的配置进行驻留和起呼。对于这种情况，讨论如下：首先，如果手机在窗边占的是外部网络信号，当它向室内移动时，无论是处于通话状态或Idle 状态下，都会随着室内信号的增强触发基于伪导频的切换。触发条件有基于 T_add 和 T_comp两种形式，随伪导频设备和设置不同而定。通过切换，手机可以顺利切入室内的 F in 4 上，情况就如同“高层通话和待机”中描述的一样。其次，如
17、果手机不马上进入室内，而是继续留在窗边，则由于室内信号不能马上占据主导频，因此手机将继续驻留在外部网络上。但与普通方案不同的是，普通方案中，室内信号即便有机会占据主导频，只要不能成为绝对主导频，会继续与外部网络发生频繁的乒乓切换，最终会由于切换不及时而发生掉话。但在伪导频的方案中，只要室内信号有机会占据主导频，就会触发基于伪导频的载频间切换，将手机引导到 F in 4 上，情况就和“高层通话和待机”中一样。当然，还有最后一种情况，就是室内信号始终无法在窗边占据主导频并且较远的基站信号越区覆盖，并且没有和室内站与周围较近的基站做切换。这种情况都会导致手机因切换失败导致的掉话。对于这种情况，就要考
18、虑对室内覆盖系统做适当的改造，或对越区宏站加以分析，找出越区的原因加以解决。 手机从高层向低层移动手机无论在通话或 Idle 下，发生一般的软切换。 手机在低层窗边开机这种情况与在高层窗边开机情况相类似，所不同的是低层室外信号一般来自周围一层站的信号，切换关系比较明确，即使存在窗边效应，也较少发生因丢失切换关系而引起的掉话； 走出楼宇当手机走出楼宇时，会发生室内 F in 4 到室外宏蜂窝网络载频的载频间切换。43 伪导频方案的几种实现方式根据上海目前现网的实际情况，要实现伪导频有两种，第一种是基站自身实现；第二种是引入第三方伪导频设备。431 基站自身实现伪导频目前在上海室内覆盖中大量运用的
19、朗讯 Compact4.0 基站，通过软件设置和增加部分硬件可自身实现伪导频。 软件设置：开启某个需要设置成伪导频的频点；在这个频点的 Pilot_only 一项中进行设置。其中“0”代表该频点不是伪导频；“1”代表该频点是伪导频，且执行 T_add 伪导频切换算法；“2”代表该频点是伪导频，且执行 T_comp伪导频切换算法。伪导频必须配置导频和同步信道。 硬件增加：根据需要输出的伪导频数量和扇区数量来确定所需要增加的信道板。主要包括功放模块、MCR、CCU 等。432 利用第三方设备实现伪导频除了基站本身实现伪导频以外，还可以通过引入第三方设备来实现伪导频。其原理框图如下：室 内 基 站
20、耦 合 器 FSFSFSFS射 频 输 入 导 频 3导 频 4导 频 5导 频 6导 频 2导 频 1MCLA一 载 频 最 多 6个 伪导 频天 线图 4：第三方伪导频生成原理图（FS：频率发生器；MCLA：多载频线性放大器）第三方伪导频设备通过耦合器从基站获得原始信号，与基站保持同步（可以通过 10M 时钟或PN 码来同步）。随后将原始信号加以变频后输出期望频点（最多 6 组，可实现连续或跳频方式输出），合成后通过天馈系统输出。伪导频设备从信号输出上又可以分为两种，一种称为移频方式，即从源基站耦合信号后直接变频放大输出；另一种称为纯导频方式，从源基站耦合信号后提炼出导频信号变频放大后输出
21、。433 各方案特点和对比 基站自身实现伪导频通过基站自身实现伪导频，设置简单，管理方便，由于可同时配置导频和同步信道，使手机无论在待机还是在通话状态下，都能非常迅速的通过伪导频进行下切。各伪导频由于只配置导频和同步信道，使的该导频 Ec/Io 获得一定的改善。另外基站可以通过对伪导频的设置（Pilot_only=0,1,2）来控制伪导频切换，使手机能够迅速的执行伪导频切换回到室内频点，在解决高层污染中非常有效。但该方案需要增加一定的基站硬件设备。 移频式第三方伪导频设备移频式第三方伪导频设备安装灵活，不需要对原有基站设备进行软、硬件改动，并可通过跳频方式实现一个伪导频设备模拟多个伪导频。但由
22、于移频伪导频只是进行简单的移频和放大，因此对伪导频 Ec/Io 没有提高，在解决高层导频污染方面没有太大的实际意义。 纯导频式第三方伪导频设备纯导频方式是为了改进移频方式缺点的伪导频方式，其主要原理是通过对源信号同步后只对其导频信号进行移频和放大，从而改善了伪导频的 Ec/Io。但主要缺点是由于没法解调出同步信道，因此手机在 IDLE 状态下如果从外部网络进入伪导频内部网络，由于伪导频无法给手机提供有用的同步信道，故手机会对每个频点进行逐一扫描，加大手机切换入网时间，还有可能造成手机脱网。以下是各方案比较汇总：表 1：几种伪导频方案对比比较项目 基站自身实现 移频式伪导频 纯导频式伪导频实现方
23、式 基站自身通过软件设置和增加硬件。通过耦合基站信号，移频放大后得到。通过耦合基站信号，提取源信号导频信道加以放大后得到。伪导频信号质量 伪导频信号中包括导频信号和同步信道，信号纯净，伪导频Ec/Io 很理想。伪导频包括导频、同步、寻呼和业务信道，伪导频 Ec/Io 不理想。伪导频中只包括导频信道，伪导频 Ec/Io比移频式理想。实现难易度和管理容易实现，后期管理方便第三方设备，工程改造安装比较复杂，管理较难第三方设备，工程改造安装比较复杂，管理较难对伪导频切换的贡献基站方式下，伪导频中含有导频信号和同步信号，无论手机在通话状态下或 IDLE状态，系统都能精确导引手机切换至目标载频移频方式中，
24、伪导频信号 Ec/Io 质量不理想，触发伪导频切换较为困难。纯导频方式中，伪导频信号 Ec/Io 质量尚可，较移频式容易触发伪导频切换。伪导频切换控制 可通过修改Pilot_only 值来控制伪导频基于何种切换方式（T_add 或T_comp）只能基于 T_comp 方式只能基于 T_comp 方式对改善高层窗边效应的贡献既有良好的伪导频Ec/Io，有可以控制切换方式为 T_add，使手机在高层窗边能有更多机会触发伪导频切换至室内专用载频，最大限度的消除了高层窗边效应。伪导频 Ec/Io 较差，又只能基于 T_comp的切换方式，对于改善高层窗边效应几乎没有任何贡献。伪导频 Ec/Io 较移频
25、方式好，但只能基于T_comp 的切换方式，对于改善高层窗边效果很有限。工程成本 较高 低 较低44 几种方案在现网的实际使用分析从 4.3 节中对各种方案分析可以知道，室内覆盖伪导频和宏蜂窝网络使用的伪导频是有区别的，不是所有的伪导频实现方式都可以套用到室内覆盖中。这是因为： 在室内覆盖中应用伪导频主要是为了解决高层窗边效应，因此对伪导频信号质量、切换方式控制的要求比较高，普通伪导频设备很难达到这一点； 在室内切换带一般很短，甚至从入口到室内覆盖区只有几米的距离，这就要求伪导频切换迅速准确。这就对伪导频的信号质量、设备和实现方式提出较高的要求； 象上海这样室内覆盖点比较多的地方，如果全部采用
26、第三方设备，对设备管理和网络监控产生一定困难。因此，根据我们分析，在上海现网如果推广伪导频方式解决高层导频污染问题，对上述几种方案的运用思路如下：1、 对特别重要的场所，如 5 星级酒店、超高档写字楼等，建议采用基站自身实现伪导频方式。2、对普通楼宇，可考虑采用第三方纯导频方式的伪导频设备；3、对于某些由于室内覆盖工程原因，在窗边特别难以形成主导频、而用户投诉比较集中、强烈的楼宇，也可以考虑采用基站自身实现伪导频方式来解决高层问题。5 实际应用效果为验证伪导频对解决高层导频污染的实际效果，我们在上海实际选择了一幢楼宇做了试验。51 测试基本信息试验楼宇：东方众鑫大厦；楼高：32 层；机房位置：
27、8A 层；原配置：单扇区/单载频，PN=134。楼宇平面图如下：图 5：东方众鑫大厦楼层平面图52 系统改造和配置本次试验采用由朗讯基站自身实现伪导频方式，为使试验达到最好效果，对系统改造如下：首先，由于高层和低层环境不同，因此选择高层和低层分扇区覆盖。对原覆盖系统进行调整，使之满足分扇区覆盖要求。其次对信源进行升级。由于原先基站是单载频/单扇区设置，此次的目标设置是每扇区（低层和高层）四个载频，其中 283、201 和 242 设置为伪导频、119 为室内专用业务载频。因此要将原先的单载频/单扇区升级到 4 载频/2 扇区，在硬件上需要增加若干信道板。随后设置扇区，高层室内频点不做下切，而低
28、层室内频点考虑到手机要向外部移动，故低层室内频点要做向外部网络做下切。就也是为什么要分扇区覆盖的主要原因。最后选择伪导频切换方式，为使更容易触发伪导频，设置伪导频切换方式为 T_add 形式。系统配置图如下：室 内 站 第 一 扇 区 覆 盖8楼 以 下PN： 134业 务 载 频 ： 19伪 导 频 ： 283、 20、 24第 二 扇 区 覆 盖8楼 以 上PN： 126业 务 载 频 ： 19伪 导 频 ： 283、 20、 24扇 区 之 间 发 生一 般 软 切 换室 外 宏 蜂 窝 信 号室 内 到 室 外 发生 载 频 室 外 到 室 内 发生 伪 导 频 辅 助切 换室 外 宏
29、 蜂 窝 信 号室 外 到 室 内 发 生伪 导 频 辅 助 切 换 高 层 扇 区 不 和 外部 网 络 做 切 换图 6：东方众鑫大厦伪导频方案系统配置图53 测试结果表 2：东方众鑫大厦伪导频方案测试结果测试项目 测试结果 具体描述手机在高层和低层室内信号覆盖区待机或起呼成功 手机能顺利的 IDLE 和起呼在室内专用频点 119 上手机在高层和低层间移动 成功 手机高层和低层间移动，发生一般的软切换手机由室外切入室内 成功 在通话和 IDLE 状态发生基于伪导频的切换，由系统顺利导引手机至室内频点 119。手机由室内切出室外 成功 手机在通话状态下发生载频下切；在 IDLE 状态下发生
30、IDLE HANDOFF。手机在窗边开机或结束通话 能回到室内频点测试结果发现大部分测试中，从现象上看手机在结束通话后都可以回到 119 频点上继续待机（同样的情况发生在开机过程中）；另有部分点在结束通话/开机后没有马上回到119，但在向室内移动了 1 米之后，也成功通过伪导频切换回了室内频点 119。一旦回到了 119 后，就待机和通话在 119 上，不会再回室外宏蜂窝网络。从测试结果可以看出，试验效果达到了预期目的，特别在窗边的测试说明该方案能非常有效的消除“窗边效应”，从而解决了高层导频污染问题。同时我们选择了 31 楼上进行了移动性测试，在沿窗边的走廊进行移动路测，测试结果表明在该系统
31、开通后，对室内无线环境改善非常大，具体如下：31 楼未开通系统之前窗边移动 Ec/Io 图起呼失败点31 楼开通系统之后窗边移动 Ec/Io 图图 7：系统开通前后 Ec/Io 前后对比图54 话务统计性能对比系统开通后进行前后话务指标对比，具体如下：Established Calls0200400600800100010.17 10.18 10.19 11.28 11.29 11.30起呼正常Drop Call Rate00.20.40.60.811.210.17 10.18 10.19 11.28 11.29 11.30图 8：系统开通前后指标对比图分析指标，我们发现在系统开通，掉话率指标
32、有所改善，更重要的是在该站上的呼叫建立次数增加了非常多。分析后我们认为，该写字楼（平面图参见 5.1 节中）呈正方形分布，办公室大都位于四周的窗边，正是由于改善了窗边效应，使室内信号吸收了大部分室内呼叫和话务，提高了该室内站的利用率。6 总结本文通过对高层导频污染成因的解析，提出了一些解决高层导频（窗边效应）的解决方案，并且着重介绍了其中一种解决思路“伪导频+分扇区”方案。通过对该方案原理、配置和实际现网试验效果的介绍，证明了该方案在解决高层导频污染方面有良好的效果，并具备一定市场推广价值。作者简介：杨永锋：男，毕业于四川大学，工作于朗讯科技（中国）有限公司全球服务部，联系方式为 戴擎宇：男，毕业于复旦大学，工作于中国联通上海分公司移动通信业务部，联系方式为 王斌：男，毕业于上海大学，工作于中国联通上海分公司移动通信业务部，联系方式为
