G培训之十(UMTS无线设计ppt课件

1、CDMA 系统设计根底系统设计根底 2000年11月3G培训资料之十PowerTimeFrequencyTimePowerFrequency GSM - FDMA/TDMA 混合方案 窄带载频复用 WCDMA 运用CDMA直接扩频技术 码分多址 - 多个用户同时运用一个载频 单频复用WCDMA 根本原理64 Kbps3.84MHz3.84 MHz64 Kbps发送发送接纳接纳扩频合成信号 解扩其他用户噪声WCDMA的多址原理的多址原理处置增益处置增益 = 扩频码率 / 输入数据码率WCDMA - 语音效力处置增益 = 3.84 Mcps / 12.2 kbps= 25 (dB)假设接纳机的 E

2、b/No 要求 = 5 dB 信号可以比所接纳到的噪声小 20 dB (100 倍) 同一蜂窝的用户运用同一频率 相邻蜂窝的用户也运用同一频率 N=1 频率复用 4 site, 12 frequency reuse111111111111111111111111111111111111111111111N=1 frequency reuse654321879121011654321879121011654321879121011654321879121011空中接口和信道带宽WCDMA宽带宽带 5 MHz 载频包括维护带载频包括维护带利用伪随机码来识别不同的扇区和用户利用伪随机码来识别不同的扇

3、区和用户容易获得最大的频谱运用率容易获得最大的频谱运用率 (n=1 复用复用)话音质量直接影响网络容量话音质量直接影响网络容量GSM窄带窄带 200 KHz 载频载频空中接口基于空中接口基于 TDMA (8 个全码率呼叫个全码率呼叫 / 200KHz 信道信道)固定的通话数量固定的通话数量 / 段频谱段频谱高容量高质量单一化的系统规划CDMA 技术的优势高容量频谱效率 - GSM 需求至少12个GSM载频 12*200KHz = 2.4 MHz 在一对5 MHz (5 + 5) 频谱中, 采用13K话音编码 Carrier/sector = 2 Tch/sector = 15 Erlang/s

4、ector = 9 Erlang/site = 27 Erlang/MHz/site = 5.44 site, 12 frequency reuse654321879121011654321879121011654321879121011654321879121011频谱效率 - IS95 CDMA 需求至少1个CDMA载频 1.23 + 0.54 MHz 维护带 = 1.77 MHz 在一对5 MHz (5 + 5) 频谱中, 采用8K EVRC 话音编码 Carrier/sector = 3 Erlang/carrier/sector = 15.5 Erlang/site = 15.5*3

5、*3 = .5 Erlang/MHz/site = 27.9111111111111111111111111111111111111111111111N=1 frequency reuse频谱效率 - WCDMA 需求至少1个WCDMA载频 5 MHz, 包括维护带 在一对5 MHz (5 + 5) 频谱中, 采用12.2K AMR话音编码 Carrier/sector = 1 Erlang/sector = 56 注 Erlang/site = 56*3 = 168 Erlang/MHz/site = 33.6 注: 初步估计111111111111111111111111111111111

6、111111111111N=1 frequency reuseIS95 CDMA800 MHz载频间隔 (MHz) 声码率 (Kbps)复用方式容量容量Erlang/MHz/SiteGSM900MHzWCDMA2 GHz0.21.235812.241/31/35.427.933.6CDMA 技术使得频率资源得到最充分的利用技术使得频率资源得到最充分的利用 频谱效率13高质量先进的误码检测和纠错技术先进的声码器软切换和更软切换 - 不易掉线多种分集: 频率分集 - 宽带信号途径分集 - 多路Rake接纳机 & 软切换空间分集 - 两个接纳天线时间分集 - 交错 & 编码准确的功率

7、控制减少干扰CDMA 技术的优势 - 高质量Outgoing Waveform-80 dB-90 db-110 db-120 db3.84 Mhz3.84 Mhz 400 Khz 范围内的 12 db 衰落只影响了 1/10 of CDMA 带宽.因此， 对 WCDMA 的总衰落是 0.5 db整个 GSM 200 KHz 信道都遭到了同样的衰落影响，因此对用户的总衰落也是12 db. WCDMA 对频率选择性衰落能提供更好的维护对频率选择性衰落能提供更好的维护Received Waveform-80 db-90 db-110 db-120 db200 KhzOutgoing Waveform

8、-80 db-90 db-110 db-120 db200 KhzReceived Waveform-80 db-90 db-110 db-120 db12 dB Fade0.5 dB Loss12 dB Fade12 dB Loss!WCDMAGSM频率分集对话音质量的改善ReceiverReceiverReceiverMobile Rake ReceiverAnalogTDMACalls FadingD/AAudio FadingD/AMobileReceiverCDMA Calls经过多个接纳机综合从不同的基站和不同的反射途径来的信号可以减轻衰落的影响衰落很能够导致信息的丧失 = 降低话

9、音质量途径分集对话音质量的改善多径效应WCDMA不会添加干扰不会添加干扰经过经过Rake接纳机混合从多个途径来的同一信号可以得接纳机混合从多个途径来的同一信号可以得到一个更好的接纳信号到一个更好的接纳信号GSM导致干扰添加导致干扰添加利用接纳天线分集减轻其影响利用接纳天线分集减轻其影响Narrow Band基站竞争基站竞争硬切换硬切换挪动台位置挪动台位置CellACellBSoftHandoff信号强度信号强度ABCDMA基站协作基站协作软切换软切换先释放后建立先释放后建立先坚持后释放先坚持后释放两个或多个基站之间的软切换切换WCDMA硬切换、软切换、更软切换硬切换、软切换、更软切换根据挪动台

10、测得的信号强度和根据挪动台测得的信号强度和/或系统定义的参数确定能否切或系统定义的参数确定能否切换换 软切换或更软切换时挪动台与软切换或更软切换时挪动台与2-3个基站坚持衔接，因此减少个基站坚持衔接，因此减少了掉话的能够了掉话的能够GSM只需硬切换只需硬切换根据挪动台测得的信号强度和根据挪动台测得的信号强度和/或系统定义的参数确定能否切或系统定义的参数确定能否切换换 快速切换能尽能够少地占用珍贵的系统资源快速切换能尽能够少地占用珍贵的系统资源多径接纳Switch帧质量指示器QualityFrames帧质量指示器QualityFramesQualityFrames改善话音质量Transcoder

11、 从多至3个软切换扇区中选择最好的帧 CDMA 软切换能改善接纳到的帧质量软切换能改善接纳到的帧质量43214321 本例中只显示了7帧 1234 56711223344556677Transcoder 选择的帧软切换对话音质量的改善分集方法WCDMA两个接纳天线空间分集两个接纳天线空间分集经过经过Rake接纳机的途径分集接纳机的途径分集经过扩频而来的频率分集经过扩频而来的频率分集经过交错编码的时间分集经过交错编码的时间分集GSM两个接纳天线空间分集两个接纳天线空间分集经过经过TDMA信道分割得到的时间分集信道分割得到的时间分集经过跳频实现的频率分集经过跳频实现的频率分集要求基站接纳到各挪动台

12、的功率都是均等的防止 远近 效应前向和反向功率控制 基站向挪动台广播参考功率挪动台比较接纳功率与参考功率，调整本人的发射功率(开环)基站丈量接纳到的挪动台功率然后命令挪动台小幅度地改动发射功率(闭环)功率控制功率控制能提高容量 & 质量WCDMA CDMA 固有地需求严厉的功率控制来保证接纳到的一切固有地需求严厉的功率控制来保证接纳到的一切的信号强度一样的信号强度一样CDMA 功率控制功率控制 = 干扰干扰 = 容量容量功率调理高达功率调理高达 1500 次次/秒秒功率控制确保最小的干扰功率控制确保最小的干扰GSMGSM 功率控制功率控制 = 噪声噪声 = 频率复用间隔频率复用间隔 =

13、 容量容量功率调理高达功率调理高达 17 次次/秒秒功率控制确保足够的接纳电平功率控制确保足够的接纳电平干扰管理 : VAD & DTXWCDMA多种码率的声码器能降低发送的码率，减少干扰多种码率的声码器能降低发送的码率，减少干扰GSM话音激活检测能降低发送的码率话音激活检测能降低发送的码率不延续的不延续的Tx使比特率从使比特率从13kbps下降到下降到500 bps，因此降低，因此降低干扰干扰不延续的不延续的Rx节省功率节省功率(延伸电池寿命延伸电池寿命)单一化的系统规划4 site, 12 frequency reuse1111111111111111111111111111111

14、11111111111111N=1 frequency reuse654321879121011654321879121011654321879121011654321879121011系统规划和实施站点选择邻区切换表PN 规划参数设定CDMA 的覆盖与 系统负荷相互关联合理设计系统以支持最大限制的系统负荷合理设计系统以支持最大限制的系统负荷轻载网络过载网络CDMA 覆盖/容量 与 数码率相互关联首先确定所需求的数据传输速率首先确定所需求的数据传输速率接纳灵敏度Sensitivity = kTB + NF + Eb/Nt PG- kT 为热噪声电平 dBm/Hz- B 为WCDMA载频带宽 d

15、B-Hz- NF 为噪声系数 dB- Eb/Nt 为到达要求的FER所需求的比特信噪比 dB- PG 为处置增益 dB为到达更高的数据传输速率需求更高的功率。由于基站为到达更高的数据传输速率需求更高的功率。由于基站LPA的限制，高速数据传输只需在接近基站的时候才干得到的限制，高速数据传输只需在接近基站的时候才干得到12.2 kbps64 kbps384 kbps144 kbpsRange decreases覆盖/容量 vs 数据率Max n users supported increasesCDMA 覆盖/容量 与 干扰相互关联尽能够地减少干扰尽能够地减少干扰反向链路容量等式N = W/R *

16、 1/(Eb/No) * 1/D * F * GN 为 每扇区呼叫个数W 为 扩频带宽R 为 输入数据率Eb/No 为 功率谱密度比特信噪比D 为话音激活因子F 为 频率复用效率 (周边基站的干扰)G 为扇区增益前向链路 导频污染 导频污染是CDMA系统不希望的结果 接纳到过多的导频信号。 良好的CDMA覆盖 = 良好的信号强度 + 良好的 Ec/Ior 导频污染 = 良好的信号强度 + 差的 Ec/Ior 不好的覆盖导频污染是由以下缘由导致的： 不佳的系统设计 不合要求的基站位置 复杂的地理环境 在只需1-2个基站的现场测试中很难显示导频污染的影响前向链路导频污染Ec/Io Plot (RE

17、D = poor) 覆盖空洞导频污染模拟器能协助预知导频污染地域。最正确的处理方案：良好的系统设计 好的站址选择 适当的天线下倾角 适当的基站发射功率站址选择 是 最重要的.将干扰减至最小 添加系统容量添加覆盖范围提高话音质量 保证足够的信号强度保证足够的信号强度- 在在CDMA系统中信号强度和系统中信号强度和 Ec/Io 是确定良好覆盖的根本要素。是确定良好覆盖的根本要素。- 在不同的地域信号强度的要求是不同的。普通地，在不同的地域信号强度的要求是不同的。普通地，-80dBm 的信号可以的信号可以提供很好的室外覆盖，但是在密集城区很能够不够。提供很好的室外覆盖，但是在密集城区很能够不够。 -

18、 密集城区还有室内穿透要求。室内穿透损耗与建筑物的构造和资料有很密集城区还有室内穿透要求。室内穿透损耗与建筑物的构造和资料有很大的关系，在地面楼层能够有大的关系，在地面楼层能够有10到到35 dB的变化。的变化。站址选择准那么户外站址选择准那么户外 最正确的信噪比最正确的信噪比- 尽量减少来自其它基站的干扰尽量减少来自其它基站的干扰 = 对对 Analog & GSM 最大数量的频率复用。最大数量的频率复用。 = 添加系统容量。添加系统容量。= 对对 CDMA 最正确的最正确的 Ec/Io。 = 最正确覆盖和系统容量。最正确覆盖和系统容量。- 在平坦的地形条件下，按照蜂窝小区方式放置的

19、基站可以使每一个扇区在平坦的地形条件下，按照蜂窝小区方式放置的基站可以使每一个扇区都获得良好的信噪比，因此依然是首选的方法。都获得良好的信噪比，因此依然是首选的方法。站址选择准那么户外站址选择准那么户外 为平滑切换保证延续的覆盖为平滑切换保证延续的覆盖 消除大区式的基站消除大区式的基站- 大区式的基站通常天线位置过高，大区式的基站通常天线位置过高， 即使添加天线下倾角，也即使添加天线下倾角，也 难以控制难以控制其覆盖范围。其覆盖范围。-大区式的基站会对其它基站产生额外的干扰，导致系统容量和话音质量大区式的基站会对其它基站产生额外的干扰，导致系统容量和话音质量的降低。的降低。 从最密集的城区开场

20、系统规划从最密集的城区开场系统规划- 城区在电磁波传播、站址选择、基站间距等条件方面通常会有更多的限城区在电磁波传播、站址选择、基站间距等条件方面通常会有更多的限制要素。制要素。 实地勘查以便研讨实践的传播特性和周边环境实地勘查以便研讨实践的传播特性和周边环境站址选择准那么户外站址选择准那么户外 室内覆盖室内覆盖- 在一些关键地方放置微蜂窝在一些关键地方放置微蜂窝 (例如例如 大型购大型购物中心物中心) 必要时安装无线或光纤中继器必要时安装无线或光纤中继器 - 利用室内天线、走漏电缆或利用室内天线、走漏电缆或 组合运用组合运用覆盖思索室内覆盖思索室内大厦大厦 问题：通常会有多个基站对高层大厦提

21、供直接的视问题：通常会有多个基站对高层大厦提供直接的视距传播覆盖，这种情况下容易产生较大的干扰，导距传播覆盖，这种情况下容易产生较大的干扰，导致话音质量变坏，掉话添加。致话音质量变坏，掉话添加。- - 处理方法：走漏电缆或分布式的小天线可以在建处理方法：走漏电缆或分布式的小天线可以在建筑物内提供一致的、有主导的筑物内提供一致的、有主导的RFRF信号。覆盖信号应信号。覆盖信号应该足够强以便消除不用要的与远方基站的切换。该足够强以便消除不用要的与远方基站的切换。覆盖思索室内覆盖思索室内大厦大厦 续续. .地下停车场地下停车场大型购物中心大型购物中心预期覆盖范围预期覆盖范围覆盖思索室内覆盖思索室内大厦大厦 续续. .商店商店& 餐馆餐馆(10 floors)36/F37/F走漏电走漏电缆缆38/FSector 1地下停车场地下停车场(7 floors)Sector 2Sector 3覆盖思索室内覆盖思索室内总结系统设计要素话务量话务量全向全向 vs. 扇区扇区数据率数据率分布分布速度速度覆盖覆盖全向全向 vs. 扇区扇区数据率数据率可靠性可靠性户外户外 vs 室内室内vs 车内车内实施的复杂性实施的复杂性全向全向 vs. 扇区扇区数据率数据率新建新建 vs. 已有已有覆盖覆盖 vs. 替代替代