CDMA理论基础知识

会计学1CDMA理论基础知识无线传播基本原理——频谱划分不同频段内的频率具有不同的传播特性第1页/共75页直射波及地面反射波（最一般的传播形式）对流层反射波（传播具有很大的随机性）山体绕射波（阴影区域信号来源）电离层反射波（超视距通讯途径）传播途径第2页/共75页①建筑物反射波②绕射波③直射波④地面反射波传播途径第3页/共75页无线传播环境

——两种衰落距离(m)接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落快衰落第4页/共75页无线传播环境

——抵抗信号快衰落时间分集

符号交织、检错、纠错编码空间分集

采用主、分集天线接收频率分集

450M的宽带通信本身就是频率分集RAKE接收

利用RAKE接收机接收多个不相关多径抗快衰落措施——分集第5页/共75页

电波传播受地形结构和人为环境的影响，无线传播环境直接

决定传播模型的选取。影响无线传播环境的主要因素

自然地形（高山、丘陵、平原、水域）人工建筑的数量、分布、材料特性(人为环境)

该区域植被特征天气状况自然和人为的电磁噪声状况

人为环境

市区、郊区、农村无线传播环境第6页/共75页

自由空间传播衰耗

Ploss=32.4+20lgfMHz+20lgdkm

频率一定时，可描述为：

Ploss=L0+10lgd=2路径损耗斜率,实际环境中取3～5。

平坦地形传播损耗

Ploss

=L0+10lgd-20lghb-20lghm

=4路径损耗斜率

hb：基站天线高度

hm：移动台天线高度传播中的损耗第7页/共75页传播中的损耗

绕射损耗电磁波在绕射点四处扩散绕射波函盖除障碍物外的所有方向波长越长，绕射能力越“强”建筑物后面的信号主要是通过绕射得到，因此波长越长，信号越“强”第8页/共75页传播中的损耗XdBmWdBm穿透损耗=X-W=BdB电磁波穿透墙体的反射和折射穿透损耗

室内信号取决于建筑物的穿透损耗室内窗口处与室内中部信号差别较大建筑物材质对穿透损耗影响较大电磁波的入射角对穿透损耗影响较大第9页/共75页常用穿透损耗（800M）传播中的损耗隔墙阻挡：5～20dB楼层阻挡：＞20dB室内损耗值是楼层高度的函数，-1.9dB/层家具和其它障碍物的阻挡：2～15dB厚玻璃：6～10dB火车车厢的穿透损耗为：15～30dB梯的穿透损耗：30dB左右茂密树叶损耗：10dB第10页/共75页传播中的损耗反射损耗（800M）14～206～102～40～1反射损耗（dB）0.1～0.20.3～0.50.6～0.80.9～1等效地面反射系数城市、山地、森林田野稻田水面地面性质第11页/共75页问题快衰落服从什么分布？慢衰落服从什么分布？第12页/共75页小结以上介绍了无线传播的基本理论。介绍了衰落和穿透损耗等内容。第13页/共75页传播模型传播模型的意义

传播模型用于预期地形和人为环境对无线传播理论中路径损耗的影响传播模型是覆盖规划的基础，好的模型可以保证规划的精确度无线传播模型受系统工作频率的影响，不同的传播模型有不同的工作频率范围；而且有室内传播模型和室外传播模型之分运用传播模型时，要注意各项参数的单位取值第14页/共75页经典模型是科学家通过CW测试数据逐步拟合出来的几种常见传播模型模型适用范围Okumura-Hata宏蜂窝预测,150-1500MHz,距离1-20kmCost231-Hata适用于1500-2000MHz,宏蜂窝预测Walfish-Ikegami适用于800-2000MHz城区、密集市区环境预测Keenan-Motley适用于800-2000MHz室内环境预测规划软件中使用适用于400-2000MHz宏蜂窝预测传播模型第15页/共75页

Okumura-Hata模型路径损耗（dB）基站天线高度（m）移动台天线高度（m）载波频率（MHz）基站与移动台间距离（Km）移动台天线修正因子（dB）中小城市：大城市：频率范围为150MHZ到1500MHZ传播模型第16页/共75页Okumura-Hata模型补充在郊区，标准模型可以修正为：在农村（开阔地），模型可以修正为：在农村（准开阔地），模型可以修正为：下面的COST231-HATA模型也适用传播模型第17页/共75页Cost231-Hata模型＝0dB

中等城市和郊区中心区＝3dB大城市频率范围为1500MHZ到2000MHZ传播模型第18页/共75页一般规划软件模型：Lp=K1+K2lgd+K3(hm)+K4lg(hm)+K5lg(Heff)+K6lg(Heff)lgd＋K7diffn+KclutterK1—与频率(MHz)有关的常数

K2—

与距离(km)有关的常数K3,K4—移动台天线高度(m)修正系数

K5,K6—基站天线高度(m)修正系数K7—绕射修正系数

Kclutter—地物衰减修正系数d—基站和移动台之间的距离(km)

hm,Heff—移动台天线和基站天线有效高度(m)初始K参数是根据经典模型转换而来的传播模型第19页/共75页下表给出一个在中等城市进行电波传播分析时的K值和一些衰耗值传播模型第20页/共75页模型校正－CW测试为了获得符合实际环境的无线传播模型，提高覆盖预测的准确性，为网络规划打好基础，需要对一些典型环境进行传播模型的校正。选择站点，建立模拟基站；选择路线，路测采集数据；利用模型校正工具软件进行校正，获得K1、K2，…..，KCLUTER。传播模型第21页/共75页选择具有代表性的传播环境，如密集城区、一般城区、郊区等分别选取测试点，且要覆盖尽量多的地物类型

每一种人为环境，最好有三个或三个以上的测试站点，以尽可能消除位置因素影响获取不同方向，不同距离的测试数据；同一距离多个测试数据采样符合李氏定律：40波长，采样50个样点车速上限：Vmax=0.8λ/TsampleVmax车速上限Tsample测试设备的最大采样速率CW测试注意传播模型第22页/共75页问题Okumura-Hata模型的适用范围？Okumura-Hata与Cost231-Hata的差异？规划软件模型中的K5、K6是关于什么的参数？CW测试的意义？第23页/共75页小结以上介绍了传播模型的意义。介绍了几种常用传播模型的参数和经验取值。介绍了CW测试的意义和测试方法。第24页/共75页覆盖、容量和质量三者是相互制约，相互依存的，不能离开容量和质量讨论覆盖。随着容量的增大，覆盖范围必然要减小。反之，容量的减小，覆盖范围会有相应的增大。为了达到更广的覆盖，可以适当降低业务信道功率，增加导频信道的功率占用比率，然而会影响容量和通话的质量。覆盖、容量和质量的关系第25页/共75页无线覆盖电波传播环境业务需求设备参数无线资源管理CDMA“软”现象覆盖相关因素第26页/共75页覆盖规划基本流程通过链路预算计算允许的最大损耗通过传播模型计算允许的最大损耗情况下的小区覆盖半径（站间距）根据小区允许覆盖半径计算小区面积算出该地区的小区个数根据蜂窝模型规划站点位置第27页/共75页链路预算链路预算——

对通信链路中的增益与损耗进行核算。即计算在一个呼叫连接中、保持一定呼叫质量下，链路所允许的最大传播损耗，从而结合传播模型确定基站的覆盖范围。

第28页/共75页接收/发射功率衰落余量天线增益馈线损耗干扰余量天线增益路径损耗前向链路反向链路链路预算模型发射/接收功率软切换增益前向链路电平图第29页/共75页系统参数

载波频率、扩谱带宽、信息速率、扩频增益、背景噪声设备相关参数

发射功率、接收机灵敏度、噪声系数、解调门限、天线增益及馈线损耗环境相关参数

阴影衰落余量、地物损耗、人体损耗技术体制参数

软切换增益、干扰余量、功控余量

链路预算参数分类第30页/共75页系统参数

载波频率例如：

中国联通上行825MHZ－835MHZ

下行870MHZ－880MHZ 450M上行453.5MHZ－457.1MHZ

下行463.5MHZ－467.1MHZ

扩谱带宽

1.2288MHZ

处理增益

数值上等于扩谱带宽与信息速率的比值

背景噪声

主要为热噪声

K=1.38X10-23J/K波尔兹曼（Boltzmann）常数，

T绝对温度，B系统带宽

第31页/共75页设备相关参数

基站发射功率基站最大发射功率机顶天线口最大功率每业务信道最大发射功率防止单个用户消耗过多的基站功率移动台最大发射功率通常为200mW，23dBm反向信道有R_PICH，R_SCH，R_FCH，在不同的情况下移动台将根据一定的分配原则给各信道分配功率第32页/共75页基站天线增益基站使用天线具有一定的增益定向天线与全向天线相比具有更高的增益典型值：全向天线11dBi、13dBi；定向天线15－18dBi

移动台天线增益通常认为移动台天线增益与连接损耗为0dB设备相关参数第33页/共75页

解调门限基站接收机解调门限噪声系数信号通过接收机时，接收机将对信号增加噪声噪声系数是设备的属性，不同设备噪声系数不同华为基站噪声系数3.2dB移动台噪声系数一般为6－8dB设备相关参数第34页/共75页基站接收机灵敏度接收机端为保证一定的呼叫质量，业务信道所需最低接收电平S_BS=10lg(KT×W)+NF_BS+Eb/Nt－10lg(W/Rb)Eb/Nt基站接收机解调门限。Rb信息速率KT热噪声功率谱密度，常温下等于－174dBm/HzW扩谱带宽NF_BS接收机噪声系数灵敏度还受到干扰的影响，干扰上升会导致灵敏度的恶化基站馈线及连接器损耗机顶到天线间馈缆损耗不可忽略馈线损耗与信号频率有关且不同型号馈线损耗指标不同接头损耗约0.2dB设备相关参数第35页/共75页阴影衰落余量由于传播路径上存在阴影衰落等影响，距离发射天线一定距离的接收信号强度随时间的变化服从对数正态分布。由于阴影效应引起的信号衰落称为阴影衰落或慢衰落链路预算得到的路径损耗值为中值。由于阴影衰落，实际的路径损耗在此值上下波动。为了保证一定的边缘覆盖概率（一般>75%），需要留出一定的功率余量，即阴影衰落余量根据阴影衰落标准差和边缘覆盖概率要求（运营商确定），可以得到所需的阴影衰落余量：环境相关参数第36页/共75页地物损耗接收信号点处的地物对信号传输影响很大主要考虑建筑物的穿透损耗及车体损耗穿透损耗与建筑物及车辆类型有关。通常，对于密集城区，建筑物穿透损耗取20－25dB；对于一般的城区，取15－20dB；对于郊区和乡村，取5－15dB；车体损耗通常取6－10dB。人体损耗移动台离人体很近造成的信号吸收引起的损耗链路预算中人体损耗通常取3dB进行数据业务时，移动终端通常不紧贴人体，人体损耗可以不考虑环境相关参数第37页/共75页软切换增益链路预算计算前反向链路的最大路径损耗。此时，移动台位于小区边界，应考虑软切换带来的增益软切换时，由于独立传播路径的存在使得满足一定覆盖概率要求的阴影衰落余量减小。在链路预算中称为软切换增益干扰余量CDMA系统为自干扰系统，其覆盖与容量密切相关，随着负荷的上升，系统内其它用户的干扰增加，使接收机灵敏度降低。链路预算中用干扰余量体现。对于反向链路，不同的负载水平对应不同的干扰上升。例如，3dB的干扰上升对应50％的负载，4dB的干扰上升对应60%的负载对于前向链路，负载与干扰的关系同样存在，但难以进行理论计算，需要通过仿真确定在链路预算中干扰余量的取值由系统的设计容量要求决定技术体制参数第38页/共75页根据前述关系，噪声上升：50%负载—3dB60%负载—4dB75%负载—6dB负载因子与干扰干扰余量第39页/共75页由于存在多径时延，经过不同传播路径的信号叠加后信号强度快速变化，表现为快衰落，服从瑞利分布快速功控能够对抗低速移动（<30km/h）条件下衰落的影响，从而降低衰落信道条件下解调所需Eb/Nt要求链路预算中使用理想功控条件下解调门限进行计算。实际工作中，由于最大发射功率限制，解调性能会恶化为了保证闭环功控有效性，在链路预算中增加功控余量项（也有称作快衰落余量）步行条件下，功控余量典型值0.5~1.5Db高速移动条件下，快速功控跟不上信号衰落速度，快衰落由Eb/Nt保证，功控余量为0dB快衰落与功控余量技术体制参数第40页/共75页

反向链路的传播损耗PL_BL

反向链路最大传播损耗Pout_MS移动台业务信道最大发射功率Lf_BS馈线损耗Ga_BS基站天线增益Ga_MS移动台天线增益Mf阴影衰落余量（与传播环境相关）Mpc功控余量MI干扰余量（与系统设计容量相关）Lp地物损耗Lb人体损耗S_BS基站接收机的灵敏度（与业务、多径条件等因素相关）PL_BL=Pout_MS＋Ga_BS＋Ga_MS－Lf_BS－Mf－MI－Lp－Lb－S_BS－Mpc反向链路预算第41页/共75页

城区链路预算

链路预算反向举例第42页/共75页

农村(开阔地)链路预算

链路预算反向举例第43页/共75页IS-95与CDMA2000-1X不同速率业务覆盖比较•

覆盖半径不同的原因是业务速率不同及反向链路解调门限不同•

相对于语音业务，数据业务最大允许的路径损耗降低，在覆盖距离上收缩，而且不同速率的数据业务收缩也不同•

覆盖收缩程度随基站天线高度升高而略有增加链路预算反向分析第44页/共75页

数据业务尤其是高速数据业务对前向功率需求的增加将会导致基站功率成为限制小区覆盖范围的因素，并导致出现覆盖前向受限前向覆盖与基站分布、不同业务速率用户分布密切相关与反向相比，业务速率对前向覆盖的影响更大在对高速数据业务覆盖要求较高的区域进行规划时，要结合前向功率分配进行分析，在覆盖前向受限时根据前向覆盖距离规划链路预算前向分析第45页/共75页

覆盖规划流程链路预算作用可使用频率发射功率线缆损耗天线增益干扰余量功控余量

阴影衰落余量软切换增益传播损耗地物损耗解调所需Eb/Nt

处理增益噪声系数背景噪声链路预算小结第46页/共75页问题覆盖规划的几个主要步骤是什么？给定负荷是60%的时候，对应的干扰余量应该是多少（公式）？第47页/共75页小结以上介绍了覆盖规划的基本流程介绍了前反向链路预算基本内容和涉及的各项参数以及相关含义。第48页/共75页链路平衡

小区覆盖由前向覆盖和反向覆盖共同决定，有效覆盖区域是指前反向链路都可靠的区域

CDMA系统的覆盖和容量密切相关。反向覆盖中体现为干扰的上升，前向信道共享基站功率，容量对其覆盖的影响更加明显通过计算在一定容量情况下前向链路及反向链路的覆盖距离，判断在特定容量下是前向受限还是反向受限，据此规划网络第49页/共75页前向大于反向反向大于前向链路平衡第50页/共75页

RC1、RC2反向覆盖：

受限于手机最大发射功率

RC3无线配置以上反向覆盖：

反向特点：反向相干解调可能同时存在信道：R-PICH、R-FCH、R-SCH

合理配置不同信道的功率，以达到最大覆盖反向覆盖第51页/共75页

前向各信道功率不同，每种信道的覆盖相对独立在覆盖处手机需要能同时准确解调导频、同步、寻呼和业务信道，缺一不可，否则手机不是掉网就是掉话

前向覆盖第52页/共75页对于所有前向链路信道，损耗和增益都是一致的，因此各种前向信道的覆盖区域有可能完全重叠合理分配功率，达到各信道覆盖的一致性，充分利用基站功率前向覆盖第53页/共75页

在一定的覆盖范围内（链路损耗一定），随着用户数的增加，对前向功率的要求变大基站总功率一定，随着用户数的增加，小区有效覆盖范围缩小。即大容量，小覆盖；小容量，大覆盖前向功率分配第54页/共75页

对于一定的基站发射总功率，一定的反向接入速率要求下，基于一定的话务模型和用户分布，前向吞吐量（用户数）超过一定水平后，覆盖前向受限

基于设备能力的平衡分析。（假设理想功率分配）前反向均未达到最大功率时，链路实时平衡。（假设理想功控）混合业务链路平衡第55页/共75页站间距和小区面积的计算小区面积计算第56页/共75页问题前向覆盖范围大于反向覆盖范围会造成什么样的结果？为什么大容量会造成小覆盖？第57页/共75页小结以上主要介绍了链路预算、链路平衡等内容。结合实际介绍了规划过程的应当注意的一些问题。第58页/共75页

选点重要性（>80%）城市选点顺序（密集，一般，郊区...）选点高度(密集，一般，郊区)

注意前端的阻挡物（避开，利用第一菲捏尔区）

站址选择的基本原则第59页/共75页站址选择的具体原则如下：小区布局与站址选择

站址应尽量选在规则网孔中的理想位置，其偏差不应大于基站半径的四分之一；在不影响基站布局的情况下，尽量选择现有设施，以减少建设成本和周期；

市区边缘或郊区的海拔很高的山峰（与市区海拔高度相差100～300米以上），一般不考虑作为站址，一是为便于控制覆盖范围，二也是为了减少工程建设的难度，方便维护；第60页/共75页站址选择的具体原则（续）：小区布局与站址选择新建基站应选在交通方便、市电可用、环境安全及少占良田的地方；避免在大功率无线电发射台、雷达站或其他干扰源附近建站；新建基站应设在远离树林处以避开接收信号的快速衰落；在山区、岸比较陡或密集的湖泊区、丘陵城市及有高层金属建筑的环境中选址时要注意信号反射及时间色散的影响；在市区楼群中选址时，可巧妙利用建筑物的高度，实现网络层次结构的划分；建网初期基站数量较少时，选择的站址应保证重点地区有良好的覆盖。尽量不要让天线主瓣沿街道、河流等地物辐射，避免波导效应产生的导频污染第61页/共75页馈线选用450M：7/8″——2.7dB/100m；5/4″——1.9dB/100m。800M：7/8″——4.03dB/100m；5/4″——2.98dB/100m。1900M：7/8″——6.46dB/100m；5/4″——4.77dB/100m。450MHz，基本上只考虑采用馈线长度7/8″馈线；800MHz，馈线长度大于80米采用5/4″馈线；1900MHz，馈线长度大于50米采用5/4″馈线；馈线弯曲曲率不宜过大，外导体要求接地良好。天馈系统-馈线馈线损耗：馈线选用原则：第62页/共75页天线的主要电气指标第63页/共75页天线输入接口天线尺寸天线重量风载荷工作温度湿度要求雷电防护三防能力天线的主要机械指标第64页/共75页通常选用水平半功率角60～65°的定向天线；一般选择15dBi左右的中等增益天线；最好选择带有一定电下倾角（3～6°）的天线；建议选择双极化天线。根据实际情况选择水平半功率角65°或90°的定向天线；一般选择15～18dBi的中、高增益天线；根据具体情况决定是否采用预置下倾角；双极化和垂直极化天线均可选用。天馈设计-天线选择市区基站天线选择郊区基站天线选择第65页/共75页根据具体情况和要求选择90°、120°定向天线或全向天线；所选的定向天线增益一般比较高（16～18dBi）；一般不选预置下倾天线，高站可优先选择零点填充天线；建议选择垂直极化天线。一般选择窄波束、高增益的定向天线，也可以根据实际情况选择8字型天线、全向或变形全向天线；公路基站对覆盖距离要求高，因此一般不选预置下倾角天线；建议选择垂直极化天线；所选定向天线的前后比不宜太小。天馈设计-天线