3G培训之十(UMTS无线设计)解析

CDMA系统设计根底2023年11月3G培训资料之十WCDMA根本原理PowerTimeFrequencyTimePowerFrequencyGSM-FDMA/TDMA混合方案

窄带载频复用WCDMA使用CDMA直接扩频技术码分多址-多个用户同时使用一个载频单频复用WCDMA根本原理64Kbps3.84MHz3.84MHz64Kbps发送接收扩频合成信号解扩其他用户噪声WCDMA的多址原理处理增益处理增益=扩频码率/输入数据码率WCDMA-语音效劳处理增益=3.84Mcps/12.2kbps =25(dB)假设接收机的Eb/No要求=5dB信号可以比所接收到的噪声小20dB(100倍)同一蜂窝的用户使用同一频率相邻蜂窝的用户也使用同一频率 N=1频率复用CDMA不需要频率规划4site,12frequencyreuse111111111111111111111111111111111111111111111N=1frequencyreuse654321879121011654321879121011654321879121011654321879121011GSMCDMA空中接口和信道带宽WCDMA宽带5MHz载频包括疼惜带利用伪随机码来识别不同的扇区和用户简洁获得最大的频谱使用率(n=1复用)话音质量直接影响网络容量GSM窄带200KHz载频空中接口基于

TDMA(8个全码率呼叫/200KHz信道)固定的通话数量/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需要至少12个GSM载频12*200KHz=2.4MHz在一对5MHz(5+5)频谱中,承受13K话音编码Carrier/sector=2Tch/sector=15Erlang/sector=9Erlang/site=27Erlang/MHz/site=5.44site,12frequencyreuse654321879121011654321879121011654321879121011654321879121011GSM频谱效率-IS95CDMA需要至少1个CDMA载频1.23+0.54MHz疼惜带=1.77MHz在一对5MHz(5+5)频谱中,承受8KEVRC话音编码Carrier/sector=3Erlang/carrier/sector=15.5Erlang/site=15.5*3*3=139.5Erlang/MHz/site=27.9111111111111111111111111111111111111111111111N=1frequencyreuseIS95CDMA频谱效率-WCDMA需要至少1个WCDMA载频5MHz,包括疼惜带在一对5MHz(5+5)频谱中,承受12.2KAMR话音编码Carrier/sector=1Erlang/sector=56注Erlang/site=56*3=168Erlang/MHz/site=33.6注:初步估量111111111111111111111111111111111111111111111N=1frequencyreuseWCDMAIS95CDMA800MHz载频间隔(MHz)

声码率(Kbps)复用模式容量Erlang/MHz/SiteGSM900MHzWCDMA2GHz0.21.235812.241/31/35.427.933.6CDMA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-宽带信号路径分集-多路Rake接收机&软切换空间分集-两个接收天线时间分集-穿插&编码准确的功率把握削减干扰CDMA技术的优势-高质量OutgoingWaveform-80dB-90db-110db-120db3.84Mhz3.84Mhz400

Khz范围内的12db衰落只影响了1/10ofCDMA带宽.因此，对

WCDMA的总衰落是0.5db整个GSM200KHz信道都受到了同样的衰落影响，因此对用户的总衰落也是12db.

WCDMA对频率选择性衰落能供给更好的疼惜ReceivedWaveform-80db-90db-110db-120db200KhzOutgoingWaveform-80db-90db-110db-120db200KhzReceivedWaveform-80db-90db-110db-120db12dBFade0.5dBLoss12dBFade12dBLoss!WCDMAGSM频率分集对话音质量的改善ReceiverReceiverReceiverMobileRakeReceiverAnalogTDMACalls

FadingD/AAudio

FadingD/AMobileReceiverCDMACalls通过多个接收机综合从不同的基站和不同的反射路径来的信号可以减轻衰落的影响衰落很可能导致信息的丧失=降低话音质量路径分集对话音质量的改善多径效应WCDMA不会增加干扰通过Rake接收机混合从多个路径来的同一信号可以得到一个更好的接收信号GSM导致干扰增加利用接收天线分集减轻其影响

NarrowBand基站竞争硬切换移动台位置CellACellBSoftHandoff信号强度ABCDMA基站协作软切换先释放后建立先保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、更软切换依据移动台测得的信号强度和/或系统定义的参数确定是否切换软切换或更软切换时移动台与2-3个基站保持连接，因此削减了掉话的可能GSM只有硬切换依据移动台测得的信号强度和/或系统定义的参数确定是否切换快速切换能尽可能少地占用珍贵的系统资源多径接收Switch帧质量指示器QualityFrames帧质量指示器QualityFramesQualityFrames改善话音质量Transcoder从多至3个软切换扇区中选择最好的帧

CDMA软切换能改善接收到的帧质量43214321×本例中只显示了7帧

123456711223344556677Transcoder

选择的帧软切换对话音质量的改善分集方法WCDMA两个接收天线空间分集通过Rake接收机的路径分集通过扩频而来的频率分集通过穿插编码的时间分集GSM两个接收天线空间分集通过TDMA信道分割得到的时间分集通过跳频实现的频率分集要求基站接收到各移动台的功率都是均等的避开“远－近“效应前向和反向功率把握基站向移动台播送参考功率移动台比较接收功率与参考功率，调整自己的放射功率(开环)基站测量接收到的移动台功率然后命令移动台小幅度地转变放射功率(闭环)功率把握功率把握能提高容量&质量WCDMACDMA固有地需要严格的功率把握来保证接收到的全部的信号强度一样CDMA功率把握=>干扰=>容量功率调整高达1500次/秒功率把握确保最小的干扰GSMGSM功率把握=>噪声=>频率复用距离=>容量功率调整高达17次/秒功率把握确保足够的接收电平

干扰治理:VAD&DTXWCDMA多种码率的声码器能降低发送的码率，削减干扰GSM话音激活检测能降低发送的码率不连续的Tx使比特率从13kbps下降到500bps，因而降低干扰不连续的Rx节省功率(延长电池寿命)

单一化的系统规划CDMA不需要频率规划4site,12frequencyreuse111111111111111111111111111111111111111111111N=1frequencyreuse654321879121011654321879121011654321879121011654321879121011GSMCDMA系统规划和实施站点选择邻区切换表PN规划参数设定系统设计考虑CDMA的掩盖

与

系统负荷相互关联合理设计系统以支持最大限度的系统负荷轻载网络过载网络CDMA掩盖/容量

与

数码率相互关联首先确定所需要的数据传输速率接收灵敏度Sensitivity=kTB+NF+Eb/Nt–PG -kT为热噪声电平dBm/Hz -B为WCDMA载频带宽dB-Hz -NF为噪声系数dB -Eb/Nt为到达要求的FER所需要的比特信噪比dB -PG为处理增益dB为到达更高的数据传输速率需要更高的功率。由于基站LPA的限制，高速数据传输只有在靠近基站的时候才能得到>12.2kbps>64kbps>384kbps>144kbpsRangedecreases掩盖/容量vs数据率MaxnºuserssupportedincreasesCDMA掩盖/容量

与

干扰相互关联尽可能地削减干扰反向链路容量等式

N=W/R*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收到过多的导频信号。良好的CDMA掩盖=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不好的掩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简洁的地理环境在只有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/IoPlot(RED=poor)

掩盖空洞导频污染模拟器能帮助预知导频污染地区。最正确的解决方案：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放射功率站址选择

是

最重要的...将干扰减至最小

增加系统容量增加掩盖范围提高话音质量保证足够的信号强度-在CDMA系统中信号强度和Ec/Io是确定良好掩盖的根本因素。-在不同的地区信号强度的要求是不同的。一般地，-80dBm的信号能够供给很好的室外掩盖，但是在密集城区很可能不够。-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材料有很大的关系，在地面楼层可能有10到35dB的变化。站址选择准则－户外最正确的信噪比-尽量削减来自其它基站的干扰==>对Analog&GSM最大数量的频率复用。==>增加系统容量。==>对CDMA最正确的Ec/Io。==>最正确掩盖和系统容量。-在平坦的地形条件下，依据蜂窝小区模式放置的基站能够使每一个扇区都获得良好的信噪比，因此照旧是首选的方法。站址选择准则－户外为平滑切换保证连续的掩盖消退大区式的基站-大区式的基站通常天线位置过高，即使增加天线下倾角，也难以把握其掩盖范围。-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的降低。从最密集的城区开头系统规划-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制因素。实地勘查以便争论实际的传播特性和周边环境站址选择准则－户外室内掩盖-在一些关键地方放置微蜂窝(例如大型购物中心)必要时安装无线或光纤中继器-利用室内天线、泄漏电缆或组合使用掩盖考虑－室内大厦问题：通常会有多个基站对高层大厦供给直接的视距传播掩盖，这种状况下简洁产生较大的干扰，导致话音质量变坏，掉话增加。-解决方法：泄漏电缆或分布式的小天线能够在建筑物内供给全都的、有主导的RF信号。掩盖信号应当足够强以便消退不必要的与远方基站的切换。掩盖考虑－室内大厦续.地下停车场大型购物中心预期掩盖范围掩盖考虑－室内大厦续.商店&餐馆(10floors)36/F37/F泄漏电缆38/FSector1地下停车场(7floors)Sector2Sector3掩盖考虑－室内总结系统设计因素话务量全向vs.扇区数据率分布速度掩盖全向vs.