3g培訓(xùn)之十umts無線設(shè)計(jì)

1、CDMA 系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ),2000年11月,3G培訓(xùn)資料之十,WCDMA 基本原理,GSM - FDMA/TDMA 混合方案 窄帶載頻復(fù)用,WCDMA 使用CDMA直接擴(kuò)頻技術(shù) 碼分多址 - 多個(gè)用戶同時(shí)使用一個(gè)載頻 單頻復(fù)用,WCDMA 基本原理,發(fā)送,接收,,擴(kuò)頻,,合成信號(hào),,解擴(kuò),,其他用戶噪聲,WCDMA的多址原理,處理增益,處理增益 = 擴(kuò)頻碼率 / 輸入數(shù)據(jù)碼率WCDMA - 語(yǔ)音服務(wù)處理增益 = 3.84

2、Mcps / 12.2 kbps= 25 (dB)如果接收機(jī)的 Eb/No 要求 = 5 dB? 信號(hào)可以比所接收到的噪聲小 20 dB (100 倍) ? 同一蜂窩的用戶使用同一頻率? 相鄰蜂窩的用戶也使用同一頻率? N=1 頻率復(fù)用,CDMA不需要頻率規(guī)劃,4 site, 12 frequency reuse,N=1 frequency reuse,GSM,CDMA,,,空中接口和信道帶寬,WC

3、DMA寬帶 5 MHz 載頻包括保護(hù)帶利用偽隨機(jī)碼來識(shí)別不同的扇區(qū)和用戶容易獲得最大的頻譜使用率 (n=1 復(fù)用)話音質(zhì)量直接影響網(wǎng)絡(luò)容量,GSM窄帶 200 KHz 載頻空中接口基于 TDMA (8 個(gè)全碼率呼叫 / 200KHz 信道)固定的通話數(shù)量 / 段頻譜,高容量高質(zhì)量單一化的系統(tǒng)規(guī)劃,CDMA 技術(shù)的優(yōu)勢(shì),高容量,頻譜效率 - GSM,需要至少12個(gè)GSM載頻12*200KHz = 2.4 MHz在

4、一對(duì)5 MHz (5 + 5) 頻譜中, 采用13K話音編碼 Carrier/sector = 2Tch/sector = 15Erlang/sector = 9Erlang/site = 27Erlang/MHz/site = 5.4,4 site, 12 frequency reuse,GSM,頻譜效率 - IS95 CDMA,需要至少1個(gè)CDMA載頻1.23 + 0.54 MHz 保護(hù)帶 = 1.77 MHz在一

5、對(duì)5 MHz (5 + 5) 頻譜中, 采用8K EVRC 話音編碼Carrier/sector = 3Erlang/carrier/sector = 15.5Erlang/site = 15.5*3*3 = 139.5Erlang/MHz/site = 27.9,N=1 frequency reuse,IS95 CDMA,頻譜效率 - WCDMA,需要至少1個(gè)WCDMA載頻5 MHz, 包括保護(hù)帶在一對(duì)5 MHz (5

6、 + 5) 頻譜中, 采用12.2K AMR話音編碼Carrier/sector = 1Erlang/sector = 56 注Erlang/site = 56*3 = 168Erlang/MHz/site = 33.6注: 初步估計(jì),N=1 frequency reuse,WCDMA,,IS95 CDMA800 MHz,載頻間隔 (MHz),,聲碼率 (Kbps),復(fù)用模式,,,,,容量,Erlang/MHz/Sit

7、e,,,,GSM900MHz,WCDMA2 GHz,0.2,1.23,5,8,12.2,4,1/3,1/3,5.4,27.9,33.6,CDMA 技術(shù)使得頻率資源得到最充分的利用,頻譜效率,13,高質(zhì)量,先進(jìn)的誤碼檢測(cè)和糾錯(cuò)技術(shù)先進(jìn)的聲碼器軟切換和更軟切換 -> 不易掉線多種分集: 頻率分集 - 寬帶信號(hào)路徑分集 - 多路Rake接收機(jī) & 軟切換空間分集 - 兩個(gè)接收天線時(shí)間分集 -

8、交織 & 編碼精確的功率控制減少干擾,CDMA 技術(shù)的優(yōu)勢(shì) - 高質(zhì)量,,,,,,,,,,,,,,,,Outgoing Waveform,,,,,,,,,3.84 Mhz,,,3.84 Mhz,,400 Khz 范圍內(nèi)的 12 db 衰落只影響了 1/10 of CDMA 帶寬.因此， 對(duì) WCDMA 的總衰落是 0.5 db,,,,,,,,,,,,,,,,整個(gè) GSM 200 KHz 信道都受到了同樣的衰落影響，因此對(duì)用戶的

9、總衰落也是12 db.,,,WCDMA 對(duì)頻率選擇性衰落能提供更好的保護(hù),,,,,,,,,,200 Khz,,,,,Outgoing Waveform,,-80 db,-90 db,-110 db,-120 db,,,,,,,,,,200 Khz,,,,,Received Waveform,12 dB Fade,0.5 dB Loss,12 dB Fade,12 dB Loss!,WCDMA,GSM,頻率分集對(duì)話音質(zhì)量的改善,,,Rec

10、eiver,,Receiver,,Receiver,,,,,,Mobile Rake Receiver,,AnalogTDMACalls,,,,,,Fading,,,,,,,,,,D/A,,,Audio,,,,,,,,,Fading,,,,,,D/A,,,,,Mobile,,Receiver,,,,CDMA Calls,通過多個(gè)接收機(jī)綜合從不同的基站和不同的反射路徑來的信號(hào)可以減輕衰落的影響,,衰落很可能導(dǎo)致信息的丟失 = 降低話音

11、質(zhì)量,,,,,,,,,,路徑分集對(duì)話音質(zhì)量的改善,,,,,多徑效應(yīng),WCDMA不會(huì)增加干擾通過Rake接收機(jī)混合從多個(gè)路徑來的同一信號(hào)可以得到一個(gè)更好的接收信號(hào),GSM導(dǎo)致干擾增加利用接收天線分集減輕其影響,,,Narrow Band,基站競(jìng)爭(zhēng),,移動(dòng)臺(tái)位置,,CellA,,CellB,SoftHandoff,信號(hào)強(qiáng)度,,,,A,,B,,,,CDMA,基站協(xié)作,,,,先釋放后建立,先保持后釋放,兩個(gè)或多個(gè)基站之間的軟切換,

12、,,,,切換,WCDMA硬切換、軟切換、更軟切換根據(jù)移動(dòng)臺(tái)測(cè)得的信號(hào)強(qiáng)度和/或系統(tǒng)定義的參數(shù)確定是否切換 軟切換或更軟切換時(shí)移動(dòng)臺(tái)與2-3個(gè)基站保持連接，因此減少了掉話的可能,GSM只有硬切換根據(jù)移動(dòng)臺(tái)測(cè)得的信號(hào)強(qiáng)度和/或系統(tǒng)定義的參數(shù)確定是否切換 快速切換能盡可能少地占用寶貴的系統(tǒng)資源,,,多徑接收,Switch,,,,,幀質(zhì)量指示器,,,Quality,Frames,,,,,,,,幀質(zhì)量指示器,Quality,Frame

13、s,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Quality,Frames,,,,,,,,,改善話音質(zhì)量,Transcoder 從多至3個(gè)軟切換扇區(qū)中選擇最好的幀,,,CDMA 軟切換能改善接收到的幀質(zhì)量,4,,,3,,,2,,,1,4,,,3,,,2,,,1,× 本例中只顯示了7幀,,1,2,3,4,5,6,7,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,Transcoder 選擇的幀,軟切換對(duì)話音質(zhì)量的改善,分集

14、方法,WCDMA兩個(gè)接收天線空間分集通過Rake接收機(jī)的路徑分集通過擴(kuò)頻而來的頻率分集通過交織編碼的時(shí)間分集,GSM兩個(gè)接收天線空間分集通過TDMA信道分割得到的時(shí)間分集通過跳頻實(shí)現(xiàn)的頻率分集,要求基站接收到各移動(dòng)臺(tái)的功率都是均等的避免 " 遠(yuǎn)－近" 效應(yīng)前向和反向功率控制 基站向移動(dòng)臺(tái)廣播參考功率移動(dòng)臺(tái)比較接收功率與參考功率，調(diào)整自己的發(fā)射功率(開環(huán))基站測(cè)量接收到的移動(dòng)臺(tái)功率然后命令移動(dòng)臺(tái)

15、小幅度地改變發(fā)射功率(閉環(huán)),功率控制,,,,,功率控制能提高容量 & 質(zhì)量,WCDMA CDMA 固有地需要嚴(yán)格的功率控制來保證接收到的所有的信號(hào)強(qiáng)度相同CDMA 功率控制 => 干擾 => 容量功率調(diào)節(jié)高達(dá) 1500 次/秒功率控制確保最小的干擾,GSMGSM 功率控制 => 噪聲 => 頻率復(fù)用距離 => 容

16、量功率調(diào)節(jié)高達(dá) 17 次/秒功率控制確保足夠的接收電平,,,,,,,,,,干擾管理 : VAD & DTX,WCDMA多種碼率的聲碼器能降低發(fā)送的碼率，減少干擾,GSM話音激活檢測(cè)能降低發(fā)送的碼率不連續(xù)的Tx使比特率從13kbps下降到500 bps，因而降低干擾不連續(xù)的Rx節(jié)省功率(延長(zhǎng)電池壽命),單一化的系統(tǒng)規(guī)劃,CDMA不需要頻率規(guī)劃,4 site, 12 frequency reuse,N=1 frequ

17、ency reuse,GSM,CDMA,系統(tǒng)規(guī)劃和實(shí)施,站點(diǎn)選擇鄰區(qū)切換表PN 規(guī)劃參數(shù)設(shè)定,系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮,CDMA 的覆蓋與 系統(tǒng)負(fù)荷互相關(guān)聯(lián),合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)以支持最大限度的系統(tǒng)負(fù)荷,輕載網(wǎng)絡(luò),過載網(wǎng)絡(luò),CDMA 覆蓋/容量 與 數(shù)碼率互相關(guān)聯(lián),首先確定所需要的數(shù)據(jù)傳輸速率,接收靈敏度,Sensitivity = kTB + NF + Eb/Nt – PG- kT 為熱噪聲電平 dBm/Hz- B

18、為WCDMA載頻帶寬 dB-Hz- NF 為噪聲系數(shù) dB- Eb/Nt 為達(dá)到要求的FER所需要的比特信噪比 dB- PG 為處理增益 dB,,為達(dá)到更高的數(shù)據(jù)傳輸速率需要更高的功率。由于基站LPA的限制，高速數(shù)據(jù)傳輸只有在靠近基站的時(shí)候才能得到,>12.2 kbps,,>64 kbps,,,>384 kbps,,,,,,,,,,>144 kbps,,,Range decreases,覆蓋/容量

19、vs 數(shù)據(jù)率,,Max nº users supported increases,CDMA 覆蓋/容量 與 干擾相互關(guān)聯(lián),盡可能地減少干擾,反向鏈路容量等式,N = W/R * 1/(Eb/No) * 1/D * F * GN 為 每扇區(qū)呼叫個(gè)數(shù)W 為 擴(kuò)頻帶寬R 為 輸入數(shù)據(jù)率Eb/No 為 功率譜密度比特信噪比D 為話音激活因子F 為 頻率復(fù)用效率 (周邊基站的干擾)G 為扇區(qū)增益,前向鏈路 －

20、導(dǎo)頻污染,導(dǎo)頻污染是CDMA系統(tǒng)不希望的結(jié)果 接收到過多的導(dǎo)頻信號(hào)。 良好的CDMA覆蓋 = 良好的信號(hào)強(qiáng)度 + 良好的 Ec/Ior 導(dǎo)頻污染 = 良好的信號(hào)強(qiáng)度 + 差的 Ec/Ior 不好的覆蓋導(dǎo)頻污染是由以下原因?qū)е碌模?不佳的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 不合要求的基站位置 復(fù)雜的地理環(huán)境 在只有1-2個(gè)基站的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中很難顯示導(dǎo)頻污染的影響,前向鏈路－導(dǎo)頻污染,,Ec/Io Plot (RED = poor),,

21、,覆蓋空洞,導(dǎo)頻污染,模擬器能幫助預(yù)知導(dǎo)頻污染地區(qū)。最佳的解決方案：良好的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 好的站址選擇 適當(dāng)?shù)奶炀€下傾角 適當(dāng)?shù)幕景l(fā)射功率,,站址選擇 是 最重要的...,將干擾減至最小 ?,增加系統(tǒng)容量增加覆蓋范圍提高話音質(zhì)量,保證足夠的信號(hào)強(qiáng)度- 在CDMA系統(tǒng)中信號(hào)強(qiáng)度和 Ec/Io 是確定良好覆蓋的基本因素。- 在不同的地區(qū)信號(hào)強(qiáng)度的要求是不同的。一般地，-80dBm 的信號(hào)能夠提供很好

22、的室外覆蓋，但是在密集城區(qū)很可能不夠。 - 密集城區(qū)還有室內(nèi)穿透要求。室內(nèi)穿透損耗與建筑物的結(jié)構(gòu)和材料有很大的關(guān)系，在地面樓層可能有10到35 dB的變化。,站址選擇準(zhǔn)則－戶外,最佳的信噪比- 盡量減少來自其它基站的干擾 ==> 對(duì) Analog & GSM 最大數(shù)量的頻率復(fù)用。 ==> 增加系統(tǒng)容量。==> 對(duì) CDMA 最佳的 Ec/Io。 ==> 最佳覆蓋和系統(tǒng)容量。- 在平坦的地形

23、條件下，按照蜂窩小區(qū)模式放置的基站能夠使每一個(gè)扇區(qū)都獲得良好的信噪比，因此依然是首選的方法。,站址選擇準(zhǔn)則－戶外,為平滑切換保證連續(xù)的覆蓋 消除大區(qū)式的基站- 大區(qū)式的基站通常天線位置過高， 即使增加天線下傾角，也 難以控制其覆蓋范圍。-大區(qū)式的基站會(huì)對(duì)其它基站產(chǎn)生額外的干擾，導(dǎo)致系統(tǒng)容量和話音質(zhì)量的降低。 從最密集的城區(qū)開始系統(tǒng)規(guī)劃- 城區(qū)在電磁波傳播、站址選擇、基站間距等條件方面通常會(huì)有更多的限制因素。 實(shí)地勘查以便研究

24、實(shí)際的傳播特性和周邊環(huán)境,站址選擇準(zhǔn)則－戶外,室內(nèi)覆蓋- 在一些關(guān)鍵地方放置微蜂窩 (例如 大型購(gòu)物中心) 必要時(shí)安裝無線或光纖中繼器 - 利用室內(nèi)天線、泄漏電纜或 組合使用,覆蓋考慮－室內(nèi),大廈 問題：通常會(huì)有多個(gè)基站對(duì)高層大廈提供直接的視距傳播覆蓋，這種情況下容易產(chǎn)生較大的干擾，導(dǎo)致話音質(zhì)量變壞，掉話增加。- 解決方法：泄漏電纜或分布式的小天線能夠在建筑物內(nèi)提供一致的、有主導(dǎo)的RF信號(hào)。覆蓋信號(hào)應(yīng)該足夠強(qiáng)以便消除不

25、必要的與遠(yuǎn)方基站的切換。,覆蓋考慮－室內(nèi),大廈 續(xù).,,,,,,,,,,,,,,地下停車場(chǎng),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,大型購(gòu)物中心,,,,,,,預(yù)期覆蓋范圍,,,,覆蓋考慮－室內(nèi),大廈 續(xù).,商店& 餐館(10 floors),,,36/F,37/F,,,泄漏電纜,,,,,,,38/F,,Sector 1,,,,,,,,,地下停車

26、場(chǎng)(7 floors),,,,,,,,,,,,,,,,,,,Sector 2,Sector 3,,,,,覆蓋考慮－室內(nèi),總結(jié),系統(tǒng)設(shè)計(jì)因素,話務(wù)量全向 vs. 扇區(qū)數(shù)據(jù)率分布速度,覆蓋全向 vs. 扇區(qū)數(shù)據(jù)率可靠性戶外 vs 室內(nèi)vs 車內(nèi),實(shí)施的復(fù)雜性全向 vs. 扇區(qū)數(shù)據(jù)率新建 vs. 已有覆蓋 vs. 代替BTS 產(chǎn)品站點(diǎn)位置,網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)特色互通性界面RNC/GSNRoutersMSC/S

27、witchHLR, Service Creation,實(shí)施方案數(shù)據(jù)用戶比例數(shù)據(jù)用戶增長(zhǎng)率% 進(jìn)度表資源,CDMA系統(tǒng)設(shè)計(jì),質(zhì)量數(shù)據(jù)率可靠性FER%%GOS,投資主設(shè)備輔助設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)施站點(diǎn)施工站點(diǎn)獲得運(yùn)營(yíng)支持,設(shè)計(jì)CDMA系統(tǒng),,WCDMA 無線規(guī)劃,單頻復(fù)用，不需要網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。 基站““即插即用””！,IS-95 已經(jīng)證明這種理解是錯(cuò)誤的 增加基礎(chǔ)設(shè)施投資 覆蓋空洞，不佳的網(wǎng)絡(luò)性能 只有當(dāng)話務(wù)量

28、增大時(shí)才發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不充分 - 為時(shí)已晚！,仿 真 是 必 需 的,,,,,Detailed cell performance statistics,Detailed mobile statistics,Selective cell and mobile statistics,Select cells,性能優(yōu)化,容量，覆蓋，質(zhì)量,WCDMACDMA 是噪聲限制系統(tǒng)折衷考慮容量、覆蓋和質(zhì)量之間的關(guān)系擴(kuò)頻和數(shù)字編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)了 N=1 復(fù)用