3G培训之十(UMTS无线设计)

CDMA系统设计基础2000年11月3G培训资料之十WCDMA基本原理PowerFrequencyPowerFrequency•GSM-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基本原理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-语音服务处理增益=3.84Mcps/12.2kbps=25(dB)如果接收机的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载频包括保护带利用伪随机码来识别不同的扇区和用户容易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,采用13K话音编码Carrier/sector=2Tch/sector=15Erlang/sector=9Erlang/site=27Erlang/MHz/site=5.44site,12frequencyreuse654321879121011654321879121011654321879121011654321879121011GSM频谱效率-IS95CDMA需要至少1个CDMA载频1.23+0.54MHz保护带=1.77MHz在一对5MHz(5+5)频谱中,采用8KEVRC话音编码Carrier/sector=3Erlang/carrier/sector=15.5Erlang/site=15.5*3*3=139.5Erlang/MHz/site=27.9111111111111111111111111111111111111111111111N=1frequencyreuseIS95CDMA频谱效率-WCDMA需要至少1个WCDMA载频5MHz,包括保护带在一对5MHz(5+5)频谱中,采用12.2KAMR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-交织&编码精确的功率控制减少干扰CDMA技术的优势-高质量OutgoingWaveform-80dB-90db-110db-120db3.84Mhz3.84Mhz400Khz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提供更好的保护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ReceiverReceiverReceiverMobileRakeReceiverAnalogTDMACallsFadingD/AAudioFadingD/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丢失=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–根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，因此减少了掉话的可能GSM–只有硬切换–根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宝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–通过交织编码的时间分集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避免远－近效应前向和反向功率控制基站向移动台广播参考功率移动台比较接收功率与参考功率，调整自己的发射功率(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改变发射功率(闭环)功率控制功率控制能提高容量&质量WCDMA–CDMA固有地需要严格的功率控制来保证接收到的所有的信号强度相同–CDMA功率控制=干扰=容量–功率调节高达1500次/秒–功率控制确保最小的干扰GSM–GSM功率控制=噪声=频率复用距离=容量–功率调节高达17次/秒–功率控制确保足够的接收电平干扰管理: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的覆盖与系统负荷互相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覆盖/容量与数码率互相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为达到要求的FER所需要的比特信噪比dB-PG为处理增益dB为达到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12.2kbps64kbps384kbps144kbpsRangedecreases覆盖/容量vs数据率MaxnºuserssupportedincreasesCDMA覆盖/容量与干扰相互关联尽可能地减少干扰前向链路－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导频污染是由以下原因导致的：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)覆盖空洞导频污染模拟器能帮助预知导频污染地区。最佳的解决方案：良好的系统设计好的站址选择适当的天线下倾角适当的基站发射功率站址选择是最重要的...将干扰减至最小增加系统容量增加覆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是确定良好覆盖的基本因素。-在不同的地区信号强度的要求是不同的。一般地，-80dBm的信号能够提供很好的室外覆盖，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结构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•最佳的信噪比-尽量减少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最佳的Ec/Io。==最佳覆盖和系统容量。-在平坦的地形条件下，按照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，因此依然是首选的方法。站址选择准则－户外•为平滑切换保证连续的覆盖•消除大区式的基站-大区式的基站通常天线位置过高，即使增加天线下倾角，也难以控制其覆盖范围。-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的降低。•从最密集的城区开始系统规划-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。•实地勘查以便研究实际的传播特性和周边环境站址选择准则－户外室内覆盖-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覆盖考虑－室内大厦-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提供一致的、有主导的RF信号。覆盖信号应该足够强以便消除不必要的与远方基站的切换。覆盖考虑－室内大厦续.地下停车场大型购物中心预期覆盖范围覆盖考虑－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覆盖考虑－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覆盖全向vs.扇区数据率可靠性户外vs室内vs车内实施的复杂性全向vs.扇区数据率新建vs.已有覆盖vs.代替BTS产品站点位置网络基础特色互通性界面RNC/GSNRoutersMSC/SwitchHLR,ServiceCreation实施方案数据用户比例数据用户增长率%进度表资源CDMA系统设计质量数据率可靠性FER%%GOS投资主设备辅助设备基础设施站点施工站点获得运营支持设计CDMA系统空载覆盖范围轻载覆盖范围重载覆盖范围基站WCDMA无线规划•单频复用，不需要网络规划。基站““即插即用””！•IS-95已经证明这种理解是错误的•增加基础设施投资