CDMA系统工程(12)清华大学讲义

1清华大学信息技术研究院无线与移动通信技术研究中心《CDMA系统工程》粟欣CDMA系统工程（12）粟欣2清华大学信息技术研究院无线与移动通信技术研究中心《CDMA系统工程》粟欣第六章：CDMA移动蜂窝系统的设计和优化•第2节CDMA移动蜂窝系统的优化•网络优化是CDMA网络维护过程中必不可少的环节。形成一个完善的网络环境必须经历网络规划、网络建设、网络优化的全过程。•网络优化是对正在运行的网络进行参数采集、数据分析，找出影响网络运行质量的原因，并通过参数调整方面的技术手段，使网络达到昀佳运行状态，以昀大化网络资源。3清华大学信息技术研究院无线与移动通信技术研究中心《CDMA系统工程》粟欣第六章：CDMA移动蜂窝系统的设计和优化•通常，发生以下情况就要进行网络优化：o网络正式投入运营或网络扩容后o网络运行质量明显下降或用户投诉增多o话务统计指标达不到设计要求o突发事故对网络运行质量产生较大影响o用户群改变对网络运行质量产生较大影响4清华大学信息技术研究院无线与移动通信技术研究中心《CDMA系统工程》粟欣第六章：CDMA移动蜂窝系统的设计和优化•网络优化的步骤：o第一步：了解系统信息，包括设备制造商、基站、入网用户量、无线信道传播特性、日常维护等方面的信息。o第二步：确认系统的稳定性。稳定性是指系统能正常工作，发起呼叫和接收呼叫，并保持其正常工作水平。o第三步：邻集列表初始化。邻集列表是处于小区内的移动台有可能搜索到的较强导频相位的集合，由基站通过寻呼信道发给移动台。o第四步：小区簇级测试和优化。一般以19个小区（两层）为簇进行测试和优化，需要多次进行路测和参数调整。o第五步：系统级优化。对小区簇测试发现的问题进行优化，然后进行系统级路测和优化，如进行掉话率测试等。o第六步：优化效果评估。判断优化调整的结果，确认优化措施有效性。5清华大学信息技术研究院无线与移动通信技术研究中心《CDMA系统工程》粟欣第六章：CDMA移动蜂窝系统的设计和优化•网络优化的内容：o呼叫接入优化：提高系统接入的可靠性和速度，减小掉话率。o呼叫质量优化：降低前向和反向链路的误帧率，要求低于3％。o切换优化：控制软切换的比例，提高软切换和硬切换成功率。o容量优化：扩大系统容量，使每个移动台信号以昀小功率满足话音质量要求。包括切换区域调整、移动台发射功率调整、系统功率分配调整，涉及到的参数以功率控制参数为主。o覆盖优化：确保导频、同步、寻呼、接入和业务信道的覆盖达到预定目标，消除覆盖盲区，避免重复覆盖，涉及到的主要参数为天线参数，如天线下倾角、水平方位角和天线高度，以及功率控制参数等。6清华大学信息技术研究院无线与移动通信技术研究中心《CDMA系统工程》粟欣第六章：CDMA移动蜂窝系统的设计和优化•6.2.1导频信道PN码偏移的选择•6.2.1.1PN码偏移的作用基站发射的导频信号：其中，分别为同相和正交的PN码序列波形，为码相位偏移（对不同的基站有不同的码相位偏移）。CDMA系统有M=512个码偏移（短码起始位置），其间隔为N=64码片，短码周期为MN=215=32768码片。()()()()()[]θπφθπφ+++=tftCtftCAtsciQciIi2sin;2cos;QICC和iφ7清华大学信息技术研究院无线与移动通信技术研究中心《CDMA系统工程》粟欣第六章：CDMA移动蜂窝系统的设计和优化•基站导频信道信号中采用PN码相位偏移，不同偏移对应不同基站：移动台只需对所有PN码相位进行一次搜索就能找到昀强的基站信号•基站同步信道信号所采用的PN码相位偏移与导频信道信号的一致：移动台只要锁定导频信道，就能对同步信道进行解调同步信道在PN码的某个周期起点处开始重复广播一个消息，包含：基站及蜂窝系统身份号以N=64码片为单位的基站PN码偏移（偏移指针）系统时间及消息结束后预定时间处的PN长码状态•导频偏移测量在越区操作中起很重要的作用，辅助移动台完成软越区8清华大学信息技术研究院无线与移动通信技术研究中心《CDMA系统工程》粟欣第六章：CDMA移动蜂窝系统的设计和优化•6.2.1.2PN码偏移间隔的选择移动台与偏移指数为m的基站对齐时，偏移指数为m-1的基站导频信号会出现在其搜索窗内。基站A基站B16.2km0.75km偏移=m偏移=m-19清华大学信息技术研究院无线与移动通信技术研究中心《CDMA系统工程》粟欣第六章：CDMA移动蜂窝系统的设计和优化•由于多种原因，偏移间隔需要大于N=64码片N=64XPILOT_INC=偏移指数增量•不同小区尺寸时的偏移间隔和偏移数NRkmM64≤3km5121283~6km2561926~9km1702569~12km12832012~15km10238415~18km8544818~21km7351221~24km6410清华大学信息技术研究院无线与移动通信技术研究中心《CDMA系统工程》粟欣第六章：CDMA移动蜂窝系统的设计和优化•6.2.2CDMA前向链路功率的昀佳配置•6.2.2.1前向链路信道的信噪比要求•IS-95CDMA前向链路的各条信道（导频、同步、寻呼和业务）依靠同一PN码载波发射，具有相同的功率容限增益和损耗参数，但具有不同的发射功率。举例：•导频信道所需的信噪比典型门限为：-15dB•同步信道所需的信噪比典型门限为：6dB•寻呼信道所需的信噪比典型门限为：6dB•业务信道所需的信噪比典型门限为：7dB11清华大学信息技术研究院无线与移动通信技术研究中心《CDMA系统工程》粟欣第六章：CDMA移动蜂窝系统的设计和优化•6.2.2.2前向链路的总功率•其中，trafftrafpagpsyncpiltotalPMKPNPPPα+++=发射机业务信道功率前向链路话音激活因子激活的业务信道数前向链路功率控制因子发射机寻呼信道功率激活的寻呼信道数发射机同步信道功率发射机导频信道功率========trafftrafpagpsyncpilPMKPNPPα12清华大学信息技术研究院无线与移动通信技术研究中心《CDMA系统工程》粟欣第六章：CDMA移动蜂窝系统的设计和优化•6.2.3前向链路衰落容限的选择•6.2.3.1接收机容限的限制移动接收机容限：SNRmed(dB)-SNRreq(dB)=M(dB)•对一定数量的前向链路发射功率，接收机的容限受多址干扰和多径干扰的影响，它们之间满足一定的函数关系；•通过增加发射功率可以得到接收机容限，以保证接收机得到所需功率Sreq；而接收机所需功率取决于各种干扰。•无干扰情况下，接收机和发射机容限一样；有干扰情况下，发射机容限要高于接收机容限。13清华大学信息技术研究院无线与移动通信技术研究中心《CDMA系统工程》粟欣第六章：CDMA移动蜂窝系统的设计和优化•6.2.3.2接收机容限的极限•接收机容限有一个渐进极限：•系统优化（尽量提高接收机容限）要求整个系统中前向链路使用的功率总量昀小，以使干扰昀小化，从而使系统设计的M值和其它参数值满足所需衰落容限。()()()()1lim−∞→Γ+++=ΓtraftrafftrafpagpagPsyncsyncpilfrPGMKPGNPGKtραρρρ14清华大学信息技术研究院无线与移动通信技术研究中心《CDMA系统工程》粟欣第六章：CDMA移动蜂窝系统的设计和优化•6.2.4前向和反向链路的容量平衡•6.2.4.1前向链路容量•IS-95CDMA的前向链路容量，即前向链路中可以被容纳的满足信噪比要求的激活用户数量，是受干扰限制的。•当前向链路用户数增加到一定值时，所需要的前向链路功率会急剧增加；前向链路功率受限容量与前向链路的功率控制程度和用户在物理上的分布有关；系统的优化需要通过一些旨在减小功率的方法来实现。15清华大学信息技术研究院无线与移动通信技术研究中心《CDMA系统工程》粟欣第六章：CDMA移动蜂窝系统的设计和优化•6.2.4.2容量平衡•一方面，链路容限不随链路发射功率的增大而无限制地增加；另一方面，反向链路的有效覆盖面积不能与前向链路的有效覆盖面积相差太远。因此，必须考虑使前向和反向链路的容量平衡。16清华大学信息技术研究院无线与移动通信技术研究中心《CDMA系统工程》粟欣第六章：CDMA移动蜂窝系统的设计和优化•6.2.5前向链路动态功率分配的实现•在IS-95CDMA标准中，对前向链路使用功率控制是一个选项。•Walsh信道j的功率表示：•其中，()νρjjjPGP′=()()()()()trafficpagingsyncpilotjdBMjjj4,3,2,1,1010/==′ρρ()()()()()′+′+′+′−=′′′′traftrafftrafpagpagPsyncsyncpilfTmtrafpagsyncpilPGMKPGNPGKRLNραρρρρρρρν1,,,17清华大学信息技术研究院无线与移动通信技术研究中心《CDMA系统工程》粟欣第六章：CDMA移动蜂窝系统的设计和优化•通过使用一个功率放大器实现公共增益，而使用基带数字电压增益来实现对Walsh信道的不同增益：•假设IS-95标准参数值为：()jjjPGd/ρ′=参数值参数值导频信道（Ec/N0）req-15dB接收机噪声功率-105dBm同步信道（Ec/N0）req6dB基站发射损耗2dB寻呼信道（Ec/N0）req6dB移动台接收损耗3dB业务信道（Ec/N0）req7dB话音激活系数0.4基站天线增益14.1dBi功率控制系数0.5移动台天线增益2.1dBi干扰系数2.77818清华大学信息技术研究院无线与移动通信技术研究中心《CDMA系统工程》粟欣第六章：CDMA移动蜂窝系统的设计和优化•于是，计算得出Walsh信道的相对数字增益为：其中，假设了零容限（）。jjρρ=()()()()对每一条业务信道对每一条寻呼信道对同步信道对导频信道9791.0128/01.5/2471.0256/98.3/0624.00241/98.3/1778.01/0316.0/444333222111==′===′===′===′=PGdPGdPGdPGdρρρρ′19清华大学信息技术研究院无线与移动通信技术研究中心《CDMA系统工程》粟欣第六章：CDMA移动蜂窝系统的设计和优化•基于测量实现功率分配：与前述采用估计实现功率分配的方法不同，可以通过对实际总业务功率的测量实现功率分配。•因此，建立方程组为：其中，是前向链路的实际总业务功率，以每位用户为基础进行控制。ttP()()()()()pagtotalfTmpagpagpagTcsynctotalfTmsyncsyncsyncTcpiltotalfTmpilpilpilotTcttpagPsyncpiltotalPKRLNPPGNEPKRLNPPGNEPKRLNPPGNEPPPNPPPρρρ≥+=≥+=≥+=≤+++=,0,0,0max()20清华大学信息技术研究院无线与移动通信技术研究中心《CDMA系统工程》粟欣第六章：CDMA移动蜂窝系统的设计和优化•于是，对应信令信道求得方程组的解为：()()()()()()()()()()()()++−+=++−+=++−+=pagpagPsyncsyncpilfpagpagttfTmpagpagpagPsyncsyncpilfsyncsyncttfTmsyncpagpagPsyncsyncpilfpilpilttfTmpilPGNPGKPGPKLNPPGNPGKPGPKLNPPGNPGKPGPKLNPρρρρρρρρρρρρ1/1/1/21清华大学信息技术研究院无线与移动通信技术研究中心《CDMA系统工程》粟欣第六章：CDMA移动蜂窝系统的设计和优化•上面式子中，可以用带容限（）的SNR需求代替零容限。pagsyncpilPPP′′′和,,•由于假设前向链路功率控制是可行的，故没有给出业务信道功率的解；当需要计算业务信道的