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1、CDMA 系统设计基础系统设计基础 2000年11月3G培训资料之十WCDMA 基本原理基本原理PowerTimeFrequencyTimePowerFrequency 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64 Kbps3.84MHz3.84 MHz64 Kbps发送发送接收接收扩频合成信号 解扩其他用户噪声WCDMA的多址原理的多址原理处理增益处理增益=扩频码率/输入数据码率WCDMA-语音服务语音服务处理增益=3.84 Mcps/12.2 kbps=25(dB)如果接收机的
2、 Eb/No 要求=5 dB 信号可以比所接收到的噪声小 20 dB(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 频率复用频率复用 CDMACDMA不需要频率规划不需要频率规划4 site,12 frequency reuse111111111111111111111111111111111111111111111N=1 frequency reuse654321879121011654321879121011654321879121011654321879121011GSMGSMCDMACDMA空中接口和信道带宽WCDMAD宽带 5 MHz 载频包括保护带D
3、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)D话音质量直接影响网络容量GSM窄带 200 KHz 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D12*200KHz=2.4 MHz在一对5 MHz(5+5)频谱中,采用13K话音编码 DCarrier/sector=2DTch/sector=15DErlang/sector=9DErlang/site=27DErlang/MHz/site=5.44 site,12 freque
4、ncy reuse654321879121011654321879121011654321879121011654321879121011GSMGSM频谱效率-IS95 CDMA需要至少1个CDMA载频D1.23+0.54 MHz 保护带=1.77 MHz在一对5 MHz(5+5)频谱中,采用8K EVRC 话音编码DCarrier/sector=3DErlang/carrier/sector=15.5DErlang/site=15.5*3*3=139.5DErlang/MHz/site=27.9111111111111111111111111111111111111111111111N=1
5、frequency reuseIS95 CDMAIS95 CDMA频谱效率-WCDMA需要至少1个WCDMA载频D5 MHz,包括保护带在一对5 MHz(5+5)频谱中,采用12.2K AMR话音编码DCarrier/sector=1DErlang/sector=56 注DErlang/site=56*3=168DErlang/MHz/site=33.6注:初步估计111111111111111111111111111111111111111111111N=1 frequency reuseWCDMAWCDMAIS95 CDMA800 MHz载频间隔(MHz)声码率(Kbps)复用模式容量容量
6、Erlang/MHz/SiteGSM900MHzWCDMA2 GHz0.21.235812.241/31/35.427.933.6CDMA 技术使得频率资源得到最充分的利用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:D频率分集 -宽带信号D路径分集 -多路Rake接收机&软切换D空间分集 -两个接收天线D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Outgoing Waveform-80 dB-90 db-110 db-120 db3.84 Mhz3.84 Mhz 400 Khz 范围内
7、的 12 db 衰落只影响了 1/10 of CDMA 带宽.因此，对 WCDMA 的总衰落是 0.5 db整个 GSM 200 KHz 信道都受到了同样的衰落影响，因此对用户的总衰落也是12 db.WCDMA 对频率选择性衰落能提供更好的保护对频率选择性衰落能提供更好的保护Received Waveform-80 db-90 db-110 db-120 db200 KhzOutgoing Waveform-80 db-90 db-110 db-120 db200 KhzReceived Waveform-80 db-90 db-110 db-120 db12 dB Fade0.5 dB Lo
8、ss12 dB Fade12 dB Loss!WCDMAGSM频率分集对话音质量的改善ReceiverReceiverReceiverMobile Rake ReceiverAnalogTDMACalls FadingD/AAudio FadingD/AMobileReceiverCDMA Calls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 Narrow Ba
9、nd基站竞争基站竞争硬切换硬切换移动台位置移动台位置CellACellBSoftHandoff信号强度信号强度ABCDMA基站协作基站协作软切换软切换先释放后建立先释放后建立先保持后释放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QualityFramesQu
10、alityFrames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软切换能改善接收到的帧质量43214321 本例中只显示了7帧 1234 56711223344556677Transcoder 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 D基站向移动台广播参考功率D移动台比较接收功率
11、与参考功率，调整自己的发射功率(开环)D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GSMGSM 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500 bps，因而降低干扰不连续的Rx节
12、省功率(延长电池寿命)单一化的系统规划CDMACDMA不需要频率规划不需要频率规划4 site,12 frequency reuse111111111111111111111111111111111111111111111N=1 frequency reuse654321879121011654321879121011654321879121011654321879121011GSMGSMCDMACDMA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合理设计系统以支持最大限度的系统负荷轻载网络过
13、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为达到更高的数据传输速率需要更高的功率。由于基站由于基站LPA的限制，高速数据传输只有在靠近基站的时候才能得到的限制，高速数据传输只有在靠近基站的时候才能得到12.2 kbps64 kbps384 kbps144 kbp
14、sRange decreases覆盖/容量 vs 数据率Max n users supported increasesCDMA 覆盖/容量 与 干扰相互关联尽可能地减少干扰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 不好的覆盖不好的覆盖导频污染是由以下原因导致的：D 不佳的系统设计 D 不合要求的基站位置D 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/Io Plot(RED=poor)覆盖空洞导频
15、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D 好的站址选择 D 适当的天线下倾角D 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35 dB的变化。站址选择准则户外站址选择准则户外 最佳的信噪比最佳的信噪比-尽量
16、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。站址选择准则户外站址选择准则户外 为平滑切换保证连续的覆盖为平滑切换保证连续的覆盖 消除大区式的基站消除大区式的基站-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
17、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站址选择准则户外 室内覆盖室内覆盖-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覆盖考虑室内大厦大厦-问题：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：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。覆盖考虑室内覆盖考虑室
18、内大厦大厦 续续.地下停车场地下停车场大型购物中心大型购物中心预期覆盖范围预期覆盖范围覆盖考虑室内覆盖考虑室内大厦大厦 续续.商店商店&餐馆餐馆(10 floors)36/F37/F泄漏电泄漏电缆缆38/FSector 1地下停车场地下停车场(7 floors)Sector 2Sector 3覆盖考虑室内覆盖考虑室内总结系统设计因素话务量话务量全向 vs.扇区数据率分布速度覆盖覆盖全向 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网络基础特色互通性界面RNC/GSNRoutersMSC
19、/SwitchHLR,Service Creation实施实施方案方案数据用户比例数据用户增长率%进度表资源CDMA系统设计系统设计质量质量数据率可靠性FER%GOS投资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系统空载覆盖范围空载覆盖范围轻载轻载覆盖范围覆盖范围重载覆盖范围重载覆盖范围基站基站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 覆盖空洞，不佳的网络性能 只有当话务量增大时才发现设计不充分-为时已晚！仿 真 是 必 需 的Detailed cell performance statisticsDetailed mobile statisticsSelective cell and mobile statisticsSelect cells性能优化容量，覆盖，质量容量，覆盖，质量WCDMACDMA 是噪声限制系统折衷考虑容量、覆盖和质量之间的关系扩频和数字编码技术实现了 N=1 复用严格的功率控制保证了容量最大化GSMGSM 是频谱限制系统传统的TDMA信道分配确定了容量适宜的功率控制(最小的干扰),跳频和微蜂窝能实现更紧密的频率复用，因而提高了系统容量