培训之九（umtsrf）ppt课件

UMTS RF设计方法 3G培训资料之九 1 内容 Contents UMTS网络规划介绍 GSM设计与UMTS设计的比较 与网络规划有关的概念 网络规划的原理及原则 UMTS RF设计方法 链路预算 容量分析 无线仿真 2 GSM网络规划： 覆盖及容量（上行链路 ） Pmax 1 channel f1 Range Time -1个信道是1个时隙 -来自其他用户的干扰是“时间保护”的 -覆盖范围只有最大发射功率决定 -1个用户1个时隙 -容量取决于所提供的最大时隙数 （受限于硬件，又叫“硬阻塞”） 覆盖 容量 1 channel f1 BS Sensitivity 3 UMTS 网络规划： 覆盖及容量（上行链路 ） -1个信道为1个“码”1 channel is one code -由于“码”的非完美正交性引入了 “Interference Margin” Codes not perfectly orthogonal. An Interference Margin added. -覆盖取决于最大功率和干扰电平 Range dependent Pmax and I.M. -容量是可变的，即“Soft”容量 -容量取决于系统的干扰情况 -实践经验，最大小区负荷为75% 覆盖 Range 容量 Pmax f1 Range c1 c2 c3 f1 BS Sensitivity-I.M. 覆盖，容量和服务质量（QOS） 是互为相关的！ 4 W-CDMA 概念 干扰的两个主要来源： D 码的正交性 _码用来区分用户 _多路径传播时，信号正交性受影响，正交性损失用 表示 _正交性的损失导致噪声的增加，这就是“干扰” D 发射功率 _CDMA系统的功率控制是至关重要的 _功率控制的目的是通过适应功率要求来较少扇区内的干扰 上行链路的远近效应 下行上行 Spreading Codes Separate usersSeparate User N traffic channels Scrambling Codes Identify each BS Same code used for one sector Differenciate each user in a sector 5 W-CDMA概念 W-CDMA 极限容量: W-CDMA系统理论上的最大容量可达 到 = 100%的负荷 实际上网络负荷应不超过75% 小区的负荷也可用“Noise Rise”（或 “Interference Margin” ）来表示 6 W-CDMA概念 负荷系数 Downlink Load Factor Required Eb/No Required Received Power from BS PBS Uplink Load Factor Required Eb/No Required Received Power from MS j PMS,j 小区的负荷是与干扰有关的 上行负荷 D 基站接收到的手机信号要满足基站对Eb/No的要求 ，这就决定了上 行最大负荷。 下行负荷 D 手机接收到的基站信号要满足手机对Eb/No的要求 ，这就决定了下 行最大负荷。 BS 7 W-CDMA概念 F 因子 F因子定义了来自于本小区手机产生的带内干 扰与所有小区的手机所产生的带内干扰的比率 。 F因子为一测量所得的综合参数，仿真的结果 表明F因子的典型值范围为0.56到0.32。 8 W-CDMA概念软容量 W-CDMA 的容量受干扰（本小区和外小区）的限 制 干扰 % 小区负荷 Neighbour Cell less loaded less Interference More Capacity 9 W-CDMA概念 路径损耗 路径损耗是手机和基站之间的信号功率损耗，包括手机和基站的损耗。 MS L = Path Loss R = distance Tx Power Antenna Gain Body Loss Antenna Gain Cable Loss Thermal Noise Rx Noise Figure Required Eb/No BS Interference Margin (Noise Rise) Fading Margin Handover Gain 路径损耗是通过无线链路预算计算的（上行和下行）。 上行链路预算：在假定基站应接收的既定信号强度时，最大允许路径损耗。 下行链路预算：在假定手机应接收的既定信号强度时，最大允许路径损耗。 10 W-CDMA概念覆盖失败概率及覆盖概率 为什么引入此概念 在整个小区内，信号强度不是恒定的，是由阴影衰落引起的（用对数正态分布表示） Outage Probability Coverage Probability Std Deviation 8 dB for Urban and Dense Urban areas 90% reliability, 10.3 dB of fade margin is required 量化 覆盖概率与网络规划质量有关。 覆盖失败概率定义了不满足指定QoS的概率。 11 W-CDMA 业务的区域分布 Network split into regions of common characteristics: Users Services Radio Environment 12 业务的模型化 Services Web browsing Video E-mail PDA synchronisation Photo - mail MPEG download Digital radio Requirements Delay throughput QoS Service level Bearer mapping LCD 64 KBPS LCD 144 KBPS LCD 384 KBPS UDD 32 KBPS UDD 64 KBPS UDD 144 KBPS FACH RACH UDD DSCH 13 无线网络规划原理及原则 定义：无线规划是基于容量，覆盖和质量要求对无线网络能力的最初粗略估算方法。 其核心是基于无线链路预算决定小区范围。 什么是无线网络规划？ 14 W-CDMA 覆盖与容量的关系 15 规划准则 16 上行链路 下行链路 覆盖容量 注释 上行链路主导要求一般 由于Noise Rise（Pole Capacity)的要求 和最大手机功率的限制，使得上行链路 的规划主要考虑覆盖 下行链路一般主导要求 下行数据量较大，加之下行发射信号引 入的干扰，使得下行链路规划容量要求 占主导地位。 “一般原则，覆盖受上行链路约束，而容量是受下行链路约束“ 17 UMTS UMTS 无线设计方法无线设计方法 18 WCDMA 无线设计步骤 系统设计步骤 无线链路预算及容 量估算 传播及覆盖评 估 系统仿真研 究 高精度 LEVEL 1LEVEL 1LEVEL 2LEVEL 2LEVEL 3LEVEL 3 19 Maximum Achievable Service Across the Cell 12.2 kbps 64 kbps 384 kbps 144 kbps Range decreases 假设 1 承载速率选择 Max n users supported increases 20 基站数量计算方法 通过两种不同的方法计算Node B 的数量： D覆盖分析 D容量分析 Start Select Radio Environment & Cell Loading Capacity Values Range Values Cell Range Analysis Number of Node B Number of Node B for max capacity Select case by minimum range Calculate remaining outputs for this case 21 步骤 1 ：无线链路预算 （满足覆盖要求的 基站数计算） 满足覆盖要求的所需基站数量： 22 满足容量要求所需的基站数量： 步骤 2：容量估算 （根据容量要求计算 基站数量） 23 小区伸缩效果 24 小区伸缩效果 C year 1 - optimised configuration AD B C A D C B area 1area 1 year 2 - holes in the coverage not covered higher capacity cell reduction 25 UMTS 设计模型组成 Network CostingNetwork Costing CN DimensioningCN Dimensioning AI DimensioningAI Dimensioning Traffic AnalysisTraffic Analysis UMTS Specifications Service Analysis User Mix Market Data Technology Assumptions Geographical Info: Coverage Areas Clutter Types Subscriber Density Max Bearer rates Total Population, New Subscribers, Average Subscribers per Segment Service Usage Dense Urban Urban Suburban Rural Traffic Mix Per Area Bit Rate Service Type Activity Factor UL/DL Load QoS 26 链路预算链路预算 由小区覆盖计算基站数量由小区覆盖计算基站数量 27 无线链路预算的有关参数 传播有关的参数 D 建筑物/车辆/身体损耗 D 基站馈线损耗（跳线，接头，主传输线） D 天线增益（基站和手机） 可靠性 D 阴影衰落补偿 CDMA特有参数 D 干扰补偿（CDMA载频负荷） D Eb/No 产品有关参数 D 接收机灵敏度 D 发射机功率 28 接收机灵敏度 灵敏度= kTB + NF + Eb/Nt PG - kT 热噪声电平 dBm/Hz - B WCDMA载频带宽 dBHz 。 - NF 基站的噪声指标。 - Eb/Nt 达到所要求的FER所需的每比特能量与噪声频 谱密度的比例 dB。 - PG 处理增益 dB 。 29 影响上行链路覆盖的有关因素 30 步骤 1A：反向链路仿真 Inputs: Uniform Site Placements Uniform Mobile Distribution Uniform Mobile Speed Uniform Propagation Model Same Service Usage Link/System Parameters Outputs: Eb/Nt Requirement/ UE Speed/ Bearer rate 31 步骤 1B：链路预算分析-地理位置划分 覆盖面积 具有相似特征区域的面积汇总 传播模型 选择最能代表所在区域的传播模型 32 Area 1 Area 2 Area 3 步骤 1B：无线链路预算-覆盖要求 Summing all areas Coverage Reliability 90% Reliability gives 8 dB of Shadowing STD 33 步骤 1B：无线链路预算- Cost 231 HATA 传播模型 PL = Path Loss in dB R = Cell Range in Km F = Operating Frequency in MHz B = BTS Antenna Height in m M = MTS Antenna Height in m 34 步骤 1B：无线链路预算-小区范围计算 WCDMA Link Budget Outdoor Chip RatecpsASystem/ Standards3.84E+06 Bit RatebpsBUser6.40E+04 Base NFdBCManufacturer5 kTdB/HzD10*log10(1.38E-23*290)-203.98 kTWdBE10*log10(1.38E-23*290*A) -138.13 NthWdBFC+E-133.13 Base Ant. GaindBiGManufacturer17 Mobile Ant. GaindBiHManufacturer-3 Penetration LossdBIOperator8 Base Cable LossdBJOperator2 Total Effective G_antennasdBKH-J-K4 Users mappingNo. usersL Interference MargindBM Function of (L)6.02 Eb/Nt (=Avg Eb/No+0.5dB)dBNO + 0.50.5 Avg Eb/Nt dBOManufacturer0 Processing GaindBP10*log10(A/B)17.78 Effective SNRdBQM+O-P-11.26 BTS Rx sensitivitydBmRD+10*log10(B)+3-120.42 % loading%SFunction of L75% Soft Handoff GaindBTEnvironment3.5 Max Power (125mW)dBWUStandards-9 Shadow Fade Margin (single cell)dBVOperator5,5 Max Isotropic PathlossdBW F-K+Q-U+V-T128.4 Max RangekmXFunction of (area type,W)0.94 64 kbps Range 35 Area 1 Area 2 Area 3 步骤 1C: 基站数量计算-基于小区覆盖 36 小结 无线链路预算 无线链路预算只能粗略估算基站数量。 最具可变性的参数是与传播相关的。 多数链路预算传播参数是与厂商和产品技术无关 的。 链路预算的参数是与800MHz及1900MHz相同 的，虽然有可能数值不同。 37 容量分析容量分析 根据容量要求计算基站数量根据容量要求计算基站数量 38 容量分析 上行链路 Load Factor Noise Rise Pole Capacity SymbolsDescription Eb/NT Energy per user bit divided by the noise spectral density. l User l L connection in the sector. PG Processing Gain, Chip Rate / User Bit Rate F The ratio of in-cell interference density to total cell interference density, i.e., Activity factor 75% 39 容量分析 下行链路 Load Factor Noise Rise SymbolsDescriptionRecommended Value Eb/NT Energy per user bit divided by the noise spectral density. Depends on service, bit rate, mobile speed, etc MM connections in the sector. WW-CDMA Chip Rate 3.84 Mcps i Other cell to own cell interference ratio seen by the MS Macro cell with omni-directional antennas:55% Orthogonality factor 0.4 to 0.9 in multipaths environment Activity factor 0.67 for speech 1.0 for data 40 Noise Raise 百分点 功率控制算法的非精确性使得： Eb/Nt 可用对数正态分布来表示 Noise Rise 也用同样的分布。 百分点表示Noise Raise 达到某一给定小区负荷的机会。 ()() 1log 1 ProbProb dB zXzZ e b -= percentile 41 举例说明 98th percentile 50th percentile mean noise rise 9dB 6dB 42 公理 1：“UMTS没有确定的最大小区覆盖 ，小区覆盖取决于小区负荷的要求”。 公理 2：“在上行方向，规划的限制因素为 手机的的发射功率，而在下行方向为基站 的发射功率”。 公理 3：“一般来讲，覆盖受上行链路限制 ，在没有下行发射分集时容量受下行限制 。 网络规划之公理 43 无线系统仿真无线系统仿真 介绍介绍JUPITERJUPITER 44 运营商需要以下保证： - 容量 - 覆盖 -服务等级 QoS 在积极实施满足覆盖的目标的同时带 来收益，并满足近期容量的需求 相对提供业务的总投资，实现最小设 备投资 WCDMA 无线网络的展开 WCDMA Radio Network Deployment Why simulation ? Simulation de-risks 3G rollout 降低3G实施的风险 45 WCDMA 模拟器 - Jupiter 46 什麽是 Jupiter ? 1.1.Jupiter Jupiter 研发上用于研发上用于WCDMAWCDMA仿真仿真, ,基于基于JavaJava的用户服务器应用的用户服务器应用 程序程序 2.2.服务器为服务器为UnixUnix平台，完成真正的仿真工作。平台，完成真正的仿真工作。 3.3.用户服务器运行于视窗操作系统（用户服务器运行于视窗操作系统（NTNT或或9898），并提供仿真初始化），并提供仿真初始化 和结果分析的图形化人机接口。和结果分析的图形化人机接口。 4.4.JupiterJupiter将会被集成到将会被集成到MOTOROLAMOTOROLA开发的商用五项网络模拟系统开发的商用五项网络模拟系统 NetPlanNetPlan中。中。 47 模拟器的结构示意 48 仿真方法 Reliability Image Drops Reliability Computation 49 Jupiter 的输出及结果 Jupiter提供两类输出： 1.1.图像图像 无线传播，软切换状态，前向要求功率，反向要求功率，最佳 Ec/Io，手机位置，话务密度分布及Pilot数量等图像。 2. 2. 统计数据统计数据 小区统计数据 - 包括Noise Rise ，总的业务信道功率，好的前相 链路百分比及好的反向链路百分比，等等。 手机统计数据 包括话音和数据业务的前向帧擦除率(fFER)和反 向帧擦除率(rFER) 。 50 Jupiter 无线传播显示 形象化表示某区域的可允许 传播损耗。 形象化表示潜在的覆盖较差 的区域。 对存在问题的可能原因提供 快速直观的分析。 快速确认传播损耗在允许值 以下。 51 Jupiter 最佳Ec/Io图像 表示出系统覆盖情况 表示出覆盖较差（Ec/Io较小） 的区域 指出潜在的覆盖问题 和其他图像一起使用，来减少 覆盖问题。 快速确认Ec/Io至少为12dB 52 Jupiter 软切换状态图像 观察软切换区域 可与“导频数量”图像联合使 用，找出导频污染问题。 当有3个以上强度相近的导频 信号服务于同一区域时会发生 导频污染。手机得不到主导信 号，而是在这些导频上飘来飘 去 导频污染将导致高FER和高 掉话。 53