摩托罗拉CDMA2000-1X无线设计原理和基本步骤.doc

Doc No.: CHN-ENG-0550-171Global Telecom Solutions Sector China Version:0.1 Date: 04/16/2003摩托罗拉CDMA2000-1X无线系统设计步骤和原理 摩托罗拉CDMA2000-1X无线系统设计步骤和原理版本 0.1Revision HistoryDateVersionIssued ByReviewed ByChanges4/16/030.1Jane HuangDavis Huang Initial versionGTSS China Engineering Service SOP ApprovalThe “摩托罗拉CDMA2000-1X 无线系统设计步骤和原理” Standard Operating Procedures ( Document Control No.CHN-ENG-0550-171 Version No:0.1) contained herein has been updated for the current working process. Upon completion of approval from the SOP Council, standard procedures will take effect.This Document has been authorized and approved by: CDMA Core Engineering Manager, Technology Engineering Printed Name:_Pu Wenfeng Signature: _Date: _ _1前言52摩托罗拉CDMA无线网络设计哲学和步骤52.1覆盖分析72.2话务量分析102.3NetPlan预测分析112.3.1NetPlan中使用的传播模型-XLOS132.3.2手机特性情景化仿真132.3.2.1Monte Carlo算法132.3.2.2手机速度和多径模型132.3.2.3手机行为参数142.3.3系统话务分布分析142.3.4系统仿真参数152.3.4.1BTS参数设置152.3.4.2移动台性能162.3.4.3RF参数设置162.3.4.4呼叫模型162.3.4.5系统参数162.3.5 系统仿真结果和设计分析162.3.6 影响设计预期效果的几个因素183CDMA系统无线设计设备要求181 前言由于CDMA蜂窝无线系统的特性，覆盖、质量和容量三者间相互制约、相互影响。因此CDMA无线网的最佳设计体现在覆盖、质量和容量三者的最佳组合和平衡. 本文主要介绍基于摩托罗拉多年无线网络的设计和建设工程经验上的CDMA无线网设计哲学和方法步骤.2 3 摩托罗拉CDMA无线网络设计步骤和原理在开始CDMA无线系统设计前，首先要确立设计目标，明确系统的覆盖、容量、质量的要求。CDMA系统的无线设计目标项目应包含： 覆盖范围：某地区 覆盖指标：室内覆盖指标%/室外覆盖指标 % 通信概率指标： 区内覆盖率%/区边缘覆盖率% 系统容量：同时支持的用户数(语音/数据用户模型) 系统质量：FER%(语音/数据)在明确了系统设计目标后，系统设计将按照基于统计传播模型上的覆盖分析、话务量分析和系统性能计算机仿真预评估、改进三大步骤进行。下图显示了摩托罗拉CDMA无线系统设计步骤和流程。图一: 摩托罗拉CDMA系统无线设计流程3.1 覆盖分析在进行CDMA 无线系统设计时，我们首先用链路预算分析方法以粗略估计在指定服务区内提供CDMA覆盖所需的基站数量。该分析采用了一个假设平坦地形和固定地貌的统计传播模型,即Hata模型。链路预算分析可以粗略计算基站与手机间所允许的最大自由空间衰耗。链路预算分析实际上是对基站和手机间正反发射路径上一系列衰耗，增益和参数的加减运算。根据计算出的最大链路衰耗值，通过Hata统计传播模型以及地形类别来确定最大平均基站半径。下图为链路预算分析的流程及相关的参数输入和链路预算分析结果输出。上图链路预算分析中使用的参数可分为五类： 与无线传播有关的参数：建筑物衰耗，车辆衰耗，人体衰耗，覆盖可靠度（衰落余量） 与具体设备有关的参数：接收机灵敏度，发射功率 与CDMA有关的参数：干扰余量等 与用户行为有关的参数:业务应用，终端速度，用户分布等 与地形地貌有关的参数：覆盖范围内的地貌分布及相应的覆盖要求这些参数的取值越接近实际情况，所得到的结果越精确。衰落余量用于克服由于RF的阴影效应而造成的接收信号下降的余量，衰落余量的取值将影响系统的覆盖范围。对数正态分布是对阴影特性的统计估计，用于计算小区内各点的RF覆盖概率，或称覆盖的可靠性。在南京地区链路预算中，根据地貌的不同采用不同的标准方差，覆盖可靠性要求，来采纳相应的衰落余量。接收灵敏度，输出功率，噪声系数(基站和手机)等等这些参数均与具体设备有关，并且反映出设备的运行参数。链路分析中与CDMA有关的参数是指那些反映CDMA技术特有性能特征的参数。应当注意的是，这些参数不同的设备制造商取值不同。在确定CDMA系统的RF覆盖范围时，必须考虑当前所在基站以及相邻基站产生的干扰。干扰余量与假设的系统负载量有关。数据用户所使用的数据数率对链路损耗有很大的影响，小区覆盖半径也受其影响。根据链路预算为每种地形地貌计算出的小区半径，以及该地区内这几种地形地貌的覆盖范围，我们便可以根据下面的公式得出满足覆盖要求所需的最少基站数：每种地形覆盖所需的基站数=需要覆盖的面积/(2.598*小区半径2 )(向上取整)上述公式中的分母是以链路分析中得出的小区半径为半径的六边形的面积。根据链路预算分析所得到的基站数，仅仅是最初的分析结果。由于系统话务的不均匀分布，系统中用户行为的多样性，实际地貌、建筑物的多样性，最终的设计结果会有很大的差异。3.23.3 话务量分析在得到覆盖所需的基站数量后，下一步设计是要确定支持给定用户密度所需的基站数及载波数。根据设计目标所设定的系统容量和用户呼叫模型，计算出系统为满足容量要求所需的基站数可由下面公式获得：满足话务量所需的基站数=系统容量/(单载波扇区可支持爱尔兰*扇区数*载波数)(向上取整)下图为容量分析的流程及相关的参数输入和分析结果输出当得到满足系统容量的基站数后，我们将之与覆盖所需的基站数进行比较并取较大者。然而，实际系统中，由于地区差异、人口经济分布不均等原因，系统用户的分布是不均匀的。因此基站数实际的配置将大于此上计算所得的理想值。为了得到更精确的设计，利用摩托罗拉先进的CDMA仿真工具NetPlan进行覆盖预测和设计。3.43.5 NetPlan预测分析通过基于统计传播模型的覆盖分析和均匀话务分布分析，可得到最初的同时满足覆盖和容量的基站数。但由于前已提到的各种实际客观因素，实际需要的基站数将大于此前分析计算得到的基站数。CDMA系统的动态特性意味着系统任一部分的行为将影响整个系统的表现。CDMA系统仿真器正是将CDMA系统的行为模型化，并生成相应的数据以解读CDMA系统。用传统的链路预算或无线预测工具来表述影响CDMA系统容量、质量及覆盖的复杂因素，对于需要精确、深入设计的系统显然是不适合的。而CDMA仿真器对系统的变化采用统计方法，对以下重要参数：诸如噪声增长、软切换、所需信道单元、误帧率、导频Ec/Io以及Eb/No等建立模型。摩托罗拉公司对CDMA技术有着超过15年的研发历史。在九十年代，摩托罗拉成为这项令人振奋的先进数字通信技术的首家设备供应商。摩托罗拉对CDMA的系统测试，特别是在使用超级计算机优化CDMA网络的仿真工作中起了至关重要的作用。CDMA仿真器-NetPlan的输入参数包括小区位置、小区无线参数、话务密度、系统参数、及希望达到的话音质量等。NetPlan可输出相应系统模型的统计值及详细的覆盖、质量以及容量的图象。 NetPlan仿真设计流程图:3.5.1 NetPlan中使用的传播模型-XLOSCDMA系统对路径损耗极其敏感，预测中几个dB的差异会将导致系统性能的极大差异。大部分传播模型本质上都为统计模型，并未考虑地势和建筑地貌对路径损耗的影响。NetPlan 中使用的传播模型为XLOS，是摩托罗拉集15年无线工程经验发展的特定传播模型。该模型基于Longly&Rice, Okumura, Bullington传播模型，以实地测试对其进行不断地修正。XLOS引入了虚拟高度的概念。3.5.2 手机特性情景化仿真为仿真CDMA系统的行为，CDMA仿真器重复地在系统中离散化撒入手机。每撒入一部的手机，都会建立相应的前向及反向链路，并且把功率控制用于链路中以确保达到系统设定的指标。3.5.2.1 Monte Carlo 算法手机被重复地撒入系统，每次落在不同的位置和分配不同的速度。每一次撒入，仿真器都会建立链路，规划功率并产生输出。3.5.2.2 手机速度和多径模型手机运行的速度的定义对系统的仿真效果亦有很大的影响，尤其是对前向链路，速度越慢，经历的衰落越多。为了模拟多径传播效应，在CDMA系统仿真中，应相应地建立手机的多径模型。3.5.2.3 用户行为参数由于数据业务在系统中的发展，数据业务的多样性，导致用户行为的多样性，因此在Netplan中，对用户行为的多样性可进行样本模拟，以完善仿真的真实性。3.5.3 系统话务分布分析在CDMA系统仿真中，对用户分布的准确预测，对系统覆盖预测的真实性有最为直接的影响。在对CDMA系统用户分布进行预测时，既需参考现有CDMA网的话务密度分布，又要综合发展前景。在此基础上，利用NetPlan中所含的话务工具（Traffic Engineering Application）,产生设计地区的CDMA Traffic Density Map, 作为该地区CDMA仿真中使用的话务分布。CDMA系统用户分布密度预测图3.5.4 系统仿真参数为保证系统仿真结果的真实性，首先要确保仿真参数的真实性。如，基站信息，天线波瓣图等。CDMA系统仿真中，信息均需采集于实地勘查结果和系统实际设备参数。3.5.4.1 BTS参数设置导频功率寻呼功率同步功率最小业务信道功率最大业务信道功率/T-Add/T-Drop/基站灵敏度/基站噪声系数 等3.5.4.2 移动台性能最大输出功率移动台天线增益移动台噪声系数移动台平均速度移动台速度标准偏差移动台接收灵敏度 等3.5.4.3 RF参数设置前向信道FER反向信道FER声码器 等3.5.4.4 呼叫模型话音激活因子/数据速率/Radio Configuration/TCPwindowsize/Pareto Distribution等3.5.4.5 系统参数系统负载/RAS setting/无线覆盖率 等2.3.5 系统仿真结果和设计分析NetPlan仿真器可输出两种形式的输出：图像和统计。这两种输出可以用于分析系统的性能。统计数据可用于对设计的系统进行以下各项的分析: 无线性能分析 无线数据和语音容量分析 数据业务话务模型分析 板卡配置和IP backhaulsizing分析 功率配置分析图像输出有: Pilots above T-Drop(大于T-Drop的导频数） Ec/Io（最佳服务扇区的导频Ec/Io值） Mobile Received Power（手机通过多径接收机接受的总的话务信道功率） Maximum TCH Threshold Exceeded（显示出所需的前向功率是否超过服务小区设定的话音信道上限） F-factoring Imaging（表述系统中任一点所对应的来自小区内与来自小区外的干扰分布比率。它将有助于确定系统中任一 小区是否接纳了过多或过少的与其他小区的软切换） Frame Erasure Rate (显示前向和反向的误帧率，通过它可从信号角度了解整个系统的链路质量) Pilot Pollution images（显示多个导频带来的干扰及它在系统中对主导频的影响） Soft Hand-off Image（显示整个系统的切换情况，系统任一位置的导频数量以及链路是软切换还是更软切换，亦或软到更软切换） Best Ec/Io and Ec/Io Server Images（显示不同导频层的覆盖及它们间的关联，它能提供多至十级的最好的服务区的图象） Statistical Composite Images（为评定撒入数据的可靠性，NetPlan可生成任何类型的综合图象。如生成基于仿真器运算的全部过程的小区平均偏移量以及图形显示的整个系统的性能） Achieved Data Rate Image(手机可获得的数据速率) 2.3.6 影响设计预期效果的几个因素系统设计所得出的结果在实际系统运行中,由于受许多不确定因素的影响,往往会使设计的精确度受到质疑,因此在系统设计和安装中应尽量减少这些因素的产生: 高精度和及时更新的电子地图; 保证覆盖和话务模型的精确度; 站点的选择和天线系统的安装应尽量符合设计,若无法符合,应及时通知设计者,以便进行合理更改; 系统运行时,应确保无线环境,去除不必要的干扰.4 CDMA系统无线设计设备要求 支持CDMA2000-1X的无线设计仿真器-NetPlan V6.1 最新