（通信与信息系统专业论文）edge、1x+evdo与hsdpa性能分析和比较.pdf

南京邮电大学硕k l i j f 究生学位论文 摘要 摘要 无线移动通信自上世纪7 0 年代起，经过了第一代的模拟移动通信系统( 1 g ) ， 第二代的数字移动通信系统( 2 g ) ，至今已发展到能支持更高速率、不同业务的 第三代移动通信系统( 3 g ) 。目前，一些后3 g 技术( b 3 g ) 如o f d m 、m i m o 等成为了世界范围内的研究热点。 在移动通信发展的过程中，出现了几种过渡型的演进系统，如2 g 向3 g 演 进的g p r s 和e d g e 系统，b 3 g 中的l xe v - d o 和h s d p a 系统。它们的出现， 一方面是为了系统的平滑演进，另一方面是为了满足不断增长的下行容量的业务 要求。 论文分析了e d g e 、l xe v - d o 和h s d p a 这三种速率增强型演进系统的技 术特点和物理信道结构，利用链路预算分析其小区覆盖半径，并对这三个标准所 提出的高数据速率的目标进行了定量的分析。 e d g e 可以在现有g s m g p r s 的网络覆盖上运营，在窄带系统中具有竞争 优势，但其实际速率远远达不到其标称速率，满足不了3 g 对于因特网的需求。 h s d p a 的码道分配采用码分复用和时分复用相结合的方式，标称速率可达 1 4 m b p s ，但由于c d m a 的自干扰特性，其下行速率上升也非常有限。l xe v - d o 取代了c d m a 2 0 0 03 x 标准，并从码分多址转向到时分多址，基本上能满足3 g 的 速率要求，也表明了l xe v - d o 在设计上的合理性。在仔细研究多速率系统的基 础上，文章最后提出了一种基于c d m a t d m a 方式的移动通信的改进方案。 南京邮电大学硕l ：t i ) f 究生学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t s i n c et h e19 7 0 s ，w i r e l e s sm o b i l ec o m m u n i c a t i o n sh a db e e nt h r o u g ht h e1 5 s i m u l m i v em o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ( 1g ) ，t h e2 州d i g i t a lm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ( 2 g ) ， a n dt h e3 阿m o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ( 3 g ) w h i c hc a ns u p p o i r td i f f e r e n ts e r v i c e sw i t h h i g h e rs p e e d n o w , s o m en e wt e c h n i q u e sf o rb 3gs y s t e m s ，l i k eo f d ma n dm i m o ， a l et h eh o tt o p i c si nt h ew o r l d d u r i n gt h ed e v e l o p m e n to fm o b i l ec o m m u n i c m i o n s ，i ta p p e a r ss o m ek i n do f e v o l m i o ns y s t e m s ，f o re x a m p l e ，g p r sa n de d g ef o rt r a n s i t i n gf r o m2 gt o3 ga n d l xe v - d oa n dh s d p af o rb 3 gs y s t e m s t h e i re x i s t e n c ei st h er e s u l to fs m o o t h n e s s e v o l u t i o no fs y s t e m sa n dt h er e q u i r e m e n tf o ri n c r e a s i n g l yd a t as e r v i c e t h et h e s i sa n a l y z e st e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dp h y s i c a lc h a n n e ls t r u c t u r e so f e d g e ，lxe v - d oa n dh s d p a t h el i n kb u d g e ti su s e dt oa n a l y z ec e l lc o v e r a g ei n t h e s es y s t e m s t h ea d v a n t a g eo fh i g hd a t as p e e dp r o p o s e db yt h ea b o v es t a n d a r d si s s t u d i e db yr m i o na n a l y s i s e d g ec a nb eo p e r a t e dw i t hg s m g p r sa n dh a sp r e d o m i n a n c ea m o n g n a r r o w b a n ds y s t e m s ，b u ti tc a n ts a t i s f yt h e3 gr e q u i r e m e n tf o rt h ei n t e r n e td u et o t h el a r g ed i s t a n c eb e t w e e nt h er e a ld a t as p e e da n di t sa l l e g e dd a t as p e e d h s d p ai s m l e g e dt h a ti t sp e a kd a t as p e e dc a nb eu pt o 14 m b p sw i t ht h ec o m b i n a t i o no f c o d e d i v i d u a lm u l t i p l e ( c d m ) a n dt i m e - d i v i d u a lm u l t i p l e ( t d m ) m o d ei ni t s c h a n n e la s s i g n m e n t h o w e v e r ，t h ei n c r e a s eo fd a t as p e e di nh s d p ad o w n l i n ki s l i m i t e dd u et ot h es e l f - i n t e r f e r e n c ei nc d m ac h a r a c t e r i s t i c 1xe v - d ow h i c hh a s d i s p l a c e dc d m a 2 0 0 03 xs t a n d a r d ，c h a n g e si t sm u l t i a c c e s sf r o mc d m a t ot d m a i t c a ns a t i s f yt h e3gr e q u i r e m e n tb a s i c a l l y , i n d i c a t i n gt h er e a s o n a b l ed e s i g ni nix e v - d o a tl a s t ，t h et h e s i sp r o p o s e sa l li m p r o v e dp r o je c ti nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n b a s e do nc d m a t d m a 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：二选 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 跏躲幽胁必：三 南京邮电大学硕1 ：研究生学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 移动通信的发展与演进 当今科学技术尤其是信息技术的迅猛发展正引领世界走向信息社会。伴随世 界范围内的信息科技革命，通信技术以前所未有的速度发展更新，特别是通信技 术和计算机技术的相互融合，使通信技术的发展日新月异，并逐步改变着人们的 社会、文化和经济生活， 1 1 1 移动通信发展概况 无线移动通信技术的发展始于上一世纪2 0 年代，用于警用车辆广播消息的 第一个陆地移动通信系统在美国投入使用。到了2 0 世纪7 0 年代，大规模集成电 路和微处理技术的广泛应用，为蜂窝移动通信的实现打下了技术基础。美国贝尔 实验室提出了小区制的蜂窝式移动通信系统方案，开发了a m p s ( a d v a n c e d m o b i l ep h o n es e r v i c e ) 系统，这是第一种真正意义上使用具有随时随地通信的大 容量的蜂窝移动通信系统，也就是通常所说的第一代模拟移动通信系统。第一代 模拟蜂窝系统结合频率复用技术，可以在整个服务覆盖区域内实现自动接入公用 电话网，具有更大的容量和更好的话音质量。 尽管模拟蜂窝系统取得了巨大的成功，但实际使用过程中还是暴露出一些问 题：频谱效率较低，有限的频谱资源和无限的用户容量的矛盾十分突出；业务种 类比较单一，只有话音业务；模拟系统存在同频干扰和互调干扰；模拟系统保密 性较差。最主要的问题仍然是容量与日益增长的市场需求之问的矛盾，因此模拟 系统发展了一个时期后面临着巨大的压力。随着大规模集成电路技术、低速话音 编码等技术的发展，数字技术得到了广泛的应用，现代移动通信也由模拟方式转 向数字处理方式。 第二代数字蜂窝移动通信系统在2 0 世纪8 0 年代末引入，采用数字调制技术， 与第一代模拟蜂窝移动通信系统相比，它能提供更高的频谱效率、更好的数据业 务以及更先进的漫游等性能，既可以支持话音业务，也可以支持低速数据业务。 第二代移动通信系统的典型代表有欧洲的全球移动通信系统( g l o b a ls y s t e mf o r 南京邮电大学硕i ： i - 究生学位论文第一章绪论 m o b i l ec o m m u n i c a t i o n ，g s m ) 、美国的先进数字移动电话系统( d i g i t a l a m p s ， d a m p s ) 及i s - 9 5 等。现在g s m 的应用频段有9 0 0 m h z 、1 8 0 0 m h z 和1 9 0 0 m h z ，容 量大约是模拟系统的2 倍。d a m p s 也称i s - 9 4 ( 北美数字蜂窝) ，工作在8 0 0 m h z 频段，使用时分多址( t d m a ) 技术。i s 一9 5 是北美另一种数字蜂窝标准，工作在 8 0 0 i h z 或1 9 0 0 m h z 频段，使用码分多址( c d m a ) 多址方式。 为了满足更多更高速率的业务以及更高频谱效率的要求，同时减少目前存在 的各大网络之间的不兼容性，国际电信联盟于2 0 世纪9 0 年代研究制定了 i m t 一2 0 0 0 ( i n t e r n a t i o n a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n ) 。i m t - 2 0 0 0 支持的网络 被称为第三代移动通信系统，简称3 g ，它将支持速率高达2 m b s 的业务，而且 业务种类将涉及话音、数据、图像以及多媒体等业务。为了在未来的全球化标准 中占据一席之地，各个国家、组织和公司纷纷提出自己的建议和标准。其中，3 g 主流标准为：欧洲的w c d m a 、北美的c d m a 2 0 0 0 以及中国的t d - s c d m a 。第三代移 动通信系统要将各种业务结合起来，用一个单一的全功能网络来实现，与现有的 第一代和第二代移动通信系统相比，其主要特点可以概括为： ( 1 ) 全球普及和全球无缝漫游。 ( 2 ) 具有支持多媒体业务的能力，特别是支持i n t e r n e t 业务。这就要求第三代移 动通信无线传输技术的最低要求必须满足：快速移动环境下，最高速率为 1 4 4 k b s ；室内到室外、步行环境中，最高速率达3 8 4 k b s ；室内环境最高速率 达2 m b s 。 1 1 22 g 向3 g 系统的演进 第二代移动通信系统网络规模已经发展得比较完善，因此第三代移动通信系 统网络部分要与第二代兼容，即第三代的网络是基于第二代的网络逐步发展演进 的。第二代网络向第三代网络演进过程中，为了解决中速数据传输问题，出现了 过渡网络，在已经部署的现有2 g 系统和将来的3 g 系统问起一个桥梁作用。 通用分组无线业务g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) ，也称2 5 g 系 统，给移动用户提供了一个连接数据网络的无线接分组接入。g p r s 最重要的应 用是和w o r l dw i d ew e b 浏览、e - m a i l 、t e l n e t 等应用连接。g p r s 的空中接口也 是基于目前的g s m 系统的原理。此外，新的无线链路控制r l c 层和媒体接入控 2 南京邮电大学硕j ：4 i ) f 究生学位论文第一章绪论 制m a c 层功能允许为分组接入提供灵活的重发能力。根据不同的信道编码技术， g p r s 在每个时隙提供了4 种不同的码速率：9 0 6 k b s 、1 3 4 k b s 、1 5 6 k b s 和 2 1 4 k b s 。根据信道和干扰的情况，链路自适应技术从这4 种可能的速率中选择 一种能够有最大数据吞吐量的速率。 增强型g s m 演进数据率e d g e ( e n h a n c e dd a t ar a t e sf o rg s me v o l u t i o n ) ， 也称2 7 5 g 系统，使g s m 系统向更高速率演变。e d g e 使用g s m 的载波带宽和时 隙结构，是一个可高效提供高速率业务的通用空中接口，可以推进现今的蜂窝系 统向第三代的进化。e d g e 支持的室外业务速率可达3 8 4 k b s 。 1 1 3b 3 g 系统概述 第三代移动通信系统的业务将会呈现出很大的上下行不对称性。对f d d 来 说，则非常需要有一种技术能比较有效地支持不对称业务。高速下行分组接入 ( h s d p a ) 技术便是一种对多用户提供高速下行数据业务的技术。此技术特别 适合于多媒体、i n t e r n e t 等大量下载信息的业务，并有研究表明，采用若干新技 术可使空中下行速率达到8 m b s 以上。在传输较高速率的业务数据时，通过在特 定时隙中使用频谱利用率较高的调制方式，如8 p s k 、1 6 q a m 甚至6 4 q a m 来进 行传输。目前h s d p a 是一个研究热点，大量的技术提案基本上集中在自适应调 制和编码( a m c ) 和多输入多输出( m i m o ) 上。 c d m a 2 0 0 0l xe v 技术是c d m a 2 0 0 0l x 技术向提高分组数据传输能力方向的 演进，l xe v - d o 采用独立于c d m a 2 0 0 0l x 的载波向移动终端提供高速无线数据 业务，不支持话音业务。l xe v - d v 是c d m a 2 0 0 0l xe v 系统演进的第二个阶段， 能够在一个载波上同时支持语言和数据业务，但目前其发展处于停滞阶段。 1 2 论文的主要安排 本文共分六章，主要对三种速率增强型演进系统( e d g e 、l xe v - d o 、 h s d p a ) 的性能进行分析和比较。第一章简要介绍了移动通信的发展历程；第 二章介绍了这三种速率增强型演进系统的技术特点，并稍加分析；第三章是对三 种过渡系统的小区覆盖半径的计算，重点讨论无线链路预算；第四章是对系统进 行定量分析，指出所存在的问题；第五章针对速率增强型系统的特点提出一种改 南京邮电大学硕【1 口f 究生学位论文 第一章绪论 进方案，这种方案是基于c d m a 和t d m a 相结合的方式。第六章是对本文的总 结，并指出本文的主要论点和需要进一步的研究的方向以及需要验证的地方。 1 3 主要工作和成果 本文从覆盖半径的角度讨论了e d g e 、l xe v - d o 和h s d p a 的基本性能， 对这三个标准所提出的高数据速率的目标进行了定量的分析，指出理论速率和实 际所能达到的速率之间的差异。最后提出了一种基于c d m a 和t d m a 相结合的 移动通信改进方案，证明这种方案在c d m a 2 0 0 0 和w c d m a 系统中的可行性。 4 南京邮电大学硕j j 研究生学位论文第二章三种速率增强型演进系统的比较 第二章三种速率增强型演进系统的比较 2 1 引言 随着不断推陈出新的移动新业务对宽带需求的持续增长，频谱利用率高的高 速无线数据技术愈来愈成为移动领域关注的焦点。现有的g s m 网络取得了巨大 的商业上的成功，对于这样一个成熟的2 g 系统来说，如何从现有的系统上升并 提供3 g 的数据业务是广大g s m 网络运营商面对的首要问题。一种方案是直接 升级到3 g 的w c d m a 网络，那么现有的2 g 网络的命运就像过去的模拟蜂窝网 络一样面临着全面的淘汰，现有的用户必须转入新的网络；另一种方案是通过现 有系统一步一步地演进到w c d m a 网络，那么就可以发挥现有g s m 网络的优 势，利用已有的覆盖和网络优势在现有的频段上提供3 g 的数据业务，实现g s m 网络的第二次飞跃，但需要对现有的g s m 网络进行追加投资。 w c d m a 向下演进的第一步就是提高下行速率，也就是演进到h s d p a ( h i g h s p e e dd o w n l i n kp a c k e t a c c e s s ) ，和w c d m a 相比，h s d p a 大大提高了系统的容 量，使得下行速率最大能达到1 4 m b s ，为用户提供更多更丰富的业务。在 w c d m ar 5 中，提出了一种新的传输信道h s d s c h ，利用这种信道来传输高速 数据。在w c d m a 中加入h s d p a 的效果类似于在g s m 中增加e d g e 。图2 1 给出了g s m w c d m a h s d p a 的系统演进图。 图2 1g s m 系统演进图 g s m 和w c d m a 的体系结构强调的是全系统统一的发展，而以i s 9 5 技术 南京邮电大学硕一i ：_ o f 究生学位论文 第二章三种速率增强型演进系统的比较 为代表的c d m a 移动通信系统是分模块的，各模块按照自己的技术发展道路向 前演进，c d m a 2 0 0 0 主要技术改进都集中在基站与移动台间的点对点无线链路上。 图2 2 给出了i s 9 5 和c d m a 2 0 0 0 系统发展演进和性能提高的过程。在后文中主 要介绍l xe v - d o 技术。 语音 0 96 k b i t s 语音 i1 52 k b i t s 高语音容量 15 3 k b i f f s 分组 后向兼容 24 m b i f f s 分组数据 独立载波 图2 2i s 9 5 和c d m a 2 0 0 0 系统发展演进和性能提高过程 以下对三种速率增强型演进系统的介绍主要针对的是下行链路的业务信道。 2 2e d g e 系统概述 r 9 9 规定e d g e ( 增强型g s m 演进数据率) 作为g p r s 的增强型演进技术， 在3 g 频谱资源匮乏的地区或经济发展相对较慢的地区，可以作为第二代移动网 络向第三代移动网络的过渡方案，与u m t s 共用核心网，将原有b s s ( 基站子 系统) 演变成g e r a n ( g s m e d g e 无线接入网) ，与u t r a n ( u m t s 陆地无 线接入网) 并存，提供类“3 g ”的高速数据业务，在未来可能的二、三代网络 设施并存的时期内为终端用户提供实用、连续的高速数据移动范围。因此，e d g e 也被称为“2 7 5 g ”技术。 e d g e 是建立在g p r s 之上的，它沿用了现有的g p r s 网络的频带和时隙， 与g p r s 系统相比，e d g e 增加了8 p s k 这种新的调制方式来提高系统的传输速 率。表2 1 给出了g p r s 系统和e d g e 系统的主要技术参数的比较。 表2 1g p r s 和e d g e 技术参数比较 g p r se d g e 调制方式g m s k g m s l 5 0 ，需要留出一定的余量即阴影衰落余量。通常假设阴影衰落服 从对数正念分布，根据阴影衰落方差和边缘覆盖概率，要求运营商确定可以 得到所需的阴影衰落余量，一般取3 d b 。 l 。：建筑物穿透损耗( 要求室内覆盖时使用) 。如果使用室外基站进行室内 覆盖需要考虑建筑物穿透损耗，建筑物穿透损耗与建筑物类型有关，例如密 集城区建筑物穿透损耗典型值1 5 d b ；郊区1 0 d b ；车内6 d b 。 m ：干扰余量，一般取2 d b 。 移动台接收功率只有大于接收机灵敏度，数字信号才能被正确检测，那么 e d g e 系统下行链路最大路径损耗m a p l 为： 似p l = p o t b s b a c k o f f l c b s l f b st 。 ( 式3 8 ) 七g n b s + g d u e mf l p s 其中，s 为接收机灵敏度。 3 2 南京邮电大学硕j ：i i j i 究生学位论文 第三章下行无线链路预算 2 覆盖半径 e d g e 系统的有效覆盖范围主要由两个指标决定，即信噪比( 或载干比一c i ) 和信号强度，信噪比直接决定了信号的传输质量( 误码率b e r 或误帧率b l e r b l o c ke r r o rr a t e ) 。e d g e 的覆盖范围就是基于这两个参数与传统g s m 相似 的前提下来进行分析。根据无线传播原理和上下行链路预算平衡我们知道，有效 的覆盖范围一般是由上行或下行链路信号强度较小的一方决定，在此前提下， 保证上下行链路的相对平衡。另外在e d g e 系统中，对于不同的信道编码方式 ( m c s l m c s 9 ) ，在系统信道环境下( c i ) 其误码率性能也是不一样的，当然也 可以将这种特性转换为相同误码率下对应的不同覆盖范围，也就是说，为保证一 定的误码率性能，某一种信道编码方式只适合一定范围内的信号有效传输。 在进行e d g e 的网络的链路预算时，以下几点与g s m 的链路预算不同： 手机发射功率 根据规范3 g p pt s0 5 0 5v 8 8 0 ，c l a s s2 的手机在不同业务及调制方式下的 发射功率如下： 表3 1 手机发射功率 g s m 9 0 0g s m l 8 0 0p c s l 9 0 0 v o i c e 3 3 d b m3 0 d b m3 0 d b m g p r s3 3 d b m3 0 d b m3 0 d b m e d g e ( 8 p s k ) 2 7 d b m2 6 d b m2 6 d b m 此外，手机的发射功率与e d g e 业务手机捆绑使用的时隙数有关。极端情 况下，手机在8 p s k 调制方式下捆绑6 个时隙能使发射功率下降到2 3 d b m 。 基站输出功率 8 p s k 的调制方式不同于g m s k 调制方式，采用的不是恒包络调制，8 p s k 的调制方式对功率放大器的线性提出了更高的要求。为了满足功率放大器的线性 要求，当高功率的e d g e 收发信机在发送8 p s k 的信号时，必须降低其平均发射 功率，大约比采用g m s k 调制方式下平均功率低2 5 d b 。 表3 2 基站输出功率 g s m 9 0 0d c s l 8 0 0 g m s k 4 7 0 d b m ( 5 0 w )4 7 0 d b m ( 5 0 w ) 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第三章下行无线链路预算 基站接收灵敏度 基站在g s m 9 0 0 频段e d g e 不同编码方式下的接收灵敏度见下表： 表3 3 基站接收机灵敏度( 单位：d b ) 典型城区( t u )郊区( r a ) v o i c e1 1 3 o1 0 9 5 g p r sc s l1 0 7 5- 1 0 7 o g p r sc s 21 0 5 o1 0 4 5 g p r sc s 31 0 1 01 0 0 0 g p r sc s 49 6 o e d g em c s l1 0 6 5- 1 0 6 o e d g em c s 21 0 4 51 0 4 0 e d g em c s 31 0 0 o9 9 o e d g em c s 49 6 0 e d g em c s 5 9 8 59 8 5 e d g em c s 69 6 o9 6 5 e d g em c s 79 1 59 1 o e d g em c s 88 6 0 e d g em c s 98 2 o 手机接收灵敏度 根据规划3 g p pt s0 5 0 5v 8 8 0 ，手机在g s m 9 0 0 的接收灵敏度如下： 表3 4 手机接收灵敏度( 单位：d b ) 典型城区( t u )郊区( r a ) e d g em c s l e d g em c s 2 e d g em c s 3 e d g em c s 4 e d g em c s 59 3 0 9 3 0 e d g em c s 69 1 o 8 8 0 3 4 南京邮电大学硕上研究生学位论文第三章下行无线链路预算 e d g em c s 78 4 0 e d g em c s 88 3 0 e d g em c s 97 8 5 根据式3 8 和表3 4 可以求出最大路径损耗值，再结合o k u m u r a h a t a 模型 ( 式3 2 ) 可以求出e d g e 覆盖半径。由于城区和郊区差别不大，表3 5 只列出 城区g s m 9 0 0 的预测半径取值。 表3 5e d g e 预测覆盖半径 室内 车内 m c s m a p l ( d b )预测半径( k m )m a p l ( d b )预测半径( k m ) e d g em c s 51 3 6 01 9 21 4 0 0 2 4 3 e d g em c s 6 1 3 4 01 6 41 3 8 02 1 4 e d g em c s 7 1 2 7 01 0 41 3 1 01 3 5 e d g em c s 8 1 2 6 00 9 71 3 0 01 2 7 e d g em c s 91 2 1 50 7 31 2 1 5 0 7 3 3 4 3b 3 g 系统覆盖半径 与e d g e 稍有不同，b 3 g 系统的最大路径损耗计算公式如下： 心肚p o u 1 ，一b s - l c ，_ b s _ 0 一b s + g 口一船 ( 式3 - 9 ) + g o u e + g s h o mf l p s j、 其中， g s h o ：移动台位于小区边界应考虑软切换带来的增益。由于独立传播路径 的存在，使得满足一定覆盖概率要求的阴影衰落余量减小这一增益在链路预 算中称为软切换增益。 实质为宏分集增益。一般取值为4 d b 。 m ，：在3 g 系统中取1 0 3 、5 4 和0 d b 分别满足覆盖率9 0 、7 5 和5 0 。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第三章下行无线链路预算 s ：接收机灵敏度，指接收机输入端为保证信号能成功地检测和解调所需的 业务信道的最小的输入功率。它必须满足一定收信误比特率要求的门限信噪 比值： 等= 。 n t n 1 ) 。， ( 式3 1 0 ) 令( e “) 。= d ，d 与业务速率、误码率以及传播环境有关，它的值取决于 射频系统设计和纠错编码等因素，同时考虑采用各种链路自适应技术的改善性 能。那么接收机灵敏度s 可由下式求得： s = d f n t h r ( 式3 - 11 ) 其中，r 6 为基站实际发信速率，f 为接收机噪声系数，一般取值8 0 d b ，心 为热噪声功率谱密度，一般取值1 7 4 d b m h z 。 考虑不同调制方式所要求的毛，值【1 4 ： c 删旷2 q 俑陋1 旧卜捌2 ( 脚) 8 ，雠翘(咖m ) = 1 - e r r ( 悟如司 c 脚，t 6 c ，a m = 1 - - 陋慵 2 = 1 讣3 p 文 其中，q ( a ) = 三p ，弦( 击) ，p r y e ( p ) = 1 一p 矿( ) ，b e r 为比特错误概率，数 据业务对差错的敏感度比话音业务高，一般地，对数据传输我们取b e r = 1 0 _ 6 ， 所得结果见表3 6 。 表3 6 在b e r = 1 0 - 6 条件下各种调制方式所要求的e u , 调制方法q p s k 8 p s k 1 6 q a m e b ne ( d b 、) 9 51 3 515 3 6 南京邮电大学硕 ：研究生学位论文 第三章下行无线链路预算 值得注意的一点是，表3 6 的值是在a w g n 信道环境下所取得的，一般无 线信道环境为r a y l e i g h 多径衰落信道，在相同的误比特率条件下，要比a w g n 信道高出3 - - 5 d b ，本章中取保守值3 d b ，则修正后的结果见表3 7 。 表3 7r a y l e i g h 衰落信道下各种调制方式所要求的尾m 调制方法q p s k 8 p s k1 6 q a m e b n t ( d 8 、) 1 2 51 6 518 3 g 增强技术均采用了纠错能力很强的t u r b o 用于信道编码，获得很高的编 码增益；同时为实现高速数据传输，使用了各种重传技术和调度算法，降低了接 收机的解调时对ei n , 的要求，编码率为1 3 和1 5 的编码增益分别是4 d b 和5 d b 【1 5 】。 接收机除了要各服热噪声、接收机的内部噪声外，还必须克服来自其它用的 干扰。这些干扰来源于两个地方：小区间的干扰，邻近小区使用相同的载波频率， 服务小区无法控制来自其它小区的干扰，从而减少了一个小区的实际容量，用 因子描述邻近小区对本小区实际干扰程度，取值跟用户的地理位置有关，取o 0 4 、 0 5 5 和1 7 7 8 分别代表用户在基站附近、小区内和小区边缘；本小区干扰，c d m a 系统下行链路采用正交地址码，因此在理想的情况下，来自本小区的干扰为零。 但是由于多径传播的存在，破坏了w a l s h ( o v s f ) 的正交性，来自本小区的干 扰并不为零，这种情况下必须引入非正交因子孝( f = 0 表示完全正交) ，在多 径信道中f 典型值在o 2 和o 6 之间，链路预算时在城市环境中通常非正交因子 约为0 4 ，在乡村环境为0 2 ；如果系统为t d m a ，则f = 0 。 2 1 xe v d o 系统覆盖半径 由图3 1 2 的l xe v d o 前向链路时隙结构可以看出每个时隙中前缀、导频、 m a c 占用一定的码片( c h i p ) 数，具体数据见表2 6 最后一栏。因此会占用一定的 发射功率，可以将其折合成发信速率，以3 8 4 k b i t s 为例，折合后的速率为： 3 8 4 ! 旦丝! 旦z 三兰q 2 鱼 ：9 6k b 。 南京邮电大学硕- t 研究生学位论文第三章下行无线链路预算 分母为1 6 个时隙内突发所含的码片数，因此，r b = 3 8 4 + 9 6 = 4 8 k b i t s ，即为基站 实际发信速率。依此类推，可得出不同数据速率的r ，结合式3 - 9 和式3 1 1 ， 我们就可以计算出不同的数据速率所允许的最大路径损耗m a p l 。不考虑重传机 制，计算结果见表3 8 。m a p l 公式中其余参数为：基站最大发信功率4 3 d b m ； 穿透损耗室内1 5 d b ，车内6 d b ；阴影衰落5 4 d b 。 表3 8 不同兄所对应的m a p l 值 数据编码 墨f 扭) m a p l ( d b ) 速率 心 编码率 增益 n l 、 。 s ( d b ) r ( k b i t s )( k b i t s )( r i b ) 室内车内 ( e c c 后) 3 8 44 81 557 51 1 1 71 5 2 3 1 6 1 3 7 6 89 61 557 51 0 8 71 4 9 3 15 8 3 1 5 3 619 21 557 5- 1 0 5 71 4 6 3 15 7 3 3 0 7 2 3 8 41 5 5 7 5 - 1 0 2 71 4 3 3 15 2 3 3 0 7 23 7 9 21 3 4 8 51 0 1 71 4 2 3 1 5 1 3 6 1 4 47 6 81 3 4 8 59 8 613 9 2 14 8 2 6 1 4 47 5 8 41 3 4 8 59 8 71 3 9 3 1 4 8 3 9 2 1 61 1 3 7 61 341 2 59 2 91 3 3 5 1 4 2 5 1 2 2 8 815 3 61 348 59 5 613 6 2 l4 5 2 1 2 2 8 81 5 1 6 81 3 4 1 49 0 213 0 8 13 9 8 1 8 4 3 22 3 0 4l 341 2 5 8 9 9 13 0 5 13 9 5 2 4 5 7 63 0 7 21 341 48 7l2 7 7 13 6 7 利用所求得的m a p l 和移动通信电波传播模型可以求出下行链路不同速率 信号的最大发送距离，即小区覆盖半径。在9 0 0 m h z 频段，使用o k u m u r ah a t a 模型( 式3 2 ) ，在2 g h z 频段使用c o s t 2 3 1h a t a 模型( 式3 5 ) ，计算结果见 表3 9 。 表3 9i xe v d o 预测覆盖半径 信息比特速率室内环境( k m )车载环境( k m ) ( k b i t s ) 9 0 0 m h z2 g h z9 0 0 m h z2 g h z 7 6 84 51 79 83 1 1 5 3 63 71 47 5 3 0 6 1 4 42 30 94 21 6 9 2 1 61 60 62 81 1 3 8 南京邮电大学硕上研究生学位论文 第三章下行无线链路预算 1 2 2 8 8 1 30 52 40 9 2 4 5 7 6 1 oo 42 oo 7 可以看出，无论在室内或在室外，基站在2 g h z 频段发信比在9 0 0 m h z 频段 发信的覆盖范围要小得多。般地，当车速约为3 0 k m h 时，小区覆盖半径应达 到1 5 0 0 2 0 0 0 m 左右，由表3 9 可以看出，在2 g h z 频段城区范围内，高速率的 覆盖范围只有7 0 0 1 0 0 0 米左右，只适合于静止和步行环境移动通信系统，只有 在中低速的情况下，才适合车载环境下的用户。而在9 0 0 m h z 频段内，高速率也 适合在车载环境下使用。 3 h s d p a 系统覆盖半径 在h s d p a 系统中基站根据h s d p c c h 所反馈的信道质量指示( c q i ) 信息 进行自适应调整编码( a m c ) ，由h s d s c h 来承载下行用户数据。计算结果见 下表。 表3 1 0 用户终端设备部分c q i 表的编码参数 2 8 】和对应的m a p l 值 c q i 值 61 4182 32 52 7 传输块大小 4 6 1 2 5 8 34 6 6 49 7 1 91 4 4 1 12 1 7 5 4 b i t 2 m s h s p d s c h 数 14571 01 5 调制方式q p s kq p s k1 6 q a m 1 6 q a m 1 6 q a m 1 6 q a m 信息比特速率 2 3 0 5 1 2 9 1 52 3 3 24 8 5 9 57 2 0 5 51 0 8 7 7 ( k b i t s ) 有效码率 0 4 80 6 7 30 4 8 60 7 2 30 7 5 l0 7 5 5 每( 龇e c c 后) 8 51 0 51 51 61 61 6 接收机灵敏度s1 0 3 99 4 48 7 3 8 3 18 1 4 7 9 6 m a p l ( d b ) 室内 1 4 4 5 1 3 5 1 2 81 2 3 71 2 21 2 0 2 将所求得的m a p l ，结合2 g h z 频段的c o s t 2 3 lh a m 模型( 式3 5 ) ，可 以得出h s d p a 系统在2 g h z 频段下的覆盖半径。 3 9 南京邮电大学硕上研究生学位论文第三章下行无线链路预算 表3 11h s d p a 系统预测下行覆盖半径 c q i 值 61 41 82 32 52 7 信息比特速率 2 3 0 51 2 9 1 52 3 3 24 8 5 9 57 2 0 5 51 0 8 7 7 ( k b i t s ) 2 g h z 频段覆盖半 1 30 6 80 4 30 3 30 30 2 6 径( i ( 1 1 1 ) 南京邮电大学硕t 研究生学位论文 第四章速率增强型演进系统性能分析 第四章速率增强型演进系统性能分析 回顾2 g 到3 g 系统的演进路程：g s m ( 全球移动通信系统) 主要用于语音 业务，给用户分配的语音数据速率为1 3 8 k b p s ，发展到2 5 代的g p r s 时可以给 用户提供的最高标称速率达1 7 1 2 k b p s ，但实际可供用户使用的上、下行速率分 别为1 0 - - 2 0 k b p s 和3 0 - 一4 0 k b p s ， e d g e 标准给出的用户标称最高速率达 4 7 3 6 k b p s ，实际可达到的下行速率据估计为5 0 - 6 0 k b p s ，可基本满足移动因特 网的需求，可达到的上行速率估计和g p r s 类似，它主要受到手机发功率的限制， 而且从因特网的应用特点考虑，也没有必要提供过高的上行速率。纵观g s m 的 发展过程，可以发现它们实际所能提供的发信速率都远远小于标准速率。h s d p a 号称能提供高达1 4 m b i f f s 的下行峰值速率，其可实现性值得怀疑。 3 g 标准的基本目标是3 g 系统能在车载、步行和静止三种不同环境下为多 个用户分别提供最高速率为1 4 4 k b p s 、3 8 4 k b p s 和2 0 4 8 k b p s 无线接入数据速率。 对应于不同的数据速率要求基站的覆盖半径应分别约为1 2 k i n 、3 0 0 m 和1 0 m 。显 然满足后两者应用要求的系统建设成本过高，应用价值很低。 本章将对e d g e 、l xe v - d o 和h s d p a 这三个系统的性能进行定量分析。 4 1e d g e 实际下行速率 在e d g e 中，峰值传输速率4 7 3 6 k b s 是在8 个时隙绑定，并且假设每个 时隙都能够以最大传输速率5 9 2 k b s 的情况下得到的。而根据参考文献【2 0 1 所 提供的数据，参见图4 1 ，在t u 0 3 典型城区信道状况下，若要达到相应的调制 编码组合方式所需要的载干比( c i ) 。可以看出，对于m c s 9 所提供的5 9 2 k b s 的速率，要求信道的c i 值为2 5 d b 左右，这在真实情况中出现的概率是很小的。 因此，在实际情况中以每时隙较高速率传输的概率是很小的。此外，目前的终端 最多只能实现3 个或者4 个时隙绑定，在基站侧，如果为大量用户提供8 时隙绑 定传输，将会大大降低话音用户的容量，因此8