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CDMA系统设计基础 2000年11月 3G培训资料之十 WCDMA基本原理 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 发送 接收 扩频 合成信号 解扩 其他用户噪声 WCDMA的多址原理 处理增益 处理增益 扩频码率 输入数据码率WCDMA 语音服务处理增益 3 84Mcps 12 2kbps 25 dB 如果接收机的Eb No要求 5dB 信号可以比所接收到的噪声小20dB 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 CDMA不需要频率规划 4site 12frequencyreuse N 1frequencyreuse GSM CDMA 空中接口和信道带宽 WCDMA宽带5MHz载频包括保护带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 话音质量直接影响网络容量 GSM窄带200KHz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12 200KHz 2 4MHz在一对5MHz 5 5 频谱中 采用13K话音编码Carrier sector 2Tch sector 15Erlang sector 9Erlang site 27Erlang MHz site 5 4 4site 12frequencyreuse GSM 频谱效率 IS95CDMA 需要至少1个CDMA载频1 23 0 54MHz保护带 1 77MHz在一对5MHz 5 5 频谱中 采用8KEVRC话音编码Carrier sector 3Erlang carrier sector 15 5Erlang site 15 5 3 3 139 5Erlang MHz site 27 9 N 1frequencyreuse IS95CDMA 频谱效率 WCDMA 需要至少1个WCDMA载频5MHz 包括保护带在一对5MHz 5 5 频谱中 采用12 2KAMR话音编码Carrier sector 1Erlang sector 56注Erlang site 56 3 168Erlang MHz site 33 6注 初步估计 N 1frequencyreuse WCDMA IS95CDMA800MHz 载频间隔 MHz 声码率 Kbps 复用模式 容量 Erlang MHz Site GSM900MHz WCDMA2GHz 0 2 1 23 5 8 12 2 4 1 3 1 3 5 4 27 9 33 6 CDMA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 频率分集 宽带信号路径分集 多路Rake接收机 软切换空间分集 两个接收天线时间分集 交织 编码精确的功率控制减少干扰 CDMA技术的优势 高质量 OutgoingWaveform 3 84Mhz 3 84Mhz 400Khz范围内的12db衰落只影响了1 10ofCDMA带宽 因此 对WCDMA的总衰落是0 5db 整个GSM200KHz信道都受到了同样的衰落影响 因此对用户的总衰落也是12db WCDMA对频率选择性衰落能提供更好的保护 200Khz OutgoingWaveform 80db 90db 110db 120db 200Khz ReceivedWaveform 12dBFade 0 5dBLoss 12dBFade 12dBLoss WCDMA GSM 频率分集对话音质量的改善 Receiver Receiver Receiver MobileRakeReceiver AnalogTDMACalls Fading D A Audio Fading D A Mobile Receiver CDMACalls 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 NarrowBand 基站竞争 移动台位置 CellA CellB SoftHandoff 信号强度 A B CDMA 基站协作 先释放后建立 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 Quality Frames 帧质量指示器 Quality Frames Quality Frames 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 4 3 2 1 4 3 2 1 本例中只显示了7帧 1 2 3 4 5 6 7 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 Transcoder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基站向移动台广播参考功率移动台比较接收功率与参考功率 调整自己的发射功率 开环 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 WCDMACDMA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 DTX WCDMA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500bps 因而降低干扰不连续的Rx节省功率 延长电池寿命 单一化的系统规划 CDMA不需要频率规划 4site 12frequencyreuse N 1frequencyreuse GSM CDMA 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 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 轻载网络 过载网络 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 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 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 12 2kbps 64kbps 384kbps 144kbps Rangedecreases 覆盖 容量vs数据率 Maxn userssupportedincreases CDMA覆盖 容量与干扰相互关联 尽可能地减少干扰 反向链路容量等式 N W R 1 Eb No 1 D F GN为每扇区呼叫个数W为扩频带宽R为输入数据率Eb No为功率谱密度比特信噪比D为话音激活因子F为频率复用效率 周边基站的干扰 G为扇区增益 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不好的覆盖导频污染是由以下原因导致的 不佳的系统设计不合要求的基站位置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 IoPlot RED poor 覆盖空洞 导频污染 模拟器能帮助预知导频污染地区 最佳的解决方案 良好的系统设计好的站址选择适当的天线下倾角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 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35dB的变化 站址选择准则 户外 最佳的信噪比 尽量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 为平滑切换保证连续的覆盖消除大区式的基站 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 城区在电磁波传播 站址选择 基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 站址选择准则 户外 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 大厦问题 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 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 大厦续 地下停车场 大型购物中心 预期覆盖范围 覆盖考虑 室内 大厦续 商店 餐馆 10floors 36 F 37 F 泄漏电缆 38 F Sector1 地下停车场 7floors Sector2 Sector3 覆盖考虑 室内 总结 系统设计因素 话务量全向vs 扇区数据率分布速度 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 网络基础特色互通性界面RNC GSNRoutersMSC SwitchHLR ServiceCreation 实施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 质量数据率可靠性FER GOS 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 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 Detail