1、CDMA 系統設計根底系統設計根底 2000年11月3G培訓資料之十PowerTimeFrequencyTimePowerFrequency GSM - FDMA/TDMA 混合方案 窄帶載頻復用 WCDMA 運用CDMA直接擴頻技術 碼分多址 - 多個用戶同時運用一個載頻 單頻復用WCDMA 根本原理64 Kbps3.84MHz3.84 MHz64 Kbps發送發送接納接納擴頻合成信號 解擴其他用戶噪聲WCDMA的多址原理的多址原理處置增益處置增益 = 擴頻碼率 / 輸入數據碼率WCDMA - 語音效力處置增益 = 3.84 Mcps / 12.2 kbps= 25 (dB)假設接納機的 E

2、b/No 要求 = 5 dB 信號可以比所接納到的噪聲小 20 dB (100 倍) 同一蜂窩的用戶運用同一頻率 相鄰蜂窩的用戶也運用同一頻率 N=1 頻率復用 4 site, 12 frequency reuse111111111111111111111111111111111111111111111N=1 frequency reuse654321879121011654321879121011654321879121011654321879121011空中接口和信道帶寬WCDMA寬帶寬帶 5 MHz 載頻包括維護帶載頻包括維護帶利用偽隨機碼來識別不同的扇區和用戶利用偽隨機碼來識別不同的扇

3、區和用戶容易獲得最大的頻譜運用率容易獲得最大的頻譜運用率 (n=1 復用復用)話音質量直接影響網絡容量話音質量直接影響網絡容量GSM窄帶窄帶 200 KHz 載頻載頻空中接口基于空中接口基于 TDMA (8 個全碼率呼叫個全碼率呼叫 / 200KHz 信道信道)固定的通話數量固定的通話數量 / 段頻譜段頻譜高容量高質量單一化的系統規劃CDMA 技術的優勢高容量頻譜效率 - GSM 需求至少12個GSM載頻 12*200KHz = 2.4 MHz 在一對5 MHz (5 + 5) 頻譜中, 采用13K話音編碼 Carrier/sector = 2 Tch/sector = 15 Erlang/s

4、ector = 9 Erlang/site = 27 Erlang/MHz/site = 5.44 site, 12 frequency reuse654321879121011654321879121011654321879121011654321879121011頻譜效率 - IS95 CDMA 需求至少1個CDMA載頻 1.23 + 0.54 MHz 維護帶 = 1.77 MHz 在一對5 MHz (5 + 5) 頻譜中, 采用8K EVRC 話音編碼 Carrier/sector = 3 Erlang/carrier/sector = 15.5 Erlang/site = 15.5*3

5、*3 = .5 Erlang/MHz/site = 27.9111111111111111111111111111111111111111111111N=1 frequency reuse頻譜效率 - WCDMA 需求至少1個WCDMA載頻 5 MHz, 包括維護帶 在一對5 MHz (5 + 5) 頻譜中, 采用12.2K AMR話音編碼 Carrier/sector = 1 Erlang/sector = 56 注 Erlang/site = 56*3 = 168 Erlang/MHz/site = 33.6 注: 初步估計111111111111111111111111111111111

6、111111111111N=1 frequency reuseIS95 CDMA800 MHz載頻間隔 (MHz) 聲碼率 (Kbps)復用方式容量容量Erlang/MHz/SiteGSM900MHzWCDMA2 GHz0.21.235812.241/31/35.427.933.6CDMA 技術使得頻率資源得到最充分的利用技術使得頻率資源得到最充分的利用 頻譜效率13高質量先進的誤碼檢測和糾錯技術先進的聲碼器軟切換和更軟切換 - 不易掉線多種分集: 頻率分集 - 寬帶信號途徑分集 - 多路Rake接納機 & 軟切換空間分集 - 兩個接納天線時間分集 - 交錯 & 編碼準確的功率

7、控制減少干擾CDMA 技術的優勢 - 高質量Outgoing Waveform-80 dB-90 db-110 db-120 db3.84 Mhz3.84 Mhz 400 Khz 范圍內的 12 db 衰落只影響了 1/10 of CDMA 帶寬.因此， 對 WCDMA 的總衰落是 0.5 db整個 GSM 200 KHz 信道都遭到了同樣的衰落影響，因此對用戶的總衰落也是12 db. WCDMA 對頻率選擇性衰落能提供更好的維護對頻率選擇性衰落能提供更好的維護Received Waveform-80 db-90 db-110 db-120 db200 KhzOutgoing Waveform

8、-80 db-90 db-110 db-120 db200 KhzReceived Waveform-80 db-90 db-110 db-120 db12 dB Fade0.5 dB Loss12 dB Fade12 dB Loss!WCDMAGSM頻率分集對話音質量的改善ReceiverReceiverReceiverMobile Rake ReceiverAnalogTDMACalls FadingD/AAudio FadingD/AMobileReceiverCDMA Calls經過多個接納機綜合從不同的基站和不同的反射途徑來的信號可以減輕衰落的影響衰落很能夠導致信息的喪失 = 降低話

9、音質量途徑分集對話音質量的改善多徑效應WCDMA不會添加干擾不會添加干擾經過經過Rake接納機混合從多個途徑來的同一信號可以得接納機混合從多個途徑來的同一信號可以得到一個更好的接納信號到一個更好的接納信號GSM導致干擾添加導致干擾添加利用接納天線分集減輕其影響利用接納天線分集減輕其影響Narrow Band基站競爭基站競爭硬切換硬切換挪動臺位置挪動臺位置CellACellBSoftHandoff信號強度信號強度ABCDMA基站協作基站協作軟切換軟切換先釋放后建立先釋放后建立先堅持后釋放先堅持后釋放兩個或多個基站之間的軟切換切換WCDMA硬切換、軟切換、更軟切換硬切換、軟切換、更軟切換根據挪動臺

10、測得的信號強度和根據挪動臺測得的信號強度和/或系統定義的參數確定能否切或系統定義的參數確定能否切換換 軟切換或更軟切換時挪動臺與軟切換或更軟切換時挪動臺與2-3個基站堅持銜接，因此減少個基站堅持銜接，因此減少了掉話的能夠了掉話的能夠GSM只需硬切換只需硬切換根據挪動臺測得的信號強度和根據挪動臺測得的信號強度和/或系統定義的參數確定能否切或系統定義的參數確定能否切換換 快速切換能盡能夠少地占用珍貴的系統資源快速切換能盡能夠少地占用珍貴的系統資源多徑接納Switch幀質量指示器QualityFrames幀質量指示器QualityFramesQualityFrames改善話音質量Transcoder

11、 從多至3個軟切換扇區中選擇最好的幀 CDMA 軟切換能改善接納到的幀質量軟切換能改善接納到的幀質量43214321 本例中只顯示了7幀 1234 56711223344556677Transcoder 選擇的幀軟切換對話音質量的改善分集方法WCDMA兩個接納天線空間分集兩個接納天線空間分集經過經過Rake接納機的途徑分集接納機的途徑分集經過擴頻而來的頻率分集經過擴頻而來的頻率分集經過交錯編碼的時間分集經過交錯編碼的時間分集GSM兩個接納天線空間分集兩個接納天線空間分集經過經過TDMA信道分割得到的時間分集信道分割得到的時間分集經過跳頻實現的頻率分集經過跳頻實現的頻率分集要求基站接納到各挪動臺

12、的功率都是均等的防止 遠近 效應前向和反向功率控制 基站向挪動臺廣播參考功率挪動臺比較接納功率與參考功率，調整本人的發射功率(開環)基站丈量接納到的挪動臺功率然后命令挪動臺小幅度地改動發射功率(閉環)功率控制功率控制能提高容量 & 質量WCDMA CDMA 固有地需求嚴厲的功率控制來保證接納到的一切固有地需求嚴厲的功率控制來保證接納到的一切的信號強度一樣的信號強度一樣CDMA 功率控制功率控制 = 干擾干擾 = 容量容量功率調理高達功率調理高達 1500 次次/秒秒功率控制確保最小的干擾功率控制確保最小的干擾GSMGSM 功率控制功率控制 = 噪聲噪聲 = 頻率復用間隔頻率復用間隔 =

13、 容量容量功率調理高達功率調理高達 17 次次/秒秒功率控制確保足夠的接納電平功率控制確保足夠的接納電平干擾管理 : VAD & DTXWCDMA多種碼率的聲碼器能降低發送的碼率，減少干擾多種碼率的聲碼器能降低發送的碼率，減少干擾GSM話音激活檢測能降低發送的碼率話音激活檢測能降低發送的碼率不延續的不延續的Tx使比特率從使比特率從13kbps下降到下降到500 bps，因此降低，因此降低干擾干擾不延續的不延續的Rx節省功率節省功率(延伸電池壽命延伸電池壽命)單一化的系統規劃4 site, 12 frequency reuse1111111111111111111111111111111

14、11111111111111N=1 frequency reuse654321879121011654321879121011654321879121011654321879121011系統規劃和實施站點選擇鄰區切換表PN 規劃參數設定CDMA 的覆蓋與 系統負荷相互關聯合理設計系統以支持最大限制的系統負荷合理設計系統以支持最大限制的系統負荷輕載網絡過載網絡CDMA 覆蓋/容量 與 數碼率相互關聯首先確定所需求的數據傳輸速率首先確定所需求的數據傳輸速率接納靈敏度Sensitivity = kTB + NF + Eb/Nt PG- kT 為熱噪聲電平 dBm/Hz- B 為WCDMA載頻帶寬 d

15、B-Hz- NF 為噪聲系數 dB- Eb/Nt 為到達要求的FER所需求的比特信噪比 dB- PG 為處置增益 dB為到達更高的數據傳輸速率需求更高的功率。由于基站為到達更高的數據傳輸速率需求更高的功率。由于基站LPA的限制，高速數據傳輸只需在接近基站的時候才干得到的限制，高速數據傳輸只需在接近基站的時候才干得到12.2 kbps64 kbps384 kbps144 kbpsRange decreases覆蓋/容量 vs 數據率Max n users supported increasesCDMA 覆蓋/容量 與 干擾相互關聯盡能夠地減少干擾盡能夠地減少干擾反向鏈路容量等式N = W/R *

16、 1/(Eb/No) * 1/D * F * GN 為 每扇區呼叫個數W 為 擴頻帶寬R 為 輸入數據率Eb/No 為 功率譜密度比特信噪比D 為話音激活因子F 為 頻率復用效率 (周邊基站的干擾)G 為扇區增益前向鏈路 導頻污染 導頻污染是CDMA系統不希望的結果 接納到過多的導頻信號。 良好的CDMA覆蓋 = 良好的信號強度 + 良好的 Ec/Ior 導頻污染 = 良好的信號強度 + 差的 Ec/Ior 不好的覆蓋導頻污染是由以下緣由導致的： 不佳的系統設計 不合要求的基站位置 復雜的地理環境 在只需1-2個基站的現場測試中很難顯示導頻污染的影響前向鏈路導頻污染Ec/Io Plot (RE

17、D = poor) 覆蓋空洞導頻污染模擬器能協助預知導頻污染地域。最正確的處理方案：良好的系統設計 好的站址選擇 適當的天線下傾角 適當的基站發射功率站址選擇 是 最重要的.將干擾減至最小 添加系統容量添加覆蓋范圍提高話音質量 保證足夠的信號強度保證足夠的信號強度- 在在CDMA系統中信號強度和系統中信號強度和 Ec/Io 是確定良好覆蓋的根本要素。是確定良好覆蓋的根本要素。- 在不同的地域信號強度的要求是不同的。普通地，在不同的地域信號強度的要求是不同的。普通地，-80dBm 的信號可以的信號可以提供很好的室外覆蓋，但是在密集城區很能夠不夠。提供很好的室外覆蓋，但是在密集城區很能夠不夠。 -

18、 密集城區還有室內穿透要求。室內穿透損耗與建筑物的構造和資料有很密集城區還有室內穿透要求。室內穿透損耗與建筑物的構造和資料有很大的關系，在地面樓層能夠有大的關系，在地面樓層能夠有10到到35 dB的變化。的變化。站址選擇準那么戶外站址選擇準那么戶外 最正確的信噪比最正確的信噪比- 盡量減少來自其它基站的干擾盡量減少來自其它基站的干擾 = 對對 Analog & GSM 最大數量的頻率復用。最大數量的頻率復用。 = 添加系統容量。添加系統容量。= 對對 CDMA 最正確的最正確的 Ec/Io。 = 最正確覆蓋和系統容量。最正確覆蓋和系統容量。- 在平坦的地形條件下，按照蜂窩小區方式放置的

19、基站可以使每一個扇區在平坦的地形條件下，按照蜂窩小區方式放置的基站可以使每一個扇區都獲得良好的信噪比，因此依然是首選的方法。都獲得良好的信噪比，因此依然是首選的方法。站址選擇準那么戶外站址選擇準那么戶外 為平滑切換保證延續的覆蓋為平滑切換保證延續的覆蓋 消除大區式的基站消除大區式的基站- 大區式的基站通常天線位置過高，大區式的基站通常天線位置過高， 即使添加天線下傾角，也即使添加天線下傾角，也 難以控制難以控制其覆蓋范圍。其覆蓋范圍。-大區式的基站會對其它基站產生額外的干擾，導致系統容量和話音質量大區式的基站會對其它基站產生額外的干擾，導致系統容量和話音質量的降低。的降低。 從最密集的城區開場

20、系統規劃從最密集的城區開場系統規劃- 城區在電磁波傳播、站址選擇、基站間距等條件方面通常會有更多的限城區在電磁波傳播、站址選擇、基站間距等條件方面通常會有更多的限制要素。制要素。 實地勘查以便研討實踐的傳播特性和周邊環境實地勘查以便研討實踐的傳播特性和周邊環境站址選擇準那么戶外站址選擇準那么戶外 室內覆蓋室內覆蓋- 在一些關鍵地方放置微蜂窩在一些關鍵地方放置微蜂窩 (例如例如 大型購大型購物中心物中心) 必要時安裝無線或光纖中繼器必要時安裝無線或光纖中繼器 - 利用室內天線、走漏電纜或利用室內天線、走漏電纜或 組合運用組合運用覆蓋思索室內覆蓋思索室內大廈大廈 問題：通常會有多個基站對高層大廈提

21、供直接的視問題：通常會有多個基站對高層大廈提供直接的視距傳播覆蓋，這種情況下容易產生較大的干擾，導距傳播覆蓋，這種情況下容易產生較大的干擾，導致話音質量變壞，掉話添加。致話音質量變壞，掉話添加。- - 處理方法：走漏電纜或分布式的小天線可以在建處理方法：走漏電纜或分布式的小天線可以在建筑物內提供一致的、有主導的筑物內提供一致的、有主導的RFRF信號。覆蓋信號應信號。覆蓋信號應該足夠強以便消除不用要的與遠方基站的切換。該足夠強以便消除不用要的與遠方基站的切換。覆蓋思索室內覆蓋思索室內大廈大廈 續續. .地下停車場地下停車場大型購物中心大型購物中心預期覆蓋范圍預期覆蓋范圍覆蓋思索室內覆蓋思索室內大廈大廈 續續. .商店商店& 餐館餐館(10 floors)36/F37/F走漏電走漏電纜纜38/FSector 1地下停車場地下停車場(7 floors)Sector 2Sector 3覆蓋思索室內覆蓋思索室內總結系統設計要素話務量話務量全向全向 vs. 扇區扇區數據率數據率分布分布速度速度覆蓋覆蓋全向全向 vs. 扇區扇區數據率數據率可靠性可靠性戶外戶外 vs 室內室內vs 車內車內實施的復雜性實施的復雜性全向全向 vs. 扇區扇區數據率數據率新建新建 vs. 已有已有覆蓋覆蓋 vs. 替代替代