55中国通信网3G系列讲座-WCDMA无线网络优化与规划

中国通信网3G系列讲座WCDMA无线网络规划与优化©2006CNTTR.AllRightsReserved.议程WCDMA基本原理无线网络规划©2006CNTTR.AllRightsReserved.WCDMA基本原理CDMA基本理论WCDMA特点©2006CNTTR.AllRightsReserved.类比:国际性集会-同一房间（频率）的多个交谈-使用不同的语言（码分）－－背景噪声-每一对话的音量要控制到最小(功率控制）－－自干扰CDMA概念©2006CNTTR.AllRightsReserved.CDMA宽带扩频技术有效地利用无线信道的频率选择性衰落扩频码扩频码信号合并CDMA扩频技术窄带信号fP(f)宽带信号P(f)f噪声P(f)f噪声+宽带信号P(f)f信号与噪声分离P(f)f©2006CNTTR.AllRightsReserved.直接扩频调制技术扩频波形由扰码序列和OVSF叠加产生扩频通信适合于无线通信环境有抗干扰能力，每个用户唯一的扰码序列或者唯一的OVSF码，抗多址干扰所有用户、基站都使用相同的频率，可以简化频率规划工作良好的抗多径干扰特性：RAKE接收机利用多径分量同时由于宽带信号的频率选择性衰落，反映在时域上，多径干扰导致传输延迟的PN信号和原PN序列的互相关性减弱，导致延迟信号对接收机的影响减弱©2006CNTTR.AllRightsReserved.直接扩频CDMA的多址方法利用OVSF码和扰码来减少多址干扰下行是不同的用户采用不同的正交扩频码字（OVSF或Walsh码字），互相关为零，但多径时延拓展会影响互相关性，破坏正交性下行同时用不同的复扰码来区分小区上行是不同的用户采用自相关和互相关性都较好的复扰码序列作为扰码来降低多址干扰，同时也加大数据的随机性复扰码的作用是加大随机性，降低峰值因子WCDMA中采用了先进的复扰码序列集合，有效降低了小区内多址干扰，同时减轻了小区间的干扰，而无需精确的网络同步©2006CNTTR.AllRightsReserved.CDMA在无线信道中传输的优势－总结采用RAKE接收机，有效利用了由于信道多径传播引起的时间色散效应宽带传输系统，利用了信道的频率分集效果扩频因子灵活变换，有助于多媒体等多速率并发业务的传输支持软切换和更软切换等等©2006CNTTR.AllRightsReserved.WCDMA特点软切换功率控制容量vs.覆盖©2006CNTTR.AllRightsReserved.切换频率内软切换§UE同时连接到同一频点的两个小区•Uplink信号在RNC或NodeB实现合并•Downlink信号在UE实现合并§软切换（SoftHO）•发生在不同的NodeB间•在RNC进行合并（选择合并）§更软切换（SofterHO）•发生在同一NodeB的不同Cell间•在NodeB合并（MRC）©2006CNTTR.AllRightsReserved.邻区列表§激活集（ActiveSet）•参与软/更软切换的小区§监视集（MonitoredSet）•未包括在激活集中，但已被UTRAN进行测量的小区§检测集（DetectedSet）•UE检测到的其它小区©2006CNTTR.AllRightsReserved.切换相关的下行测量（UE）接收信号码域功率（CPICH-RSCP)接收信号强度指示(RSSI)传输信道误块率（BLER）等©2006CNTTR.AllRightsReserved.从测量计算Ec/I0或Ec/N0(=RSCP/RSSI)SIR=(RSCP/ISCP)*(SpreadingFactor/2)下行链路路径损耗（根据CPICH_RSCP和系统信息PrimaryCPICHDLTXpower）©2006CNTTR.AllRightsReserved.系统与优化问题平衡QoS与RF容量§软切换区域越多•宏分集效果越好（覆盖效果越好）•小区间出现信号覆盖空洞的几率越小（HO越可靠）§软切换区域越少•下行链路干扰越少（容量越大）•需要的正交码越少•NodeB需要的基带处理资源越少•需要的传输资源越少•需要的RNC资源越少©2006CNTTR.AllRightsReserved.系统与优化问题邻区与干扰管理问题§干扰太大将使得潜在的邻区无法进入激活集§对一给定的小区，即使该小区的RSCP足够好，但如干扰太大，CPICHEc/I0也将太小•－无切换监视集，可导致掉话©2006CNTTR.AllRightsReserved.系统与优化问题基站间负载平衡§为使容量最大化负载高的小区应减小业务量§措施•调整天线下倾角•调整导频功率，即功率规划•调整切换参数，即切换迟滞时间：Hysterisisadd,Hysterisisremove©2006CNTTR.AllRightsReserved.系统与优化问题软切换区域调整§使用两个或多个信道消耗资源•无线链路和传输资源§调整天线下倾角§调整切换相对门限©2006CNTTR.AllRightsReserved.WCDMA特点软切换功率控制容量vs.覆盖©2006CNTTR.AllRightsReserved.三种类型功率控制内环（快速）§跟踪Rayleigh衰落外环（慢速）§维持最小的要求功率开环§物理随机接入信道上的发射功率（上行）§无线链路下行初始发射功率（下行）©2006CNTTR.AllRightsReserved.内环功率控制UL：均衡NodeB接受到的来自不同UE的功率§防止远近效应§快速功率控制可补偿快衰落影响•理想情况下，信道衰落将被“消除”§快速功率控制造成发射功率出现峰值•增大小区间干扰•链路预算需为快速功率控制考虑额外开销©2006CNTTR.AllRightsReserved.快速功率控制裕量快速功率控制，引起UE的平均发射功率升高（PowerRise）§PowerRise＝Pfading/Pnon-fading（NodeB接收电平相同）§Pfading：衰落信道中UE平均发射功率§Pnon-fading：非衰落信道中UE平均发射功率覆盖的链路预算中需考虑对抗快衰落在UE发射功率中预留一定余量对慢速UE，快速功率控制能很好地弥补快衰落影响，裕量一般为2.0~5.0dB©2006CNTTR.AllRightsReserved.PowerRise©2006CNTTR.AllRightsReserved.WCDMA特点软切换功率控制容量vs.覆盖©2006CNTTR.AllRightsReserved.WCDMA:干扰受限！©2006CNTTR.AllRightsReserved.Uplink负载因子…….一个小区N个用户用户N用户1用户j©2006CNTTR.AllRightsReserved.Uplink负载因子(Eb/N0)j=PGj*(signalofuserj/Totalreceivedpower(excl.ownpower))则，其中：PGj：用户j的处理增益W：码片速率，对WCDMA为3.84McpsRj:用户j的比特率，对12.2kbpsAMR语音，即12.2kbpsvj:用户j物理层的激活因子，话音一般为0.6左右，数据为1Itotal:总接收宽带功率（包括基站热噪声PN）Pj:接收用户j信号功率jtotaljjjjbPIPRvWNE-⋅=)(0用户j的每用户比特能量与噪声功率谱密度之比：©2006CNTTR.AllRightsReserved.jjjbjvRNEWL⋅⋅+=)(110总的接收干扰Itotal减去热噪声PN，写成∑∑==⋅==-NjtotaljNjjNtotalILPPI11定义Pj=Lj*Itotal,,即一个连接的负载因子为其中：N：上行用户数Uplink负载因子©2006CNTTR.AllRightsReserved.Uplink负载因子定义！NoiseRise：接收的全部宽带功率与噪声功率之比NtotalPIRiseNoise/=ULNjjNtotalLPIRiseNoiseh-=-==∑=11111定义上行链路负载因子：∑==NjjULL1h明显，上行链路负载因子为小区中各个连接的负载因子Lj(j=1,….,N)之和系统趋于极点容量－则时,RiseNoise,1∞-ULh©2006CNTTR.AllRightsReserved.定义i=Iother/Iown,则上行链路负载因子变为：∑∑==⋅⋅++==NjjjbNjjULvRNEWiLi101)/(11)1()1＋（hIother：来自其它小区的干扰Iown：来自本小区的干扰i:对全向的Macro，一般取55%对三扇区Macro，一般取65％Uplink负载因子©2006CNTTR.AllRightsReserved.对全话音业务，N个用户的数据速率R相同，而且W/R1，则上行负载公式可写成)1(//0ivNRWNEbUL+⋅⋅⋅=hUplink负载因子©2006CNTTR.AllRightsReserved.Uplink负载因子ηUL=50%,则NoiseRise＝3dBηUL=75%,则NoiseRise＝6dBηUL-1,则NoiseRise趋于无穷大，系统趋于极点容量NoiseRise体现在上行链路预算中，则可明显看出：WCDMA系统中，容量、覆盖紧密相关容量越大，上行覆盖越小以dB形式表示，则NoiseRise＝-10log(1-ηUL)ULNjjNtotalLPIRiseNoiseh-=-==∑=11111©2006CNTTR.AllRightsReserved.负载因子（LoadFactor）vs.NoiseRise©2006CNTTR.AllRightsReserved.Downlink负载因子∑=+-⋅⋅=NjjjjjbjDLiRWNEv10])1[(/)/(ah下行的NoiseRise为)1(log1010DLh--其中：N:小区中用户数vj:用户j物理层的激活因子，话音一般为0.6左右，数据为1.0αj:下行信道正交因子取决于多径传播情况，1：完全正交，0：无正交性，多径信道典型：0.4~0.9W:码片速率，WCDMA为3.84McpsRj:用户j的比特率ij:用户j接收到的，其它小区与本小区干扰之比Downlink的负载因子，基于与上行同样的原理，可导出©2006CNTTR.AllRightsReserved.Downlink负载因子对下行，不同用户位置，i值不同,在整个小区上平均的负载因子为∑=+-⋅⋅=NjjjbjDLiRWNEv10])1[(/)/(aha：小区中的平均下行信道正交因子，～50%－90%:用户接收的其它小区干扰与本小区干扰之比的平均值全向Macro：55%三扇Macro：65%i©2006CNTTR.AllRightsReserved.Downlink负载因子系统趋于极点容量－则时,RiseNoise,1∞-DLh©2006CNTTR.AllRightsReserved.Downlink负载因子再考虑基站的发射功率，基站的总发射功率可表示为DLNjjjbjrfRWNEvLWNTxPh-⋅⋅⋅⋅=∑=1/)/(_BS10其中Nrf为移动台接收前端的噪声功率谱密度如果BS_TxP固定，那么平均的下行路径损耗（对应下行覆盖）与成正比关系下行负载越大，平均路径损耗越小，覆盖越小Nrf=k*T+NF＝-174dBm+NF其中：k为波尔兹曼常数T：绝对温度NF：噪声系统（5~9dB)L：下行平均路径损耗)1(DLh-©2006CNTTR.AllRightsReserved.Uplink与Downlink覆盖vs.容量下行负载一般总高于上行负载只有对下行，正交码降低了本小区用户间干扰上行、下行链路性能（Eb/N0)不同典型地，UE的NoiseFigure高于NodeBDL：所有连接共用同一发射机UL：一个连接一个发射机©2006CNTTR.AllRightsReserved.Uplink与Downlink覆盖vs.容量©2006CNTTR.AllRightsR