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1、WCDMA系统上下行链路预算分析,Page 2,前言,WCDMA是一个自干扰系统WCDMA系统的覆盖与容量息息相关，覆盖和容量的关系就体现在链路预算中引入了上、下行干扰余量，而干扰余量又与容量规划中的负载因子密切相关,Page 3,课程目标,了解WCDMA 的上、下行链路预算的基本原理和方法了解WCDMA上、下行链路预算中各参数的含义及设置方法,学习完本课程，您将能够：,Page 4,课程内容,第一章 WCDMA上、下行链路预算基本原理及分析场景介绍第二章 WCDMA上、下行链路预算中各参数含义及设置,Page 5,基本原理,链路预算：通过对系统中前反向信号传播途径中各种影响因素进行考察，对系
2、统的覆盖能力进行估计，获得保持一定呼叫质量下链路所允许的最大传播损耗。,Page 6,分析场景介绍,地区类别 Morphology采用通常的区分方法，把小区覆盖目标地区分为以下几类：密集城区 Dense Urban普通城区 Urban郊区 SubUrban农村 Rural Area高速公路 HighWay所处环境的不同影响到链路预算中以下参数：建筑物穿透损耗均值阴影落标准差传播模型及路径损耗因子,Page 7,分析场景介绍,根据 3GPP R4 TR25.943 V4.0.0（2001-06）中的建议，使用以下几种典型信道：Static：静态信道，无多径TU3：典型城区步行速度TU50：典型城
3、区普通车速TU120：典型城区高速RA120：开阔地区高速RA250：开阔地区高速列车HT120：山区高速,Page 8,分析场景介绍,使用中应根据需要选择合适的多径信道类型。这一设置主要影响到链路预算中以下参数：链路性能（解调 EbvsNo 要求）上行小区负载：使用中合理选取下行小区负载：使用中合理选取下行干扰余量快速功控余量软切换增益对于这些参数，请参考第二章中的详细说明。,Page 9,分析场景介绍,扇区化 Sectorise全向 Omni3 扇区 3 Sector6 扇区 6 Sector这一设置影响到链路预算表格中以下参数：天线增益此外，由于扇区化形式的不同，影响到覆盖区域的变化及软
4、切换比例的变化，所以还应根据需要合理设置以下参数的取值：小区负载 Cell Loading,Page 10,分析场景介绍,一般有以下几种承载类型可供选择：Voice（12.2kbps）LCD64LCD144LCD384UDD64UDD144UDD384不同的承载类型影响到链路预算中以下参数：链路性能（解调 EbvsNo 要求）。链路预算主要目的是为了确定小区覆盖范围，该范围应根据需要达到连续覆盖的业务（基本业务）确定。因此，在承载类型选择时，应根据基本业务需要确定。由于数据业务的不对称性，上下行基本业务可能不同，所以在链路预算工具中提供了分别设置的控件。,Page 11,分析场景介绍,分集配置
5、 Diversity Configuration上行收分集配置种类：2 天线收分集4 天线收分集下行发分集种类：无发分集 no DiversitySTTD闭环发分集模式一 CloseLoop-Mode1闭环发分集模式二 CloseLoop-Mode2分集方式的不同影响到链路预算表格中以下参数：链路性能（解调 EbvsNo 要求）,Page 12,分析场景介绍,是否使用塔放 TMA（Tower Mounted Amplifier）在馈缆损耗较大的场景中，使用塔放可以有效降低馈缆损耗对接收机灵敏度的恶化。是否使用塔放的设置影响链路预算表格中以下参数：上行接收噪声系数（定义在天线接头处）,Page
6、13,分析场景介绍,室内覆盖 Indoor Coverage根据运营商建设要求确定是否需要做到室内覆盖。需要注意不同目标地区可能有不同的要求。这一设置影响链路预算表格中以下参数：穿透损耗阴影衰落余量标准差,Page 14,课程内容,第一章 WCDMA上、下行链路预算基本原理及分析场景介绍第二章 WCDMA上、下行链路预算中各参数含义及设置,Page 15,算法分析,下行链路（前向）PL_DL 下行链路最大传播损耗Pout_BS 基站业务信道最大发射功率Lc_BS 基站内合路器损耗Lf_BS 馈线损耗Ga_BS 基站天线增益Ga_UE 移动台天线增益Mf 阴影衰落余量（与传播环境相关）MI 干扰
7、余量（与系统设计容量相关）Lp 建筑物穿透损耗（要求室内覆盖时使用）Lb 人体损耗S_UE 移动台接收机灵敏度（与业务、多径条件等因素相关）,Page 16,算法分析,上行链路（反向）PL_UL 上行链路最大传播损耗Pout_UE 移动台业务信道最大发射功率Lf_BS 馈线损耗Ga_BS 基站天线增益Ga_UE UE 天线增益Mf 阴影衰落余量（与传播环境相关）MI 干扰余量（与系统设计容量相关）Lp 建筑物穿透损耗（要求室内覆盖时使用）Lb 人体损耗S_BS 基站接收机的灵敏度（与业务、多径条件等因素相关）,Page 17,参数说明,TCH 最大发射功率 Max Power of TCH上行
8、最大发射功率对于 UE 来说，它的每业务信道最大发射功率就是其额定总发射功率。虽然 RNC 可以通过信令对该最大发射功率进行限制，但在进行链路预算时，通常假设该最大发射功率设置为 UE 的额定发射功率值。在进行链路预算时，设话音业务 UE 最大发射功率为 21dBm，数据业务 UE 最大发射功率 24dBm。,Page 18,参数说明,下行最大业务信道发射功率下行链路的每业务信道最大发射功率由 RNC 设定，对于不同的业务可以有不同的取值。馈缆损耗 Cable Loss馈缆损耗针对基站侧而言，UE 馈缆损耗设置为 0dB。在使用双工器的情况下，上下行信号经过同一馈缆，所以上行接收和下行发射的馈
9、缆损耗设置为相同的值。馈缆损耗的设置值影响链路预算中以下参数：上行接收机噪声系数下行 EiRP对于常用的 7/8 馈缆，在 2GHz 频段的百米损耗约为 6dB。此外，还应计入跳缆、接头等损耗。,Page 19,参数说明,人体损耗人体损耗发生在 UE 侧，具体取值与使用者的使用习惯有关。一般对人体损耗的缺省设置值作如下假设：话音业务人体损耗取值 3dB数据业务由于以阅读观看为主，UE 距人体较远，人体损耗取值 0dB天线增益UE 天线增益一般认为UE 的天线增益为 0dBi。BS 天线增益BS 天线增益应根据实际选用的天线指标确定。,Page 20,参数说明,等效全向辐射功率 EiRPEiRP
10、 是 Equivalent Isotropic Radiator Power 的缩写EiRP(dBm)=Max Power of TCH(dBm)-Cable Loss(dB)-Body Loss(dB)+Gain of Antenna(dBi)噪声系数UE 接收机噪声系数UE 接收机噪声系数典型值为 7dB。BS 接收机噪声系数为了统一使用和不使用塔放的情况下噪声系数的计算，将 BS 接收机噪声系数参考点定义在天线接头处。,Page 21,参数说明,接收机灵敏度 Sensitivity of Receiver接收机灵敏度是指由接收机底噪决定的最小接收信号强度。与噪声系数一样，在链路预算中，将
11、其定义在天线接头处。Sensitivity of Receiver(dBm)=-174(dBm/Hz)+NF(dB)+10lg1000*Rb(kHz)+EbvsNo required(dB)注意这里的接收机灵敏度与 3GPP TS25.104 V3.7.0（2001-06）中 7.2 节的参考灵敏度指标不同：参考点不同：协议规定的参考点在不使用塔放时是机顶天线口（Test Port A），使用塔放时是远端天线口（Test Port B），均不包含天线至放大器间的馈缆配置不同：协议规定的参考灵敏度是对单个分集通道进行测试的，而链路预算中的接收机灵敏度则是应用接收分集之后的灵敏度指标信道条件不同：
12、协议规定的参考灵敏度是在静态信道下测试得到的，链路预算表格中的灵敏度指标根据各种多径信道下的解调性能计算得到,Page 22,参数说明,小区负载 Cell Loading上行小区负载定义：在理想功控假设下，存在下述关系：规划中可以使用上述公式对一定场景下的小区负载进行估计。,Page 23,参数说明,下行小区负载定义：在理想功控假设下，有如下关系：,Page 24,参数说明,干扰余量 Interference Margin上行链路干扰余量根据对上行负载因子的定义，上行链路干扰余量应等于相应小区负载下的 Noise Rise 值：下行链路干扰余量下行干扰余量的定义如下：需要注意的是上面公式中使用
13、小区边缘耦合损耗值进行计算，此耦合损耗定义在基站机顶与 UE 接收机之间，所以上行最大耦合损耗等于：CL_UL_max(dB)=Path Loss(dB)+Body Loss(dB)+Penetration Loss(dB)-Gain of Tx Antenna-Gain of Rx Antenna(dBi)+Cable Loss(dB)在上行覆盖受限场合，下行最大耦合损耗等于上行最大耦合损耗,Page 25,参数说明,外界干扰余量 Margin for Background Noise在某些地区，由于外界电磁干扰的存在，需要在链路预算中留出相应的余量。假设设备（NodeB 或 UE）底噪为
14、X dBm，外界干扰功率为 Y dBm，则需要留出的外界干扰余量为：Margin for Background Noise=(X dBm+Y dBm)-X dBm根据相关测试报告【RNP&O for UMTS 5.1.2】，外界干扰功率缺省设置为-104 dBm。,Page 26,参数说明,快衰落余量在链路预算中，使用的接收机解调性能是基于理想功控的假设得到的仿真结果，在实际的系统中，由于发射方的发射功率是有限的，这就在闭环功控中引入了非理想的因素。假设发射方的最大发射功率为 TCH_max，在这样的功率限制下，在一定的路径损耗时，达到 BLER/BER 要求的发射方平均发射功率是 TCH_A
15、verage(PL)定义功率余量：有如下关系：链路预算中的快速功控余量可以近似设置为无功控条件下链路性能与理想功控性能差值。,Page 27,参数说明,上行链路快速功控余量由于快速功控余量由链路性能决定，所以其设置应与链路性能表格相同，区分不同信道，并与上行收分集的配置有关。具体取值由链路仿真提供。下行链路快速功控余量由于快速功控余量由链路性能决定，所以其设置应与链路性能表格相同，区分不同信道，并与下行发分集的配置有关。具体取值由链路仿真提供。,Page 28,参数说明,最小接收信号强度 Minimum Signal Strength Required在接收机静态灵敏度的基础上，考虑了天线增益
16、、软切换的链路增益、快速功控余量等因素之后，就可以计算得到保证链路质量需要的最小接收信号强度。对上行链路，由于 Cable Loss 包括在噪声系数中一并考虑，所以：UL Minimum Signal Strength Required=Sensitivity of Receiver(dBm)-Gain of Antenna(dBi)+Body Loss(dB)+Inteference Margin(dB)-SHO Gain over fast fading(dB)+Fast Fading Margin(dB),Page 29,参数说明,对下行链路，需要在上式的基础上，再增加 Cable Lo
17、ss 一项的恶化：DL Minimum Signal Strength Required=Sensitivity of Receiver(dBm)-Gain of Antenna(dBi)+Cable Loss(dB)+Body Loss(dB)+Inteference Margin(dB)-SHO Gain over fast fading(dB)+Fast Fading Margin(dB),Page 30,参数说明,穿透损耗 Penetration Loss当需要考虑保证室内覆盖时，需要在链路预算中考虑建筑物穿透损耗。穿透损耗与具体的建筑物类型，电波入射角度等都有关系，在链路预算中假设穿
18、透损耗服从对数正态分布，用穿透损耗（对数值）均值及标准差描述。,Page 31,参数说明,阴影衰落余量 Slow Fading Margin上行阴影衰落余量需求链路中断概率 通过链路预算，可以得到对于某个特定位置 UE 的无线链路，在基站侧所需的最小接收电平 Smin。在一定的负载下，这一电平值可以由该链路的解调性能确定，而与位置无关。当 UE 发射功率达到最大，仍不能克服路径损耗，达到这一最低接收电平要求时，这一链路就会中断。所以，距离为 d 处的 UE，其链路中断概率为：,Page 32,参数说明,式中：其物理含义为距离 d 处路径损耗均值与为保持连接最大允许路径损耗的差。,Page 33
19、,参数说明,为服从对数正态分布的阴影衰落分量，其均值为零，方差为：所以有：运营商建网时一般会对最高中断概率做出要求。从上面式子可以很容易得到结论，该中断概率与 UE 与 负相关，且在小区边缘处 最小，对应中断概率达到极大。在通过链路预算进行小区覆盖范围估算时，需要在计算得到的最大路径损耗基础上保留阴影衰落余量，以保证能够满足中断概率的要求。,Page 34,参数说明,给定边缘覆盖概率要求情况下的上行阴影衰落余量计算边缘处覆盖概率与链路余量的关系：可以得到满足一定的边缘覆盖概率需要的阴影衰落余量计算公式：式中标准正态分布累积函数的逆函数,Page 35,参数说明,给定区域覆盖概率要求情况下的上行
20、阴影衰落余量计算有的时候，运营商不是给出边缘处覆盖概率需求，而是给出小区内区域覆盖概率需求。典型的需求形式如：“保证 95 以上位置，99时间可通”。这个要求中的前一部分，95%位置可通就是对区域覆盖概率的需求。根据前述讨论，有：区域覆盖概率为小区内所有点覆盖概率的平均：式中,Page 36,参数说明,下行阴影衰落余量 与上行的情况不同，在下行方向上，UE 接收机在每一点接收到的干扰值都不相同，因而每一点最小允许接收电平及相对应的最大允许路径损耗值都不同，即有：给定边缘覆盖概率要求情况下的下行阴影衰落余量计算 在小区边缘处，如果能够确定 Isc、Ioc 及正交化因子的取值，即下行链路干扰余量确
21、定，就可以确定在小区边缘处的最大路径损耗值。在此基础上可以采用与上行相同的方法计算满足一定的边缘覆盖概率要求所需的阴影衰落余量值。,Page 37,参数说明,给定区域覆盖概率要求情况下的下行阴影衰落余量计算 在小区边缘，同频邻区干扰为干扰主要成分，随着 UE 与基站距离变小，同频邻区干扰减小，但本小区的干扰迅速增加，对应于 UE 灵敏度的迅速下降，最大允许路径损耗减小。公式：使用的前提假设是最大允许路径损耗在小区内各点都与边缘处相同，所以如果继续使用这一公式通过边缘覆盖概率推算相应的区域覆盖概率，就会造成区域覆盖概率高估，导致计算得到的阴影衰落余量偏小。,Page 38,参数说明,软切换增益软
22、切换增益由两部分构成：软切换多条无关分支的存在降低了阴影衰落余量需求，由此带来的增益 多小区（MultiCell）增益软切换对链路解调性能的增益 宏分集（Macro Diversity Combining）增益,Page 39,参数说明,上行链路 MultiCell 增益 假定 2 路软切换，软切换分支无线链路经历阴影衰落相关性为 50%。由此出发，可以推算得到存在软切换条件下的阴影衰落余量需求，与无软切换条件下的阴影衰落余量比较，即可得到软切换增益值。实际系统中，参与软切换分支数目可能多于 2 个，但出现概率较低，且相应的软切换增益略高于两路软切换，所以以上两路软切换假设得到的软切换增益是偏
23、保守的近似估计。给定边缘覆盖概率要求情况下的上行软切换 MultiCell 增益计算在小区边缘处，如果没有软切换，则上行链路中断概率等于：,Page 40,参数说明,如果存在软切换，则只有当两条链路的路径损耗都超过最大允许路径损耗时，才会发生中断，所以：式中，参考【A.J.Viterbi 1998】6.5.2 推导，可以得到：,Page 41,参数说明,给定区域覆盖概率要求情况下的上行软切换 MultiCell 增益计算 如果运营商给出的是区域覆盖概率需求，就需要对一定阴影衰落余量下的小区内各点覆盖概率进行积分。因为软切换区域是有限的，所以需要将小区覆盖范围分成软切换区域和非软切换区域两部分，
24、对它们分别进行计算，然后根据面积加权平均。软切换区域 假设软切换门限为 Th_SHO dB，所有与 BestServer 路径损耗差别小于 Th_SHO dB的小区都能被加入激活集。使用圆形小区的假设，则软切换区域为一圆环，其外边缘半径为 R，内边缘半径为：,Page 42,参数说明,对于这个区域中的任一点，存在到两个基站的链路 L_Primary 和 L_SHO，它们的路径损耗值分别为：只有当两个分支的路径损耗值都大于最大允许路径损耗 时，这个链路才会中断。所以该点的中断概率等于：,Page 43,参数说明,取表，画出软切换区域中各点中断概率随距离变化如下：软切换区域中的区域覆盖概率等于区域
25、中各点覆盖概率的均值：,Page 44,参数说明,非软切换区域非软切换区域的计算与公式：相同，只是距离的积分区域由（0,R）变成了（0,R_SHO）。小区区域覆盖概率 整个小区的区域覆盖概率等于软切换区域与非软切换区域覆盖概率根据面积进行的加权平均值。,Page 45,参数说明,上行链路 MDC 增益参与软切换的多条链路在 RNC 处以帧为单位进行选择合并，在 UE 移动速度较低时，有一定的对抗快衰落作用，体现在链路上就是链路的 MDC 增益。这一增益可以通过链路仿真得到。同时，我们呀要考虑到软切换在接收 Eb/Io 上的增益和软切换在发射 Eb/Io 上的增益是不同的，它们的差异表明软切换对
26、于发射方所需的快速功控余量的增益。在链路预算中，由于计算在发射端和接收端之间进行，应同时计入这部分增益。当两条软切换分支的强度相等时，MDC 增益达到最大，随着两切换分支强度差异的增加，MDC 增益也减少到接近零。在链路预算中，考察的对象是小区边缘，在这个位置，UE 到 Best Server 小区的路径损耗与到邻区的路径损耗相同，所以 SHO 的 MDC 增益可以按照两软切换分支强度相同的值计算。对于不同的多径信道，MDC 增益的值是不同的，需要通过链路仿真确定取值。仿真中可以假设不同软切换分支经历的快衰落是相互独立的。,Page 46,参数说明,下行链路 MultiCell 增益与下行阴影
27、衰落余量计算类似，由于下行链路中断概率计算中的 Isc、Ioc、正交化因子等参数与 UE 位置、小区布局等均密切相关，造成下行链路软切换 MultiCell 增益的计算十分困难。给定边缘覆盖概率要求情况下的下行软切换 MultiCell 增益计算可以认为上下行链路的阴影衰落完全相关，所以给定边缘覆盖概率要求的情况下，下行链路的软切换 MultiCell 增益与上行链路相等。给定区域覆盖概率要求情况下的下行软切换 MultiCell 增益计算由于 Isc、Ioc、正交化因子等参数的值与 UE 在小区中的位置有关，计算软切换对于区域覆盖概率的影响相当复杂。为了简化起见，可以在给定区域覆盖概率要求的
28、情况下，首先在不考虑软切换的情况下计算得到相应的边缘覆盖概率要求，然后计算在有软切换的条件下满足此边缘覆盖概率需要的阴影衰落余量。,Page 47,参数说明,下行链路 MDC 增益下行链路使用最大比合并，MDC 增益的具体数值与多径信道特性有关，需要通过仿真确定，方法与上行 MDC 增益类似。小区边缘路径损耗值 Path Loss在链路允许的最大路径损耗基础上，考虑满足一定边缘/区域覆盖概率要求所需的 阴影衰落余量、软切换增益，以及室内覆盖时穿透损耗，就可以计算得到小区边缘位置的路径损耗中值：Path Loss(dB)=EiRP(dBm)-Minimum Signal Strength Req
29、uired(dBm)-Penetration Loss(dB)-Slow Fading Margin(dB)+SHO Gain over Slow Fading(dB),Page 48,参数说明,传播模型得到小区边缘路径损耗中值估计之后，根据一定的路径损耗中值分布模型，就可以推算小区半径。在网络估算阶段，缺少目标地区传播特性知识的情况下，可以使用 COST231-HATA 模型【GSM 03.30】。Frequency f:1500-2000 MHz Base station height Hb:30-200 m Mobile height Hm:1-10 m Distance d:1-20
30、km Large and small cells(i.e.base station antenna heights above roof-top levels of buildings adjacent to the base station).Urban areas(for rural areas the correction factors given in subparagraph 1.3 and 1.4 can be used up to 2000 MHz).,Page 49,参数说明,Lu(dB)=46.3+33.9*log(f)-13.82*log(Hb)-a(Hm)+44.9-6
31、.55*log(Hb)*log(d)+Cmwith:a(Hm)=1.1*log(f)-0.7*Hm-1.56*log(f)-0.8Cm=0 dB for medium sized city and suburban centres with moderate tree densityCm=3 dB for metropolitan centres如上所述，此传播模型适用的传播距离范围是 1 20 km，在实际的链路预算中，小区半径小于 1km 时，会有一定的偏差。与一定假设下的 Walfish-Ikagami 模型的计算结果比较，使用 COST231-HATA 模型有可能带来较大的基站数目低估，所以在有可能的情况下，应尽可能使用根据 CW 测试数据校正后的模型进行小区半径估计。,
