TD-SCDMA直放站工程应用基本知识.ppt

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1、1,传输设计相关知识,2,提纲,一、热噪声功率及噪声系数二、接收机灵敏度方程三、自由空间传播及传输损耗计算四、移动通信传播模型五、无线链路常用天线及器件指标六、TD-SCDMA系统基本知识七、关于TD-SCDMA系统链路预算方法八、关于TD-SCDMA直放站室外覆盖电路设计九、关于TD-SCDMA室内覆盖电路设计十、工程测试,3,一、热噪声功率及噪声系数,（1）噪声功率 我们这里所讲的噪声指的是热噪声，通常我们认为放大器输入端噪声功率Nin是信号源内阻Rs产生的热噪声，并假定Rs的温度为290K（即17度）。此时 Nin=Vin/4Rs=4KtinRsB/4Rs=KtinB K为波耳兹曼常数K

2、=1.38*10J/K Tin=290K为内阻Rs的绝对温度 B为载波带宽,4,(2)噪声系数 放大器噪声系数是指放大器输入端信号的信噪比Sin/Nin与输出端信号的信噪比Sout/Nout之比值。即有：F=（Sin/Nin）/（Sout/Nout）用dB表示时为：Nf=10Log（F）。它表示信号通过放大器后信号信噪比变坏的程度。如果放大器是理想无噪声网络，则F=1或Nf=0dB，信号与噪声得到同样的放大。若放大器本身有噪声，则输出噪声功率等于放大后的输入噪声功率和放大器本身的噪声功率之和。即经放大器后的输出噪声为：Nout=Nin*G+Np=Nin*Nf*G其中G为放大器增益，Np为放大器

3、本身产生的噪声功率。,5,（3）多级放大器的噪声系数 下图给出的是一个级联放大器的模型：,级联放大器总噪声系数为F，则：F=F1+(F2-1)/G1+(F3-1)/G1*G2+-+(Fn-1)/G1*G2*-Gn-1,6,当出现多级放大器时，最关键的第一级不仅要求它噪声系数低，而且要求增益尽可能大，由此可见，多级放大器的噪声系数取决于一、二级。在室内分布系统中，由于每级之间还接入其他用户，因此，应与纯放大器的多级 串联有不同的考虑，即应将所有用户状态综合起来考虑。,7,（4）、直放站对基站噪底的抬升直放站上行增益80dB；直放站上行噪声系数5dB；施主链路有效路径损耗82.5dB；直放站上行对

4、基站接收机噪声恶化的计算如下：直放站的噪声经过放大（直放站的上行增益）和有效路径损耗后进入基站，和基站接收机的噪声叠加就会提高接收机噪声电平，使基站接收灵敏度下降。,8,直放站的噪声到达基站接收机输入端的等效热噪声电平为Nin，则：Nin=K*T*B+NFrepGrepEdoPL K*T:热噪声密度 174dBm/Hz;B:系统信道带宽=1.6MHz,10B(Hz)62dB；NFrep:直放站噪声系数5dB；Grep:直放站上行增益 80dB；EDoPL：有效路径损耗82.5dB；Nin=174+62+580-82.5=-109.5dBm,9,设基站接收机等效热噪声电平为Nbts,则：Nbts

5、K*T*B+NFbts K*T:热噪声密度174dBm/Hz；B:系统信道带宽1.6MHz,10B(Hz)62dB；NFbts：基站接收机噪声系数5dB；Nbts174+62+5=-107dBm；,10,将以dB表示的噪声功率换算为以w表示：PRPT=10Nin/10 PBTS=10Nbts/10 基站接收机输入端总噪声功率P=PRPT+PBTS 换算为dB表示：N=10P 基站噪底恶化量 N Nbts注意：GrepEdoPL 0时，基站噪底恶化量为3dB。也就是说：控制Grep，使其低于EdoPL是控制直放站对基站引入恶化量的关键，,11,根据3GPP协议的规定，NodeB都有检测RTWP（

6、Received Total Wideband Power）功能，NodeB的RTWP测量功能是我们发现3G上行干扰及容量测试的一个重要手段。要讨论3G系统的上行干扰，首先需要清楚RTWP的概念，下面对RTWP在空载和有负载情况下进行分析。在空载情况下，由于热噪声的频谱密度为：-174dBm/Hz，在TD-SCDMA的1.6MHz载波带宽内底噪约为-112.dBm/1.6MHz；关于RTWP:RTWP=-112.dBm或：RTWP=KTB+Nf=-107.dBm(Nf=5dB）,12,二、接收机灵敏度方程,1、F=(Sin/Nin)/(Sout/Nout)2、(Sout/Nout)(Sin/N

7、in)/F（Eb*Rb)/KTB*F(Eb/KTF)*(Rb/B)(Eb/N0)/Gp3、SinF*Nin*(Sout/Nout)KTB*F*(Eb/N0)/Gp 取对数后：S(dB）KTB(dBm）+Nf+Eb/N0(dB）-Gp,13,式中：KT=-174dB/Hz B=10LOG(载波带宽，单位为Hz）Eb/N0=数字解调器在误比特率为某一量级的 规定下要求的输入信噪比，TD-SCDMA 为7.5dB，Gp=扩频处理增益，TD-SCDMA为11dB。所以，TD-SCDMA基站接收灵敏度为：S=-112+5+7.5-11=-110dBm,14,三、自由空间传播及传输损耗计算,地球等效半径费

8、涅尔区示意图地球凸起高度余隙阻挡多径,15,大气折射特性大气折射率与折射梯度地球等效半径与k因子K因子与气象条件关系以及它对通信链路的影响有效k因子ke的概念，ke与链路长度的关系,16,地球等效半径与K因子 由于大气折射及随着高度增加折射率发生的变化（通常高度增加折射率下降）使电磁波传输向下弯曲，其结果可以被看成电磁波在一个等效半径为R0的地球上空沿着直线传播，则：R0=KR R为地球真实半径（6370公里）K为等效地球半径因子 注意：1、一般气候条件下，K的平均值是4/3;2、K和所设计地区气象条件相关，可以有大的变化范围；3、K1，会造成射线被中途障碍物阻挡而引起传播中断；有效K因子Ke

9、 是指在一定路径长度上，经统计测量得到的K的最小值，换言之：在一定路径长度上99.9%时间K值比Ke要大。,17,图1 最坏月份99.9以上时间的ke,18,费涅尔区示意图,19,费涅尔区与费涅尔区半径 第一费涅尔区半径 F117.3(d1d2/df)1/2(m)第n个费涅尔区半径 Fn=17.3(nd1d2/df)1/2 d 站距(km)d1,d2 反射点离路径一端的距离(km)f 工作频率(GHz)余隙与归一化余隙 余隙与绕射损耗关系 余隙标准,20,地球凸起高度,在S点的地球凸起 hk=d1*d2/2Ka k:地球等效半径系数 a:地球半径6370km,D,d1,d2,hk,S,21,余

10、隙,A,B,H1,H2,d1,d2,D,H1=h1+(h2-h1)d1/D-Hk-Hs,h1,h2,Hk,Hs,22,阻挡,A,B,h1,d1,23,多径,hc,d1,d2,h1,h2,24,绕射损耗,25,B:理论的刀刃型阻挡损耗曲线D:6.5GHz和K=4/3时光滑球形地面的理论损耗曲线Ad:普通不规则地形的绕射损耗经验曲线,图3 绕射损耗,26,自由空间传输损耗L0=92.44+20log(f)+20log(d)(dB)f 工作频率(GHz)d 站距(km)在2GHz频段 L0=38.44+20log(d)(dB)d 站距(m),27,四、3G传播模型,(一）、在计算直放站与基站之间链路

11、预算时，可以按照自由空间传播模型考虑，这是因为直放站施主天线架设高度通常在建筑物顶部或铁塔上，接近视距或准视距传播，自由空间传播模型表达式是：L0=32.44+20lgf(MHz)+20lgd(km),28,（二）、在基站天线架设较高时：,COST231-Hata模型表达式为：L0(dB)46.3+33.9lg(f)-13.82lg(Hb)-a(Hm)+44.9-6.55lg(Hb)lg(d)+Cm a(Hm)=1.11lg(f)-0.7Hm-1.56lg(f)-0.8 因地理环境的不同，各种地形修正值为：密集市区：Cm 3dB；市区：Cm 0dB；郊区：Cm 12.28dB；农村：Cm 22

12、.52dB；该模型是在满足下列条件时适用：f=150-2000MHz;基站天线有效高度h0=30-200m;移动台天线高度在1-10m;基站覆盖范围大于1km.,29,上式中：f:工作频率，单位MHz d:基站与手机之间距离，单位km Hb:基站天线的有效高度，单位m Hm:手机天线有效高度，单位m,30,（三）、下列情况,小区覆盖半径小于1km；很少会有视距传播信号到达UE；基站天线高度在50m以下；根据上述环境特征，适于采用COST-231 Walfisch Ikegami传播模型进行链路预算。,31,COST-231 Walfisch Ikegami传播模型由三部分组成：自由空间损耗Lf

13、s;多层屏蔽损耗：Lms;屋顶到街道的绕射和散射损耗：Lrts.Lcost=Lfs+Lms+Lrts,32,Lfs32.44+20fc(MHz)+20d(km)Lms=Lbsh+Ka+Kdd(km)+Kffc(MHz)-9b(m)式中：Lbsh 18(1+hb)当hbhroot 0 当hbhroot hb=hb-hroot Kd=18 当hbhroot 18-15hb/hroot 当hbhroot Ka=54 当hbhroot 54-0.8hb 当hbhroot d0.5km 54-0.8hbd/0.5 当hbhroot d0.5km Kf=-4+0.7(f/925)-1 市郊 1.5(f/9

14、25)-1 城市中心 b=两楼中心线间距（m）,33,Lrts16.910W(m)+10fc(MHz)+20hm(m)+L式中：W:街道宽度；hmhroothm:手机接收入射波与街道方向的夹角L=-10+0.354(度)035度 2.5+0.075(度)-35 35度55度 4-0.114(度)-55 55度90度,34,35,36,（四）、3G室内传播模型,Ld(dB)=38.5+30log(d)+8 式中d是收发信机之间的距离，单位米。室内传播的经验公式是室内环境中估算传播损耗的实用方法。尽管这种方法经常使用，但切记这只是一种通用的方法，可能并不完全反映现实问题。,37,五、无线链路常用天

15、线及器件指标,（一）、耦合器：5dB耦合器：插入损耗2dB 1.4 10dB耦合器：插入损耗0.7dB 0.7 15dB耦合器：插入损耗0.4dB 0.220dB耦合器：插入损耗0.3dB 0.2,38,（二）、功分器：二功分器：分功损耗3.5dB 3.2dB三功分器：分功损耗5.2dB 5dB四功分器：分功损耗6.5dB 6dB,39,1m跳线电缆：要求使用双层屏蔽电缆 其他采用1/2硬馈线（10.7dB/100m）（四）、吸顶天线 增益2dBi（五）、其他,40,41,六、TD-SCDMA系统基本知识,42,TD-SCDMA帧结构,无线帧,无线子帧,无线子帧,TS0,TS1,TS6,TS5

16、,TS4,TS3,TS2,DwPTS,GP,UpPTS,5ms,5ms,10ms,Data 1,Data 2,Midamble,G,352 chips,352 chips,144 chips,16 chips,码片速率：1.28 Mcps频宽：1.6 MHz调制方式：QPSK/8PSK/16QAM双工方式：TDD接入技术：DS-CDMA/TDMA/FDMA,下行,上行,上/下行,保护间隔,第一转换点位于GP，第二转换点位于TSi结束点，i=1,43,TD-SCDMA特殊时隙,下行,上行,保护间隔,DwPTS：下行同步与小区搜索，75sMain GP：上/下行保护间隔，75sUpPTS：上行同步

17、、随机接入，125s,44,TD-SCDMA 小区多频点,在一个小区/扇区，配置多个频点从分配到的多个频点中确定一个作为主载频在同一个小区/扇区内，仅在主载频上发送DwPTS、广播信道等公共信道信息,45,基本原理,up to 16 code channels,1.6 MHz,Downlink,Each user is distinguished by allocated frequency,timeslot and code.,time slot,Uplink,Downlink,Downlink,Downlink,46,TDD 的优势 TDD advantage,易于使用非对称频段,无需具有

18、特定双工间隔的成对频段 Flexible usage of unpaired spectrum适应用户业务需求，灵活配置时隙，优化频谱效率 Optimal spectrum efficiency by flexible timeslot allocation to be adapted to service requirement上行和下行使用同个载频，故无线传播是对称的，有利于智能天线技术的实现 Beneficial for Smart antenna with symmetrical radio propagation characteristics due to the same fre

19、quency in UL and DL无需笨重的射频双工器，小巧的基站，降低成本 Lower cost and small size of Node B without RF duplxer,Resource,时分双工,47,灵活的上下行分层容量配置,3:3,1:5,f1,f2,2:4,3:3,1:5,特别适合不对称数据业务，快速满足业务动态发展需求提升网络资源利用率，节约运营费用过渡区域采用频率隔离和交叉时隙限制等措施,高效的非对称业务支持能力,灵活的上下行区域容量配置,48,宏基站,接,应,集成最先进的TD-SCDMA核心技术和算法紧凑型基站,模块化设计,支持热插拔系列化设计,可板卡互换关

20、键模块均进行冗余备份,系统更加稳定可靠,最大支持9载波即213 个语音信道采用全向、扇区化智能天线功耗小于 2KW（满配）TPA外置设计,大幅降低馈线损耗,49,微基站,645mm,240mm,380mm,应,50,七、关于TD-SCDMA系统链路预算方法,下行链路预算：业务：话音，业务速率：12.2kbps,51,上行链路预算：业务：话音，业务速率：12.2kbps,52,注意：1、上行室外最大允许路径损耗115dB，而下行为 143dB，说明系统是上行受限的；2、智能天线对下行业务时隙有赋形增益，对上行 业务时隙没有赋形增益。,53,八、关于TD-SCDMA直放站室外覆盖电路设计,链路计算

21、相关参数：,发送端,天线增益Gf,馈线损耗Lkf,发信功率Pf,接收端,天线增益Gs,馈线损耗Lks,接收电平Pr,空间传输损耗L0,Pr=(Pf+Gf+Gs)-(L0+Lkf+Lks)有效路径损耗EdOPL=(L0+Lkf+Lks)-(Gf+Gs),问题的关键在于L0采用什么传播模型计算,54,直放站服务链路预算：根据COST231-Hata模型对服务链路预算计算结果见下面表格：,郊区环境链路预测 基础数据：直放站服务天线挂高40m；手机高度1.5m；直放站下行输出功率33dBm；直放站服务天线馈线损耗5dB；直放站服务天线增益14dBi；手机天线增益0dBi;手机话音业务发信功率21dBm

22、，数据业务发信功率24dBm；,55,56,表中数据说明：使用COST231-Hata模型计算的郊区环境覆盖预测，覆盖距离仅1公里，距离继续增大，手机接收电平仍在灵敏度范围之内，但直放站MS端接收手机信号电平已低于直放站接收门限；如果使用同一模型计算的农村环境覆盖结果要好于郊区环境；如果使用自由空间传播模型，覆盖效果将更好，到底使用哪种模型，需要通过现场勘测来确定；由于上行受限，直放站下行输出功率没有必要太高；,57,直放站施主链路预算：根据前述说明，直放站施主链路预算可以按自由空间传播模型计算。,基站天线增益17dBi基站天线赋形增益8dBi（对业务信道）直放站施主天线增益8dBi馈线损耗：

23、基站不考虑馈线损耗，直放站施主馈线按5dB损耗计算。基站单载波发信功率30dBm,58,59,表中数据说明：施主链路预算时是按自由空间传播模型考虑的，原因是，施主天线通常使用定向天线，与基站之间应该是可视通信；下行接收电平与链路距离有关，直放站施主天线应尽可能使用高增益天线；施主链路上行发信功率不需要很高，因为基站接收灵敏度较高。,60,九、关于TD-SCDMA室内覆盖电路设计,根据室内传播模型计算室内天线覆盖能力,3.2,3,3,2.8,n,95.4,91,90,81,30,89.7,85.5,84.5,76,20,80.1,76.5,75.5,67.5,10,传输损耗（dB）,d(米）,4

24、0.1,38.5,37.5,31.5,2400MHz,2000MHz,1800MHz,900MHz,L(1米）,2G与3G室内传输损耗的计算：,61,经验公式推导传播损耗时应考虑会有误差,1、在室内环境中不同的地点测量时尽管距离相同会得出不同的结果。这是因为不同的环境结构和不同的物理特性使得传播路径各不相同而引起的。2 空间衰落效应：通过观察可知道收发信机在空间中的坐标发生微小的变化（波长的几分之几），就可导致接收功率发生明显的变化（10dB范围）。当电波经过“寂静区”时就发生传播路径间相消干扰，接收机功率减小；而当经过相长干扰区时接收机功率增加。波峰和波谷分别在半波长处，这种现象叫快衰落。这

25、种自然现象可描述成信号功率在空间上围绕一平均值上下波动，即围绕某一值的统计分布。3 时间衰落效应：当接收机和发射机的位置在空间上不变时，接收信号就会随时间而发生变化。此波动有一个典型的时间常数叫人工时间常数，即由于人为的运动自然环境的动态变化而引起。人为的运动影响了传播路径和传播损耗。,62,信号源和室内分布系统的考虑,室内覆盖系统主要由信号源和室内分布系统两部分组成。3G室内覆盖系统的信号源主要有宏蜂窝加RRU、微蜂窝、直放站几种方式。在选取室内覆盖系统信源时，需从容量及覆盖两方面考虑，选取时遵循如下原则：对于低话务密度、小规模覆盖且较为封闭的场景，优先选用直放站作为信号源(可充分利用室外宏

26、基站的容量)对于中等话务密度和中等覆盖规模的场景，优先选用微蜂窝作为信号源；对于高话务密度和大覆盖规模的场景，优先选用宏基站+RRU作为信号源(单个RRU的容量与单个宏小区的容量等同)。,63,在进行室内分布系统建设时，如果已有2G室内分布系统，应优先考虑2G/3G之间共用室内分布系统。对3G室内分布系统来讲，与GSM共用是简单、有效而且经济、快速的建设方案，但是需考虑一些具体问题。,64,(1)有源设备如何合路 目前已建成的覆盖系统，无源分布工作频段大部分涵盖了8002500MHz，无需再改动。增加3G在信号源部分使用双频或多频合路器对信号合路后(对于下行是合路，对于上行是分路)送到分布系统

27、即可完成。对于大的楼宇，信号在传输和分配过程中，信号低到一定程度需要使用干线放大器对信号进行放大，这时就需要使用双频或多频合路器把信号分开(对于下行是分路，对于上行是合路)，通过各自的放大器进行信号放大，然后再通过双频或多频合路器进行合路(对于下行是合路，对于上行是分路)。,65,(2)对原有系统覆盖的影响 在已有的覆盖系统上增加新的系统对其覆盖的影响主要表现在使原系统的发射功率降低。无论2G信号源或是干线放大器，在增加新的系统前输出都是直接接入分布系统，而增加新的系统后有源设备的输出必须通过一个双频或多频合路器才能接入系统。而双频或多频合路器都有插入损耗，从而使2G有源设备的有效输出功率降低

28、。双频或多频合路器的插入损耗除与制造工艺、技术有关外，还和频带间隔带宽、工作频带的宽度、接口之间隔离度的要求有关。,66,(3)功率匹配问题 在实际应用中，多系统共用一个分布系统的最大问题是功率匹配问题：包括信号源输出功率匹配；不同频段的信号在分布系统中传输损耗不同而产生的影响；边缘覆盖场强的不同要求；不同频段的无线电波在空中损耗不同而产生的影响等。都需设计人员根据运营商不同要求和各楼的实际情况综合考虑。,67,(4)多系统共用分布系统的干扰问题 2G、小灵通、3G和WLAN共用一个分布系统，相互之间会产生干扰。各个系统的有源设备在发射有用信号的同时，在工作频带外还会产生杂散、谐波、互调等无用

29、信号，这些信号落到其它系统的工作频带内，就会对其它系统形成干扰。有源设备产生的带外杂散、谐波、互调等无用信号的大小除和设备本身的质量有关以外，主要与两个因素有关，即自身输出功率(自身输出功率越大，无用信号的输出越大)和偏离工作带宽的程度(离工作带宽越远，无用信号越小)。系统对外来干扰的承受能力也和两个因素有关，即本身信号强度(信号越强受干扰的机会越小)干扰信号的大小(干扰信号电平越小，信号受干扰程度越低)。可通过不同系统的空间隔离、降低干扰源的发射功率等方式减少干扰。在发送端或接收端增加滤波器也能有效减少系统间的干扰。另外选用射频性能优良的发射机、接收机及后期网络优化等也是降低干扰的有效手段。

30、,68,TD-SCDMA系统干放使用的场合大体有两种：一种场合是大型建筑物内单纯使用信号源满足不了覆盖要求，需要使用干放来解决总体覆盖的场合，另一种情况是室内部分区域分布系统末稍电平太低，使用干放作为覆盖的补充。根据2G系统干放工程实践，以及考虑多系统共用分布系统的现实需求，由干放应用案例可以说明其施主侧下行输入电平基本是选择在-100dBm左右，对于TD-SCDMA系统而言，无论用于室内分布系统的信号源是微基站还是直放站，其信源输出功率在三载波工作时一个载波基本为30dBm，因此，我们选择的干放施主链路路径损耗对三载波系统应该是3040dB。,69,70,71,72,十、工程测试,覆盖效果测试RSCP(接收码功率）测试室外泄漏测试业务测试AMR 12.2kbps CS64kbps PS64kbps PS128kbps PS384kbps接通率测试数据吞吐量测试,73,开机接入时延测试不同业务切换测试硬切换/接力切换容量测试同步灵敏度测试对源基站影响测试RTWP(接收总宽带功率）测试对噪底的影响对源基站容量的影响对源基站覆盖区距离 的影响,74,学习工程知识，培养复合性技能,2007年1月,