無線信道特性對3G系統(tǒng)的影響

　　與2G系統(tǒng)相比，3G全部使用2GHz頻段，采用CDMA技術(shù)的空中接口規(guī)范，占用更寬的帶寬，傳輸信息速率更高。因此，3G面臨的無線環(huán)境也與2G系統(tǒng)有較大的差別，并對3G系統(tǒng)的組網(wǎng)與優(yōu)化帶來影響。清華大學(xué)王京老師在本期“專家答疑”欄目解答了有關(guān)問題。



　　Q:3G系統(tǒng)無線信道有何特點(diǎn)？


　　A:


　　1．工作在2GHz頻段


　　第二代GSM和IS-95 CDMA系統(tǒng)工作分別工作在900MHz和800MHz頻段，而在IMT-2000的規(guī)劃中，3G核心頻段為1885MHz～2025MHz及2110MHz～2200MHz。在信息產(chǎn)業(yè)部已發(fā)布的中國3G頻段劃分規(guī)則中，WCDMA-FDD、CDMA2000和TD-SCDMA三種主要技術(shù)所占用頻段全部集中在2GHz附近。


　　更高的工作頻段意味著路徑損耗變大，在相同的發(fā)射功率條件下傳輸距離大大縮短。此外，由于波長的減小使無線電波繞射和透射能力減弱，因此，陰影衰落的效果也愈加顯著。更高的工作頻率會(huì)帶來更強(qiáng)更快的信號(hào)衰落，在相同的移動(dòng)環(huán)境下，多普勒效應(yīng)除與終端及傳播路徑上物體的移動(dòng)速度有關(guān)外，還與載波頻率有關(guān)，頻段提高會(huì)導(dǎo)致多普勒頻率擴(kuò)展增大，信號(hào)衰落周期減小。


　　2．工作帶寬1.25MHz～5MHz


　　GSM網(wǎng)絡(luò)帶寬只有200KHz，符號(hào)速率270.833Ksps，而3G的信號(hào)帶寬都在1MHz以上。其中單載波占用帶寬最寬的WCDMA-FDD技術(shù)，其單個(gè)通道（即占用5MHz帶寬）碼片速率達(dá)3.84Mcps。


　　帶寬的增加使系統(tǒng)的時(shí)間分辨能力增強(qiáng)，可以檢測到更多的多徑。一方面，多徑數(shù)目增多使碼間串?dāng)_變得明顯，另一方面，在CDMA系統(tǒng)中可以采用RAKE接收機(jī)等技術(shù)進(jìn)行分集接收，克服衰落影響。


　　Q:無線信道的實(shí)地測量工作對3G系統(tǒng)有什么作用？


　　A:對無線信道的分析是在已有實(shí)際測量和分析基礎(chǔ)上，將各種無線信道抽象為模型，然后指導(dǎo)對無線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。上面對3G系統(tǒng)工作的無線信道的定性分析也是在已有模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，這可以對3G系統(tǒng)工作的無線信道環(huán)境有一個(gè)基本了解。為了進(jìn)一步驗(yàn)證這些分析的結(jié)論，研究人員對3G系統(tǒng)無線信道環(huán)境還需進(jìn)行大量實(shí)地測量。


在3G標(biāo)準(zhǔn)中，各主要技術(shù)（包括WCDMA-FDD、CDMA2000和TD-SCDMA）都含有連續(xù)或周期性重復(fù)的導(dǎo)頻序列，該序列由一串預(yù)先定義好的符號(hào)組成。通過對該序列進(jìn)行滑動(dòng)，可以得到無線信道的瞬時(shí)時(shí)延功率譜、多普勒頻譜、平均信號(hào)強(qiáng)度等多組參數(shù)，這些參數(shù)對進(jìn)一步分析、修正信道模型和優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)都非常重要。


　　Q:無線信道特性對3G系統(tǒng)有什么影響？


　　A:無線信道特性對3G系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化有影響。


　　1．對系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響：無線信道特性使3G系統(tǒng)的設(shè)計(jì)面臨一些難題。


　�。�1）可分辨的多徑數(shù)目增多后RAKE接收機(jī)的finger數(shù)目需要增加；


　　（2）多徑數(shù)目增多后使信號(hào)能量分散在各條多徑上，對每條多徑的信道估計(jì)準(zhǔn)確度下降；


　�。�3）衰落速度加快，多徑生滅周期縮短，給系統(tǒng)的多徑跟蹤和信道估計(jì)等算法帶來挑戰(zhàn)。


　　所有這些問題都導(dǎo)致在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，算法變得復(fù)雜，系統(tǒng)軟硬件規(guī)模增加，從而引起硬件成本的增加和功耗的增大。


　　另一方面，無線信道的快速變化也會(huì)給系統(tǒng)性能帶來一些好處，這主要表現(xiàn)為：


　�。�1）系統(tǒng)帶寬增加，使頻域分集的效果提高，可以避免進(jìn)入深衰落，同時(shí)RAKE接收機(jī)作用更加顯著；


　�。�2）多普勒頻率擴(kuò)展加大，衰落加快，使得信道編碼中使用相對較短的交織長度就能獲得更好的時(shí)域分集效果。這個(gè)現(xiàn)象在系統(tǒng)測試中已經(jīng)出現(xiàn)，車速提高到60km/h以上后，誤碼性能會(huì)優(yōu)于低速行駛的情況。


　　與傳統(tǒng)模型相比，無線信道特性有所變化，特別是多徑數(shù)目增多，時(shí)延擴(kuò)展加大，生滅模型變得復(fù)雜，衰落加快，如仍采用傳統(tǒng)的信道模型對通信設(shè)備（包括基站和終端）的性能進(jìn)行評估，可能不完全反應(yīng)該設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中的情況。因此，應(yīng)該在對大量實(shí)地測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，研究新的信道模型或采用現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，使設(shè)備評估更接近3G系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的實(shí)際情況。


　　2．對網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的影響


　　傳統(tǒng)GSM網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化用的路測儀器針對窄帶系統(tǒng)和話音業(yè)務(wù)的無線環(huán)境，主要進(jìn)行鄰頻干擾和場強(qiáng)覆蓋測試。這些測量主要集中在衡量被測位置大尺度衰落的情況（一般由傳播路徑損耗、陰影衰落等因素所影響）。3G系統(tǒng)的無線信道大尺度衰落的增強(qiáng)將使單個(gè)基站的覆蓋范圍縮小，基站密度增大。同時(shí)，多徑數(shù)目增多，多普勒頻率擴(kuò)展增大帶來的快衰落效應(yīng)明顯，信道估計(jì)難度增加，給網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化者又提出了一些新的問題，因此，在考慮大尺度衰落特性的同時(shí)，還應(yīng)該考慮小尺度衰落的影響。如當(dāng)某地區(qū)掉話率高，但接收場強(qiáng)符合覆蓋要求時(shí)，可以考慮對多徑延時(shí)功率譜進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測，判斷是否是因?yàn)槎鄰綌?shù)目眾多，功率分散，多徑變化速度過快而導(dǎo)致的接收質(zhì)量惡化。


　　針對3G系統(tǒng)提供的不同業(yè)務(wù)采取不同的優(yōu)化策略。對于只提供語音業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，由于擴(kuò)頻增益效果顯著，小尺度衰落影響小，可以采用傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法；對于需要提供高速業(yè)務(wù)（如384Kbit/s多媒體業(yè)務(wù)）的網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)增加對多徑時(shí)延功率譜和多普勒譜的分析，因?yàn)槠鋽U(kuò)頻增益較小，對信道特性較敏感。


　　總之，在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用2GHz頻段，帶寬從1.25MHz到5MHz，業(yè)務(wù)從話音到多媒體，信息速率從8kbit/s到2Mbit/s，這些新的變化對傳統(tǒng)的無線信道模型提出挑戰(zhàn)，需要開拓新方法和新思路，通過實(shí)際測量和進(jìn)一步的理論分析，給出更符合實(shí)際的無線信道模型，對系統(tǒng)設(shè)計(jì)與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供可靠的支持。




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