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？


　　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。更高的工作頻率會帶來更強更快的信號衰落，在相同的移動環(huán)境下，多普勒效應(yīng)除與終端及傳播路徑上物體的移動速度有關(guān)外，還與載波頻率有關(guān)，頻段提高會導(dǎo)致多普勒頻率擴展增大，信號衰落周期減小。


　　2．工作帶寬1.25MHz～5MHz


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


　　帶寬的增加使系統(tǒng)的時間分辨能力增強，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接收機等技術(shù)進行分集接收，克服衰落影響。


　　Q:無線信道的實地測量工作對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)上進行的，這可以對3G系統(tǒng)工作的無線信道環(huán)境有一個基本了解。為了進一步驗證這些分析的結(jié)論，研究人員對3G系統(tǒng)無線信道環(huán)境還需進行大量實地測量。


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)先定義好的符號組成。通過對該序列進行滑動，可以得到無線信道的瞬時時延功率譜、多普勒頻譜、平均信號強度等多組參數(shù)，這些參數(shù)對進一步分析、修正信道模型和優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計都非常重要。


　　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)計和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化有影響。


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


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


　　（2）多徑數(shù)目增多后使信號能量分散在各條多徑上，對每條多徑的信道估計準(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，可以避免進入深衰落，同時RAKE接收機作用更加顯著；


　　（2）多普勒頻率擴展加大，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域分集效果。這個現(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，時延擴展加大，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）的性能進行評估，可能不完全反應(yīng)該設(shè)備在實際應(yīng)用中的情況。因此，應(yīng)該在對大量實地測量數(shù)據(jù)進行分析的基礎(chǔ)上，研究新的信道模型或采用現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，使設(shè)備評估更接近3G系統(tǒng)運行時的實際情況。


　　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，主要進行鄰頻干擾和場強覆蓋測試。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將使單個基站的覆蓋范圍縮小，基站密度增大。同時，多徑數(shù)目增多，多普勒頻率擴展增大帶來的快衰落效應(yīng)明顯，信道估計難度增加，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，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，但接收場強符合覆蓋要求時，可以考慮對多徑延時功率譜進行連續(xù)的監(jiān)測，判斷是否是因為多徑數(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)增加對多徑時延功率譜和多普勒譜的分析，因為其擴頻增益較小，對信道特性較敏感。


　　總之，在第三代移動通信系統(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，通過實際測量和進一步的理論分析，給出更符合實際的無線信道模型，對系統(tǒng)設(shè)計與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供可靠的支持。




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