CDMA链路预算
★CDMA接收机性能指标Eb／No及其他一些参数的认识和比较
CDMA接收机性能指标Eb／No及其他一些参数的认识和比较金亮(上海邮电设计院3G分院上海200092)l 引言接收机的设备性能取值是链路预算中的一个重要参数，其指标的差异直接影响无线网络的性能。
在网络规划中，接收机性能主要通过接收机灵敏度来衡量，接收机灵敏度是指在确保一定质量要求的情况下，接收机输入端所需的最小信号强度。
针对移动通信系统，接收机灵敏度可以由下式决定：接收机灵敏度(dBm)=KBT(dBm)+NF(dB)+S_req (1)其中：KBT为带宽内接收机底部噪声功率。
K是波尔兹曼常数，T为绝对温度值，B为接收信号带宽；NF(Noise Figure)为噪声系数。
他定义为接收机输入信噪比和输出信噪比之比；Sreq为接收机的解调门限。
从式中可以看出，一定质量要求下的接收机解调性能和接收机的噪声系数是接收机性能的两个重要指标。
在(3SM系统中，接收机的解调性能表现为对信噪比(SNR)的要求。
SNR反映出有用信号的抗干扰能力，当信噪比满足一定条件的情况下，接收机就能解调出有用信号。
而对于普遍采用CDMA的3G系统来说，有用信号往往是"淹没"在噪声中传播的，这时信噪比就不能充分地反映出信号的质量，其解调门限由信号的每比特能量与噪声功率谱之比(Eb/No)以及CDMA信号的处理增益决定。
2 Kb/No解析解调门限Eb/No是每比特能量和噪声功率谱密度之比，通过图1可以更好地解释Eb/No的具体含义。
图中Ec为码片能量，Rc为码片速率，Eb为数据比特能量，Rb为数据比特速率，No为除去有用信号后的其他干扰信号谱密度。
在接收机处接收到的信号E被淹没在噪声信号No中，接收机通过解调等过程得到信息比特，有用信号的数据比特能量是由码片能量Ec累加还原得到，如果数据比特速率(或数据带宽)为Rb，码片速率为Rc(等于工作带宽W)，一个数据比特包含的码片数则为Rc/Rb，那么解调后每一个数据比特的能量为Eb=Ec×Rc/Rb，如果数据信号功率用S表示，则S=Eb×Rb=Ec×Gp×Rb=Ec×Rc，因此Eb可以视为信号功率谱密度。
CDMA链路预算及容量计算(CLL)
50%
域 40% 30% 20%
0.675
-105 + 5.4 = -99.6 dBm
10%
0% -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
设计的中值电平强度须设定为-99.6 dBm
概率密度 0.6755.4 dB
正态分布
75%
- 105 dBm 8dB
149.67
建筑物穿透损耗（dB） 上行链路损耗 基站天线高度（m） 移动台高度（m） 射频中心频率（MHz） Hata模型地形修正 1km损耗A（dB） 斜率B 基站半径R（km）
CDMA链路预算及容量计算
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1
课程内容
➢ CDMA链路预算
链路预算基本概念 IS95反向链路预算 CDMA2000 1x反向链路预算
CDMA容量计算
h
2
什么是链路预算
➢ 根据无线空间传播模型，为满足解调要求所需接收功率,计 算从发射端到接收端之间允许的最大路径损耗，确定小区覆 盖半径的过程。
➢ 对一条通信链路中的各种损耗和增益的核算。
在容量分布相对分散且较开阔区域，天线高度相 对高些，以覆盖较大的区域。
天线高度取值如下：密集城区 30米；城区 40米； 郊区和农村 50米。
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21
cdma2000 1x系统800M反向链路预算
传播环境 业务类型 业务速率（kb p s ） 手机标称发射功率(dBm) 手机天线增益(dBi) 人体/车损耗（dB） 手机ERP（dBm) 基站天线增益(dBi) 基站跳线损耗(dB) 基站馈缆损耗(dB/100米) 基站馈缆长度(米） 其它损耗估计(dB) 基站天馈损耗(dB) 热噪声谱密度(dBm/Hz) 噪声系数（dB） 数据速率(b p s )
链路预算(TD-SCDMA)
PS 64k, 3km/h 64 24 0 0 24
PS 128k, 3km/h 128 24 0 0 24
PS 384k, 3km/h 384 24 0 0 24
接收机（基站）
热噪声密度(dBm/Hz) 基站接收机噪声系数/dB 接收机噪声密度/(dBm/Hz) 接收机噪声功率/dBm 干扰余量/dB 总有效噪声＋干扰/dBm 处理增益/dB 所需(Eb/No)/dB 接收机灵敏度/dBm 基站天线增益/dBi 单天线增益/dBi 赋形增益/dBi 基站中的电缆损耗/dB 快衰落余量/dB 最大路径损耗/dB 覆盖概率(%) 对数正态衰落余量/dB 室外车内损耗/dB 室内穿透损耗/dB ①室外小区范围内允许的传播损耗/dB ②室外、车内小区范围内允许的传播损耗 /dB e f g=e+f h=g+10log(1280000) i j=h+ⅰ k l m=l-k+j n=n1+n2 n1 n2 o p q=d-m+n-o-p r t y U1=q-r U2=U1-t -174 5 -169 -108 3 -105 9 5 -108 22 15 7 2 0 146 95 10 5 20 136.00 131.00 -174 5 -169 -108 3 -105 9 5 -108 22 15 7 2 0 146 95 10 5 20 136.00 131.00 -174 5 -169 -108 3 -105 3 3 -104 22 15 7 2 0 145 80 5 5 20 140.00 135.00 -174 5 -169 -108 3 -105 3 3 -104 22 15 7 2 0 148 80 5 5 20 143.00 138.00 -174 5 -169 -108 3 -105 0 3 -101 22 15 7 2 0 145 80 5 5 20 140.00 135.00 -174 5 -169 -108 3 -105 3 3 -104 22 15 7 2 0 148 80 5 5 20 143.00 138.00
第三代移动通信无线直放站链路预算
第三代移动通信无线直放站链路预算摘 要：针对第三代移动通信制式之一的WCDMA 数字移动通信网中直放站的引入对系统产生噪声，引起基站或直放站接收机灵敏度下降，可通过调整直放站的上行增益G Rep 来控制噪声增加量，以便达到所需的覆盖半径。
关键词：WCDMA 、业务速率、E b /N O 、灵敏度、直放站、噪声、覆盖。
一、 前言第三代移动通信可以归纳为3种制式：一是WCDMA 、二是CDMA2000-1XEV ，三是TD-SCDMA ，在我国这三种制式均有可能得到应用。
本文仅重点介绍WCDMA 移动通信无线直放站链路预算时所涉及到的不同业务速率在不同电磁环境下对应不同E b /N O 值，从而计算出不同的信道容量和接收机灵敏度。
由于直放站引入将会转移基站的覆盖区域，系统组成如下图，可分为下行施主链路和下行覆盖链路以及上行施主链路和上行覆盖链路。
图1 无线直放站传输链路示意图根据理论分析，直放站引入仅对上行基站或直放站接收机产生噪声增量，影响上行覆盖半径。
二、 CDMA 上、下行E b /N O 不同速率的目标值为了求出WCDMA 容量和接收机灵敏度必须知道在一定的Ber 、数据速率和传播条件下所对应的E b /N O 值。
依据ETSI Simulation:SMG2-351/98提供的数据，列表如下：M施主链路覆盖链路BTS用户1. 下行Ber=10-6，E b /N O 目标值注：上表中E b /N O,是信噪比，E b 是数据信号单个比特的能量，N O 是每Hz 的噪声功率。
2. 上行Ber=10-6，E b /N O 目标值三、 WCDMA 上、下行不同速率的容量计算a) 下行容量计算下行容量计算公式N P （DL ）=1+[（ ）— ] 式（1）式中：N P （DL ）——下行极限容量G P ——处理增益W/R ——W 为带宽 3.84MHz ， R 为数据速率 n/ s ——为信噪比，当 s / n =3 dB 时，n/ s=-0.5（线性） α——下行正交因子为0.6 η——小区干扰系数为0.625 b) 上行容量计算E b /N o GP s n 1N P （UL ）=1+[（ ）— ] 式（2） c) 上、下行实际容量计算N a = N p ×扇区负荷×扇区效率 式（3）i.下行用户容量N a 的计算是指单载频，多扇区情况下，每扇区同时提供用户数。
卫星链路计算公式
卫星链路计算公式
1.链路预算
链路预算是用于确定卫星链路的信号强度和传输损耗的公式。
它用于计算链路损耗、可用信号功率和接收信噪比等参数。
链路预算公式通常由以下几个部分组成：发射端天线增益、发射机功率、传输路线损耗、接收端天线增益、接收机灵敏度和链路容量等。
链路预算的目的是确定链路的可靠性和传输性能。
2.接收信噪比计算公式
接收信噪比是用于评估卫星链路接收端性能的指标。
接收信噪比计算公式通常由以下几个参数组成：信号功率、噪声功率和信道带宽。
接收信噪比公式可以用于确定链路的接收能力和系统的传输性能。
3.系统容量计算公式
系统容量是用于评估卫星通信系统吞吐量的指标。
系统容量计算公式通常由以下几个参数组成：带宽、调制方式、编码方式和误码率。
系统容量的计算公式可以用于确定链路的传输容量和系统的传输性能。
4.链路可靠性计算公式
链路可靠性是用于评估卫星链路稳定性和可靠性的指标。
链路可靠性计算公式通常由以下几个参数组成：链路错误率、链路间隔、链路失效概率和故障修复时间。
链路可靠性的计算公式可以用于确定链路的稳定性和系统的可靠性。
5.链路质量计算公式
链路质量是用于评估卫星链路传输质量的指标。
链路质量计算公式通常由以下几个参数组成：误码率、帧错误率、比特错误率和信号失真度。
链路质量的计算公式可以用于确定链路的传输质量和系统的性能。
需要注意的是，卫星链路计算公式的具体形式和参数可能会因具体的应用场景和卫星通信系统而有所不同。
因此，使用者在进行卫星链路计算时应根据具体情况选择适当的计算公式，并结合实际数据进行计算。
WCDMA链路预算及容量估算
UE发送端
链路预算时，一般语音业务取 21dBm；数据业务 取 24dBm。但有时都取21dBm。
6
接收机灵敏度
接收机灵敏度 ：灵敏度是接收微弱讯号的能力，接收机灵 敏度与信号频率，S/N和调制模式相关。 S_BS = Eb/No + 10lg(Rb) + KT + NF_BS －Eb/No 基站接收机解调门限。通过链路仿真和实测得到。 与业务类型、传播环境、接收机解调性能，配置条件（收分 集、功控、软切换）相关。 －Rb 数据数率 －KT热噪声密度，常温下等于 －174dBm/Hz －NF_BS 接收机噪声系数
一般取-174dBm/Hz
11
噪声系数
噪声系数和噪声指数
接收机的噪声指数是接收机在处理当中引入的 噪声，等于输入端信噪比与输出端信噪比之比。
Ｆ=（Si / Ni）／（So / No） ＮＦ＝10 logＦ
基站：3～5dB 手机：7～8dB
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干扰余量
干扰余量（干扰储备，Noise Rise Limit）
15
无线传播中的损耗（3）
穿透损耗
建筑物的贯穿损耗是指电波通过建筑物的外层结构时所受 到的衰减，它等于建筑物外与建筑物内的场强中值之差。 一般在10 – 20 dB，它和建筑物材质、厚度有关。
16
阴影衰落余量
阴影衰落余量（fading margin）
为了保证基站以一定的概率覆盖小区边缘，基站必须预留一定的发 射功率以克服阴影衰落，这些预留的功率就是衰落裕量。
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功控余量分析分析
功控余量（快衰落余量）
用于抵抗快衰落（瑞利衰落）的功控波动范围 。步行 条件下，2.0--5.0dB 。高速移动条件下，快速功控 余量近为 0dB
链路预算
WCDMA网络的业务量是非对称的，即网络上行和下行链路的数据传输量不相同。在进行网络规划时，必须先计算两个不同方向的值。WCDMA网络的典型表现就是：上行链路是受覆盖限制的，而下行链路是受容量限制的。
5.1 重要概念
1. 处理增益
处理增益在数值上等于扩频带宽与数据速率的比值，它表示经过解调后，用户信噪比可增加的倍数。WCDMA扩频后的带宽是5MHz。
5.3.2 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）；
–建筑物穿透损耗与建筑物类型有关。例如，密集城区建筑物穿透损耗典型值 20dB，郊区 10dB，车内 10dB。
14. 人体损耗（Lb）
–对于手持移动台，需要考虑人体穿透损耗的影响；
–人体损耗典型值 3dB；
–数据终端由于使用方式不同，可以不考虑人体损耗影响。
2. UE 最大发射功率（Pout_UE）
–25.101 规定了 4 个功率等级的 UE；
–链路预算时，假设语音业务 UE 最大发射功率 21dBm；数据业务 UE 最大发射功率 24dBm。
3. 快速功控余量 （Mpc）与最大发射功率
–快速功控能够对抗低速移动（< 50km/h）条件下快衰落的影响，从而降低衰落信道条件下解调所需 Eb/No 要求；
–链路预算中使用理想功控条件下解调门限进行计算。实际工作中，由于最大发射功率限制，解调性能会恶化；
链路预算公式与说明
表示10Log X 斜体 表示10X/10c=2.998e8 光速地球赤道半径 h=35793km 卫星离地面高度K=1.38×10-23J/K 波尔兹曼常数 为单位面积理想天线增益G 0Noise(K)=290×[Noise(dB)-1]D =()()f cos 222e e e e R h R h R R +-++ 天线与卫星的距离 Free space loss =32.4+20Log(D ×f ) 自由空间传输损耗（注：D 单位km ；f 单位MHz ）Symbol rate =Date rate /（M ×FEC code rate ） 符号率(MBaud)占用带宽(MHz) Spread factor=1.2噪声带宽(dB.Hz)Allocated transponder bandwidth = (Symbol rate ×Carrier spacing factor )+ Bandwidth allocation step size转发器分配带宽(MHz) 上行链路功放功率与天线选择：EIRP US = Free space loss U + Atmospheric absorption U + Tropospheric scintillation fading U +Mispoint loss U +SFD 上行饱和等效全向辐射功率dBWEIPR U = EIRP US -IBO载波在卫星天线口面上的通量密度dBW(PFD)Total HPA power required= EIRP U - Antenna gain - (Coupling loss)U 所需功放功率W （也可以固定功率来确定天线尺寸）(C/N 0)U =EIRPU -( Free space loss U + Atmospheric absorption U + Tropospheric scintillation fading U +Mispoint lossU (G/T)S(C/N)U = (C/N=SFD IBO (G/T)S - Noise bandwidthAntenna efficiency =Antenna gain ×c 2/(πRf)2 天线增益效率（注：c 单位m ；f 单位Hz ；R 单位m ）Antenna noise =⎰⎰πππ200sin ),(),(41f q q f q f q d d T R =⎰⎰Ωπ42),(),(1d A T B f q f q λ 以波长为单位，天线有效面积为权重的亮温度对全天空的积分≈15×Antenna efficiency+(1-Antenna efficiency )×[15×sin θ/(cos θ+sin θ)+(140+θ)×cos θ/(cos θ+sin θ)]G/T= Antenna gainEIRP D = EIRP S -OBO(C/No)D =EIRP D –(Free space loss D + Atmospheric absorption D + Tropospheric scintillation fading D + Mispoint loss D G/T(C/N)D =(C/No)D -Noise bandwidth=EIRP D –(Free space loss D + Atmospheric absorption D + Tropospheric scintillation fading D + Mispoint loss D G/T -Noise bandwidthC/(N+I)C/(N+I) = C/(No+Io) - Noise bandwidthEb/(No+Io)频谱仪读到的MARKE DELTA= C/(N+I) +1=(C+N+I)/(N+I)Es/N 0一、转发器参数SFD、G/T、EIRP、载波输入回退CIBO(Carrier InputBackoff)和载波输出回退COBO(Carrier Output Backoff)G/T 被称为figure of merit，即接收系统的品质因素。
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本课程重点
链路预算基本概念 CDMA 2000 1X反向链路预算 CDMA 2000 1X前向链路预算
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提 纲
链路预算基本概念 CDMA2000反向链路预算 CDMA2000反向链路预算 CDMA2000前向链路预算 CDMA2000前向链路预算
0, 2, 3, 5, 7, and 9 B 5
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链路预算说明(5)
干扰裕量
该值的大小与负载有关. 公式为: 干扰裕量 = -10log10 (1 系统负载 ) 在CDMA 2000 1X系统中,负载因子取75%.
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链路预算说明(1)
业务速率:
用于表示系统所能支持的语音业务和数据业务比特速率,目前CDMA2000 1X系统 采用的无线配置(Radio Configuration)是RC3,因此反向链路所支持的比特速 率为9.6kbps,19.2kbps,38.4kbps,76.8kbps,153.6kbps
建筑物穿透损耗典型值
? ?
密集城区
25 dB 20 dB 15 dB 6 dB 0 dB
?
城区 郊区 乡村 开阔地
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衰落裕量
设小区边缘至少 75%的区域(小区内90%) 100% 90% 能够可靠接收到-105dBm的电平. 80% 70% 标准偏差取值为8dB. 区 60% 50% 查图表得0.675处的概率可以达到75% 域 40% 30% 20% 0.675 x 8 = 5.4 dB -105 + 5.4 = -99.6 dBm 设计的中值电平强度须设定为-99.6 dBm
]dx
RSSI
- 105 dBm
σ=8dB
90%
-99.6dBm
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提 纲
链路预算基本概念 CDMA2000反向链路预算 CDMA2000反向链路预算
CDMA2000前向链路预算 CDMA2000前向链路预算
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CDMA 链路预算
主讲人:作者 主讲人:作者
中兴通讯CDMA事业部网规仿真部 中兴通讯CDMA事业部网规仿真部 Mobile: Mobile: E-mail: E-mail:
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下行链路
上行链路
裕量:衰落裕量,干扰裕 裕量:衰落裕量,干扰裕 量,穿透损耗… 量,穿透损耗…
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发射端
发射机EIRP(dBm) = 发射机功率(dBm) + 发射机天线增益(dBi ) 电缆(或人体)损耗(dB)
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MS最大发射功率
通常CDMA手机的最大发射功率为0.2W,即23dBm
MS天线增益
通常CDMA手机的天线增益为0,使用室内或室外天线的固定台有对应的增益
人体损耗
通常情况下人体损耗取值为3dB,但对于固定台或数据业务,可以认为移动台距人 体较远,人体损耗值可以取为0dB
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概率密度 0.675σ=5.4 dΒ 正态分布
累积正态概率分布
75%
0.675σ
0.5 1 1.5 2 2.5 3
10% 0% -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0
与中值信号强度m的偏差
∞
Px 0 = P [ x ≥ x 0 ] =
75%
x0
∫
1 σ 2π
exp
[
( xm )2 2σ
2
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CDMA 2000 1X系统 800M反向链路预算
数据业务
业务速率(kbps) MS 最大发射功率(dBm) MS 天线增益(dBi) 人体损耗(dB) MS 有效全向发射功率(dBm) BS 天线增益(dBi) 基站跳线损耗(dB) 基站馈缆损耗(dB/100m) 基站馈缆长度(m) 其它损耗估计(dB) 基站天馈损耗(dB) 热噪声谱密度(dBm/Hz) 噪声系数(dB) FER(%) Eb/No(dB) 基站灵敏度(dBm) 负载(*100%) 干扰裕量(dB) 软切换增益(dB) 正态衰落方差(dB) 覆盖区边缘的通信概率(*100%) 正态衰落裕量(dB) 最大允许的空间损耗(dB) 建筑物穿透损耗(dB) 上行链路损耗(dB) 基站天线高度(m) 移动台高度(m) 射频中心频率(MHz) Hata 模型地形修正(dB) 1km 损耗A(dB) 斜率B 覆盖半径(km) 153.6 23 0 0 23 15.7 0.4 4 40 1 3 -174 4.2 5 0.49 -117.45 0.75 6.02 3.7 8 0.75 5.40 145.43 20 125.43 40 1.5 825 0 123.70 34.41 1.12 76.8 23 0 0 23 15.7 0.4 4 40 1 3 -174 4.2 5 0.96 -119.99 0.75 6.02 3.7 8 0.75 5.40 147.97 20 127.97 40 1.5 825 0 123.70 34.41 1.33 38.4 23 0 0 23 15.7 0.4 4 40 1 3 -174 4.2 5 1.56 -122.40 0.75 6.02 3.7 8 0.75 5.40 150.38 20 130.38 40 1.5 825 0 123.70 34.41 1.56 19.2 23 0 0 23 15.7 0.4 4 40 1 3 -174 4.2 5 2.40 -124.57 0.75 6.02 3.7 8 0.75 5.40 152.55 20 132.55 40 1.5 825 0 123.70 34.41 1.81 9.6 23 0 0 23 15.7 0.4 4 40 1 3 -174 4.2 5 3.50 -126.48 0.75 6.02 3.7 8 0.75 5.40 154.46 20 134.46 40 1.5 825 0 123.70 34.41 2.05
接地卡口 天线 7/16接头 1/2"跳线
1/2"跳线 避雷器
7/8"电缆 接地卡口
机柜
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链路预算说明(4)
Eb/N0
Eb/N0是系统没有带负载时反向链路所要求的解调信噪比值. 在实际的系统中,对于不同的频段,不同的无线环境,不同的终端特性,不同的无 线配置(RC),不同的误帧率,所要求的Eb/N0值是不一样的. 最小测试标准给出了各种情况下一高一低FER下的解调性能Eb/N0值,如果要得到 其它FER下的Eb/N0值,需要通过插值算法计算出来. 下表摘自标准的部分内容:
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无线链路组成
发信机 传输线 天线 功率输出 传输线损耗 增益
路径损耗 裕量 天线 传输线 接收机
增益 传输线损耗 灵敏度
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链路预算模型
移动台 馈线损耗 天线增益 路径损耗 裕量 天线增益 馈线损耗 基站
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接收端
接收机灵敏度(dBm) = 干扰噪声谱密度(dBm / Hz ) + ( Eb / No)req(dB) + 数据速率(dB Hz )
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穿透损耗
建筑物穿透 汽车穿透
主要机制: 衍射,折射 计算方法: 统计
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链路预算说明(9)
数据速率
在相同环境下,传送数据业务速率越高,1X系统所能提供的覆盖半径越小 与话音业务相比较,高速数据业务的覆盖半径较话音业务小,但一般情况下, 尤其是市区环境,往往容量受限,故目前基站的实际覆盖半径通常小于预算半 径,因此这时1X系统提供的数据业务覆盖半径也能做到接近基站的实际覆盖半径
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什么是链路预算
在保证服务质量的前提下,确定基站 和终端之间的无线链路所能允许的最 大路径损耗.
Hata Hata Cost231 Cost231 校正模型 校正模型 … …
建筑
通过传播模型来预测覆盖半径.
计算出满足覆盖所需扇区数目.
Prel ρ σ=8dB 软切换增益(dB) 0.75 0.9 0.95 0.98 0.5 0.5 0.5 0.5 3.7 4.09 4.2 4.67
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链路预算说明(7)