CDMAPN算法.docx
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CDMAPN算法
PN规划算法
摘要:
本文主要介绍了PN规划的原理,并结合联通PN规划的要求提出了相应的PN规划的算法。
关键词:
PN规划,邻区,复用距离,码片
1.前言
CDMA系统是采用比值为1的频率复用方式,通过导频的不同相位来区分不同的基站(或者扇区),即在上下行链路上的每一个逻辑信道与相同的配置给特殊基站(或者扇区)的码序列相乘。
这样避免了GSM系统那样复杂的频率规划,但是却可能由于传播时延(邻PN-Offset干扰)和导频偏置复用距离不够(同PN-Offset干扰),使得一些非相关的导频信号看起来一样。
邻近的PN-Offset干扰是影响宏小区基站覆盖的主要因素,而相同PN-Offset干扰是影响微小区基站覆盖的主要因素。
因此,PN码序列偏置规划是CDMA系统特有的问题。
2.基础理论
相同的PN码序列偏置
2.1.1保证非理想指峰不出现在激活集搜索窗中
假设两个基站正在使用相同的PN码序列(即有相同PN偏置的PN码序列),那么这两个基站之间所必须的最小距离是多少呢图显示了这种情况。
X个码片Y个码片
基站
移动台
PN1=PN2
图有相同PN偏置码序列的PN偏置规划所显示的情况
在图中,移动台位于蜂窝2的边缘,并且基站2为这个移动台服务。
在移动台和基站2之间的距离而造成的传输时延是Y个码片。
而在移动台和基站1之间的距离而造成的传输时延是X个码片。
基站1是由PN码序列1定义的,而基站2是由PN码序列2定义的。
在这个说明中,PN码序列有相同的PILOT_PN,或者是相同的PN偏置。
图显示了时域中的PN码序列。
X
发射PN1
接收PN1
Y
发射PN2
接收PN2
SRCH_WIN_A
W/2
图在时域中的PN码序列,对图中情况的相应说明
当不同的基站发射PN码序列(PN1)和PN码序列(PN2)时,当它们被排列成一行。
但是,在被移动台接收之前,PN码序列1延迟了X个码片,而PN码序列延迟了Y个码片。
移动台使用搜索窗口SRCH_WIN_A来截获和接收经历了传输延迟的导频信号。
注意SRCH_WIN_A是始终在最早到达导频的中央。
当前移动台正在由基站2服务。
如图所示,假如接收到的PN码序列1落入了移动台的SRCH_WIN_A之中,被移动台截获的信号而成为PN码序列2的一个多径分量。
然后移动台将在SRCH_WIN_A之中解调两个导频信号并且对它们进行组合尝试。
结果由于这两个信号没有相同的信息内容就出现了干扰。
在这种情况下,PN码序列1被认为是PN码序列2的别名干扰(即移动台错误的认为接收到的PN码序列1是PN码序列2的多径分量)。
为了避免PN码序列的别名干扰,延迟X对于PN1必须足够的大以落到SRCH_WIN_A的外面。
换句话讲,X必须大于Y与W/2之和,其中W是以码片为单位的SRCH_WIN_A的大小。
所以避免PN偏置别名干扰的必要条件是:
X>Y+W/2()
假如我们将Y当做蜂窝2的覆盖半径R(以码片为单位),则我们能够利用()式得:
X-Y>W/2
X-Y+(X+Y)>W/2+(X+Y)
或者
D>W/2+(X+Y)-X+Y
D>W/2+2R
由于一个码片相应的距离为244m,在使用相同PN偏置的两个基站之间物理距离的条件为:
d>244(W/2+2R)=122W+2r
其中d是以m为单位,r是基站2的覆盖半径,以m为单位,W是SRCH_WIN_A的大小,以码片为单位。
注意在时域中的分离不是避免PN偏置别名干扰的唯一办法。
我们也能够使用接收到的导频强度来分离具有相同PN偏置的两个导频。
假如在基站1和移动台之间的路径损耗足够的大,则PN1在到达移动台之前将经历衰减。
因此,即使PN1落入了SRCH_WIN_A之中,PN1只有非常低的导频强度,而导致移动台对于这个码序列没有解调能力。
2..避免在相邻搜索窗中无法区别具有相同偏置的扇区
D表示小区1、3间距(以码片为单位);
d表示小区3(或小区1)与小区2之间的距离;
表示i基站半径;
表示i基站导频相位偏置;
表示i基站到移动台时延;
表示i基站激活集搜索窗单边宽度;
表示基站2的邻近组搜索窗与剩余组搜索窗中的较大值;
表示路径损耗指数;
表示i基站的导频信号的发射功率。
d3
d1d2
ab
r
D21D23
α扇区
小区1小区2小区3
图三扇区满足该准则的模型
为了保证小区2能独立判别移动台送来的导频信号,小区1、3至多有1个位于小区2的移动台的监听距离内,因此,如果该移动台运动到小区2的另一位置时,判别关系也不应改变。
如满足下式可达到上面的要求:
即使
取最小值时该式也必须满足,此时移动台位于小区2的边缘,且与小区2、3(或1)有直达路径。
,
,上式变为小区1、3中至少有一个到小区2的距离d应大于
当小区1、3的距离满足下式,则这一条件可以保证。
(考虑3基站直线排列的最坏情况)
()
式()是一充分条件,可确保小区1、3离小区2至少为
。
对于相同面积小区,相邻搜索窗大于剩余组搜索窗和活动组搜索窗的典型情况,式()比式()的约束更严。
也即复用距离满足:
()
当窗宽极大时(例如
),采用导频功率表述该准则。
为防止无法分辨,干扰信号应低于检测门限。
即:
或
()
其中
是检测导频载干比
的门限。
令
表示基站到移动台的净损耗(包括阴影衰落和天线增益),则
其中
表示i基站到移动台的距离,
、a=b=1/
、
表示移动台和基站i的阴影衰落,服从对数正态分布。
在上述表达式中,假设移动台在小区2中位置如图所示,则图中的最差情况为:
若移动台位于a点:
则
()
此处
为找到满足上式最差情况下的D值,我们需要知道该不等式右边的最大值。
因x服从对数正态分布,是无界的。
退而求其次,取常数
使之满足:
()
该式表示在90%的时间内x小于
,我们可将
作为最差情况值。
这里的
,
是阴影衰落的标准差。
式()变为
()
对于小区面积相同的系统,导频发射功率是相等的。
因此式()可进一步简化为
()
同理,可计算得到
()
若移动台位于b点:
or
()
由式()、式()、式()说明复用距离满足下式:
邻近的PN码序列偏置
假如两个基站正在使用邻近的PN序列,即由(PILOT_INC×64)码片分离的PN码序列,什么是没有PN偏置别名干扰的必要条件呢图显示了这种情况。
基站1基站2
X个码片Y个码片
基站
移动台
PN1≠PN2
图有邻近PN偏置码序列的PN偏置规划所显示的情况
图显示了时域中的PN码序列。
如图所示,当PN码序列1(PN1)和PN码序列2(PN2)分别由它们的基站发射时没有排列成一行;而是在两个序列之间存在一个码片的相移。
在被移动台接收之前,PN码序列1延迟了X个码片,而PN码序列2延迟了Y个码片。
由于基站2是为移动台服务的,通常SRCH_WIN_A会集中接收PN码序列2(假设这个导频分量是最早到达的多径分量)。
如图所示,假如所接收的PN码序列1没有落入移动台的SRCH_WIN_A中,则信号将被移动台作为PN码序列2的多径分量。
由于PN码序列1别名干扰表面上是在PN码序列2之前到达的,移动台应该将它的SRCH_WIN_A移位以对准PN码序列1并且试图解调以及合并这两个信号。
结果就是造成了别名干扰,而且常常会丢掉一个呼叫。
I
发射PN1
接收PN1
X
Y
发射PN2
接收PN2
SRCH_WIN_A
W/2
图在时域中的PN码序列,对图中情况的对应说明
图显示了为了避免PN偏置的别名干扰,需要采取的下列措施:
X
或者
X+Y D 由于一个码片对应于244m的距离,在使用邻近PN偏置的两个基站之间的物理距离d的条件是: d<244(I-W/2+2R) 或者 d<244I-122W+2r() 其中d是以m为单位;r是基站2的覆盖半径,单位是m;W是SRCH_WIN_A的大小,以码片为单位。 ()式是由I分开的两个邻近PN码序列的之间没有别名干扰的条件。 3PN规划算法 联通PN规划的原则 运营商为了对不同设备供应商服务的所有业务区进行统筹管理,会制定统一的PN规划要求。 实际网络规划时,在运营商PN规划要求的基础上,根据网络规划的需求适当调整。 联通在一期网络建设时制定了PN规划的标准。 具体的项目可以要求设计院提供相应的标准。 联通一期PN设置要求中PILOT_INC可以为3或4,下面给出了PILOT_INC为3的导频设置要求,一期网络的PN规划大部分基于下面的设置要求作出。 PN_INC 3 小区PN偏置 3 171 339 保留PN偏置 150 318 486 6 174 342 153 321 489 9 177 345 159 327 495 15 183 351 162 330 498 18 186 354 165 333 501 21 189 357 边界PN偏置 12 180 348 27 195 363 24 192 360 30 198 366 36 204 372 33 201 369 48 216 384 39 207 375 60 228 396 42 210 378 72 240 408 45 213 381 84 252 420 51 219 387 96 264 432 54 222 390 108 276 444 57 225 393 120 288 456 63 231 399 132 300 468 66 234 402 144 312 480 69 237 405 156 324 492 75 243 411 168 336 504 78 246 414 81 249 417 252 420 87 255 423 90 258 426 93 261 429 96 264 432 99 267 435 102 270 438 105 273 441 108 276 444 111 279 447 114 282 450 117 285 453 120 288 456 123 291 459 126 294 462 129 297 465 132 300 468 135 303 471 138 306 474 141 309 477 144 312 480 147 315 483 联通的要求中,前面一列PN偏置可以使用,后面的保留PN偏置用作扩容,边界PN偏置考虑到不同业务区可能使用的PILOT_INC不一样,使用3和4的公倍数12的倍数,方便切换。 PN规划算法 3.2.1PN规划总流程 1.这里的各基站参数包括基站经纬度、方向角、下倾角、传播模型、天线挂高、天线类型、定标功率、天馈损耗。 其中传播模型是事先定义好的,每个基站可选择不同的传播模型。 传播模型的内容包括以下几点: K1~K7; 有效高度算法: AbsoluteHeight、AverageHeight、RelativeHeight、SlopeHeight(需配合电子地图使用); 各Clutter高度以及相关的校正因子(需配合电子地图使用); 2.在基站导入时,可以按照不同的地物环境分成不同的phase。 对于每个phase,软件按照不同的地物环境提供一个参考值,用户也可以自己定义一个覆盖半径的裕量值,以弥补没有电子地图带来的计算误差。 该值需要在软件生成后进一步的验证得到。 3.分配PN码时注意第一扇区的PN码最小。 图PN规划算法总的流程图 3.2.2计算基站的覆盖半径 图计算基站的覆盖半径 1.由于目前没有电子地图格式,无法进行电子地图的读取,该步骤可在以后实现; 2.最大路径损耗的计算方法为: =(-1)*(+该基站的最大天线增益(dBi)-基站天馈损耗) 此处的是参考目前部门使用的链路预算表。 3.覆盖半径的计算方法 将计算得到的 乘以该基站的覆盖半径裕量值,就得到基站的覆盖半径。 注意这里d的单位是米。 公式中 的计算均跟电子地图有关系,具体计算方法可参见《接收功率预测算法》。 由于目前还不能读取电子地图,因此将以上三项进行简化: =天线挂高; 均为0; 将计算得到的各基站半径保存起来。 4.路径损耗的计算方法就是计算半径的逆运算,将计算得到的各点的路径值保存起来。 5.接收功率的计算方法 式中Pr是接收天线功率,Pt是基站侧发射功率; 是发射天线增益;L是计算出的总的路径损耗; 是接收天线增益,即移动台天线增益,设为0; 是发射端馈线损耗; 是接收天线损耗,设为0。 将计算得到的各点功率值保存起来。 6.生成基站的覆盖图 设某个点上计算得到接收到的四个基站接收功率分别为 ,其中 最大,则最后生成的覆盖图中显示的接收功率即为 。 3.2.3计算各基站的邻区 图计算基站的邻区 1.当遍历地图某点时,根据前面保存的各点的接收功率值,知道该点能够接收小区A、B、C的信号,则在这一点可记录小区A的邻区包括小区B、小区C。 2.记录各邻区的重叠面积其实就是记录各邻区的重叠次数: 假设当前窗口的共有4个bin,第1个bin能够接收小区A、小区B的信号,第2个bin能够接收A、B、C的信号,第3个bin能够接收B、C的信号,第四个bin能够接收B、C的信号,则小区A与其邻区B的重叠面积为2,与其邻区C的重叠面积为1。 记录各邻区的重叠面积其实就是记录各邻区的重叠次数: 3.出口是指返回到主程序 3.2.4邻区PN规划算法 图邻区PN规划算法 1.计算两个站点之间的距离 已知地球半径R=6378km;第一个站点经度: (单位: 弧度);纬度: (单位: 弧度);第二个站点经度: 经度 (单位: 弧度);纬度 (单位: 弧度),则按照球面坐标到直角坐标的转换关系得到: 于是,A、B两点的距离(当两点距离远小于地球半径时,弦长近似等于弧长) (单位: km) 3.2.5非孤岛站邻区PN复用算法 图非孤岛站PN复用算法 1.PN复用次数越少、PN码越小,该PN的优先级越高,采用该PN码的可能性越高; 2.复用距离的计算方法: 其中D是复用距离; r是当前基站的覆盖半径; 、 分别是待复用基站各小区和当前基站的相应小区沿两个基站连线方向的天线增益; 表示路径损耗指数,即Planet模型中的-(K2/10); 为-19dB,计算时需换算为倍数; = ,此处取 为8dB; 最后的计算公式变为: 3.2.6孤岛站邻区PN复用算法 图孤岛站PN复用算法 复用算法的另一种思路 整个PN规划的思路不变,只是PN复用算法也可以考虑另外一种: 1.标记未分配PN码的基站; 2.计算地图上每个bin中接收到的每个扇区Ec的强度; 3.统计每个Bin上已分配PN码的小区与未分配PN码的小区Ec强度的差值,若在90%(此处的百分比可调整)的Bin上BTSi(已分配)和BTSj(未分配)相应小区的Ec强度差值满足19dB(此处的门限值也可调整)的差值,则BTSj可与BTSi进行PN复用; 4.必然会出现不满足以上情况的基站,此时我们可设置不同的门限值(改变90%或者19dB),将依照不同门限值进行复用的基站的PN用不同的颜色显示,表示这样的复用会产生一些PN混淆,请用户自己手动修改。 该方法的好处在于计算简便,算法实现起来也比较容易;缺点在于与相邻PN算法的判断标准不太一致。
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