无线信道特性对3G系统的影响

　　与2G系统相比，3G全部使用2GHz频段，采用CDMA技术的空中接口规范，占用更宽的带宽，传输信息速率更高。因此，3G面临的无线环境也与2G系统有较大的差别，并对3G系统的组网与优化带来影响。清华大学王京老师在本期“专家答疑”栏目解答了有关问题。

　　Q:3G系统无线信道有何特点？

　　A:

　　1．工作在2GHz频段

　　第二代GSM和IS-95 CDMA系统工作分别工作在900MHz和800MHz频段，而在IMT-2000的规划中，3G核心频段为1885MHz～2025MHz及2110MHz～2200MHz。在信息产业部已发布的中国3G频段划分规则中，WCDMA-FDD、CDMA2000和TD-SCDMA三种主要技术所占用频段全部集中在2GHz附近。

　　更高的工作频段意味着路径损耗变大，在相同的发射功率条件下传输距离大大缩短。此外，由于波长的减小使无线电波绕射和透射能力减弱，因此，阴影衰落的效果也愈加显著。更高的工作频率会带来更强更快的信号衰落，在相同的移动环境下，多普勒效应除与终端及传播路径上物体的移动速度有关外，还与载波频率有关，频段提高会导致多普勒频率扩展增大，信号衰落周期减小。

　　2．工作带宽1.25MHz～5MHz

　　GSM网络带宽只有200KHz，符号速率270.833Ksps，而3G的信号带宽都在1MHz以上。其中单载波占用带宽最宽的WCDMA-FDD技术，其单个通道（即占用5MHz带宽）码片速率达3.84Mcps。

　　带宽的增加使系统的时间分辨能力增强，可以检测到更多的多径。一方面，多径数目增多使码间串扰变得明显，另一方面，在CDMA系统中可以采用RAKE接收机等技术进行分集接收，克服衰落影响。

　　Q:无线信道的实地测量工作对3G系统有什么作用？

　　A:对无线信道的分析是在已有实际测量和分析基础上，将各种无线信道抽象为模型，然后指导对无线通信系统的设计和优化。上面对3G系统工作的无线信道的定性分析也是在已有模型的基础上进行的，这可以对3G系统工作的无线信道环境有一个基本了解。为了进一步验证这些分析的结论，研究人员对3G系统无线信道环境还需进行大量实地测量。

在3G标准中，各主要技术（包括WCDMA-FDD、CDMA2000和TD-SCDMA）都含有连续或周期性重复的导频序列，该序列由一串预先定义好的符号组成。通过对该序列进行滑动，可以得到无线信道的瞬时时延功率谱、多普勒频谱、平均信号强度等多组参数，这些参数对进一步分析、修正信道模型和优化系统设计都非常重要。

　　Q:无线信道特性对3G系统有什么影响？

　　A:无线信道特性对3G系统的设计和网络优化有影响。

　　1．对系统设计的影响：无线信道特性使3G系统的设计面临一些难题。

　　（1）可分辨的多径数目增多后RAKE接收机的finger数目需要增加；

　　（2）多径数目增多后使信号能量分散在各条多径上，对每条多径的信道估计准确度下降；

　　（3）衰落速度加快，多径生灭周期缩短，给系统的多径跟踪和信道估计等算法带来挑战。

　　所有这些问题都导致在系统设计过程中，算法变得复杂，系统软硬件规模增加，从而引起硬件成本的增加和功耗的增大。

　　另一方面，无线信道的快速变化也会给系统性能带来一些好处，这主要表现为：

　　（1）系统带宽增加，使频域分集的效果提高，可以避免进入深衰落，同时RAKE接收机作用更加显著；

　　（2）多普勒频率扩展加大，衰落加快，使得信道编码中使用相对较短的交织长度就能获得更好的时域分集效果。这个现象在系统测试中已经出现，车速提高到60km/h以上后，误码性能会优于低速行驶的情况。

　　与传统模型相比，无线信道特性有所变化，特别是多径数目增多，时延扩展加大，生灭模型变得复杂，衰落加快，如仍采用传统的信道模型对通信设备（包括基站和终端）的性能进行评估，可能不完全反应该设备在实际应用中的情况。因此，应该在对大量实地测量数据进行分析的基础上，研究新的信道模型或采用现场实测数据，使设备评估更接近3G系统运行时的实际情况。

　　2．对网络优化的影响

　　传统GSM网络优化用的路测仪器针对窄带系统和话音业务的无线环境，主要进行邻频干扰和场强覆盖测试。这些测量主要集中在衡量被测位置大尺度衰落的情况（一般由传播路径损耗、阴影衰落等因素所影响）。3G系统的无线信道大尺度衰落的增强将使单个基站的覆盖范围缩小，基站密度增大。同时，多径数目增多，多普勒频率扩展增大带来的快衰落效应明显，信道估计难度增加，给网络优化者又提出了一些新的问题，因此，在考虑大尺度衰落特性的同时，还应该考虑小尺度衰落的影响。如当某地区掉话率高，但接收场强符合覆盖要求时，可以考虑对多径延时功率谱进行连续的监测，判断是否是因为多径数目众多，功率分散，多径变化速度过快而导致的接收质量恶化。

　　针对3G系统提供的不同业务采取不同的优化策略。对于只提供语音业务的网络，由于扩频增益效果显著，小尺度衰落影响小，可以采用传统的网络优化方法；对于需要提供高速业务（如384Kbit/s多媒体业务）的网络，应增加对多径时延功率谱和多普勒谱的分析，因为其扩频增益较小，对信道特性较敏感。

　　总之，在第三代移动通信系统中采用2GHz频段，带宽从1.25MHz到5MHz，业务从话音到多媒体，信息速率从8kbit/s到2Mbit/s，这些新的变化对传统的无线信道模型提出挑战，需要开拓新方法和新思路，通过实际测量和进一步的理论分析，给出更符合实际的无线信道模型，对系统设计与网络优化提供可靠的支持。

----《通信世界》