06 wcdma fundamentos rnp

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OWJ100001 WCDMA Fundamentos RNP

ISSUE 1.0

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l Depois de concluído este curso, você será capaz de:

[Se familiarizar com os princípios da propagação da onda de rádio e se preparar teoricamente para o link budget subseqüente

[Descrever conceitos sobre antenas e o significado de parâmetros típicos

[Compreender os princípios de RF, componentes e instrumentos típicos para o planejamento da rede de rádio e otimização.

[Compreender o e-map digital




CapCapíítulo 1 Introdutulo 1 Introduçção ão ààs Ondas de Rs Ondas de Ráádiodio

CapCapíítulo 2 Sobre as Antenastulo 2 Sobre as Antenas

CapCapíítulo 3 Btulo 3 Báásico de RFsico de RF





1.1 Princ1.1 Princíípios Bpios Báásicos das Ondas de Rsicos das Ondas de Ráádiodio

1.2 Caracter1.2 Caracteríísticas da Propagasticas da Propagaççãoão

1.3 Modelo de Propaga1.3 Modelo de Propagaççãoão

1.4 Corre1.4 Correçção do modelo de propagaão do modelo de propagaççãoão




Espectro da Onda de RádioEspectro da Onda de Rádio

300-3000GHz

EHFExtremely HighFrequency

30-300GHzSHFSuper High Frequency3-30GHzUHFUltra High Frequency300-3000MHzVHFVery High Frequency30-300MHzHFHigh Frequency3-30MHzMFMedium Frequency300-3000KHzLFLow Frequency30-300KHzVLFVery-low Frequency3-30KHzVFVoice Frequency300-3000Hz

ELFExtremely LowFrequency

30-300Hz3-30Hz

DesignationClassificationFrequency

As freqüências em cada banda apresentam características depropagação únicas




Propagação da Onda Eletromagnética

[ Se o sentido do campo elétrico da onda de rádio for vertical em relação ao solo, a onda de rádio é dita polarizada verticalmente.

[ Se o sentido do campo elétrico da onda de rádio for paralelo ao solo, a onda de rádio é dita polariza horizontalmente.

DipoloCampo elétrico

Campo magnético

Direção da transmissão da onda elétrica

Campo elétrico

Campo magnético

Campo elétrico




Onda difratada em montanhas(área sombreada)

Onda refratada na Ionosfera (comunicação além do horizonte)

Percurso da Propagação

Incidência perpendicular da ondae Refração da onda na terra

(modo de propagação mais comum)

Onda refletida na Troposfera(a propagação é muito aleatória)




①①Ondas refletidas nos prOndas refletidas nos préédios dios ②②Onda difratadas Onda difratadas ③③ Onda direta Onda direta

④④Onda refletida no soloOnda refletida no solo

Percursos de Propagação




CapCapíítulo 1 Introdutulo 1 Introduçção ão ààs Ondas de Rs Ondas de Ráádio dio

1.1 Princ1.1 Princíípios bpios báásicos das Ondas de rsicos das Ondas de ráádio dio

1.2 Caracter1.2 Caracteríísticas de Propagasticas de Propagaçção ão

1.3 Modelo de Propaga1.3 Modelo de Propagaççãoão





Ambiente de Propagação da onda de rádio

l A propagação da onda de rádio é afetada pela estrutura topográfica e morfologia. A morfologia define a escolha dos modelos de propagação. Os principais fatores que afetam a morfologia são:

[ Forma natural da terra (montanhas, montes, planícies, água)

[Quantidade, distribuição e material dos edifícios.

[Condições de ruído natural.

[Condições meteorológicas

[Características da vegetação da região




R

T

T

R

Categorias de Terreno

Terreno Quase-plano

O terreno tem superfície ligeiramente áspera e a

diferença da altura da superfície é menor que

20m.

Terreno Irregular

Os terrenos são montanhosos, com montes

isolados, inclinado, e mistura de terra e água.




distância (m)

Potência recebida (dBm)

10 20 30

-20

-40

-60

Desvanecimento de

grande escala

Desvanecimento de pequena escala

Desvanecimento do Sinal




Medidas contra desvanecimento de pequena escala - Diversidade

Diversidade de recepção

l Diversidade no Tempo

[ Intercalamento de símbolo, verificação de erro, código corretor de erro, tecnologia receptor Rake

l Diversidade no Espaço

[Os sinais são coletados por uma antena principal e outra de diversidade. Os sinais recebidos da antena principal/diversidade não possuem as mesmas características de desvanecimento simultaneamente.

[A capacidade de balancear os sinais dos diferentes percursos no receptor da BTS, em certa escala de tempo, é também um modo de diversidade de espaço.

l Diversidade em freqüência

[ GSM adota tecnologia de salto de freqüência

[ CDMA adota tecnologia de espalhamento espectral




Solução RAKE technologyRAKE technology

Atraso da Onda de Rádio

l Derivado da reflexão, refere-se à interferência co-frequência causada pela diferença de tempo ambiente de propagação do sinal principal e de sinais de múltiplos percursos recebidos pelo receptor.




T

R

Perda por Difração

l As ondas eletromagnéticas difundem ao redor do ponto de difração

l A onda difratada cobre todas as direções exceto o obstáculo

l A perda por difusão é mais severa.

l A fórmula para o cálculo é complexa e varia com diferentes fatores de difração.




¦ È

¦ È¦ Å0¦ Ì0 ¦ Å¦ Ì ¦ Å0¦ Ì0

Dw1 w2

E1

E2

XdBmWdBm

Penetration loss =X-W=B dBPenetration loss =X-W=B dB Reflexão e Difração da onda eletromagnética penetrando na parede

Perda por Penetração (1)

l Sinais em interiores dependem da perda de penetração dos edifícios

l O sinal perto de uma janela é muito diferente do sinal no meio do cômodo

l O material do edifício afeta diretamente a perda por penetração

l O ângulo de incidência da onda eletromagnética afeta consideravelmente a perda por penetração




T

R

Perda por Penetração (2)

l Perda por Penetração:

[Obstrução na parece ：5 a 20dB

[Obstrução no piso：＞20dB，

[O valor da perda em interiores é função do número do andares，-1.9dB/floor

[Obstrução nos móveis e outros obstáculos: 2－15dB

[Vidro grosso ： 6－10dB

[Perda por penetração no vagão do trêm：15－30dB

[Perda por penetração no elevador é： 30dB

[Árvores densas：10dB





1.1 Princ1.1 Princíípios bpios báásicos das ondas de rsicos das ondas de ráádio dio

1.2 Caracter1.2 Caracteríísticas de propagasticas de propagaççãoão

1.3 Modelo de propaga1.3 Modelo de propagaççãoão

1.4 Corre1.4 Correçção do modelo de propagaão do modelo de propagaçção ão




Modelos Típicos

l Modelo no espaço livre

l Modelo da propagação da terra plana.

l Modelo Okumura/Hata

l Modelo COST231-Hata

l Modelo COST231 Walfish-Ikegami

l Modelo Keenan-Motley

l Modelos computadorizados




Lo = 91.48+20lgd, for f=900MHzLo = 97.98+20lgd, for f=1900MHzLo = 99+20lgd, for f=2100MHz

Modelo no Espaço Livre

l Aplicável a ambientes isotrópicos. o modelamento teórico considera o vácuo. Este ambiente não existe na prática, mas o ar é similar a esse ambiente.




Ploss = L0+10χlgd -20lghb - 20lghm

χ = 4 Gradiente de perda por percurso

hb：Altura da antena da BTS

hm： Altura da estação móvel

L0：Parâmentros relacionados com a frequência

Sendo a altura da antena da BTS dobrada, a perda por percurso será compensada por 6dB

R

T

Modelo de Propagação de terra plana




Características:Freqüência f :150~1500MHzAltura da antena da BTS Hb:30~200mAltura da estação móvel Hm:1~10mDistância d:1~20km

Modelo Okumura-Hata

l Modelo para Macro célula

l A antena da BTS é mais alta que os edifícios circunvizinhos

l A predição não é aplicável em um raio menor que 1km

l Não é aplicável para freqüência acima de 1500MHz




l Não é aplicável para freqüência acima de 1500MHz




Lu=69.55 + 26.16logf - 13.82loghb+(44.9 -65.5loghb)logd - a(Hm)

Modelo Okumura-Hata

l Urbano (cidades médias e pequenas) :

[a (Hm) = [1.1*log(f) - 0.7]*Hm - [1.56*log(f) - 0.8]l Urbano Denso (grande cidades):

[a (Hm) = 8.29*[log(1.54*Hm)]2 - 1.1（for f <= 200 MHz）[a (Hm) = 3.2*[log(11.75*Hm)]2 - 4.97 （for f >= 400 MHz）

l Suburbano:

[Lsu (dB) = Lu-2*[log(f/28)]2-5.4l Área Rural (área quase aberta):

[Lrqo (dB) = Lu-4.78*[log(f)]2 + 18.33*log(f)-35.94l Área Rural (área aberta):

[Lro (dB) = Lu-4.78*[log(f)]2+18.33*log(f)-40.94




Modelo COST 231-Hata

Escopo Aplicável：Escala de Frequência f:1505~2000MHzAltura da antena da BTS Hb:30~200mAltura da estação móvel Hm:1~10mDistancia d:1~20km




l Não é aplicável se freqüência acima de 2000MHz ou abaixo de 1500MHz




l Não é aplicável se freqüência acima de 2000MHz ou abaixo de 1500MHz




Lu(dB)= 46.3 + 33.9*log(f) - 13.82*log(Hb) - a(Hm) + [44.9 - 6.55*log(Hb)]*log(d) + Cm

Modelo COST 231-Hata

l Cidades Médias e Áreas suburbanas centrais

[Cm = 0 dBl Grandes Cidades:

[Cm = 3 dBl Área Rural (quase área aberta) :

[Lrqo (dB) = Lu-4.78*[log(f)]2 + 18.33*log(f)-35.94l Área Rural (área aberta) :

[Lro (dB) = Lu-4.78*[log(f)]2+18.33*log(f)-40.94 l Hb: Altura da antena da BTS;

l Hm: Altura da estação móvel




Escopo Aplicável:Escala de Frequência f: 800~2000MHzAltura da antena na BTS Hbase: 4~50mAltura da estação móvel Hmobile:1~3mDistancia d: 0.02~5kmAltura do Edifício Hroof (m)Largura do arruamento w (m)Intervalo entre edifícios b (m)Sentido da rua é perpendicular à onda da incidência

Modelo COST 231 Walfish-Ikegami

l Meio urbano, macro ou micro célula

l Não aplicável em meios suburbanos e rurais

l Meio urbano, macro ou micro célula

l Não aplicável em meios suburbanos e rurais




Modelo COST231 Walfish-IkegamiModelo COST231 Walfish-Ikegami

Lb = 42.6 + 26*log(d) + 20*log(f) for d >= 0.020 kmOr:Lb = Lo for d < 0.02km

No modelo, Lo é a perda por propagação no espaço livre

Para cânions de propagação, a antena da BTS é geralmente mais baixa que o telhado do edifício circunvizinho. Afetado pelo ambiente de propagação,

Linha de visada entre a BTS e a estação móvel （LOS）




Ploss=K1+K2lgd+K3(Hms)+K4lg(Hms)+K5lg(Heff) +K6lg(Heff)lg(d)+K7+Kclutter

Pathloss: Perda por percurso(dB)K1: Constante 0dcom a freqüênciaK2:constante da atenuação com a distânciaK3、K4: coeficiente de correção da altura da estação móvelK5、K6:coeficiente de correção da altura da antena da BTSK7: coeficiente de correção de difraçãoKclutter: coeficiente de correção da atenuação por morfologiad: distância entre a BTS e a estação móvel (km) Hms、Heff: altura desobstruída entre a antena da estação móvel e a antena da BTS

Modelo de Planejamento de software Universal ASSET (I)

-0.80K7

-6.55K6

-13.82K5

0.00K4

-2.55K3

44.90K2

152/1800M UrbanK1

Reference ValueK

Modelo de Propagação do Rádio




CapCapíítulo 1 Introdutulo 1 Introduçção ão ààs Ondas de Rs Ondas de Ráádio dio

1.1 Princ1.1 Princíípios bpios báásicos das ondas de rsicos das ondas de ráádio dio

1.2 Caracter1.2 Caracteríísticas da propagasticas da propagaççãoão

1.3 Modelo de propaga1.3 Modelo de propagaççãoão





Ajuste do Modelo

l Objetivo

[O modelo de propagação é uma referência para o planejamento da célula. A exatidão do modelo de propagação afeta a confiabilidade do projeto, e se o operador atende às expectativas dos usuários com custo eficiente.

[A fim de obter o modelo de propagação de rádio no ambiente considerado, melhorando a exatidão da predição e a confiabilidade no planejamento de rede, é necessário corrigir o modelo de propagação através de medidas em campo.




Princípios Básicos e Procedimentos

O erro atende aos requisitos de projeto?

Ambiente de propagação alvo

Teste de CW

Path loss medido

Ambiente de propagação selecionado

Ajuste de parâmetros

Path loss predito

Comparação

Fim




5m

Seleção de Site

l Critérios para selecionar um site:

[a、A altura da antena é maior que 20m.

[b、A antena é menor que 5m mais alto que o obstáculo mais próximo.

[c、"Obstáculo" aqui, significa o edifício mais alto do telhado onde estáa antena. O edifício usado é um site que deve ser mais alto que a altura média dos edifícios circunvizinhos.




lSubsistemas transmissores:antena transmissora, feeder, fonte do sinal de alta freqüência, suporte da

antena

lSubsistemas receptores:teste do receptor, receptor GPS, teste de software, portáteis

Plataforma de teste

Signal sourcePower

Amplifier

drive tester

(built-in GPS)Portable

Computer

Power

SupplyHigh-frequency

signal source

Receiving

Antenna




Teste do Percurso (1)

l Regras de seleção do percurso de teste:

[Terreno: o teste do percurso deve considerar todas os principaisambientes da região.

[Altura: se o terreno for muito áspero, o percurso teste deve considerar diferentes alturas na região

[Distância: o percurso deve considerar diferentemente posições ao longo do site.

[Direção: os pontos de teste no percurso longitudinal devem ser idênticos aos percuros transversais

[Comprimento: a distância em um teste no sentido horário deve ser maior que 60km

[Número de pontos de teste: Os melhores pontos do teste são: (>10000 pontos, >4 horas no mínimo)




Teste do Percurso (2)

l Regras de seleção do percurso de teste:

[Cobertura: O teste pode ser sobreposto, para

aumentar a confiabilidade do modelo.

[Obstáculos: quando uma antena é obstruída

por um edifício, não percorrer na área

sombreada do lado do prédio.




Drive Test

l A amostragem atende à lei de Richard :40 comprimentos de onda, 50 amostras

l Limite superior da velocidade do teste: Vmax=0.8λ/Tsample

l Os resultados do teste obtidos em circunstancias excepcionais devem removidas dos dados amostrados.

[ Pontos de amostragem com desvanecimento muito alto (> 30dB) ;

[ Em túneis

[ Sobre viadutos

l Se utilizando uma antena direcional para o teste de CW, o percurso de teste é selecionado sobre a área de cobertura do lóbulo principal.




Processamento dos dados de teste

l Os dados de teste devem ser processados antes de serem utilizados pelo software de planejamento. O procedimento é o seguinte:

[ Filtragem dos dados

[ Dispersão dos dados

[ Média geográfica

[ Conversão dos formatos




Configurações de filtragem

Ajuste do modelo

l Distância :

[Recomendado descartar os dados : r<150m ou r>3km

l Intensidade do sinal:

[Recomendado descartar os dados de sinais >-40dBm ou <-121dBm

l Morfologia :

[Recomendado descartar as morfologias onde o número de amostras para uma dada característica morfológica é menor do que 300




Ajuste do modelo

l Análise dos resultados de correção

[É necessário analisar a precisão do modelo obtido.

[A precisão é normalmente medida em termos de erro RMS.

[A melhor situação é erro RMS < 8, o que indica que o modelo atende ao ambiente.




CapCapíítulo 1 Introdutulo 1 Introduçção ão ààs Onda de Rs Onda de Ráádio dio

CapCapíítulo 2 Sobre as Antenastulo 2 Sobre as Antenas





Posições e Funções da Antena

Lightning protection device

main feeder (7/8“)

Feeder clip

Cabling rack

Grounding device

3-connector seal component insulation sealing tape, PVC

insulation tape

Antenna adjustment bracket

GSM/CDMAplate-shape

antenna

radio mast (φ50~114mm)

Outdoor feeder

Indoor super flexible feeder

Feeder cabling window

main device of BTS

Sistema do Diagrama da antena da BTS & Feeder




Feed network

AntennaConnector

Dipole

Feed network

AntennaConnector

Feed network

Dipole

Directional antenna omni antenna

Princípio de funcionamento




Antena direcional Antena omni

Categorias (1)




Plate-shape

antenna

cap-shape

antenna

whip-shapeparaboloid

antenna

Categorias (2)




• modo de polarização

Categorias (3)

Antena omni Uni-polarization Directional antenna

Dual polarization Directional antenna




Parâmetros




dipolo de meia onda simétrico Top view side view

Diagrama de direção da antena direcionalAntena Omni

Diagrama de radiação




dBi e dBd

2.15dB

GanhoHalf-powerlobe width




l Largura do feixe, relação frente/costa, ponto de nulo, supressão lateral do lóbulo superior

Outros parâmetros

Side lobe Zero point filling

Main lobe

Max value

Zero point filling

Vertical pattern

Back lobe




horizontal

half-power angles

Horizontal pattern

Front to back

ratio

l Largura do feixe, relação frente/costa, ponto de nulo, supressão lateral do lóbulo superior

Outros parâmetros




Down Tilt mecânico

Down Tilt elétrico

Down Tilt Mecânico e Down Tilt Elétrico




Visão Geral

Sistema da Antena de Multi-feixe Dinâmica

Feixes Tradicionais Multi-Feixes FixosAntena de Multi-feixes

adaptativos




Sistema Antena de Multi-feixe Dinâmica

l Principais Características

[Formação do Multi-feixe

[Controle na direção do feixe

[Controle na largura dos lóbulos

[Controle sobre a distância do lóbulo




Sistema de Antena Inteligente




CapCapíítulo 1 Introdutulo 1 Introduçção ão ààs Onda de Rs Onda de Ráádio dio

CapCapíítulo 2 Sobre as Antenatulo 2 Sobre as Antena





Conceitos relacionados ao Ruído

l Ruído

[ Ruído é uma medida de interferência durante o processamento do sinal: figura de ruído

[ A figura de ruído é usada para medir a capacidade de processamento das componentes de RF, geralmente definida como: SNR de saída dividido pelo SNR de entrada

NF

SiNiSoNo

NFPno

G Pni.

Linear system




Conceitos relacionados ao Ruído

l Fórmula da Figura de Ruído em cascata

G1 NF1 G2 NF2 Gn NFn

NF NF1

NF2 1

G1...

NFn 1

G1 G2. .... Gn 1

.




Modulação Digital

ASK FSK

PSK




Aplicações




Emissão de Espúrios

[A emissão de espúrios refere-se a emissão de sinais fora da faixa de freqüência especificada pelo molde de transmissão espectral do transmissor. Emissão de espúrios incluem componentes harmônicas, emissão parasita e produto da inter-modulação do transmissor. Tal emissão de espúrios resulta em interferência em outros sistemas de comunicação wireless. Este índice aponta melhorar a compatibilidade eletromagnética do sistema, e faz com que o sistema coexista com outros sistemas (ex: GSM). Isto assegura a operação normal do próprio sistema.




Índices de Downlink do Canal de RF Índices de Downlink do Canal de RF

l Adjacent Channel Leakage Ratio (ACLR)

O ACLR é usado para medir a característica de emissão fora de faixa do transmissor. ACLR é definido como a relação da potência adjacente do canal e a potência principal do canal. É é expresso por dBc, como mostrado no seguinte diagrama:

Main channel Adjacent band

Protection band




Sensibilidade de recepção

Smin=10log(KTB)+ Ft +(S/N), unidade: dBm

K é a constante de Boltzmann, unidade: J/K (joule /K)

T representa temperatura absoluta, unidade: °K

B representa a largura de banda do sinal, unidade: Hz

Ft representa figura de ruído, unidade: dB

(S/N) representa a relação sinal/ruído requerida, unidade: dB

Se B=1Hz, 10log(KTB)=-174dBm/Hz

K = 1.38066 * 10-19




Componentes Típicos de RF

Power splitter Coupler Trunk amplifier

Combiner Power amplifier Attenuator



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