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【转贴】GSM和CDMA网络关键指标的探讨和应用
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1、BER(GSM)和FER(CDMA)的评估 1.1基本概念 图1所示是GSM和CDMA前向业务信道发送端处理过程。接收处理是发送处理的逆过程，这里不再画出。 BER(误码率)是GSM系统的语音质量指标，指接收端在完成解调和去交织后，进行信道解码之前的数据错误比特率。GSM语音编码后每个20ms全速率语音块包含260bit，其中有78bit不重要，50bit最重要，132bit重要。对50个最重要的比特加3个校验比特后再与132个重要比特以及4个尾比特一起进行速率为1/2、约束长度为5的卷积编码。 FER(误帧率)是CDMA系统的语音质量指标，指接收端完成信道解码之后的20ms帧的误帧率。CDMA语音编码的全速率业务信道(9600bit/s)的20ms帧中有172个信息比特，12个CRC校验比特，语音译码器通过CRC校验来判定该帧是否有误码，如果有误码则认为该帧为错误帧，应该删掉。 GSM和CDMA业务信道的处理过程除了多址方式外，各个环节没有太大不同，以业务信道为例，都是20ms语音块，经过卷积编码、交织、多址(码分或时分)、调制，由于GMSK调制方式是QPSK的衍生方式，因此可以将QPSK的性能分析用于GMSK方式。  图1 GSM和CDMA前向业务信道发送端处理过程 1.2分析思路 对于观察点不同的两个指标，我们可以先将观察点统一到信道解码之后的误帧率，即从GSM系统在一定BER的情况下推算出信道解码后相应的等效误帧率，再和CDMA的FER进行比较。由于GSM语音编码的20ms全速率语音帧中有182个重要比特，CDMA的20ms语音帧中的171个信息比特都是重要比特，在假定两种语音编码方式没有重大质量差异的情况下(即每个20ms的帧出错后对CDMA和GSM的语音质量造成相同损害)，GSM的20ms语音帧中任意重要比特出错则认为出现了误帧，其误帧率可以等效于同等通话质量的CDMA的FER。 1.3 GSM的等效误帧率的推导 对于未经纠错编码的QPSK系统，其误码率Pb和Eb/No的关系为  当输入数据的误码率比较低时，对于硬判决解码的卷积编码增益为  式中：R是卷积码的码率，d∞是卷积码的自由距离(也就是该编码的任意2个码字间的最小距离，这里的距离指2个码字间对应位上相异码元数)。由于是从已经解调后的BER(即Pb)开始推导，因此可以使用硬判决算法。对于GSM系统，采用的码率尺=1/2，约束长度=5，其d∞=7，因此编码增益Gp=2.43dB。查阅卷积码的性能分析资料可知，解码后误码率(对数坐标)与Eb/No(dB)的关系曲线接近于直线，因此在一定范围内以直线去逼近该性能曲线(如图1所示)，具有工程合理性。我们选择最贴近运营商关注范围的、BER为10-3和10-4的2个点来确定性能逼近直线，根据前面给出的公式可以计算出这2个点的坐标，并得出如下性能逼近直线  式中，P为解码后误码率(对数坐标)。进而得出  得到信道解码后的误码率P解后，由于一帧有182个重要比特，可以得到GSM的等效误帧率为  进而可以计算给定GSM的BER(即Pb)所对应的信道解码后的等效FER。图2是根据上述公式计算的Pb、P与Eb/No的关系曲线。  图2 GSM在有无信道编码时的误码率和Eb/No的关系 图中，无信道编码(Pb)表示没有采用纠错编码的各种输入Eb/No下的误码率。卷积码编码(P解)表示对于各种输入Eb/No采用了卷积编码经过解码后的误码率。 [ Last edited by ccjjhh on 2009-3-26 at 03:25 ] |
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1.4结论和应用
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1.4结论和应用 根据上述分析，我们计算了不同BER对应的等效FER，表1中列举了几个主要数据。 表1 等效FER方法计算结果  参考文献[1]中使用通信系统通用的MOS分衡量标准，从语音质量感受的角度将BER和FER联系起来，主观MOS分采用ITU-TP.800和P.830建议，由不同的人分别对原始语音资料和经过系统处理后有衰减的语音资料进行主观感觉对比，得出MOS分，最后求平均值。而客观MOS评价则采用ITU-TP.862建议提供的PESQ方法，由专门的仪器(如Agilent的VQT测试仪)或软件进行测试，表2所示为基于MOS分标准的FER(CDMA)和BER(GSM)之间的对应关系[1]。 表2 基于MOS分标准的FER(CDMA)和BER(GSM)之间的对应关系  对比表1、表2可以发现，我们推导计算的结果与MOS评价方式的数据基本一致，克服了主观评价的主观性和偶然性。应用本文给出的推导公式可以计算出任意BER所对应的FER值，因此能够更加全面和准确地评估GSM系统和CDMA系统的通话质量。 2、C/I和Ec/Io的计算与应用 GSM系统中的C/I就是有用信号载波功率与干扰的比值，而CDMA中Ec/Io是扩频后的码片能量与扩频信号带宽内的高斯白噪声功率谱密度之比。GSM系统中要求同频载干比C/I大于9dB，CDMA系统中要求Ec/Io大于-13dB。它们与接收电平一起，成为反映无线覆盖的关键指标。 2.1指标的计算 对于GSM： 基带信号速率尺为270.833kbit/s，信号带宽R为200kHz，因此解调后的处理增益为  用dB表示就是  GSM采用1/2速率、约束长度为5的卷积码，其d∞=7，假定其编码增益为Gc，所以在信道解码后其信噪比为  对于CDMA： 基带信号速率R为19.2kbit/s，信号带宽B为1.25MHz，因此经过解扩和解调后的处理增益为  用dB表示就是  CDMA采用1/2速率、约束长度为9的卷积码，其d∞=12。由于编码增益与d∞成正比，因此其编码增益应为Gc+10lg(12/7)=Gc+2.34(dB)(因为CDMA编码增益是GSM编码增益的12/7倍，用dB表示就是10lg(12/7)。所以在信道解码后看到的信噪比为  式中，Tc和ƒc分别为扩频后码片的周期和频率，Tc=1/ƒc。 通过上面公式可以算出，在GSM网络和CDMA网络的输入C/I和Ec/Io的要求分别为9dB和-13dB时，在信道解码后(即语音译码前)的信噪比分别为7.7+Gc和7.44+Gc，两者很接近，因此可以得到相近的语音质量。 2.2应用和分析 应用上述基本理论和推导，分别以9dB和-13dB作为GSM和CDMA的信噪比比较基准来评估、对比双网的覆盖质量。同样，可以改进路测分析软件，例如，将CDMA路测分析软件的Ec/Io数据标注直接加上22dB后进行标注，即可得到相当于GSM网络的覆盖质量数据结果，这样就可以直接对比双网的路测图和曲线以及语音质量。这种统一标准的对比，对规划建设、优化维护和用户发展策略都有重要指导意义。 CDMA的信噪比要求比GSM的低得多，主要原因是CDMA系统具有很高的扩频处理增益，其信道编码比具有更大的约束长度；另外CDMA的RAKE接收机还能通过多路接收改善多径效应的影响。GSM的干扰主要来源于同频复用或外部设备干扰，只要频率规划合理，C/I值在一定区域内比较稳定。而CDMA网络是一个宽带自干扰系统，其主要干扰来源于本小区和邻小区的所有用户的干扰，Ec/Io在一定区域内变化较大，在Ec/Io良好的情况下，CDMA具有很好的语音质量，而在导频污染严重或话务量高的地方，语音质量波动较大。 3、话务量和掉话率的对比 3.1话务量和容量分析 双网从A接口看到的话务量是真实的、用以直接计算收入的话务量。对于GSM来说，业务信道话务量与A接口话务量一致，业务信道的容量就是所有载波(TRX)数乘8再减去用作BCCH和SDCCH的物理信道数。对于CDMA，业务信道的容量就是所有信道板中配置的业务信道数。由于软切换存在，CDMA网络业务信道的话务量高出A接口话务量50%以上。GSM网络的拥塞主要源于TCH、SDCCH信道数不足。CDMA网络的拥塞原因除了TCH配置不足以外，还可能是Walsh码数量不足，或是基站可分配功率已经达到最大值，产生了使覆盖范围缩小的所谓呼吸效应。 3.2掉话率分析 GSM网络和CDMA网络掉话率的计算方法相同。对GSM网络来说，小区掉话率是指该小区因为切换或无线信号丢失引起掉话的数量与本小区总的呼叫数之比。总呼叫数是指本小区的始呼数与成功切换进入该小区的呼叫数之和。对CDMA网络来说，小区掉话率是指与本小区有关的无线信号丢失的总次数与小区成功分配的Walsh码次数之比。由于CDMA网络引入了软切换技术，在掉话时手机可能同时在与多个小区或基站通信，一次掉话会使每个参与软切换小区的掉话次数都增加1次，因此，在计算全网掉话次数时，不能简单地将小区掉话次数相加，而应该考虑当时手机所处的位置，如果手机处于N方切换，则应将掉话次数除以N后再相加。 4、对数据业务优化指标的思考 不管是cdma20001X还是基于GSM系统的EDGE，在数据业务中最关键的指标都是数据的吞吐率，即用户能够得到的上传或下载数据的速率。由于两种数据业务都是采用捆绑多个业务信道以传送高速数据，因此在一个会话的分组数据传输中，需要分组控制系统在每个分组时间片发送之前根据缓冲器中当前剩余数据量、预计即将到来的新数据量、分组传送时间片大小来决定向基站系统申请多少信道完成本次传送。基站系统在接到申请后，将根据该扇区和载波具有多少无线资源和系统目前的功率负荷来决定是按照申请的数量分配信道还是降低信道数量进行分配。 如果申请信道过少，基站系统满足该申请的可能性(即匹配率)就大，但是可能由于跟不上实际的数据量，会降低该会话的吞吐率；如果申请的信道过多，则基站系统满足该申请的可能性(即匹配率)就会降低，即使满足，也可能因TCP层速率低而物理层速率高而形成无线资源的浪费，也增加了无线干扰。两种情况都会影响整个系统的数据吞吐率，在合理设置参数使系统能合理预测申请的信道数量的情况下，匹配率的高低可以反映小区的功率负荷情况，也能反映一些基站的故障，但数据平均吞吐率才是数据优化的根本目标。目前某些网络优化公司在CDMA的数据业务优化中追求匹配率的达标，而不对数据吞吐率指标进行重点考核，这样可能造成优化目标的偏离。 |
2楼2009-03-26 03:14:42