04 wcdma planejamento de cobertura da rede de rádio by Emerson Eduardo Rodrigues

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OWJ100101 WCDMA Planejamento de Cobertura da Rede de Rรกdio ISSUE1.0

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Capítulo 1 Processo de Planejamento da Rede WCDMA Capítulo 2 Uplink Budget Capítulo 3 Downlink Budget

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Capítulo 1 Processo de Planejamento da Rede WCDMA 1.1 Visão Geral do Planejamento da Rede de Rádio 1.2 Conceito Huawei de Planejamento da Rede de Rádio 1.3 Processo de Planejamento da Rede de Rádio

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Definição e Categoria do Planejamento da Rede l Definição

[ Planejamento de Rede significa uma apropriada seleção dos d elementos da rede (NEs) de acordo com o seu propósito, evolução e custo. Posteriormente, qualidade, configuração e modo de conexão dos elementos da rede são determinados para a implementação na engenharia l Categorias:

[ Planejamento da Rede Núcleo [ Planejamento da Rede de Rádio [ Planejamento da Rede de Transporte Foco do Trainamento: Planejamento da Rede de Rádio

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Comparando Planejamento da Rede de Rádio WCDMA com GSM l

no sistema GSM, a estrutura e as l O WCDMA usa a tecnologia Espalhamento freqüências da rede celular são planejadas a Espectral, então, pode-se realizar reúso de fim de assegurar que interferências cofrequência 1x1; canal e de canal adjacente encontrem a l A capacidade de cada portadora no WCDMA qualidade da chamada requerida. é "soft" porque está relacionada a fatores l Se o requerimento da interferência for como interferências intra e inter células. satisfeita,o número de usuários suportados l A cobertura do sistema WCDMA está pode ser deduzido em função do número de relacionada com a carga do sistema. portadoras por célula. l O sistema WCDMA suporta serviç serviços com l A cobertura do sistema GSM depende da diferentes taxas e QoS. Serviços de voz e potência de transmissão do Transmissor e do dados compartilham os recursos e a desempenho da demodulação do receptor. capacidade de cobertura é definida por l O GSM oferece principalmente o serviço de diferentes parâmetros. voz, e o atendimento ao GoS é relativamente f1 simples. f1 f1 f1 f1 f2

f2 f3 f1

f3 f1

f1 f2

f1 f1 f1

f3 f1

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f1 f1

Capítulo 1 Processo do Planejamento da Rede WCDMA 1.1 Visão Geral do Planejamento da Rede de Rádio 1.2 Conceitos Huawei de Planejamento da Rede de Rádio 1.3 Processo do Planejamento da Rede de Rádio

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Conceito Huawei do Planejamento da Rede Sem Fio

Cobertura ótima para serviços rentáveis;

Qualidade ótima para serviços básicos;

Capacidade máxima com recursos limitados;

Menor custo total para construção da rede.

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Processo de Planejamento da Rede Wireless l Dimensionamento da Rede de Rádio (RND)

- O primeiro estágio do planejamento de uma futura rede, esta é planejada preliminarmente, sendo a configuração e o número de elementos de rede RAN dados de entrada para a elaboração do contrato. l Pré-planejamento da Rede de Rádio

- No estágio seguinte (pré-planejamento), com os dados do dimensionamento, a rede é planejada em detalhes com escala adequada e a localização teórica dos sites determinada. Neste estágio determina-se o custo para assinatura do contrato.

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Processo de Planejamento da Rede Wireless l Planejamento Celular da Rede de Rádio

[ No estágio final do planejamento, cada site é vistoriado (survey), e os parâmetros relacionados às células são determinados. Se os parâmetros resultantes forem diferentes do planejado, simulações devem ser executadas. O resultado deve ser o planejamento final da rede de rádio, que pode guiar a construção do projeto.

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Dimensionamento da Rede de Rádio

l O dimensionamento da rede de rádio é uma análise simplificada

da futura rede. [ Objetivo: Obter a quantidade e configuração aproximada das BSs. Com estes dados, obtém-se o período de implementação, e custos com recursos humanos [ Método: Select a proper propagation model, and subscriber mobility, distribution, and traffic models, and then estimate the site quantity, cell quantity, coverage size and capacity [ Selecionar um modelo de propagação apropriado, mobilidade e distribuição dos usuários, e modelos de tráfego, para estimar a quantidade, cobertura e capacidade dos sites.

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Dimensionamento da Rede de Rádio entrada

saída

lCobertura

[Área [Probabilidade lCapacidade

lEscala do sistema Dimensioamento de cobertura

[Quantidade de Sites lConfiguração do Sistema

[Modelo de Tráfego [Modelo de Serviço

[Estrutura dos setores

[Densidade dos usuários

[Quantidade de portadoras

lQualidade

[Requerimentos de QoS

Dimensionamento de capacidade

lCusto de construção

[Requerimentos de GoS

[Custo do Site

[Limiar de demodulação

[Custo dos equipamentos

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Pré-Planejamento da Rede de Rádio l Baseado no dimensionamento da

rede de rádio, o pré-planejamento da rede pretende determinar o layout inicial e parâmetros dos NodeBs (localização de NodeB, hierarquia da rede, potência de transmissão,layout/tipo/direção/ ângulo de down tilt da antena, e assim por diante) e alguns parâmetros da célula (Canal comum, potência de transmissão dos canais channel, fator ortogonalidade, cell scramble, etc)

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Pré-planejamento da Rede de Rádio l Com os dados de RND e a

localização teórica dos sites, predições de cobertura devem ser realizadas. realizadas l Novos ajustes (por exemplo

quantidade, configuração, altura e azimute das antenas dos node Bs) são efetuados após análize dos resultados da simulação de cobertura. l Finalmente, conseguir um resultado

de cobertura perfeito.

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Site survey l A localização perfeita do site pode não ser factível de implantação.

Deve-se assim, selecionar um (alguns) site(s) alternativo(s). l A prática determinou que a localização do site alternativo é definida em

um SEARCH RING = R/4, levando-se também em consideração fator altura relativa da antena. l Outros fatores a serem considerados:

[ Ambiente − Posição do Site: latitude, longitude, altitude − Ambiente [ Condições para Trabalho − Espaço no abrigo para o equipamento; − Espaço para Instalação das antenas; − Fator de potência. [ Fator Comercial − Aluguel

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Ambiente de Simulação

Exemplo da simulação de Monte Carlo

Classe de Simulaç Simulação do Sistema

[Simulação Estática − A Simulação Estática deve determinar o desempenho da rede de rádio instantaneamente (“snapshot”)

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Exemplo da Simulação de Monte Carlo Relação de Acesso

100% 20%

0% HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.

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75% Page 17

60% 100% 60%

40%

Distribuição de NodeBs

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Diagrama da Simulação – Intensidade (piloto) da Cobertura

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Diagrama de Simulação – Qualidade (piloto) da Cobertura (Ec/Io)

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Probabilidade de Cobertura de 12.2k (voz)

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Probabilidade de Cobertura de 64k (video phone)

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Probabilidade de Cobertura de 144k (Net Meeting)

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Probabilidade de Cobertura de 384k (HTTP)

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Capítulo 1 Processo do Planejamento da Rede WCDMA Capítulo 2 Uplink Budget Capítulo 3 Downlink Budget

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Processo da Cobertura Budget Criar Criar link link budget budget

l Características do ambiente de

Máxima atenuação (path loss)

simulação l Capacidade dos sites

Obter Obter Raio Raio da da Célula Célula Mínimo raio da célula Calcular Calcular área área do do site site

l Cobertura em interiores l Probabilidade de Cobertura l Modelo de Propagação

Máxima área de cobertura do site Especificar Especificar aa quantidade quantidade de de sites sites da da área área

Quantidade de Sites = área planejada/área de cobertura do site HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.

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Princípio Fundamental l Link Budget: estima a NodeB TX

cobertura do sistema analisando os fatores de propagação no uplink e downlink, obtendo a máxima perda de propagação. Assim, a comunicação é assegurada.

Ga_BS

Pout_BS Lf_BS Lc_BS Feeder PL

Combiner Duplexer

_D L

PL _U L

Ga_UE UE Fading Margin

Pout_UE TX

Combiner Duplexer Body Loss

Penetration Loss

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Algoritmo Uplink (reverse) l PL_UL=Pout_UE +Ga_BS+Ga_UE –Lf_BS+Ga_SHO –Mpc– Mf – MI – Lp – Lb –

S_BS − PL_UL: Máxima perda de propagação do Uplink − Pout_UE: Máxima potência de transmissão do traffic channel do UE − Lf_BS: Perda nos cabos − Ga_BS: Ganho da antena na BS; Ga_UE: Ganho da antena do UE − Ga_SHO: Ganho do soft handover − Mpc: Margem para controle rápido de potência − Mf: Margem do desvanecimento lento (ambiente de propagação) − MI: Margem de Interferência (capacidade projetada) − Lp: Perda da penetração em paredes (cobertura em interiores) − Lb: perda no corpo (body loss) − S_BS: Sensibilidade do receptor da BS (relacionada a fatores como serviço e condição multipercursos

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Elementos do Uplink Budget do WCDMA lMáxima potência do TCH

lMargem de ruído de fundo

lPerda no corpo (body loss)

lSHO ganho sobre

lGanho da antena de TX do UE lEIRP

desvanecimento rápido lMargem de desvanecimento

rápido

lGanho da antena de RX da BS

lMínima intensidade de sinal

lPerda nos cabos

requerida lPerda de penetração

lFigura de ruído (BS)

lDesvio padrão do

lEb/No alvo (BS)

desvanecimento lento (slow fading)

lSensibilidade do receptor da BS

lProbabilidade de cobertura na

lCarga de UL na célula

borda

lMargem de interferência

lMargem do desvanecimento lento

lNível de ruído de fundo

lSHO Ganho sobre o

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Elementos do Uplink Budget do WCDMA l 1.Máxima Potência do TCH (dBm)

[ Para o UE, a máxima potência para cada canal de tráfego é geralmente a potência de transmissão total. Há muitos tipos de UE em uma rede comercial, então esses parâmetros devem ser razoavelmente ajustados no link budget de acordo com as especificações do telefone celular comercial mais vendido e a exigência do operador. Grade of UE power （TS 25.101 v3.7.0 （2001-06）6.2.1 Power Class

Nominal maximum output power

Tolerance

+33dBm

+1/-3dB

+27dBm

+1/-3dB

+24dBm

+1/-3dB

+21dBm

+2/-2dB

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Elementos do Uplink Budget do WCDMA l 2. Perda no corpo (body (body loss - dB)

[ Para serviço de voz, o body loss é de 3 dB. [ Porque o serviço de dados envolve principalmente leitura e vídeo, o UE fica relativamente longe do corpo, e o body loss é 0 dB. l 3.Ganho da Antena Tx do UE (dBi (dBi))

[ Em geral, supor que o ganho do receptor e o ganho do transmissor da antena do UE são ambos 0 dBi. l 4.EIRP ( Effective Isotropically Radiated Power, Power, dBm) dBm)

[ UE EIRP (dBm) = UE Potência do Tx (dBm) - Body Loss (dB) + Ganho da Antena de Tx do UE (dBi)

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Elementos do Uplink Budget do WCDMA l 5.Ganho da antena de RX na BS (dBi) Kathrein 741794

Kathrein 741790

1710~2170MHz (dual band for DCS and UMTS)

Frequency range

1920~2170MHz

Polarization

Vertical

Polarization

+45○, -45○

Gain

11dBi

Gain

18.5dBi

HPBW

Vertical: 7○

Horizontal: 63○

Electrical tilt

Fixed, 0○

Vertical:6.5○

Dimension (Height)

1387 mm

Electrical tilt

Fixed, 2○

Weight

5kg

Side lobe suppression for 1st side lobe above horizon

>14dB

Front-to-back ratio, co-polar

>30dB

Dimension (Height / Width / Depth)

1302 mm / 155 mm / 69 mm

Weight

6.6kg

Frequency range

HPBW (1920~2170MHz)

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Elementos do Uplink Budget do WCDMA l 6.Perda nos cabos (dB)

[ Inclui a perda dos alimentadores (feeder) e conectores entre o gabinete mais alto e o conector da antena

Bracket

Tilt adjuster

Antenna

− Jumper inferior

Bracket

− Conector

Upper jumper

− Feeder − Jumper superior

Feeder Lightning arrester Feeder fixing clip

− Etc. [ Exceto para o feeder, a perda é relativamente constante. Ex. 0.8 dB @ 2GHz.

Lower jumper Feeder grounding clip

− 7/8-inch feeder: 6.1 dB / 100m − 5/4-inch feeder: 4.5 dB / 100m HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.

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Feeder window

Feeder installation

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Elementos do Uplink Budget do WCDMA l 7.Figura de Ruído (dB)

[ Figura de Ruído (NF): É usado para medir o desempenho na presença de ruído do amplificador. Isto refere-se a relação da entrada SNR e da saída SNR da antena.

NF = SNRi / SNRo = (Si / Ni) / (So / No) [ Ruído Térmico do Receptor (unidade de largura de banda): − PN = K*T*BW*NF = -174 (dBm/Hz) + 10lg(3.84MHz / 1Hz) + NF (dB) = -108 (dBm/3.84MHz) + NF (dB)

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Elementos do Uplink Budget do WCDMA l 8.Eb/No Requerido (dB)

[ É obtido através da simulação do link. Está relacionado com: − Configuração da diversidade de recepção − Condição do canal multipercursos − Tipo de serviço (bearer type) l 9.Sensibilidade do Repector da BS (dBm)

[ Sensibilidade do Receptor (dBm) = -174 (dBm/Hz) + NF (dB) + 10lg(3.84MHz/1Hz) + EbvsNo necessária (dB) - 10lg[3.84MHz/Rb(kHz)] = -174 (dBm/Hz) + NF (dB) + 10lg[1000 * Rb (kHz)] + Eb/No (dB)

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Elementos do Uplink Budget no WCDMA l 10.Perda na penetração (dB)

[ Refere-se à diferença entre a intensidade média do sinal fora do edifício e a intensidade média do sinal em uma camada no interior dos edifícios [ É relacionada com o tipo de edifício, ângulo de entrada da onda eletromagnética, e assim por diante. No link budget, supõe-se que a perda por penetração é sujeita à distribuição log-normal. A perda por penetração é indicada pela perda média de penetração e pelo desvio padrão. [ Não é economicamente viável disponibilizar cobertura em interiores através de BS externas. A cobertura em interiores será fornecida através de uma solução indoor apropriada.

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Elementos do Uplink Budget do WCDMA l 11.Margem de Desvanecimento Rápido (dB)

[ No link budget, o desempenho na demodulação do receptor é o resultado de simulação baseada no controle de potência ideal. Na prática, devido à limitada transmissão de potência, fatores nãoideais são introduzidos no controle de potência do loop fechado.

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Elementos do Uplink Budget do WCDMA l 12. Probabilidade de Cobertura na Borda

[ Quando o transmissor do UE estiver no máximo, e não é suficiente para transpor a perda na propagação, o enlace será desconectado. [ Para um UE a uma distância d, a probabilidade de desconexão do link é: Pr_ outage

( d ) = Pr{ P max _ UE − PL ( d ) < S min } = Pr{ P max _ UE − 10 γ lg( d ) − ξ < S min } = Pr{ P max _ UE − S min − 10 γ lg( d ) < ξ } = Pr{ ρ ( d ) < ξ }

[ ρ(d) = Pmax_UE – S_min – 10γlg(d)，diferença entre a perda média de percurso a uma distância d, e a máxima perda de percurso permitida para assegurar a conexão [ O componente de desvanecimento médio é 0, e o desvio padrão é σ HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.

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Elementos do Uplink Budget do WCDMA l

13. Margem de desvanecimento lento (dB)

[Ponto Chave: Propriedade de distribuição normal SF( x, σ) := dnorm ( x, 0 , σ)

SF_M( x, σ) := pnorm( x, 0 , σ) 1 0.9 0.8

0.06

0.7

SF( x, 8)

SF_M ( x, 8)

SF( x, 10) 0.04

SF_M ( x, 10) 0.5

SF( x, 12)

SF_M ( x, 12) 0.4

0.6

0.3

0.02

0.2 0.1

[Margem de desvanecimento lento (dB) = Probabilidade de cobertura da borda requerida × desvio padrão do desvanecimento lento (dB) HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.

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Elementos do Uplink Budget do WCDMA l 14. Carga de uplink na célula

η UL = (1 + i ) ⋅ ∑ L j = (1 + i ) ⋅ ∑ N

(EbvsNo )

R jv j

[ Quanto mais elevado for a carga no uplink da célula, maior é a interferência no uplink. [ Se a carga no uplink for aproximadamente 100%, a interferência torna-se infinita, e a capacidade correspondente é a máxima.

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Elementos do Uplink Budget do WCDMA l 15. Margem de Interferência no

NoiseRise =

Uplink (dB)

I TOT = PN

1 N

1− ∑ Lj

1 1 − ηUL

50% Load --- 3dB 60% Load --- 4dB 75% Load --- 6dB

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Elementos do Uplink Budget do WCDMA l 16. Ganho SHO (dB)

[ O ganho do soft handover inclui duas partes. − Ganho sobre o desvanecimento lento, devido aos múltiplos ramos relacionados ao soft handove. Reduz a margem de desvanecimento requerida, o que resulta em ganho da multi-célula. − Ganho sobre o desvanecimento rápido, que refere ao ganho combinado da diversidade macro.

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Elementos do Uplink Budget do WCDMA l 17.Mínima Intensidade de Sinal Requerida (dBm)

[ Depois dos fatores de interferência e que degradam o desempenho serem considerados, a intensidade do sinal requerida na demodulação correta é a sensibilidade do receptor da rede. [ Mínima intensidade de sinal requerida = sensibilidade do receptor (dBm) – ganho da antena(dBi) + body loss (dB) + margem de interferência (dB) + margem do ruído de fundo (dB) - SHO ganho sobre o desvanecimento rápido(dB) + margem de desvanecimento rápido (dB)

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Page 43

Elementos do Uplink Budget do WCDMA l Sumário: Perda do percurso na borda da célula

[ Baseado na máxima perda do percurso permitida pelo link, a média de perda do percurso na borda da célula pode ser calculada se a margem de desvanecimento e o ganho do soft handover para a probabilidade de cobertura da borda/área requerida e a perda por penetração da cobertura indoor forem considerados. [ Perda do Percuso (dB) = [ EIRP (dBm) - mínima intensidade do sinal requerida (dBm) ]- perda por penetração (dB) – margem de desvanecimento lento (dB) + SHO ganho sobre o desvanecimento lento (dB)

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Capítulo 1 Processo do Planejamento da Rede WCDMA Capítulo 2 Uplink Budget Capítulo 3 Downlink Budget

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Princípio Fundamental l Link Budget: estima a NodeB TX

cobertura do sistema analisando os fatores de propagação no uplink e downlink, obtendo a máxima perda de propagação. Assim, a comunicação é assegurada.

Ga_BS

Pout_BS Lf_BS Lc_BS Feeder PL

Combiner Duplexer

_D L

PL _U L

Ga_UE UE Fading Margin

Pout_UE TX

Combiner Duplexer Body Loss

Penetration Loss

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Algoritmo Downlink (forward) l

PL_DL=Pout_BS – Lf_BS+Ga_BS+Ga_UE +Ga_SHO –Mpc– Mf – MI – Lp – Lb – S_UE − PL_DL: máxima perda ne propagação do downlink − Pout_BS: máxima potência de transmissão do canal de tráfego da BS − Lf_BS: perda nos cabos − Ga_BS: ganho da antena da BS; Ga_UE: Ganho da antena da MS − Ga_SHO: ganho do soft handover − Mpc: margem para controle rápido de potência − Mf: margem do desvanecimento lento (ambiente de propagação) − MI: margem de interferência (capacidade projetada) − Lp: perda da penetração de um edifício (cobertura em interiores) − Lb: body loss − S_UE: sensibilidade do receptor da BS (serviço e condição multi-percursos)

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Elementos do Downlink Budget do WCDMA lMáxima potência do TCH

lMargem

lPerda nos cabos

lSHO

lGanho da antena de TX da BS

rápido

lEIRP

lMargem

lGanho da antena de RX do UE

lMínima

lPerda no corpo (body loss)

lPerda

lFigura de ruído (UE)

lDesvio

lEb/No requerido (UE)

lento

lSensibilidade do receptor do UE

lProbabilidade

lDL carga da célula

lMargem

lMargem de interferência

lSHO

ganho sobre o desvanecimento de desvanecimento rápido

intensidade do sinal requerida

por penetração padrão do desvanecimento de cobertura na borda

de desvanecimento lento

ganho sobre o desvanecimento

lento

lNível de ruído de fundo HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.

do ruído de fundo

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Elementos do Downlink Budget do WCDMA l 1.Downlink Cell Loading

Fator de carga da célula no downlink é defino de duas formas: [ Carga da célula de downlink no receptor:

η DL

Rj   = ∑  (1 − α j + i j )⋅ (EbvsNo ) j ⋅ ⋅vj  W 1   N

[ Esta definição é similar à carga de célula no uplink : − Quanto maior a carga no downlink, maior é a potência de transmissão na célula, e maior ser´a interferência no receptor. − Quando a carga de célula no downlink é 100% , a capacidade correspondente é a máxima. [ Carga da célula de downlink no receptor : relação entre a potência de transmissão atual e a máxima potência de transmissão na BS. Características: − Quanto maior a carga no downlink, maior é a potência de transmissão na célula. A carga no downlink é relacionada ao tipo de serviço, performance do receptor do EU, tamanho da célula e a capacidade da BS.

A última definição é a normalmente utilizada em simulações HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.

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Elementos do Downlink Budget do WCDMA l 2.Margem de Interferência de Downlink (dB)

[ Interferência de downlink no receptor do UE: NoiseRise( j ) =

I total = PN

N 1 PT (1 − α j ) + PT ∑ + PN PL j n =1 PL j , n

[ O fator de carga no downlink é: η DL

 (E / N o ) j V j R j =∑ b ((1 − α j ) + f DL , j ) j =1  W 

,onde

PL j ,own

f DL , = j ∑ PL n =1 j ,n

[ A ferramenta do link budget usa os seguintes valores : − Fator de ortogonalidade α j: É obtido com a simulação. Relacionado com o tipo de ambiente e o raio da célula. − Fator de interferência na borda da célula da célula adjacente: 1.78 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.

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