浅谈cdma2000和WCDMA移动台与网络扫频仪在导频测试方面的差异

1  引言

中国联通WCDMA网络的开通、中国电信cdma2000网络升级到EV-DO的过程中，路测系统一直在工程测试、网络优化测试中起着重要的作用。路测系统中有两个重要测试设备，即测试手机和网络扫频仪，它们分别起着不同的作用：测试手机一般负责语音和数据业务测试，信令记录以及空口信号的低速测量，而网络扫频仪则负责路测过程中最为关键的空口信号的高性能解调以及频谱测量和干扰分析。

虽然测试手机（移动台）和网络扫频仪各有侧重，但有的空口参数则二者都可以测试到。通过对比两者的测试值（以cdma2000和WCDMA为例），工程师发现以下问题：

问题一：在相同的测试环境下，移动台汇报的RSCP（接收信号码域功率）， （载干比）与扫频仪测得的存在差异。

问题二：在相同的测试环境下，有时移动台搜索到的PN Off Set（cdma2000短码偏置）或PSC（WCDMA主扰码）比扫频仪多。

测试工程师因此感到疑惑，不知该相信扫频仪（扫频仪的测试精度高于测试手机）还是测试手机。在下结论之前，我们先进行分析。

2  对于问题一

（1）分析

首先，移动台、扫频仪各自RAKE接收机的相关器的数量存在不同。

WCDMA和cdma2000的移动台、扫频仪都是采用RAKE接收机来实现信号的接收与解调，但是各自RAKE接收机的相关器的数量存在不同：移动台的RAKE接收机是由3个并行相关器和一个搜索相关器组成。搜索相关器负责搜索、检测信号强度最好的多径并解调对应的PN Off Set和PSC，而另外3个并行相关器则对相同的PN Off Set和PSC的多径进行合并，我们通常称它们为搜寻指、合并指；网络扫频仪的RAKE接收机的相关器则比移动台多得多。根据资料得知：R/S的TSMX网络扫频仪可同时使用2500个相关器。假设每个导频信号都存在10个多径，扫频仪也可以检测到250个导频信号。当然，实际网络中不存在某一区域的导频达到250个的情况。因此，我们可以认为扫频仪能捕捉到在空中传输的全部导频信号。

其次，通常RAKE接收机存在3种不同的合并方式。

RAKE接收机的搜索相关器搜索到了多径信号后会把其送到合并相关器中，合并相关器对同一信号的不同多径在完成时延、加权后合并信号。合并方式主要分为选择性合并、等增益合并、最大增益合并3种。现在我们就这3种合并方式推导合并后的信号信噪比与分支平均信噪比之间的关系。

假设 N 个独立衰落信号分别为r1(t),r2(t),…rN(t)，则通过N路支路接收后合并为：

        （1）

式中，ai为第i路信号的加权系数。

选择不同的加权系数，即得到不同的合并方式。

●选择式合并

选择式合并是所有合并方式中最简单的一种，其原理是检测所有接收机输入信号的信噪比，选择其中信噪比最大的那一路信号作为合并器的输出（见图1）。

图1  选择式合并原理图

根据资料可知选择式合并的平均输出信噪比为：

            （2）

为合并器平均输出信噪比，为支路信号最大平均信噪比。

●等增益合并

当加权系数k1=k2=L=kN时，即为等增益合并（见图2）。假设每条支路的平均噪声功率是相等的，则根据资料，等增益合并的平均输出信噪比为：

图2  等增益合并、最大值合并原理

            （3）

为合并前每条支路的平均信噪比。

●最大比值合并

最大比值合并原理是各条支路加权系数与该支路信噪比成正比。信噪比越大，加权系数越大，对合并后信号贡献也越大。根据资料得知：若每条支路的平均噪声功率是相等的，可以证明，当各支路加权系数为：

              （4）

分集合并后的平均输出信噪比最大。公式中， Ak为第k条支路信号幅度，σ2为每条支路噪声平均功率。最大比值合并后的平均输出信噪比为：

            （5）

3种分集合并的性能如图3所示。可以看出，在这3种合并方式中，最大比值合并的性能最好，选择式合并的性能最差。比较公式（3）和（5）可以看出，当 N 较大时，等增益合并的合并增益接近于最大比值合并的合并增益。

图3  3种分集合并的性能比较

存在软切换情况下，移动台有其合并原则。

当移动台既接收到某一导频的多路多径信号又接收到若干其它导频信号的时候，由于移动台只有1个搜索相关器和3个并行相关器，因此将会按照以下原则来处理信号：

当未发生软切换时，移动台RAKE接收机解调、合并来自同一个基站的不同多径信号。

当发生二方、三方软切换时，移动台RAKE接收机优先解调、合并来自不同基站的多径信号。如果处于三方软切换时，即使来自其中一个基站来的第二条多径信号强度大于来自其它基站的信号强度，移动台也不会对其予以解调，而尽可能多地解调来自不同基站的信号。

因此，移动台与扫频仪的测量结果的差异情况会根据实际情况不同而不同，具体有以下两种情况： 

假设移动台和网络扫频仪都采用最大值合并方法，且只收到一个小区信号，根据公式（5）可以得到移动台和网络扫频仪的RAKE接收机的输出信噪比：

移动台： （6）

扫频仪： （7）

式中j为多径数，为合并前每条支路的平均信噪比。

可见，当只收到一个小区信号时，如果多径数不超过3时，移动台与扫频仪测得导频信噪比相同。

如果数据比特速率为Rb，码片速率为Rc，则一个数据比特包含码片数为：

           （8）

那么解调后每一个数据比特的能量为：

           （9）

如果数据信号功率用S表示，则：

        （10）

N是工作频带内的噪声+干扰的功率谱密度 (无用信号谱密度) 。Io是工作频带内的总功率谱密度比。因此，工作频带内总功率为：

             （11）

根据N的定义及公式（10），得到：

         （12）

因此，把公式（10）代入公式（12），可以得到：

         （13）

由公式（13）同样可以得到：

             （14）

作者：李咏东 罗德与施瓦茨中国有限公司   来源：电信网技术