Ec/No [сигнал/шум в 3G]

Отношение Сигнал/Шум является одной из самых важных характеристик в радиочасти, реализующей WCDMA.

Ec/No определяет какой тип сервиса (например, скорость HSDPA) может быть выделен абоненту в данном месте (покрытие) в данное время (нагрузка).

Синонимы: Сигнал/шум, Ec/No (читается «и-си эн о», отношение энергии чипа к полному шуму в полосе 5МГц), Ec/Io («и-си ай о»), SNR (signal to noise ratio).

Ec/No является динамической характеристикой качества радиоинтерфейса, и в отличии от уровня приема RSCP, меняется в зависимости от нагрузки.

Чем меньше нагрузка (пустая сеть), тем ближе отношение стремится Ec/No к 0. С ростом нагрузки (количества абонентов, пропускной способности) отношение ухудшается вплоть до -12..-14дБ после чего в соответствии с настройками может произойти переход 3G2G.

Отношение Ec/No ухудшается (стремится к -10..-16) и при ухудшении покрытия.

Типовые значения (влево-вверх – лучше):

Или более грубо можно разделить так:

Оптимизация

Улучшение отношения сигнал/шум является одной из целей оптимизации радиосети. При уменьшении покрытия (увеличение угла наклона) т.е. при снижении количества абонентов отношение Ec/No может принимать значения близкие к нулю (например -3..-4дБ), но в этом случае пострадают абоненты у которых исчезло покрытие из-за изменения угла наклона и выиграют абоненты, находящиеся в диаграмме уменьшенного сектора.

Пример распределения качества сигнала, данные получены посредством драйв-теста.

Чем зеленее тем лучше (ближе к -3дБ), Темно синий -10дБ.


Распределение EcNo во время драйв-теста при одновременной загрузке HSDPA.


Связь Ec/Io и Eb/No

Отношение Eb/No – это нормированный вариант отношения сигнал/шум (SNR – Signal Noise Ratio) для цифровых каналов связи. Где Eb – энергия бита, No – спектральная плотность мощности шума:

No = N/W

– т.е. мощность шума в полосе, деленная на ширину полосы частот, но не высокочастотной несущей, а полосы, соответствующей символьной скорости (чиповой скорости). Для 3G это 3.84 Mchip/s, а не 5МHz.
Энергия бита Eb зависит от мощности S, с которой передается бит информации и времени T, в течение которого бит передается:

Eb = S*T

Время передачи бита информации на практике удобно превратить в битовую скорость, т.е. в обратную величину:

T = 1/R

Тогда: Eb/No = (S/R)*(W/N) = (S/N)*(W/R).
Или в логарифмическом виде: Eb/No = 10log(S/No) + 10log(W/R), в этом выражении S/No  = Ec/No.

Eb/No = 10log(Ec/No) + 10log(W/R).

Значения для двух примеров

CDMA2000

W-полоса = 1.2288*10^6 [1/s] = 1.23 Мегачипа в секунду.
R-скорость например 9.6*10^3 [1/s] = 9.6 kbps (голосовой кодек).

WCDMA

W-полоса = 3.84*10^6 [1/s] = 3.84 Мегачипа в секунду.
R-скорость например 1.22*10^3 [1/s] = 12.2 kbps (голосовой кодек AMR NB).

Усиление за счет расширения спектра

Что интересно слагаемое 10log(W/R) – это спектральное расширение или фактически коэффициент усиления за счет расширения. Для двух примеров выше значения усиления за счет расширения составят:

WCDMA = 10log(W/R) = 10log(3.84M/12.2k) = 24.9 dB;
CDMA = 10log(W/R) = 10log(1.23M/9.6k) = 21 dB;

Eb/No – это  промежуточное звено между качеством радио Ec/No и требуемым уровнем качества обслуживания для данного сервиса, выражаемого через BER (bit error rate). Так например требование к допустимому уровню битовых ошибок (фактически к MOS, связанному с уровнем Eb/No через BER) для голосового сервиса составляет 10^-6.

В результате имеем следующую последовательность:

Удовлетворенность пользователя <— Качество голоса (MOS) <— Уровень ошибок (BER) <—Отношение сигнал шум до цифровой обработки сигнала (Eb/No)  <— Отношение сигнал/шум после цифровой обработки сигнала (Ec/No).

2015-01-30 16-07-48

Пример

Для голосового сервиса стандарт требует битовой ошибки не превосходящей 10^-6. Это соотвтетсвует по графику для модуляции QPSK уровню Eb/No = 10.5дБ. Тогда из выражения Eb/No = 10log(Ec/No) + 10log(W/R), получаем 10.5дБ = Ec/No + 24.9дБ, откуда Ec/No = -14.4дБ. Это минимальный достаточный уровень сигнала для целевого уровня битовой ошибки.

Ec/Io

Под соотношением Ec/Io часто понимается Ec/(Io+No), учитываем этот факт. Но т.к. уровень интерференции часто выше, чем температурный уровень шума No, то для грубых прикидок можно считать, что Ec/Io – это то, что нужно, т.е.:

Eb/No = 10log(Ec/Io) + 10log(W/R).

Leave a Reply