CDMA容量分析的理論基礎(chǔ)

1、CDMA容量分析的理論基礎(chǔ)前向鏈路容量分析前向鏈路容量理論算法有兩種：一種算法首先假設(shè)前向功率控制很理想的情況下，計(jì)算前向功率控制因子K,=2；a+2)，其中九為小區(qū)的內(nèi)無線電波的衰減因子。前向功率控制中的非理想因素是通過取不traf同的余量進(jìn)行修正。前向容量計(jì)算公式為(PG)M(P)=trafmaxkaptrafftraf10-M(dB)/10PMAXPNL(R)+KPpiimTfMAXpsync1024-NpPgp256其中M(dB)為各前向鏈路統(tǒng)一的余量;p，p，p，p分別為業(yè)務(wù)信道、導(dǎo)頻信道、同步信道和尋呼信道的接收靈敏度，一般可取trafpilsyncpag為T5dB、7dB、6dB

2、、6dB；Kf為小區(qū)干擾因子，等于1+1.778/6*n;P為BTS最大發(fā)射功率；maxPG)業(yè)務(wù)信道擴(kuò)頻增益trafaf為前向話音激活因子；Np為尋呼信道數(shù)；Nm=NoWo另一種算法是WillianLi在IEEE文獻(xiàn)中描述的，在算法中考慮前向功率控制的非理想因素，認(rèn)為前向功率控制算法作得好的話，前向功率控制因子可以達(dá)到0.5左右?？紤]到前向功率控制算法中要固定前向增益的底限，由此而導(dǎo)致總功率需要用修正因子1.0913修正。修正的結(jié)果使得總?cè)萘拷档土?.0913倍。反向容量分析反向容量的理論計(jì)算公式雖然多種多樣，但基本原理都是基于QUALCOMM公司提出的反向容量分析理論。這里給出其中兩種表現(xiàn)

3、形式。理論反向容量經(jīng)典公式EbRPsnr=NtWNoW+P*(N1)=N=1+G/(Eb/Nt)進(jìn)一步考慮話音激活因子v和鄰近小區(qū)的干擾因子F以及扇區(qū)化因子f,上式變?yōu)镹=1+G*f/(F*v*Eb/Nt)一般取值如下：f=2.55,F=1.6,v=0.4.實(shí)際應(yīng)用公式BCDMAZ-M0MoMX-Mape0.5卩2odB(i+g)RmedMO2p2e2卩2odB(1+g)dBmed具體參數(shù)意義見參考文獻(xiàn)。CDMA小區(qū)容量分析相關(guān)參數(shù)CDMA蜂窩小區(qū)的容量即可能受限于前向鏈路容量，也可能受限于反向鏈路容量，具體受限于前向還是反向鏈路，由具體的小區(qū)環(huán)境決定。下面討論以下幾個有關(guān)CDMA容量分析的概

4、念，確定不同環(huán)境下的小區(qū)容量。關(guān)于前向信道的余量(Margin)前文提到的兩種前向鏈路容量分析方法各有合理的一面，同時(shí)也存在不合理的地方。比如第一種前向容量分析算法將所有前向信道統(tǒng)一加了相同的余量就不合適。原因在于：前向控制信道沒有功率控制，因此要充分考慮控制信道在小區(qū)邊界的余量。而業(yè)務(wù)信道本身有功率控制，功率控制本身對慢衰落有一定的抑制作用。由于前向功率控制不是很精確，為彌補(bǔ)前向功率控制精度的不足，功率控制算法已考慮了給業(yè)務(wù)信道功率留有一定的余量。小區(qū)邊界地區(qū)有分集增益。當(dāng)兩分集鏈路相關(guān)性為0時(shí)，衰落僅為0.48o羽(路損均方差)；當(dāng)相關(guān)dB系數(shù)為0.5時(shí)，慢衰落均方根為0.77o羽dB基于

5、以上分析，對前向鏈路由此可見，前向控制信道與業(yè)務(wù)信道不應(yīng)該采用同樣的余量，應(yīng)該分開設(shè)置。容量公式修改如下。M(PMAX(PG)trafKaptrafftrafPMAXNL(R)+KPmTfMAX-PPilpPsyncNpag1024p256其中：ptraf*10M(dB)/10trafppil=p*10M(dB)/10pilpsyn=p*10M(dB)/10syncppag=p*10M(dB)/10pag這樣M(dB)可以針對不同的控制信道設(shè)置不同的余量大小。這里考慮給前向控制信道設(shè)置5.0dB的余量,加上邊界地區(qū)分集不相關(guān)增益，覆蓋率應(yīng)該在90%以上。業(yè)務(wù)信道的余量取值參考WillianLe

6、e的文獻(xiàn)取Ktraf=0-5*1-0913沁55，平均余量約等于2.17dB。前向功率控制算法決定了小區(qū)不同位置的余量有差異，越靠近BTS，余量越大，邊界區(qū)域的余量相對較小。但是邊界區(qū)域有分集增益作補(bǔ)充，分集增益最大可達(dá)4.2dB，加之功率控制的作用，業(yè)務(wù)信道的在邊界地區(qū)的覆蓋率應(yīng)該在70%以上。因此，對于業(yè)務(wù)信道不需要另外考慮余量。關(guān)于業(yè)務(wù)信道的平均解調(diào)靈敏度前、反向信道的解調(diào)性能有較大差異，前向業(yè)務(wù)信道為相干解調(diào),可以提供3dB的解調(diào)增益（相對于反響解調(diào)而言），但這并不是絕對的。通過一下對比可以看得很清楚。Rayleigh衰落環(huán)境下：RateSetConfigureForwardLink(

7、1%)ReverseLink(1%)18km/hr,2paths9.4dB11.42dB30km/hr,1path15.6dB11.40dB100km/hr,3path5.3dB9.09dB28km/hr,2paths10.0dB11.02dB30km/hr,1path20.0dB不作要求100km/hr,3path8.0dB8.81dBAWGN環(huán)境下:RateSetConfigureForwardLink(1%)ReverseLink(1%)1AWGN4.3dB4.3dB2AWGN5.6dB3.49dB對于8K聲碼器，在AWGN環(huán)境下解調(diào)性能相同；在Rayleigh衰落環(huán)境下，8km/hr和

8、100km/hr的移動條件下，前向鏈路解調(diào)性能均優(yōu)于反向鏈路的解調(diào)性能。只有30km/hr的情況下，前向鏈路比反向鏈路差。因此前向鏈路相關(guān)解調(diào)優(yōu)于反向鏈路非相關(guān)解調(diào)3dB的說法是指普遍意義上的。另外可以對比前向鏈路和反向鏈路的擴(kuò)頻增益，前向鏈路的擴(kuò)頻增益稍差一些。RateSet9.6k4.8k2.4k1.2kReverseLink21dB24dB27dB30dBForwardLink20.1dB23.1dB26.1dB29.1dB從以上對比可以這樣來作分析。8km/hr為步行速度；30km/hr為公共汽車速度；100km/hr為高速公路上的跑車速度。在繁華的市區(qū)，以行人和公共汽車為主。移動用戶

9、在行進(jìn)中如果有來電或要呼出，多半會降低移動速度，或停下來。也就是說繁華都市具有比較意義的是在公共汽車上的移動用戶的解調(diào)性能。前面解調(diào)性能對比中已明確指出30km/hr的移動速度下，前向鏈路的解調(diào)性能明顯比反向鏈路的解調(diào)性能差，因此如果說在市區(qū)是前向鏈路容量受限的話，30km/hr解調(diào)性能的差異是其中原因之一。如果60%的用戶是在AWGN下，5%的用戶是步行移動用戶，35%處于30km/hr的汽車中。安該比例計(jì)算，反向鏈路的平均EJN=7dB，前向鏈路的平均EJN=85dB。如果60%的用戶是在AWGN下，15%的用戶是步b0b0行移動用戶，20%處于30km/hr的汽車中。5%的用戶為高速移動

10、用戶。安該比例計(jì)算，反向鏈路的平均Eb；N0二7.0dB，前向鏈路的平均EJN0=7.4dB。b0b0關(guān)于前向控制信道的接收靈敏度（1）導(dǎo)頻信道的接收靈敏度底限通常設(shè)為一15dB,如果考慮在邊界區(qū)域控制信道也同樣獲得一定的分集增益，為控制信道提供5dB的余量足以滿足覆蓋概率75%的要求。因此導(dǎo)頻信號的接收靈敏度設(shè)為一10dB。（2）尋呼信道的接收靈敏度底限通常設(shè)為6dB，如果考慮在邊界區(qū)域控制信道可獲得一定的分集增益，為控制信道提供5dB的余量足以滿足覆蓋概率75%的要求。因此尋呼信道的接收靈敏度設(shè)為11dBo（3）同步信道的接收靈敏度底限通常設(shè)為6dB，如果考慮在邊界區(qū)域控制信道可獲得一定的

11、分集增益，為控制信道提供5dB的余量足以滿足覆蓋概率75%的要求。因此導(dǎo)頻信號的接收靈敏度設(shè)為11dBo所謂通常情況下控制信道的接收靈敏度適用于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的情況，在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中除考慮來自本小區(qū)的干擾外還要考慮來自其它小區(qū)的干擾。來自其它小區(qū)的干擾可達(dá)到來自本小區(qū)干擾的2.5dB。假設(shè)在沒有其它小區(qū)干擾的情況下（單個BTS構(gòu)成的孤島），來自其它小區(qū)的干擾可取0。XX地區(qū)容量分析在典型蜂窩情況下，前向鏈路容量分析參數(shù)取值如下表所示:符號說明取值K前向功率控制因子0.55trafa前向鏈路語音激活因子0.49K前向鏈路干擾因子2.778fp前向業(yè)務(wù)信道接收靈敏度7.4dBtrafp導(dǎo)頻信道接收靈敏度-1

12、0dBpilp同步信道接收靈敏度11dBsyncP尋呼信道接收靈敏度11dBpagN尋呼信道數(shù)1MdB前向鏈路余量5.0dB計(jì)算結(jié)果：單扇區(qū)愛爾蘭容量為14.3。在典型蜂窩情況下，反向鏈路容量分析參數(shù)取值如下表所示符號說明取值a反向鏈路語音激活因子0.40K反向鏈路干擾因子0.50fp反向業(yè)務(wù)信道接收靈敏度7.0dBtraf&反向信道接收信號均方根2.5dBX反向鏈路負(fù)載因子0.9計(jì)算結(jié)果：單扇區(qū)愛爾蘭容量為21?？梢娫诔菂^(qū)小區(qū)容量受限于前向鏈路容量。城區(qū)容量分析如下表所示:單載頻（1FA）單扇區(qū)1S兩扇區(qū)2S三扇區(qū)3S單扇區(qū)1S兩扇區(qū)2S三扇區(qū)3S愛爾蘭容量14.324.336.428.64

13、8.672.8信道數(shù)2244664488132信道配置2244664488132承載用戶數(shù)476810121395316202426鏈路分析相關(guān)參數(shù)如下表所示:LBTS饋線損耗4dBdP移動臺最大發(fā)射功率0.2WmGBTS天線增益15dBicG移動臺天線增益+身體損耗0dBmNWBTS熱噪聲功率-108dBmcN移動臺熱噪聲功率-105dBmmw鏈路分析結(jié)果如下:L最大路徑扌員耗146dBtPBTS最大發(fā)射功率10.2Wmax在單個基站構(gòu)成的孤島情況下，前向鏈路容量分析參數(shù)取值如下表所示:符號說明取值K前向功率控制因子0.55trafa前向鏈路語音激活因子0.49K前向鏈路干擾因子1.0fp前

14、向業(yè)務(wù)信道接收靈敏度7.4dBtrafp導(dǎo)頻信道接收靈敏度-10dBpilp同步信道接收靈敏度11dBsyncp尋呼信道接收靈敏度11dBpagN尋呼信道數(shù)1pMdB前向鏈路余量5.0dB計(jì)算結(jié)果:單扇區(qū)愛爾蘭容量為64.59。在單個基站構(gòu)成的孤島情況下，反向鏈路容量分析參數(shù)取值如下表所示:符號說明取值a反向鏈路語音激活因子0.40K反向鏈路干擾因子0.0fp反向業(yè)務(wù)信道接收靈敏度7.0dBtraf&反向信道接收信號均方根2.5dBX反向鏈路負(fù)載因子0.9計(jì)算結(jié)果：單扇區(qū)愛爾蘭容量為28?？梢娫诠聧u情況下，小區(qū)容量受限于反向鏈路容量。容量分析如下表所示:單載頻（1FA）單扇區(qū)1S兩扇區(qū)2S三扇

15、區(qū)3S單扇區(qū)1S兩扇區(qū)2S三扇區(qū)3S愛爾蘭容量2850.475.656100.8151.2信道數(shù)377411174148222信道配置377411174148222承載用戶數(shù)93316802520186633605040在每個小區(qū)周圍由小于3個基站的覆蓋區(qū)域，容量分析可按一下參數(shù)分析鏈路容量。前向鏈路容量分析參數(shù)取值如下表所示：符號說明取值K前向功率控制因子0.55trafa前向鏈路語音激活因子0.49K前向鏈路干擾因子1.889fp前向業(yè)務(wù)信道接收靈敏度7.4dBtrafP導(dǎo)頻信道接收靈敏度-10dBrpilP同步信道接收靈敏度11dBsyncP尋呼信道接收靈敏度11dBpagN尋呼信道數(shù)1

16、pMdB前向鏈路余量5.0dB計(jì)算結(jié)果：單扇區(qū)愛爾蘭容量為27.6。反向鏈路容量分析參數(shù)取值如下表所示:符號說明取值a反向鏈路語音激活因子0.40K反向鏈路干擾因子0.25fp反向業(yè)務(wù)信道接收靈敏度7.0dBtraf&反向信道接收信號均方根2.5dBX反向鏈路負(fù)載因子0.9計(jì)算結(jié)果：單扇區(qū)愛爾蘭容量為24?？梢娫谶@種情況下。小區(qū)容量受限于反向鏈路容量。容量分析如下表所示單載頻（1FA）單扇區(qū)1S兩扇區(qū)2S三扇區(qū)3S單扇區(qū)1S兩扇區(qū)2S三扇區(qū)3S愛爾蘭容量2443.264.84886.4129.6信道數(shù)33669966132198信道配置33669966132198承載用戶數(shù)80014402160160028804320在每個小區(qū)周圍由45個基站的覆蓋區(qū)域，容量分析可按一下參數(shù)分析鏈路容量。前向鏈路容量分析參數(shù)取值如下表所示：符號說明取值K前向功率控制因子0.55trafa前向鏈路語音激活因子0.49K前向鏈路干擾因子2.185fp前向業(yè)務(wù)信道接收靈敏度7.4dBtrafp導(dǎo)頻信道接收靈敏度-10dBpilp同步信道接收靈敏度11dBsyncp尋呼信道接收靈敏度11dBpagN尋呼信道數(shù)1pMdB前向鏈路余量5.0dB計(jì)算結(jié)果：單扇區(qū)愛爾蘭容量為23。反向鏈路容量分析參數(shù)取值如下表