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(wú)線電波的衰減因子。前向功率控制中的非理想因素是通過(guò)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T(mén)5dB、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(jiàn)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(gè)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(méi)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(duì)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(duì)前向鏈路由此可見(jiàn)，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(kāi)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)于反響解調(diào)而言），但這并不是絕對(duì)的。通過(guò)一下對(duì)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(duì)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(dòng)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(shuō)法是指普遍意義上的。另外可以對(duì)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(duì)比可以這樣來(lái)作分析。8km/hr為步行速度；30km/hr為公共汽車(chē)速度；100km/hr為高速公路上的跑車(chē)速度。在繁華的市區(qū)，以行人和公共汽車(chē)為主。移動(dòng)用戶

9、在行進(jìn)中如果有來(lái)電或要呼出，多半會(huì)降低移動(dòng)速度，或停下來(lái)。也就是說(shuō)繁華都市具有比較意義的是在公共汽車(chē)上的移動(dòng)用戶的解調(diào)性能。前面解調(diào)性能對(duì)比中已明確指出30km/hr的移動(dòng)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(shuō)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(dòng)用戶，35%處于30km/hr的汽車(chē)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(dòng)用戶，20%處于30km/hr的汽車(chē)中。5%的用戶為高速移動(dòng)

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(hào)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(hào)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(lái)自本小區(qū)的干擾外還要考慮來(lái)自其它小區(qū)的干擾。來(lái)自其它小區(qū)的干擾可達(dá)到來(lái)自本小區(qū)干擾的2.5dB。假設(shè)在沒(méi)有其它小區(qū)干擾的情況下（單個(gè)BTS構(gòu)成的孤島），來(lái)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(hào)說(shuō)明取值K前向功率控制因子0.55trafa前向鏈路語(yǔ)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：?jiǎn)紊葏^(qū)愛(ài)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(hào)說(shuō)明取值a反向鏈路語(yǔ)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(hào)均方根2.5dBX反向鏈路負(fù)載因子0.9計(jì)算結(jié)果：?jiǎn)紊葏^(qū)愛(ài)爾蘭容量為21?？梢?jiàn)在城區(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(ài)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(dòng)臺(tái)最大發(fā)射功率0.2WmGBTS天線增益15dBicG移動(dòng)臺(tái)天線增益+身體損耗0dBmNWBTS熱噪聲功率-108dBmcN移動(dòng)臺(tái)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(gè)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(hào)說(shuō)明取值K前向功率控制因子0.55trafa前向鏈路語(yǔ)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(ài)爾蘭容量為64.59。在單個(gè)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(hào)說(shuō)明取值a反向鏈路語(yǔ)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(hào)均方根2.5dBX反向鏈路負(fù)載因子0.9計(jì)算結(jié)果：?jiǎn)紊葏^(qū)愛(ài)爾蘭容量為28?？梢?jiàn)在孤島情況下，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(ài)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(gè)小區(qū)周?chē)尚∮?個(gè)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(hào)說(shuō)明取值K前向功率控制因子0.55trafa前向鏈路語(yǔ)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：?jiǎn)紊葏^(qū)愛(ài)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(hào)說(shuō)明取值a反向鏈路語(yǔ)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(hào)均方根2.5dBX反向鏈路負(fù)載因子0.9計(jì)算結(jié)果：?jiǎn)紊葏^(qū)愛(ài)爾蘭容量為24?？梢?jiàn)在這種情況下。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(ài)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(gè)小區(qū)周?chē)?5個(gè)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(hào)說(shuō)明取值K前向功率控制因子0.55trafa前向鏈路語(yǔ)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：?jiǎn)紊葏^(qū)愛(ài)爾蘭容量為23。反向鏈路容量分析參數(shù)取值如下表