CDMA前反向容量计算.docx
《CDMA前反向容量计算.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CDMA前反向容量计算.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
CDMA前反向容量计算
CDMA前反向容量计算
满配单载波基站（S111和O1）容量（8kEVRC）
CDMA容量分析的理论基础
前向链路容量分析
前向链路容量理论算法有两种。
一种算法首先假设前向功率控制很理想的情况下，计算前向功率控制因子
λ为路损因子。
前向功率控制中的非理想因素是通过取不同的裕量进行修正[1]。
前向容量计算公式为
其中M（dB）为各前向链路的裕量；
，
，
，
分别为业务信道、导频信道、同步信道和寻呼信道的接收灵敏度；
为小区干扰因子；
为BTS最大发射功率。
另一种算法是WilliamLee在IEEE文献中描述的[2]，在算法中考虑前向功率控制的非理想因素，认为前向功率控制算法作得好的话，前向功率控制因子可以达到0.5左右。
考虑到前向功率控制算法中要固定前向增益的底限，由此而导致总功率需要用修正因子1.0913修正。
修正的结果使得总容量降低了1.0913倍。
反向容量分析
反向容量的理论计算公式虽然多种多样，但基本原理都是基于QUALCOMM公司提出的反向容量分析理论。
这里给出其中一种反向链路容量计算公式。
具体参数意义见参考文献[1]。
容量计算举例
在典型蜂窝情况下，前向链路容量分析参数取值如下表所示。
符号
说明
取值
Ktraf
前向功率控制因子
0.55
α
前向链路语音激活因子
0.49
Kf
前向链路干扰因子
2.778
ρtraf
前向业务信道接收灵敏度
7.4dB（7.0）
ρpil
导频信道接收灵敏度
-15dB
ρsync
同步信道接收灵敏度
5dB（6.0）
ρpag
寻呼信道接收灵敏度
8dB（6.0）
Np
寻呼信道数
1
计算结果：
单扇区最大信道容量为23。
在典型蜂窝情况下，反向链路容量分析参数取值如下表所示。
符号
说明
取值
α
反向链路语音激活因子
0.40
Kf
反向链路干扰因子
0.924
ρtraf
反向业务信道接收灵敏度
7.0dB
δ
反向信道接收信号均方根
2.5dB
X
反向链路负载因子
0.9
计算结果：
单扇区爱尔兰容量为16，如果阻塞率定为2%，需要配24个业务信道。
可见在城区小区容量受限于前向链路容量。
容量分析如下表所示。
单载频（1FA）
单扇区（1S）
两扇区2S
三扇区3S
爱尔兰容量
14.9
12.67
25.3
37.9
信道数
23
46
69
信道配置
23
46
69
承载用户数
745（孤岛）
633（蜂窝）
1265（蜂窝）
1895（蜂窝）
忙时话务量
0.02
软切换系数
0.85
阻塞率
0.02
在三个基站构成的网络情况下，前向链路容量分析参数取值如下表所示。
符号
说明
取值
Ktraf
前向功率控制因子
0.55
α
前向链路语音激活因子
0.49
Kf
前向链路干扰因子
1.6
ρtraf
前向业务信道接收灵敏度
7.4dB
ρpil
导频信道接收灵敏度
-15dB
ρsync
同步信道接收灵敏度
5dB
ρpag
寻呼信道接收灵敏度
8dB
Np
寻呼信道数
1
计算结果：
单扇区最大链路容量为43。
反向链路容量分析参数取值如下表所示。
符号
说明
取值
α
反向链路语音激活因子
0.40
Kf
反向链路干扰因子
0.308
ρtraf
反向业务信道接收灵敏度
7.0dB
δ
反向信道接收信号均方根
2.5dB
X
反向链路负载因子
0.9
计算结果：
单扇区爱尔兰容量为21，如果阻塞率定为2%，需要配29个业务信道。
可见在孤岛情况下。
小区容量受限于反向链路容量。
单载频（1FA）
单扇区（1S）
两扇区2S
三扇区3S
爱尔兰容量
21
17.85
35.7
53.5
信道数
29
58
87
信道配置
29
58
87
承载用户数
1050（孤岛）
892（蜂窝）
1785（蜂窝）
2675（蜂窝）
忙时话务量
0.02
软切换系数
0.85
阻塞率
0.02
容量测试结果
中兴公司在深圳市福田区架设三个BTS，在该覆盖区域内进行测试。
参见《福田优化测试报告》。
测试结果表明，在无载/有载环境下，单信道的平均数字增益为42/43。
以此参数计算同时通话的前向信道为42/40。
与理论计算基本吻合（理论计算前向链路容量为43）。
理论分析结果略微偏高。
因此，在实际系统配置中可考虑适当降低容量配置参数。
1.1.1.CDMA20001X的容量
上面通过理论分析和实际测量给出了IS-95系统中满配置单载波基站容量的取定。
在CDMA2000_1X系统中，从理论上分析，CDMA2000协议中增加的许多新的技术使得前向和反向链路的容量比IS-95增大许多。
这些技术包括前向链路的快速功率控制，准正交函数，发射分集（包括OTD和STS），反向链路的导频（对于RC3和RC4），高速率信道采用Turbo编码代替卷积码等等。
前向链路的功率控制过程如下：
在这个过程中，基站通过信令告诉移动台当前基站所希望的误帧率。
移动台根据前向链路的信道条件（即多径数，多普勒频移等）决定要满足该误帧率所需要的目标SNR。
移动台在每个功率控制组测量前向链路的SNR，并与目标值相比较，然后在反向链路发射功率控制比特要求基站相应地调整发射功率。
调整的步长可以根据信道的类型而定，例如对于快衰落的信道，功率调整的步长可以稍微大一些。
理论分析和仿真结果表明，采用快速前向功率控制使得IS-2000信道的容量比IS-95提高了2倍，见参考资料[3]、[4]。
对于CDMA2000信道，一个主要的功能就是支持数据业务。
在通常情况下，对数据业务的容量估算比较困难，因为数据业务的传输速率、统计特性和质量需求的动态范围很大，信息比特的传输速率可以低到8kbps（一个基本信道），高到625kbps（一个基本信道加上两个补充信道）；数据业务的类型不同（电路数据，文件传输等等）；不同业务所要求的服务质量也不相同。
对于因特网浏览应用，前向链路和反向链路的业务需求是不同的，前向链路承载网页信息，而反向链路发送短请求消息。
因为这个原因，可以认为系统的容量是由前向链路容量决定的。
系统设计中的参数取定及依据，简述设计过程
BTS数量及配置
BTS数量是根据覆盖区域的范围和话务量确定的。
密集城区覆盖
密集城区通常依据用户容量考虑BTS需求量。
理想的布站密度应该与用户密度成正比，使基站总容量满足总话务量需求。
郊县、农村和公路覆盖
郊县、农村和公路的覆盖通常依据覆盖区域的大小确定BTS的需求量。
BSC容量及配置
BSC负担的最大业务量可依据BTS的平均业务量确定。
因为不同覆盖区域的繁忙时段不同，比如办公区与住宅区业务繁忙时段不同。
BSC相应的配置依据所有受控BTS的平均业务量之和进行配置。
比如声码器个数、E1时隙数=
（BTS的平均业务量（Erlang）/0.7）。
BSC处理能力能否满足话务量需求需要通过BSC的最大BHCA进一步确认。
通常BSC处理能力需要留有足够的容量，以备将来扩容。
MSC容量
MSC容量依据BSC的业务量确定。
通常MSC处理能力也需要留有足够的容量，以备将来扩容。
设计过程
工程设计包括以下基本过程和内容：
1）网络规划调研
为了使所设计的网络尽可能达到运营商要求，适应当地通信环境及用户发展需求，网络设计前的调研工作是极其重要的。
调研工作要求做到尽可能的详细，充分了解运营商需求，了解当地通信业务发展情况以及地形、地物、地貌和经济发展等信息。
调研工作包括以下几个部分：
●了解运营商对将要建设的网络的无线覆盖、服务质量和系统容量等要求
●了解服务区内地形、地物和地貌特征，调查经济发展水平。
●调查服务区内话务需求分布情况
●了解服务区内运营商现有网络设备性能及运营情况。
●了解运营商通信业务发展计划，可用频率资源，并对规划期内的用户发展做出合理预测。
●收集服务区的街道图、地形高度图，如有必要，需购买电子地图。
2）勘察、选址和电测
基站的勘察、选址工作由运营商与网络规划工程师共同完成，网络规划工程师提出选址建议，由运营商与业主协商房屋或地皮租用事宜，委托设计院进行工程可行性勘察，并完成机房、铁塔设计。
网络规划工程师通过勘察、选址工作，了解每个站点周围电波传播环境，并得到站点的具体经纬度。
为了更准确地了解规划内电波传播特性，规划工程师在规划服务区内选择几类具有代表性的地形、地物、地貌特征的区域进行指定频段的电波传播测试。
并整理测试数据，输入网络规划软件进行传播模型的校正，供下一步规划计算中使用。
3）网络容量规划
根据对规划区内的调研工作，综合所收集到的信息，结合运营商的具体要求，在对规划区内用户发展的正确预测基础上，根据营运商确定的服务等级，从而确定整个区域内重要部分的话务分布和布站策略、站点数目和投资规模等，充分考虑当地高层建筑及塔的分布，基本确定站点分布及数目。
对于站点的位置及覆盖半径，必须考虑到话务需求量、传播环境、上前向信号平衡等对基站覆盖半径的限制，建站的综合成本等诸方面的因素。
对网络进行初步容量规划。
容量规划得出
●满足规划区内话务需求所需的基站数
●每个基站的站型及配置。
●每个扇区提供的业务信道数、话务量及用户数。
●每个基站提供的业务信道数、话务量及用户数。
●整个网络提供的业务信道数，话务量及用户数。
此步骤的规划是初步规划，通过无线覆盖规划和分析，可能要增加或减少一些基站，经过反复的过程，最终确定下基站数目和站点位置。
4）无线覆盖设计及覆盖预测
无线覆盖规划最终目标是在满足网络容量及服务质量的的前提下,以最少的造价对指定的服务区提供所要求的无线覆盖。
无线覆盖规划工作有以下几个部分：
初步确定工程参数如基站发射功率、天线选型（增益、方向图等）、天线挂高、馈线损耗等。
进行上前向信号功率平衡分析、计算。
通过功率平衡计算得出最大允许路径损耗，初步估算出规划区内在典型传播环境中，不同高度基站的覆盖半径。
将数字化地图、基站名称、站点位置以及工程参数网络规划软件进行覆盖预测分析，并反复调整有关工程参数、站点位置，必要时要增加或减少一些基站，直至达到运营商提出的无线覆盖要求为止。
5）无线资源参数设计
合理地设置基站子系统的无线资源参数，保证整个网络的运行质量。
从无线资源参数所实现的功能上来分，需要设置的参数有如下几类：
●网络识别参数
●系统控制参数
无线资源参数通过操作维护台子系统配置。
网络规划工程师根据运营商的具体情况和要求，并结合一般开局的经验来设置，其中有些参数要在网络优化阶段根据网络运行情况作适当调整。
无线网络检验及优化。
无线网络规划工作由于技术性强，涉及的因素复杂且众多，所以它需要专业的网络规划软件来完成。
规划工程师利用网络规划软件对网络进行系统的分析、预测及优化，从而初步得出最优的站点分布、基站高度、站型配置、频率规划和其它网络参数。
网络规划软件在整个网络规划过程中起着至关重要的作用，它在很大程度上决定了网络规划与优化的质量。
当网络建成，系统投入运行后，网络运行维护的主要内容就是网络优化。
它是一项重要且长期的工作。
由于优化比规划更加复杂，而且网络优化与规划密切相关，与实际运行效益直接有关，也是后续扩容阶段的一种准备，因此对于优化工作提出了很高的要求。
为了使现有网络稳定、高效和经济地提供尽可能大的容量和尽可能高的质量，就要求根据运行统计数据和实际测量情况对现有网络进行评价、对存在问题进行。
须指出再次对种业务功能装，原则是最少的链路及________________________________________________________________________________________________________分析，有针对性地制定网络优化方案，采用调整相关基站工程参数，基站子系统无线资源参数的方式，得到预期的要求的网络服务质量标准。
必须指出网络校验和优化是个多次反复的过程，直至网络调整到最佳运行状态。
其工作包括以下几部分:
●网络校验，收集OMC数据。
●电测，取得覆盖、干扰等数据。
●数据分析及网络性能评评估
●制定网络优化方案。
前反向链路预算分析
IS95信道反向链路预算
反向链路预算目的是确认能够保证反向链路正常通讯的范围。
反向链路的覆盖范围取决于反向链路信号可容忍的最大路径损耗。
反向链路可容忍的最大路径损耗定义为使基站接收信号强度大于基站正确解调反向链路信号所要求的平均信号强度。
移动台的最大发射功率与基站接收信号强度的最低要求确定了反向链路所能容忍的最大路径损耗。
反向链路的最大路损计算公式如下[1]：
公式1
其中：
Pm=移动台最大发射功率（0.2W）
Gc=BTS天线增益
Gm=移动台天线增益
Ltc=BTS射频链路损耗（包括馈线损耗）
Lrm=移动台射频链路损耗（包括用户身体损耗）
NcW=BTS热噪声功率
上式实际上计算的是有效发射功率（ERP）与有效接收功率（正确解调所要求的最低接收功率水平：
接收灵敏度）的比值。
当Pm=0.2W，Gc=11.0dBi，Gm–Lrm=0，x=0.7，Ltc=4.0dB，NcW=-108dBm，Eb/Nt=7.0时，Lt=146dB。
假设前、反向链路路径损耗相等，那么在电测时，可以通过观测接收信号强度判断当地的覆盖情况。
电测中采用的发射功率为Pm=40dBm，线损为3Db，天线增益Gc=5.0dBi，则：
电测接收功率下限为：
也就是说接收信号强度大于-104dBm时可以正常通话，属于可覆盖范围。
电测的整个过程是在室外进行的。
室内外信号损耗差异为5～30dB（玻璃橱窗的穿透损耗小于5dB，普通砖墙的穿透损耗为10dB，多层墙壁的穿透损耗可达到20～30dB）。
通常取穿透损耗为10～15dB。
因此为了保证室内覆盖，室外的接收信号强度必须大于-90dBm。
1.2.CDMA20001X信道反向链路预算
对于IS2000信道反向链路的预算分析，其过程与IS95信道类似。
但是也有不同的地方，首先，IS2000（RC3和RC4）的反向信道中增加了反向导频信道，这个导频信道使得对反向RC3和RC4信道的解调所要求的
比公式1中的
低。
具体的取值与信道类型，编码方式，多径情况等因素有关。
该值一般在仿真的基础上进行修正。
其次，每一个反向信道都可以是多个码信道的复用，在IS2000协议中，对于某个移动台，在I路可以有3个信道复用（PICH，DCCH，SCH），在Q路可以有两个信道复用（FCH，SCH）。
因此，在分析解调时的干扰时，除了同一基站中其它移动台的干扰以及基站的热噪声外，还要加上一个由于多径的原因，同一个移动台不同的码信道之间由于不完全正交会造成解调时的干扰。
参见参考资料[5]。
1.3.IS95信道前向链路预算
前向链路预算与反向链路预算很相近，前向链路可容忍的最大路径损耗定义为使接收导频强度大于移动台正确解调前向链路信号所要求的接收导频强度平均值
。
按照该原则得到可容忍的最大路径损耗的计算公式[1]：
公式2
其中：
Pc：
小区额定发射总功率；
：
导频发射功率占额定总功率的比；
：
接收导频码片功率；
：
移动台接收端干扰信号功率谱密度；
：
来自其它小区的干扰；
：
来自同小区的干扰；
W：
信号带宽；
：
移动台接收端热噪声功率；
L：
前向链路损耗；
：
小区发射天线增益；
：
移动台发射天线增益。
为保证小区边界的覆盖率，通常前向链路接收功率强度需要留有一定的裕量。
但控制信道（开销信道）与业务信道对裕量的需求不同。
原因在于：
1.前向控制信道没有功率控制，因此要充分考虑控制信道在小区边界的裕量。
而业务信道本身有功率控制，功率控制本身对慢衰落有一定的抑制作用。
2.由于前向功率控制不是很精确，为弥补前向功率控制精度的不足，功率控制算法已考虑了给业务信道功率留有一定的裕量。
3.小区边界地区有分集增益。
当两分集链路相关性为0时，衰落仅为0.48
（路损均方差）；当相关系数为0.5时，慢衰落均方根为0.77
。
因此，业务信道的裕量可以设置小些，开销信道裕量可设置大些。
开销信道的裕量是在开销信道占总功率比例设置中考虑的。
1.4.CDMA20001X信道前向链路预算
在不考虑OTD和STS的情况下，对IS2000前向链路的预算推导过程与IS95信道是一样的。
上述的公式2同样适用于IS2000信道。
只是公式2中的参数取值有所不同。
由于加入了前向链路快速功率控制，所以在移动台那一侧对于
的要求会降低。
具体的取值要根据实际情况而定。
使用的规划、设计工具
●网络规划工具：
BVS公司的CW/PN发射机；Agilent公司的PNscanner
●仿真工具：
Agilent公司的WIZARD软件；MSI公司的PLANET软件
●优化工具：
Agilent公司的VIPER
参考文献：
[1].JhongSamLee,LeonardE.Miller,“CDMASystemsEngineeringHandbook”,ArtechHousePublishers,Boston,London.
[2].WilliamC.Y.Lee,“OverviewofCellularCDMA”,IEEETRANSACTIONSONVEHICULARTECHNOLOGY.VOL.40.NO.2,MAY1991.
[3].MansoorAhmedandKamyarRohani，“EffectofFastPowerControlonCDMAForwardLinkPerformance”，CD-ROMpublishedbytheOrganizingCommitteeofthe2000IEEE51stVehicularTechnologyConference,May15-18,2000,Tokyo,Japan.
[4].SiroteRatanamahatanaandHyuckM.Kwon，“ChannelEstimationforPowerControlled3GCDMA”，CD-ROMpublishedbytheOrganizingCommitteeofthe2000IEEE51stVehicularTechnologyConference,May15-18,2000,Tokyo,Japan.
[5].WookwonLeeNormanP.Secord，“PerformanceofClosed-LoopPowerControlforaMultiple-ChannelMobileStationinthecdma2000System”，1999IEEEWirelessCommunicationsandNetworkingConference21-24September1999NewOrleans,USA.
2.CDMA容量分析的理论基础
2.1.前向链路容量分析
前向链路容量理论算法有两种。
一种算法首先假设前向功率控制很理想的情况下，计算前向功率控制因子
。
前向功率控制中的非理想因素是通过取不同的裕量进行修正。
向容量计算公式为
其中M（dB）为各前向链路统一的裕量；
，
，
，
分别为业务信道、导频信道、同步信道和寻呼信道的接收灵敏度；
为小区干扰因子；
为BTS最大发射功率。
另一种算法是WilliamLee在IEEE文献中描述的，在算法中考虑前向功率控制的非理想因素，认为前向功率控制算法作得好的话，前向功率控制因子可以达到0.5左右。
考虑到前向功率控制算法中要固定前向增益的底限，由此而导致总功率需要用修正因子1.0913修正。
修正的结果使得总容量降低了1.0913倍。
2.2.反向容量分析
反向容量的理论计算公式虽然多种多样，但基本原理都是基于QUALCOMM公司提出的反向容量分析理论。
这里给出其中一种表现形式。
具体参数意义见参考文献。
2.3.CDMA小区容量分析相关参数
CDMA蜂窝小区的容量即可能受限于前向链路容量，也可能受限于反向链路容量，具体受限于前向还是反向链路，由具体的小区环境决定。
下面讨论以下几个有关CDMA容量分析的概念，确定不同环境下的小区容量。
2.3.1.关于前向信道的裕量（Margin）
前文提到的两种前向链路容量分析方法各有合理的一面，同时也存在不合理的地方。
比如第一种前向容量分析算法将所有前向信道统一加了相同的裕量就不合适。
原因在于：
1．前向控制信道没有功率控制，因此要充分考虑控制信道在小区边界的裕量。
而业务信道本身有功率控制，功率控制本身对慢衰落有一定的抑制作用。
2．由于前向功率控制不是很精确，为弥补前向功率控制精度的不足，功率控制算法已考虑了给业务信道功率留有一定的裕量。
3．小区边界地区有分集增益。
当两分集链路相关性为0时，衰落仅为0.48
（路损均方差）；当相关系数为0.5时，慢衰落均方根为0.77
。
由此可见，前向控制信道与业务信道不应该采用同样的裕量，应该分开设置。
基于以上分析，对前向链路容量公式修改如下。
其中：
这样M（dB）可以针对不同的控制信道设置不同的裕量大小。
这里考虑给前向控制信道设置5.0dB的裕量，加上边界地区分集不相关增益，覆盖率应该在90%以上。
业务信道的裕量取值参考WilliamLee的文献，取
，平均裕量约等于2.17dB。
前向功率控制算法决定了小区不同位置的裕量有差异，越靠近BTS，裕量越大，边界区域的裕量相对较小。
但是边界区域有分集增益作补充，分集增益最大可达4.2dB，加之功率控制的作用，业务信道的在边界地区的覆盖率应该在70%以上。
因此，对于业务信道不需要另外考虑裕量。
2.3.2.关于业务信道的平均解调灵敏度
前、反向信道的解调性能有较大差异，前向业务信道为相干解调,可以提供3dB的解调增益（相对于反响解调而言），但这并不是绝对的。
通过一下对比可以看得很清楚。
Rayleigh衰落环境下：
RateSet
Configure
ForwardLink（1%）
ReverseLink（1%）
1
8km/hr,2paths
9.4dB
11.42dB
30km/hr,1path
15.6dB
11.40dB
100km/hr,3path
5.3dB
9.09dB
2
8km/hr,2paths
10.0dB
11.02dB
30km/hr,1path
20.0dB
不作要求
100km/hr,3path
8.0dB
8.81dB
AWGN环境下：
RateSet
Configure
ForwardLink（1%
升级会员 