CDMA1X 容量覆盖规划指导书.docx
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CDMA1X容量覆盖规划指导书
目录
第1章概述2
第2章CDMA系统容量分析3
2.1采用吞吐量描述的系统空口容量4
2.2反向容量分析5
2.2.1CDMA系统极限容量分析5
2.2.2CDMA系统容量软阻塞特性8
2.3前向容量分析9
2.3.1前向容量理论分析9
2.3.2典型覆盖区域系统前向容量11
第3章覆盖分析12
3.2影响覆盖的因素13
3.2.1设备因素13
3.2.2环境因素14
3.2.3技术体制因素16
3.2.4业务因素18
3.3传播模型基本原理18
3.4数据和语音业务覆盖分析21
3.4.1数据业务与语音业务覆盖分析的差别21
3.4.2覆盖范围分析21
3.5覆盖小结21
第4章混合因素分析21
第5章混合规划方法21
5.1混合规划基本思路21
5.2话务模型分析21
5.2.1语音业务话务模型21
5.2.2数据业务话务模型21
5.2.3用户类型分类及比例21
5.2.4用户运动速率比例21
5.3信道资源分配21
5.3.1扇区载频平均空口容量21
5.3.2平均载频的设计吞吐量21
5.3.3载频和基站资源规划21
5.3.4BSC信道资源配置21
5.4小结21
第6章参考文献21
关键词：
CDMA容量覆盖负荷
摘要：
本文开始先分别探讨了在CDMA网络中对容量和覆盖有影响的参数的作用，例如，容量相关的FER，系统负荷，阻塞率…覆盖相关的设备因素，环境因素，体制因素等影响。
并分析了相关参数的实质影响因素，分析容量和覆盖的可调节的结合点：
系统负荷，从覆盖和容量两个方面考虑如何设定系统负荷可以达到平衡，实现代价最小。
最后讨论如何计算和配置合理的CDMA容量。
缩略语清单：
BHEBusyHourErlang忙时数据业务爱尔兰
CDRCallDataRate数据业务速率
DRFDormantReductionFactor数据业务激活因子
BHATBusyHourAverageThroughput忙时平均吞吐量（bps）
BHTBusyHourThroughput忙时总吞吐量（bit）
BHNBusyHourNum忙时数据业务使用次数
SIRSignalInterferenceRatio信噪比
参考资料清单：
名称
作者
编号
发布日期
查阅地点或渠道
出版单位
混合业务反向CSM5000芯片资源计算
应关翔
语音与数据混合情况下的信道配置
张超
华为CDMA2000数据业务模型的基本概念
应关翔
华为CDMA2000数据业务模型V1
张超
CRP产品CDMA2000WLL无线网络规划估算工具的使用说明
谭杨波
CDMA系统设计与优化
KyoungI1Kim
人民邮电出版社
实用传播模型
赵宇
第1章概述
在CDMA网络规划中两个重要的方面就是覆盖和容量的规划，这两个方面是相互制约又相互依赖的。
由于CDMA1X系统软的容量特性，容量的增大会使得覆盖范围收缩，而覆盖范围的增大同时也就意味着容量的减小，所以我们规划时，要兼顾覆盖和容量，使两者达到平衡。
从容量的角度考虑，CDMA系统具有软容量特性，容量大小随用户行为模型的改变而改变，用户行为模型包括用户分布、用户行为、系统解调门限等。
当用户行为模型固定的情况下，还可以调节系统负荷，改变准入门限参数来改变系统容量。
CDMA系统能同时支持语音和数据业务，前反向容量不一样，在进行容量规划时，需要从前反向链路两个方面来考虑。
从覆盖的角度考虑，覆盖规划中需要注意的因素有以下几个方面：
设备因素，环境因素，技术因素。
首先应该与客户做充分的沟通交流，了解其对数据和语音业务的特殊要求，确定其话务模型;仔细考察建立系统所在地的环境，确定传播模型;结合公司设备的特性，利用链路预算来确定基站的覆盖范围;再根据具体要求和地理环境确定基站的数目和基站位置。
最后，从覆盖和容量的平衡综合考虑，需要分析对两者同时有重要影响的可调参数的值，例如系统负荷，合理取值，获得容量与覆盖的平衡点。
本指导书通过对CDMA系统容量和覆盖的关键因素分析，提出了混合业务的容量和覆盖的规划思路和方法。
第2章CDMA系统容量分析
CDMA系统空口容量与外界干扰密切相关，体现为软容量。
小区半径、无线配置、用户行为、环境因素等参数的改变，都将导致系统容量的变化，变化范围可与原容量相差2~3倍。
CDMA系统中，所有小区可共用相同频谱，这一点对提高CDMA系统容量非常有利。
但也正是同频复用的原因，系统存在多用户间的干扰，这种多址干扰则又限制的系统的容量。
对于反向链路而言，基站为了正确解码手机的信号，要求到达基站处的接收信号必须满足要求的门限SIR，即手机的发射功率必须大到足以克服传输损耗、噪声、各种干扰。
在CDMA系统中，无线传播环境、话音激活程度、功率控制等多方面的因素都会影响到网络中的干扰分布，因此，CDMA系统的容量是动态变化的，很难找到适用于所有情况的一种方法来评估CDMA网络的容量。
一个实际而合理的方法是评估理想情况下一个中心放置的基站允许接入的呼叫数量，针对这种理想情况作出各种假设，然后再根据实际情况进行相应的修正。
前向链路容量受限于基站总的发射功率、CDMA同信道干扰和手机接收机的Eb/Nt门限。
基站总的发射功率在各种信道之间进行功率分配，包括导频信道、同步信道、寻呼信道、业务信道等，因此分配给每个业务信道的功率是有限的。
当分配给业务信道的功率不再能满足移动台接收机的Eb/Nt时，系统容量就达到了极限。
与反向链路不同，手机要求的Eb/Nt随移动台的移动速率和多径环境的变化而呈现较大的变化范围。
而且由于手机不使用分集天线，这意味着除非明确知道移动台正处于软切换或者更软切换状态下，否则不能保证手机一定存在至少两条路径。
由于前向链路性能更多地依赖于各种环境因素，需要评估各种因素的组合，从而确定小区内支持的用户数。
同时移动台固有的随机移动性更增加了前向链路容量分析的复杂性。
在前向链路，需要额外的业务信道用于软切换。
这个数量与所设计的切换区域的大小有关。
软切换增加了反向链路的容量，但降低了前向链路的容量。
软切换分布和比例对前向链路的容量有非常大的影响。
在实际应用中，反向容量一般是通过计算得到，而前向容量因为计算非常复杂，多数情况下，前向容量通过仿真得到。
在进行容量规划时，要做到准确的规划，首先根据反向进行估算，然后根据估算的结果进行仿真，得到前向容量，并确定前向还是反向受限，最终根据受限方来进行容量规划。
根据研究结果，不管是95系统还是2000系统，没有绝对的哪一方受限，而是要具体分析。
例如在密集城区，小区半径较小时前向功率（一般为43dBm）受限，在开阔地带，小区半径较大时反向功率（一般为23dBm）受限，分界点一般出现在5至10公里的位置，在分界点上前反向功率到达平衡。
考虑到规划过程的简便性和规划方法的易实施性，结合以前的研究成果，现阶段都是按照反向受限来进行容量规划。
具体前反向哪一方受限，同很多具体环境因素有关，如用户分布系数，解调门限，小区干扰，用户业务行为，需要具体问题具体分析。
在CDMA系统中反向容量可以采取两种分析方法，极限容量分析和软阻塞特性分析。
两种方法从不同侧面分析了系统的容量特性，极限容量基于系统中的干扰克服分析，软阻塞容量同时基于系统中的干扰克服和服务质量分析。
两种方法从CDMA系统的不同侧面进行分析，结果可能不尽相同，在进行具体项目操作的时候，需要根据项目需求（客户需求，市场需求）灵活选取，最终目标是做出具有竞争力的方案。
2.1采用吞吐量描述的系统空口容量
由于CDMA2000可以同时支持语音和数据业务，为了能对二者进行统一的计算，我们直接采用“吞吐量”对语音业务和数据业务进行统一描述。
对于语音业务：
S：
吞吐量（bps或kbps）
AV：
忙时用户话务量（Erl）
v：
信道速率（RC1为9.6kbps，RC2为14.4kbps）
αr：
激活因子，语音为0.4
2.2反向容量分析
2.2.1CDMA系统极限容量分析
在CDMA系统中，所有小区可共用相同频谱，这一点对提高CDMA系统容量非常有利。
但也正是同频复用的原因，系统存在多用户间的干扰，这种多址干扰则又限制的系统的容量。
如果小区允许m个用户同时工作，则它必须能同时提供n个信道，n越大，多址干扰越强，n的极限是保证信号功率与干扰功率的比值大于或等于某一个门限，使系统能提供可以接受的话音质量。
对于反向链路而言，基站为了正确解码手机的信号，要求到达基站处的接收信号必须满足要求的门限SIR，即手机的发射功率必须大到足以克服传输损耗、噪声、各种干扰。
对于CDMA系统，由于是一个自干扰系统，对于一个呼叫而言，其它所有移动台的信号是其干扰的主要来源。
当有一个新的移动台接入网络时，网络中原有的移动台则需要增大发射功率以克服增加的干扰，从而保证获得要求的服务质量。
随着移动台的不断增加，干扰不断增加，要求各移动台的发射功率继续加大，这样将会达到一个极限：
即移动台已经达到了最大发射功率，无法提供更大的发射功率。
对于在网上的移动台而言，没有足够的功率来克服一个新的呼叫接入时带来的新增加的干扰；对于准备接入的移动台而言，无法提供足够的功率来克服现有网上用户所产生的干扰。
因此这时将达到系统的容量极限。
在CDMA系统中，无线传播环境、话音激活程度、功率控制等多方面的因素都会影响到网络中的干扰分布，因此，CDMA系统的容量是动态变化的，很难找到适用于所有情况的一种方法来评估CDMA网络的容量。
一个实际而合理的方法是评估理想情况下一个中心放置的基站允许接入的呼叫数量，针对这种理想情况作出各种假设，然后再根据实际情况进行相应的修正。
首先考虑一个全向小区的情况。
假设将该小区的手机分为两类，已开机和未开机的用户。
而已开机的用户又可以分为以下四种情况：
通话激活模式：
用户在通话期间且正在发射。
通话非激活模式：
用户在通话期间但没有发射。
接入模式：
用户为空闲状态且正在接入发射。
非接入模式：
用户在空闲状态没有发射。
假定在接入模式的用户产生的干扰很小。
主要考虑激活通话激活状态的手机。
假设在一个给定的小区的给定时间同时有M个用户在通话在发射。
在CDMA系统中，对每个手机来说，则有M-1个同信道干扰。
在每个小区中，基站接收到的第i个移动台的平均信号功率为Sri，其对应的比特能量为：
Eb=Sri/R---------------式2-1
其中R为移动台信息速率，单位为Bps。
热噪声功率谱密度为N0，Bw为扩频带宽，则热噪声功率为N0Bw。
在基站端，平均同信道干扰功率谱密度为：
---------------式2-2
其中，i从1到M-1，f为话音激活因子。
对式2，假定反向链路有一个理想的功控，所有移动台的信号到达基站时具有同样的功率，即对所有移动台Sri相同，则总的干扰和热噪声功率谱密度为：
---------------式2-3
则有：
---------------式2-4
其中，Gp为处理增益。
从上式可以得到：
---------------式2-5
以上只考虑了一个小区内的用户之间的干扰，当考虑来自其它小区的干扰时，假定来自其它小区的干扰因子为f，则式2-4变为：
---------------式2-6
另外实际网络中，不可能有完全理想的功率控制，考虑功控因子为c，则有：
---------------式2-7
则：
---------------式2-8
由上式可得：
---------------式2-9
Mmax是当Sr∞时小区的极点容量。
为了简化起见，将式中的1忽略。
---------------式2-10
对于IS95而言，式中各参数的典型平均取值为：
f=0.5（0.40.6）
Eb/It=67dB（45）
f=0.6（0.561.28）
c=0.8（0.70.85）
由于CDMA系统具有软容量的特点，不同环境条件下，系统容量具有很大差别。
根据以上的定义，通过假设一定的条件可以得到小区的容量，而这些假设条件是与环境、用户行为等密切相关的。
这里假设按f取0.6，f取0.5，取0.8，来考虑单载频基站的容量。
若按8KEVRC计，则R=9.6kbit/s。
建议FER保持在约1%，系统通过合适的Eb/It值来保证网络所需FER。
Eb/Nt取决于无线传播环境和移动台的移动速度。
对于IS95系统：
这里以Eb/It取7dB的情况来估算小区容量。
根据上面的公式，则对于单载频全向小区的容量有：
Nmax＝25个信道
若按2%的呼损，根据ErlangB表，单载频全向小区支持的话务量为17.5Erl。
在CDMA系统中，扇区化是降低干扰的常用方法，从而增加了系统容量。
对于3扇区的小区而言，其扇区化因子大约为2.55。
因此对于三扇区小区，则每扇区的容量约为：
Mmax=25*2.55/3≈21信道
若按2%的呼损，根据ErlangB表，则对于三扇区小区，每扇区的话务量为14Erl。
对于CDMA20001X系统：
在CDMA系统中，通过提高编码技术和调制技术等可以降低对Eb/It，由于CDMA20001x反向链路采用相干解调等技术，根据仿真结果，在不同环境中，CDMA20001X对Eb/It的要求比IS95降低了1~3dB，根据不同环境条件下的平均结果，可以考虑Eb/It取5dB。
同样假设对于f取0.6，f取0.5，取0.8，。
则根据上述类似的分析，可以得出：
对于单载频全向小区的容量有：
Nmax＝40个信道
若按2%的呼损，根据ErlangB表，单载频全向小区支持的话务量为31Erl。
对于三扇区小区，其单扇区的容量为：
Nmax≈34个信道
若按2%的呼损，根据ErlangB表，则对于三扇区小区，每扇区的话务量为25.5Erl。
而在实际工程中，扇区负荷因子通常限定为0.5-0.7。
2.2.2CDMA系统容量软阻塞特性
针对CDMA的软容量特性，引入软阻塞分析CDMA的容量。
软阻塞是指：
基站有足够的信道可用，但是由于在该基站覆盖范围内已经有很多用户，如果增加一个用户，就会使干扰高于事先设定的门限值，这次呼叫会被拒绝，为了获得更大的系统容量，运营商可以降低质量要求，降低阻塞负荷，这样系统容量随着质量指标的改变而改变。
软阻塞属于一种指标阻塞，随着不同负荷和不同业务质量要求而有不同的系统容量。
下面就是在高斯近似下的系统软阻塞反向容量模型公式：
其中：
；
：
阻塞率；
W/R：
处理增益；
：
平均话音激活因子；
：
话音激活因子平方的平均；
：
干扰因子；
：
二阶干扰因子；
：
解调门限标准差（功率控制方差）；
：
解调中值（=
，
，
为解调门限）；
：
系统阻塞负荷；
：
系统爱尔兰容量。
根据以上公式可以看出，CDMA系统反向容量与功控精度
、系统的解调门限
（用户接入速率、运动速率都直接影响解调门限）、假定激活因子
、小区干扰
、小区负荷
，系统软阻塞率
有密切的关系，即CDMA系统的反向容量会随网络环境的变化而产生波动。
其中，功控精度属于设备参数，解调门限、激活因子、小区干扰属于系统参数，系统软阻塞率属于规划指标，都属于不可调整参数。
只有小区负荷在一定范围内，属于网络规划过程中的可以调整参数。
2.3前向容量分析
2.3.1前向容量理论分析
在CDMA1X系统中，前向容量分析必须考虑前向链路功率损耗、用户分布情况、链路信号衰减、系统解调门限、功率控制精度。
其特点是：
●业务类型不同影响设备总的前向容量；
●运动速率不同导致系统解调门限不同，对系统前向容量影响较大；
●在小区中心区域，前向干扰主要为多径分量，在小区边界，前向干扰主要为邻区干扰；
●前向链路的容量取决于小区的总发射功率，以及发射功率在业务信道与其它附加信道的分配情况；
●用户分布情况直接影响基站前向容量。
下面给出理论分析结果：
Ptatal：
基站发射功率
Ppil：
同步信道功率
Ppag：
寻呼信道功率
Ptraf：
业务信道功率
Np：
寻呼信道数
Ktraf：
用户分布系数
：
业务信道语音激活因子
M：
系统激活用户数
Kf:
：
系统干扰系数
pil：
导频信道解调门限
sync：
同步信道解调门限
pag：
寻呼信道解调门限
traf：
业务信道解调门限
Gpil：
导频信道扩频增益
Gsync：
同步信道扩频增益
Gpag：
寻呼信道扩频增益
Gtraf：
业务信道扩频增益
2.3.2典型覆盖区域系统前向容量
根据以上公式，我们计算出了在不同移动台运动速度下，全向站单载频的前向吞吐量。
表2-1不同环境下的系统前向容量
基本参数
静止
3km/h
8km/h
30km/h
100km/h
噪声背景（dBm）
-105
-105
-105
-105
-105
路径损耗（dB）
130
130
130
130
130
系统干扰指数
2
2
2
2
2
用户地理分布系数
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4
最大发射功率（W）
20
20
20
20
20
导频信道解调门限（dB）
-15
-15
-15
-15
-15
同步信道解调门限（dB）
6
6
6
6
6
寻呼信道解调门限（dB）
6
6
6
6
6
1X9.6K语音
业务解调门限
6.8
7.46
8.49
9.54
9.08
基站吞吐量（Kbps）
285.7
245.4
193.6
152.0
169.0
1X19.2K数据
业务解调门限
4.8
5.8
7
8.41
7.58
基站吞吐量（Kbps）
452.8
359.7
272.8
197.2
238.7
1X38.4K数据
业务解调门限
4.5
5.23
6.32
8.31
7.4
基站吞吐量（Kbps）
485.2
410.1
319.1
201.8
248.8
1X76.8K数据
业务解调门限
3.6
4.14
5.04
7.17
5.98
基站吞吐量（Kbps）
596.9
527.1
428.4
262.4
345.1
1X153.6K数据
业务解调门限
3.2
4.11
5.22
7.9
5.57
基站吞吐量（Kbps）
654.46
530.74
411.04
221.76
379.21
第3章覆盖分析
无线通信系统的性能主要受到移动无线信道的制约，发射机和接收机之间的传播路径非常复杂，从简单的视距传播，到遭遇各种复杂地形，如建筑物、山脉，树木等。
无线信道不像有线信道那样固定可预见，具有极度的随机性。
所以只能利用统计方法，并根据特定频带上的通信系统测量值来进行传输范围预测。
在无线通信系统中，电波传播经常在不规则地区，估计路径损耗时，要考虑特定地区的地形地貌。
采用适当的传播模型可以提高覆盖半径计算的准确性。
图3-1前向传播路径损耗图
信号在传播过程中，从端到端之间，存在多种损耗与增益，包括馈线损耗，天线增益，软切换增益…所有的损耗与增益都会对覆盖半径造成影响，需要对所有相关参数进行计算，得到最大允许路径损耗，从而计算最大覆盖半径，这个过程叫链路预算。
图3－1就是前向链路损耗图。
链路预算：
对通信链路中的增益与损耗进行核算。
即计算在一个呼叫连接中、保持一定呼叫质量下，链路所允许的最大传播损耗，从而结合传播模型确定基站的覆盖范围。
仅举前向链路预算为例，反向与前向链路预算同理。
前向链路预算：
最大允许路径损耗＝基站业务信道最大允许发射功率－基站馈线损耗＋基站天线增益＋软切换增益－干扰余量－接收机灵敏度－人体损耗－建筑物穿透损耗－衰落余量＋移动台天线增益－移动台馈线损耗
链路预算大部分参数都是固定的缺省参数，或者与设备相关，无法调整的值，只有干扰余量是一个可以在一定范围内自由调整的值。
为了正确的预测基站的覆盖范围，我们通常采用链路预算的方法计算出允许的最大路径损耗，再根据传播模型计算出覆盖半径，据此结合传播模型可以定出单个基站的覆盖范围，结合要覆盖区域的大小，得出满足网络覆盖需求的基站数。
在进行链路分析的时候，不仅要考虑基站到移动台的前向信号能正确解调，还有考虑需要考虑移动台到基站的反向信号也能正确解调，需要对前反向链路的平衡综合考虑。
3.2影响覆盖的因素
通过链路预算公式，可以得到影响基站覆盖范围的因素有：
3.2.1设备因素
设备的发射能力、接收能力、相关器件损耗及增益。
具体参数为：
发射功率、接收机灵敏度（主要表现为噪声系数、解调门限）、器件及线缆损耗、天线增益。
1.发射功率
发射功率是由设备决定的。
一般在cdma20001X系统中，基站的前向功放输出为40W、20W等。
根据不同的应用要求进行选择。
一般为20W，即43dBm。
移动台的最大发射功率一般为200mW，即23dBm。
对WLL的固定终端来说，最大发射功率可以达到250mW。
2.接收机灵敏度
接收机灵敏度是指在接收机机柜顶或者移动台天线末端测量的信号电平，在此电平下，接收机正好能够正确解调空中信道消息。
灵敏度与接收机的噪声指标、热噪声、信息速率以及要求的Eb/Nt有关。
华为的基站接收机静态灵敏度在1x的典型应用时，为-126dBm。
移动台一般比基站灵敏度差6dB。
3.器件及线缆损耗
器件及线缆损耗是指发射机输出和天线输入之间的所有部件的综合损耗，主要包括CDU，馈线，接头等的损耗。
基站侧的损耗系数如下表3－1：
450MHZ
800MHZ
2000MHZ
7/8馈线（dB/100m）
2.7
4.03
6.46
5/4馈线（dB/100m）
1.9
2.98
4.77
1/2跳线（dB/100m）
7.6
11.2
17.7
表3-1基站馈线损耗列表
对于移动台，由于其馈线较短，而且天线增益很小，所以一般将天线增益与馈线损耗合计为0dB。
对于WLL固定台，馈线损耗如表3－2：
450MHz
900MHz
Syv－50－5－1（dB/100m）
14
20
Syv－50－7－1（dB/100m）
10
14.3
表3-2固定台馈线损耗列表
4.天线增益
天线的选择主要从天线增益、半功率角等方面来考虑。
根据实际网络覆盖要求选择适当的天线，定向天线增益一般为15dBi～19dBi，全向天线增益一般为为10dBi，市区一般选择水平半功率角为65度左右的定向天线，郊区及农村可选半功率角稍大的天线。
这些参数由设备的实现方式决定，不同供应商设备的实现方式不同，指标不同。
在影响覆盖的诸多因素中，设备相关的参数指标最具可比性。
3.2.2环境因素
由于传播环境的复杂性，在不同的传播环境中，阴影效应程度、地物损耗等不
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