影响CDMA系统容量的几个因素

1、影响系统容量的几个因素文吴然周克生北京交通大学【摘要】系统的容量是干扰受限的，本文介绍了三种控制系统干扰以增加系统容量的方法，并推导了系统在采用这几种方法后的容量。简介直接序列扩频多址（）又称为码分多址（），它不但有更大的系统容量而且支持不同速率的用户传输。在系统中，窄带信号被乘以叫做扩频信号的宽带信号。扩频信号是一个伪随机代码序列，此码片的速率比消息中的数据速率高若干数量级。在系统中所有的用户可以同时用同一个载频发射信息，因为它的每一个接入地址拥有唯一一个扩频码并进行扩频调制，而所有接入地址共享同样的频谱，这样每一个用户都有了它自己的伪随机码（），并且与其他用户的代码几乎是正交的。接收机执行

2、一个时间相关操作来检测唯一需要的码字，所有其它的码字由于不相关而被认为是噪声。要检测信号，接收机需要知道发射机所使用的码字。每个用户都独立于其他用户而运行。在系统中，基站（）接收到来自同一个蜂窝小区的不同的移动台（）上行链路的功率等级必须相同。因为一个接收机的多址用户的功率决定了解调相关后的噪声底限，如果在小区内的一个用户的功率没有控制，它们在基站接收机处不是相等的，那么就会出现远近效应。所谓远近效应是指最强的接收移动信号捕获了基站的解调器，较强的接收信号提高了较弱信号在基站解调器上的噪声背景，因此降低了较弱信号被接收到的可能性。另外，由于所有用户使用同一载频，因此使用在同一小区内任何一个信道

3、都会受到其他不同地址码的信道干扰，叫做多址干扰，在小区与小区之间也会产生同频干扰。而且，与和不同，具有软容量限制，系统容量决定于允许的信噪比，增加系统中的用户数目只会线性增加噪音背景，因此中对用户数目没有绝对的限制。当用户数目增加时，对所有的用户而言系统性能会下降；相应的，当用户数目减少时，性能会提高。如果每个移动单元的发射机都进行调整，使得基站接收到的信噪比达到可允许的最低水平，系统的容量将会达到最大。移动台增大功率就会增大干扰，容量就会损失。针对系统容量由于干扰的影响而损失，系统采用了几种方法来增大系统容量。增加系统容量的几种方法（）定向天线的使用系统的容量是干扰受限的，而在和中是带宽受限

4、的。因此干扰的减少将导致容量的线性增加。从另一方面看，在系统中，当用户数减少时每一用户的链路性能就会增加。减少干扰的一个最直接的方法就是使用定向天线，这样使用户在空间上隔离。定向天线只从一部分用户接收信号，因此减少了干扰。例如典型的扇形天线阵，由于天线只接收小区中三分之一方向的手机信号，干扰也就减少为。这样，在理论上可增加容量至倍。但实际上由于天线旁瓣等影响，可考虑容量增加到了倍。（）不连续发射模式（）增加系统容量的另一个方法就是不连续发射模式，这个模式利用了语音断断续续的特点。在中，没有语音的时候可以关掉发射机。已观察到有线网络中的语音信号大约有的激活因子，而移动系统中为。在天线系统中，背景

5、噪音和振动能触发语音激活检测机。因此，系统的平均容量可按与激活因子成反比增加。在系统中，采用可变速编码，在通话的不占用周期中码率降低。显然，复用的多址干扰率会减少，容量就可以提高。（）功率控制技术功率控制是系统的关键技术，对远近效应的抑制非常有用。在实际的系统中功率控制分为前向链路功率控制和反向链路功率控制，反向链路又分为反向开环功率控制和反向闭环功率控制，采用开环功率控制是指移动台根据接收到基站的宽带导频信号功率的变化，估计从移动台到基站的传输损耗，迅速调节移动台的发射功率。开环功率控制的目的是试图使所有移动台发出的信号在到达基站时都有相同的功率。由于开环功率是为了补偿平均路径衰落的变化和阴

6、影、拐弯等效应，所以它必须要有一个很大的动态范围。例如，如果用户中的接收信号功率突然增强，则开环功率控制要在几个内提供一个非常快速的响应，降低用户的发射功率，防止信号以过高的电平到达基站。开环功率控制只是对移动台发送电平的粗略估计，移动台通过测量接收功率来估计发射功率，而不需要进行任何正向链路解调。一个简化的反向链路估计公式如下：基站接收（）移动台功率（）反向链路净损失（）总的反向链路噪声和干扰（）（）因此移动台传送的功率由下式决定：移动台功率（）接收（）反向链路净损失（）总的反向链路噪声和干扰（）（）对于前向链路来说，接收到的基站功率可以写成：移动台接收功率（）基站功率（）前向链路净损失（）

7、（）可以解出前向链路的净损失：前向链路净损失（）基站功率（）移动台接收功率（）（）这个等式忽略了移动台对基站功率的测量将受到前向链路噪声和干扰的影响。用上式中前向链路净损失来替换反向链路净损失作为估计，反向链路接收用一个目标值代替可以得到等式：移动台功率（）基站接收（）基站功率（）总的反向噪声和干扰（）接收功率（）常数（）移动台接收功率（）（）在中，式（）中的标准值是。这个值是由目标标准值、反向链路噪声和干扰、基站功率（）得到的。然而这些参数的实际值可能是不一样的，关键是移动台要求的传送功率与接收到的前向链路功率成反比。在系统中，双向无线信道的前向链路和反向链路使用不同的频段，频段间隔（）使得

8、用户的发射机和接收机能同时工作，而且避免了发射机对接收机的干扰。频率间隔对功率控制也产生了很大的影响。一般频带间隔远远超过信道的相干带宽，使得发射和接收信道成为两个独立的衰落信道。这意味着用户不能把测得的接收信号的路径损耗当作发射信号的路径损耗，还要利用基站测量所接收的移动台功率得到的反馈。所以在实际系统中，采用开环和闭环功率控制结合的方案，基站测量移动台的信号强度，然后给移动台传送功率控制命令，使移动台提高或降低它的传送功率，从而为移动台设定它的传送功率提供一个闭环控制。闭环控制应根据基站接收信噪比，决定移动台的发送功率。闭环功率控制的目的是由基站的接收信噪比迅速调整移动台的发送功率，以保证

9、基站收到的信号足够强，同时其他信道干扰最小。在基站中，接收到的信号强度与要求的强度相比较，产生一个功率控制信号。基站接收机以时间间隔测定反向业务信道信号，通过与要求的基站接收功率比较确定对移动台的功率控制比特是“”还是“”。功率控制比特在功率控制子信道连续发送，如果平均功率小于门限，发送“”比特指令指示移动台增加平均发送功率，如果平均功率大于门限，功率指令发生器产生“”指令指示其降低平均发送功率。每个功率控制比特使移动台增大或减小发送功率是事先决定的大小，实际中通常为。闭环功率控制是由基站协助移动台来完成的对开环功率控制的补充手段。开环功率控制和闭环功率控制共同调整用户的发射信号功率。对于蜂窝

10、系统，用户不仅受到来自本小区基站的干扰，而且受到周围小区基站的干扰，特别是位于小区边缘的用户受到了很强的来自周围小区基站的干扰。解决这个问题的有效方法是前向链路功率控制。在前向功率控制中，基站根据移动台的测量结果，调整对每个移动台的前向链路功率，而对那些远离基站的和误码率较高的移动台分配较大的前向链路功率。基站通过移动台对前向误帧率的报告巨鼎是增加发射功率还是减少发射功率。前向链路功率控制有两种方法：远近控制和控制。远近控制影响系统容量的几个因素CDMA NETWORK OPTIMIZATION如果能知道用户在小区内的位置，基站可以根据基站和用户之间的距离确定发射信号的功率，即：，式中是基站与

11、第个用户之间的距离，是一个常数，取达到前向链路的最大容量。这样基站就能分别用较强和较弱的功率对位于小区边缘和基站附近的用户发射信号，以最小的总发射功率满足各用户对信号性能的要求。用远近控制方法实现的前向功率控制适用于非阴影衰落的环境，因为此时功率衰减仅由距离决定。对于存在的阴影衰落环境，接收信号功率不仅是用户和基站的之间距离的函数，而且取决于阴影衰落的特性，因此远近控制方法不适用于阴影衰落环境。控制载波干扰比（）控制是使每个用户的接收信号达到满足性能要求所需的最小值。为了实现控制，每个用户必须向基站发送信息，基站来决定是增加还是减少对该用户的发射信号功率。远近控制方法在非阴影衰落环境下对容量的

12、提高小于控制在阴影环境下对系统容量的提高。远近控制方法在阴影衰落环境下的性能会进一步的下降。控制的系统有较大的容量，其原因在于控制方法能使基站发射的信号的总功率更接近于所需的最小值，即每个用户的接收信号更接近于满足性能要求的最小功率。噪声，可以表示为：那么能够接入此系统的用户数就可以表示为：其中为处理增益。背景噪声决定了一个给定发射机功率的小区半径。为了使容量增加，我们采用了定向天线技术和不连续发射技术。假设小区内采用了具有个波束宽的定向天线，其收到的干扰是全向天线所接收到干扰的。语音激活又一个因子来表示，那么在一个扇区内的的平均值可表示为：那么每个扇区的用户数可表示为：假如语音激活因子为，并

13、且每一服务小区的三个扇区都在使用，那么上式就表示相对于一个没有语音激活检测的全向天线系统，增加了倍，那么用户数量也就增加了倍。系统的容量在采用了以上技术之后，系统的容量大大增加了，为了评估其系统的容量，我们首先考虑单小区系统。蜂窝网络由多个与基站保持通信的移动用户组成。小区发射机包含一个线性合路机，这个合路机把所有用户的扩频信号加起来，并且对每一信号使用一个加权因子来实现前向链路功率控制。当只考虑一个单小区系统的时候，假设这些加权因子都相等。一个导频信号也包括在小区发射机中，并被每个移动台用来为反向链路设置功率控制。在一个具有功率控制的单小区系统中，反向信道上的所有信号在基站以相同功率水平被吸收。设用户数为，那么小区中每一个解调器收到信号功率和干扰用户功率（）。因此信噪比为：出版社，【】李建东，杨家玮个人通信北京：人民邮电出版社，【】胡建栋，郑朝晖，龙必起等码分多址与个人通信北京：人民