CDMA容量分析的理论基础

1、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K,=2；a+2)，其中九为小区的内无线电波的衰减因子。前向功率控制中的非理想因素是通过取不traf同的余量进行修正。前向容量计算公式为(PG)M(P)=trafmaxkaptrafftraf10-M(dB)/10PMAXPNL(R)+KPpiimTfMAXpsync1024-NpPgp256其中M(dB)为各前向链路统一的余量;p，p，p，p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，一般可取trafpilsyncpag为T5dB、7dB、6dB

2、、6dB；Kf为小区干扰因子，等于1+1.778/6*n;P为BTS最大发射功率；maxPG)业务信道扩频增益trafaf为前向话音激活因子；Np为寻呼信道数；Nm=NoWo另一种算法是WillianLi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。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。这里给出其中两种表现

3、形式。理论反向容量经典公式EbRPsnr=NtWNoW+P*(N1)=N=1+G/(Eb/Nt)进一步考虑话音激活因子v和邻近小区的干扰因子F以及扇区化因子f,上式变为N=1+G*f/(F*v*Eb/Nt)一般取值如下：f=2.55,F=1.6,v=0.4.实际应用公式BCDMAZ-M0MoMX-Mape0.5卩2odB(i+g)RmedMO2p2e2卩2odB(1+g)dBmed具体参数意义见参考文献。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

4、念，确定不同环境下的小区容量。关于前向信道的余量(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余量就不合适。原因在于：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余量。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。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余量。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0.48o羽(路损均方差)；当相关dB系数为0.5时，慢衰落均方根为0.77o羽dB基于

5、以上分析，对前向链路由此可见，前向控制信道与业务信道不应该采用同样的余量，应该分开设置。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这样M(dB)可以针对不同的控制信道设置不同的余量大小。这里考虑给前向控制信道设置5.0dB的余量,加上边界地区分集不相关增益，覆盖率应该在90%以上。业务信道的余量取值参考WillianLe

6、e的文献取Ktraf=0-5*1-0913沁55，平均余量约等于2.17dB。前向功率控制算法决定了小区不同位置的余量有差异，越靠近BTS，余量越大，边界区域的余量相对较小。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余量。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：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环境下:RateSetConfigureForwardLink(1%)ReverseLink(1%)1AWGN4.3dB4.3dB2AWGN5.6dB3.49dB对于8K声码器，在AWGN环境下解调性能相同；在Rayleigh衰落环境下，8km/hr和

8、100km/hr的移动条件下，前向链路解调性能均优于反向链路的解调性能。只有30km/hr的情况下，前向链路比反向链路差。因此前向链路相关解调优于反向链路非相关解调3dB的说法是指普遍意义上的。另外可以对比前向链路和反向链路的扩频增益，前向链路的扩频增益稍差一些。RateSet9.6k4.8k2.4k1.2kReverseLink21dB24dB27dB30dBForwardLink20.1dB23.1dB26.1dB29.1dB从以上对比可以这样来作分析。8km/hr为步行速度；30km/hr为公共汽车速度；100km/hr为高速公路上的跑车速度。在繁华的市区，以行人和公共汽车为主。移动用户

9、在行进中如果有来电或要呼出，多半会降低移动速度，或停下来。也就是说繁华都市具有比较意义的是在公共汽车上的移动用户的解调性能。前面解调性能对比中已明确指出30km/hr的移动速度下，前向链路的解调性能明显比反向链路的解调性能差，因此如果说在市区是前向链路容量受限的话，30km/hr解调性能的差异是其中原因之一。如果60%的用户是在AWGN下，5%的用户是步行移动用户，35%处于30km/hr的汽车中。安该比例计算，反向链路的平均EJN=7dB，前向链路的平均EJN=85dB。如果60%的用户是在AWGN下，15%的用户是步b0b0行移动用户，20%处于30km/hr的汽车中。5%的用户为高速移动

10、用户。安该比例计算，反向链路的平均Eb；N0二7.0dB，前向链路的平均EJN0=7.4dB。b0b0关于前向控制信道的接收灵敏度（1）导频信道的接收灵敏度底限通常设为一15dB,如果考虑在边界区域控制信道也同样获得一定的分集增益，为控制信道提供5dB的余量足以满足覆盖概率75%的要求。因此导频信号的接收灵敏度设为一10dB。（2）寻呼信道的接收灵敏度底限通常设为6dB，如果考虑在边界区域控制信道可获得一定的分集增益，为控制信道提供5dB的余量足以满足覆盖概率75%的要求。因此寻呼信道的接收灵敏度设为11dBo（3）同步信道的接收灵敏度底限通常设为6dB，如果考虑在边界区域控制信道可获得一定的

11、分集增益，为控制信道提供5dB的余量足以满足覆盖概率75%的要求。因此导频信号的接收灵敏度设为11dBo所谓通常情况下控制信道的接收灵敏度适用于蜂窝网络的情况，在蜂窝网络中除考虑来自本小区的干扰外还要考虑来自其它小区的干扰。来自其它小区的干扰可达到来自本小区干扰的2.5dB。假设在没有其它小区干扰的情况下（单个BTS构成的孤岛），来自其它小区的干扰可取0。XX地区容量分析在典型蜂窝情况下，前向链路容量分析参数取值如下表所示:符号说明取值K前向功率控制因子0.55trafa前向链路语音激活因子0.49K前向链路干扰因子2.778fp前向业务信道接收灵敏度7.4dBtrafp导频信道接收灵敏度-1

12、0dBpilp同步信道接收灵敏度11dBsyncP寻呼信道接收灵敏度11dBpagN寻呼信道数1MdB前向链路余量5.0dB计算结果：单扇区爱尔兰容量为14.3。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a反向链路语音激活因子0.40K反向链路干扰因子0.50fp反向业务信道接收灵敏度7.0dBtraf&反向信道接收信号均方根2.5dBX反向链路负载因子0.9计算结果：单扇区爱尔兰容量为21。可见在城区小区容量受限于前向链路容量。城区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单扇区1S两扇区2S三扇区3S爱尔兰容量14.324.336.428.64

13、8.672.8信道数2244664488132信道配置2244664488132承载用户数476810121395316202426链路分析相关参数如下表所示:LBTS馈线损耗4dBdP移动台最大发射功率0.2WmGBTS天线增益15dBicG移动台天线增益+身体损耗0dBmNWBTS热噪声功率-108dBmcN移动台热噪声功率-105dBmmw链路分析结果如下:L最大路径扌员耗146dBtPBTS最大发射功率10.2Wmax在单个基站构成的孤岛情况下，前向链路容量分析参数取值如下表所示:符号说明取值K前向功率控制因子0.55trafa前向链路语音激活因子0.49K前向链路干扰因子1.0fp前

14、向业务信道接收灵敏度7.4dBtrafp导频信道接收灵敏度-10dBpilp同步信道接收灵敏度11dBsyncp寻呼信道接收灵敏度11dBpagN寻呼信道数1pMdB前向链路余量5.0dB计算结果:单扇区爱尔兰容量为64.59。在单个基站构成的孤岛情况下，反向链路容量分析参数取值如下表所示:符号说明取值a反向链路语音激活因子0.40K反向链路干扰因子0.0fp反向业务信道接收灵敏度7.0dBtraf&反向信道接收信号均方根2.5dBX反向链路负载因子0.9计算结果：单扇区爱尔兰容量为28。可见在孤岛情况下，小区容量受限于反向链路容量。容量分析如下表所示:单载频（1FA）单扇区1S两扇区2S三扇

15、区3S单扇区1S两扇区2S三扇区3S爱尔兰容量2850.475.656100.8151.2信道数377411174148222信道配置377411174148222承载用户数93316802520186633605040在每个小区周围由小于3个基站的覆盖区域，容量分析可按一下参数分析链路容量。前向链路容量分析参数取值如下表所示：符号说明取值K前向功率控制因子0.55trafa前向链路语音激活因子0.49K前向链路干扰因子1.889fp前向业务信道接收灵敏度7.4dBtrafP导频信道接收灵敏度-10dBrpilP同步信道接收灵敏度11dBsyncP寻呼信道接收灵敏度11dBpagN寻呼信道数1

16、pMdB前向链路余量5.0dB计算结果：单扇区爱尔兰容量为27.6。反向链路容量分析参数取值如下表所示:符号说明取值a反向链路语音激活因子0.40K反向链路干扰因子0.25fp反向业务信道接收灵敏度7.0dBtraf&反向信道接收信号均方根2.5dBX反向链路负载因子0.9计算结果：单扇区爱尔兰容量为24。可见在这种情况下。小区容量受限于反向链路容量。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单扇区1S两扇区2S三扇区3S爱尔兰容量2443.264.84886.4129.6信道数33669966132198信道配置33669966132198承载用户数80014402160160028804320在每个小区周围由45个基站的覆盖区域，容量分析可按一下参数分析链路容量。前向链路容量分析参数取值如下表所示：符号说明取值K前向功率控制因子0.55trafa前向链路语音激活因子0.49K前向链路干扰因子2.185fp前向业务信道接收灵敏度7.4dBtrafp导频信道接收灵敏度-10dBpilp同步信道接收灵敏度11dBsyncp寻呼信道接收灵敏度11dBpagN寻呼信道数1pMdB前向链路余量5.0dB计算结果：单扇区爱尔兰容量为23。反向链路容量分析参数取值如下表