1、CDMA小區覆蓋及用戶數目計算(2003/8/11 17:10 )本文關鍵字：北電(2),網絡(10), CDMA(15),移動通信(4),基站(6),聯通(1),手機(8),計算機(1), GSM(1), IEEE(2)郭斌峰北電網絡培訓中心710061&摘要：本文在引入CDMA中與容量有關的概念同時，分 析了影響小區用戶數的因素和 推算原理，提出Ec/Io值與小 區覆蓋的關系。關鍵詞：容量覆蓋Eb/No Ec/Io概述CDMA技術在短短十幾年在全球得到廣泛認可及應用，并已成為第三代移動通信無線空 中接口的標準。其技術上的最大特點在于其可提供軟覆蓋，軟容量及軟切換，其中前兩個特 性均與擴頻系

2、統的重要指標值Eb/No, Ec/Io有關，本文將就小區用戶數目，小區覆蓋與 Eb/No間的關系進行深入的分析。Eb/No與小區用戶數目間的關系在IS-95階段，整個網絡是一個反向干擾受限的系統，用戶數目的限制主要取決于反 向干擾指標值，在反向干擾達到飽和值時，前向功率仍有剩余，即前向不受限，而反向干擾 的飽和值指的是反向信道在基站解調完成后，無法達到系統要求的性能指標，我們一般將這 個性能指標定義成為Eb/No=7dB，這是由于7dB Eb/No在靜止狀態下與1%的誤幀 率對應，而當語音編碼器速率一定的情況下，FER與MOS值又有如下對應(有線通話質量 MOS=4.0-4.2)由于國內聯通采

3、用8kbEVRC,即系統性能指標就是要使通話質量達到3.83的MOS值。下面我們推導IS-95基站的小區用戶數目，以下是一個BTS接收機示意圖：如上右圖所示：我們假設在一個孤站(干擾僅來自本小區)中僅有一個用戶，這時反向 信道Eb/No中的No僅來自接收機熱噪聲加接收機噪聲系數，如左圖所示N = KTB+Noise Figure= -113+5 = -108 dBm,假設采 8kbEVRC ,則 PG = 21dB, Eb/No=7dB 由 Eb/No 公式 Eb/No=S (dBm)-N (dBm) + Processing Gain可知反向信號到達BTS的最底接收值為S = Eb/No+N

4、-PG = 7-108-21 = -122dBm.即手機反向信道 到達BTS端只要功率大于 -122dBm.其還原出的信號Eb/No值就可滿足系統性能要求。如下圖所示我們假設又來了 10個用戶，且每個用戶功率到達BTS時相同，均為 -122dBm,由這十個用戶造成的干擾電平值需加入Eb/No等 式中的No中，即此時的 BTS 噪聲指標值 N = KTB+Noise Figure + Interference =10log(10人(-10.8) + 10人(-12.2)*10 )= -106.6dBm.此時每個用戶的 Eb/No均下降到 5.6dB如下圖所示，為了將Eb/No還原到7dB的網絡要

5、求值，我們必需提高手機信號到達 BTS時的功率，我們可通過提高手機發射功率或讓手機向BTS移動減少反向路徑損耗來實 現。假設所有手機到達BTS時的功率均提高2.2dB變為-119.8dBm.這時噪聲平臺值為 熱噪聲KTB加10個到達BTS端功率為-119.8dBm的干擾能量I. N=KTB+Noise Figure +I=10log( 10，(-10.8)+10人(-11.9)*10 )= -105.8dBm,即噪聲平臺提高 了 0.8dB,即信號的升高幅度比總噪聲的升高幅度多1.4dB.這時反向信道業務質量又可 還原成7dB的Eb/No.即此時小區用戶并未飽和。接下來我們假設一次加入了 30

6、個用戶個用戶，且每個用戶功率到達BTS時相同，均 為-122dBm,由這十個用戶造成的干擾電平值需加入Eb/No等式中的No中，即此時 的 BTS 噪聲指標值 N = KTB+ Noise Figure+Interference=10log( 10人(-10.8)+10人(-12.2)*30 )= - 104.6dBm.此時每個用 戶的Eb/No均下降到3.6dB.這時我們再假設每個用戶到達BTS時的功率均提高10dB, 為-112dBm,但這時BTS的總的噪聲平臺被提高為N = KTB+ Noise Figure +Interference =10log( 10人(-10.8)+10人(-1

7、1.2)*30 )=-97dBm.這時的Eb/No=-112+97+21 = 6dB.仍然無法達到系統要求。假設我們又 使每個用戶到達BTS時的功率均提高1dB，為-111dBm.這時BTS的總的噪聲平臺被 提高為 N=KTB+ Noise Figure + Interference =10log(10人(-10.8) + 10人(-11.1)*30 )= -95.92dBm.這時的 Eb/No=-112+95.92+21 =4.92dB.用戶到達BTS時的功率提高反而使系統性能指標Eb/No值下降，這是由于 用戶數目過多，使的每個用戶用戶到達BTS時的功率增長低于由總用戶造成的干擾I的增 長

8、，即此時系統處于用戶飽和，無法保證7dB的系統指標。以上便是CDMA小區用戶數目 的理論推導，當然在最后的推導中還要考慮其它的一些影響用戶數目的因素，如扇區化增益， 話音激活系數，干繞因子等因素。北電最終得到極點的公式如下：其中：pole capacity為反向鏈路，單載頻單扇區極限用戶數量Pg為處理增益，即W/R;在本計算中W = 1.2288MHz, R=9600bit,V為語音激活系數，常取0.41/(1 + n)稱為頻率復用因子，典型值為0.65,其中n為其它扇區對本扇區的干擾因子， 此值通過計算機仿真得出。Eb/No為能噪比，是決定基站反向容量的主要因素；是指一個基站為了實現良好話音

9、 質量和誤幀率(FER)，而采用的平均Eb/No,常取5.01(7dB)。SG為扇區化增益，K為扇區數目，典型值SG/K=0.85最終求出的極點容量Pole Capacity=40建議系統負載=55%,可得反向鏈路容量22channels/sectorCDMA容量表注：其中O1表示單載頻全向站，O2表示雙載頻全向站，S111表示三扇區單載頻站，S222表示三扇區雙載頻站GSM容量表3. Ec/Io與CDMA小區覆蓋之間的關系：CDMA小區前向覆蓋是以導頻覆蓋為參考的，這是由于系統是以反向鏈路預算求出反 向最大允許路徑損耗，再將這一路徑損耗值代入前向中從而得到了前向信道在基站處的發射 功率（包括

10、導頻，同步，尋呼及前向業務信道初始發射功率）。又由于這幾種信道在編碼時采 用了不同的編碼速率（同步1200kps,尋呼9600/4800kps,前向業務信道RC1（ 9600/4800/2400 /1200）.這使它們具有不同的處理增益值，所以在相同路徑損 耗位置為還原出相同Eb/No值所需的前向BTS發 射功率也不相同，但導頻信道是未進 行任何編碼的全0比特流，這就意味著導頻信道更便于解調，同時由于所有前向信道的 覆蓋都是匹配的，所有我們將導頻的覆蓋區作為前向業務信道的覆蓋區，將某點導頻信道的 好壞作為該點對應前向業務信道可靠度的參考。導頻的好壞我們用Ec/Io作為指標，其中 Ec指手機接收

11、端解調出的導頻功率值（我們采用Ec而非Eb是由于導頻信道上沒有任何有 用信息而是全0的數據流）。Io指的是手機前向接收總功率。如下圖所示我們先假設BTS處在無前向業務信道的空閑壯態。此時BTS前向輸出總功 率就是BTS的開銷信道功率（pilot+sync+paging），假設為4w （其中pilot=2w）.-13dB的Ec/Io滿足網絡的要求值（典型值-14dB）,所以此位置任在小區的覆蓋范圍 內。如下圖我們再假設BTS前向存在多條業務信道，并以將BTS前向功率全部占滿（假設20w）即此時的前向輸出總功率為20W（pilot仍為2w）如圖所示，BTS前向功率占用越大意味著達到相同Ec/Io值

12、（典型值-14dB ）所允許的路徑損耗越小，即隨著小區的用戶數目的增多，小區的覆蓋范圍在收縮。4.結束語綜上所述，CDMA小區用戶數目，小區覆蓋都是一個動態的指標值，隨著加大網絡前 向干擾的抑制（包含抑制本網絡其它基站的過覆蓋干擾，以及外來干擾源等），良好的功率控 制保證所有手機均以達到系統性能指標 （Eb/No=7dB）的最低發射功率發射反向業務信道。都可擴大小區覆蓋，增多小區內的用戶 數目。反之則會降低整個網絡的使用效率。因此對CDMA網絡的優化工作尤為重要。參考文獻Eladio licerio CDMA RF Engineering Nortelnetworks training cou

13、rse 1200 . Oct 2, 2000Gilhousen, S. et. al.,On the Capacity of a Cellular CDMA System, IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 40, No. 2, pp. 303-312, May 1991.Viterbi, A.M. and Viterbi, A.J., Erlang Capacity of a Power Controlled CDMA System,IEEE J. Selected Areas in Commun., Vol. 11, No. 6, pp.892-900, August 1993.Yang, S.C., CDMA RF System Engineering, Norwood, MA: Artech House, 1998.袁俊良CDMA網絡規劃中的反向鏈路小區覆蓋分析移動