（通信与信息系统专业论文）wcdma与hsdpa无线网络规划策略研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 无线网络规划是整个无线网络工程的前期工作，它在整个网络工程中起到 了非常重要的作用，其好坏直接影响到运营商对网络的投入，网络能提供的服 务质量以及网络的发展潜力。因此有必要对无线网络规划进行深入的研究。 宽带码分多址( w c d m a ) 是白干扰系统，容量与覆盖、干扰之间密切相 关，抗干扰能力的强弱直接影响到w c d m a 系统容量与质量的好坏。w c d m a 系统又是一个多业务系统，不同类型的业务各自具有不同的特性，会给网络带 来不同的业务负荷。本文重点分析了w c d m a 无线网络规划中混合业务的容量 问题，推导出混合业务的容量公式，分析了各种参数对容量的影响。同时给出 了一种改进的呼叫接入控制( c a c ) 算法，结合一定的仿真模型对w c d m a 下 行链路进行了深入分析，仿真结果表明，该算法能有效提升系统性能。 随着移动通信网络中数据业务的增加，网络的数据传输能力有待提高，在 w c d m a 网络中引入高速下行分组接入( h s d p a ) 能明显提高下行链路数据业 务的承载能力。本文对h s d p a 的技术特点进行了分析说明，在此基础上通过 理论与仿真分析了h s d p a 的引入对w c d m a 覆盖和容量的影响。本文结合实 际的仿真模型，通过仿真分析了引入h s d p a 对w c d m a 系统性能的影响。然 后单独考虑了h s d p a 的容量问题，通过仿真分析了多用户接入对其系统容量 的影响。最后介绍了w c d m a 、h s d p a 混合规划流程。 关键字：w c d m a ；h s d p a ；无线网络规划：呼叫接入控制：混合业务 a b s t r a c t r a d i on e t w o r kp l a n n i n gi st h ef i r s t - s t a g eo ft h ew h o l er a d i on e t w o r k p r o j e c ta n d p l a y sa ni m p o r t a n tp a r ti nt h en e t w o r kp r o je c t i tw i l ld i r e c t l yi m p a c to nt h ei n p u tb y t h em o b i l eo p e r a t o r , q u a l i t yo fs e r v i c ep r o v i d e db yn e t w o r k ，a n dt h en e t w o r k s d e v e l o p m e n tp o t e n t i a l t h e r e f o r ea l li n - d e p t hs t u d yi su r g e n ta n dn e c e s s a r yf o rr a d i o n e t w o r k p l a n n i n g a sw i d e b a n dc o d ed i v i s i o n m u l t i p l ea c c e s s ( w c d m a ) i sas e l f - j a m m i n g s y s t e m ，c a p a c i t y , c o v e r a g e ，a n di n t e r f e r e n c ea r ec l o s ec o r r e l a t i o n ，t h ec a p a c i t ya n d q u a l i t ya r ed i r e c t l ya f f e c t e db ya n t i i n t e r f e r e n c ec a p a b i l i t y i na d d i t i o n a l ，w c d m a s y s t e mi sa l s oam u l t i - s e r v i c es y s t e m a n dt h e nd i f f e r e n tt y p e so fs e r v i c ew i t h d i f f e r e n tc h a r a c t e r i s t i c sw i l lb r i n gn e t w o r kd i f f e r e n tl o a d s s of i r s t l y , t h ea n a l y s i so f t h ec a p a c i t yo fw c d m au n d e rm u l t i s e r v i c es i t u a t i o ni sp r e s e n t e di nt h i sp a p e lt h e c a p a c i t yf o r m u l ao fm u l t i s e r v i c ei si n t r o d u c e d ，a n dt h e nt h ea n a l y s i so nh o wt h o s e v a r i o u sp a r a m e t e r si n f l u e n c et h ec a p a c i t yo fw c d m ai sg i v e n w i t has i m u l m i o n m o d e l ，ai m p r o v e dc a l la d m i s s i o nc o n t r o l ( c a c ) a l g o r i t h mi sp r e s e n t e dt od e e p l y a n a l y z e t h ed o w n l i n ko fw c d m a s i m u l m i o nr e s u l t ss h o wt h a t s y s t e m p e r f o r m a n c e c a nb ee f f e c t i v e l ye n h a n c e db yt h ep r o p o s e da l g o r i t h m t h ec a p a b i l i t yo fd a t at r a n s p o r t i n gn e e d st ob ei m p r o v e ds i n c ed a t as e r v i c ei n m o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r ki n c r e a s e sd a yb yd a y t h ed o w n l i n kc a p a c i t y c a nb es i g n i f i c a n t l yi m p r o v e dt h r o u g hi n t r o d u c i n gh i g h s p e e dd o w n l i n kp a c k e t a c c e s s ( h s d p a ) t ow c d m a n e t w o r k i nt h i sp a p e r , t h et e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c so f h s d p aa l ep r e s e n t e d a n dt h e nt h ei m p a c to ft h e i n t r o d u c i n gh s d p ao nt h e c o v e r a g ea n dc a p a c i t yo fw c d m a i sa n a l y z e d n e x t ，w i t has i m u l a t i o nm o d e l ，t h e a n a l y s i so ft h ei m p a c to fw c d m as y s t e mp e r f o r m a n c ea f t e ri n t r o d u c i n gh s d p ai s p r e s e n t e di nt h i sp a p e r f u r t h e r m o r e ，h o wm u l t i u s e ra c c e s si m p a c t so nt h ec a p a c i t y o fh s d p ah a sa l s ob e e na n a l y z e d f i n a l l y , t h em i x e dp l a n n i n g p r o c e s so fw c d m a a n dh s d p ai sp r e s e n t e d k e yw o r d s ：w c d m a ；h s d p a ；r a d i on e t w o r kp l a n n i n g ；c a c ；m u l t i s e r v i c e 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密西使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“ ) 学位论文作者签名：k 逝 日期： o p 。g 如 指导老师签名：岁茁参扁 日期：h 舅爆1 孙 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的 成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表 或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确 的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： 本文给出了一种改进的接入控制算法，结合实际的仿真模型对w c d m a 下行链 路进行了仿真并对仿真结果进行了深入分析，仿真结果表明，该算法能够有效地提 升系统性能。本文通过引入实际的仿真模型，将w c d m a 数据业务中传播损耗最小 的用户改用h s d p a 承载，并根据系统状况选择合适的调制编码方式，仿真结果表明 引入h s d p a 后系统性能得到了极大地提高。本文通过仿真分析了多用户接入对 h s d p a 容量的影响。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 移动通信的发展 第1 章绪论 2 0 世纪7 0 年代中后期，贝尔实验室提出了蜂窝网概念，极大的推动了移动 通信的发展。移动通信技术具有移动性、自由性、不受时间与地点限制等特点， 深刻改变着人们的生活和行为方式。近年来，互联网对通信产生了巨大影响， 也同样影响和带动了移动通信领域的发展，移动互联网、移动多媒体等将成为 移动业务发展的方向，丰富的数据业务需要有一个高数据带宽和服务质量保证 的平台。移动网络开始向提供无线宽带业务的新一代移动通信系统演进。 第一代移动通信系统是基于频分多址( f d m a ：f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ) 技术的模拟通信系统，并于2 0 世纪7 0 年代末8 0 年代初开始商用化的。 典型代表是北美的a m p s ( a d v a n c e dm o b i l ep h o n es y s t e m ) 、欧洲的t a c s ( t o t a l a c c e s sc o m m u n i c a t i o n s y s t e m ) 两大系统。第一代移动通信系统有很多不足之处， 比如容量有限、兼容性差、保密性差、通话质量不高、不能提供数据业务等。 第二代移动通信系统主要采用时分多址( t d m a ：t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ) 和码分多址的数字通信技术，它于2 0 世纪9 0 年代初正式走向商用。 其中最具有代表性的有欧洲的g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l e c o m m u n i c a t i o n s ) ，北美的c d m a i s 9 5 ，另外还有日本的p d c ( p e r s o n a ld i g i t a l c e l l u l a r ) 等。第二代移动通信系统的核心业务为语音业务和低速数据业务。以 g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 为代表的2 5 g 技术能够提供理论峰值 1 7 1 2 k b i t s 的无线数据带宽，与g s m 等第二代移动通信系统相比大大提高了数 据传输速率。但是，随着互联网的飞速发展，用户对多媒体业务的需求越来越 高，现有的g p r s 等技术难以适应高速的数据、图像、视频电话以及多媒体业 务。 第三代移动通信系统( 3 r dg e n e r a t i o n ) 以多媒体为主要特征，它于本世纪 初刚刚投入商业化运营。设计目标是为了提供比第二代系统更大的系统容量、 更好的通信质量，并能在全球范围内更好地实现无缝漫游及为用户提供包括语 音、数据及多媒体等在内的多种业务，同时也考虑了与第二代系统的兼容性。 1 23 g p p 协议演进 3 g p p ( 3 r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t ) 是领先的3 g 技术规范机构，是由 欧洲的e t s i ，日本的a r i b 和t t c ，韩国的1 隗以及美国的t 1 在1 9 9 8 年底 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 发起成立的，旨在研究制定并推广基于演进的g s m 核心网络的3 g 标准。 3 g p p 标准在无线接入技术、核心网结构协议等方面不断发展和完善，并且 依次形成了r 9 9 、r 4 、r 5 、r 6 、r 7 等版本。 r 9 9 版本在2 0 0 0 年3 月正式冻结，以后每3 个月更新一次，目前r 9 9 的商 用版本一般都是基于2 0 0 1 年6 月版本。r 9 9 版本在接入技术上引入了全新的 w c d m a 技术，峰值速率可以达到3 8 4 k b i t s - - 2 m b i t s 。本文中的w c d m a 特指 r 9 9 版本的w c d m a 技术【i j 。 r 4 版本于2 0 0 1 年3 月冻结，2 0 0 2 年3 月获得通过，目前已经稳定。 r 5 版本于2 0 0 2 年3 月冻结，在无线接口上引入了h s d p a 技术，使得下行 传输速率理论上能够达到1 4 4 m b i t s 。 r 6 版本于2 0 0 5 年6 月冻结，在无线接口上引入了用于增强上行分组数据速 率的高速上行分组接入( h s u p a ：h i g hs p e e du p l i n kp a c k e ta c c e s s ) 技术。 目前r 7 版本的工作已经完成可行性研究，进入规范制定阶段。 1 3 本文研究的具体内容与意义 无线资源是3 g 网络中最为宝贵的资源，无线系统投资在整个3 g 网络投资 中也占据了相当大的比例，因此如何尽量提高频谱效率，充分利用无线网络设 施为尽可能多的用户提供高性能的接入服务就成为了运营商最为关心的一个问 题。无线网络规划是整个无线网络工程的前期工作，它在整个网络工程中起到 了非常重要的作用，其好坏直接影响到运营商对网络的投入、网络能提供的服 务质量以及网络的发展潜力。网络规划的目的就是在支持多种业务下，在满足 一定q o s ( q u a l i t yo f s e r v i c e ) 条件下，获得更大的网络容量，满足一定的无线 覆盖要求，同时通过调整容量、覆盖、质量之间的均衡关系提供最佳的链路服 务。因此有必要对3 g 无线网络规划进行深入的研究拉儿引。 论文作如下安排： 第2 章对w c d m a 无线网络规划进行了理论分析，具体分析了w c d m a 无 线网络规划中的覆盖和容量问题h j ，重点分析了混合业务的容量问题。本章给 出了一种改进的呼叫接入控制算法，并结合一定的仿真模型对w c d m a 混合业 务下行容量进行了重点分析。仿真结果表明，该算法能够有效地提升系统性能。 第3 章分析了h s d p a 的技术特点，首先介绍了新引入的物理信道，然后分 析了h s d p a 的一些关键技术，诸如a m c 、h a r q 、码资源分配、快速分组调 度、动态功率分配等p j 。 在第3 章的基础上，第4 章首先通过理论与仿真重点分析了h s d p a 的引入 对w c d m a 容量和覆盖的影响【6 儿。本章结合一定的仿真模型，将数据业务中 传播损耗最小的用户改用h s d p a 承载，并根据系统状况选择合适的调制编码方 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 式，仿真结果表明引入h s d p a 后系统性能得到了极大地提高。然后通过仿真进 一步分析了多用户对h s d p a 容量的影响。最后对w c d m a 与h s d p a 混合业 务流程进行了介绍。 论文的框架结构如图1 1 所示。 本文的研究成果对于3 g 系统的性能分析和无线网络规划具有一定的借鉴意 义。 图1 - 1论文的框架结构 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 第2 章w c d m a 无线网络规划策略研究 在无线网络规划中，基站的覆盖和容量规划至关重要，它直接影响着网络的 质量和投资。本章将重点分析w c d m a 混合业务的容量问题。 2 1w c d m a 技术特点 2 1 1 信道化码和扰码 w c d m a 技术使用o v s f 码( o v s f ：o r t h o g o n a l v a r i a b l es p r e a d i n gf a c t o r ) 进行扩频，o v s f 码的互相关性为零，相互间完全正交，码树中任意两个分支 间都是相互正交的，与码字长度无关，因而可以根据业务的不同带宽要求，灵 活选用不同长度的o v s f 码。在无线承载的建立过程中，r n c 根据无线承载的 情况分配上、下行链路的o v s f 码字。上行方向，不同的用户靠扰码区分，同 一个o v s f 码字可被不同的用户重复使用，不再是关注的受限资源。下行方向， r n c 按照选定的算法从码树中分配o v s f 码字，目的是有效使用码资源，避免 码字受限。如图2 1 所示为o v s f 码的码树结构瞵儿刿。 s f = i s f = 2s f = 4 s f = 8 s f = 1 6 , 3 2 ，6 4 ，1 2 8 ，2 5 6 , 5 1 2 。 图2 - 1o v s f 码的码树 w c d m a 扰码是把两个实数序列组合后而构成的一个复数序列。扰码必须 具有伪随机特性，必须有良好的相关性。扰码在上行、下行扮演不同的角色， 上行扰码用来区分不同的用户，下行扰码用来区分小区。3 g p p 选择了8 1 9 2 个 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 扰码，将其分成5 1 2 个集合，每个集合包含一个主扰码( p s c ：p f i m a 巧s c r a m b l i n g c o d e ) 和1 5 个辅扰码( s s c ：s e c o n d a r ys c r a m b l i n gc o d e ) 。通常所说的扰码规 划是下行扰码规划。在下行扰码规划中，每一个小区只能用一个主扰码来区分， 主要用于用户的初始接入、小区重选及切换。 下行链路方向，如图2 2 所示o v s f 用于区分相同小区下的不同用户，实现 码分多址，扰码用于区分小区。 图2 - 2w c d m a 下行扩频加扰示意图 图2 3w c d m a 上行扩频加扰示意图 在上行链路方向，因为不同步，o v s f 不能用于区分用户，区分用户的功能 将由扰码来实现，每一个用户都使用自己的扰码，如图2 3 所示。 每一个小区所面对的是许多用户，由于它们的位置不同，传输的时延也不同， 器器器 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 基站收到的信号是所有用户发射的信号按不同时延抵达基站后的叠加。每个 用户的信号要用特定扰码加扰，并通过上行公共信道消息告知小区其所使用的 扰码，这样小区才能分离出每一个用户的信号。 2 1 2 功率控制 功率控制的目标是使每一条通信链路在任何时刻只使用满足通信质量指标 的最低功率，从而使系统的性能得到最大地发挥。功率控制分为开环控制和闭 环控制，前者是移动台接入系统时的功率控制：后者是系统建立连接后的功率 控制，是外环和内环的合称。内环功率控制涉及到移动台和基站，外环功率控 制涉及到移动台、基站和r n c 。 开环是指闭合的上下行链路还没有建立之前，无法通过收发信机间的反馈来 确定最佳发射功率，开环功率控制是在传输信道及接收机状况未知的情况下来 估计最佳初始发射功率的过程。因为初始发射功率是粗略估计，所以这种控制 结果精确性较低，但为保证接入成功，通常初始发射功率偏高，功率可以由闭 环功率控制进一步修正。 内环功率控制( 快速闭环功率控制) ：对于上行链路，内环功率控制的目的 是为了调整每个用户的发射功率，减小远近效应和信道衰落带来的影响，尽可 能保证基站接收到所有用户的功率( 同种业务的情况下) 都相等，从而使每个 用户都能满足传输业务的q o s 。其控制方法为：基站对收到的每一个时隙都计 算其信干比( s i r ：s i g n a lt oi n t e r f e r e n c er a t i o ) ，并且与s i r 目标值比较，如果 测得的s i r 高于目标s i r ，基站就命令移动台降低功率；反之就命令移动台提 高功率。对于下行链路，内环功率控制的目的是适应下行链路损耗和信道衰落， 给用户提供合适的功率，保证用户的q o s ，减小对其他用户和其他小区的干扰。 下行链路的功率控制方法和上行链路类似，移动台测量收到的每一个时隙的 s i r ，对比目标s i r 来确定功率控制指令，基站根据接收到的功率控制指令来调 整信道的发射功率。内环功率控制是一种快速功率控制方式，上下行链路均支 持频率为1 5 0 0 次秒的快速功率控制。 外环功率控制的目标，就是要调整内环功率控制的目标信噪比，以满足不同 环境下各种业务的误块率( b l e r ：b l o c ke r r o rr a t e ) 要求，使服务质量保持最 佳水平。这一功能在r n c 实现，r n c 根据不同业务误块率的要求，设定一个 初始目标信噪比并传递给基站，随着通信过程的进行，r n c 通过外环功率控制 对其不断调整。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 2 1 3 接入控制 在w c d m a 系统中，同时传输的最大用户数不仅受限于可用的扩频码，而 且也受限于用户之间的干扰。当新的激活用户接入系统时，整个网络中每一条 连接的链路质量都会有所下降，如果系统的负载继续无限制地增加将导致已经 建立连接的链路服务质量得不到保证，从而引起掉话。呼叫接入控制决定一个 呼叫是被接入还是被拒绝。一项好的接入控制策略，不仅可以同时保证新用户 和已有用户的业务质量，还能最大限度地为系统提供高容量，使系统的业务分 布更趋于合理化，资源分配更加科学化【1 0 】【1 1 】【1 2 】【1 3 】。 根据不同的设计要求，c a c ( c a l l a d m i s s i o nc o n t r 0 1 ) 方案可划分为许多种。 首先根据设计的链路是上行还是下行，呼叫接入控制可分为上行链路与下行链 路两种。在以往的c d m a 系统容量分析中，上行链路因为传输功率有限而被认 为是容量受限的主要因素，因此，现有的很多接入控制算法主要考虑的是上行 链路的情况。但是在未来的移动通信系统中，上下行业务是非对称的，下行链 路的业务量要远远大于上行链路，因此，下行链路的接入控制策略越来越受到 广泛关注。就下行链路而言，接入控制准则较为简单，一般采用基于功率的方 法，计算本小区的发射功率，若低于预定门限，则接入新用户。 实际上，正是因为c d m a 系统的容量与系统中的干扰水平密切相关，所以 基于干扰水平的呼叫接入控制策略( h l t e r f e r e n c e - b a s e dc a c ，简称i c a c ) 成为 c d m a 系统中应用最为广泛的一种策略【1 4 1 。 2 2w c d m a 覆盖能力分析 w c d m a 覆盖规划起始于链路预算和实测获得无线传播模型的校正。 链路预算的目的是为了获得在不同场景下对小区覆盖能力的估计，主要通过 对收发信机之间信号传播过程中的各要素损耗增益进行分析，获得一定场景下 满足覆盖要求允许的最大传播损耗，再将这一损耗带入到选定的传播模型中， 即可估算出各种环境下小区的覆盖半径，链路预算对网络规模的估算、后期规 划基站的分布都有很重要的意义。 2 2 1 上行链路预算 由于无线网络传播环境非常复杂，厂家设备性能、系统设计指标、具体工程 参数设定等相关取值千差万别，为简化分析过程，如表2 1 所示的链路预算将 取一些代表性参数值【l 】【15 1 。 通过表2 1 的上行链路预算，得到了各业务最大允许传播损耗，对于一个已 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 知的传播模型，例如c o s t 2 3 1 模型，如式( 2 3 ) 所示，已经可以计算各业务 有效半径尺。表2 1 中最大允许传播损耗为1 4 5 d b 的c s l 2 2 k b i t s 的有效半径是 1 5 8 k i n ，p s 6 4 k b i t s 的有效半径是1 4 8 k m ，p s l 2 8 k b i t s 的有效半径是1 2 4 k m 。 表2 1 上行链路预算 业务类型 c sl2 2 k b i t s p s 6 4 k b i t sp s12 8 k b i t s 发射机( 移动台) 最大发射功率八 0 1 2 50 1 2 50 1 2 5 最大发射功率d b m 2 12 l2 l 移动台天线增益d b i ooo 人体损耗d b 300 等效全向辐射功率d b m 1 82 12 1 接收机( 基站) 热噪声d b m 1 0 81 0 81 0 8 接收机噪声系数d b 555 接收机噪声功率d b m1 0 3 一1 0 3 1 0 3 干扰余量d b3 33 总有效噪声+ 干扰d b m1 0 01 0 0- l o o 处理增益d b 2 51 7 81 4 8 既需( eb n f d b 5 2 1 1 8 接收机灵敏度d b m 1 2 0一1 1 5 71 1 3 基站天线增益d b i 1 81 81 8 电缆损耗d b 222 快衰落余量d b 333 对数正态衰落余量d b 888 软切换增益d b 222 最大允许传播损耗d b 1 4 51 4 3 71 4 1 2 2 2 下行链路预算 下行链路预算类似于上行链路预算，但也有一些不同之处。在下行链路中， 小区内所有的用户分享基站发射功率。因基站发射功率远大于移动台发射功率， 下行往往受限于容量，不是覆盖，在进行初步规划的链路预算时一般仅考虑上 行链路即可。上下行链路之间的平衡，要借助规划软件进行迭代计算，先对上 行做覆盖预算，再对下行做功率分配，如果总功率没有超出基站最大发射功率， 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 则链路平衡。反之，若下行所要求的总功率超出基站最大发射功率，则须减少 覆盖半径，重新做下行功率分配，直至总功率小于或等于基站最大发射功率。 2 2 3 无线传播模型 传播模型用于无线链路路径损耗的预测，无线传播模型帮助设计者了解预选 站址在实际环境下的传播效果。但是由于实际环境中电磁波多径传播的复杂性， 因此能够完全准确地反映实际传播环境的模型并不存在【1 6 】。目前所有模型都是 在基于大量的场强测试的基础上，经过对数据的分析与统计处理找出各种地形、 地物下无线传播损耗与移动台、基站的天线高度、频率、距离等参量的关系的 计算公式或图表。设计者通过对传播模型加以修正，使得路径损耗预测更接近 真实值。下面介绍的传播模型- - c o s t 2 3 l 是目前网络规划中应用最为广泛的传 播模型之一【1 7 】【18 1 。 c o s t 2 3 1 传播模型： l ( a 8 ) = 4 6 3 + 3 3 9 x l g ( f ) 一1 3 8 2xl g ( h b ) 一口( 朋) + 4 4 9 6 5 5 xl g ( h b ) xl g 怛j + i c e ( 2 - - 1 ) 式中，厂为工作频率( 上行取1 9 5 0 m h z ，下行2 1 4 0 m h z ) ，h 6 为基站天线有效 高度( 假定取3 0 m ) ，h 小为移动台天线有效高度( 假定取1 5 m ) ，r 为基站与移 动台之间的距离，疋为地貌修正因子，在中等城市和市郊中k 却d b ，在大城市 中k c = 3 d b 。 口协m ) 为移动台天线高度修正因子： 口o m ) = ( 1 i x l g ( f ) 一0 7 ) h m 一( i 5 6 x l g ( 厂) 一0 8 )( 2 2 ) 由此，可以得到一般市区的c o s t 2 3 1 传播模型： 上行链路传播模型： l = 1 3 7 7 4 4 + 3 5 2 2 4 8 l g ( 尺) ( 2 - - 3 ) 下行链路传播模型： l = 1 3 8 7 2 5 + 3 5 2 2 4 8 l g ( rj(2-4) 2 3 上行链路混合业务容量分析与仿真 2 3 1 规划中的影响因素 1 、e _ b n o ： 姚是在一定的多径环境和移动速率条件下，达到预定的服务质量所需的 信噪比，砒是一个非常重要的性能参数，它反映了基站设备的接收性能，在 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 基站的研发和规划中均有重要应用【1 9 1 。 堕=手pgno ( 2 _ 5 ) 一= 一 ，1 一c 、 i 、j i v 式中，尸g 为处理增益，p g2 寺。 2 、激活因子1 ，： 各种业务并非每一时刻均有数据需发送。正常的话音由激活周期和间歇周期 组成，为了更有效地利用无线资源，3 g 空中接口普遍采用不连续发射( d t x ) 以减少干扰。一般来说，对于话音业务，上下行链路激活因子分别设定为o 6 7 、 o 5 8 ，对于数据业务一般取l 。 2 3 2 理论分析 为简单起见，讨论分析全向小区情况。 基站接收机收到的总的功率值为： i t = i o m + i o t h e r + n t h( 2 6 ) 式中，k 为本小区干扰，厶旗秽为邻小区总干扰，坛为接收机的热噪声。 假设功率控制是理想的，每个用户的发射功率能够使其刚好满足基站解调所 需的最小姚，假定c s l 2 2 k b p s 业务、p s 6 4 k b p s 业务、p s l 2 8 k b p s 业务解调 门限分别为曛 。、( 急 ：、 考虑任一用户i ，则 - f f o , 2 篇 ( 2 - 7 ) 毋= 阿i e b 磊) i t c 2 吲 式中，同一类用户的f k 导o ) 1 ；、p g i 、是相同的。在同一时刻，基站接收机收到的 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 式中，v j 、v 2 、均分别表示三种业务的激活因子，= 争丝为邻区干扰因子。 d 唧 2 篇 c 2 州， ( 瓦e bj 、，5 了t 而 0 2 e 2 ( 2 一 ，= 筹 c 2 吨， ，( 急 2 ( 朐+ ( 急) 。h 妒研弼 ( 制即( 讣 妒画n oj 瓜i t 厕t n o ) 3 j 毋= 可两碉e 硒b n t h 赢 c 2 邓， 同理，可得p s 6 4 k b p s 业务的用户发射功率、p s l 2 8 k b p s 业务的用户发射功 定义上行负载因子为： ，7 觇 ：q ! ! ! 鱼! 兰! 圣垒：三竺三鱼塾竺! ( 2 1 7 ) 上行负载因子实际上就是用户干扰总能量与用户干扰总能量加接收机热噪 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 声的比值。当负载因子为0 时，表示网络没有干扰能量，负载因子为5 0 时， 表示干扰能量与热噪声能量相等。当负载因子为1 0 0 时，表示干扰无穷大。 噪声恶化量公式如下： 胁括e r i s e u l = 1 0 l o g ( 上1 - f l u l ( 2 - - 1 8 ) 2 3 3 单一业务情况分析 以上混合业务中假设某一时刻，服务小区内c s l 2 2 k b p s 业务的用户数为n l 、 p s 6 4 k b p s 业务的用户数为1 1 2 、p s l 2 8 k b p s 业务的用户数为n 3 ，只要任取其中两 类业务的用户数为0 ，即为单一业务的情形。得到结论如下： 基站接收机收到的总的功率值为： i t = n t h + ( ，n 印( 1 + d( 2 1 9 ) 用户到达基站时的功率为： p ：盘：竺 尸g + 鱼，一鱼“+ f ) 中刀 n on q j4 式中， ，为业务的激活因子、刀为业务的用户数。 上行负载因子为： ，刀p “+ f ) 叩u l2 1 ：一 2 3 4 仿真与结果分析 表2 - 2 仿真参数表 ( 2 2 0 ) ( 2 2 1 ) 业务类型 c s l 2 2 k b p sp s 6 4 k b p sp s l 2 8 k b p s eb n ( i ( d b 、)52 1 1 8 激活系数v 0 6 7l1 p g3 1 4 7 56 03 0 热噪声( d b m )一1 0 8 平均路径损耗( d b ) 1 2 8 如图2 - 4 所示为w c d m a 上行链路容量与噪声恶化量的关系图，邻区干扰 因子取o 5 5 ，混合业务用户比例取1 0 ：2 ：l ，仿真参数如表2 2 所示。 如图2 4 所示，随着容量的上升，噪声恶化量也随之上升。在同一噪声恶化 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 量环境下，c s l 2 2 k b p s 、混合业务、p s 6 4 k b p s 、p s l 2 8 k b p s 所能承载的容量依次 增加。各业务极限容量为其对应曲线所能达到的最大值，此时上行负载因子接 近l ，干扰无限大。如图2 4 所示c s l 2 2 k b p s 、混合业务、p s 6 4 k b p s 、p s l 2 8 k b p s 所能取得的极限容量依次增加。 在实际网络规划中，一般纽积括e 一= 3 d b ( n o i s e r i s e 脚积为噪声恶化量门 限值) ，如图2 4 中横线所示，上行链路实际能够取得的容量为噪声恶化量门限 值以下部分，当然还需要满足移动台发射功率小于其最大发射功率。从图2 - 4 可以看出，在3 d b 门限值下，p s 6 4 k b p s 、p s l 2 8 k b p s 的容量是相同的，同时p s 6 4 噪声恶化量大于p s l 2 8 k b p s 噪声恶化量，但是无论是p s 6 4 k b p s 还是p s l 2 8 k b p s ， 当再请求接入一个用户时，对应噪声恶化量都将超过门限值而被拒绝接入。 2 5 2 0 口 删 s1 5 韵 韫 鐾1 0 5 0 o2 4 0 06 咖1 0 1 2 0 0 1 4 0 0 1 6 1 8 2 0 容量( k b p s ) 图2 _ 4 上行链路容量与噪声恶化量的关系 图2 5 给出了w c d m a 不同邻区干扰因子时上行链路各业务的容量仿真。 c s l 2 2 k b p s 、p s 6 4 k b p s 、p s l 2 8 k b p s 三类业务的终端最大发射功率分别为2 1 d b m 、 2 4 d b m 、2 4 d b m ，n o i s e r i s e m a x 取3 d b ，仿真参数如表2 2 所示。 如图2 5 所示，随着邻区干扰因子的增大，各业务容量随之减小或保持不变。 这是由于在保证其他仿真条件不变的情况下，增大邻区干扰因子将导致系统噪 声恶化量的增大和各用户发射功率的增加，如果系统噪声恶化量超过了门限值 或者各用户发射功率超过了其最大发射功率，则其容量将减小，反之容量保持 不变。 在同一邻区干扰因子环境下，c s l 2 2 、p s 6 4 、p s l 2 8 所能承载的容量基本上 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 是依次增加的，也出现p s 6 4 、p s l 2 8 容量相同的情况。例如当邻区干扰因子为 o 5 5 时，p s 6 4 、p s l 2 8 的容量相同。 罢 五 邑 翊 钝 0 20 30 40 50 60 7 0 8 邻区十扰因子 图2 - 5 上行链路容量仿真 2 4 下行链路混合业务容量分析与仿真 2 4 1 规划中的影响因素 正交因子7 ： 正交因子在下行链路规划中是一个非常重要的参数。在下行链路，同- - 4 , 区 的不同信道采用正交的信道化码扩频，在理想情况下( 各信道完全同步) 应不 存在同小区内的干扰。然而实际的无线传播环境总是存在多径，这些多径分量 将破坏信道化码之间的正交性，使部分来自同一小区其他信道的接收功率变成 干扰。为了反映多径效应对本小区造成的干扰，在分析中引入了正交因子。如 果来自本小区的接收功率为尸，则正交因子厂表示( 1 一，) p 的接收功率变成了干 扰信掣2 0 】【2 1 】【2 2 】。 2 4 2 理论分析及仿真 假设所有基站的发射功率相同为p ，下行具有理想的功率控制，从而使得所 有移动台收到的功率刚好满足其解调信号所要求的目标e b n o ，不同的业务对应 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 不同的e b n o t 2 3 1 。 小区服务基站设为彳，在基站彳所在的主小区内选择c s l 2 2 k b p s 语音业务 一个用户f 为参考点，0 ，i ) 为a 与i 之间路径损耗，( 曰，i ) 为邻小区基站b 到 用户i 的路径损耗，共有个邻小区。则用户i 收到的总干扰值为： 钆书办锗似善南+ ( 2 - - 2 2 ) 式中，毋f 为服务基站彳分配给用户i 的下行功率，坛为热噪声，厂为正交因 子。 语音类用户的跳为： ( 讣孚p r l , i ( 2 - - 2 3 ) 由式( 2 - - 2 2 ) 、( 2 - - 2 3 ) 可得： 毋_ f = ( 2 2 4 ) i 司理，可以推导出p s 6 4 k b p s 业务、p s l 2 8 k b p s 业务的相应公式。 假设某一时刻，服务小区内c s l 2 2 k b p s 的用户数为1 1 、p s 6 4 k b p s 业务的用 户数为n 2 、p s l 2 8 k b p s 业务的用户数为n 3 ，则基站下行总功率为： p = 枷+ 6 1 训+ ( v 2 e 2 ，小b 毋足) ( 2 2 5 ) 式中，r w 为固定功率开销，p 2 ，、局，七分别为服务基站a 分配给p s 6 4 k b p s 业 务i 丰j p j 、p s l 2 8 k b p s 业务用户k 的下行功率。由此可以得到总发射功率尸。 p = 竿攒( 2 - - 2 6 ， l a ，一力4 一无6 7 式中， a 1 1 = 篙蹴势力5 瓦习而砸劢丽台u 4 a 2 = 一和小差糊 2 鬲刁鲡白r 州+ 台葡l 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 “=一,02+o-yxeeuo)2姜(1一y)+ 妒白r 川+ b = i 如= 型迎盟艺k = l p g 3 + o - 7 ) ( e b n o ) 3 舢) 如2 厶l k 4 耳7 a 6 2一pg3+o-txebno)3善l(1一y)+ 2 台r 川十 定义下行链路负载因子： 噪声恶化量公式如下： 5 0 r l d l = 恐+ 知+ a 6 舶捃出括p 脱= 1 0 l o g ( 击 b = 1 02 4 0 0 8 0 0 8 1 0 1 2 1 4 0 01 6 0 0 1 8 0 02 0 容霹( k b 障) 图2 - 6 下行链路容量与噪声恶化量的关系 ( 2 2 7 ) ( 2 2 8 ) 、 力万万 一 、l，ri-， 七一七 乜石 一 巧 佰 竹 一号一栅皋鬃攸銎 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 02 4 0 06 8 1 0 0 01 2 0 01 4 0 01 01 8 2 0 容量( k b ) 图2 7 下行链路容量与基站发射功率的关系