移动通信论文集-N-CDMA软容量分析.doc

NCDMA软容量分析 Analysis of Soft Capacity of NCDMA 摘要：本文从NCDMA小区容量与小区覆盖范围的关系，小区负载增加对EbIo的影响，小区容量与相邻小区负载的关系，小区间软切换及小区呼吸功能等四个方面分析了NCDMA的软容量特性。关键词：小区容量，小区覆盖范围，软容量特性，小区呼吸功能目前基于“IS95CDMA”标准的NCDMA移动通信系统已在全球获得广泛商业化应用。巨大成功背后是NCDMA的技术优势：容量大、通信质量高、低功率谱、抗干扰抗衰落能力强、软容量等。NCDMA软容量特性是原频分多址TACS、时分多址GSM等系统所不具备的独特特性，而软容量特性也正是相对前两种技术硬容量特性而言的，它表现为小区用户容量与服务级别、相邻小区负载、小区覆盖范围有灵活的弹性关系，例如小区用户容量的提高可以通过降低服务级别来实现。本文就NCDMA的这种软容量特性作定量的分析和探讨。1NCDMA小区容量与小区覆盖范围的关系NCDMA系统中干扰主要来自两个方面，一方面是移动台和基站同时工作在同一频带造成的自干扰；另方面是相邻频带和模拟信号造成的干扰。其中自干扰对系统通信影响最大，是决定小区容量主要因素，即NCDMA是自干扰受限系统。其自干扰抑制能力表现为在保证一定通话质量下前端IC可取值。由于下行链路小区大小由导频EcIt决定，上行链路小区大小由小区负载决定，且上下行不平衡，小区大小主要受限于上行链路，对小区容量进行分析需从上行链路基站系统的自干扰抑制能力IC值入手。IC=WIoEbRb=WRbEbIo=GEbIo式中：W为扩谱带宽，W=1.2288MHz，Io为系统热噪声加干扰，Eb为信号比特能量，Rb为信号传输速率，G为系统解扩处理增益，EbIo表示经解扩处理后的信号质量。系统模型如图1所示：图1扩频处理增益G目前取值为21dB，EbIo值与移动性有关，高移动性的用户要求8dB，而低移动性的用户只要求达到34dB，统计取定为7dB。可计算得到IC需取值为14dB(25.1)，即噪声及干扰强度可以超过有用信号强度14dB，不会影响正常的话音通信质量。式中IO值由系统的热噪声和其他用户干扰组成，系统热噪声为NoW，No=NeKT，Ne为噪声系数取值为5dB，计算出No为168dBmHz，NoW为107.1dBm。由于NCDMA采取精密的功率控制技术，可认定小区内所有正在通信的用户到达基站的信号强度相等，其值至少为覆盖范围边缘的手机发射功率Pt经传输耗损T(r)到达基站的信号强度值PtT(r)。设小区内同时通信手机用户数为n，则IC可表示如下：IC=(NoW(n1)PtT(r)PtT(r)=NoWPtT(r)(n1)式中=VAF(1f)。VAF为话音激活因子，取值为0.4，f为其它扇区对当前小区的干扰因子，对三扇区取值0.85，对全向基站取值为0.66，Pt一般取定为23dBm。由上式可推导出T(r)=13010lg(25.1(n1)，显然25.1(n1)0，当三扇区=0.74时，N=35为系统的极限容量，此时系统噪声被干扰完全抑制。传输耗损与随n用户数间的关系曲线如图2所示：图2同时通信的用户数n与传输耗损T(r)的关系曲线图从图2可以看出，随着小区内同时通信用户数n的增加，系统所能容纳的传输耗损T(r)减小，即小区半径应该减小，以保证系统的IC。为更直观地考察小区半径与同时通信的用户数n间的关系，本文以大城市、中小城市和乡村的情况为例进行分析。链路预算的取值见表1：表1链路预算表项目单位大城市大小城市乡村A.移动台最大发射功率dBm232323B.移动台天线增益dB222C.人体损耗dB222D.移动台有效辐射功率EIRPdB232323E.基站接收天线增益dBi15(定向)15(定向)7(定向)F.基站接收馈线损耗dB222G.基站接收机噪声系数dB555H.基站接收机噪声密度dBmHz-168-168-168I.EIdB777J.基站接收机灵敏度dBm-122.2-122.2-122.2K.干扰余量dB442L.软切换增益dB666M.基站分集增益dB000N.衰落余量dB10.2510.2510.25O.建筑物穿透损耗dB18100T(r)大城市=EFKL+MNOPL大城市=13.25PL大城市T(r)中小城市=EFKLMNOPL中小城市=5.25PL中小城市T(r)乡村=EFKLMNOPL乡村=1.25PL乡村式中PL表示空中损耗。传输模型选用HATA模型，Hb(基站的天线高度)取值为50米，Hm(移动台天线高度)取值为1.5米。计算结果示于表2和图3。表2n(同时通信的用户数)d(大城市)d(中小城市)d(乡村)51.293.0210.69101.232.8610.13151.152.679.48201.052.468.70260.932.187.71300.761.776.26340.461.083.81图3同时通信的用户数与覆盖范围间的关系曲线图通过查爱尔兰表，不难得出小区能容纳的话务量及能容纳的用户数。从上图3分析得出如下结论：(1)小区容量n(全负载时的同时通信用户数)与小区覆盖半径d间是反比例关系，即在一定的IC下(14dB)，减小覆盖半径d能增加小区容量(其本质是克服系统噪声所带来的小区容量的损失)，减小小区容量能扩大覆盖半径d。合理确定覆盖半径d来达到小区必需的容量是小区规划中应重视的问题。(2)小区覆盖中城市和农村是两个极端情况，城市中单位面积内话务量过高易造成“热点”，主要需解决容量问题；乡村中话务量低，主要需解决覆盖范围问题。NCDMA软容量特性正符合下述这种情况：规划时在城市中可减小覆盖范围来提高小区容量，大城市模型中覆盖范围为1km时，可容纳同时通信的用户数为20。乡村中可在轻负载下扩大覆盖范围从而节省投资，其在同时通信的用户数为10的情况下，覆盖半径达10.1km。(3)易通过小区分裂来提高单位面积内容量。一方面小区分裂通过增加基站来吸收高话务量，这种情况跟原TACS、GSM相同。但NCDMA小区分裂更容易实施，可达到更密集地覆盖；另一方面小区分裂后可更大程度克服系统噪声所带来的小区容量的损失。(4)NCDMA系统能做到依据负载的轻重动态地改变蜂窝小区的覆盖范围大小(通过控制导频发射功率的大小)。2小区负载增加对EbIo的影响NCDMA软容量特性主要表现在当小区负载超过小区容量时它会降低服务等级以满足用户的接入和通信，这是不同于TACS、GSM等系统的最大特色。在TACS、GSM等系统中当用户数超过小区容量时，系统会拒绝此用户的接入，除非系统空出空闲信道，此特性即为硬容量特性。NCDMA软容量特性是相对于此硬容量特性而言的。本文就小区负载增加对EbIo影响的定量分析，给出一定的小区容量下用户数n(同时通信)与EbIo的关系曲线。小区实际容量的取定需考虑负载，取负载75%，小区同时可通信的用户数为极限容量Nmax乘以75%为26，考虑30%的切换用户，小区实际容量为20。从上面图2曲线可看出，当n=26时，T(r)=138.2dB。EbIo=2110lg(NoWPtT(r)(261)*0.74(n1)*（0.4)=2110lg(NoWPtT(r)18.5(n26)*0.4)=2110lg(25.1(n26)*0.4)用户数n(同时通信)与EbIo的关系曲线如图4所示：图4同时通信的用户数与EbIo的关系曲线图从图4可以看出：由小区负载的增大导致的EbIo值下降不大，说明NCDMA对超负载不敏感，只是话音质量轻微下降。同时表明NCDMA是软容量性能较优、抗话务负荷能力较强的系统。3NCDMA小区容量与相邻小区负载的关系上面第一节分析计算NCDMA小区容量时=VAF*(1f)中对三扇区f取值为0.85，即相邻小区(同时通信的用户数也为n)干扰为当前小区的0.85倍，当相邻小区的同时通信的用户数减少也就是负载减小时，f减小，使减小，小区容量将增大。相邻小区似乎能“帮助”本小区解决话务负荷，这种“助”还表现在下述的小区呼吸功能。本文不作定量分析，只是通过上述定性描述说明NCDMA具备这种软容量特性。4NCDMA小区间软切换及小区呼吸功能软容量特性的另一种表现形式是小区间软切换及小区呼吸功能。小区呼吸功能是指当相邻小区间负荷一轻一重时，负载重的小区通过减小导频发射功率，使本小区的边沿用户切换到相邻小区，实现负荷分担。而小区间软切换在牺牲信道的情况下充分保证切换的用户可靠的通话质量。相邻小区间的这种“帮助”提高了系统的抗话务负荷能力。5结论本文通过对NCDMA系统软容量的分析，使我们对NCDMA软容量特性有了更深的理解，并提供了合理地确定小区覆盖范围与小区容量所需的图表资料，对NCDMA移动通信网的基站规划将起到量的指导作用。CDMA技术之所以被采