WCDMA系统上下行容量分析课件

WCDMA系统上下行容量分析前言WCDMA是一个自干扰系统WCDMA系统的容量与覆盖息息相关WCDMA网络的容量具有软容量特性WCDMA网络的容量规划是在一定话务模型下的规划课程目标掌握WCDMA的干扰分析方法理解影响WCDMA上、下行容量的相关因素掌握WCDMA的容量规划方法学习完本课程，您将能够：第一章WCDMA网络干扰分析基本原理上行干扰分析下行干扰分析基本原理

无线系统容量是由上、下行链路共同决定的，规划容量时，必须从上行链路和下行链路两个方面进行分析。

在WCDMA系统中，所有小区可共用相同频谱，这一点对提高WCDMA系统容量非常有利。但也正是同频复用的原因，系统存在多用户间的干扰，这种多址干扰则又限制系统的容量。基本原理－干扰分析干扰受限模型

ITOT=Iown+Iother+PN+TIown

来自本小区用户的干扰Iother

来自邻近小区用户的干扰PN

接收机底噪T外界干扰功率受限模型

PTOT=Ppil+Psync+Ppag+Ptraf+Pother

Ppil

导频信道功率

Psync

同步信道功率

Ppag

寻呼信道功率

Ptraf

业务信道功率

Pother

其他信道功率第一章WCDMA网络干扰分析基本原理上行干扰分析下行干扰分析接收机底噪PN

PN=10lg(KTW)＋NFK：波尔兹曼常数，=1.38×10-23J/KT：开氏温度，常温为290KW：信号带宽，WCDMA信号带宽3.84MHzNF：接收机噪声系数10lg(KTW)=-108dBm/3.84MHzNF=3dB（宏蜂窝基站典型值）PN=10lg(KTW)+NF=-105dBm/3.84MHz上行干扰分析－上行干扰构成Iother邻区用户干扰邻区用户干扰难以进行理论分析，与用户分布、小区布局方式、天线方向图等相关定义邻区干扰因子当用户均匀分布时对于全向小区，邻区干扰因子典型值0.55对于3扇区定向小区，邻区干扰因子典型值0.65上行干扰分析－上行干扰构成求得假设所有用户为12.2kbps话音用户，解调门限EbvsNo=5dB话音激活因子vj=0.67邻区干扰因子i=0.55上行干扰分析上行干扰分析一上行负载因子定义上行负载因子负载因子等于1时，ITOT达到无穷大，此时对应的容量称为极限容量在前述假设下，极限容量约为96个用户上行干扰分析一负载因子与干扰根据前述关系，噪声上升：50%负载—3dB60%负载—4dB75%负载—6dB前述理论分析显式或隐式地使用了以下简化没有考虑软切换的影响处于软切换状态的用户，产生的干扰略小于普通用户没有考虑AMRC和混合业务的影响AMRC降低部分用户的话音业务速率，使它们产生的干扰降低，增加了系统支持的用户数。（代价是这些用户的通话质量有所降低）不同的业务具有不同的数据速率和解调门限，虽然原则上仍可利用上述方法进行分析，但会使计算过程复杂化由于移动传播环境的时变特性，即使是同一业务，解调门限也是时变的上行干扰分析一当前方法的局限理想功控假设实际系统的功控命令有一定误码，使得功控过程非理想，降低系统容量假设用户分布均匀，邻区干扰恒定要考虑以上各种因素的影响，系统仿真是更为精确的方法：静态仿真：Monte_Carlo方法动态仿真上行干扰分析一当前方法的局限Iown：来自本小区用户的干扰Iother：来自邻近小区用户的干扰PN：接收机噪声底下行干扰分析－下行干扰构成接收机底噪PN

PN=10lg(KTW)＋NFK：波尔兹曼常数，=1.38×10-23J/KT：开氏温度，常温为290KW：信号带宽，WCDMA信号带宽3.84MHzNF：接收机噪声系数10lg(KTW)=-108dBm/3.84MHzNF=7dB（UE典型值）PN=10lg(KTW)+NF=-101dBm/3.84MHz下行干扰分析－下行干扰构成邻区干扰Iother邻区基站的发射信号会对当前小区的用户造成干扰。由于使用的扰码不同，这些干扰都是非正交的假设业务均匀分布，所有基站的发射功率相等。系统中共有K个邻区基站，其中第k个基站到用户j的路径损耗为PLk,j。则有：下行干扰分析－下行干扰构成下行干扰分析同样假设功控理想，有得到求解PT得到其中ij为用户j的邻区干扰因子，定义为：下行干扰分析根据前述分析，可以定义下行负载因子：当下行负载因子达到100%时，基站发射功率达到无穷大，此时对应的容量为极限容量与上行容量理论计算不同，下行容量计算公式中的αj、ij都是与用户位置有关的变量。也就是说，下行容量与用户的空间分布相关，因而只能通过系统仿真确定下行干扰分析下行干扰分析一仿真参数设置基站发射功率43dBm（20W）时，支持的最大用户数约为114个一般为了保证系统的稳定，不允许基站平均发射功率超过最大发射功率的75%，即41.7dBm，此时能够支持的用户数为111个这个结果与上行容量相比要大得多，所以在这样的设置条件下，WCDMA容量是上行受限，与IS95的情况大不相同一般认为，IS95系统的覆盖上行受限，而系统容量是下行受限下行干扰分析一仿真结果分析如何控制干扰网络中干扰带来的影响切换成功率接入效率掉话率通话质量干扰控制方法

提高功率控制精度提高Rake接收效率

合理的网络规划

课程内容

第一章WCDMA网络干扰分析第二章WCDMA上行容量分析第三章WCDMA下行容量分析第四章WCDMA容量规划第二章WCDMA上行容量分析单一CS业务容量分析

单一PS业务容量分析混合业务容量分析对于单一的CS业务，在考虑激活因子，功控不稳定度的标准偏差，上行邻区干扰因子的情况下，我们得到上行接收总功率的表达式为：满足泊松分布，均值为

表示由于功控偏差而得到的实际bit接收能量。其中上行容量分析一单一CS业务整理得：所以得：上行容量分析一单一CS业务所以，在上行负载在η的情况下，系统支持的信道数为：ε符合对数正态分布，因此E(ε)=上行容量分析一单一CS业务定义：信道数

（其中[x]是小于x的最大整数）由此，我们可以得到上行基于干扰的软阻塞公式为：上行容量分析一单一CS业务第二章WCDMA上行容量分析单一CS业务容量分析单一PS业务容量分析混合业务容量分析上行容量分析一单一PS业务

PS域业务模型：假设条件：PPPSession：表示一次上网过程，一次上网过程的结束可以由系统由于用户长时间没有使用，网络自动定时拆线、用户主动拆线或永远在线；PacketsCall：表示一次数据呼叫；BasicPacket：表示一次应用中包含的数据包（文字或图象）。不同的PacketsCall之间有空闲时间，即我们常说的readingtime。估算中，一般认为在这段时间内无线资源将被释放。上行容量分析一单一PS业务基于上面的假设模型，我们可以得到在一定负荷η下，小区所支持的上行信道数：上行容量分析一单一PS业务上述公式与CS容量分析部分基本相同，唯一不同之处是PS业务在计算信道数的时候就已经将激活因子考虑了。上行容量分析一单一PS业务PS业务的阻塞特性取决于可接受的时延，目前的容量分析主要是基于ErlangC公式进行计算。定义：信道数（其中[x]是小于x的最大整数），，则：呼叫被延迟的概率：任一呼叫延迟超过t秒的概率：上行容量分析一单一PS业务所有呼叫的平均时延：上行支持的平均吞吐量：其中：A是支持的总Erlang，N是支持的用户数，D是呼叫平均时延，H是该业务的每呼叫平均持续时间。第二章WCDMA上行容量分析单一CS业务容量分析单一PS业务容量分析混合业务容量分析混合业务的容量分析非常复杂，目前还没有很好的解决方法。因此，现阶段我们主要采用aircom提供的混合业务容量估算方法来实现。其基本原理就是将所有其他业务转换为等效语音业务，然后采用单一CS业务容量分析的方法得到混合业务的容量估算结果。这样做的一个不利条件是由于PS业务允许有时延存在，因此在阻塞的情况下不会立刻被网络拒绝。而采用目前的方法会低估网络实际容量上行容量分析一混合业务假设：用户数为X，其中有v％为语音用户，di％为数据用户。数据业务的种类为m（包括CS业务和PS业务）。f为邻区干扰与本小区干扰的比值。η为小区预设负荷。上行容量分析一混合业务某个特定数据业务的话务量可以根据如下公式得到：上行某种业务的单用户负荷可以表示为：

上行容量分析一混合业务

我们将所有的业务进行混合折算为一种虚拟业务。采用下面的公式可以计算得到该种虚拟业务的单用户负荷话务量：上行虚拟业务的单用户负荷可以近似表示为：上行容量分析一混合业务

该小区所支持的虚拟业务总话务量为：其中：：语音业务话务量；

：第i种数据业务的话务量；:虚拟业务话务量。上行容量分析一混合业务

根据上面的公式，我们可以直接计算得到虚拟业务单用户负荷根据预设小区负荷，我们可以得到虚拟业务信道数N：：基于ErlangB公式：可以计算得到：通过可以进一步计算得到所支持的用户数X。

上行容量分析一混合业务

由于每种业务的比例都已经知道了，因此利用下面公式可以进一步得到上行每载波支持的不同数据业务平均吞吐率：其中，Erlangi是不同业务每用户的话务量，BearerRate是承载速率（如：CS64kbps），ActivityFactor是该种业务的激活因子上行容量分析一混合业务课程内容

第一章WCDMA网络干扰分析第二章WCDMA上行容量分析第三章WCDMA下行容量分析第四章WCDMA容量规划第三章WCDMA下行容量分析单一CS业务容量分析

单一PS业务容量分析混合业务容量分析下行容量分析一单一CS业务对于某个特定用户，他在服务小区内接收到的总的干扰为：其中，为非正交化因子，表示第i个用户接收到第j个基站的总功率。假设第i个用户的发射功率占总功率的比例为,则：由此得到：定义：定义邻区干扰因子则得到：由于基站总的发射功率是有限的，因此必须满足下面的条件：为公共信道发射功率，为RRM拥塞门限所对应的基站发射功率。下行容量分析一单一CS业务则：定义：信道数（其中[x]是小于x的最大整数）；可以得到下行所支持的软阻塞话务量（softblockErlang）。由此可进一步得到下行每载波支持的吞吐率为：由公式下行容量分析一单一CS业务第三章WCDMA下行容量分析单一CS业务容量分析单一PS业务容量分析混合业务容量分析；

下行PS业务的容量分析方法与上行基本类似：下行容量分析一单一PS业务下行容量分析一单一PS业务定义：信道数（其中[x]是小于x的最大整数），，则：呼叫被延迟的概率：任一呼叫延迟超过t秒的概率：下行容量分析一单一PS业务所有呼叫的平均时延：上行支持的平均吞吐量：其中：A是支持的总Erlang，N是支持的用户数，D是呼叫平均时延，H是该业务的每呼叫平均持续时间。第三章WCDMA下行容量分析单一CS业务容量分析单一PS业务容量分析混合业务容量分析假设：用户数为X，其中有v％为语音用户，di％为数据用户。数据业务的种类为m（包括CS业务和PS业务）。θ为非正交化因子。f为邻区干扰与本小区干扰的比值。η为下行负荷，定义为当前功放输出功率占功放额定功率的比值。下行负荷的取值比较复杂，与路径损耗和用户分布有密切关系。目前下行负荷的计算方法是首先通过链路预算，获得路径损耗。每用户不同业务忙时话务量的计算:下行某种业务的单用户负荷可以表示为：下行容量分析一混合业务令：下行某种业务的单用户负荷可以近似表示为：该小区所支持的虚拟业务总话务量为：下行容量分析一混合业务，可以计算得到由：通过可以进一步计算得到所支持的用户数X。并可进一步得到下行每载波支持的不同数据业务平均吞吐率：下行容量分析一混合业务课程内容

第一章WCDMA网络干扰分析第二章WCDMA上行容量分析第三章WCDMA下行容量分析第四章WCDMA容量规划第四章WCDMA容量规划容量规划思路业务模型确定业务质量确定公共信道容量规划分析对需要规划地区按话务分布和地物地貌特点进行区域划分，如密集区、一般城区、郊区、农村等；对各目标区域进行话务模型分析根据不同目标区域的话务模型，确定各目标区域的单载频规划容量；确定满足容量要求的目标区域的基站数和载频数；比较根据容量和覆盖要求分别确定的基站数和载频数，选择数量更多的基站数和载频数，保证同时满足容量和覆盖的要求；

容量规划思路第四章WCDMA容量规划容量规划思路业务模型确定业务质量确定公共信道容量分析业务模型确定用户分布数据表不同环境用户分布数据：（用户数/km2）应用环境200320042005密集城区111281206018683普通城区462499676郊区246266341农村151618公路/干道233548业务模型确定不同等级用户分布比例表不同等级用户分布比例：（需要结合不同时期考虑）应用环境高端用户中端用户低端用户密集城区40%40%20%普通城区15%25%60%郊区5%25%70%农村1%10%89%公路/干道1%10%89%业务模型确定一CS域业务模型业务类型渗透率BHCAAHT(s)激活因子平均速率kbit/sAMR语音100%1900.58可视电话100%0.154164业务模型确定一低端用户PS业务模型业务类型渗透率BHSAPacketCallNum/SessionPacketNum/PacketCallPacketSize(bytes)Inter-ArrivalTimeBetweenPacketCalls(sec)Email10%0.10232480320WWW30%0线游戏、ICQ25%0.10234808图片铃声下载、FTP25%0.102624805实时视频0%0.00126715000SMS50%0.50111600EMS/MMS50%0.50232480320业务模型确定一中端用户PS业务模型业务类型渗透率BHSAPacketCallNum/SessionPacketNum/PacketCallPacketSize(bytes)Inter-ArrivalTimeBetweenPacketCalls(sec)Email20%0.20232480320WWW30%0.24525480412在线游戏、ICQ15%0.20234808图片铃声下载、FTP15%0.202624805实时视频10%0.10126715000SMS100%0.80111600EMS/MMS100%0.80232480320业务模型确定一高端用户PS业务模型业务类型渗透率BHSAPacketCallNum/SessionPacketNum/PacketCallPacketSize(bytes)Inter-ArrivalTimeBetweenPacketCalls(sec)Email30%0.30232480320WWW20%0.30525480412在线游戏、ICQ5%0.30234808图片铃声下载、FTP10%0.302624805实时视频20%0.20126715000SMS100%0.60111600EMS/MMS100%0.60232480320有了各种类型的用户的数据业务模型后，可以进一步得到整体的统计参数，便于计算。平均单用户忙时吞吐量（kbit)=低端用户渗透率*低端用户BusyHourThroughput/user*低端用户比例+中端用户渗透率*中端用户BusyHourThroughput/user*中端用户比例+高端用户渗透率*高端用户BusyHourThroughput/user*高端用户比例Session理论长度（bytes)=PacketCallNum/Session*PacketNum/PacketCall*PacketSize(bytes)平均阅读时间(s)=（PacketCallNum/Session-1）*Inter-ArrivalTimeBetweenPacketCalls(sec)业务模型确定一PS域业务统计参数第四章WCDMA容量规划容量规划思路业务模型确定业务质量确定公共信道容量分析业务质量确定容量的规划是在满足一定服务质量的条件下的容量，CS业务一般用呼损/阻塞概率作为GoS的指标。对于PS业务一般按照可接受的时延和可接受的最低吞吐率为GoS指标。有时候在运营商的标书中，对PS业务有时候也使用呼损的方式来描述其GoS。业务质量确定阻塞概率要求阻塞概率指标VoiceSMSMMS视频流音频流可视电话会议电视WWWEmail密集城区普通城区郊区农村公路/干道第四章WCDMA容量规划容量规划思路业务模型确定业务质量确定公共信道容量分析公共信道容量分析在WCDMA网络所支持的业务中，部分对传输速率和时延要求很低的一些后台类业务可以考虑在公共信道上承载。如：SMS和MMS和email。根据RNCV1.2的设计规格，对于下行：一个小区可以最多配置两条SCCPCH。其中一条SCCPCH承载PCH，FACH（数据，信令）；另外一条SCCPCH只承载FACH（数据，信令）。对于上行：一个小区只配置1条PRACH。（注:PCPCH设备不支持，因此这里不做说明。）公共信道容量分析目前RRM确定的传输格式如下（TTI：10ms）：FACH（数据）：1×360bit，最大承载速率36kbit/s；FACH（信令）：1×168bit,最大承载速率16.8kbit/s；PCH：1×240bit，最大承载速率24kbit/s；RACH：1×