CDMA容量优化.ppt

1、1,CDMA系统容量优化 培 训 讲 义,2,容量优化,概述 容量规划 容量与干扰、覆盖、功控的关系 前向容量的分析 反向容量的分析 优化目标 优化措施 案例,3,概述,在CDMA蜂窝通信系统的扇区中，在可容忍的相互干扰下，可同时接入基站的移动用户个数就是该扇区的容量。 CDMA系统的容量是干扰受限的，把所有的资源联合分配给同时接受服务的用户共同使用，各个用户共同使用同一频率和时隙，每个用户的信号对其他的用户而言都是干扰，系统中多增加一个用户，系统的总干扰就会升高，相应的系统中原来的用户的接收信噪比就会随之降低，因此，限制CDMA系统通信容量的主要原因就是系统中存在着多址干扰。CDMA系统采用

2、的功率控制技术，其目的就在于控制每个移动台信号的功率电平，使它们到达基站时都达到最小所需的信噪比，既维持了高质量通信又不对占用相同信道的其他用户产生不必要的干扰，从而使系统容量达到极限。,4,概述,影响CDMA通信系统容量的主要参数是： 处理增益、Eb/No、话音负载周期、CDMA再用效率以及基站天线扇区数。 CDMA系统中全部用户共享一个频带资源，用户信号的区别只是所有的码型不同，当系统满负载时，再增加少数用户，网络不会出现阻塞现象，而只会使话音质量下降，软容量在话务量高峰期，就可以适当降低系统的误码性能，降低接收机的接收门限适当增加系统的用户。 CDMA是个干扰受限的系统，因此，它的软容量

3、特性还表现在相邻小区负载的变化对小区容量的动态影响下，当相邻小区同时通信的用户数减少时，对本小区的干扰也减少，本小区容量将增大。反之，本小区容量将减少。,5,容量规划,CDMA网络的容量具有软容量特性 CDMA是一个自干扰系统，容量与干扰密切相关 CDMA系统的容量与覆盖息息相关 CDMA网络的容量规划是在一定话务模型下的规划,6,CDMA软容量特性的另一种表现形式是小区间的软切换和呼吸性能对本小区容量的影响，呼吸性能是指各个小区的覆盖区域大小是动态的，当相邻小区间负载一轻一重时，负载重的小区通过减少本小区的导频发射功率，使本小区的边缘用户由于导频强度不足切换到负载轻的小区，实现了负载分担，增

4、加了本小区的容量。 分析CDMA的软容量特性，需要引入软阻塞： 软阻塞：基站有足够的信道可用，但是由于在该基站覆盖范围内已经有很多用户，如果增加一个用户，就会使干扰高于事先设定的门限值，这次呼叫就会被拒绝，为了获得更大的系统容量，运营商可以降低质量要求，降低阻塞负荷，这样系统容量随着质量指标的改变而改变。 软阻塞属于一种指标阻塞，随着不同负荷和不同业务质量要求而有不同的系统容量。,CDMA 系统的软容量,7,不同组网条件（蜂窝布局）下CDMA系统有不同的容量 相同环境、相同组网条件下，不同业务类型下设备总容量相差不大 运动速率对系统容量影响较大 反向干扰的两个主要分量都依赖于小区负载；前向干扰

5、中，在小区中心区域时，多径干扰为主要分量；在小区边界，邻区干扰为主要分量 前向链路的容量取决于小区的总发射功率，以及 发射功率在业务信道与其他附加信道的分配情况， 这些附加信道包括导频、寻呼和同步信道等,CDMA 1X系统软容量分析,8,如果功放不能提供足够的前向功率（如由于蜂窝布局不当造成用户大都处于小区边缘或者越区覆盖严重，造成前向业务信道功率过大和软切换比例过大），系统容量可能就会是前向受限。另外，软切换增加了反向的容量但使前向容量减少 CDMA系统前向链路所能支持的最大移动台数与反向链路能支持的移动台的最大数目不同。一般地，CDMA系统的容量取决于反向链路的容量，反向容量和负载作为设计

6、依据，前向 容量分析采用仿真方式,CDMA 1X系统软容量分析,9,网络干扰分析,无线系统容量是由前、反向链路共同决定的，规划容量时， 必须从前向链路和反向链路两个方面进行分析。,在CDMA系统中，所有扇区可共用相同频谱，这一点对提高 CDMA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。,10,干扰分析,干扰受限模型 ITOT=Iown+Iother+PN+T Iown 来自本扇区用户的干扰 Iother 来自邻近扇区用户的干扰 PN 接收机底噪; T 外界干扰 功率受限模型 PTOT=Ppil+Psync+Ppag+Ptraf+Poth

7、er 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,11,反向干扰分析,接收机底噪 PN PN = 10lg(KT) NF K：波尔兹曼常数，= 1.3810-23 J/K T：开氏温度，常温为 290 K NF：接收机噪声系数 10lg(KT) = -174dBm NF = 3.2dBm （IS2000宏蜂窝基站典型值，95基站典型值为5dB） PN = 10lg(KT) + NF = -170.8dBm,12,反向干扰分析,I own 本扇区用户干扰 每一个用户必须克服的干扰：ITOT - Pj Pj 为

8、用户 j 的接收功率 假设功控理想，有： 由此，求得 Pj： 本扇区用户干扰为所有用户到达接收机功率的和：,13,反向干扰分析,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、实际蜂窝布局、邻区负荷、天线方向图等紧密相关 定义邻区干扰因子 当用户均匀分布时 对于全向扇区，邻区干扰因子典型值 0.45 对于 3 扇区定向扇区，邻区干扰因子典型值 0.55,14,反向干扰分析,15,反向干扰分析,其中 为上行负载因子： 注意： 假设功率控制理想 假设邻区干扰恒定,根据前述关系，定义噪声上升：,16,反向干扰分析,50% 负载 3dB 60% 负载 4dB 75% 负载 6dB

9、,负载因子与反向干扰的关系：,17,前向干扰分析,在前向链路中，移动台接收的噪声同样由三部分组成：热噪声、从本扇区基站来的干扰、从其它扇区基站来的干扰： Nt=No+Isc+Ioc 前向链路由于移动台在扇区内随机分布，干扰随着移动台离基站位置距离改变而改变。情况比较复杂，不能进行定性分析，在实际中通常采用仿真的方法得到系统的干扰情况。,18,前向干扰分析,接收机底噪 PN PN = 10lg(KT) NF K：波尔兹曼常数，= 1.3810-23 J/K T：开氏温度，常温为 290 K NF：接收机噪声系数 10lg(KT) = -174dBm NF = 8dB （手机噪声系数） PN =

10、10lg(KT) + NF = -166dBm,19,前向干扰分析,I oc 本扇区用户干扰 本扇区前向相干解调,干扰来源于多径 包括直射路径以及反射路径等信号 对于距离基站较近的移动台，同小区同信道干扰占主要部分 对于基站边缘的移动台，邻小区的干扰占主要部分,20,前向干扰分析,Isc 邻区用户干扰 前向链路系统同样受到其它基站的干扰，在服务扇区内的基站将收到周围邻扇区基站信号的干扰。 邻区干扰与用户分布情况密切相关,在基站附近,邻区干扰很小。在基站覆盖边缘,邻区干扰很大。,21,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

11、Rake接收效率 合理的网络规划,22,前、反向干扰的区别,干扰源不一样，前向干扰主要来自本扇区和邻扇区的基站，反向干扰主要来自本扇区和邻扇区的用户。 接收机底噪不同，前向干扰的底噪是移动台的底噪，反向干扰的底噪是基站的底噪。 前向干扰主要源于多径，与扇区覆盖半径，移动台距离基站位置、传播环境都有很大关系；反向干扰主要与扇区负载有关，扇区内用户越多，反向干扰越大。 CDMA的前向和反向干扰都要考虑三部分内容：接收机底噪、本扇区内的干扰、相邻扇区的干扰。 CDMA的前向和反向干扰是不尽相同的，反向干扰可以定量分析，前向干扰由于其复杂性和不确定性，只能定性分析。,23,反向容量分析,反向容量模型

12、反向容量典型值,24,CDMA 1x反向容量模型,对于反向容量，由于在给定时间的用户数是随机的，而且来自任一个用户的干扰也是随机变量，所以我们用阻塞概率来估算扇区的容量，并基于用户的呼叫业务和用户干扰的概率分布的假设前提下估算：,25,影响扇区反向容量的因素： 空口的目标阻塞率 网络蜂窝组网结构特点 系统解调门限 Eb/Nt 语音和数据业务比例 用户接入速率,运动速率 功率控制精度 结论：CDMA系统中容量随环境变化而发生波动,CDMA系统软容量特性,CDMA 1x反向容量特性,26,CDMA 1x极限容量模型,根据反向业务的干扰模型，可以得到CDMA 1x语音业务的极限容量模型,Nmax在极

13、限情况下（即接收信号功率相对于小区基站噪声是无界的），小区所能接入的用户总数； G为扩频增益，GW / R，W为1.2288MHz，R为业务速率，语音业务为9.6kbps； 语音激活因子，缺省值为0.4； 小区干扰因子，缺省值为0.55； d所需信噪比，即要求的解调门限。,在给定小区负荷X的情况下，可以计算得到小区此时运行接入的用户数N,NNmaxX,27,CDMA 1x反向容量模型的比较,软阻塞容量与极限容量模型在表示形式上有所不同，实质上是根据反向干扰得到的两种不同表示形式 软阻塞容量模型认为CDMA 1x反向容量是软的，通过牺牲用户的通话质量以增加小区容量 极限容量模型认为小区容量与解调

14、门限密切相关 采用软阻塞模型计算得到结果的单位是Erlang，而采用极限容量模型计算得到结果的单位是用户数，二者可以通过ErlangB表有效地结合起来。,28,典型反向容量,29,前向容量分析,前向容量模型 前向容量典型值,30,前向容量模型,前向容量的分析，要充分考虑前向各类信道在接收端的成功解调，只有各类信道都能成功解调才能完成正常的呼叫业务。 前向容量模型的推导需要充分考虑： 1、前向接收信号功率与干扰功率的关系； 2、各类信道（导频、同步、寻呼、业务）在接收端的不同解调门限； 3、接收端距离基站的距离及损耗。 4、基站总的功率 5、由于用户分布的不确定性，前向容量分析还要假设用户的分布

15、，引入了用户分布因子。,31,前向容量模型,32,前向容量典型值,33,前向容量特点 业务类型不同设备总容量不同 运动速率对系统容量影响较大 前向链路的容量取决于扇区的总发射功率，以及发射功率在业务信道与其他附加信道的分配情况 用户分布情况直接影响基站前向容量,CDMA 1x前向容量特性,34,反向容量 取决于受干扰程度，所以与扇区负载、基站的解调门限、用户行为等息息相关。其次，不同的软阻塞要求，也有不同的反向容量。 前向容量 取决于用户分布、基站总发射功率，与基站发射功率在各类信道上的分配有关，同时也与用户行为、手机的解调门限等有关。,前向容量与反向容量特性比较,35,CDMA系统中，覆盖和

16、容量是可以相互转换的 数据业务规划中，要充分利用数据业务的上下行不对称（一般为1：4）的特点来设计小区覆盖和容量,CDMA 1X系统前反向平衡分析,36,容量与覆盖,从覆盖和容量的平衡综合考虑，需要分析对两者同时有重要影响的可调参数的值，例如系统负荷，合理取值，获得容量与覆盖的平衡点。 在CDMA系统中，容量的估计是基于整个网络进行的，CDMA系统是一个干扰受限系统，其链路的性能取决于接收机在干扰信号中识别有用信号的能力。在CDMA中，建议FER保持在约1%。通过合适的Eb/Nt值来保证要求的FER。实际上，不同用户为保持一定的FER所要求的Eb/Nt不尽相同，它取决于无线传播环境和移动台的移

17、动速度，建议采用如下的Eb/Nt： 低速移动台，速率为5km/h时，Eb/Nt=5dB；在这种情况，衰落周期远大于移动台功率控制更新的时间，因此，快速功控响应机制可以补偿任何衰落的影响，这归因于快速功率控制跟随快衰落的能力。 中速移动台，速率为30k/mph时，Eb/Nt=7dB；在这种情况下，高速和低速的优点都不能得到应用，因此，所要求的Eb/Nt要高一些。 高速移动台，速率为100km/h时，Eb/Nt=6.5dB；在这种情况下，与码片长度相比，衰落周期要小，因此链路上仅有突发错误发生，它们能够被交织和viterbi译码纠正，因此要求的Eb/Nt要小一些。 链路预算中，Eb/Nt体现在接收

18、机灵敏度中。,37,混合业务的容量和覆盖策略,根据数据业务随不同速率半径收缩的特性 小区中心地带,尽量提供用户高速数据业务 小区边缘地带,限制用户数据业务的速率 根据当地混合业务模型分布,可选择不同的资源分配策略 先到先服务，不单独限制语音或数据的分配 为语音业务预留部分资源 当地语音业务为优先提供的服务时，可采用这种策略 为数据业务预留部分资源 当地数据业务所需资源比较固定，且需优先保证时，选用该策略,38,容量规划思路 话务模型确定 载频和基站资源规划 BTS信道资源规划 BSC资源规划（FMR/TC/PM）,CDMA容量规划,39,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

19、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； 对BTS进行CE（信道资源）配置； BSC配置，包括FMR、PM、TC板的信道配置。,容量规划思路,40,话务模型用户类型分类及比例,41,对于语音业务而言，业务采用固定速率信道，直接采用Erl描述设备业务处理能力；引入数据业务后，业务不同，用户的平均速率也不同，很难用Erl来描述。采用吞吐量来描述设备业务处理能力 吞

20、吐量=业务量强度*数据速率*激活因子,话务模型扇区载频平均空口容量,采用吞吐量描述的系统容量,42,扇区载频平均反向吞吐量,不同业务不同接入速率下，CDMA空口有不同的容量,通过结合话务模型以及用户比例可以规划出空口的基本容量给出以下公式：,Md=KiRi M=Md.PdVi+Mv.PvVi Mv载频语音业务吞吐量 Md载频数据业务吞吐量 Ki不同业务接入速率比例 Ri不同业务速率的载频业务吞吐量 Pd数据用户比例 Pv语音用户比例 VI用户运动速率比例,话务模型扇区载频平均空口容量,43,不同速率、不同移动速度反向容量,话务模型扇区载频平均空口容量,44,假设本网在区域1的用户数为80000

21、0， 用户业务行为：纯语音用户数Pv=90%， 纯数据业务用户数Pd=0%， 混合业务用户数Pv,d=10%。 按50%平均负荷规划 系统阻塞率2% 语音用户语音业务强度0.02Erl 高端用户平均吞吐量为:250bps 低端用户平均吞吐量为:35bps 前反向用户数比例为4:1,用户需求分析,载频和基站资源规划,45,覆盖区域用户平均吞吐量 = 纯话音业务用户比例*纯话音业务用户平均吞吐量+纯数据业务用户比例*纯数据用户平均吞吐量+混合业务用户比例*混合业务用户平均吞吐量 单载频可容纳用户数 = 单载频平均吞吐量/覆盖区域用户平均吞吐量 需要载频数 = 覆盖区域用户数/单载频可容纳用户数 覆

22、盖区域用户平均吞吐量 = 76.8*90%+92.4*10%=78.36bps 单载频可容纳用户数 = 94*1000/78.36=1199 需要载频数 = 800000/1199=668 需要基站数=668/3=223,载频和基站资源规划,46,在BTS信道板中，前反向CE(Channel Element信道资源)独立工作，分别处理前向信道和反向信道，并且前反向CE处理能力不同，其特点为： 每个前向CE能够解调1个9.6K的FCH信道或一个9.6K的SCH信道； 每个反向CE能够解调1个FCH信道或一个19.2k的SCH信道； 对于同一个基站，多个扇区载频（相同频点）共享CE资源。,BTS信

23、道资源规划（CE配置）,BTS信道资源特点,47,信道计算方法（按反向进行配置的方法如下）： 1、语音信道资源=单扇区载频语音用户总吞吐量/（语音基本速率*语音激活因子） 或=单扇区载频总用户数*单语音用户Erl数 2、高端数据业务信道数=（单扇区载频数据总吞吐量*高端用户比例）/(高端数据业务资源解调率*9.6K) 3、低端数据业务信道数=(单扇区载频数据总吞吐量*低端用户比例）/9.6K 4、考虑软切换的语音业务信道资源=(语音信道资源)/(1软切换比例) 5、考虑软切换的数据业务信道资源 =高端数据业务信道数/(1高端FCH所占CE资源比例*软切换比例)低端数据业务信道数/（1软切换比例

24、） （注：SCH信道不参与软切换，且低端用户只有9.6K，只占有FCH） 6、每个扇区的总信道数1个公共接入信道考虑软切换后的总信道资源 7、需要配置信道数=查询ErlB表(每个扇区总信道数，业务阻塞率),BTS信道资源规划（CE配置）,48,按前向计算信道方法： 按前向进行信道配置基本算法与反向基本一样，只有以下区别： 由于前向每个CE解调的FCH和SCH都是9.6K，所以前向数据业务资源解调率为1。 公共信道资源：反向1个，前向需要3个。反向1个是为反向接入信道配置，如果以后有了反向公共信道，则需要再加一个CE资源，反向导频信道不占用信道CE资源。前向3个CE是为导频、同步、寻呼信道配置，

25、如果前向有了快速寻呼信道，还需要再增加CE资源。,BTS信道资源规划（CE配置）,49,信道计算举例： 单扇区载频话音吞吐量=1199*(90%+10%)*76.8=92083.2bps 单扇区载频数据业务吞吐量=1199*10%*15.6=1870.44bps 语音业务信道资源数=92083.2/(9600*0.4)=23.98 高端数据业务信道资源数=（1870.44*20%）/(1.4089*9600) =0.028 低端数据业务信道资源数=(1870.44*80%)/9600=0.156 考虑软切换语音信道资源数=23.98(130%)=34.257 考虑软切换数据业务信道资源=0.0

26、28(144.46%*30%)+0.156 (130%) =0.255 每扇区配置公共信道=1 总的信道资源=1+34.257+0.255=35.512 每基站配置的信道数=ErlB_B35.512*3,0.02=120,BTS信道资源规划（CE配置）,50,容量优化的目标,随着网络内用户的不断增加，系统内不可避免的会出现话务量不均衡的现象，某些局部地区可能会频繁发生话务拥塞。容量优化的目的就是解决网络内的话务量不均衡的问题，使得整个网络内的业务负荷保持均匀。尤其是在一些人口密集的商业区，要考虑人口的流动特点，而在一些大型活动场所又会在某些时候出现突发的话务量。,51,容量优化的措施,进行容量

27、优化需要对基站的话务统计数据进行仔细分析，对于即存在容量问题又存在覆盖问题的地区，可以通过增加微蜂窝或者基站的方法来解决。 如果网络内的某个基站话务负荷很重，经常出现话务拥塞，而周围基站的话务量又相对较底，就说明明显存在话务量不均衡的现象，这时需要进一步的查看该基站的软切换比例统计数据。如果软切换比例很高，这时就需要解决由于软切换对系统信道资源的浪费问题，通过调整软切换参数（如提高T_ADD,提高T_DROP等）降低软切换比例。如果软切换比例并不高，那么就需要通过调整天线的下倾角和方向角，使该基站的话务量能够分担到周围其他的话务量较底的基站上。在调整时要特别注意兼顾对覆盖的影响，需要反复测试、

28、调整。,52,Thank !,53,功率控制,功率控制技术是影响CDMA系统容量最关键的因素之一 在保证传输质量可接受的情况下，尽量降低发射功率，提高系统总容量。 分为上行功率控制和下行功率控制，上下行控制独立进行。上行功率控制的对象为移动台（MS），下行功率控制的对象为基站（BTS）。 功率控制的目的 减小干扰（同频干扰），提高系统容量 省电，延长待机和通话时间 环保：减小辐射,54,功率规划原则： 导频信道功率 ：1020% 总功率 寻呼信道功率 ：导频4.5dB（寻呼信道速率4800） 同步信道功率 ：导频10dB 业务信道功率 ：剩余功率 导频功率设置原则： 建立合适的小区范围 允许接

29、收机信道估计 能够增加小区到切换激活集 保证覆盖区内前向业务信道对功放资源的需求 以上设置是一种静态设置，而小区呼吸是一种动态的导频、业务信道功率分配调整，来适应动态的覆盖和容量变化,功率规划,55,功率控制的原理,CDMA系统是自干扰系统，限制CDMA系统容量的因素是总干扰 当达到以下条件，系统容量最大 当在可接受的信号质量下，功率最小 基站从各个移动台接收到的功率相同,56,CDMA 1X功率控制,反向 开环功率控制 闭环功率控制 内环功率控制：800 Hz 外环功率控制 前向 闭环功率控制 消息报告方式：周期报告、门限报告 EIB方式：50 Hz 快速功率控制：800 Hz,57,反向开

30、环功率控制,58,反向闭环功率控制,59,反向功率控制,调整手机发射功率以应变通话情况的不断的快速变化 设定适当的能干比以便维持所期盼的误桢率 利用开环与闭环来控制功率,60,反向功率控制的方式,开环功率控制 - 手机的任务 手机决定接入信道和业务信道的起始功率 闭环控制功率 - 基站和手机的任务 外环功率控制：基站决定所需的能干比门坎以维持所期盼的误桢率 内环功率控制：基站送上调/下调的指令给手机,61,反向开环功率控制的实施 手机送出系列探测信号以建立它和基站的反向链路 其平均输出功率为： - 平均输入功率 +常数 + nom_pwr + init_pwr (dB) 每系列的探测信号功率随

31、序列数的增加而增加，直到基站有反应或序列用完 反向链路建立成功时，基站分配一业务信道给手机，此时手机的业务信道平均输出功率为： -平均输入功率 +常数 + nom_pwr + init_pwr + 递增总和,反向开环功率控制,62,基站设定Eb/No 预定值,量一次 Eb/No 值,每1.25 毫秒,Eb/No ,预定值？,否,是,手机功率下调1dB,手机功率上调1 dB,收完一桢？,否,是,计算新的 Eb/No 值,外环 (每20毫秒),内环(每1.25毫秒),反向闭环功率控制,63,up_frr,down_frr,Frame,Target Eb/No Setpoint,20ms,反向外环功率控制,64,Target Eb/No,1.25 ms,1 Frame Interval,反向内环功率控制,65,Parameter RangeDefaultRecommendedDescription nom_pwr -8 to +7 dB00Nominal transmit power offset init_pwr -16 to +15 dB00 Initial power offset for access pwr_step 0 - 7 dB44Power increase st