1、CDMA1X系统前反向覆盖平衡性能研究0824A10资料编码产品名称CRNP使用对象产品版本V100R001编写部门资料版本CDMA1X系统前反向覆盖平衡性能研究拟 制：CDMA网络规划部日 期：2004.05.13审 核：日 期：审 核：日 期：批 准：日 期：华 为 技 术 有 限 公 司版权所有 XX修订记录日期修订版本描述作者2004.05.13V1.0初稿陶茂弟目 录第1章 前言 5第2章 移动台灵敏度分析 5第3章 空载时前反向链路平衡分析 6第4章 有载时前反向链路平衡分析 8第5章 移动台发射功率因素的考虑 14第6章 前反向平衡性能总结 15CDMA1X系统前反向覆盖平衡性能
2、研究关键词： CDMA1X系统 前反向覆盖 平衡性能摘 要：本文分析实际应用中的CDMA1X系统的前反向覆盖性能，探讨了前反向覆盖平衡的平衡点及随负荷的增加前反向覆盖性能的恶化情况。同时考虑到实际应用功率的平衡设置。缩略语清单： 第1章 前言上下行链路平衡是网络规划优化中的一个很重要的课题。在实际应用中，要尽量保证上下行链路平衡，这样才能保证网络服务质量及减少无谓的投资。在GSM网络中，上下行平衡关系是一种静态的关系，在网络设计时可以通过对合路器、合路方式，分集方式、基站配置、功放选用等多方面来设计出一个上下行基本平衡的网络，这种平衡关系可以维持下去。但在CDMA网络中上下行链路平衡关系是动态
3、的。这是因为CDMA上下行链路会受到容量、用户分布、应用环境、前向功率配比等因素的影响。并且这些因素对上下行链路的影响各不相同，因此这就增加了CDMA上下行链路平衡问题的复杂性。本文首先对CDMA链路覆盖性能有影响的主要因素进行分析，然后给出在一些典型应用场合下上下行平衡关系的动态变化过程，以指导CDMA实际组网配置。第2章 移动台灵敏度分析在讨论前反向覆盖性能平衡前，先来分析下移动台的灵敏度及前向信道功率配比问题。对于下行来讲，导频信道、同步信道、寻呼信道、业务信道的由于速率及信道结构、解调要求不一样，灵敏度会有差异。各信道灵敏度可表达如下：Spil（Nm+It）+（Ec/Io）pilSsy
4、nc=（Nm+It）（Eb/Nt）sync（PG）syncSpag=（Nm+It）（Eb/Nt）pag（PG）pagStraf=（Nm+It）（Eb/Nt）traf（PG）trafNm是移动台接收机的热噪声功率，NmKTBNf，这里K是波尔兹曼常数，为1.38*10-23J/K，T是开氏温度，为290K，B为带宽1.23M。Nf为接收机噪声系数。It为前向链路干扰。（PG）sync为同步信道扩频增益，同步信道速率为1200bps，扩频增益为30dB。（PG）pag为寻呼信道扩频增益，寻呼信道速率为9600bps，扩频增益为21dB。（PG）traf为业务信道扩频增益，业务信道速率为9600bp
5、s，扩频增益为21dB。各个信道的解调门限、速率不同导致灵敏度要求也不同。并且灵敏度随负荷的变化而变化。在实际应用时，应该保证各信道的覆盖能力基本一致。这样必须根据信道不同的灵敏度要求来配置合适的信道功率，不同信道之间的功率配比关系在理想情况下与实际负荷相关，随负荷的不同而作出相应的调整。但实际应用中为简化起见，各信道的功率配比保持既定的关系不变。本文先假定前向信道通过功率配比已经达到了各信道覆盖平衡，然后以导频信道的覆盖为基础来讨论前反向链路的平衡问题。采用典型的功率配比方式，在CDMA1X系统中导频信道、寻呼信道、同步信道的功率配比关系为1：0.7：0.1，业务信道最大发射功率比导频信道低
6、3dB。考虑一种典型应用情况，导频信道的Ec/Io要求为-15dB。移动台接收机的噪声系数为8dB。没有干扰（It0）的情况下有，Nm+It-1138-105dBm。这样有：Spil（Nm+It）+（Ec/Io）pil-105-15-120dBm即移动台接收导频信道的灵敏度为-120dBm。第3章 空载时前反向链路平衡分析一般来说，前反向链路覆盖性能主要与下面的一些因素相关：设备因素：主要包括系统设备与移动台的各项性能指标。环境因素：主要区分密集市区、一般城区、郊区、农村、山区、海面、隧道、室内等不同的应用场合。在不同的应用场合适用无线传播特性有很大的差别，需要用不同的传播模型来刻画。技术因素
7、：主要考虑与该技术体制及业务因为相关的、影响链路性能的一些因素。如在CDMA系统里面的软切换增益、干扰余量、数据与语音业务不同特性等。在前向和反向两个方向上，实际的覆盖范围由信号较弱的方向决定。一个优良的系统应在设计时就要做好功率预算，使覆盖区内的反向信号与前向信号达到平衡。在信号的传送过程中会经过诸多环节，允许的最大空中传播损耗决定着覆盖范围的大小。图一： 前反向链路增益衰减环节对前向链路，其允许的最大空中传播损耗取决于基站在不同信道的功率配置及移动台的接收性能。可表示为：Lfor=Poutb-Lcb-Lfb+Gb+Gm-SmLfor：前向空口允许损耗Poutb：基站信道输出功率Lcb：基站
8、合路器损耗，取决于合路器的类型，华为基站Lcb一般为1dBLfb：基站馈线损耗Gb：基站天线增益 Gm：移动台天线增益 Sm：移动台灵敏度对反向链路，其允许的最大空中传播损耗取决于移动台的发射功率与基站的接收灵敏度。可表示为：Lrev=Poutm+Gb+Gm-Lfb-SbLrev：反向空口允许损耗Poutm：移动台输出功率 Lfb：基站馈线损耗 Gb：基站天线增益 Gm：移动台天线增益 Sb：基站接收灵敏度根据互易定理，天线收发增益相同。则得到上下行平衡关系： Lfor-Lrev=Poutb-Poutm-Lcb-Sm+Sb在Lfor-Lrev0时，前反向链路达到完全平衡，有：Poutb=Pou
9、tm+Lcb+Sm-Sb对于典型语音应用，考虑导频信道的覆盖，Sm为120dBm，Sb为126.18dBm，移动台的输出功率为200mw，21.55dBm。Lcb为1dB；Sb为-126dB；这样在达到前反向完全平衡时：Poutb=Poutm+Lcb+Sm-Sb=21.55+1-120+126.18=28.73dBm即导频信道功率为28.73dBm，746.5mW，占总功率的3.7时，前反向达到完全平衡。当导频信道功率超过3.7时，反向链路覆盖受限；当导频信道功率低于3.7时，前向链路覆盖受限。当导频功率占总功率的20时，前向链路相比较反向链路有10log20/3.7=7.3dB的优势。第4章
10、 有载时前反向链路平衡分析反向容量对覆盖的影响可以通过干扰余量来衡量，50的负荷会造成3dB的覆盖损失。而前向容量对前向覆盖的影响与反向相比有些不同的特点，近处的用户的信号到达远处时已经很小，其对远处用户的影响基本可以忽略，即对前向链路覆盖能力影响较小。对系统覆盖能力造成影响的主要是在覆盖边缘处用户受到的来自邻小区的干扰及本小区边缘用户的干扰。前向覆盖性能与用户分布及系统负荷紧密相关。假定前向链路总的允许损耗为L，总的损耗主要包括两部分，一部分为空口损耗，这部分损耗是可变的；另一部分是天线馈线等带来的固定的增益损耗。总的允许损耗L越大，说明空口允许的损耗越大，系统覆盖能力就越强。定义前向负荷因
11、子（）定义为当前使用的功率（Pt）除以总的功率（PT）。=Pt/PT导频信道使用功率占总功率的比例为。=Ppil/PT接收到本小区的总功率为Pr,sc=Pt/L定义干扰因子为接收到的其它扇区的功率(Pr,oc)与接收到本扇区功率(Pr,sc)之比。= Pr,oc/ Pr,sc在接收端导频信道码片能量为：Ec=PT/RcL其中Rc为码片速率。热噪声为FNth，其中F为移动台的噪声系数。总的干扰谱密度为：It=FNth+(Pr,oc+Pr,sc)/W=FNth+(1+)Pt/WL则有：Ec/It=(PT/RcL)/( FNth+(1+)Pt/WL)=d由此可以推出：L=PT(-d(1+)/(dFN
12、thW)以dB表示：L=PT+10lg(-d(1+)-d-FNthW一般要求的Ec/Io（即d）为-15dB。嵌入型扇区覆盖边缘典型值为1.778(2.5dB)，PT为43dBm，FNthW=-105dBm。则有：L=43+10lg(-d(1+)+15+105=163+10lg(-d(1+)一、孤立小区前向覆盖性能的变化在没有邻区干扰时，=0。L=43+10lg(-d(1+)+15+105=163+10lg(-0.03)不存在邻区干扰可以看作为孤立小区的情况，根据上面的公式可以得到下面的关系曲线：图二 孤立小区前向覆盖与负荷的关系从上图可以看出，前向覆盖性能随着导频功率的增加会得到提升。并且在
13、负荷升高时前向覆盖性能下降。当导频功率固定为5时，前向负荷在9100之间变化，当负荷为36时，L148.9dB；当负荷为100时，L146.1dB。即前向覆盖恶化量随着容量的上升恶化量为2.8dB，即在100的负荷以内，前向容量对覆盖能力有一定的影响。当导频功率固定为10时，前向负荷在18100之间变化，当负荷为36时，L152.5dB；当负荷为100时，L151.45dB。即前向覆盖恶化量随着容量的上升恶化量为1dB，即在100的负荷以内，前向容量对覆盖能力影响不大。当导频功率固定为20时，前向负荷在36100之间变化，当负荷为36时，L155.76dB；当负荷为100时，L155.3dB。
14、即前向覆盖恶化量随着容量的上升恶化量不到0.5dB，即在没有邻区干扰的情况下，100的负荷以内，前向容量对覆盖能力影响很小。二、嵌入式小区前向覆盖性能的变化在有邻区干扰时，=1.778L=43+10lg(-d(1+)+15+105=163+10lg(-0.089)有邻区干扰小区可以看成嵌入式小区，根据上面的公式可以得到下面的关系曲线：图三 嵌入式小区前向覆盖与前向负荷关系从上图可以看出，当导频功率固定为5时，前向负荷在9100之间变化，当负荷为36时，L145.5dB；当负荷为56时，L125.1dB。可以看出此时前向覆盖随容量的上升急剧恶化。并且在容量上升到一定程度，就基本没有覆盖。当导频功
15、率固定为10时，前向负荷在18100之间变化，当负荷为36时，L151.32dB；当负荷为100时，L143.41dB。即前向覆盖恶化量随着容量的上升恶化量不到7.9dB，前向容量对覆盖能力影响较大。当导频功率固定为20时，前向负荷在36100之间变化，当负荷为36时，L155.25dB；当负荷为100时，L153.45dB。即前向覆盖恶化量随着容量的上升恶化量2.2dB，前向负荷对覆盖的影响一般。由此可以看出，邻区干扰对前向覆盖的影响比较明显。并且导频功率比例越大，前向负荷对覆盖的影响就越小。只有导频信道功率占总功率的9以上，前向功率才可以得以充分利用。物理意义就是导频信道功率不能太低，否则
16、在前向负荷较大时基站发射信号的Ec/Io就已经很低，不能满足基本的覆盖要求。但如果设为最低限9，前向满负荷相比较空载来讲，恶化20dB。如果设为10，前向满负荷相比较空载来讲，恶化10dB。所以实际工程中建议导频功率占总功率的10以上。三、有负荷情况下的前反向覆盖平衡上面分析了前向覆盖随前向负荷增加时的变化情况。由于前向负荷与反向负荷的定义有所不同，所以不能直接用统一的负荷来考察负荷增加时对前反向覆盖的影响。下面考虑直接采用用户数来作为统一的参量来比较。导频信道功率占总功率的，在固定的功率配比下，空载时前向负荷为1.8。假定每信道的功率为。直接引用上面的公式可以得到前向覆盖相比较空载时的恶化量
17、与用户数N的关系：L=163+10lg(-0.089*1.8)- 163-10lg(-0.089*(N+1.8) =10lg(0.84/(0.84-0.089N)从上式可以看出，前向覆盖相比较空载时的恶化量与导频信道功率无关，而只与用户数与平均每用户信道功率相关。平均每用户信道功率与业务信道的功率配置及用户分布关系密切。因此前向覆盖性能的恶化量与用户分布密切相关。考虑一种典型的应用情况，假定业务信道最大发射功率比导频信道小3dB，用户在扇区覆盖区域均匀分布，平均每用户的发射功率为最大发射功率的0.4倍。同时考虑到激活因子为0.4，这样平均每用户的发射功率为：=*0.5*0.4*0.4=0.08
18、有N个用户时前向负荷为：N+1.8=0.08N+1.8有N个用户时相比较空载时的前向覆盖恶化量为：L=163+10lg(-0.089*1.8)- 163-10lg(-0.089*(0.08N+1.8)=10lg(0.84/(0.84-0.007N)从上面的公式可以看出，前向覆盖的恶化量在同样的用户数的前提下是一样的。考虑一种极端的情况，用户边缘分布，用户都使用最大发射功率，则有：L=163+10lg(-0.089*1.8)- 163-10lg(-0.089*(0.2N+1.8)=10lg(0.84/(0.84-0.0178N)在一个实际有容量的系统中，负荷的存在使反向干扰上升，在一定条件下35
19、个用户时，反向负荷为50%，将使得反向链路预算损失3dB。反向覆盖随用户数增加恶化量为干扰上升量，即Lrev=10lg(1/(1-)=10lg(1/(1-N/70)则有下面前反向覆盖恶化量随用户数增加的关系如下图所示：图四： 前反向覆盖恶化量与用户数的关系上图中横坐标是用户数，终坐标是覆盖性能恶化量。可以看出，随着用户数的上升前反向覆盖会同时恶化，前向链路的恶化情况与用户分布关系特别密切，对于边缘分布，随着用户数的增加，覆盖范围急剧收缩。比反向收缩的更厉害，在空载时前向覆盖具有优势，在用户数增加后前反向平衡关系会逆转，由反向受限变为前向受限。可以计算当导频功率为20时，覆盖平衡点对应的用户数为
20、：44。即在反向负荷为63时，达到前反向平衡。当反向负荷超过63时，前向覆盖受限。但此平衡点对应的前向负荷超过100，因此从容量的角度来讲为前向已经受限。在这种情况下，如果采用大功率的功放，前向容量就可以不受限。如果用户是均匀分布，则前向链路覆盖恶化情况要小得多，若在空载时前向覆盖具有优势，随着负荷的增加，这种优势还会拉大。第5章 移动台发射功率因素的考虑在实际网络中，经常可以观察到移动台功率超过23dBm的情况。这是因为23dBm是移动台发射最大发射功率的要求下限。下表显示各种不同类型的手机的最大发射功率的范围：表一： 不同类型的手机的发射功率要求 从上表可以看出，对于Band class0
21、 800M的III类手机来说，其最大发射功率的下限为23dBm，上限为30dBm。发射功率在此范围都属于正常，但彼此之间相差7dB。这种因素也是在考虑覆盖平衡时需要注意的。所以在实际前向功率分配时一般不会设置在前反向的空载完全平衡点：导频功率占总功率的3.7%。而一般要求导频功率在1030的范围内调整，前向覆盖留有一定的余量。以适应负荷上升及手机功率变化对前向功率的要求。第6章 前反向平衡性能总结CDMA1X系统覆盖性能受前向功率配置及负荷的直接影响，并与电磁环境、用户分布、业务类型有关。在前向信道功率配比时，应根据不同信道的灵敏度要求来分配不同的功率，最终使得所有信道的前向覆盖能力基本一致。
22、原理上来讲，理想的功率配比关系也是随负荷的变化而动态调整的。但实际应用时一般使用既定的功率配比关系。在导频信道功率作出调整后，其它信道功率等比例需要作出等比调整，保持功率配比不变。在只有语音业务的情况下，前反向链路覆盖性能在空载时理想平衡点为：导频功率占总功率的3.7%。随着负荷的上升，前反向覆盖性能同时都会恶化，在用户平均分布的情况下反向覆盖性能恶化程度比前向更为明显。在用户边缘分布的情况下前向覆盖性能恶化程度比反向更为明显。考虑到移动台的最大发射功率上下限之间差别较大，在实际应用中为了充分利用资源，一般建议根据需要导频信道功率在1030之间作出调整。所有上面的考虑都是基于语音业务，在有数据业务时由于前反向负荷不平衡，这种不平衡会影响到前反向链路覆盖平衡关系。这里就不作进一步的分析。
