450 MHz CDMA2000 1x系統(tǒng)容量探討

1、引言

　　450 MHz cdma2000 1x技術(shù)除具有頻率低、覆蓋廣、室內(nèi)穿透覆蓋好、容量大、支持無(wú)線高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等特點(diǎn)外，另一個(gè)重要的優(yōu)勢(shì)是在覆蓋范圍廣、用戶密度很低的情況下投資成本仍可以保持較低。因此，運(yùn)營(yíng)商引入了450 MHz cdma2000 1x無(wú)線接入系統(tǒng)建設(shè)農(nóng)村無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)。

　　通常在提及450 MHz cdma2000 1x的容量時(shí)，談?wù)撟疃嗟氖撬母哳l率利用率、軟容量、語(yǔ)音激活技術(shù)等優(yōu)點(diǎn)。但是，從無(wú)線資源角度考慮，在為用戶建立通信信道的過(guò)程中，影響系統(tǒng)容量的主要因素是信道單元（CE）、中繼（CIC）、選擇器/聲碼器單元（SVE/SDE）、RF信道、Walsh碼和幀偏置等，這些資源任何一個(gè)短缺都會(huì)造成系統(tǒng)擁塞。相對(duì)于信道單元、聲碼器等硬件設(shè)備而言，空中資源是有限的，無(wú)法通過(guò)增加硬件設(shè)備來(lái)擴(kuò)容。因此，下面重點(diǎn)從Walsh碼容量和RF容量?jī)蓚€(gè)方面，對(duì)450 MHz cdma2000 1x系統(tǒng)的容量進(jìn)行分析。

2、Walsh碼容量

　　設(shè)備制造商提供的設(shè)備容量指數(shù)是單載頻承載的話務(wù)量，通常為55 Erl。但在網(wǎng)絡(luò)性能統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，很多基站話務(wù)量為20 Erl時(shí)就出現(xiàn)過(guò)載現(xiàn)象，有的甚至在15 Erl時(shí)就出現(xiàn)過(guò)載。那么，所謂55 Erl的容量是怎么回事?原來(lái)55 Erl的容量是僅僅從Walsh碼容量來(lái)分析的，并沒(méi)有考慮其他資源的利用情況。

　　我們知道，450 MHz cdma2000 1x系統(tǒng)采用的是64階Walsh碼，除開銷信道占用3個(gè)Walsh碼外，剩下的61個(gè)Walsh碼用于前向業(yè)務(wù)信道，這61個(gè)Walsh碼可以同時(shí)分配給61個(gè)用戶。在理論上，一個(gè)單載頻全向站可以承載61 Erl，但需要考慮呼損因素，因而實(shí)際上達(dá)不到61 Erl。

　　Walsh容量可以用如圖1所示的Erlang_B計(jì)算器計(jì)算。從圖1可知：信道數(shù)為Walsh碼，取61；阻塞率（GOS）取0.05；每用戶Erl值（Erl/subs）取0.03。按照該話務(wù)模型，以單載頻全向站來(lái)計(jì)算，得出單載頻全向站承載的話務(wù)量約為55.57 Erl，無(wú)線容量為1 852。事實(shí)證明，55.57 Erl是在假設(shè)其他資源都充裕的情況下的容量，對(duì)村通系統(tǒng)來(lái)說(shuō)根本達(dá)不到。

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圖1　Erlang_B計(jì)算器

3、RF信道容量

　　在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，容量的瓶頸大多是在RF信道，而不是Walsh碼。RF信道容量分為前向信道容量和反向信道容量。前向信道容量是一種“功率容量”，取決于各信道對(duì)基站總發(fā)射功率的占用情況。要想提高前向信道容量，必須降低平均每話務(wù)信道占用的功率（PTC）及平均每用戶占用的扇區(qū)數(shù)（SPU）。反向信道容量是一種“噪聲容量”，即用戶間的相互干擾。干擾是限制反向信道容量的關(guān)鍵因素。

　　對(duì)于450 MHz cdma2000 1x系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在容量方面應(yīng)重點(diǎn)考慮前向功率過(guò)載，即基站已經(jīng)沒(méi)有功率資源分配給用戶或用于提升前向業(yè)務(wù)信道的功率。下面結(jié)合信道增益與信道功率公式來(lái)說(shuō)明村通系統(tǒng)過(guò)載問(wèn)題。

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　　其中，P為信道對(duì)應(yīng)的功率；cellpower為小區(qū)設(shè)計(jì)功率，用作前向功率的自動(dòng)定標(biāo)；gain為信道增益；10（gain-255）/40為該信道占小區(qū)設(shè)計(jì)功率的百分比；信道功率為（gain-255）/40 dB。那么，只要知道該載頻的小區(qū)設(shè)計(jì)功率和信道增益，就可算出該信道對(duì)應(yīng)的功率。

　　對(duì)于前向鏈路，由于各個(gè)碼信道之間相互正交，因此干擾很小。前向鏈路的總發(fā)射功率為各個(gè)碼信道發(fā)射功率之和：

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　　由于村通系統(tǒng)沒(méi)有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和快速尋呼信道，因此（2）式可以簡(jiǎn)化為：

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　　在實(shí)際應(yīng)用中，為了保證基站能夠正常工作，往往規(guī)定了基站的最大發(fā)射功率，也就是規(guī)定了Ptotal的最大值。由公式（3）可知，前向發(fā)射功率Ptotal為各前向碼道功率之和，其中導(dǎo)頻信道、同步信道和尋呼信道都是開銷信道，設(shè)定增益以后就固定了，只有前向業(yè)務(wù)信道的功率是可變的。因此，前向鏈路的容量就是除去開銷信道占用的功率，剩余的功率全部分配給前向業(yè)務(wù)信道時(shí)能承載的話務(wù)量。也就是說(shuō)，前向鏈路的容量是一種功率容量。前向業(yè)務(wù)信道的平均發(fā)射功率越小，能夠容納的用戶就越多。前向業(yè)務(wù)信道的平均發(fā)射功率與語(yǔ)音激活因子和前向功率控制有關(guān)，語(yǔ)音激活因子是不受基站控制的，因此前向鏈路的容量主要受前向功率控制的影響。

　　假如導(dǎo)頻信道、同步信道和尋呼信道的增益分別是232、192和225，根據(jù)公式（1）和（3），把控制信道的增益代入，可得控制信道占總功率的47.05%，如果是30 W的功放（即Ptotal為30 W），則留給前向業(yè)務(wù)信道的功率為15.88 W；如果語(yǔ)音業(yè)務(wù)標(biāo)稱功率設(shè)置為169，語(yǔ)音業(yè)務(wù)變化范圍設(shè)為80，則在前向功率控制中分配給用戶的前向業(yè)務(wù)信道的功率變化范圍是129～209，即fpcMingain為129，fpcMaxgain為209，則前向業(yè)務(wù)信道功率的變化范圍為-31.5～-11.5 dB。

　　假如系統(tǒng)都以最小的功率分配給每個(gè)前向業(yè)務(wù)信道，且所有功率均用來(lái)呼叫，沒(méi)有切換，則前向業(yè)務(wù)信道的增益取129，根據(jù)公式（1）可得到分配給前向業(yè)務(wù)信道的最小功率為0.021 w，則最多可容納756（15.88÷0.021）個(gè)用戶同時(shí)通話（假設(shè)其他資源足夠，但實(shí)際情況當(dāng)然不可能）。

　　假如系統(tǒng)都以最大的功率分配給每個(gè)前向業(yè)務(wù)信道，且所有功率均用來(lái)呼叫，沒(méi)有切換，則前向業(yè)務(wù)信道增益取209。根據(jù)公式（1）可得到分配給前向業(yè)務(wù)信道的最大功率為2.1 W，則系統(tǒng)最多可容納7（15.88÷2.1）個(gè)用戶，即系統(tǒng)此時(shí)能承載的話務(wù)量只有7 Erl。

　　村通系統(tǒng)中的用戶大多離基站比較遠(yuǎn)，再加上復(fù)雜的地形，電磁波可能經(jīng)過(guò)多次折射和反射，為了克服路徑的損耗，基站要以更大的發(fā)射功率發(fā)送才能保證正常的通話。這樣看來(lái)，系統(tǒng)在15 Erl時(shí)過(guò)載就不足為怪了。

4、總結(jié)

　　450 MHz cdma2000 1x系統(tǒng)容量的瓶頸是前向功率。如果在做網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)沒(méi)有考慮到這個(gè)因素，那么由于前向功率資源的限制，在其他資源都充裕的情況下，系統(tǒng)就已經(jīng)功率過(guò)載了。因此，在做村通系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)，要特別關(guān)注前向容量，盡量在容量和覆蓋間找到最佳的切合點(diǎn)，以減少因前向功率過(guò)載而引起用戶投訴的情況，提高用戶感知度。