WCDMA系統(tǒng)上下行容量分析課件

WCDMA系統(tǒng)上下行容量分析前言WCDMA是一個自干擾系統(tǒng)WCDMA系統(tǒng)的容量與覆蓋息息相關(guān)WCDMA網(wǎng)絡(luò)的容量具有軟容量特性WCDMA網(wǎng)絡(luò)的容量規(guī)劃是在一定話務(wù)模型下的規(guī)劃課程目標(biāo)掌握WCDMA的干擾分析方法理解影響WCDMA上、下行容量的相關(guān)因素掌握WCDMA的容量規(guī)劃方法學(xué)習(xí)完本課程，您將能夠：第一章WCDMA網(wǎng)絡(luò)干擾分析基本原理上行干擾分析下行干擾分析基本原理

無線系統(tǒng)容量是由上、下行鏈路共同決定的，規(guī)劃容量時，必須從上行鏈路和下行鏈路兩個方面進(jìn)行分析。

在WCDMA系統(tǒng)中，所有小區(qū)可共用相同頻譜，這一點(diǎn)對提高WCDMA系統(tǒng)容量非常有利。但也正是同頻復(fù)用的原因，系統(tǒng)存在多用戶間的干擾，這種多址干擾則又限制系統(tǒng)的容量?；驹恚蓴_分析干擾受限模型

ITOT=Iown+Iother+PN+TIown

來自本小區(qū)用戶的干擾Iother

來自鄰近小區(qū)用戶的干擾PN

接收機(jī)底噪T外界干擾功率受限模型

PTOT=Ppil+Psync+Ppag+Ptraf+Pother

Ppil

導(dǎo)頻信道功率

Psync

同步信道功率

Ppag

尋呼信道功率

Ptraf

業(yè)務(wù)信道功率

Pother

其他信道功率第一章WCDMA網(wǎng)絡(luò)干擾分析基本原理上行干擾分析下行干擾分析接收機(jī)底噪PN

PN=10lg(KTW)＋NFK：波爾茲曼常數(shù)，=1.38×10-23J/KT：開氏溫度，常溫為290KW：信號帶寬，WCDMA信號帶寬3.84MHzNF：接收機(jī)噪聲系數(shù)10lg(KTW)=-108dBm/3.84MHzNF=3dB（宏蜂窩基站典型值）PN=10lg(KTW)+NF=-105dBm/3.84MHz上行干擾分析－上行干擾構(gòu)成Iother鄰區(qū)用戶干擾鄰區(qū)用戶干擾難以進(jìn)行理論分析，與用戶分布、小區(qū)布局方式、天線方向圖等相關(guān)定義鄰區(qū)干擾因子當(dāng)用戶均勻分布時對于全向小區(qū)，鄰區(qū)干擾因子典型值0.55對于3扇區(qū)定向小區(qū)，鄰區(qū)干擾因子典型值0.65上行干擾分析－上行干擾構(gòu)成求得假設(shè)所有用戶為12.2kbps話音用戶，解調(diào)門限EbvsNo=5dB話音激活因子vj=0.67鄰區(qū)干擾因子i=0.55上行干擾分析上行干擾分析一上行負(fù)載因子定義上行負(fù)載因子負(fù)載因子等于1時，ITOT達(dá)到無窮大，此時對應(yīng)的容量稱為極限容量在前述假設(shè)下，極限容量約為96個用戶上行干擾分析一負(fù)載因子與干擾根據(jù)前述關(guān)系，噪聲上升：50%負(fù)載—3dB60%負(fù)載—4dB75%負(fù)載—6dB前述理論分析顯式或隱式地使用了以下簡化沒有考慮軟切換的影響處于軟切換狀態(tài)的用戶，產(chǎn)生的干擾略小于普通用戶沒有考慮AMRC和混合業(yè)務(wù)的影響AMRC降低部分用戶的話音業(yè)務(wù)速率，使它們產(chǎn)生的干擾降低，增加了系統(tǒng)支持的用戶數(shù)。（代價是這些用戶的通話質(zhì)量有所降低）不同的業(yè)務(wù)具有不同的數(shù)據(jù)速率和解調(diào)門限，雖然原則上仍可利用上述方法進(jìn)行分析，但會使計(jì)算過程復(fù)雜化由于移動傳播環(huán)境的時變特性，即使是同一業(yè)務(wù)，解調(diào)門限也是時變的上行干擾分析一當(dāng)前方法的局限理想功控假設(shè)實(shí)際系統(tǒng)的功控命令有一定誤碼，使得功控過程非理想，降低系統(tǒng)容量假設(shè)用戶分布均勻，鄰區(qū)干擾恒定要考慮以上各種因素的影響，系統(tǒng)仿真是更為精確的方法：靜態(tài)仿真：Monte_Carlo方法動態(tài)仿真上行干擾分析一當(dāng)前方法的局限Iown：來自本小區(qū)用戶的干擾Iother：來自鄰近小區(qū)用戶的干擾PN：接收機(jī)噪聲底下行干擾分析－下行干擾構(gòu)成接收機(jī)底噪PN

PN=10lg(KTW)＋NFK：波爾茲曼常數(shù)，=1.38×10-23J/KT：開氏溫度，常溫為290KW：信號帶寬，WCDMA信號帶寬3.84MHzNF：接收機(jī)噪聲系數(shù)10lg(KTW)=-108dBm/3.84MHzNF=7dB（UE典型值）PN=10lg(KTW)+NF=-101dBm/3.84MHz下行干擾分析－下行干擾構(gòu)成鄰區(qū)干擾Iother鄰區(qū)基站的發(fā)射信號會對當(dāng)前小區(qū)的用戶造成干擾。由于使用的擾碼不同，這些干擾都是非正交的假設(shè)業(yè)務(wù)均勻分布，所有基站的發(fā)射功率相等。系統(tǒng)中共有K個鄰區(qū)基站，其中第k個基站到用戶j的路徑損耗為PLk,j。則有：下行干擾分析－下行干擾構(gòu)成下行干擾分析同樣假設(shè)功控理想，有得到求解PT得到其中ij為用戶j的鄰區(qū)干擾因子，定義為：下行干擾分析根據(jù)前述分析，可以定義下行負(fù)載因子：當(dāng)下行負(fù)載因子達(dá)到100%時，基站發(fā)射功率達(dá)到無窮大，此時對應(yīng)的容量為極限容量與上行容量理論計(jì)算不同，下行容量計(jì)算公式中的αj、ij都是與用戶位置有關(guān)的變量。也就是說，下行容量與用戶的空間分布相關(guān)，因而只能通過系統(tǒng)仿真確定下行干擾分析下行干擾分析一仿真參數(shù)設(shè)置基站發(fā)射功率43dBm（20W）時，支持的最大用戶數(shù)約為114個一般為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定，不允許基站平均發(fā)射功率超過最大發(fā)射功率的75%，即41.7dBm，此時能夠支持的用戶數(shù)為111個這個結(jié)果與上行容量相比要大得多，所以在這樣的設(shè)置條件下，WCDMA容量是上行受限，與IS95的情況大不相同一般認(rèn)為，IS95系統(tǒng)的覆蓋上行受限，而系統(tǒng)容量是下行受限下行干擾分析一仿真結(jié)果分析如何控制干擾網(wǎng)絡(luò)中干擾帶來的影響切換成功率接入效率掉話率通話質(zhì)量干擾控制方法

提高功率控制精度提高Rake接收效率

合理的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

課程內(nèi)容

第一章WCDMA網(wǎng)絡(luò)干擾分析第二章WCDMA上行容量分析第三章WCDMA下行容量分析第四章WCDMA容量規(guī)劃第二章WCDMA上行容量分析單一CS業(yè)務(wù)容量分析

單一PS業(yè)務(wù)容量分析混合業(yè)務(wù)容量分析對于單一的CS業(yè)務(wù)，在考慮激活因子，功控不穩(wěn)定度的標(biāo)準(zhǔn)偏差，上行鄰區(qū)干擾因子的情況下，我們得到上行接收總功率的表達(dá)式為：滿足泊松分布，均值為

表示由于功控偏差而得到的實(shí)際bit接收能量。其中上行容量分析一單一CS業(yè)務(wù)整理得：所以得：上行容量分析一單一CS業(yè)務(wù)所以，在上行負(fù)載在η的情況下，系統(tǒng)支持的信道數(shù)為：ε符合對數(shù)正態(tài)分布，因此E(ε)=上行容量分析一單一CS業(yè)務(wù)定義：信道數(shù)

（其中[x]是小于x的最大整數(shù)）由此，我們可以得到上行基于干擾的軟阻塞公式為：上行容量分析一單一CS業(yè)務(wù)第二章WCDMA上行容量分析單一CS業(yè)務(wù)容量分析單一PS業(yè)務(wù)容量分析混合業(yè)務(wù)容量分析上行容量分析一單一PS業(yè)務(wù)

PS域業(yè)務(wù)模型：假設(shè)條件：PPPSession：表示一次上網(wǎng)過程，一次上網(wǎng)過程的結(jié)束可以由系統(tǒng)由于用戶長時間沒有使用，網(wǎng)絡(luò)自動定時拆線、用戶主動拆線或永遠(yuǎn)在線；PacketsCall：表示一次數(shù)據(jù)呼叫；BasicPacket：表示一次應(yīng)用中包含的數(shù)據(jù)包（文字或圖象）。不同的PacketsCall之間有空閑時間，即我們常說的readingtime。估算中，一般認(rèn)為在這段時間內(nèi)無線資源將被釋放。上行容量分析一單一PS業(yè)務(wù)基于上面的假設(shè)模型，我們可以得到在一定負(fù)荷η下，小區(qū)所支持的上行信道數(shù)：上行容量分析一單一PS業(yè)務(wù)上述公式與CS容量分析部分基本相同，唯一不同之處是PS業(yè)務(wù)在計(jì)算信道數(shù)的時候就已經(jīng)將激活因子考慮了。上行容量分析一單一PS業(yè)務(wù)PS業(yè)務(wù)的阻塞特性取決于可接受的時延，目前的容量分析主要是基于ErlangC公式進(jìn)行計(jì)算。定義：信道數(shù)（其中[x]是小于x的最大整數(shù)），，則：呼叫被延遲的概率：任一呼叫延遲超過t秒的概率：上行容量分析一單一PS業(yè)務(wù)所有呼叫的平均時延：上行支持的平均吞吐量：其中：A是支持的總Erlang，N是支持的用戶數(shù)，D是呼叫平均時延，H是該業(yè)務(wù)的每呼叫平均持續(xù)時間。第二章WCDMA上行容量分析單一CS業(yè)務(wù)容量分析單一PS業(yè)務(wù)容量分析混合業(yè)務(wù)容量分析混合業(yè)務(wù)的容量分析非常復(fù)雜，目前還沒有很好的解決方法。因此，現(xiàn)階段我們主要采用aircom提供的混合業(yè)務(wù)容量估算方法來實(shí)現(xiàn)。其基本原理就是將所有其他業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)換為等效語音業(yè)務(wù)，然后采用單一CS業(yè)務(wù)容量分析的方法得到混合業(yè)務(wù)的容量估算結(jié)果。這樣做的一個不利條件是由于PS業(yè)務(wù)允許有時延存在，因此在阻塞的情況下不會立刻被網(wǎng)絡(luò)拒絕。而采用目前的方法會低估網(wǎng)絡(luò)實(shí)際容量上行容量分析一混合業(yè)務(wù)假設(shè)：用戶數(shù)為X，其中有v％為語音用戶，di％為數(shù)據(jù)用戶。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的種類為m（包括CS業(yè)務(wù)和PS業(yè)務(wù)）。f為鄰區(qū)干擾與本小區(qū)干擾的比值。η為小區(qū)預(yù)設(shè)負(fù)荷。上行容量分析一混合業(yè)務(wù)某個特定數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的話務(wù)量可以根據(jù)如下公式得到：上行某種業(yè)務(wù)的單用戶負(fù)荷可以表示為：

上行容量分析一混合業(yè)務(wù)

我們將所有的業(yè)務(wù)進(jìn)行混合折算為一種虛擬業(yè)務(wù)。采用下面的公式可以計(jì)算得到該種虛擬業(yè)務(wù)的單用戶負(fù)荷話務(wù)量：上行虛擬業(yè)務(wù)的單用戶負(fù)荷可以近似表示為：上行容量分析一混合業(yè)務(wù)

該小區(qū)所支持的虛擬業(yè)務(wù)總話務(wù)量為：其中：：語音業(yè)務(wù)話務(wù)量；

：第i種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的話務(wù)量；:虛擬業(yè)務(wù)話務(wù)量。上行容量分析一混合業(yè)務(wù)

根據(jù)上面的公式，我們可以直接計(jì)算得到虛擬業(yè)務(wù)單用戶負(fù)荷根據(jù)預(yù)設(shè)小區(qū)負(fù)荷，我們可以得到虛擬業(yè)務(wù)信道數(shù)N：：基于ErlangB公式：可以計(jì)算得到：通過可以進(jìn)一步計(jì)算得到所支持的用戶數(shù)X。

上行容量分析一混合業(yè)務(wù)

由于每種業(yè)務(wù)的比例都已經(jīng)知道了，因此利用下面公式可以進(jìn)一步得到上行每載波支持的不同數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)平均吞吐率：其中，Erlangi是不同業(yè)務(wù)每用戶的話務(wù)量，BearerRate是承載速率（如：CS64kbps），ActivityFactor是該種業(yè)務(wù)的激活因子上行容量分析一混合業(yè)務(wù)課程內(nèi)容

第一章WCDMA網(wǎng)絡(luò)干擾分析第二章WCDMA上行容量分析第三章WCDMA下行容量分析第四章WCDMA容量規(guī)劃第三章WCDMA下行容量分析單一CS業(yè)務(wù)容量分析

單一PS業(yè)務(wù)容量分析混合業(yè)務(wù)容量分析下行容量分析一單一CS業(yè)務(wù)對于某個特定用戶，他在服務(wù)小區(qū)內(nèi)接收到的總的干擾為：其中，為非正交化因子，表示第i個用戶接收到第j個基站的總功率。假設(shè)第i個用戶的發(fā)射功率占總功率的比例為,則：由此得到：定義：定義鄰區(qū)干擾因子則得到：由于基站總的發(fā)射功率是有限的，因此必須滿足下面的條件：為公共信道發(fā)射功率，為RRM擁塞門限所對應(yīng)的基站發(fā)射功率。下行容量分析一單一CS業(yè)務(wù)則：定義：信道數(shù)（其中[x]是小于x的最大整數(shù)）；可以得到下行所支持的軟阻塞話務(wù)量（softblockErlang）。由此可進(jìn)一步得到下行每載波支持的吞吐率為：由公式下行容量分析一單一CS業(yè)務(wù)第三章WCDMA下行容量分析單一CS業(yè)務(wù)容量分析單一PS業(yè)務(wù)容量分析混合業(yè)務(wù)容量分析；

下行PS業(yè)務(wù)的容量分析方法與上行基本類似：下行容量分析一單一PS業(yè)務(wù)下行容量分析一單一PS業(yè)務(wù)定義：信道數(shù)（其中[x]是小于x的最大整數(shù)），，則：呼叫被延遲的概率：任一呼叫延遲超過t秒的概率：下行容量分析一單一PS業(yè)務(wù)所有呼叫的平均時延：上行支持的平均吞吐量：其中：A是支持的總Erlang，N是支持的用戶數(shù)，D是呼叫平均時延，H是該業(yè)務(wù)的每呼叫平均持續(xù)時間。第三章WCDMA下行容量分析單一CS業(yè)務(wù)容量分析單一PS業(yè)務(wù)容量分析混合業(yè)務(wù)容量分析假設(shè)：用戶數(shù)為X，其中有v％為語音用戶，di％為數(shù)據(jù)用戶。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的種類為m（包括CS業(yè)務(wù)和PS業(yè)務(wù)）。θ為非正交化因子。f為鄰區(qū)干擾與本小區(qū)干擾的比值。η為下行負(fù)荷，定義為當(dāng)前功放輸出功率占功放額定功率的比值。下行負(fù)荷的取值比較復(fù)雜，與路徑損耗和用戶分布有密切關(guān)系。目前下行負(fù)荷的計(jì)算方法是首先通過鏈路預(yù)算，獲得路徑損耗。每用戶不同業(yè)務(wù)忙時話務(wù)量的計(jì)算:下行某種業(yè)務(wù)的單用戶負(fù)荷可以表示為：下行容量分析一混合業(yè)務(wù)令：下行某種業(yè)務(wù)的單用戶負(fù)荷可以近似表示為：該小區(qū)所支持的虛擬業(yè)務(wù)總話務(wù)量為：下行容量分析一混合業(yè)務(wù)，可以計(jì)算得到由：通過可以進(jìn)一步計(jì)算得到所支持的用戶數(shù)X。并可進(jìn)一步得到下行每載波支持的不同數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)平均吞吐率：下行容量分析一混合業(yè)務(wù)課程內(nèi)容

第一章WCDMA網(wǎng)絡(luò)干擾分析第二章WCDMA上行容量分析第三章WCDMA下行容量分析第四章WCDMA容量規(guī)劃第四章WCDMA容量規(guī)劃容量規(guī)劃思路業(yè)務(wù)模型確定業(yè)務(wù)質(zhì)量確定公共信道容量規(guī)劃分析對需要規(guī)劃地區(qū)按話務(wù)分布和地物地貌特點(diǎn)進(jìn)行區(qū)域劃分，如密集區(qū)、一般城區(qū)、郊區(qū)、農(nóng)村等；對各目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行話務(wù)模型分析根據(jù)不同目標(biāo)區(qū)域的話務(wù)模型，確定各目標(biāo)區(qū)域的單載頻規(guī)劃容量；確定滿足容量要求的目標(biāo)區(qū)域的基站數(shù)和載頻數(shù)；比較根據(jù)容量和覆蓋要求分別確定的基站數(shù)和載頻數(shù)，選擇數(shù)量更多的基站數(shù)和載頻數(shù)，保證同時滿足容量和覆蓋的要求；

容量規(guī)劃思路第四章WCDMA容量規(guī)劃容量規(guī)劃思路業(yè)務(wù)模型確定業(yè)務(wù)質(zhì)量確定公共信道容量分析業(yè)務(wù)模型確定用戶分布數(shù)據(jù)表不同環(huán)境用戶分布數(shù)據(jù)：（用戶數(shù)/km2）應(yīng)用環(huán)境200320042005密集城區(qū)111281206018683普通城區(qū)462499676郊區(qū)246266341農(nóng)村151618公路/干道233548業(yè)務(wù)模型確定不同等級用戶分布比例表不同等級用戶分布比例：（需要結(jié)合不同時期考慮）應(yīng)用環(huán)境高端用戶中端用戶低端用戶密集城區(qū)40%40%20%普通城區(qū)15%25%60%郊區(qū)5%25%70%農(nóng)村1%10%89%公路/干道1%10%89%業(yè)務(wù)模型確定一CS域業(yè)務(wù)模型業(yè)務(wù)類型滲透率BHCAAHT(s)激活因子平均速率kbit/sAMR語音100%1900.58可視電話100%0.154164業(yè)務(wù)模型確定一低端用戶PS業(yè)務(wù)模型業(yè)務(wù)類型滲透率BHSAPacketCallNum/SessionPacketNum/PacketCallPacketSize(bytes)Inter-ArrivalTimeBetweenPacketCalls(sec)Email10%0.10232480320WWW30%0線游戲、ICQ25%0.10234808圖片鈴聲下載、FTP25%0.102624805實(shí)時視頻0%0.00126715000SMS50%0.50111600EMS/MMS50%0.50232480320業(yè)務(wù)模型確定一中端用戶PS業(yè)務(wù)模型業(yè)務(wù)類型滲透率BHSAPacketCallNum/SessionPacketNum/PacketCallPacketSize(bytes)Inter-ArrivalTimeBetweenPacketCalls(sec)Email20%0.20232480320WWW30%0.24525480412在線游戲、ICQ15%0.20234808圖片鈴聲下載、FTP15%0.202624805實(shí)時視頻10%0.10126715000SMS100%0.80111600EMS/MMS100%0.80232480320業(yè)務(wù)模型確定一高端用戶PS業(yè)務(wù)模型業(yè)務(wù)類型滲透率BHSAPacketCallNum/SessionPacketNum/PacketCallPacketSize(bytes)Inter-ArrivalTimeBetweenPacketCalls(sec)Email30%0.30232480320WWW20%0.30525480412在線游戲、ICQ5%0.30234808圖片鈴聲下載、FTP10%0.302624805實(shí)時視頻20%0.20126715000SMS100%0.60111600EMS/MMS100%0.60232480320有了各種類型的用戶的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)模型后，可以進(jìn)一步得到整體的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，便于計(jì)算。平均單用戶忙時吞吐量（kbit)=低端用戶滲透率*低端用戶BusyHourThroughput/user*低端用戶比例+中端用戶滲透率*中端用戶BusyHourThroughput/user*中端用戶比例+高端用戶滲透率*高端用戶BusyHourThroughput/user*高端用戶比例Session理論長度（bytes)=PacketCallNum/Session*PacketNum/PacketCall*PacketSize(bytes)平均閱讀時間(s)=（PacketCallNum/Session-1）*Inter-ArrivalTimeBetweenPacketCalls(sec)業(yè)務(wù)模型確定一PS域業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)參數(shù)第四章WCDMA容量規(guī)劃容量規(guī)劃思路業(yè)務(wù)模型確定業(yè)務(wù)質(zhì)量確定公共信道容量分析業(yè)務(wù)質(zhì)量確定容量的規(guī)劃是在滿足一定服務(wù)質(zhì)量的條件下的容量，CS業(yè)務(wù)一般用呼損/阻塞概率作為GoS的指標(biāo)。對于PS業(yè)務(wù)一般按照可接受的時延和可接受的最低吞吐率為GoS指標(biāo)。有時候在運(yùn)營商的標(biāo)書中，對PS業(yè)務(wù)有時候也使用呼損的方式來描述其GoS。業(yè)務(wù)質(zhì)量確定阻塞概率要求阻塞概率指標(biāo)VoiceSMSMMS視頻流音頻流可視電話會議電視WWWEmail密集城區(qū)普通城區(qū)郊區(qū)農(nóng)村公路/干道第四章WCDMA容量規(guī)劃容量規(guī)劃思路業(yè)務(wù)模型確定業(yè)務(wù)質(zhì)量確定公共信道容量分析公共信道容量分析在WCDMA網(wǎng)絡(luò)所支持的業(yè)務(wù)中，部分對傳輸速率和時延要求很低的一些后臺類業(yè)務(wù)可以考慮在公共信道上承載。如：SMS和MMS和email。根據(jù)RNCV1.2的設(shè)計(jì)規(guī)格，對于下行：一個小區(qū)可以最多配置兩條SCCPCH。其中一條SCCPCH承載PCH，F(xiàn)ACH（數(shù)據(jù)，信令）；另外一條SCCPCH只承載FACH（數(shù)據(jù)，信令）。對于上行：一個小區(qū)只配置1條PRACH。（注:PCPCH設(shè)備不支持，因此這里不做說明。）公共信道容量分析目前RRM確定的傳輸格式如下（TTI：10ms）：FACH（數(shù)據(jù)）：1×360bit，最大承載速率36kbit/s；FACH（信令）：1×168bit,最大承載速率16.8kbit/s；PCH：1×240bit，最大承載速率24kbit/s；RACH：1×