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1、WCDMA系统的容量1. WCDMA系统是一个自扰系统，系统容量与处理增益及信噪比有关，每扇区的容量（通道数或信道数同时进行通信的用户数）为： （1） 式中G是处理增益，是码片速率与信源速率之比，包括了卷积编码增益和扩频增益，Eb/No是信噪比， 是话音激活因子，一般取0.67。 （2）若话音速率为8kbps，处理增益是480倍（26.8dB），信噪比是6dB，对应误码率是，话音质量达到较高要求。话音激活因子是0.67，则容量估算结果是约180个用户。三个扇区的容量应该是单扇区容量的3倍，但考虑到天线的副波瓣影响及扇区间的非理想隔离，容量不到理想的3倍，一般认为是2.55倍，即一个小区的容量为
2、2.55*180=460个。考虑周围小区的影响，容量下降到60%，也即WCDMA系统中，在周围小区满的情况下，每个小区可以允许460*0.6=275个用户同时通话。公式（3）考虑了话音激活因子0.67、周围小区满的系数0.6、三个扇区系数2.55的因素： （3）计算结果是276，基本上相等。2. 同时通信的话音用户数已定，那么爱尔兰容量又怎么定呢？同时通话的用户数与放号的用户数的关系取决于呼损率。假如设定呼损率为5%，那么可放号的数量是多少？设流入话务量为A，呼损率为B，信道数（同时通话的用户数）为N，则三者的关系有以下的爱尔兰B公式： （4）N条信道在一定的呼损率B条件下，对应的流入话务量为
3、A。当每个用户忙时话务量在0.01到0.025Erl（爱尔兰）之间，一般取0.025爱尔兰。这样在信道数等于275时，考虑到切换的30%预留信道，另外，在动态分配信道时，考虑到无线通信的每次接续呼叫中，信令传输时间是不占用信道的，信令交互时间比有线通信的长，总的来说信道利用率可达70%左右，那么实际中计算话务量时只能认为信道数在275*0.5=137左右。呼损率为5%时，对应的流入话务量A=132.2爱尔兰，每个用户忙时话务量取0.025爱尔兰，则在周围小区满的情况下，每一个小区（含3个扇区）能容纳132.2/0.025=5288个用户，也就是说系统中有Y个小区时，可放Y*5288个用户号。以
4、上是一个载频的结果，若多个载频，通信带宽是5MHz的整数倍，那么系统容量还要大，基本上用户数也增长同样的倍数。以上所有指标不变，话音的信源编码速率从8kbpas提高到12.2kbps，那么在同样的信噪比要求时，话音的质量更高了，另一方面扩频增益减小了，但有效的信道数变少了，从137降到91，流入的话务量从132.3Erls降到86.0erls，这样每个小区容纳的用户数从5288降到3440。从此可看到，WCDMA系统的容量与信噪比及话音的源速率有关。3440/5288=0.650，而8kbps/12.2kbps=0.656，两个比率接近，两者的比率有一定的关系（不一定是线性的）。以话音、数据用
5、户数表征的系统容量 第三代移动通信系统，即WCDMA系统的主要特点是支持高速数据业务，数据业务与传统的话音业务并重，为了全面衡量系统的能力，必须考虑数据业务接入时系统容量的特性。 基于干扰受限时的系统容量计算公式为： 硬容量: （5）式中G是处理增益，是码片速率（3.84Mcps）与数据速率之比；F是频率复用系数，一般情况下取0.6；NR是噪声上升系数（以dB计），还可以用来表征系统的负荷，用于接纳控制判决依据；Eb/No（以dB计）是满足一定误码率要求所需的信噪比，随数据速率不同而略有差异。 基于干扰受限时的系统容量计算与物理层发射功率测量相对应。信道数与业务数据速率的关系是：速率越高，处理
6、增益越低，在一定的负荷限制（NR一定）和一定信噪比条件下，信道数越少。软容量的概念是基于干扰的负荷统计方法，因为负荷统计时是考虑了周围小区干扰的影响的（负荷乘上一个(1+)的因子），一般取干扰系数为0.55，当周围小区负荷较低时，干扰系数可以取小些，比如取0.3，结果是本小区的负荷下降了，负荷余量提高了，容量比周围小区满的情况下要大一些，即实现了软容量增益。一般来说，上行链路容量的统计是基于干扰的。 按公式（5）计算结果如下表所示： 表一 爱尔兰容量的计算 比特速率(Kbps)(dB)信道数（取整数）硬容量(Erlang)软容量(Erlang)软容量增益(%)2%阻塞率5%阻塞率2%阻塞率5%
7、阻塞率2%阻塞率5%阻塞率话音：85.091.7(91)79.286.083.289.25.03.7话音：12.25.061.3(61)50.555.553.958.36.75.0数据：164.057.9(58)47.752.551.055.36.95.3数据：323.036.7(36)27.330.629.832.79.26.8数据：643.018.6(18)11.413.313.114.914.912.0数据：1443.08.62(8)3.624.544.435.3022.316.7数据：2562.55.66(5)1.652.212.172.7231.523.1数据：3842.53.97(
8、4)1.091.521.762.2461.547.4数据：10241.82.09(2)0.200.350.360.5380.051.4数据：20481.81.34(1)0.020.130.230.19550342条件：码片速率=3.84Mcps，复用系数F=0.6，噪声上升系数NR=4dB（相当于负荷因子为60%）。结果分析：随着数据速率的提高，信道数减少，软容量增益增大。体现在数据速率提高时，所需的信噪比Eb/No变小。图 阻塞率为2%和5%情况下的不同速率业务的软容量增益 软容量的计算方法是：硬容量的计算是考虑周围小区负荷满的情况，且全部小区的负荷是均衡的，直接按照公式（5）计算信道数，然
9、后按照Erlang B公式计算爱尔兰容量；软容量的计算是周围小区的负荷较轻时，本小区可以“借”周围小区的容量，“借”来的容量就是软容量。这是在基于干扰测量衡量负荷时才适用，一般在上行链路的负荷估计时往往采用干扰功率来衡量，因此软容量一般是指上行链路的情况。具体计算软容量的方法是将信道数除以频率复用系数（F=0.6），用Erlang B公式计算爱尔兰容量，然后将容量乘以F，得到软容量的爱尔兰量。这个F是考虑周围小区干扰时引入的，在考虑从周围小区“借”容量时必然与这个F有关，即估算软容量增益时要用到F这个系数。当接入的是话音用户时话务强度按0.025爱尔兰计算；接入的为数据用户时，计算其话务强度按
10、多少爱尔兰计算？不同的业务种类（在3G系统中分为四个类别）有不同的QoS和不同的话务强度，比如会话型业务、数据流型业务是实时业务；交互型业务和后台型业务是尽力而为的业务。典型应用分别为话音、视频流、WWW浏览和E-mail。在实际中，数据速率较低的业务呼叫会频繁些，如上网游览，每次传输的时间长一些；对于高速数据的传输出现的概率较小，占用信道的时间长些，如视频流等。总的传输数据量大体相近。设平均每个数据用户每天发起呼叫次数为20次，每次占用信道的时间为5分钟，则每个数据用户的话务量强度等效为100分钟/24*60=0.07Erlang，则可计算出数据用户的爱尔兰容量。 表二 用户数容量的计算 比
11、特速率(Kbps)(dB)信道数（取整数）硬容量(用户数)软容量(用户数)软容量增益(%)2%阻塞率5%阻塞率2%阻塞率5%阻塞率2%阻塞率5%阻塞率话音：85.091.7(91)31683440336835966.34.5话音：12.25.061.3(61)20202220218823568.36.1数据：164.057.9(58)6807507387978.36.2数据：323.036.7(36)39043743547511.58.7数据：643.018.6(18)16219019521820.414.7数据：1443.08.62(8)5164708237.228.1数据：2562.55.
12、66(5)2331364456.541.9数据：3842.53.97(4)1521253266.752.4数据：10241.82.09(2)22710350500数据：20481.81.34(1)11120100条件：码片速率=3.84Mcps，复用系数F=0.6，噪声上升系数NR=4dB（相当于负荷因子为60%）。 注：在表二中，计算用户数的时候，由于高速数据用户的信道数很少，计算中采用了取整的近似方法，不满足大数定律，故计算结果不是很精确。三个计算方法的扇区容量对比系统负荷与噪声上升系数NR的关系有： （6） 统一条件：NR=4dB（负荷因子等于60%）,Eb/No=5dB（3.162倍）
13、，话音速率为8kbps，话音激活因子为0.67，周围小区干扰时的频率复用因子F=0.6，系统负荷60%，G=3840k/8k=480，则每个扇区的信道数为： （1）=82 （2）每个话音用户的负荷增量=0.0044，Eb/No=3.162，周围小区满的情况下考虑干扰，频率复用因子F=0.6，60%负荷时可以同时接纳136*0.6=82个8kbps的话音用户，即信道数是82。实际上，（1）与（2）是一个公式派生出来的，只是从不同的计算量来考虑的。（3）基于干扰受限时的扇区容量计算 =91从上面方法（1）和（2）是一样的，Eb/No按倍数的数值计算；方法（3）的Eb/No和NR按dB计，其结果比方
14、法（1）和方法（2）宽松。方法（3）对应公式（5），似乎未考虑话音激活因子的作用，若考虑则结果差别更大。对比的结果也表明，用不同的公式和方法对系统的容量进行估算，其结果差别还是明显的，如上面的数据差别是9/82=11%左右。表四 下行传输的源数据（ATM）总速率/每扇区比特速率(Kbps)(dB)信道数（取整数）传输的源数据（ATM）总速率(kbps)话音：85.091.7(91)728话音：12.25.061.3(61)744数据：164.057.9(58)928数据：323.036.7(36)1152数据：643.018.6(18)1152数据：1443.08.62(8)1152数据：25
15、62.55.66(5)1280数据：3842.53.97(4)1536数据：10241.82.09(2)2048数据：20481.81.34(1)2048若考虑到一个基站（Node-B）的ATM传输容量，必须考虑到最大的传输能力为：3*2048kbps=6Mbps，这还没有考虑信令传输所需的容量。当然，信令传输容量比最大速率所要求的容量低得多。用吞吐率表征的扇区容量由上可知，用爱尔兰容量衡量系统的容量仅在电路交换域（CS域）模拟线路系统适用，在数字无线传输线路就不适用了，因为每路话音的编码速率不一样。在分组数据业务（PS域）用爱尔兰容量来衡量系统的容量就更不合适了，例如从上述的表二可以看出，8
16、kbps话音时容量是79.2爱尔兰，在2.048Mbps的数据业务时，系统容量仅为0.02爱尔兰，同一个系统，用不同的业务速率时爱尔兰容量差3960倍！可见，用爱尔兰容量来衡量数字通信系统是不合适的。只适用于在系统设计时考虑在一定呼损率（如5%）情况下能容纳的用户数。用吞吐量来表征系统容量，即用kbps/扇区/载频来表示。当然，由于WCDMA系统吞吐量容量的软容量特性，随着单个业务信道速率的提高，系统的吞吐量容量有所增大，见上述的表四。因此，在计算新业务呼叫引起的负荷增量时要考虑加权系数，即在上述的计算时要乘以一个小于1的加权系数。这样，在高速分组数据呼叫时，根据接纳控制的算法，新业务被接纳的可能性提高了，也就是说采用加权算法后呼损率降低了。负荷控制及接纳控制的决策需要许多相关的负荷计算及资源管理表格，建立全面的、易检索的各种状态表、资源表是下一步的中心工作。另外，与RRC接口参数表格的合理设计，也是系统有机联接的关键。