CDMA接入信道容量的計(jì)算

1、移動通信2006年第2期CDMA接入信道容量的計(jì)算趙 超 江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司【摘要】文章通過對接入信道對反向鏈路的干擾分析得出了接入信道所允許的利用率，并且在一定假設(shè)條件下計(jì)算出了現(xiàn)網(wǎng)中一個(gè)扇區(qū)的接入信道的實(shí)際利用率和短消息數(shù)，以及呼叫模型及載波數(shù)的關(guān)系。文章還對CDMA2000的接入控制過程進(jìn)行了分析，并與IS-95在接入信道方面進(jìn)行了詳細(xì)的對比。1 引言目前，中國聯(lián)通的CDMA網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)發(fā)展到第三期工程，隨著用戶數(shù)量的增長，部分地區(qū)已經(jīng)增加了第二個(gè)載波甚至第三個(gè)載波，與呼叫處理有關(guān)的接入消息數(shù)量也大幅增長，接入信道的負(fù)荷越來越高，這些都會促使接入信道的配置發(fā)生變化，這些變化包括

2、接入信道數(shù)量的配置以及接入信道負(fù)荷的控制。因此，有必要從理論上對單個(gè)接入信道的利用率做出分析，以便為今后網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)更多載波以及用戶增長較多時(shí)的配置接入信道提供參考。2 接入程序發(fā)送一條消息和接收（或接收失敗）對該消息的應(yīng)答的整個(gè)過程，被稱為一次接入嘗試。接入嘗試的每次發(fā)射，被稱為一個(gè)接入試探。在一次接入嘗試的每個(gè)接入試探上，移動臺發(fā)送相同的消息。在一次接入嘗試中，接入試探按照接入試探序列分成組，每個(gè)接入試探序列由1NUM_STEP個(gè)接入試探組成，并在同一接入信道上傳送。每個(gè)接入試探序列的第一次試探總是采用標(biāo)稱開環(huán)功率電平的指定功率電平發(fā)送。每個(gè)后續(xù)接入試探則是以比前一個(gè)接入試探高出一個(gè)規(guī)定量值的

3、功率電平發(fā)送。當(dāng)移動臺進(jìn)行接入嘗試時(shí)，它將發(fā)送一個(gè)或多個(gè)接入試探序列。如果接入嘗試是請求類消息，移動臺最多發(fā)送MAX_REQ_SEQ個(gè)接入試探序列；如果接入嘗試是響應(yīng)類消息，移動臺最多發(fā)送MAX_RSP_SEQ個(gè)接入試探序列。移動臺以平均輸出功率電平值IP傳送每個(gè)接入試探序列的第一個(gè)試探，這個(gè)電平值與平均輸入電平、初始發(fā)射功率偏移INIT_PWR以及標(biāo)稱發(fā)射功率偏移NOM_PWR有關(guān)：IP73平均輸入功率NOM_PWRINIT_PWR。隨后的每個(gè)接入試探以高于前面接入試探功率的特定功率電平值PI（PIPWR_STEP）傳送，直到它獲得確認(rèn)響應(yīng)或序列結(jié)束為止。移動通信2006年第2期3 接入信道

4、容量計(jì)算3.1 接入信道容量的分析接入信道容量的分析與尋呼信道不一樣，尋呼信道用于前向鏈路，容量的分析主要在于對尋呼信道占用率的計(jì)算，而接入信道用于反向鏈路，對CDMA系統(tǒng)來說，反向鏈路容量主要在于干擾的分析。即使采用時(shí)隙化的隨機(jī)接入?yún)f(xié)議，接入信道也可能有較高的通過量，大量的接入業(yè)務(wù)會在反向鏈路中產(chǎn)生無法接受的干擾。如前所述，第一個(gè)接入試探失敗后，下一個(gè)接入試探將增加一定量的功率，最終的結(jié)果將導(dǎo)致小區(qū)接收功率的增加以及反向鏈路容量的減少。為了保證話音業(yè)務(wù)信道的容量，應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)合適的接入信道，以限制接入對反向鏈路容量的干擾影響。一般情況下，我們保持接入信道干擾余量在業(yè)務(wù)信道負(fù)載的10%以下。業(yè)務(wù)

5、信道負(fù)載定義如下：對某個(gè)用戶來說，CDMA系統(tǒng)中的其他用戶都是干擾，這種干擾提高了接收機(jī)的噪聲基底，降低了接收機(jī)的靈敏度。為了增加接收機(jī)的接收門限，必須以干擾余量的方式體現(xiàn)，這種干擾余量是通過設(shè)計(jì)用戶容量時(shí)，只設(shè)計(jì)反向鏈路所允許的最大用戶數(shù)的一部分獲得的。一般工程中業(yè)務(wù)信道負(fù)載取為50。對于每個(gè)時(shí)隙內(nèi)給定數(shù)目的接入嘗試（到達(dá)速率），可以通過大量的仿真得到接入信道對反向鏈路的干擾影響。在業(yè)務(wù)信道負(fù)載取定為50、PAM_SZ1、MAX_CAP_SZ2、NUM_STEP3、MAX_REQ_SEQ2、MAX_RSP_SEQ2的情況下，到達(dá)速率及PI值對接入信道對反向鏈路的干擾影響仿真結(jié)果見圖1所示:圖

6、1 接入信道干擾與到達(dá)速率的函數(shù)移動通信2006年第2期圖中接入信道干擾百分比是相對于50業(yè)務(wù)信道負(fù)載而言的。到達(dá)速率是指每個(gè)接入信道時(shí)隙中發(fā)生的接入次數(shù)。從圖1可以看出，當(dāng)接入業(yè)務(wù)很高時(shí)，大的PI值會對反向鏈路產(chǎn)生較大干擾，因此為使干擾的影響最小，應(yīng)選擇一個(gè)小的PI值。當(dāng)PI為3dB時(shí)，業(yè)務(wù)信道負(fù)載的10處，干擾余量對應(yīng)于60的到達(dá)速率。3.2 接入信道容量的計(jì)算前面分析得到的60的到達(dá)速率，又可以定義為接入信道利用率。接入信道容量計(jì)算的目的就是使接入信道利用率60%。接入信道容量的主要計(jì)算方法如下：（1） 計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)所需的接入消息數(shù)A；（2） 計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)接入信道能處理的消息

7、數(shù)M；（3） 使得接入信道利用率A/M60%。為了計(jì)算A和M，需要對網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)參數(shù)做一些假設(shè)，參數(shù)的具體名稱和值如表1所示:表1 網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)參數(shù)代號 名稱每用戶的忙時(shí)試呼次數(shù)（BHCA）主叫比例短消息業(yè)務(wù)（SMS）小時(shí)/用戶每扇區(qū)用戶數(shù)（25個(gè)信道，2呼損情況下）基于時(shí)間的登記小時(shí)/用戶基于區(qū)域的登記小時(shí)/用戶幀幀 值 a b c d e f g h基于以上假設(shè)，每個(gè)扇區(qū)每小時(shí)所產(chǎn)生的接入消息數(shù)A為：A（a×bcef）×d2996.9在忙時(shí)試呼次數(shù)中只有主叫才發(fā)送接入消息，a×b的含義為每用戶忙時(shí)主叫次數(shù)。接入信道的容量M為：3600s/小時(shí)3600M=25714

8、 （20ms/幀）×（4+pam_sz+max_cap_sz）幀/消息0.02×7其中，每個(gè)接入時(shí)隙共有7個(gè)幀長，每個(gè)幀長20ms，因此每小時(shí)共可發(fā)送25714個(gè)接入消息。 3移動通信2006年第2期因此基于以上假設(shè)的單載頻的接入信道利用率=A/M2996.9/25714=11.65%。當(dāng)系統(tǒng)為多載波時(shí)，如果其中1個(gè)作為基本CDMA信道，其余載波不設(shè)置尋呼信道和接入信道時(shí)，由于多個(gè)載波的用戶都使用基本CDMA載波中的接入信道，因此基本CDMA載波中的接入信道利用率為n=n×11.65%，如圖2所示:圖2 多載波時(shí)接入信道利用率從圖2可以看出，當(dāng)用戶每小時(shí)SMS次數(shù)

9、為1、基于區(qū)域的登記為0.6/小時(shí)/用戶時(shí)，只設(shè)置一個(gè)接入信道即可支持約5個(gè)載波，這已經(jīng)能夠完全滿足中國聯(lián)通現(xiàn)有的CDMA網(wǎng)絡(luò)。4 CDMA2000的接入信道CDMA2000的反向物理信道包括反向接入信道（R-ACH）、反向增強(qiáng)接入信道（R-EACH）、反向公共控制信道（R-CCCH）、反向?qū)ьl信道（R-PICH）、反向基本信道（R-FCH）、反向?qū)I(yè)控制信道（R-DCCH）、反向補(bǔ)充信道（R-SCH）、反向補(bǔ)充碼分信道（R-SCCH）。其中R-ACH、R-EACH、R-CCCH都是在尚未與基站建立起業(yè)務(wù)連接時(shí)，移動臺向基站發(fā)送信息的信道，它們的功能類似于IS-95中的反向接入信道。CDMA2

10、000既兼容了IS-95的接入模式，又針對IS-95的不足進(jìn)行了改進(jìn)。其中，R-ACH保留了原有的接入模式，其接入過程與IS-95基本相同。而與IS-95不同的是，CDMA2000中一個(gè)接入嘗試是由多個(gè)接入子嘗試組成的，每個(gè)接入子嘗試的過程與IS-95相同；另外，在IS-95中，一個(gè)接入試探序列中的所有接入試探，都在同一接入信道上傳送。在CDMA2000中，如果對應(yīng)于當(dāng)前F-PCH的R-ACH超過一個(gè)，則一個(gè)接入試探序列中的接入試探，可能在與這個(gè)F-PCH對應(yīng)的不同的R-ACH上傳輸。移動通信2006年第2期在CDMA2000中，同時(shí)還增加了一個(gè)增強(qiáng)接入信道R-EACH。R-EACH用于移動臺

11、發(fā)起同基站的通信，或者用于響應(yīng)專門發(fā)送給移動臺的消息。R-EACH與R-ACH一樣采用了隨機(jī)接入?yún)f(xié)議。R-EACH可用于兩種接入模式：基本接入模式和預(yù)留接入模式。對于所支持的各個(gè)前向公共控制信道（F-CCCH），反向最多可以包含32個(gè)R-EACH。對于在預(yù)留接入模式下工作的每個(gè)R-EACH，有一個(gè)前向公共指配信道（F-CACH）與之對應(yīng)。R-EACH采用了改進(jìn)過的接入方式，以達(dá)到更高接入效率來支持高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。具體的改進(jìn)如下：（1）IS-95的接入方案中，多個(gè)移動臺有可能在同一接入信道上的同一時(shí)隙發(fā)送接入信道消息。移動臺是利用PN隨機(jī)化時(shí)延為其發(fā)送定時(shí)延遲RN個(gè)PN時(shí)隙（chip）的，這樣可以

12、提高基站在同一時(shí)隙里分別接收和解調(diào)多個(gè)移動臺的接入試探的可能性。但是當(dāng)更多的接入信道消息在同一時(shí)隙發(fā)送時(shí)，接入信道碰撞就會不可避免，并會導(dǎo)致重發(fā)延時(shí)。而在CDMA2000中，每個(gè)R-EACH都是時(shí)分并且使用長碼作為時(shí)隙的函數(shù)以防止碰撞。移動臺根據(jù)它開始傳送增強(qiáng)接入試探的第一個(gè)時(shí)隙選擇長碼掩碼，并一直用此長碼直至增強(qiáng)接入試探全部發(fā)送完。R-EACH的這種結(jié)構(gòu)使不同移動臺可以在不同時(shí)隙用不同的長碼掩碼接入，允許接入試探有部分重疊，這樣可減小接入時(shí)碰撞的概率及接入時(shí)延。（2）R-EACH可支持多種速率和不同幀結(jié)構(gòu)，這樣就可以根據(jù)接入消息的長短來靈活選擇接入速率及幀長，從而提高接入效率。（3）R-EA

13、CH采用了閉環(huán)功率控制，提高了信道性能，減小了接入消息的差錯(cuò)概率，并且支持軟切換，提高了反向鏈路的性能。（4）R-EACH支持的兩種接入模式中，基本接入模式適合于較短的消息，它的接入前綴和接入消息都在R-EACH上傳送。預(yù)留模式適合于較長的消息，它在R-EACH上只傳送接入前綴和報(bào)頭，只有在收到基站的回應(yīng)后，才在基站分配的R-CCCH上傳送消息。由于這種接入模式使用了兩個(gè)反向信道，避免了因?yàn)橄⑤^長而在一個(gè)信道上引起較大干擾從而導(dǎo)致接入性能惡化的情形。5 結(jié)束語以上資料是在對部分網(wǎng)絡(luò)參數(shù)作了一定假設(shè)后得出的分析結(jié)果，在實(shí)際操作中，還可以通過現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)得出各種參數(shù)，以提高計(jì)算的準(zhǔn)確性。對CDMA2000來說，由于增加了增強(qiáng)接入信道并且采用了功控及軟切換等技術(shù)，從而減小了接入消息的差錯(cuò)概率，使得接入信道對反向鏈路的干擾相應(yīng)減少。同樣，在接入信道干擾余量限制在業(yè)務(wù)信道負(fù)載的10以下時(shí)，CDMA2000的接入信道的容量更大，支持的載波數(shù)會更多。參考文獻(xiàn)移動通信2