WCDMA直放站上行输出功率与话务量的关系 ---推荐


　　摘 要：本文主要论述了WCDMA直放站上行输出功率及其与话务量的关系，期望能对WCDMA直放站的产品设计和工程设计提供一定的参考。
关键词：WCDMA直放站 扩频系统 上行输出 话务量

　　直放站在目前的GSM网络优化中发挥着重要的作用，GSM网络升级为WCDMA网络后，直放站肯定也会发挥重要作用。由于WCDMA是扩频系统，不同于以往的TDMA系统，因此WCDMA直放站也有一些新的特性。本文就对WCDMA直放站的上行输出进行一些探讨，将对我们设计WCDMA直放站产品并更好地在网络中使用WCDMA直放站提供一些参考。

　　一、GSM直放站上行输出功率

　　我们知道GSM直放站每载波在有话务的情况下其下行输出可以为几十dBm，如20dBm/200kHz。上行输出有用信号可以为负几十dBm到几十dBm之间，甚至由于GSM用户终端在请求接入阶段是以最大功率发射，当用户到直放站的综合链路损耗较小时，直放站上行功放还会启用自动功率控制。而直放站的上行底噪一般为负几十dBm左右，即有话务的情况下上行输出有用信号可以比上行底噪高出几十个dB。

　　以上情况举例如下：一台2W GSM直放站下行输入每载波为－60dBm，基站到直放站的链路损耗为103dB（设基站每载波输出功率电平为43dBm），直放站下行输出为25dBm/200kHz，设置上下行增益为85dB,当直放站此时的上行噪声系数为5dB，则上行底噪为－31dBm/200kHz，上行底噪到达基站为－134dBm，远小于基站－117dBm的自有底噪（设基站噪声系数为4），因此不会对基站产生多大干扰。当有用户占用该载波进行通话，设用户手机信号到达基站为－100dBm/200kHz，考虑到其他一些干扰，此时手机信号到基站后的载干比为12dB，满足通话要求。手机信号从直放站上行输出则为3dBm/200kHz。即手机有用信号从直放站上行输出比直放站上行底噪要高出34dB。由于两个信号差距太大，基站上行输出底噪对手机有用信号的抬升非常小（如果计算则为0.005dB），此时基本认定直放站该载波的上行输出就为3dBm/200kHz。由于GSM系统为时分系统，正常情况下该载波下再增加用户其上行输出还是保持不变（除非是用户接入阶段）。

　　小结：正常情况下GSM直放站上行输出有用信号电平值远大于GSM直放站自身噪声的上行输出电平值，此时基本认为直放站上行输出就为手机有用信号的输出。

　　二、WCDMA直放站的上行输出与话务量的关系
　　
　　WCDMA是扩频系统，其扩频增益可以达到几十dB，有用信号电平在解扩前可以比噪声电平小几十dB，因此WCDMA直放站的上行输出与GSM直放站的上行输出有很大的不同。下面我们将对WCDMA直放站的上行输出及其与话务量的关系进行一些探讨。

　　2.1：WCDMA的容量预测方法

　　由于WCDMA的容量预测模型与单一业务的GSM不同，无法使用GSM方式。但如果WCDMA若按数据吞吐率进行预测，模型非常复杂工程实用性差，因此一般采用“业务等效模型”进行WCDMA的容量预测。WCDMA容量“业务等效模型”原理就是将混合业务等效为一种业务，据此来计算该业务的信道数和等效业务话务。等效业务模型是为了利用现GSM网络的话务数据将混合业务等效WCDMA语音业务并计算语音业务的信道数。下面是信息产业部组织测试的结果：

1个CS64Kbps等效10个语音用户；
1个PS64Kbps等效6个语音用户；
1个PS144Kbps等效10个语音用户；
1个PS384Kbps等效27个语音用户。

　　因此我们也采用这种等效方法对WCDMA进行上行输出功率的预测，即把所有上行都视为语音信号，单个用户高速数传信号等效为多个用户的语音信号。

　　2.2：WCDMA语音通信基站接收终端UE上行功率电平与话务量的关系

　　WCDMA系统使用 12.2kHz速率进行语音通信时，其扩频增益GP为
GP = 10Lg（3.84M/12.2K）=25dB
其中：3.84M为WCDMA扩频后的码片速率3.84MHz；
12.2K为WCDMA语音通信时的数据传输速率12.2KHz。

　　设WCDMA基站NodeB接收机BLER为10－3时Eb/No要求为5dB，所以当基站下只有一个语音用户时，用户到基站的功率电平值PUE-NodeB为(为计算方便，本文未考虑其他干扰)：
PUE-NodeB = KTB+NFNodeB ＋Eb/No- GP＝-108＋5+5-25=-123dBm
　　其中： KTB为WCDMA系统的热噪声，3.84MHz时为-108dBm；
　　NFNodeB为NodeB的噪声系数，假定为5dB。

　　即当基站只有一个语音用户时终端UE的上行电平只要到达基站有-123dBm就可以满足通信要求。

　　当用户达到50％负载时，每载波容量当量12.2kHz语音用户为64个，这时每个用户的噪声就为基站底噪和63个用户信号的叠加值。如果每个用户到达基站的信号功率电平还是为－123dBm的话，此时63个用户的信号电平叠加后的功率电平P UE-NodeB / 63为：
PUE-NB/63 =PUE-NodeB＋10Lg63＝－123＋10Lg63＝－105dBm

　　此时每一个用户相对基站其他所有信号的噪声电平，即为基站自有噪声电平与63个用户信号电平的叠加，基本也为NodeB的基站上行接收功率电平NodeBRTWP（如果再增加最后一个用户，基站上行接收功率电平还会略有增加，我们后面会分析这个问题），应为：
NodeBRTWP＝KTB+NFNodeB＋P UE-NodeB / 63= 10Lg(1/1010.3+1/1010.5)＝－101dBm

　　此时每用户Eb/No为：
Eb/No＝PUE-NodeB－NodeBRTWP＋GP =－123－（－101）＋25＝3dB

　　达不到Eb/No为5dB要求，因此每手机信号电平到达基站的电平需要继续增加，此时NodeBRTWP也会增加，但由于增加速度没有PUE-NodeB 快，因此Eb/No是会逐步得到改善的。采用逼近算法，我们发现只要当每个手机信号到达基站的信号电平PUE-NodeB为－119dBm时就可以满足Eb/No为5dB要求。此时63个用户的信号电平叠加后的功率电平为：
PUE-NodeB / 63 =PUE-NodeB＋10Lg63＝－119＋10Lg63＝－101dBm
　　每一个用户相对基站其他所有信号的噪声电平，即为基站自有噪声电平与63个用户信号电平的叠加，基本也为NodeB的基站上行接收功率电平NodeBRTWP：
NodeBRTWP =KTB+NFNodeB＋P UE-NodeB / 63 ＝10Lg(1/1010.3+1/1010.1)＝－99dBm
这个数值与信息产业部组织测试的结果相当，测试结果可参见参考文献［ 2 ］。

此时每用户信号Eb/No值为：
Eb/No＝PUE-NodeB－NodeBRTWP＋GP=－119－（－99）＋25＝5dB
达到了Eb/No为5dB要求，此时每用户信号到达基站的功率电平PUE-NodeB为－119dBm。
　　
　　小结：从上面分析可知，用户终端UE在基站话务量不同时到达基站的功率电平不一样，且一般与基站话务量成正比。
　　
　　2.3：WCDMA直放站上行输出功率随话务量的变化
　　
　　我们对各种情况下对WCDMA直放站上行输出功率进行分析，为简单起见，我们还是举一些实例来说明（以下举例用户都是以12.2KHz语音进行通信）。由于WCDMA系统对UE具有很好的功率控制技术，因此我们实例只探讨直放站覆盖范围内的用户终端UE通信时直放站上行输出的有用信号电平值，而不管UE本身的发射信号电平值，WCDMA基站NodeB可以通过控制UE的发射功率电平进而调整直放站上行输出的有用信号电平值大小。
　　
　　实例参数：
WCDMA基站满功率PNodeB：43dBm
基站导频功率PCPICH（导频功率占总功率按10％计）：33dBm
基站无话务时底噪KTB+NFNodeB（设基站噪声系数NFNodeB为5）：－103dBm
所用直放站类型：5W WCDMA单载波直放站
直放站下行输入导频功率PCPICH－REP：－60dBm
基站到直放站的综合路径损耗LNodeB-REP：93dB
直放站下行输出导频功率PREP-CPICH：27dBm
直放站上/下行增益GREP-UP/GREP-DN：84dB/87dB
无话务时直放站上行输出功率PREP-UP（此时相当于直放站输出自有上行热噪声NREP-UP）：
PREP-UP =NREP-UP =KTB+NFREP-UP＋GREP-UP＝－108＋5＋84＝－19dBm
其中：KTB为WCDMA系统的热噪声，3.84MHz时为-108dBm；
NFREP-UP为直放站的噪声系数，假定为5dB。
直放站无话务时底噪到基站电平值：NREP-UP－LNodeB-REP＝－19－93＝－112dBm
WCDMA直放站工程示意图如下：