CDMA大容量

jimik

       CDMA大容量
根据理论计算及现场试验表明，CDMA系统的信道容量是模拟系统的10~20倍，是TDMA系统的4倍。CDMA系统的高容量很大一部分因素是因为它的频率复用系数远远超过其它制式的蜂窝系统，同时CDMA使用了话音激活和扇区化，快速功率控制等。

按照香农定理，各种多址方式（FDMA、TDMA和CDMA）都应有相同的容量。但这种考虑有几种欠缺。一是假设所有的用户在同一时间内连续不断地传送消息，这对话音通信来说是不符合实际的；二是没有考虑在地理上重新分配频率的问题；三是没有考虑信号传输中的多径衰落。

决定CDMA数字蜂窝系统容量的主要参数是：处理增益、Eb/No、话音负载周期、频率复用效率和基站天线扇区数。

若不考虑蜂窝系统的特点，只考虑一般扩频通信系统，接收信号的载干比定义为载波功率与干扰功率的比值，可以写成：

其中：
Eb：信息的比特能量；
Rb：信息的比特率；
Io：干扰的功率谱密度；
W：总频段宽度（这里也是CDMA信号所占的频谱宽度，即扩频宽度）；
Eb/Io：类似与通常所说的归一化信噪比，其取值决定于系统对误比特率或话音质量的要求，并与系统的调制方式和编码方案有关；
W/Rb：系统的处理增益。

若N个用户共用一个无线信道，显然，每一个用户的信号都受到其它N-1个用户信号的干扰。假定到达一个接收机的信号强度和各干扰强度都相等，则载干比为：
或
若N>>1，于是

结果说明，在误比特率一定的条件下，所需要的归一化信噪比越小，系统可以同时容纳的用户数越多。应该注意这里的假定条件，所谓到达接收机的信号强度和各个干扰强度都一样，对单一小区（没有邻近小区的干扰）而言，在前向传输时，不加功率控制即可满足；但是在反向传输时，各个移动台向基站发送的信号必须进行理想的功率控制才能满足。

其次，应根据CDMA蜂窝通信系统的特征对这里得到的公式进行修正。

1)
话音激活期的影响
在典型的全双工通话中，每次通话中话音存在时间一般为40%。如果在话音停顿时停止信号发射，对CDMA系统而言，减少了对其它用户的干扰，使系统的容量提高到原来的1/0.35=2.86倍。虽然FDMA和TDMA两种系统都可以利用这种停顿，使容量获得一定程度的提高，但是要做到这一点，必须增加额外的控制开销，而且要实现信道的动态分配必然会带来时间上的延迟，而CDMA系统可以很容易地实现。

2)
扇区化
CDMA小区扇区化有很好的容量扩充作用，其效果好于扇区化对FDMA和TDMA系统的影响。小区一般划分为三个扇区，天线波束宽度一般小于120度，因为天线方向幅度宽而且经常出现传播异常，这些天线覆盖区域有很大的重叠，扇区之间的隔离并不可靠。因此，窄带系统在小区扇区化时小区频率复用并无改善。而对于CDMA系统来说，扇区化之后（采用方向性天线），干扰可以看成近似减少为原来的三分之一，因此网络容量增加为原来的三倍。

3)
频率再用
在CDMA系统中，若干小区的基站都工作在同一频率上，这些小区内的移动台也工作在同一频率上。因此，任一小区的移动台都会受到相邻小区基站的干扰，任一小区的基站也都会受到相邻小区移动台的干扰。这些干扰的存在必然会影响系统的容量。因此必须采取措施限制来自临近小区的干扰，才能提高系统的频率再用效率。

4)
低的Eb/No
Eb/No是数字调制和编码技术藉以比较的标准。由于CDMA系统采用很宽的信道带宽，可以采用高冗余的强纠错编码技术，而窄带数字系统由于信道带宽限制，只能采用低冗余的纠错编码，纠错能力也较低。因此，CDMA系统要求的Eb/No比窄带系统要低，降低干扰，扩大了容量。
考虑这些因素，CDMA的容量公式要进行修正，具体见第四章的容量估算。