WCDMA 直放站上行輸出功率與話務量的關系 摘要：本文主要論述了 WCDMA直放站上行輸出功率及其與話務量的關系，期望 能對WCDMA直放站的產品設計和工程設計提供一定的參考關鍵詞：WCDMA直放站擴頻系統(tǒng)上行輸出話務量直放站在目前的GSM網絡優(yōu)化中發(fā)揮著重要的作用，GSM網絡升級為WCDMA 網絡后，直放站肯定也會發(fā)揮重要作用由于WCDMA是擴頻系統(tǒng)，不同于以往的 TDMA系統(tǒng)，因此WCDMA直放站也有一些新的特性本文就對WCDMA直放站的上 行輸出進行一些探討，將對我們設計WCDMA直放站產品并更好地在網絡中使用 WCDMA 直放站提供一些參考一、 GSM直放站上行輸出功率我們知道GSM直放站每載波在有話務的情況下其下行輸出可以為幾十dBm， 如20dBm/200kHz上行輸出有用信號可以為負幾十dBm到幾十dBm之間，甚至 由于GSM用戶終端在請求接入階段是以最大功率發(fā)射，當用戶到直放站的綜合鏈 路損耗較小時，直放站上行功放還會啟用自動功率控制而直放站的上行底噪一 般為負幾十dBm左右，即有話務的情況下上行輸出有用信號可以比上行底噪高出 幾十個 dB以上情況舉例如下：一臺2WGSM直放站下行輸入每載波為一60dBm,基站到 直放站的鏈路損耗為103dB （設基站每載波輸出功率電平為43dBm），直放站下 行輸出為25dBm/200kHz,設置上下行增益為85dB,當直放站此時的上行噪聲系數(shù) 為5dB，則上行底噪為一31dBm/200kHz,上行底噪到達基站為一134dBm，遠小于 基站一117dBm的自有底噪（設基站噪聲系數(shù)為4），因此不會對基站產生多大干 擾。

當有用戶占用該載波進行通話，設用戶手機信號到達基站為－ 100dBm/200kHz，考慮到其他一些干擾，此時手機信號到基站后的載干比為12dB， 滿足通話要求手機信號從直放站上行輸出則為3dBm/200kHz即手機有用信號 從直放站上行輸出比直放站上行底噪要高出34dB由于兩個信號差距太大，基 站上行輸出底噪對手機有用信號的抬升非常?。ㄈ绻嬎銊t為0.005dB），此時 基本認定直放站該載波的上行輸出就為3dBm/200kHz由于GSM系統(tǒng)為時分系統(tǒng)， 正常情況下該載波下再增加用戶其上行輸出還是保持不變（除非是用戶接入階 段）小結：正常情況下GSM直放站上行輸出有用信號電平值遠大于GSM直放站自 身噪聲的上行輸出電平值，此時基本認為直放站上行輸出就為手機有用信號的輸 出二、 WCDMA 直放站的上行輸出與話務量的關系WCDMA是擴頻系統(tǒng)，其擴頻增益可以達到幾十dB，有用信號電平在解擴前可 以比噪聲電平小幾十dB，因此WCDMA直放站的上行輸出與GSM直放站的上行輸 出有很大的不同下面我們將對 WCDMA 直放站的上行輸出及其與話務量的關系進 行一些探討2.1：WCDMA 的容量預測方法由于WCDMA的容量預測模型與單一業(yè)務的GSM不同，無法使用GSM方式。

但 如果WCDMA若按數(shù)據(jù)吞吐率進行預測，模型非常復雜工程實用性差，因此一般采 用“業(yè)務等效模型”進行WCDMA的容量預測WCDMA容量“業(yè)務等效模型”原理 就是將混合業(yè)務等效為一種業(yè)務，據(jù)此來計算該業(yè)務的信道數(shù)和等效業(yè)務話務 等效業(yè)務模型是為了利用現(xiàn)GSM網絡的話務數(shù)據(jù)將混合業(yè)務等效WCDMA語音業(yè)務 并計算語音業(yè)務的信道數(shù)下面是信息產業(yè)部組織測試的結果：1個CS64Kbps等效10個語音用戶；1 個 PS64Kbps 等效 6 個語音用戶；1個PS144Kbps等效10個語音用戶；1 個 PS384Kbps 等效 27 個語音用戶因此我們也采用這種等效方法對WCDMA進行上行輸出功率的預測，即把所有 上行都視為語音信號，單個用戶高速數(shù)傳信號等效為多個用戶的語音信號2.2： WCDMA語音通信基站接收終端UE上行功率電平與話務量的關系WCDMA系統(tǒng)使用12.2kHz速率進行語音通信時，其擴頻增益GP為GP = 10Lg(3.84M/12.2K)=25dB其中：3.84M為WCDMA擴頻后的碼片速率3.84MHz； 12.2K為WCDMA語音通信時的數(shù)據(jù)傳輸速率12.2KHz設WCDMA基站NodeB接收機BLER為10-3時Eb/No要求為5dB，所以當基 站下只有一個語音用戶時，用戶到基站的功率電平值PUE-NodeB為(為計算方便， 本文未考慮其他干擾)：PUE-NodeB = KTB+NFNodeB + Eb/No- GP = -108 + 5+5-25=T23dBm其中：KTB為WCDMA系統(tǒng)的熱噪聲，3.84MHz時為-108dBm；NFNodeB 為 NodeB 的噪聲系數(shù)，假定為 5dB。

即當基站只有一個語音用戶時終端UE的上行電平只要到達基站有-123dBm 就可以滿足通信要求當用戶達到50%負載時，每載波容量當量12.2kHz語音用戶為64個，這時 每個用戶的噪聲就為基站底噪和63個用戶信號的疊加值如果每個用戶到達基 站的信號功率電平還是為一123dBm的話，此時63個用戶的信號電平疊加后的功 率電平 P UE-NodeB / 63 為：PUE-NB/63 =PUE-NodeB+ 10Lg63 = — 123 + 10Lg63 = — 105dBm此時每一個用戶相對基站其他所有信號的噪聲電平，即為基站自有噪聲電平與 63 個用戶信號電平的疊加，基本也為 NodeB 的基站上行接收功率電平NodeBRTWP (如果再增加最后一個用戶，基站上行接收功率電平還會略有增加， 我們后面會分析這個問題)，應為：NodeBRTWP = KTB+NFNodeB + P UE-NodeB / 63= 10Lg(l/1010.3+l/1010.5)=— 101dBm此時每用戶 Eb/No 為：Eb/No = PUE-NodeB — NodeBRTWP + GP =—123—( —101)+25 = 3dB達不到Eb/No為5dB要求，因此每手機信號電平到達基站的電平需要繼續(xù)增 加，此時NodeBRTWP也會增加，但由于增加速度沒有PUE-NodeB快，因此Eb/No 是會逐步得到改善的。

采用逼近算法，我們發(fā)現(xiàn)只要當每個手機信號到達基站的 信號電平PUE-NodeB為一119dBm時就可以滿足Eb/No為5dB要求此時63個用 戶的信號電平疊加后的功率電平為：PUE-NodeB / 63 =PUE-NodeB+ 10Lg63 = — 119 + 10Lg63 = — 101dBm每一個用戶相對基站其他所有信號的噪聲電平，即為基站自有噪聲電平與 63個用戶信號電平的疊加，基本也為NodeB的基站上行接收功率電平NodeBRTWP: NodeBRTWP =KTB+NFNodeB+P UE-NodeB / 63 =10Lg(1/1010.3+1/1010.1)=— 99dBm 這個數(shù)值與信息產業(yè)部組織測試的結果相當，測試結果可參見參考文獻［ 2 ］此時每用戶信號Eb/No值為： Eb/No=PUE-NodeB—NodeBRTWP+GP=—119—(—99)+25=5dB 達到了 Eb/No為5dB要求，此時每用戶信號到達基站的功率電平PUE-NodeB為一 119dBm小結：從上面分析可知，用戶終端UE在基站話務量不同時到達基站的功率 電平不一樣，且一般與基站話務量成正比2.3： WCDMA 直放站上行輸出功率隨話務量的變化我們對各種情況下對 WCDMA 直放站上行輸出功率進行分析，為簡單起見，我 們還是舉一些實例來說明(以下舉例用戶都是以12.2KHz語音進行通信)。

由于 WCDMA系統(tǒng)對UE具有很好的功率控制技術，因此我們實例只探討直放站覆蓋范 圍內的用戶終端UE通信時直放站上行輸出的有用信號電平值，而不管UE本身的 發(fā)射信號電平值，WCDMA基站NodeB可以通過控制UE的發(fā)射功率電平進而調整 直放站上行輸出的有用信號電平值大小實例參數(shù)：WCDMA 基站滿功率 PNodeB： 43dBm 基站導頻功率PCPICH (導頻功率占總功率按10%計)：33dBm 基站無話務時底噪KTB+NFNodeB (設基站噪聲系數(shù)NFNodeB為5)：—103dBm 所用直放站類型：5W WCDMA單載波直放站 直放站下行輸入導頻功率 PCPICH—REP：—60dBm基站到直放站的綜合路徑損耗 LNodeB-REP：93dB 直放站下行輸出導頻功率 PREP-CPICH：27dBm 直放站上/下行增益 GREP-UP/GREP-DN：84dB/87dB無話務時直放站上行輸出功率PREP-UP (此時相當于直放站輸出自有上行熱噪聲 NREP-UP)：PREP-UP 二NREP-UP 二KTB+NFREP-UP + GREP-UP= —108 + 5 + 84= —19dBm 其中：KTB為WCDMA系統(tǒng)的熱噪聲，3.84MHz時為-108dBm； NFREP-UP 為直放站的噪聲系數(shù)，假定為 5dB。

直放站無話務時底噪到基站電平值： NREP-UP—LNodeB-REP=—19—93=— 112dBmWCDMA 直放站工程示意圖如下：VNodeB天線 筋主無線PftEjiur Repeater —*■NodeBWo 倔-RJP重發(fā)天線NFrepup圖一： WCDMA 直放站工程示意圖話務量分布情況 1：基站下只有一個用戶進行通信且用戶處于直放站覆蓋范 圍內基站只有一個語音用戶在進行通信，且在直放站的覆蓋范圍內，此時手機信 號到達基站的信號功率電平為PUE-NodeB =—123dBm，由于直放站到基站的綜合 路徑損耗LNodeB-REP為93dB,則手機信號從直放站的上行輸出口輸出的信號電 平值PUE-REP就為：PUE-REP = PUE-NodeB +LNodeB-REP = -123+93=-30dBm 此時直放站上行輸出的總功率電平PREP-UP就為：PREP-UP =NREP-UP + PUE-REP=10Lg(1/101.9+1/103.0)—18.7dBm 即基站增加第一個用戶同時也是直放站的第一個用戶時直放站上行輸出增大值△ PREP-UP 為：△ PREP-UP = PREP-UP —NREP-UP= —18.7—( —19)=0.3dB 話務量分布情況2：基站下有64個用戶進行通信且只有1個用戶處于直放站覆 蓋范圍內在該條件下，當基站下有64個用戶在通信，其中有1個用戶在直放站的覆蓋范 圍內時，此時手機信號到達基站的信號功率電平PUE-NodeB為一119dBm,由于直 放站到基站的綜合路徑損耗LNodeB-REP為93dB,則手機信號從直放站的上行輸 出口輸出的信號電平就為：PUE-REP = PUE-NodeB +LNodeB-REP = -119+93=-26dBm此時直放站上行輸出的總功率電平就為：PREP-UP =NREP-UP + PUE-REP=10Lg(l/101.9+l/102.6) = —18.3dBm 即當直放站覆蓋范圍內最后增加的用戶也同時是基站最后增加的用戶時時，直放 站上行輸出電平增加值△ PREP-UP為：△ PREP-UP = PREP-UP —NREP-UP= —18.3—( —19)=0.7dB 話務量分布情況3：基站下有64個用戶進行通信且有10個用戶處于直放站覆蓋 范圍內在該條件下，當基站下有64個用戶在通信，其中有10個用戶在直放站的覆蓋范 圍內時，此時手機信號到達基站的信號功率電平PUE-NodeB為一119dBm,由于直 放站到基站的路徑損耗LNodeB-REP為93dB,則手機信號從直放站的上行輸出口 輸出的信號電平PUE-REP為：PUE-REP = PUE-NodeB +LNodeB-REP = -119+93=-26dBm 當直放站覆蓋范圍內有9個用戶基站共有63個用戶時(此時每用戶上行輸出功 率很接近一119dBm，為簡便起見，此時每用戶上行功率電平到基站還是按一 119dBm計)，此時直放站上行輸出的總功率電平PREP-UP/ 9為：PREP-UP/ 9 = NREP-UP + PUE-REP/ 9 = 10Lg(l/101.9+9/102.6) = —14.5dBm 其中：PREP-UP/ 9表示直放站覆蓋范圍內有9個用戶時直放站上行輸出總功率;PUE-REP/ 9表示直放站覆蓋范圍內有9個用戶時直放站上行輸出的所有有 用功率 的累加值。

當直放站覆蓋范圍內最后增加的用戶也同時是基站最后增加的用戶時時，直放站 上行輸出總的功率電平PREP-UP/ 10為：PREP-UP/ 10 =NREP-UP + PUE-REP/ 10=10Lg(1/101.9+10/102.6)=—14.2dBm 其中： PREP-UP/ 10表示直放站覆蓋范圍內有10個用戶時直放站上行輸出總功 率;PUE-REP/10表示直放站覆蓋范圍內有10個用戶時直放站上行輸出的所有有 用功率的累加值 即當直放站覆蓋范圍內最后增加的用戶也同時是基站最后增加的用戶時時，直放 站上行輸出電平增加值△ PREP-UP為：△ PREP-UP=PREP-UP/ 10—PREP-UP/ 9=—14.2—(—14.5)=0.3dB 話務量分布情況4：基站下有64個用戶進行通信且64個用戶都處于直放站覆蓋 范圍內在該條件下，當基站下有 64 個用戶在通信，且假設所有用戶都在直放站的覆蓋 范圍內時，此時手機信號到達基站的信號功率電平PUE-REP為一119dBm,由于直 放站到基站的路徑損耗LNodeB-REP為93dB，則手機信號從直放站的上行輸出口 輸出的信號電平PUE-REP就為：PUE-REP = PUE-NodeB +LNodeB-REP = -119+93=-26dBm 當直放站覆蓋范圍內有63個用戶時(此時每用戶上行輸出功率很接近— 119dBm， 為簡便起見，此時每用戶上行功率電平到基站還是按一119dBm計)，此時直放 站上行輸出的總功率電平PREP-UP/ 63就為：PREP-UP/ 63=NREP-UP + PUE-REP/ 63=10Lg(1/101.9+63/102.6)=—7.67dBm 其中： PREP-UP/ 63表示直放站覆蓋范圍內有63個用戶時直放站上行輸出總功 率;PUE-REP/63表示直放站覆蓋范圍內有63個用戶時直放站上行輸出的所有有 用功率的累加值。

當直放站覆蓋范圍內最后增加的用戶也同時是基站最后增加的用戶時時，直放站 上行總輸出功率電平 PREP-UP/ 64 為：PREP-UP/ 64 =NREP-UP + PUE-REP/ 64= 10Lg(l/100.767+l/102.6) = —7.61dBm 其中：PREP-UP/ 64表示直放站覆蓋范圍內有64個用戶時直放站上行輸出總功 率；PUE-REP/ 64 表示直放站覆蓋范圍內有 64 個用戶時直放站上行輸出的所有 有用功率的累加值即當直放站覆蓋范圍內最后增加的用戶也同時是基站最后增加的用戶時時，直放 站上行輸出電平增加值△ PREP-UP為：△ PREP-UP = PREP-UP/ 64 —PREP-UP/ 63 = —7.61—( —7.67)=0.06dB 類似以上實例的計算，我們還可以通過改變直放站到基站的綜合路徑損耗和直放 站的上行增益，得到以上 4 種話務分布情況下直放站上行輸出自身噪聲電平值 NREP-UP、直放站上行輸出總功率電平值PREP-UP、增加一個用戶時直放站上行 輸出電平增加值△ PREP-UP如下表：\師uitlSf 陽H加 J \t再電平帝Jtaft (審st站自島 石輸出場1"電平u, ■銀 \ 曲上行輸3建申.平叩知\農站下貝習一沖 卑戶進廳直荷且 用戶處干51故姑甚站下有軻牛岸 戶進疔苗信且只 有t牛帀戶it于 克麒站理匿両團 內越站萬瑪副嚇用 戶進祎越値且有 10療閘戶韓于更 感站審器范國內塑站下育54個宙 戶進新通iX且的 牛用戶邯就于固點例一0. &dB0. TdBCk 3dB0.06dB韶歸會甜鏡損耗対朋曲)(->9dBn：-lJ8. TdfinF(-lSdBn：-ia.(-1&& r-n. sdBidt-igdfe：-?. 63R*)實惻二如 Wft站，上齊皤益為Q. MBD. 7dBa. MB0. 06d&WdB”黛薛錘拐池為鬧dfl)Z-S,? 礙時(-2Sd3a：-2xl. g曲■】(-SdBKZ-ltrAA)實例三g5ir?K站，上行噌占2. 5dE4. 7dBa. qdB0 O7d&為叫毋 肄他鋰盤悴均舗曲)卜睜眄：■西，Edfl"[-Sdb：-24r3Oh)-7, S^b)實歩」四gnr?A站.上砂益2. BdB4. TdB0. 4dBOLOZdB為叫Q，悼音確徑超慈為盟C-39tffii.：-36. SdBul(-SdBn：-3d. MBaJl-39dBt：-lT.表一：WCDMA直放站每用戶上行輸出電平增加值與話務量的關系**-'+J-P時 即 討位址 直啟站上行需出里CIB-■上銀合躋徑憤率”一 上冇 鮭泊科評,餘曾as曲*嚴一上訂増茁為靶曲「男合肺隹1屏..一一上抒嗜益為訊也*鐸臺5&徑觀基站話勢壘：期嘶熏覽表示臣敢站用6十用戶，奧咚有:個関戶在直肢站逍蓋范圉內】*圖二 直敘站上行輸出功率芳上行增益及綜合蹈田員耗前關系"站*J>上廳増益対E4dB ,甥會路徑損劭毎畑1 礙上行陸畫為I4di ,絳臺豁徑［贓再館曲?矯亠 上廿増益対74 dE ,甥金路徑損劭陰JE2單位小 丨 I I I |佃）：2 6:3 12:2* 24:4* 48:S.- 開：12基站話務壘：真鹼適離訶：1表示言觸站下有6個用戶，其中有1個用戶在言戰(zhàn)站覆蓋范圍內h圖三，在各種話務分布情祝下増加一個用戶后宜放站上行輸出功率的變化.注：圖三曲線圖中有一條水平線，但并不說明該功率與話務分布的關系恒定不變， 只是由于變化太小，實際圖中很難表示出曲線關系，因此用直線代替。

從以上實例及圖表中我們可以得到以下結論A、WCDMA直放站上行輸出自身噪聲電平值NREP-UP的特點正常情況下直放站上行輸出自身噪聲電平值NREP-UP與直放站的上行增益和直 放站的噪聲系數(shù)成正比，范圍可以為一13dBm （此時直放站上行增益為90dB，直 放站上行噪聲系數(shù)為5）到一50dBm （此時直放站上行增益為50dB，直放站上行 噪聲系數(shù)為 8）B、 WCDMA直放站上行輸出電平增加值△ PREP-UP的特點 正常情況下直放站覆蓋范圍內每增加一個用戶其上行輸出電平增加值△ PREP-UP可能為零點零幾dB （如實例一的話務量分布情況四），也可能為幾個 dB甚至十幾dB,如果實例四中將上行增益調整為50dB時，其上行輸出自身噪聲 電平值NREP-UP就為-53dBm,但在話務量分布情況二下直放站上行輸出的有用功率的PUE-REP還是 為一36dBm,這時直放站上行輸出總功率值PREP-UP略為一35.9dBm,增加第一個 用戶后直放站上行輸出電平增加值△ PREP-UP=—35.9—（—53）=17.1dB△ PREP-UP 與直放站上行增益成反比，與施主基站話務量成正比，與直放站覆蓋 范圍內已有話務量成反比。

C、 WCDMA直放站上行輸出總功率電平值PREP-UP的特點直放站上行輸出總功率電平值PREP-UP與直放站到基站的綜合路徑損耗LNodeB-REP 和直放站覆蓋范圍內的用戶數(shù)成都成正比一般情況下范圍可以從 — 50dBm 到 0dBm2.4：WCDMA 直放站上行輸出功率的分析在產品設計中的應用我們分析了 WCDMA直放站上行輸出的一些特點，接下來我們看看在產品設計 中有什么借鑒意義呢？下面就本分析的應用初步談一些自己淺薄的看法，不合理 和不完善之處還請大家斧正和完善應用一：確定上行功放檢波范圍和額定功率我們知道GSM直放站上行功放的額定輸出功率一般與下行功放額定輸出功 率相當，但從我們上面對WCDMA直放站的分析來看，WCDMA直放站一般上行輸出 功率較大的話也就為一20dBm左右，較小時為直放站上行輸出自身熱噪聲，由于 直放站上行最小增益為一般為50dB，所有直放站上行輸出最小功率電平為直放 站上行輸出自身最小熱噪聲，為一50dBm，結合當前的檢波器檢波范圍，因此可 以將WCDMA直放站上行輸出的檢波范圍定為一55dBm?一5dBm是恰當?shù)膶τ赪CDMA直放站上行功放額定功率如何確定呢，由于我們上面都是在正常情況 下討論的上行輸出功率，我們現(xiàn)在就在一種較極端的情況下看看WCDMA直放站的 上行輸出功率，條件如下：基站導頻功率PCPICH （導頻功率占總功率按10%計）：33dBm 直放站下行輸入導頻功率 PCPICH—REP：—80dBm 基站到直放站的綜合路徑損耗LNodeB-REP： 113dB 直放站上/下行增益 GREP-UP/GREP-DN： 90dB/90dB無話務時直放站上行輸出功率PREP-UP （此時相當于直放站輸出自有上行熱噪聲 NREP-UP）：PREP-UP 二NREP-UP 二KTB+NFREP-UP + GREP-UP= —108 + 5 + 90= —13dBm 假設此時基站由于話務量較高且受到較大的外干擾，UE到達基站的功率電平 PUE-NodeB要為一110dBm才能滿足Eb/No為5的要求，那么此時每用戶從直放站 上行輸出電平 PUE-REP 要為：PUE-REP = PUE-NodeB +LNodeB-REP = -110+113=3dBm 假定施主基站是一個三載波基站，直放站覆蓋范圍內最多時有 30 個用戶進行通 信，那么此時直放站上行總輸出功率電平 PREP-UP/ 64 為：PREP-UP/ 30 =NREP-UP + PUE-REP/ 30= 10Lg（l/101.3+30*100.3） = 18dBm 要使直放站達到18dBm的上行輸出功率需同時滿足以下三個條件：A、 直放站下行輸入特別小（或直放站與基站的路徑損耗特別大）；B、 基站話務量特別大或受到較大的干擾；C、 直放站覆蓋范圍內話務量也很大。

要同時達到滿足這三個條件的概率是非常小的，即使條件B或C存在，運營商也 會采取措施，如去除干擾或增建基站解決因此在 WCDMA 直放站產品設計中上行功放 額定功率達到20dBm （100mW），就足夠任意類型WCDMA直放站的上行輸出功率 要求了（即便是一個20W的WCDMA直放站），而不用象GSM直放站那樣上下行功 放額定功率要大致一樣，采用這種設計能減少不少成本應用二：通過上行輸出功率的變化大致判斷直放站覆蓋范圍的話務量我們可以設計這樣一段WCDMA直放站監(jiān)控程序，通過讀取直放站內置WCDMA MODEM內的信息，判斷出目前施主基站的導頻信號強度，現(xiàn)場調試時人工通過監(jiān) 控軟件讀取，人為輸入直放站無話務時上行輸出自有上行熱噪聲NREP-UP的數(shù) 值，日后在維護過程中，如果有人員調整了直放站的上行增益，則監(jiān)控軟件也自 動緊接著相應調整NREP-UP直放站在運行過程中，每過幾秒鐘就讀取PREP-UP 的大小，將一小時內所有讀取的數(shù)值進行平均，將24小時中最大的平均值每天 進行上報，然后與施主基站這一時段總接收功率NodeBRTWP的平均值進行比較 （需要WCDMA基站具備該項功能），按照一定的算法（可以在直放站網管上附加 這樣一個功能）可以粗略計算直放站覆蓋范圍內的話務量。

另外還可以通過 PREP-UP 平均值及時發(fā)現(xiàn)網絡是否存在問題，為網絡優(yōu)化提供一定的參考。