11.3. Пропускная способность
Показано, что пропускная способность (емкость) воздушного интерфейса WCDMAдля нисходящего канала меньше пропускной способности для восходящего канала [6-8]. Основная причина здесь заключается в том, что на базовой станции могут использоваться более совершенные методы приема, чем в подвижной станции. Эти методы включают в себя разнесение антенн приемника и мультипользовательский прием. Кроме того, вUMTSпропускная способность в нисходящем канале представляется более важной, чем пропускная способность в восходящем канале из-за асимметричного типа загрузки трафика. Поэтому в данном разделе рассматривается пропускная способность для нисходящего канала и способы ее повышения.
В следующих разделах представляются два аспекта, которые оказывают влияние на пропускную способность в нисходящем канале и определяют отличие от пропускной способности в восходящем канале: ортогональные коды, рассматривающиеся в разделе 11.3.1, и разнесение при передаче на базовой станции – в разделе 11.3.2.
11.3.1. Ортогональные коды в нисходящем канале
11.3.1.1. Выигрыш в нисходящем канале при многолучевом разнесении
В данном разделе рассматривается влияние ортогональных кодов в нисходящем канале на характеристику пропускной способности. Короткие коды в нисходящем канале в одном коде скремблирования являются ортогональными, но только в однолучевом канале. В многолучевом канале ортогональность частично теряется, и пользователи внутри ячейки мешают друг другу. В GSMпомехи внутри ячейки отсутствуют, так как пользователи являются ортогональными во временной области в различные временные слоты независимо от многолучевого распространения. Ниже приводится характеристика нисходящего канала для многолучевых профилейITUA-канала подвижного (транспортного) средства и каналаITUA-канала пешехода для передачи речи со скоростью 8 Кбит/с и перемежением 10 мс приFER1%.ITUA-канала пешехода близок к однолучевому каналу и не дает большого многолучевого разнесения, тогда какITUA-канала подвижного средства имеет достаточно высокую степень многолучевого разнесения. Сценарий моделирования показан на рис. 11.7. Необходимая мощность передачи на речевое соединение (=Ic) в сравнении с полной мощностью базовой станции (=Ior) показаны на вертикальной оси на рис. 11.8. Например, значение –20 дБ означает, что это соединение забирает 10(-20дБ/10)=1% от полной мощности передачи базовой станции. Чем меньше значение по вертикальной оси, тем лучше характеристика работы. На горизонтальной оси показана полная передаваемая мощность этой базовой станции, поделенная на принимаемые помехи от других ячеек, включая и тепловой шум (=No). Этот сценарий называется также геометрическим факторомG. Высокое значениеGполучается, когда подвижная станция находится в непосредственной близости от базовой станции, и низкое –на краю ячейки.
Мы можем извлечь несколько важных уроков в отношении действия нисходящего канала из рис. 11.8. На краю ячейки, т.е. для низких значений Gмноголучевое разнесение вITUA-канале подвижного средства дает рабочую характеристику лучше, чем меньшее многолучевое разнесение вITUA-канале пешехода. На краю ячейки многолучевое разнесение улучшает работу нисходящего канала. При близком расстоянии от базовой станцииITUA-канала пешехода работает лучше, так как многолучевое разнесение вITUA-канале подвижного средства уменьшает ортогональность кодов в нисходящем канале. Кроме того, при близком расположении от базовой станции особой необходимости в разнесении нет, так как помехи внутри ячейки испытывают такие же быстрые замирания, как и полезный сигнал пользователя. Если сигнал и помеха имеют одинаковые замирания, то отношение сигнала к помехе остается величиной в достаточной мере постоянной, несмотря на наличие замираний.
Рис. 11.7. Сценарий моделирования для оценки характеристики нисходящего канала.
Рис. 11.8. Влияние многолучевого распространения.
Влияние мягкого хэндовера не показано при этом моделировании, но оно позволяет улучшить работу, особенно для ITUA-канала пешехода на краю ячейки, обеспечивая дополнительное разнесение,–макроразнесение. Выигрыш, получаемый при макроразнесении, подробно рассматривается в разделе 9.3.1.3.
Отметим, что многолучевое распространение в нисходящем канале, не только дает выигрыш, – оно дает усиление при разнесении, но в то же время уменьшает ортогональность. В разделе 11.2.1.3 было показано, что многолучевое разнесение увеличивает зону обслуживания для восходящего канала, но многолучевое распространение необязательно повышает пропускную способность нисходящего канала вследствие потери ортогональности. Но необходимо отметить, что разнесение уменьшает изменение мощности передачи, как показано в разделе 9.2.1.3. Выигрыш от уменьшения колебаний мощности передачи не показан на рис. 11.8, где представлены только средние мощности передачи. При невысоких скоростях передачи средняя мощность передачи является хорошим критерием, так как имеется большое число пользователей, и изменение общей мощности передачи будет небольшим. Изменение мощности передачи играет важную роль при работе с большими скоростями передачи, когда имеется только несколько пользователей. Если изменения большие, то следует предусмотреть запас для алгоритмов управления мощностью, например, при управлении доступом, чтобы гарантировать обеспечение необходимого качества обслуживания при этом соединении. Влияние многолучевого разнесения на работу с высокой скоростью передачи в нисходящем канале, рассматривается ниже в разделе 11.4.2.
Рис. 11.9. Влияние скорости подвижной станции в ITU A-канале MS.
Влияние скорости подвижной станции на работу нисходящего канала для ITUA-канала пешехода показано на рис. 11.9. На краю ячейки лучшая рабочая характеристика получается для высоких скоростей подвижной станции, а вблизи базовой станции характеристики лучше у подвижных станций с малой скоростью передвижения. Такое поведение можно объяснить тем обстоятельством, что для высоких скоростей подвижных станций перемежение и канальное кодирование, здесь сверточный код, обеспечивают разнесение по времени и выигрыш за счет кодирования. На рис. 11.8 было показано, что разнесение имеет большое значение на краю ячейки для улучшения рабочей характеристики.