11.3.1.3. Число ортогональных кодов

Количество ортогональных кодов в нисходящем канале ограничивается одним кодом скремблирования. При коэффициенте расширения спектра SFмаксимальное число ортогональных кодов будетSF. Это кодовое ограничение будет оказывать влияние на пропускную способность в нисходящем канале, если среда распространения будет благоприятной, и планирование сети и аппаратные средства могут поддерживать такую высокую пропускную способность. В данном разделе оценивается возможная пропускная способность при одном комплекте ортогональных кодов. Допущения, сделанные при этих вычислениях, показаны в табл. 11.11, а результаты представлены в табл. 11.12. Часть ортогональных кодов для нисходящего канала может быть зарезервирована для общего канала и издержек, связанных с мягким и полумягким хэндоверами. Эти факторы также учтены в табл. 11.11 и 11.12. Максимальное число полноскоростных речевых каналов на сектор при этих допущениях составляет 98, максимальная пропускная способность для передачи данных – 2,5 Мбит/с на сектор.

Число ортогональных кодов не является ограничением с жесткой блокировкой для пропускной способности в нисходящем канале. Если это число недостаточно велико, то в нисходящем канале может использоваться дополнительный код скремблирования, который создает второй комплект ортогональных коротких кодов: см. раздел 6.3. Эти два комплекта ортогональных кодов не являются ортогональными по отношению друг к другу. Если используется дополнительный (второй) код скремблирования, то кодовые каналы под этим дополнительным кодом скремблирования создают больше помех тем кодам, которые находятся под первым кодом скремблирования.

Максимальная пропускная способность при одном комплекте ортогональных кодов может быть меньше, чем показанная в таблице 11.12, если используются соединения с переменной скоростью, так как ортогональный код должен резервироваться в соответствии с максимальной скоростью передачи в этом соединении.

Дополнительный (второй) код скремблирования, вероятнее всего, потребуется при использовании в нисходящем канале адаптивных антенн, которые улучшают рабочую характеристику (параметры) нисходящего канала по сравнению с теми значениями, которые представлены в таблице 11.10.

Таблица 11.11.

Допущения, принятые при вычислении данных для таблицы 11.12

Общие каналы	10 кодов с SF=128
Издержки при мягком хэндовере	20%
Коэффициент расширения спектра (SF) для передачи речи с половинной скоростью	256
Коэффициент расширения (SF) для передачи речи с полной скоростью	128
Скорость передачи чипов	3,84 Мчип/с
Модуляция	QPSK (2 бита на символ)
Средние издержки DPCCH для передачи данных	10%
Скорость канального кодирования для передачи данных	1/3 при 30% прореживании

Таблица 11.12.

Максимальная пропускная способность нисходящего канала

при одном коде скремблирования на сектор.

Речь, полная скорость (AMR 12,2 Кбит/с и 10,2 Кбит/с)	128 каналов *(128–10)/128 /1,2 =98 каналам	Число кодов при коэффициенте расширения спектра, равном 128 Издержки на общий канал Издержки при мягком хэндовере
Речь, половинная скорость (AMR≤7,95 Кбит/с)	2*98 каналов =196 каналов	Коэффициент расширения спектра 256
Пакетированные данные	3,84е6 *(128–10)/128 /1,2 *2 *0,9 /3 /(1–0,3) =2,5 Мчипов/с	Скорость передачи чипов Издержки на общий канал Издержки на мягкий хэндовер Модуляция QPSK Издержки на DPCCH Скорость канального кодирования 1/3 30% прореживание

11.3.2. Разнесение при передаче в нисходящем канале

Пропускную способность в нисходящем канале можно повысить, используя разнесение антенн на приеме в подвижной станции. Однако, для небольших и дешевых подвижных станций не представляется возможным иметь приемник с двумя разнесенными антеннами. Поэтому стандарт WCDMAподдерживает использование разнесения при передаче на базовой станции. Режимы разнесения при передаче по нисходящему каналу описаны в разделе 6.6, посвященном процедурам, осуществляемым на физическом уровне. При разнесении во время передачи сигнал в нисходящем канале передается по двум ветвям разнесения антенн на базовой станции. Если у нас уже используется на базовой станции разнесение при приеме, и мы дуплексируем передачу по нисходящему каналу к приемным антеннам, то необходимость в дополнительных антеннах для разнесения в нисходящем канале отпадает. Для создания разнесения при передаче по нисходящему каналу можно использовать пространственное или поляризационное разнесение антенн.

В этом разделе мы производим сравнение разнесения при передаче в нисходящем канале с разнесением при приеме в восходящем канале, представленном в разделе 11.2.1.3, и анализируем полученный выигрыш от использования разнесения при передаче в нисходящем канале. Выигрыш от использования

разнесения либо при передаче, либо при приеме можно разделить на две части:

1. Выигрыш от когерентного сложения

2. Выигрыш за счет использования разнесения в борьбе с быстрыми замираниями

Выигрыш от когерентного сложения может быть получен в результате того, что сигнал складывается когерентно, в то время как помеха складывается не когерентно. Выигрыш от идеального когерентного сложения при использовании двух антенн составляет 3 дБ. В восходящем канале когерентное сложение сигнала от двух разнесенных антенн производится с помощью приемника Rake. Действие приемникаRakeрассмотрено в разделе 3.4. В восходящем канале выигрыш от когерентного сложения составляет 2,5-3,0 дБ в зависимости от точности оценки канала. Кроме того, при разнесении при передаче в нисходящем канале можно получить когерентное сложение при приеме подвижной станции, если фазы двух передающих антенн регулируются в соответствии с командами обратной связи от подвижной станции. Когерентное сложение не является идеальным, поскольку многолучевые компоненты невозможно складывать когерентно: можно только регулировать относительные фазы сигналов от двух антенн. Петля обратной связи дает только дискретное ступенчатое изменение и имеет задержку, которая еще больше ухудшает когерентное сложение в нисходящем канале. Влияние задержки особенно заметно сказывается при большой скорости движения подвижной станции. Поэтому выигрыш при когерентном сложении в нисходящем канале при использовании разнесения при передаче меньше, чем выигрыш от разнесения при приеме в восходящем канале. Разнесение при передаче в нисходящем канале с обратной связью показано на рис. 11.10

Как разнесение при приеме, так и разнесение при передаче дают выигрыш в борьбе с помехами. Этот выигрыш будет больше при меньшем многолучевом разнесении. Связь между управлением мощностью и разнесением подробно описывается в разделе 9.2.1.2. При быстром управлении мощностью и низкой скорости движения подвижной станции средняя передаваемая мощность меньше, т.е. увеличение мощности будет меньше. При низкой скорости движения подвижной станции это уменьшение роста мощности при разнесении, например, в ITUA-канале пешехода, составляет 2,8 дБ: см. рис. 9.5. Различия между разнесением при приеме в восходящем канале и разнесением при передаче в нисходящем канале показаны в таблице 11.13.

Немаловажно отметить различие между двумя источниками разнесения в нисходящем канале: между многолучевым разнесением и разнесением при передаче. Многолучевое разнесение уменьшает ортогональность кодов в нисходящем канале, тогда как разнесение при передаче сохраняет коды в нисходящем канале ортогональными при наличии амплитудных замираний. Чтобы сделать максимальной пропускную способность в нисходящем канале, ограниченную действиями помех, было бы желательно избежать многолучевого распространения для сохранения ортогональности кодов и обеспечения разнесения с использованием разнесенных антенн при передаче.

Рис. 11.10. Разнесение при передаче в нисходящем канале с использованием

обратной связи.

Сравнение пропускных способностей в восходящем и нисходящем каналах дается в табл. 11.10. При этом сопоставлении предполагалось, что в восходящем канале использовано разнесение при приеме, а разнесение при передаче в нисходящем канале отсутствует. Если мы сложим выигрыш от разнесения при передаче с пропускными способностями в нисходящем канале, приведенными в табл. 11.10, то пропускная способность в нисходящем канале становится приблизительно равной пропускной способности в восходящем канале в среде макроячеек. В микроячейках пропускные способности в нисходящем и восходящем каналах можно считать в грубом приближении равными без разнесения при передаче. При наличии разнесения при передаче пропускная способность нисходящего канала, ограниченная действием помех в среде микроячеек, явно становится выше, чем пропускная способность восходящего канала. Иметь асимметричную пропускную способность воздушного интерфейса выгодно, так как ожидаемые требования к пропускной способности выше в нисходящем канале, чем в восходящем. Причиной большей пропускной способности нисходящего канала является использование в нем ортогональных кодов.

Таблица 11.13

Сравнение разнесения при приеме в восходящем канале с разнесением

при передаче в нисходящем канале.

	Разнесение при приеме в восходящем канале	Разнесение при передаче в нисхо- дящем канале с обратной связью
Выигрыш от когерентного сложения Выигрыш от идеального когерентного сложения при двух антеннах составляет 3,0 дБ
Как получить когерентное сложение	Приемник Rake с оцениванием канала по пилот-символам	Петля обратной связи от подвижной станции к базовой для управления фазами при передаче, чтобы сделать возможным когерентное сложение принимаемых сигналов подвижной станции

(продолжение табл.11.13)

Неидеальность когерентного сложения	Неточная оценка канала приемником Rake	Неточная оценка канала подвижной станцией Дискретные операции в петле обратной связи Задержка в петле обратной связи Многолучевое распространение
Практический выигрыш от когерентного сложения	Выигрыш 2,5-3,0 дБ	Выигрыш меньше, чем для разнесения при приеме
(2) Выигрыш от разнесения при борьбе с замираниями
Выигрыш от разнесения при быстром управлении мощностью	Выигрыш от разнесения = уменьшение увеличения мощности Примерные значения: ITU A-канал, пешеход: 2,8 дБ ITU A-канал , подвижное средство: 0,8 дБ
Общий выигрыш от уменьшения мощности передачи
Общий выигрыш от разнесения антенн	3,0-6,0 дБ	0,0-5,0 дБ

Влияние выигрыша от разнесения при передаче в нисходящем канале на пропускную способность канала и зону обслуживания показано на рис. 11.11. Предполагается получение выигрыша 2 дБ, включая выигрыш от когерентного сложения и выигрыш от разнесения при борьбе с замираниями. Эти методы дают выигрыш в пропускной способности на 2 дБ. Если мы, например, положим максимальные потери на трассе равными 157 дБ, то пропускная способность может возрасти с 650 Кбит/с до 1030 Кбит/с. Как вариант, выигрыш от разнесения при передаче может использоваться для улучшения зоны обслуживания по нисходящему каналу при сохранении нагрузки без изменений. В примере, приведенном на рис. 11.11, максимальные потери на трассе могли бы увеличиться на 5 дБ со 157 дБ до 162 дБ, если бы нагрузка поддерживалась на уровне 650 Кбит/с. Выигрыш в зоне обслуживания больше, чем выигрыш в пропускной способности, что обусловлено кривой нагрузки для WCDMA. Может оказаться невозможным воспользоваться выигрышем в зоне обслуживания по нисходящему каналу и увеличением размера ячейки от разнесения при передаче в нисходящем канале, если ограничивающим направлением в зоне обслуживания будет направление восходящего канала. Как вариант, выигрыш в зоне обслуживания может использоваться для уменьшения необходимой мощности передачи базовой станции. Если мы будем поддерживать нагрузку без изменений на уровне 650 кбит/с, а максимальные потери на трассе без изменений равными 157 дБ, мы можем уменьшить мощность передачи на 5 дБ, с 20 Вт до 2x3,2 Вт.

Рис. 11.11. Выигрыш в пропускной способности и зоне охвата в нисходящем канале от разнесения при передаче. Предполагается выигрыш от разнесения при передаче

на уровне канала в 2 дБ.

11.3.3. Повышение пропускной способности

Некоторыми методами повышения пропускной способности в нисходящем канале могут быть следующие:

• Использование большего числа частот = несущих

• Разнесение при передаче

• Разделение на секторы

• Применение кодека с меньшими скоростями передачи, например, речевого кодека AMR.

Если оператору позволяют возможности частотного распределения, он может использовать еще одну несущую. WCDMAподдерживает эффективные хэндоверы с изменением частоты, так что могут использоваться несколько несущих для уравновешивания нагрузки и увеличения пропускной способности на сайт. Возможно, совместно использовать один усилитель мощности несколькими несущими. В разделе 8.2.2 было показано, что совместное использование усилителя мощности двумя несущими обеспечивает наиболее эффективное использование усилителя мощности, так как нагрузка может быть поделена между двумя несущими и, когда мы спускаемся по кривой нагрузкеWCDMA, требующаяся мощность на пользователя уменьшается. Кривая нагрузкиWCDMAпоказывает также, что увеличение мощности передачи в нисходящем канале может дать лишь очень небольшой выигрыш в пропускной способности и не является эффективным решением для улучшения пропускной способности.

Разнесение при передаче в нисходящем канале повышает пропускную способность нисходящего канала до величины, зависящей от степени многолучевого разнесения в этой среде. Чем имеется меньшее многолучевое разнесение, тем больше выигрыш в пропускной способности для нисходящего канала при использовании разнесения при передаче. Поэтому наибольший выигрыш в пропускной способности можно ожидать в небольших микро и пикоячейках, где имеет место лишь небольшое многолучевое разнесение. Если при приеме в восходящем канале уже используется разнесение, то разнесение при передаче в нисходящем канале можно использовать в сети без каких-либо модификаций конструкции антенн.

Для увеличения пропускной способности на сайт может использоваться разделение на сектора. В идеальном случае Nсекторов делают пропускную способность вNраз выше, но на практике эффективность разделения на сектора составляет около 90%. Это означает, что перевод сайта с односекторного на трехсекторный дает увеличение в пропускной способности около 2,7 раз, а на шестисекторный – около 5,4 раз. Увеличение числа секторов также увеличивает зону обслуживания за счет более высокого коэффициента усиления антенн. Недостатком при повышении пропускной способности путем увеличения числа секторов является то, что антенны подлежат переключению, и планирование радиосети и ее оптимизация должны быть произведены заново. Разделение на секторы более подробно рассматривается в [9].

При использовании речевого кодека AMRможно увеличить пропускную способность при передаче речи вWCDMAза счет использования режимаAMRс более низкой скоростью передачи. Речевой кодекAMRописывается  в разделе 2.3. Общее число переданных бит пользователя не увеличивается при использовании более низких скоростей передачиAMR– увеличивается число соединений, хотя скорость передачи в битах на пользователя уменьшается. КодекAMRпозволяет создать компромисс между пропускной способностью при передаче речи и качеством в соответствии с потребностями оператора.