4. 通信系统容量分析

4.1 理论容量

• 蜂窝系统的无线容量可定义为：

• 理论上各种多址接入方式都有相同的容量
  • 假设三种多址系统均有W MHz的带宽
  • 每个用户未编码比特率都为 ， 代表一个比特的时间周期
  • 每种多址系统均使用正交信号波形，则最大用户数为

• 再假定任何多址系统每个用户接到的功率是Sr，则接收到的总功率

• 假设所需的信噪比（SNR）或（单位比特能量与噪声谱密度比）与实际值相等

• 由此

• 所以从理论上说，各种多址技术具有相同的容量

4.2 实际容量

4.2.1 模拟FDMA系统

• 由前面内容

• 假如规定的载干比门限值为

• 频率重用的小区数N由所需的载干比决定

• 则FDMA的无线容量

4.2.2 数字TDMA系统

• 数字信道所要求的载干比 (门限) 可以模拟制小4~5 dB （ 因数字系统有纠错措施）
• 因而频率复用距离可以再近一些
• 则TDMA的无线容量

4.2.3 CDMA蜂窝系统

• 决定系统容量的主要参数
  • 处理增益
  • 
  • 话音负载周期
  • 频率再用效频率
  • 以及基站天线扇区数
• 一般扩频通信系统的容量

• CDMA蜂窝通信系统的容量

• 一般扩频通信系统的容量

• 接收信号的载干比可写成

• 扩频带宽 是对应信息速率，—— 系统的处理增益
• 类似于归一化信噪比，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
• 若个用户共用一个无线频道，显然每一用户的信号都受到其他个用户信号的干扰
• 假设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：

• 如果考虑背景热噪声，则能够接入此系统的用户数可表示为

• 结果表明

• 误比特率一定的条件下，降低热噪声功率，减小归一化信噪比，增大系统的处理增益都将有利于提高系统的容量

• CDMA蜂窝通信系统的容量

• 考虑反向功率控制和 CDMA蜂窝通信系统的特点，对一般公式进行修正

  • 采用话音激活技术提高系统容量
  • 利用扇区划分提高系统容量

  • 邻区干扰降低系统容量

  • 采用话音激活技术提高系统容量

  • 在典型的全双工通话中，话音的激活期（占空比）d通常小于35%，如果CDMA系统在话音停顿时停止信号发射，其他用户受到的干扰会相应地平均减少65%，从而使系统容量提高到原来的1/d=2.86倍CDMA系统的容量公式被修正为

• 当用户数目庞大并且系统是干扰受限而不是噪声受限时，用户数可表示为

• 利用扇区划分提高系统容量
• 如利用120o扇形覆盖的定向天线把一个蜂窝小区划分成3个扇区时，处于每个扇区中的移动用户是该蜂窝的三分之一，相应的各用户之间的多址干扰分量也就减少为原来的三分之一，从而系统的容量将增加近3倍。CDMA系统的容量公式被修正为

• 邻区干扰降低系统容量
• 在CDMA系统中，所有用户共享一个无线频率，因此任一小区的移动台（基站）都会收到相邻小区基站（移动台）的干扰
• 移动台最不利的位置是处于3个小区交界处在采用功率控制时，每小区同时通信的用户数将下降到原来的60%，即信道复用效率，使系统容量下降到未考虑邻区干扰时的60%
• CDMA系统的容量公式被修正为

4.3 容量对比