干扰受限及噪声受限

干扰受限:系统容量受到干扰的限制,减少干扰,可提高系统容量。

噪声受限:系统容量收到噪声功率的限制,提高信噪比,可提高系统容量。

GSM系统中同一频点的复用必须满足一定的空间隔离要求。空间隔离要求取决于载干比(C/I)。也就是说,来自同一频点的有用信号要高于干扰信号一定的比值。 GSM系统小区的容量取决于载干比及硬件配置,上,下行容量是对称的。

而WCDMA采用编码扩频技术,频率复用为一,干扰信号来自本小区及所有邻近小区,因而是自干扰系统。干扰信号经扩频后形成许多微弱噪声的叠加。噪声累加会造成系统容量损耗。正因为这种同频率的干扰特性,WCDMA 系统的容量和覆盖是相关的。上行容量和下行容量是独立的,设计时最受限链路决定系统容量。因为基站功率在每一扇区由所有用户及信令共享,增加干扰或覆盖均会导致系统容量下降。在规划设计WCDMA网络时,按最受限上行链路确定覆盖,按最受限下行功率确定容量。WCDMA系统在下行用导频信号强度与系统总干扰的比值来衡量覆盖水平,显然它与系统的干扰水平相关。


WCDMA网络上行容量主要是干扰受限,下行容量主要是基站发射功率受限。当语音为主要业务时,容量为上行受限;当数据业务吞吐量达到一定比例后,容量转为下行受限。

  • 噪声受限系统中实现高数据速率

假设系统中只有高斯白噪声,那么结合香农定理我们可以得出以下结论

1.      信息速率和接收信号功率直接相关。带宽一定的情况下,可以通过提高接收信号功率来增加系统容量。只要有足够高的信号接收功率,信息速率可以无限大。实际系统中,无论基站还是终端,发射功率都是有限的。我们不可能通过无限制的提高发射功率来提高信息速率。

2.      当信息速率远低于可用带宽时,带宽利用率很低,系统处于功率受限状态,增加系统带宽不能有效地提高信息速率。然而信噪比的小幅提升就可以得到带宽利用率的大幅增加,此时需要需要通过提高接收信号功率来增加系统容量。

3.      相应的,当带宽利用率很高,信息速率接近或超过可用带宽时,如果带宽不变,进一步增加信息速率,需要信号接收功率的更大幅度提升。结合香农定理,在带宽受限的环境中,在相同速率条件下,适当增加系统带宽可以降低对信号接收功率的要求。在充分利用信号接收功率的前提下,传输带宽要和所需的信号速率相匹配。

假定信号发送功率恒定,接收功率受发射机和接收机之间的距离影响,距离越近接收功率越大。在噪声受限的系统中,可以通过缩短发射机和接收机之间的距离来提高信噪比,站间距缩小,覆盖同一区域就需要更多的站点。当需要数据速率非常高的时候,站间距就会非常小,如果站间距不变,那么只有位于站点附近的用户可以享受高速服务,而距离站点远的用户则做不到。

接收信号功率的提高还可以通过增加接收天线的个数实现,也就是接收天线分集。在接收机和发射机距离一定的情况下,将多根天线接收的信噪比合并,接收天线数越多,信噪比增益越大,相应的数据速率也就越高。同样的情况也适用于发射天线分集。

发射/接收分集增加信噪比,只能信息速率增加到一定程度,当带宽利用率提高到1以上,系统从功率受限转换成带宽受限时,信噪比的增加对信息速率的影响大大下降。 此时利用多天线系统提高系统容量仍然是有效的,只是使用方式有所区别,不再是利用接收/发射分集获得增益,而是使用空间分集进行多流传输,在高信噪比环境下,MIMO(多入多出)技术可以有效地提高信息速率。

提高信噪比,除了提高信息接收功率,还可以降低噪声接收功率,比如使用更先进的射频设计和接收机算法。

  • 干扰受限系统中实现高数据速率

在上一节中,我们只考虑无线链路中的噪声,而实际移动通信系统中,来自邻近小区干扰的影响要远远超过噪声,尤其是站间距小,业务量大的小区。在使用多天线MIMO的时候,干扰还可能来自本小区。

考虑干扰的链路,其信道容量的结论和噪声受限系统相似。

1.      可以通过提高信干比提高信息速率。

2.      在信干比较高的时候,信息速率的提高需要增加相应带宽。

3.      缩小站间距会降低小区的用户数也总体负荷,从而降低小区的干扰水平,提高信干比。

4.      利用多天线技术的分集接收可以提高信干比,从而提高信息速率

5.      利用多天线技术的波束赋形,将发射功率定向到接收天线,从而降低到其他链路的干扰,可以提高整个系统的信干比。

和白噪声不同的是,在一些情况下,干扰是可预知的,这样就能对干扰进行压缩,甚至彻底清除。如果噪声来自特定方向,通过多天线系统的空间处理,压缩和消除就会更加容易。

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