▶ CDMA 방식의 채널용량  

 

 (1) 단일셀의 채널용량 (전력제어가 잘 되어 있다고 가정)

  CDMA 시스템에서 신호대 잡음비를 구하면 아래와 같다.

   따라서 가입자수는 다음과 같다.

여기서 W/R은 확산이득이고, Eb/No는 신호를 복조하기 위한 비트당 에너지대 잡음비로 음성인 경우 대개 에러율이 10-3이상이 되는 값을 말한다. 대개 안테나 다이버스티와 우수한 채널코딩(길쌈부호:Convolution code)을 사용하면 Eb/No가 7dB 정도이다.

  이를 살펴보면 CDMA 시스템에서 채널용량은 확산이득이 클수록 신호대 잡음비가 낮을수록 늘어난다는 것을 알 수 있다. 그러나 확산대역폭이 정해지고 필요한 음성품질을 얻기위한 보코더 속도가 정해지면 확산이득은 거의 정해지고, Eb/No 값을 줄이는 것도 변복조기와 채널코딩등 복잡성이 증가하여 효과적이지 못하다. 따라서 사용자수를 늘리기 위해서 간섭의 양을 줄이는 방법을 사용하고 있다. 간섭을 줄이기 위한 방법으로는 셀을 섹터화 하고, 음성 활동을 감시하여 음성이 없을 때는 전송을 하지 않는 방법을 적용하였다.

섹터화는 일반적으로 기지국 안테나를 지향성 안테나를 사용하는 방법인데 빔폭이 120도인 3개의 안테나를 사용하는 것이다. 그러면 위의 신호대 간섭비 식에서 (N-1) 대신 (N-1)/3을 적용하면 용량이 거의 3배가 되나 안테나 패턴이 서로 겹치고, 상호 섹터간 간섭에의하여 섹터화로 인한 용량증가는 2.55 (섹터화 효율이 85%) 정도이며, 6개의 섹터로 분할하는 경우 4.8 (섹터화 효율이 80%)정도이다.

여러 연구를 통하여 통화시간 중에 음성활동 부분은 35% - 40% 사이에 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 (N-1) 대신 (N-1)×0.375(중간 정도의 음성활동율) 항으로 적용하면 된다. 그러나 섹터내 동시통화자 수가 평균통화자 수보다 많을 확율이 있기 때문에 이를 고려하면 이로인한 용량증가는 1/0.375 가 아니라 약 2배 정도이다.

 

(2) 다중셀 환경인 경우 채널용량

CDMA 시스템은 모든 셀에서 동일 주파수 대역을 재사용 할 수 있다. 이러한 장점은 결정적으로 CDMA 시스템이 다른 다중접속 방식보다 채널용량이 많게 하는 요인이다. TDMA나 FDMA 시스템은 주파수 재사용 계수가 3/9 또는 4/12 등이나 CDMA 시스템의 경우 모든 셀에서 주파수를 재사용 하기 때문에 이론적으로 재사용 계수가 1 이나, 단일셀 용량과 비교하면 인접 기지국에 의하여 간섭이 증가하여 각 셀에서의 채널용량이 감소하기 때문에 다중셀에서 주파수 재사용 계수는 1.67 정도이다.

  이를 적용하여 CDMA 시스템의 채널용량을 계산하는 식은 다음과 같이 주어진다.

  확산속도 1.2288 Mbps, 음성데이터 속도 14.4 kbps(13 kbps 보코더)에 신호대 잡음비를 7 dB(5.0), 음성활동율 0.5, 3섹터로 가정하여 섹터화 효율은 2.55, 주파수 재사용 계수는 0.6을 적용하면 1.25 MHz 무선 주파수 채널에 대해서 셀당 채널용량은 아래와 같다  

  CDMA 시스템은 다른 무선접속 방식과는 달리 채널용량이 고정되어 있는 것이 아니라 이미 가입자가 포화 상태라 하더라도 새로운 가입자가 호를 시도하더라도 그 셀의 다른 가입자의 통화품질을 약간 희생하면 호가 접속될 수 있다. 따라서 호차단이 발생하는 채널수를 설정하기가 곤란하지만 통화품질을 어느정도 이상으로 확보해야 하므로 이로 인하여 채널수가 고정이 되고 이 때 결정된 채널수를 이용하여 무선망을 설계하는 것이 바람직하다.

  CDMA 시스템에서는 소프트 핸드오버를 지원한다. 채널용량면에서 살펴보면 소프트 핸드오버를 하는 단말기는 채널을 2∼3개를 점유하므로 이에대한 채널을 추가로 고려하여야 한다. 현장 실험등에서 나타난 결과를 보면 전체 단말기중 약 50% 정도가 소프트 핸드오버중으로 나타났으나, 소프트 핸드오버를 결정하는 파라메타를 적절히 조절하면 이 비율을 30% 정도로 줄일 수 있는 것으로 알려져 있다. 실제의 경우에는 35% 를 적용한다.

  그러나 대도시 지역의 마이크로셀 환경에서는 셀반경이 작고, 형태가 복잡하고, 무선채널의 특성도 변화가 심하여 소프트 핸드오버 비율이 더 높아질 것으로 예상되고 3채널 이상 점유하는 소프트 핸드오버중에 있는 단말기의 비율도 무시하지 못할 정도로 높을 가능성이 있다.

  소프트 핸드오버 비율 35%를 적용하면 무선주파수 채널 하나의 셀당 음성채널수는 아래와 같다.

총대역폭을 10 MHz라 하면 7개의 CDMA 채널을 확보할 수 있으므로 셀당 채널수는 3 섹터인 경우 셀당 266개 이다. 여기서 적용한 채널수는 전력제어가 완벽하고, 다른 간섭을 고려하지 않은 채널수 이다. 따라서 CDMA 시스템에서는 실제로 서비스를 제공하고 망을 운영하여야 전력제어와 다른 간섭원에 의한 채널 감소영향 까지 고려한 채널수를 파악할 수 있을 것이다.

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