基于指標分析與容量消耗測試的WCDMA無線網絡擴容方法探討

李維佳，戴 鵬，羅 軍，倪 凱

（中國聯合網絡通信有限公司深圳分公司 深圳518048）

1 引言

中國聯合網絡通信有限公司深圳分公司（以下簡稱深圳聯通）的WCDMA網絡經過兩年的運營，網絡容量持續增長，一些熱點區域的網絡甚至出現了話務擁塞和用戶數據體驗速率惡化的現象。根據市場部門對未來3G用戶數的預測，2011年3G出賬用戶數有可能發展到120萬戶。為了保持WCDMA網絡的競爭優勢，應及時做好擴容準備，以滿足業務發展的需要。

本文針對2011年的3G用戶放號計劃，在傳統無線網絡擴容規劃方法的基礎上，提出了一套基于指標預測與壓力測試的WCDMA容量規劃方法，并按照這套方法進行2011年的擴容規劃。

2 WCDMA無線網絡擴容方法概述

2.1 傳統無線網絡擴容方法

傳統的無線網絡擴容方法主要有兩種：容量估算法和流量折算法。容量估算法的思路是：基于話務量分別計算每個小區產生的上行負荷和消耗的下行功率，根據設定的上行負荷門限和下行功率門限判斷該小區是否需要擴容。引入HSPA后，上行負荷門限一般為75%，下行功率門限一般為90%（對于20 W機頂發射功率的小區取18 W），見表1。

另一種無線擴容方法是流量折算法，可將不同業務的業務量等效為HSPA業務流量，計算小區總的等效HSPA業務流量，然后與設定的擴容門限對比，判斷小區是否需要擴容。流量折算的等效依據是：假設A erl/kbit/s的R99業務與B kbit/s的HSPA業務產生的上行負荷或消耗的下行功率相同，則將A erl/kbit/s的R99業務等效為B kbit/s的HSPA業務。流量折算法示意見表2。

以深圳聯通某RNC現網數據為例，對容量估算法和流量折算法進行對比。容量估算法需計算18個擴容小區，流量折算法需計算17個擴容小區（完全包含于18個小區中），則認為容量估算法與流量折算法等效，如圖1所示。

傳統的無線網絡擴容規劃方法存在兩個明顯不足：

·擴容分析的準確性不高；

·與現網的擴容監控指標體系未結合。

表1 容量估算法示意

表2 流量折算法示意

2.2 基于指標分析與容量消耗測試的容量規劃方法思路

由于傳統無線網絡擴容規劃方法存在缺陷，提出了基于指標分析與容量消耗測試的容量規劃方法，主要思路如下。

·通過網管統計，按小時粒度獲取過去數個月每天06:00—24:00全網各個小區各種業務的話務量和指標情況。

·以趨勢外推法對各種業務的話務量進行預測。

·采用線性回歸分析法，分析現網中各業務話務量與容量監控指標的關系，并利用這種關系預測所有小區指標的狀況。采用指標分析法制定基本模型，用部分容量消耗測試數據對其進行修正。如果容量監控指標超過擴容門限，則該小區需要擴容。

·考慮到多載波在地理位置上應盡可能連續，以避免頻繁地異頻切換，將確定的擴容扇區進行地理化顯示后，根據擴容小區的分布，確定需要開通多載波的區域范圍，最終確定需要加載頻擴容的扇區列表。

3 基于指標分析與容量消耗測試的容量規劃

3.1 以趨勢外推法預測未來話務

對全網未來話務量的預測采用趨勢外推預測法，即從歷史話務量中尋找話務量增長的趨勢，并外推至未來某個時間點，從而確定該時間點上的話務量大小。

取近7個月每個月月底當天17：00忙時的數據進行預測，分別確定CS域和PS域的話務量增長趨勢，并得到至2011年中CS域和PS域話務量增長的倍數。

圖2所示為CS域話務量趨勢外推的預測過程。可以看出，線性擬合曲線最適合深圳聯通這7個月的CS域話務量發展趨勢，第7個月的擬合度最高，為0.903，因此未來的CS域話務量采用線性趨勢外推法進行預測，到2011年底CS域話務量的峰值約為2010年話務量峰值的3倍。

其中，擬合度又叫相關性，是選擇的趨勢曲線和散點之間的相關程度，計算式為：擬合度=1-殘差平方和/總平方和。殘差平方和為各散點的實際值與預測值之差的平方和，總平方和為各個散點的實際值與所有散點預測平均值之差的平方和。

通過以上預測結果，對現網中提取的最近7天（6:00—24:00）共126個樣本點的各種業務話務量分別做翻倍處理，得到2011年年底7天的126個樣本點的各種業務的話務量。

表3 需分析的容量相關指標

3.2 采用線性回歸分析模型預測容量指標

3.2.1 確定需分析的指標

在WCDMA擴容規劃中，采取與容量密切相關的指標做擴容判決，主要采用的指標及其門限見表3。

小區擴容指數S_CELL=SPI1+SPI2+SPI3+SPI4·SPI5，取值范圍是0～4，為0表示該小區不需要擴容，不為0表示小區某種負荷超標，S_CELL值越大，表示容量受限越嚴重。

3.2.2 分析指標和話務量之間的關系

以nonHSDPA載頻發射功率平均利用率和nonHSDPA碼資源平均占用率為例，二者皆與R99和HSDPA業務話務量大小有關。其關系可表達為如下形式：

其中，Y為nonHSDPA載頻發射功率平均利用率或nonHSDPA碼資源平均占用率，X1為話音通話時長（s），X2為CS64K通話時長（s），X3為PS32K下行流量（kbit），X4為PS64K下 行 流 量 （kbit），X5為PS128K下 行 流 量（kbit），X6為PS384K下行流量（kbit），X7為HSDPA下行流量（kbit），K1～K8為待校正的系數。按小時粒度采集了全網每個小區從2010年12月1日至2011年1月20日每天06:00—24:00的話統數據，這樣相當于每個小區有918個樣本點數據。基于這918個樣本點數據，采用回歸分析法，可以校正得到K1～K8參數，使預測結果與樣本數據的誤差方差最小。從而每個小區的nonHSDPA載頻發射功率平均利用率和nonHSDPA碼資源平均占用率指標與各業務話務量的關系可以確定下來。

3.3 基于容量消耗測試的模型修正

指標分析法簡便快捷，缺點是把3G的網絡負荷與指標理解為線性關系，只在一定范圍內可用，計算結果可能偏于樂觀。通過研究得出，3G的自干擾特性決定了負荷提升到一定幅度后和指標呈現嚴重的非線性關系。例如圖3所示用可視電話測得的和基站底噪的關系，小區承載22個可視業務前，小區底噪抬升和可視業務數量呈正比關系，當超過這一業務數量時，由于小區呼吸效應，上下行功率控制的整體水平抬升，小區底噪開始呈現非線性抬升且明顯波動加劇。

因此，在采用指標分析法制定基本模型的基礎上，采用部分容量消耗測試數據對其進行修正。所謂容量消耗測試，即帶大量的測試終端在無其他用戶影響的深夜，通過不斷加載測試，繪制各項指標和接入業務之間的關系。這種方法得出的數據直接有效，可以長期應用，能夠清晰地得出造成非線性惡化的拐點；缺點是要在不同的網絡環境下，測試混合業務的數據，消耗巨大的測試成本。

3.4 對預測指標做擴容判決

3.4.1 指標預測

明確了指標和話務量之間的關系后，可以計算出未來指標的大小，計算結果見表4。

3.4.2 擴容判決

通過對未來7天（6:00—24:00）共126 h的話務量進行指標預測，得出每種指標在126 h內的數值大小。統計S_CELL在126 h內大于0的小時數。當小區S_CELL超標小時數大于10時，認為該小區需要擴容。擴容判決指標見表5。

表4 小區未來指標的計算結果

表5 擴容判決指標

經過實際分析，發現深圳聯通現網中普遍存在上行噪聲測量不準的問題，從而導致通過上行負荷(SPI1)指標預測不準，因此包含了上行負荷結果的S_CELL不作為擴容判決的依據。擴容判決考慮nonHSDPA碼資源(SPI2)、nonHSDPA功率資源（SPI3）和HSDPA用戶速率(SPI4·SPI5)3方面的因素。HSDPA用戶速率的分析結果顯示，現網中絕大部分小區都超標10 h以上，因此HSDPA用戶速率指標超標50 h以上的小區需要擴容，50 h以下的小區暫不考慮；對于nonHSDPA碼資源或功率，二者之一超標10 h以上即需要擴容。

4 無線網絡擴容方案的制定

基于2011年底用戶的預測，對需擴容的扇區進行連片處理，并計算出全網應新增載扇數。

4.1 擴容小區的分布

只有當一個Node B超過1/3的小區需要擴容載波時，才判定該基站需要擴容。結合上述核算算法和判定方法，全網需擴容載波站點分布如圖4所示。

由圖4可以看出，原載波區域已經不能滿足業務需求；密集城區的南山南頭、南油及沙河交匯處、福田、羅湖火車站等區域有連片的三載波擴容需求；集客區域的龍華富士康、坂田華為、龍華民治、福永機場、龍崗中心城、鹽田中心區域有連片的雙載波擴容需求；還有個別孤立站點有載波擴容需求。

4.2 載波擴容區域的確定

4.2.1 本次擴容區域取定依據

對于零星話務熱點，不建議設置孤島式多載波基站；對于大面積高話務區域，若達到或超過載扇容量門限的基站比例超過20%，且其他基站接近載扇容量門限，并且無法通過網絡優化改善，則可以考慮連續成片區域基站升級為多載波基站。

4.2.2 載波擴容結果

根據載波擴容核算如下內容：

·本次新增的三載波區域為南山南頭、南油及沙河交匯處、福田密集城區大部、羅湖火車站；

·本次新增的雙載波區域為龍華民治富士康、坂田華為、福永機場、龍崗中心城附近及鹽田區政府。

本期擴容后載波區域分布如圖5所示。

5 結束語

本次擴容規劃采用的基于指標分析與容量消耗測試的容量規劃方法，與傳統無線網絡擴容規劃方法相比，其依據是以往歷史數據，不加入假設因素，能真實反映小區內的用戶分布、鄰區干擾和小區內的無線正交性等情況，因此結果更真實可信。2011年上半年網絡擴容的效果表明，這套方法準確有效，能夠較好地支撐用戶與業務不斷發展的需要，始終給用戶提供較好的網絡體驗。

由于網絡在各個階段的增長趨勢不同，不能一次擴容規劃就保證了若干年后的容量，因此擴容規劃將是一個長期持續的過程，應提前預警、提前規劃，讓用戶一直有優良的體驗，同時最大程度上降低運營商的投資。

1 3GPP.The 3rd Generation Partnership Project.http://www.3gpp.org

2 3GPP TS 25.104.UTRA(BS)FDD.Radio Transmission and Reception,2010

3 3GPP TS 25.101.UTRA(UE)FDD.Radio Transmission and Reception,2009

4 David Lister,Shirin Dehghan.UMTS Capacity and Planning Issues.Motorola European Celluar Infrastructure,UK,2001

5 Laiho J，Wacker A,Novosad T.Radio Network Planning and Optimization for UMTS,2002

6 Pete Boyer,Milica Stojanovic,John Proakis.A simple generalization of the CDMA reverse link pole capacity formula.IEEE Transaction on Communications,2001,49(10)

7 Hard Holma,Antti Toskala.WCDMA for UMTS.New York：John Wiley Son,June 2001

8 Kari Heiska.Effect of Adjacent IS-95 Network to WCDMA Uplink Capacity,2003

9 Zhang Qinqing.UMTS air interface voice/data capacity-part 2:forward link analysis.Vehicular Technology Conference,IEEE VTS 53rd,2001(4):2 730～2 734