基于指標(biāo)分析與容量消耗測試的WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容方法探討

李維佳，戴 鵬，羅 軍，倪 凱

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司深圳分公司 深圳518048）

1 引言

中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司深圳分公司（以下簡稱深圳聯(lián)通）的WCDMA網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過兩年的運(yùn)營，網(wǎng)絡(luò)容量持續(xù)增長，一些熱點(diǎn)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)甚至出現(xiàn)了話務(wù)擁塞和用戶數(shù)據(jù)體驗速率惡化的現(xiàn)象。根據(jù)市場部門對未來3G用戶數(shù)的預(yù)測，2011年3G出賬用戶數(shù)有可能發(fā)展到120萬戶。為了保持WCDMA網(wǎng)絡(luò)的競爭優(yōu)勢，應(yīng)及時做好擴(kuò)容準(zhǔn)備，以滿足業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。

本文針對2011年的3G用戶放號計劃，在傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容規(guī)劃方法的基礎(chǔ)上，提出了一套基于指標(biāo)預(yù)測與壓力測試的WCDMA容量規(guī)劃方法，并按照這套方法進(jìn)行2011年的擴(kuò)容規(guī)劃。

2 WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容方法概述

2.1 傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容方法

傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)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(wù)量分別計算每個小區(qū)產(chǎn)生的上行負(fù)荷和消耗的下行功率，根據(jù)設(shè)定的上行負(fù)荷門限和下行功率門限判斷該小區(qū)是否需要擴(kuò)容。引入HSPA后，上行負(fù)荷門限一般為75%，下行功率門限一般為90%（對于20 W機(jī)頂發(fā)射功率的小區(qū)取18 W），見表1。

另一種無線擴(kuò)容方法是流量折算法，可將不同業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)量等效為HSPA業(yè)務(wù)流量，計算小區(qū)總的等效HSPA業(yè)務(wù)流量，然后與設(shè)定的擴(kuò)容門限對比，判斷小區(qū)是否需要擴(kuò)容。流量折算的等效依據(jù)是：假設(shè)A erl/kbit/s的R99業(yè)務(wù)與B kbit/s的HSPA業(yè)務(wù)產(chǎn)生的上行負(fù)荷或消耗的下行功率相同，則將A erl/kbit/s的R99業(yè)務(wù)等效為B kbit/s的HSPA業(yè)務(wù)。流量折算法示意見表2。

以深圳聯(lián)通某RNC現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)為例，對容量估算法和流量折算法進(jìn)行對比。容量估算法需計算18個擴(kuò)容小區(qū)，流量折算法需計算17個擴(kuò)容小區(qū)（完全包含于18個小區(qū)中），則認(rèn)為容量估算法與流量折算法等效，如圖1所示。

傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容規(guī)劃方法存在兩個明顯不足：

·擴(kuò)容分析的準(zhǔn)確性不高；

·與現(xiàn)網(wǎng)的擴(kuò)容監(jiān)控指標(biāo)體系未結(jié)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(biāo)分析與容量消耗測試的容量規(guī)劃方法思路

由于傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容規(guī)劃方法存在缺陷，提出了基于指標(biāo)分析與容量消耗測試的容量規(guī)劃方法，主要思路如下。

·通過網(wǎng)管統(tǒng)計，按小時粒度獲取過去數(shù)個月每天06:00—24:00全網(wǎng)各個小區(qū)各種業(yè)務(wù)的話務(wù)量和指標(biāo)情況。

·以趨勢外推法對各種業(yè)務(wù)的話務(wù)量進(jìn)行預(yù)測。

·采用線性回歸分析法，分析現(xiàn)網(wǎng)中各業(yè)務(wù)話務(wù)量與容量監(jiān)控指標(biāo)的關(guān)系，并利用這種關(guān)系預(yù)測所有小區(qū)指標(biāo)的狀況。采用指標(biāo)分析法制定基本模型，用部分容量消耗測試數(shù)據(jù)對其進(jìn)行修正。如果容量監(jiān)控指標(biāo)超過擴(kuò)容門限，則該小區(qū)需要擴(kuò)容。

·考慮到多載波在地理位置上應(yīng)盡可能連續(xù)，以避免頻繁地異頻切換，將確定的擴(kuò)容扇區(qū)進(jìn)行地理化顯示后，根據(jù)擴(kuò)容小區(qū)的分布，確定需要開通多載波的區(qū)域范圍，最終確定需要加載頻擴(kuò)容的扇區(qū)列表。

3 基于指標(biāo)分析與容量消耗測試的容量規(guī)劃

3.1 以趨勢外推法預(yù)測未來話務(wù)

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

取近7個月每個月月底當(dāng)天17：00忙時的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，分別確定CS域和PS域的話務(wù)量增長趨勢，并得到至2011年中CS域和PS域話務(wù)量增長的倍數(shù)。

圖2所示為CS域話務(wù)量趨勢外推的預(yù)測過程。可以看出，線性擬合曲線最適合深圳聯(lián)通這7個月的CS域話務(wù)量發(fā)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(wù)量采用線性趨勢外推法進(jìn)行預(yù)測，到2011年底CS域話務(wù)量的峰值約為2010年話務(wù)量峰值的3倍。

其中，擬合度又叫相關(guān)性，是選擇的趨勢曲線和散點(diǎn)之間的相關(guān)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(diǎn)的實際值與預(yù)測值之差的平方和，總平方和為各個散點(diǎn)的實際值與所有散點(diǎn)預(yù)測平均值之差的平方和。

通過以上預(yù)測結(jié)果，對現(xiàn)網(wǎng)中提取的最近7天（6:00—24:00）共126個樣本點(diǎn)的各種業(yè)務(wù)話務(wù)量分別做翻倍處理，得到2011年年底7天的126個樣本點(diǎn)的各種業(yè)務(wù)的話務(wù)量。

表3 需分析的容量相關(guān)指標(biāo)

3.2 采用線性回歸分析模型預(yù)測容量指標(biāo)

3.2.1 確定需分析的指標(biāo)

在WCDMA擴(kuò)容規(guī)劃中，采取與容量密切相關(guān)的指標(biāo)做擴(kuò)容判決，主要采用的指標(biāo)及其門限見表3。

小區(qū)擴(kuò)容指數(shù)S_CELL=SPI1+SPI2+SPI3+SPI4·SPI5，取值范圍是0～4，為0表示該小區(qū)不需要擴(kuò)容，不為0表示小區(qū)某種負(fù)荷超標(biāo)，S_CELL值越大，表示容量受限越嚴(yán)重。

3.2.2 分析指標(biāo)和話務(wù)量之間的關(guān)系

以nonHSDPA載頻發(fā)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(yè)務(wù)話務(wù)量大小有關(guān)。其關(guān)系可表達(dá)為如下形式：

其中，Y為nonHSDPA載頻發(fā)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(shù)。按小時粒度采集了全網(wǎng)每個小區(qū)從2010年12月1日至2011年1月20日每天06:00—24:00的話統(tǒng)數(shù)據(jù)，這樣相當(dāng)于每個小區(qū)有918個樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)。基于這918個樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)，采用回歸分析法，可以校正得到K1～K8參數(shù)，使預(yù)測結(jié)果與樣本數(shù)據(jù)的誤差方差最小。從而每個小區(qū)的nonHSDPA載頻發(fā)射功率平均利用率和nonHSDPA碼資源平均占用率指標(biāo)與各業(yè)務(wù)話務(wù)量的關(guān)系可以確定下來。

3.3 基于容量消耗測試的模型修正

指標(biāo)分析法簡便快捷，缺點(diǎn)是把3G的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷與指標(biāo)理解為線性關(guān)系，只在一定范圍內(nèi)可用，計算結(jié)果可能偏于樂觀。通過研究得出，3G的自干擾特性決定了負(fù)荷提升到一定幅度后和指標(biāo)呈現(xiàn)嚴(yán)重的非線性關(guān)系。例如圖3所示用可視電話測得的和基站底噪的關(guān)系，小區(qū)承載22個可視業(yè)務(wù)前，小區(qū)底噪抬升和可視業(yè)務(wù)數(shù)量呈正比關(guān)系，當(dāng)超過這一業(yè)務(wù)數(shù)量時，由于小區(qū)呼吸效應(yīng)，上下行功率控制的整體水平抬升，小區(qū)底噪開始呈現(xiàn)非線性抬升且明顯波動加劇。

因此，在采用指標(biāo)分析法制定基本模型的基礎(chǔ)上，采用部分容量消耗測試數(shù)據(jù)對其進(jìn)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(biāo)和接入業(yè)務(wù)之間的關(guān)系。這種方法得出的數(shù)據(jù)直接有效，可以長期應(yīng)用，能夠清晰地得出造成非線性惡化的拐點(diǎn)；缺點(diǎn)是要在不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，測試混合業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)，消耗巨大的測試成本。

3.4 對預(yù)測指標(biāo)做擴(kuò)容判決

3.4.1 指標(biāo)預(yù)測

明確了指標(biāo)和話務(wù)量之間的關(guān)系后，可以計算出未來指標(biāo)的大小，計算結(jié)果見表4。

3.4.2 擴(kuò)容判決

通過對未來7天（6:00—24:00）共126 h的話務(wù)量進(jìn)行指標(biāo)預(yù)測，得出每種指標(biāo)在126 h內(nèi)的數(shù)值大小。統(tǒng)計S_CELL在126 h內(nèi)大于0的小時數(shù)。當(dāng)小區(qū)S_CELL超標(biāo)小時數(shù)大于10時，認(rèn)為該小區(qū)需要擴(kuò)容。擴(kuò)容判決指標(biāo)見表5。

表4 小區(qū)未來指標(biāo)的計算結(jié)果

表5 擴(kuò)容判決指標(biāo)

經(jīng)過實際分析，發(fā)現(xiàn)深圳聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)中普遍存在上行噪聲測量不準(zhǔn)的問題，從而導(dǎo)致通過上行負(fù)荷(SPI1)指標(biāo)預(yù)測不準(zhǔn)，因此包含了上行負(fù)荷結(jié)果的S_CELL不作為擴(kuò)容判決的依據(jù)。擴(kuò)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(jié)果顯示，現(xiàn)網(wǎng)中絕大部分小區(qū)都超標(biāo)10 h以上，因此HSDPA用戶速率指標(biāo)超標(biāo)50 h以上的小區(qū)需要擴(kuò)容，50 h以下的小區(qū)暫不考慮；對于nonHSDPA碼資源或功率，二者之一超標(biāo)10 h以上即需要擴(kuò)容。

4 無線網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容方案的制定

基于2011年底用戶的預(yù)測，對需擴(kuò)容的扇區(qū)進(jìn)行連片處理，并計算出全網(wǎng)應(yīng)新增載扇數(shù)。

4.1 擴(kuò)容小區(qū)的分布

只有當(dāng)一個Node B超過1/3的小區(qū)需要擴(kuò)容載波時，才判定該基站需要擴(kuò)容。結(jié)合上述核算算法和判定方法，全網(wǎng)需擴(kuò)容載波站點(diǎn)分布如圖4所示。

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

4.2 載波擴(kuò)容區(qū)域的確定

4.2.1 本次擴(kuò)容區(qū)域取定依據(jù)

對于零星話務(wù)熱點(diǎn)，不建議設(shè)置孤島式多載波基站；對于大面積高話務(wù)區(qū)域，若達(dá)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(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改善，則可以考慮連續(xù)成片區(qū)域基站升級為多載波基站。

4.2.2 載波擴(kuò)容結(jié)果

根據(jù)載波擴(kuò)容核算如下內(nèi)容：

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

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

本期擴(kuò)容后載波區(qū)域分布如圖5所示。

5 結(jié)束語

本次擴(kuò)容規(guī)劃采用的基于指標(biāo)分析與容量消耗測試的容量規(guī)劃方法，與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容規(guī)劃方法相比，其依據(jù)是以往歷史數(shù)據(jù)，不加入假設(shè)因素，能真實反映小區(qū)內(nèi)的用戶分布、鄰區(qū)干擾和小區(qū)內(nèi)的無線正交性等情況，因此結(jié)果更真實可信。2011年上半年網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容的效果表明，這套方法準(zhǔn)確有效，能夠較好地支撐用戶與業(yè)務(wù)不斷發(fā)展的需要，始終給用戶提供較好的網(wǎng)絡(luò)體驗。

由于網(wǎng)絡(luò)在各個階段的增長趨勢不同，不能一次擴(kuò)容規(guī)劃就保證了若干年后的容量，因此擴(kuò)容規(guī)劃將是一個長期持續(xù)的過程，應(yīng)提前預(yù)警、提前規(guī)劃，讓用戶一直有優(yōu)良的體驗，同時最大程度上降低運(yùn)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