數據業務資源優化與分流策略

【摘要】近年來，隨著智能手機與移動互聯網業務的普及，數據業務呈現爆發式增長趨勢，如何優化資源配置實現數據業務分流成為中國移動網絡建設與運營亟待解決的難題。本文首先對數據業務發展及承載現狀問題進行介紹，結合GSM、TD、WLAN、LTE四網協同與定位，對GSM系統的數據業務資源優化技術方法進行具體分析，并對TD、WLAN、LTE的手機數據業務分流技術和策略進行探討。

【關鍵詞】數據業務資源優化數據分流四網協同

一、引言

近年來，隨著智能手機的迅速普及，中國移動的數據業務呈現爆發式增長的趨勢。智能手機集成了手機、電腦和互聯網的綜合特性，具有強大數據和網絡功能，大大促進了移動互聯網業務的發展。2012年，全國有31%的手機用戶使用智能手機，87%的智能手機用戶至少每周使用數據業務[1]。智能手機應用已延伸到社交、游戲、教育、醫療和辦公等各個領域，以微博、微信為代表的眾多應用，帶來了數據流量的激增，網絡資源消耗不斷提升。

然而，統計顯示，由于TD-SCDMA與WLAN網絡的分流比例仍處于較低水平，高速增長的數據業務大部分仍承載在2G網絡上。在2G網絡所承載的數據業務中，85%由瀏覽類業務和即時通信類業務構成。由于2G網絡本身的信道配置機制與即時通信類業務的短包特性不匹配，導致大量的控制信道和業務信道被占用，對2G網絡質量及網絡擴容帶來很大的壓力，網絡面臨的主要問題包括：

（1）數據業務對2G網絡質量產生負面影響

一方面，由于數據信道沒有下行功控，導致在熱點區域的底噪抬升，增加了網絡干擾，造成C/I下降，導致同等質量要求的電平越來越高，影響了網絡質量。另一方面，網絡的半速率業務比例高，語音業務質量下滑。廣東某城市G，2013年1月忙時數據業務信道占總業務信道比例達到40%，半速率語音業務高達20%。與全速率信道比較，半速率信道抗干擾能力弱，在網絡干擾嚴重時半速率語音質量下降。統計顯示，當C/I在15以下時，語音MOS值即無法保證在3.0以上。部分熱點區域，載波達到滿配置，頻率復用度高，半速率信道語音質量下降明顯，影響用戶感知。

（2）PDCH承載速率有待提升

2013年1月城市G全網每PDCH平均承載速率約為4.5kbps，仍有較大的提升空間。2G網絡的資源配置策略與其承載的業務本身的特性不一致是PDCH承載速率不高的主要原因。

一方面，數據業務的不連續性使PDCH信道無法達到每時每刻都在發送數據，PDCH的實際使用無法達到理論狀態。終端和網絡頻繁交互會導致大量業務信道和控制信道資源被占用。PDCH信道被占用期間，存在大量的動態PDCH信道建立、延時釋放等待等沒有數據流量的“虛占用”情況，占用業務信道的時間遠大于實際傳輸數據的時間，很大程度上影響了PDCH的資源承載速率。

另一方面，現網中不同數據業務類型對信道承載速率影響很大。其中，FTP、彩信、HTTP等大流量業務承載速率較高，微信、QQ等小流量業務承載速率較低。過多的小流量業務產生大量的數據業務請求，造成控制信道資源不足，導致尋呼丟失。

（3）TD-SCDMA和WLAN網絡分流比例偏低

TD-SCDMA網絡的利用率仍處于較低的水平，城市G 2013年1月的TD網絡利用率為45%，部分區域仍存在網絡深度覆蓋不足、質量差等情況，很多數據業務仍承載著2G網絡上，TD網絡的數據業務分流比例偏低。

而WLAN網絡由于受到認證、用戶習慣及熱點覆蓋分布等因素影響，其承載的流量主要來自數據卡、筆記本電腦，對手機終端數據業務的分流比例也處于較低的水平。

由于大量的數據業務需求仍承載的2G網絡上，2G網絡利用率和資源需求比例過高，TD和WLAN網絡利用率和資源需求比例偏低的矛盾比較突出，如何優化資源配置實現數據業務分流成為中國移動網絡建設與運營亟待解決的難題

二、四網協同定位介紹

中國移動對于GSM/TD-SCDMA/LTE/WLAN四網協同的總體定位[2]如下：（1）GSM網絡是中國移動語音業務的主要承載網絡。GSM網絡優先疏通語音業務量，在保證語音質量的前提下，可適度承載手機終端的移動數據業務量。（2）TD-SCDMA網絡主要承載手機終端的移動數據業務，在GSM網絡資源緊張的區域也要能夠有效起到替代GSM網絡來疏通語音業務量的作用。（3）TD-LTE是中國移動無線蜂窩網絡發展的未來，是中國移動高帶寬、高質量無線寬帶業務的主要承載網絡。（4）WLAN是中國移動無線寬帶網絡的重要組成部分，是無線蜂窩網絡承載移動數據業務的重要補充。WLAN網絡主要承載筆記本電腦、手機及第三方WiFi終端的互聯網數據業務。

本文將結合GSM、TD-SCDMA、LTE、WLAN四網協同總體定位，重點對數據業務資源優化方法和分流技術及策略進行詳細分析和探討。

三、GSM系統的數據業務資源優化方法

3.1優化業務信道配置機制

在話務忙時壓縮數據業務信道資源消耗，在話務閑時改善數據業務感知，通過數據和話音資源錯峰使用，能有效提升網絡質量。

（1）控制動態PDCH配置數量。通過調整ODPDCHLIMIT參數，合理控制動態PDCH在信道中的比例，減少數據業務可用的信道數，在半速率高的情況下為CS業務提供盡可能多的信道數，有利于保障語音業務質量。

（2）提高TBF復用度。對業務熱點地區，現網較多信道資源被QQ、微信等低價值業務占用，每個PDCH吞吐量較小，TBF復用度偏低。針對業務需求，通過調整TBFLIMIT提高TBF的復用度，可相應提高PDCH承載速率，提高資源利用率。但提高TBF復用度，減少PDCH激活數量，可能會降低部分用戶下載的最大峰值速率。

城市G采用愛立信無線設備，其數據業務參數配置策略如下：

PDCH承載效率=下行TBF平均業務傳輸時長/（下行TBF延遲釋放時間+下行TBF業務傳輸傳輸時長）

如現網數據業務傳輸時長約為0.55秒，如果將下行TBF延遲釋放時間由2.4秒縮短到0.5秒，理論上PDCH承載效率可以由原來的20%提升到約50%，單PDCH的吞吐量可以得到明顯提升。

但下行TBF延遲釋放時間如果設置太短，可能會引起過多的TBF必須在CCCH上建立，導致CCCH信道出現擁塞，在參數設置時需要綜合平衡。增加上、下行TBF延遲釋放參數值，可減少PS立即指配消息的發送次數，可降低CCCH資源消耗。TBF釋放時延過長會降低單PDCH的承載速率，資源的使用效率會降低，應根據現網業務情況進行優化。

不同場景下的數據業務構成不同，延長PDCH釋放時延所帶來的影響是不同的。實測顯示，在QQ、微信等數據業務流量高的工廠區域，尋呼擁次數降幅明顯，而商業區和住宅區效果不明顯。應針對不同區域的數據業務使用特點對PDCH延時釋放時長進行優化。

3.2開啟MCCCH功能

隨著業務量高速增長，用戶數量的不斷增加，CS業務和PS業務的大幅提升，造成用于傳送尋呼消息、立即指配消息和隨機接入消息的公共控制信道（CCCH）資源嚴重不足；致使大量的業務信令被丟棄，嚴重影響網絡性能和用戶感受。

MCCCH（Multiple CCCH，多CCCH）是GSM PHASE 2標準中基于3GPP標準的一項新的功能，需要PHASE 2以上版本手機支持。它的目的在于緩解由于大量尋呼和立即指派消息而引起的公共控制信道資源不足的情況。

MCCCH允許最多配置4個CCCH信道。除了原有的配置于第0個時隙的CCCH信道外，新的CCCH信道位于BCCH載頻的第2、4、6個時隙。每個時隙包含9個CCCH塊。如果某一時隙沒有任何信令需要傳輸，則發送空閑脈沖。

MCCCH一般適用于業務信道請求和立即指派消息遠遠超過CS業務的高校、商業區、大型體育場館、機場、車站等PS業務量較大的場景，適用于中秋國慶等重大節假日、賽事演出、寒暑假話務波動引起的高峰負荷等時段。應用時，應根據實際話統情況對存在較多尋呼超時的小區開啟MCCCH功能，增加CCCH，做好話務高峰時段的信道配置。

3.3CS尋呼優先

用戶頻繁使用PS業務時會產生大量PS業務的信令，如PS的立即指派消息。在一般網絡模式下，CS業務（話音、短信）與PS業務都使用相同的公共控制信道來發送尋呼和信道的立即指派消息。系統默認的優先級順序為優先發送立即指派消息，再發送尋呼消息。當PS業務量較大時，將產生大量的立即指配消息，導致CS尋呼擁塞，覆蓋區域電話接通困難，短信發送延遲大，用戶感知差。

增加CCCH信道數量可以一定程度緩解了CCCH擁塞的問題，但隨著數據業務的進一步發展，僅僅依靠增加CCCH不一定能完全解決數據業務熱點的尋呼擁塞問題。在高用戶密度區域，仍有很多小區存在尋呼擁塞，而過多的邏輯劃分會增加優化工作的難度。

由于終端用戶對于CS業務（話音、短信）的敏感度很高，對于PS業務的敏感度相對低一些，在CCCH資源擁塞的情況下，可考慮引入CS尋呼優先功能，延遲或拒絕一些PS業務的接入請求而優先發送CS尋呼消息從而提升終端客戶的滿意度。設置時不能簡單地將CS尋呼的優先級提高，應采用實時監測、靈活調度的方式來處理CCCH擁塞情況下的CS尋呼的發送，以減少對PS業務的影響，

3.4建立基于業務及用戶優先等級的數據資源分配機制

為提升資源利用效率，可針對不同業務、不同優先級用戶實習差異化服務策略，建立基于業務及用戶優先等級的數據資源分配機制。

）

四、數據業務分流技術與策略

4.1TD網絡對手機數據業務的分流

加強TD網絡的覆蓋優化與TD-2G互操作優化，加快GSM用戶及業務向TD網絡遷移，實現TD網絡對終端和業務的有效承載，是分流手機數據業務的重要技術手段。

4.1.1完善TD網絡連續深度覆蓋

（1）加強TD基站覆蓋建設。通過提高TD網絡站點密度，完善TD連續覆蓋和深度覆蓋能力，提高TD在數據業務的分流比例。重點解決現網中的覆蓋盲區和弱覆蓋區，對現有TD網絡已覆蓋區進行精細化優化補點，數據熱點區域通過宏蜂窩、街道站、分布系統、Femto基站多種形式實現連續深度覆蓋，進一步提升TD-SCDMA網絡質量和性能。TD網絡覆蓋以城市數據業務熱點區域及GSM網絡頻率緊張區域為重點，同時根據數據業務發展需求，加強TD網絡在人口密集、經濟發達城鎮的廣度覆蓋范圍。（2）通過TD網絡新技術應用部署提升網絡覆蓋能力與網絡質量，見表2。

4.1.22G/TD互操作參數設置

通過優化2G/TD重選、切換等互操作參數設置，實現數據業務的有效分流。2G/TD互操作遵循影響最小原則，盡量減少對目前已經成熟、穩定的2G系統的沖擊，避免對2G網絡進行大量的升級工作；同時遵循切換最少原則，盡可能減少切換次數，保持業務的穩定性；體驗最優原則，盡可能保證用戶享受到高質量的服務。

在互操作參數設置上，一般采取以下策略：

（1）小區駐留策略

為了減少GSM網絡壓力，并提高TD-SCDMA網絡的利用率，盡量將TD用戶的所有業務盡量承載在TD-SCDMA網絡上。

·TD-SCDMA用戶優先選擇接入TD-SCDMA網絡；

·設置切換參數，盡量減少TD-SCDMA與GSM的系統間切換；

·TD-SCDMA用戶離開TD-SCDMA網絡覆蓋范圍時，進行UTRAN空閑狀態到GSM空閑狀態的小區重選；

·TD用戶在GSM網絡下發起的PS業務，通過2/3G重選到TD網絡，通過參數配置實現在用戶在發起PS業務時，容易重選到TD網絡。

（2）小區切換策略

在TD-SCDMA與GSM網絡間進行切換時，需要考慮切換最小原則，并減少切換算法的復雜性。

·基于擁塞的業務切換：在TD網絡空閑時避免大量的2/3G切換和重選互操作；

·FAST RETURN技術：語音業務掛機后快速重選回到TD網絡；

·CS域業務單向切換：在CS域業務進行時，只考慮從TD-SCDMA系統向GSM系統的切換，如果切換時目標小區接入失敗，UE返回TD-SCDMA小區；

·PS域業務雙向切換：PS域業務進行時，可以進行TD-SCDMA系統與GSM系統之間的雙向切換；

·TD-SCDMA系統只設置與900頻點的異系統小區。

4.2WLAN網絡對手機數據業務的分流

WLAN網絡承載適用于在高速業務需求的熱點區域，提供高接入速率、低QoS的互聯接入服務，用于分流2G/3G網絡高帶寬數據業務，低成本承載不斷增長的移動互聯網流量。但目前WLAN的認證方式復雜，終端接入不便利，導致手機WLAN客戶體驗較差。WLAN目前承載的數據業務以數據卡、筆記本電腦為主，對手機數據業務的承載比例較低，應通過多種措施加快數據業務向WLAN網絡分流。

（1）簡化WLAN認證方式

根據WLAN的演進與部署路線，未來將可能首先采用PEAP認證方式，第一階段基于證書認證網絡側身份，建立TSL隧道，第二階段基于用戶名和密碼認證用戶身份。遠期則采用（U）SIM認證，即基于用戶（U）SIM卡進行WLAN認證和密鑰協商，實現自動認證；借助（U）SIM卡，WLAN網絡可以自動識別進入覆蓋區域的手機用戶，為相關業務提供服務。

（2）完善WLAN網絡的熱點精確覆蓋

WLAN建在熱點區域才能對GSM/TD進行有效分流。因此，應綜合分析GSM/TD數據業務分布、終端類型、應用類別、用戶習慣等，通過數據業務地圖精確定位GSM/TD數據業務熱點，實現WLAN的精確建網，從而達到有效分流GSM/TD數據業務流量的目標。

4.3LTE網絡是未來數據業務分流主力

LTE（Long Term Evolution，長期演進）技術具有更高的數據傳輸速率、更低的傳輸時延，其下行峰值速率為100Mbps，上行峰值速率為50Mbps，用戶面時延（單向）小于5ms，控制面時延小于100ms，其采用1.25MHz～20MHz靈活的可變帶寬，以OFDMA多址接入和MIMO多天線為基礎，是一個以優化分組數據域業務傳輸為最終目標的新一代移動通信標準。

TD-LTE網絡是中國移動未來高帶寬、高質量無線寬帶業務的主要承載網絡，目前該網絡正在加快建設與完善當中，預計將成為中國移動未來數據業務分流的主力網絡。為實現高速數據業務承載，TD-LTE系統采用了OFDM、MIMO、鏈路自適應、HARQ、快速MAC調度、小區間干擾消除等關鍵技術[3]。

（1）OFDM技術。OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復用）是一種特殊的多載波傳輸方案。OFDM結合了多載波調制（MCM）和頻移鍵控（FSK），把高速的數據流分成多個平行的低速數據流，把每個低速的數據流分到每個單子載波上，在每個子載波上進行FSK。LTE系統下行多址方式為正交頻分多址（OFDMA），上行則采用單載波頻分多址（SC-FDMA）技術。OFDM與傳統的多載波調制（MCM）相比，OFDM調制的各個子載波間可相互重疊，并且能夠保持各個子載波之間的正交性。選擇OFDM的一個主要原因在于該系統能夠很好地對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。（2）MIMO多天線技術。下行利用公共天線端口，LTE系統可以支持單天線發送（1x），雙天線發送（2x）以及4天線發送（4x），從而提供不同級別的傳輸分集和空間復用增益。利用專用天線端口以及靈活的天線端口映射技術，LTE系統可以支持更多發送天線，比如8天線發送，從而提供傳輸分集、空間復用增益同時，提供波束賦形增益。（3）鏈路自適應技術。鏈路自適應技術可以通過兩種方法實現：功率控制和速率控制。一般意義上的鏈路自適應都指速率控制，LTE采用AMC（Adaptive Modulation and Coding，自適應編碼調制）技術，eNode B能夠根據UE反饋的信道狀況及時調整不同的調制方式（QPSK、16QAM、64QAM）和編碼速率，使數據傳輸及時跟上信道的變化狀況。對于長時延的分組數據，AMC可以在提高系統容量的同時不增加對鄰區的干擾。（4）HARQ技術。HARQ（Hybrid Automatic Repeat reQuest，混合自動重傳）是一種前向糾錯FEC和重傳ARQ相結合的技術。HARQ與AMC配合使用，為LTE的HARQ進程提供精細的彈性速率調整。LTE技術中的HARQ技術采用了增量冗余HARQ，方法是通過第一次傳輸發送信息bit和一部分冗余bit，進而通過重傳發送額外的冗余bit，如果在第一次傳輸完成后沒有成功解碼，則可以通過重傳更多的冗余bit去降低信道編碼率，從而能夠實現更高的解碼成功率。（5）快速MAC調度技術。MAC調度不僅控制復用、優先級處理和HARQ，也控制資源分配、天線映射和調制編碼方式。LTE調度周期為1ms，通過快速調度技術，實現上下行數據傳送的資源優化，最大化系統吞吐量。LTE系統支持頻域的信道調度和速率控制。分組調度算法主要采用最大C/I算法、輪詢算法、正比公平算法3種，其中正比公平算法最為常用。（6）小區間干擾消除。小區間干擾消除技術方法包括：a）加擾：LTE系統充分使用序列的隨機化避免小區間干擾；b）跳頻傳輸：目前LTE上下行都可以支持跳頻傳輸，通過進行跳頻傳輸可以隨機化小區間的干擾；c）發射端波束賦形以及IRC：通過此技術可提高期望用戶的信號強度，降低信號對其他用戶的干擾；d）小區間干擾協調：主要是以小區間協調的方式對資源的使用進行限制，包括限制哪些時頻資源可以使用，或者在一定的時頻資源上限制它的發射功率；e）功率控制：包括小區間功率控制和小區內功率控制。

五、結束語

數據業務高速增長下的資源配置優化與數據業務分流是中國移動面臨的一個重大難題。本文首先對數據業務發展及承載現狀問題進行介紹，結合GSM、TD、WLAN、LTE四網協同與定位，對GSM系統的數據業務資源優化技術方法進行具體分析，并對TD、WLAN、LTE的手機數據業務分流的技術手段和策略進行深入探討。數據業務資源優化和數據業務分流需要多種手段綜合解決，相信隨著相關網絡、終端的不斷發展與完善，數據業務將由2G網絡更大規模地向TD、WLAN和LTE分流，數據業務的承載與資源配置將更趨合理。

參考文獻

[1]愛立信. 2012中國城市通信行為研究報告[R]. 2013年3月.

[2]廣東移動.中國移動廣東公司2013-2015年滾動規劃無線網規劃指導意見和配置原則[R]. 2012年6月.

[3]王映民，孫韶輝等. TD-LTE技術原理與系統設計[M].人民郵電出版社. 2010年6月.