無線網絡通信需求預測方法的研究

陳冠軍，李鵬

（江蘇省郵電規劃設計院有限責任公司，南京210019）

1 容量規劃

在容量規劃中，一個地區的站點數量取決于移動通信用戶的規模，以及單基站的承載能力。規劃時應結合城市規劃中相關的人口分布格局和流動性特征，選擇合適的業務模型，預測區域內話務量和移動數據吞吐量，確定站點配置，再根據單基站容量得出滿足容量指標的規劃站點數。

1.1 預測方法與參數的確定

通信用戶普及率法是用來預測移動通信用戶規模的常見方法，該算法的基礎數據包括移動電話用戶普及率、各移動運營商市場占有率、城市總體規劃和控制性規劃的預測人口數。

移動通信預測時應考慮規劃期內人口分布變化、移動通信的技術發展等各種因素，如用戶需求變化、移動通信技術進步、語音及數據用戶增長、用戶多運營商選擇等多方面的因素。通信規劃應參照城市通信工程規劃中的規范標準，查詢規劃區所在地市的歷年《統計年鑒》中移動電話用戶的普及率結合人口增長率進行預測，同時需要考慮外來人口、一人多部手機的情況，適當增加因用戶的移動特性引起的冗余度。

1.2 單基站承載能力分析

LTE主要基于OFDM和MIMO技術，影響LTE網絡容量的因素與2/3G各不相同。

1.2.1 系統容量影響因素

理論峰值速率關鍵要看系統帶寬的配置，系統給用戶分配RB數量多，則系統的帶寬就高，系統的吞吐量就大。也就是說，用戶的數據速率是由帶寬資源決定的，而用戶的帶寬資源是由系統分配的，影響系統給用戶分配帶寬資源的是：激活用戶數和資源分配算法。

LTE的最大用戶數受限于上行鏈路的最大用戶數，即PDCCH信道最大支持的用戶數。PDCCH占用的OFDM符號數越多，同時可調度的用戶數越多，系統容量越高，反之越小。

1.2.2 結論

一般情況下，某用戶在使用VOIP進行語音通話時，若98%的數據時延在50ms以內，則認為該用戶是滿意的。如果小區內95%以上的用戶都是滿意的，則認為該小區所能容納的VOIP用戶總數即為該小區的用戶容量[1]。

2 覆蓋規劃

覆蓋規劃側重于解決移動通信信號大范圍面覆蓋問題，規劃時應選取合適的模型進行鏈路預算，根據不同城市場景采用不同的參數計算出規劃站間距，即單基站的覆蓋能力，進而推導出不同密度不同場景下對應的站點覆蓋密度，結合P城市規劃區內空間布局和土地利用性質得出的各區塊內不同土地性質內有效的覆蓋面積，計算出滿足覆蓋指標的規劃站點數。

2.1 規劃區密度分級

①密集市區—中心城市地區

密集市區為一個城市的中心地區，公共設施完備，城市功能集中，是城市核心功能的重要集聚區域。

②普通市區—中心城市連接區域

普通市區位于城市核心地區周邊，是中心地區功能疏解的承接地區，承擔著城市重要的生產職能。

③市郊（縣城）

市郊擁有獨立城市功能的地區及其連接地區，隨著產業化、城鎮化浪潮的發展，這些地區成為城市會展物流、港口、臨港產業和文化旅游等新興產業發展的重點地區，已經成為城市功能的重要組成部分。

④鄉鎮

鄉鎮在空間上不與中心地區相連接，主要分布在市區的外圍地區，功能主要以服務本鎮域的鎮級功能為主。

2.2 單座基站覆蓋分析

一個移動通信基站的覆蓋能力是指該基站的覆蓋區域，通常用該基站的覆蓋半徑來表示。估算一個基站的覆蓋半徑，往往采用鏈路預算的方法。有很多因素都可以影響基站的覆蓋能力，如：基站選用的無線頻率、該基站覆蓋區域的地形地貌、基站天線掛高、基站設備發射功率等等。

單基站承載的理論用戶數=(單載波平均等效話務量*載波數*小區數)/忙時平均每用戶等效話務量。其中，小區數是指每個基站所采用的小區制，典型的為三小區制和六小區制，目前采用普遍采用的是三小區制[2]。

2.2.1 鏈路預算

鏈路預算即估算無線信號在傳播路徑上的損耗，從而測算出某基站在某一方向上的最大傳播距離。據此可以估算出該基站的最大覆蓋面積，從而得出規劃區域內滿足覆蓋要求的最少基站數量。

由COST231-Hata模型路徑損耗計算的經驗公式為：

其中CM為大城市中心校正因子。

在中等城市和郊區場景，CM為0dB；

在大城市中心場景，CM為3dB。

不難得到，其中hte為系統天線掛高。參數設定：

2.2.2 站間距

①站間距計算公式

圖1 站址與密度換算模型

如圖所示，假設六邊形的最長弦為R，兩個基站間的站間距為D，單基站的覆蓋面積為S,則一個基站的覆蓋面積S為8*SQRT(3)*R*R/9，即：S=1.949R2，則 R 為 SQRT(S/1.949)，其中S=Q/M，即R=SQRT((Q/M)/1.949)，可推導出站址密度公式P=2*(760/D)2，式中P為站址密度（座/km2），D為平均站間距。假設覆蓋半徑為200m，則根據上面的例子帶入公式得：D=0.3km，因此站間距約為0.3km。

②站間距與站點密度預測結果

我國的城市化進程越來越快，未來的用戶分布和建筑分布不可能仍然像目前一樣集中，因此在進行網絡結構規劃時，必須要考慮規劃期內的城市建設規劃，各個電信企業除了滿足用戶必需的覆蓋需求之外，還要滿足用戶日益增強的容量需求。因此，在規劃期內以LTE網絡為目標進行規劃，達到邊緣用戶下、上行速率滿足4Mbps/256kbps（下行滿RB），根據各家運營商的制式及頻段，結合鏈路預算結果，同時考慮到城市深度覆蓋的需求，即可測算出不同管控等級下基站站點間距預測。

3 結論

綜上所述，無線通信基站規劃應當綜合考慮覆蓋與容量需求，先分別分析滿足覆蓋需求需要的站點數量和滿足容量需求需要的站點數量，如果兩個數量不等，那么取數值較大者作為該區域規劃的站點需求數量，匯總得出整個規劃區至規劃期末所需的站點規模。再根據整合后的現網站點情況，篩選可以利用的現網站址后，即得出規劃區內各單元區塊近遠期所需新增的站點規模。