校園特定區(qū)域LTE FDD系統(tǒng)容量需求分析方法

王利果，王樹輝

（北京中網(wǎng)華通設(shè)計(jì)咨詢有限公司，北京 100070）

0 引 言

當(dāng)代大學(xué)生是伴隨著高科技成長(zhǎng)起來的一代，是感知和消費(fèi)高科技產(chǎn)品信息的敏銳群體，接受新鮮事物的能力較強(qiáng)。在無線網(wǎng)絡(luò)用戶使用群體中，大學(xué)生無疑是各大運(yùn)營(yíng)商爭(zhēng)相發(fā)展的潛在優(yōu)質(zhì)客戶，因此校園市場(chǎng)成為各大運(yùn)營(yíng)商的必爭(zhēng)之地。

高校校園作為運(yùn)營(yíng)商戰(zhàn)略性發(fā)展市場(chǎng)，用戶龐大且需求特點(diǎn)明顯。手游及短視頻分享APP的發(fā)展風(fēng)發(fā)泉涌，致使高校宿舍區(qū)域?qū)肪W(wǎng)絡(luò)的需求愈加迫切，因此更好的容量規(guī)劃變得尤為重要。

1 校園特點(diǎn)區(qū)域容量規(guī)劃分析

1.1 校園容量規(guī)劃流程

校園容量規(guī)劃在無線網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)中是非常重要的一環(huán)。容量規(guī)劃需要針對(duì)用戶特色需求和用戶行為模型對(duì)不同區(qū)域進(jìn)行分析規(guī)劃，整體流程如圖1所示。

圖1 容量規(guī)劃整體流程圖

高校校園宿舍區(qū)域?qū)o線網(wǎng)絡(luò)需求特征明顯，主要為瀏覽在線視頻的高速率需求和玩手游時(shí)的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)需求。針對(duì)校園用戶的這兩個(gè)特征需求，建立單用戶行為模型時(shí)，需對(duì)相應(yīng)行為模式進(jìn)行測(cè)算調(diào)整。

1.2 校園單用戶行為模型分析

行為模型分析的主要目的是計(jì)算每個(gè)用戶的吞吐量，然后根據(jù)小區(qū)的平均吞吐量計(jì)算小區(qū)需求數(shù)量。現(xiàn)有的LTE FDD網(wǎng)絡(luò)的行為模型比較陳舊，是根據(jù)3G現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的統(tǒng)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步的推算，主要適用于國(guó)外人口密度較小的密集城區(qū)[1-2]。

近幾年，我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展迅猛，在線視頻業(yè)務(wù)在用戶行為中占比日益增重，視頻電話、視頻會(huì)議、流媒體的承載速率需要重新測(cè)算。

根據(jù)在線視頻的分辨率，可計(jì)算視頻原始數(shù)據(jù)量：

目前，主流視頻壓縮算法為H.264，根據(jù)視頻原始數(shù)據(jù)量以及壓縮率即可計(jì)算出最小承載速率。不同分辨率視頻最小承載速率如表1所示。

目前，手機(jī)各大在線視頻網(wǎng)站標(biāo)注的等級(jí)普遍比行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)低一個(gè)等級(jí)，因此在線觀看1 080 P視頻時(shí)，無線網(wǎng)絡(luò)滿足720 P視頻測(cè)算的播放速率下限要求即可（網(wǎng)速大于3.07 Mb/s）。480 P視頻主要用于視頻電話及視頻會(huì)議，要求無線網(wǎng)速大于1.36 Mb/s。

高校校園宿舍區(qū)域用戶玩手游和在線觀看視頻時(shí)間占據(jù)較大比例。針對(duì)高校用戶行為特點(diǎn)，更新視頻業(yè)務(wù)最小承載率、在線游戲和流媒體BHSA次數(shù)以及會(huì)話持續(xù)時(shí)間，建立校園單用戶行為模型如表2所示。

表1 不同分辨率視頻最小承載速率

表2 校園單用戶行為模型

其中，BHSA為單用戶忙時(shí)會(huì)話嘗試，會(huì)話時(shí)長(zhǎng)指每個(gè)會(huì)話的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度，會(huì)話激活因子為每個(gè)會(huì)話的數(shù)據(jù)傳輸所占比例，誤塊率是指會(huì)話過程中保障業(yè)務(wù)質(zhì)量所需的誤碼率。

后4G時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)按照4G滲透率100%測(cè)算。根據(jù)校園單用戶行為模型計(jì)算可得，單用戶忙時(shí)吞吐量為319.23 kb/s。

1.3 小區(qū)平均吞吐量

3GPP規(guī)范中定義了不同的MCS、RB承載下的數(shù)據(jù)塊數(shù)量（TBS），即在一個(gè)子幀/傳輸時(shí)間間隔（TTI）時(shí)間內(nèi)的最大傳輸比特?cái)?shù)量。TBS限制了4G上下行信道的峰值速率。MCS越大，4G下行峰值速率越大。這是因?yàn)镸CS越大，相應(yīng)的系統(tǒng)開銷越小，但對(duì)信道質(zhì)量的要求越高。在20 MHz下行系統(tǒng)帶寬（即下行分配100個(gè)RB）、使用最大MCS方式2×2 MIMO雙流傳輸?shù)那闆r下，4G下行峰值速率可以達(dá)到149.78 Mb/s。在相同RB下，LTE系統(tǒng)的上行峰值速率與單流下行峰值速率相同。當(dāng)系統(tǒng)帶寬為20 MHz時(shí)，上行峰值速率為75.376 Mb/s。

實(shí)際情況中，由于負(fù)荷和干擾的影響，無線小區(qū)的實(shí)際吞吐量遠(yuǎn)小于理論峰值速率。影響小區(qū)吞吐量的主要因素是小區(qū)激活用戶數(shù)和資源分配算法。

高校校園宿舍區(qū)域，用戶分布和活躍時(shí)間集中度較高。分析規(guī)劃覆蓋所需小區(qū)數(shù)量時(shí)，使用小區(qū)平均吞吐量測(cè)算。

由于實(shí)際容量遠(yuǎn)不能達(dá)到理論峰值，模擬仿真的效果更接近于無線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際容量。LTE系統(tǒng)在不同帶寬下的下行平均吞吐量參考值如表3所示。

表3 不同帶寬下下行平均吞吐量參考值

1.4 需求小區(qū)測(cè)算

根據(jù)小區(qū)平均吞吐量、單用戶忙時(shí)吞吐量測(cè)算規(guī)劃需求小區(qū)數(shù)量。

其中，單用戶忙時(shí)業(yè)務(wù)吞吐量根據(jù)用戶行為模型測(cè)算獲得。

1.5 根據(jù)實(shí)際套餐資費(fèi)測(cè)算小區(qū)容量

除了根據(jù)用戶行為模型測(cè)算覆蓋區(qū)域小區(qū)需求數(shù)量以外，還可以根據(jù)覆蓋區(qū)域內(nèi)用戶實(shí)際套餐資費(fèi)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，依據(jù)用戶每個(gè)月平均業(yè)務(wù)量作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測(cè)算實(shí)際小區(qū)需求數(shù)量。

根據(jù)覆蓋區(qū)域用戶實(shí)際套餐資費(fèi)測(cè)算小區(qū)需求數(shù)量方式，如表4所示。

表4 根據(jù)覆蓋區(qū)域用戶實(shí)際套餐資費(fèi)測(cè)算小區(qū)需求數(shù)量方式情況

依據(jù)測(cè)算結(jié)果以及覆蓋區(qū)域用戶數(shù)，可測(cè)算出實(shí)際小區(qū)需求數(shù)量。

2 實(shí)際案例

2.1 根據(jù)用戶行為模型測(cè)算容量

云南省某職業(yè)學(xué)院目前在校學(xué)生人數(shù)23 700人，聯(lián)通市場(chǎng)滲透率約為42%。該職業(yè)學(xué)院建筑分布圖，如圖2所示。

根據(jù)市場(chǎng)發(fā)展訴求，該職業(yè)學(xué)院需要主要解決學(xué)生宿舍區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。解決需求的重點(diǎn)在于解決高負(fù)荷，需要根據(jù)該區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)和下行感知速率要求估算該區(qū)域?qū)嶋H需要的小區(qū)數(shù)目。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)勘查，5棟公寓樓皆為回型走廊，18、19棟總樓層17層，20、21、22棟11層，18～22棟每層皆為20個(gè)房間，每個(gè)房間6人。

根據(jù)宿舍建筑分布，18棟、19棟學(xué)生人數(shù)為2 040人，20～22棟學(xué)生人數(shù)為1 320人，聯(lián)通市場(chǎng)滲透率約為42%，計(jì)算可得18棟、19棟聯(lián)通用戶數(shù)約為857人，20～22棟聯(lián)通用戶數(shù)約為555人。

圖2 職業(yè)學(xué)院建筑分布圖

根據(jù)校園單用戶行為模型測(cè)算結(jié)果，校園單用戶峰值忙時(shí)吞吐量為798.08 kb/s，聯(lián)通LTE FDD系統(tǒng)占據(jù)系統(tǒng)帶寬為20 MHz。根據(jù)仿真結(jié)果，2×2 MIMO情況下聯(lián)通LTE FDD小區(qū)平均吞吐量為33.8 Mb/s，計(jì)算得出聯(lián)通4G單小區(qū)可支持用戶數(shù)為43.37戶。

根據(jù)宿舍區(qū)域內(nèi)聯(lián)通用戶數(shù)計(jì)算可得，18棟、19棟分別需新建19.76個(gè)小區(qū)，20～22棟宿舍樓需要新建12.78個(gè)小區(qū)。

2.2 根據(jù)套餐容量測(cè)算

高校校園內(nèi)聯(lián)通用戶資費(fèi)套餐以大王卡為主，單月流量40 GB。依據(jù)大王卡資費(fèi)套餐測(cè)算單小區(qū)支持用戶數(shù)，結(jié)果如表5所示。

根據(jù)宿舍區(qū)域內(nèi)聯(lián)通用戶數(shù)計(jì)算得出，18棟、19棟分別需新建19.23個(gè)小區(qū)，20～22棟宿舍樓需要新建12.44個(gè)小區(qū)。

3 結(jié) 論

LTE FDD小區(qū)容量規(guī)劃是無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。高校校園作為運(yùn)營(yíng)商市場(chǎng)發(fā)展的戰(zhàn)略高地，LTE FDD小區(qū)容量可否滿足用戶業(yè)務(wù)需求，直接影響用戶感知和市場(chǎng)口碑的發(fā)酵。根據(jù)校園單用戶行為模型或資費(fèi)套餐，可以有效測(cè)算校園特殊區(qū)域容量需求，從而提升運(yùn)營(yíng)商校園市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。