3G无线网络的容量问题和优化方案的探讨.doc

3G无线网络的容量问题和优化方案的探讨 研究所 朱艳云【摘 要】：本文探讨了3G无线网络可能遇到的容量问题，并给出了相应的优化方案；最后给出了容量优化的分析思路。【关键词】： 3G 容量 优化方案 一、 引言在3G建网之后，随着用户的增多，业务的发展，容量的问题就会逐渐暴露出来，因此容量优化工作也会变得越来越重要。由于自干扰的特点，使得3G系统的容量优化工作将变得更为复杂。本文以WCDMA系统为例，主要讨论WCDMA系统无线侧的容量问题及相应优化手段，并且对容量的指标和容量优化的分析思路进行了初步的探讨和总结。二、 WCDMA系统的容量特点和受限因素在GSM系统中，系统的容量是由时隙和载波数决定的，它是一个固定的值。而在WCDMA系统中，由于其自干扰特性以及覆盖、容量和质量之间的相互影响相互转换，使得WCDMA系统没有单一的最大容量的固定值，体现了软容量的特点。在WCDMA系统中，主要有四个因素导致容量受限：1）下行发射功率：当基站达到最大发射功率，将不能再接入新的用户；2）上行干扰：当基站处接收到的干扰超过一定程度时，将不能再接入新的用户，限制了系统的容量；3）下行OVSF码资源：用于区分不同的用户，精确的说是区分不同的物理连接；其数量是有限的。如果传播环境理想并且网络规划和硬件都支持高容量，下行链路的容量会受到OVSF码数目的限制。4）CE资源：信道板资源，当所配置的信道数目低于实际需求时，就会导致用户的接入数目限制。三、 WCDMA系统的容量问题及优化方案WCDMA系统由于容量可能导致的问题，归纳起来，其原因通常包括三个方面：一是随着业务的发展，话务量逐步增大导致的系统过载；二是话务模型的变化导致系统过载；三是由异常情况引起的能够同时接入的用户数目少或吸收的话务量减少。在GSM系统中，为解决容量问题通常采用的手段为加站，加载波以及应急通信车，但是与GSM系统不同的是，WCDMA系统的容量和覆盖不是相互独立的，使得其优化手段更加复杂多样。1、 正常业务量增长造成的过载问题随着业务的发展，3G话务量逐步增大，原有的网络可能会不能承载日益增加的话务需求，就会造成系统的过载。在此我们分为热点区域或个别小区的业务量过载和整个网络大面积的业务量过载这两种情况分别进行说明。（1） 小范围或者个别小区的业务量过载在3G网络发展中期，用户数目增加，高速数据业务获得发展，在市区可能会出现一些热点地区发生话务拥塞，对于这种小范围或者个别小区的业务量过载，可以采取以下手段：1）相邻小区间话务量分流通过把话务量分流到相邻小区的方法缓解热点小区的拥塞状况，即当热点小区与相邻小区的负荷有较大差异时，我们通过调整切换区域、调整呼叫接入时的目标小区和切换目标小区等参数调整的方法，在尽可能不影响业务质量的前提下，将系统负荷从热点小区向相邻负荷轻的小区转移，实现小区间负荷平衡，达到分流话务量的目的。2）系统间话务量分流除了向同系统的相邻小区分流话务之外，我们还可以采用向2G系统分流话务量的方法，将3G语音业务切换到2G网络上。3）物理扩容当通过参数调整仍然不能解决话务拥塞的问题，这时我们只能采取物理的扩容方式，一般在热点小区中数据业务的下载较多，下行容量受限，那么扩容可首先采取发射分集、加功放、智能天线以及扇区化的方式缓解拥塞状况，除此之外，加载波也是一种很有效的方式。（2） 大面积的业务量过载在网络发展后期，用户数目比较庞大，此时会出现大面积的业务量过载，对此可以采取如下手段：1）系统间话务分流WCDMA网络已发展成熟，我们不能采用系统内的负荷均衡来进行缓解，我们可以采取系统间负荷均衡的方法，也可根据负荷和业务种类来选择网络，如语音由GSM网承担，高速数据业务由WCDMA网承担的方式。2）物理扩容如果3G业务发展良好，当出现大面积的业务量过载时，最有效的手段还是进行物理扩容，一般可以采取加载或加站的方式。具体采取哪种手段，要根据实际情况以及规划时的策略决定，对于密集城区，在规划阶段由于考虑到后期扩容加站较复杂，通常以较高负载较密的站距进行布站，所以在后期扩容我们采用加载波的方式，而对于郊区以及农村等地区规划时以较稀的站距布站，可首先采用加站的方式进行扩容，当业务量发展一定程度时，再采取加载波的方式。另外需要注意的是，加站这种扩容手段虽然直接增加了系统的资源，但会给其它小区带来负面影响，一是给邻小区造成了更多的干扰，从而影响其它小区的覆盖和容量；二是加站可能会带来导频污染。所以我们在加站前一定要先进行仿真，之后通过实际的路测进行验证。2、 话务模型变化造成的过载问题（1） 话务模型随时间地域变化在实际的网络中，用户分布和话务分布都不是恒定的，尤其要注意的是相同的地区在不同的时段话务量可能相差都很大，比如办公楼话务量的高峰期是上午9：00到下午6：00，其它时间（晚上）的话务量是很低的。商场话务量的高峰期是在节假日的上午10：00到晚上8：00。而体育馆一般晚上话务量较高，白天话务量较低。如下图所示：图1 话务模型随时间地域的变化对于这种话务量集中在特定时段的情况，应该是在规划阶段就应考虑解决的问题，但是由于话务波动性较大，如果发生忙时过载，可通过以下手段进行优化： 将话音业务速率降低，以容纳更多用户； 对高速数据业务降速或掉话，以接入更多的话音或低速数据业务； 将话音业务分担给同覆盖的GSM小区； 提高本小区的切入门限，限制用户的切入；降低本小区的切出门限，尽量将用户切出本小区，将话务量分担到相邻小区； 调整资费，实现削峰平谷等。采取以上方式，只是对话务量有一个缓解作用，能够在一定程度上保证设备的资源利用率。如果要从根本上解决这个问题，可以通过扩容的方式（加载波、加站），以话务量的峰值进行资源配置，当然这是以牺牲资源利用率，提高投资成本为代价的。（2） 突发业务量引起的过载在网络建设及不断演变的过程中，可能会遇上某些地区容量突然“供不应求”的情况，话务量急升，导致用户呼损情况严重。比如体育馆，当有比赛或演唱会的时候，话务量会剧增，而平时几乎没有话务量；再比如展览馆，当有展览或招聘会时，话务量剧增。对于GSM系统可以通过增加应急通信车来进行扩容，而对于WCDMA系统，由于其自干扰的特点，若通过增加同频应急车扩容，相当于加站，这可能会产生更糟糕的结果，反而影响本小区的正常通信，甚至也会对其他小区产生干扰。目前来说，当那些不能预料的高话务突发时，可以采用以下手段： 增加GSM应急通信车，并把语音呼叫转移到GSM； 使用异频应急通信车，进行负荷分担； 提高本小区的切入门限，限制用户的切入；降低本小区的切出门限，尽量将用户切出本小区，将话务量分担到相邻小区； 使用较低速率的话音业务，以容纳更多用户； 同覆盖的GSM小区可承担一部分话音业务； 使用第二频点及启动异频切换机制，转移语音用户； 对PS域采取灵活的资源分配及调配策略；比如将PS域业务的承载速率降低， 覆盖优化也是一种方式，如调整本小区的下倾角，使本小区覆盖范围缩小，以换得容量的增益，但是这种方式会对覆盖产生影响，一般情况下不要采用。3、 容量异常问题容量异常是指由于一些原因系统的容量没有达到预期的目标，这些原因主要包括由于干扰过大或外界干扰影响导致系统容量下降，参数设置的不当限制了用户的接入，以及一些意外因素导致小区吸收话务锐减等。（1） 干扰造成的容量下降问题在WCDMA系统中，干扰是决定系统容量的关键因素，干扰越大系统的容量就越小。由于WCDMA系统本身是一个自干扰系统，所以它的干扰要区分是网内干扰还是网外干扰，引起网内干扰的因素很多，弱覆盖、越区覆盖、高站、导频污染、话务热点位于小区边缘处都会引起本小区内干扰加大，降低系统容量；高负载的小区也容易干扰相邻小区，因此在WCDMA系统中，控制好小区的覆盖范围、保证覆盖质量以及均衡各个小区的负载对于系统的容量是非常重要的。如果是越区覆盖或高站引起的网内干扰，那么在找出干扰源小区后，通过加大其下倾角，调整方位角，减小导频发射功率或者业务信道最大发射功率，降低其对别的小区带来的影响，当然上述操作需要从全局着眼，以免舍本逐末，造成不连续覆盖；如果是弱覆盖引起的网内干扰，则需要提高本小区的覆盖质量，通过加大发射功率等增强覆盖；如果是由高负载邻区引起的干扰过大，那么采取拥塞控制、负荷均衡等手段降低或分担邻区负荷，以降低干扰，提升容量。如果是网外干扰，那么就应该进行相关的电磁干扰测试，并把相关结果提交无线电管理机构解决。在2004年的3G外场测试中，就曾发现在三里河和甘家口地区接入用户后，经常掉话，通过在RNC维护台上，监测该上行接收带宽总功率，发现上行频段存在较强的干扰。在3G试验网没有用户分布的情况下，正常情况下NodeB上行底噪大概为105dB左右，而实际发现小区上行底噪为-93.5dB左右，最恶劣情况时底噪抬高到了85dBm，说明外界存在干扰。而且这种干扰在中午和下午5点以后基本消失，且公休日没有干扰。根据干扰产生的时间规律这一特征，可推断为人工干扰；后经查甘家口海军总医院和中国航天大楼附近存在干扰，在中国航天大楼内部（内有国防科工委部门）安装有专门干扰手机信号的阻断器。对于这种干扰目前尚无有效的手段避免。（2） 参数设置不当导致的容量没有达到目标参数设置不当也会导致容量问题的出现，在WCDMA系统中，影响到容量的参数很多，如功率配比和功率控制参数、软切换参数、准入控制参数、拥塞控制参数、负载均衡参数等。1）功率配比和功率控制参数若分给业务信道的发射功率过小，就会导致能够同时接入的用户数目少；若分配业务信道的发射功率过大，公共信道的发射功率过小，会影响小区的覆盖。另外，在功率控制中，如果业务所要求的目标误块率值（Bler Target）过小，也会消耗更多的功率，从而降低系统的容量。2）软切换参数如果软切换参数设置不当，若软切换区过大就会占用系统容量；软切换区过小导致异常掉话现象，切换掉话率高；3）准入控制参数准入控制能够使系统根据当前的负荷情况来判断是否接入用户，防止业务接入后由于干扰的攀升使系统不稳定，同时又能使低速率的业务尽量被接入，最大限度地提高系统的容量。如果准入控制门限设置过低，会限制接入的用户数，而设置过高会使系统干扰过大，不能保证系统的稳定性；而适当设置负载均衡的参数，可以有效的实现小区间负荷平衡的目的。4）拥塞控制参数拥塞控制是通过降速或掉话等手段将系统从拥塞状态恢复到稳定状态。当小区负荷超过所设置的门限时，启动拥塞控制，采取将业务进行降速、掉话等处理方式，降低系统的负荷。若拥塞控制门限设置过高，就会使系统很容易处于不稳定状态而不能恢复；若拥塞控制门限设置过低，则很容易启动拥塞控制，将业务掉话或降速，损害了用户体验。5）负荷均衡参数当相邻小区的负荷有较大差异时，系统通过调整呼叫接入时的目标小区和切换目标小区等方法，在尽可能不影响业务质量的前提下，将系统负荷从负荷重的小区向负荷轻的小区转移，实现小区间负荷平衡的目的。负荷均衡门限差值设置过大，会不容易发生切换，起不到负荷均衡的效果；若设置过小，则频繁发生切换容易造成信令过多，同时也会占用过多系统资源，造成系统容量损失。合理设置这些参数不仅能够最大化系统容量，而且也进一步保证系统的稳定性。所以一定要根据实际情况进行合理的设置和调整。（3） 异常的超闲小区异常的超闲小区通常由于一些意外情况造成，比如天线前方新出现广告牌，或有新的建筑物，导致天线被遮挡，信号不能到达即定地区，吸收的话务大大降低；或者天馈出现了问题，如天线被刮倒、进水、馈线断掉等都会导致基站不能够吸收应有的话务量。因此在进行网络优化的时候，一定先要保证基站工作正常，确保物理参数（天线方向、倾角、位置等）和系统参数（切换、功控、功率配置等）正确，然后再进一步分析，找到解决问题的方法。在WCDMA系统的容量优化手段中，物理调整（加功放、加站、加载波等）是为了增加容量，参数调整是在保证系统稳定性的基础上最大化系统容量，因此，包括在日常的容量优化中， 建议首先通过参数调整最大化利用系统容量，如果参数调整不能解决问题，再采用物理调整增加系统容量。另外需要注意的是在进行以容量优化为目的的调整中，要尽量避免对覆盖产生负面影响。四、 容量指标和容量优化思路进行容量优化，是因为当前网络出现了容量问题，或者是网络设备和资源的利用率没有达到最优化，那么是通过什么发现这些问题呢？一般需要观测以下指标进行判断：1）小区载频接收功率：反映系统的上行负荷状况。2）小区载频发射功率：反映系统的下行负荷状况。3）OVSF码资源利用率：反映下行码资源的使用情况。4）CE的利用率：反映CE资源的使用情况。5）Iu/Iur/Iub接口带宽利用率：反映各个接口资源的使用情况。6）CS域话务量：反映会话类业务的话务量。7）PS域流量：反映PS业务的总流量。8）各种速率业务的用户数：反映使用各种业务的用户数目。9）由于负载原因RAB建立拒绝的次数：反映小区的过载情况。10）拥塞控制导致的掉话次数：反映小区的过载情况。11）软切换比例：反映软切换的情况 。12）过载小区比例：反映网络的过载情况，用于判断是否进行大规模扩容。在WCDMA系