WCDMA无线网络容量分析V2[1].0.ppt

wcdma无线网络容量分析 演讲人 杰赛科技 2020 4 20 gciscience technologyco ltd 培训内容 wcdma容量的特点wcdma系统业务模型wcdma系统容量受限因素 无线侧 wcdma基站容量配置及优化wcdma系统扩容策略及门限wcdma双 多 载波组网 wcdma系统的容量与覆盖息息相关wcdma网络的容量具有软容量特性wcdma网络同时承载多种业务 其容量规划是在一定话务模型下的规划 wcdma系统的容量特点 wcdma 自干扰特性 多业务承载 电路型业务和分组型业务共享资源 需要分析混合型业务的容量需求分组型业务的资源占用方式不同 并且峰均比大 系统容量受干扰极限 功率资源 码资源 硬件资源等多方面限制系统容量 干扰极限 与覆盖和质量相关 具有软容量特性 wcdma系统的容量特点 培训内容 wcdma容量的特点wcdma系统业务模型wcdma系统容量受限因素 无线侧 wcdma基站容量配置及优化wcdma系统扩容策略及门限wcdma双 多 载波组网 wcdma系统支持多种业务可变速率业务混合业务高速数据分组业务不对称业务 大容量和灵活的业务承载 wcdma系统业务模型 wcdma系统业务模型 wcdma承载的各业务特点速率不同 导致资源消耗不同电路与分组业务特性不同 分别需要采用不同的容量计算方式上下行对称性不同 需要上下行分别核算容量混合业务承载 需要加强qos管理机制 wcdma系统业务模型 速率不同 导致资源消耗不同 wcdma系统业务模型 cs业务特性 电路业务是持续占用端到端通道的假设呼叫到达服从poisson分布 可采用erlb公式计算模型关键参数 bhca平均忙时呼叫次数平均呼叫持续时间 s 每用户平均忙时话务量 erl 用户 wcdma系统业务模型 电路与分组业务的特性 系统配置 用户行为 业务模型 话务模型结果 话务模型研究内容 wcdma系统业务模型 cs话务模型 cs业务的代表业务是话音业务和vt业务话音用户到达是服从poisson分布的 其时间间隔服从负指数分布 模型关键参数 渗透率bhca平均忙时呼叫次数平均呼叫持续时间s激活因子业务平均速率 kbps wcdma系统业务模型 cs话务模型参数 平均每用户忙时话务量 erlang bhca 平均呼叫持续时间 3600平均每用户忙时吞吐量 kbit g bhca 平均呼叫持续时间 激活因子 平均速率平均每用户忙时吞吐率 bps h 平均每用户忙时吞吐量 1000 3600 wcdma系统业务模型 ps业务特点 分组业务的发起是间歇性的 突发性的 分组业务的信道占用是不连续的 非均匀的 会话 session 用户建立ppp连接到断开ppp连接的整个时间段分组数据呼叫 packetcall 一次会话包括多个数据呼叫 例如 用户的一次页面下载分组包 databurst 每个分组数据呼叫的信息比特都是打成分组包的形式传送的 模型关键参数 平均每用户忙时业务量平均每用户忙时数据流量允许时延 wcdma系统业务模型 业务模型基本参数的确定 通过从实际运行网络中获取大量的样本统计数据 处理得到各参数的概率分布对业务使用情况和业务特点进行推测 计算业务模型 wcdma系统业务模型 typicalbearrate kbps 承载速率 承载速率在实际传送过程中是可变的 bler ps域业务 在计算数据传输时间时需要考虑误块造成的重传 假设业务源的数据量为n 空中接口误块率为bler 则在空中接口上总共需要传输的数据量为 ps业务模型参数 wcdma系统业务模型 用户行为 ps用户行为参数 wcdma系统业务模型 ps用户行为参数 penetratingrate 渗透率所有网内注册用户中开通该业务用户的比例 bhsa 该业务的单用户忙时session次数userdistribution high medium lowend 将用户按其arpu的高低分为高端 中端 低端用户 不同运营商 不同应用场合会有不同的用户分布 wcdma系统业务模型 session业务量 byte 业务的单次session平均业务量数据传输时间 s 业务单次session中用于传输数据的时间holdingtime s 业务单次session平均持续时间 ps业务模型衍生参数 wcdma系统业务模型 激活因子 业务满速率发送的时间在单次session持续时间内所占的比重 每用户忙时吞吐量 kb ps话务模型衍生参数 wcdma系统业务模型 ps业务的容量核算方式 尽力而为 besteffort 方式 时延无限大 存在问题 时延无法保证可能需要无限长的等待 可以考虑峰均比的冗余进行改善混合业务时难以体现qos差异 等效为erl后采用erlb公式 按照电路业务方式计算 存在问题 未体现出数据业务的时延特点 wcdma系统业务模型 ps业务的容量核算方式 坎贝尔 campbell 方式 将用户的各业务构造成一个等效业务 单业务资源强度ai 反映不同业务对无线资源的占用情况 等于该业务带宽比上单位信道带宽 坎贝尔方法综合考虑所有的业务构造一个等效的业务 坎贝尔业务 并计算系统可以提供该等效业务的信道数和总的等效话务 然后得到混合业务的容量估算 因此该方法又称 虚拟业务法 如果一个小区可以提供n个单位信道给分组业务 则相当于提供了n ax个坎贝尔信道给坎贝尔业务使用 对n ax按照erlangb公式 如2 的呼损 计算的业务量除以每用户的坎贝尔业务量 即是小区可以支持的用户数 坎贝尔业务的话务量 则 单业务话务量ei 该业务占用其信道的时间 s 3600 或业务量 bit 承载速率 3600 坎贝尔业务的业务资源强度 按照概率论方法取期望值 wcdma系统业务模型 ps业务的容量核算方式 峰值需求 除了考虑吞吐量的需要 容量配置还需要满足基本的峰值需求 配置方法 hsdpa hsupa 目前商用的终端 hsdpa速率达到7 2mbps cat8 hsupa速率达到2mbps 类别5 一般情况下采用等效erl方法 并考虑基本峰值需求 初期为峰值受限 后期可能在要求较高的场景下 需要采用坎贝尔等容量核算方法 wcdma系统业务模型 上下行对称性不同 需要上下行分别核算容量模型中提供的是下行的平均数据流量 上行平均数据流量可以根据上下行流量比 考虑各速率占比 计算 约为192bps 下行与上行比接近6 1下行与上行数据承载能力之比接近2 1 所以在上述模型下 wcdma的容量主要受限于下行 wcdma一期工程总部业务模型 wcdma系统业务模型 现网统计数据业务模型 注 2010年1月 陕西出现过单用户模型超3000bps的情况 建议现网统计模型低于总部的参照总部执行 为业务发展留有充足余量现网模型远超总部模型的 据实调整 wcdma系统业务模型 全球移动数据业务发展迅速 iphones作为市场部门赢取高端用户的利器受到热捧 同时给容量建设带来了更大挑战 智能终端引领业务增长 wcdma系统业务模型 wcdma系统业务增长 现网统计数据 云南 半年的时间 语音业务和数据吞吐量分别增长了137 和218 wcdma系统业务模型 wcdma系统业务增长 现网统计数据 云南 上下行流量比例差别并不大 平均在1 2左右 容量设计中需要关注 根据各省情况调整 wcdma系统业务模型 wcdma系统业务增长 wcdma系统业务模型 培训内容 wcdma容量的特点wcdma系统业务模型wcdma系统容量受限因素 无线侧 wcdma基站容量配置及优化wcdma系统扩容策略及门限wcdma双 多 载波组网 wcdma网络容量在无线网络部分的受限因素一般包括 上行干扰下行功率下行信道码资源信道处理单元iub接口容量 wcdma系统容量受限因素 在wcdma系统中 所有小区可共用相同频谱 这一点对提高wcdma系统容量非常有利 但也正是同频复用的原因 系统存在多用户间的干扰 这种多址干扰则又限制系统的容量 无线系统容量是由上 下行链路共同决的 规划容量时 必须从上行链路和下行链路两个方面进行分析 wcdma系统的极限容量 wcdma系统容量受限因素 上行干扰分析 上行干扰构成 iown 来自本小区用户的干扰iother 来自邻近小区用户的干扰pn 接收机底噪声 wcdma系统的极限容量 wcdma系统容量受限因素 接收机底噪pnpn 10lg ktw nfk 波尔兹曼常数 1 38 10 23j kt 开氏温度 常温为290kw 信号带宽 wcdma信号带宽3 84mhznf 接收机噪声系数10lg ktw 108dbm 3 84mhznf 3db 宏蜂窝基站典型值 pn 10lg ktw nf 105dbm 3 84mhz wcdma系统容量受限因素 wcdma系统的极限容量 iown本小区用户干扰每一个用户必须克服的干扰 itot pjpj为用户j的接收功率假设功控理想 有 由此 求得pj 本小区用户干扰为所有用户到达接收机功率的和 wcdma系统容量受限因素 wcdma系统的极限容量 iother邻区用户干扰邻区用户干扰难以进行理论分析 与用户分布 小区布局方式 天线方向图等相关定义邻区干扰因子当用户均匀分布时对于全向小区 邻区干扰因子典型值0 55对于3扇区定向小区 邻区干扰因子典型值0 65 wcdma系统容量受限因素 wcdma系统的极限容量 定义 有 wcdma系统容量受限因素 wcdma系统的极限容量 求得 假设所有用户为12 2kbps话音用户 解调门限eb no 5db话音激活因子vj 0 67邻区干扰因子i 0 55 wcdma系统容量受限因素 wcdma系统的极限容量 定义上行负载因子负载因子等于1时 itot达到无穷大 此时对应的容量称为极限容量在前述假设下 极限容量约为96个用户 wcdma系统容量受限因素 wcdma系统的极限容量 根据前述关系 噪声上升 50 负载 3db60 负载 4db75 负载 6db wcdma系统容量受限因素 wcdma系统的极限容量 wcdma典型单业务极限容量 上行 wcdma系统容量受限因素 wcdma系统的极限容量 系统间干扰 直放站引起的噪声上升也意味着容量损失 td scdma与wcdma之间的干扰分析就采用 网间干扰 容量损失 方式 在限定干扰总电平时 直放站引起的噪声 对于wcdma意味着容量损失 所以市区要求rot 0 8db 郊区rot 3db 问题 rru共小区时的容量损失 引申 rru引入噪声和系统间干扰对容量的影响一样吗 wcdma系统容量受限因素 理论分析的局限没有考虑软切换的影响处于软切换状态的用户 产生的干扰略小于普通用户理想功控假设实际系统的功控命令有一定误码 使得功控过程非理想 降低系统容量假设用户分布均匀 邻区干扰恒定 所以 实际网络中的极限容量受多种因素影响 可能大于 也可能小于理论分析的结果 wcdma系统容量受限因素 没有考虑混合业务的影响不同的业务具有不同的数据速率和解调门限 对应有不同的极限容量nmax 则每个连接带来的干扰贡献为1 nmax 所以 其中 x1是该业务的占比 按照总部模型中的业务占比 x 估算得到混合业务的容量 基本和高配置的同时等效连接数接近 wcdma系统容量受限因素 下行发射功率分为两个部分 一部分用于公共信道 一部分用于专用 业务 信道 小区分配给每个用户的发射功率随业务解调门限 传播路径损耗和用户受到的干扰情况而不同 小区下行发射功率被小区内所有用户所共享 wcdma系统容量受限因素 wcdma系统的下行发射功率 下行干扰极限容量 vs 下行发射功率 下行链路需要通过增加下行功率克服干扰 当下行功率耗尽时就意味着达到极限容量 而不必真正达到无穷大 与上行类似的推导方法可以得到总的下行干扰 用相互正交的ovsf码区分 受多径影响会有一部分能量无法被rake接收机检测而成为干扰信号 所以定义正交化因子 邻区发射信号会对当前小区的用户造成干扰 由于使用的扰码不同 这些干扰都是非正交的 假设业务均匀分布 且所有基站的发射功率相等 则 wcdma系统容量受限因素 wcdma系统的下行发射功率 假设功率控制理想 按照解调要求 得到 wcdma系统容量受限因素 wcdma系统的下行发射功率 其中 ij为用户j的邻区干扰因子 定义为 从上述公式中整理得到基站的下行发射功率 plj和plk j分别为基站到用户j的路径损耗和邻区到用户j的路径损耗 wcdma系统容量受限因素 wcdma系统的下行发射功率 根据前述分析 可以定义下行负载因子 当下行负载因子达到100 时 基站发射功率达到无穷大 此时对应的容量为极限容量与上行容量理论计算不同 下行容量计算公式中的 j ij都是与用户位置有关的变量 也就是说 下行容量与用户的空间分布相关 因而只能通过系统仿真确定 wcdma系统容量受限因素 wcdma系统的下行发射功率 下行干扰分析 仿真结果 基站发射功率43dbm 20w 时 支持的最大用户数约为114个一般为了保证系统的稳定 不允许基站平均发射功率超过最大发射功率的80 即42dbm 此时能够支持的用户数为112个提高发射功率可以增加容量 但是增加量小于10 对hsdpa占用功率较多时作用更明显 来源 华为仿真结果 wcdma系统的下行发射功率 wcdma系统容量受限因素 wcdma网络可以使用的码字是sf为4 512的码字 sf越小其支持的数据速率越高 在码树中 可分配的码应满足以下条件 从该码到码树根节点的路径上没有码被分配以该码为根节点的子树中没有码被分配 码分配的原则尽量保留sf小的码字以提高利用率 wcdma系统的下行码资源 wcdma系统容量受限因素 几种常见业务的扩频因子分别为amr12 2kbpssf 128cs64kbpssf 32ps64kbpssf 32ps144kbpssf 16ps384kbpssf 8 hsdpa业务采用的扩频因子sf 16 最大15码字 wcdma系统的下行码资源 wcdma系统容量受限因素 信道处理单元 ce 是逻辑上衡量业务处理占用资源多少的量化数据 业务处理占用资源主要与该业务的数据速率有关 数据速率越高 占用的资源也越多 对于不同厂家设备 各种业务所需要的ce数量存在差异 wcdma系统的ce资源 wcdma系统容量受限因素 如果以amr12 2kbps业务处理所需要的资源定义为一个信道处理单元 则其它业务占用的信道处理单元数量分别为 wcdma系统的ce资源 wcdma系统容量受限因素 wcdma系统容量受限因素 wcdma系统的处理能力是以系统所能处理的ce数目来衡量的 其中一个ce等效于一个12 2kbpsamr语音 其他不同种类的业务信道数量又往往被归一化到基本语音信道数量需求上 语音信道数量一般以ce channelelement 为单位 nodeb支持的信道容量也以ce为单位 由于各厂家nodeb设备的基带处理板所使用的芯片处理能力有所差别 各种业务消耗的ce数量也有所不同 因此各类站型需要配置的ce数量也要在确定设备厂家后 根据具体设备型号进行计算 多数厂家的信道板ce容量是上 下行分开考虑的 ce配置时需要将r99和hsdpa hsupa分别对上 下行分别计算 wcdma系统的ce资源 wcdma系统容量受限因素 ce数计算方法 wcdma系统的ce资源 上行ce 语音用户数 单语音用户消耗上行ce数 vt用户数 单个vt用户消耗上行ce数 ps64用户数 单ps64k消耗上行ce数 hsupa用户消耗ce数 hsupa用户随路信令消耗ce数下行ce 语音用户数 单语音用户消耗下行ce数 vt用户数 vt用户消耗的下行ce数 ps128用户数 单ps128k消耗下行ce数 hsdpa用户随路信令消耗ce数取两者之间的较大值除以单板ce容量并向上取整可以得出需要的信道板数量 培训内容 wcdma容量的特点wcdma系统业务模型wcdma系统容量受限因素 无线侧 wcdma基站容量配置及优化wcdma系统扩容策略及门限wcdma双 多 载波组网 信道板的配置应充分考虑到以下几方面的因素 wcdma的基站容量配置 话音业务的信道配置数据业务的信道配置 应考虑最大吞吐量 最高速率等情况 软切换的信道开销系统控制信道开销 容量配置具体方法1 cs域业务ce资源的配置方法 通过业务量预测得到扇区话务量需求areq 扇区设计话务量ades 设计利用率 基站设计话务量 需要配置话务信道数 总的cs业务ce配置ncs 求和 gos 查erl表 开销信道所需ce数 wcdma的基站容量配置 容量配置具体方法2 ps域业务ce资源的配置方法 分组数据业务的ce资源配置要考虑两方面的要求 一是平均吞吐量的要求二是峰值速率要求 wcdma的基站容量配置 容量配置具体方法2 ps域业务ce资源的配置方法 忙时平均吞吐量tave tave需求ce数nd1 峰均比 单ce数据业务处理能力 峰值速率要求tpole tpole需求ce数nd2 取2者中大者 数据业务ce配置nps wcdma的基站容量配置 容量配置具体方法3 信道板数计算 ncs nps 总共所需单位信道数n 配置信道板数 单板ce数 求和 wcdma的基站容量配置 目前采用的是规格化标准配置 wcdma的基站容量配置 wcdma的容量可能出现在干扰极限 下行功率 下行码资源 ce等多个方面 包括传输 达到干扰极限的场景 扇区之间交叠过大 通过射频优化 减少交叠扇区内干扰过大 调整功控等参数 减少干扰下行功率不足的场景 由于大量用户远离基站导致下行功率过大 站点优化下行功率分配不当 调整功率分配下行码资源不足的场景 软切换 含更软切换 比例过高 每路软切换支路都需要占用sf码 通过射频优化和参数调整 降低软切换率sf码资源调配不当 新接入业务缺少所需要的sf时就形成码资源不足 包括子节点被占用时 改进码资源分配算法ce不足或传输受限 进行设备扩容 载频扩容是最终解决手段 wcdma的系统优化 培训内容 wcdma容量的特点wcdma系统业务模型wcdma系统容量受限因素 无线侧 wcdma基站容量配置及优化wcdma系统扩容策略wcdma双 多 载波组网 摘自 中国联通2010年移动网络建设指导意见 基站预期负荷达到一定门限后 按照以下原则进行扩容 a 首先考虑充分利用现有网络资源 通过网络优化 天线优化 参数优化等 资源调配 license迁移 硬件板卡拆闲补忙 加以解决 不能满足的 考虑新增资源 b 原则上按照规格化的配置模型和步长进行扩容 当某种配置的基站达到扩容门限后 即扩容到下个配置模型 c 多载波区域设置原则对于零星话务热点 可设置孤岛式多载波基站 对于大面积高话务区域 若达到或超过载扇容量门限的基站比例超过20 其它基站接近载扇容量门限 并且无法通过网络优化改善 则可以考虑连续成片区域升级多载波 wcdma基站扩容原则 摘自 中国联通2010年移动网络建设指导意见 rnc扩容 原有rnc扩容 各省应充分结合现网设备厂家性能特点 考虑网络的可持续发展性 rnc主要指标利用率不应高于70 指瓶颈指标 软件及硬件平台扩容严格遵循rnc配置模型阶梯步长 不得出现非标准步长iub iur iucs iups端口可根据实际需求配置 wcdma基站扩容原则 当期扩容 规划期扩容 wcdma基站扩容判断步骤 高负荷门限某一资源的负荷达到此门限时kpi目标开始无法达到系统相对负荷门限 wcdma基站扩容门限 通过调整rbackoff可以提高 降低高负荷门限 拥塞的可能性也随之升高 降低 r4系统高负荷门限确定 该门限的计算方法充分考虑了用户业务体验 hspa系统高负荷门限确定 hspa可以使用r4剩余的所有资源 所以一个hspa用户也可能使用一个小区的所有资源 如下行功率 即使小区的资源使用率为100 并不意味着小区已经无法容纳更多的用户为了更好的表征网络资源和容量的使用情况 引入hspa有限制的资源利用的概念 其中 rhspa是实际测量到的所有用户占用的资源ahspa是激活的hspa用户数rhspa acc是达到可接受的速率所需的资源数 hspa有限制的资源利用 参考门限分为三个方面 其中任意一个满足条件 就可认为扩容条件满足 20天中5天超过门限 第一方面r4话务量 超过45erl第二方面hsdpa业务量 同时满足下面三个条件 可扩容小区用户实际吞吐量50 小区内hsdpa实际的小区平均吞吐率 650kbps 海外扩容门限参考 参考门限第三方面 基于一定的话务模型如 小区同时连接的hs用户数大于15同时 使用hs的时隙比例超过50 海外扩容门限参考 培训内容 wcdma容量的特点wcdma系统业务模型wcdma系统容量受限因素 无线侧 wcdma基站容量配置及优化wcdma系统扩容策略及门限wcdma双 多 载波组网 热点话务区域连续覆盖 业务量需求超出容量门限的小区数超过20 常见双载波组网策略 结合业务发展策略 各种业务比例 负荷选取合适的组网策略 双载波组网策略 双载波组网和业务实现的关键算法包括空闲状态下的ue待机策略 呼叫建立时的业务分层策略 连接状态下的异频切换策略和负荷的均衡切换等 异频小区重选小区禁止 直接rrc建立hsdpa直接rrc建立 公共信道状态hsdpa重定向基于覆盖和质量的异频切换基于负荷的切换 双载波组网和应用关键算法 1 空闲状态下的待机策略 之一异频小区重选 用于将处于空闲模式cell pch cell fach状态的终端重选到另一载波当qqualmeas qqualmin sintersearch时 启动异频小区重选测量根据s准则判断目标小区是否可驻留对所有满足驻留条件的小区进行排序 当前小区 rs qmeas servingcell qhyst2其他小区 rn qmeas nerghbourcell adjiqoffset2排序最高 r值最大 的小区作为重选的目标小区目标小区满足上述条件持续时间超过treselection 小区重选 双载波组网和应用关键算法 1 空闲状态下的待机策略 之二小区禁止算法如果hsdpa层设置了小区禁止 hsdpa呼叫在通过hsdpa直接rrc建立建立在hsdpa层后回到公共信道状态或空闲态 可主动返回r99层 双载波组网和应用关键算法 2 呼叫建立阶段话务分担策略 之一直接rrc建立 在rrc建立时就对系统的负荷进行均衡前提条件 直接rrc建立负荷均衡的2个小区必须是同扇区的直接rrc建立的触发 当前小区负荷必须达到一定门限prxtotal prxtarget drrcprxoffset ldchcell ldrrcptxtotal ptxtarget drrcptxoffsetldchcell lmaxdch lin drrcprxoffset 直接rru建立判决系统比较目标小区和源小区的负荷 只有当源小区负荷大于目标小区时 才进行直接rrc建立 双载波