WCDMA无线网络容量规划

WCDMA无线网络容量规划,京移通信设计院有限公司无线通信研究所,目录,容量规划的原则扩容策略容量规划的流程极限容量计算爱尔兰容量预算信道板的计算仿真分析UTRAN接口容量计算影响因素增强方法,容量规划原则,WCDMA无线网络规划是按照“一步规划、分步实施”的原则进行，容量规划也需要根据这个原则制定分步实施的策略，确定本次规划的时期（Phases）和区域（Area）;充分满足发展需求，扩容在各个阶段适当超前放号；根据各个区域的容量增长需求特点，各种扩容点针对需求提前一定的时间；由于WCDMA系统覆盖和容量是相互关联相互影响的，因此后期扩容应以尽量不影响覆盖为原则并且扩容需对网络改动小，不能对网络运营产生影响，扩容后保证网络质量不受影响；扩容时充分考虑可操作性，由于WCDMA系统各个小区之间导频干扰，规划时如果采用增加站点的方式，必须对相邻的所有小区重新规划，尽量在成熟稳定的业务区不增加新站；,一步规划，分步实施,系统目标,容量规划流程,基站数目计算流程,扩容策略举例-密集城区,扩容策略举例-普通城区,扩容策略举例-城郊地区,紧急扩容-突发高话务区,突发高话务地区的特点:位置：处于中心城市，属于永久性固定集会场所；时间：使用时间具有不连续性，所以基站利用率低。服务：以话音为主，尽管用户绝对数量大，但是以应急话音通信为主，部分区域需要提供高速数据业务。比如体育馆、展览馆,紧急扩容策略,增加GSM应急通信车，把语音呼叫转移到GSM；调整和邻小区的导频功率、切换、小区选择和重选门限，将用户推到邻近小区，减少阻塞小区和邻区的软切换；启动第二频点及异频切换机制，转移话音用户；使用较低的编码速率，减少每用户的容量消耗,紧急扩容策略举例-“运维工厂”RRU的解决方案,将多个RRU共用“运维工厂”提供的同一个基带资源池，实现了忙、闲分时复用的策略，同时通过将不同空间的话务集中处理实现了资源的空间复用。这样通过对多扇区大容量基带资源池的分时复用，实现了突发高话务的接纳，使得资源利用率高，运营成本大幅降低。,容量规划关键性能指标,并发用户数系统中同时通话的用户数数据吞吐量在某个载频的每扇区或者小区在一段时间内传输的系统有效数据系统负载小区当前吞吐量与理论上最大吞吐量的比值阻塞率与延时域：阻塞率域：延时、延时概率,WCDMA容量含义,软容量-为了减少干扰，保证业务质量而拒绝新的用户接入-同样为减少干扰，系统可能会拒绝高速业务而允许占用资源少的低速业务申请-在网络繁忙时，降低某种业务质量要求而减少资源占用硬容量-NodeB发射功率-OVSF码资源-NodeB信道板资源,小区容量计算,上行链路负荷因子下行链路负荷因子上行极限容量下行极限容量,上行链路负荷因子,-用户j在物理层的激活因子Eb/N0-每比特的信号能量除以噪声谱密度，用以满足预先规定的业务质量(如误比特率)。i小区干扰比W-WCDMA码片速率Rj-用户j的比特率W/Rj处理增益,下行链路负荷因子,j-用户j的信道正交系数。由多径传播引起ij-用户j接收的其他小区功率与接收到的本小区的功率之比-用户j在物理层的激活因子Eb/N0-每比特的信号能量除以噪声谱密度，用以满足预先规定的业务质量(如误比特率)。,上行极限容量,i-小区干扰比,-用户j在物理层的激活因子。话音业务的典型值为0.67；数据业务1。,Eb/N0-每比特的信号能量除以噪声谱密度，用以满足预先规定的业务质量(如误比特率)。,下行极限容量,-用户的信道正交系数。由多径传播引起ij-用户接收的其他小区功率与接收到的本小区的功率之比Eb/N0-每比特的信号能量除以噪声谱密度，用以满足预先规定的业务质量(如误比特率)。SHO-软切换开销，一般取30%40%左右,一定假设下的单业务极限容量,多业务环境下同时通话的用户数,计算出每种业务的上下行链路负荷因子，计算出给定小区负载下特定业务组合每种业务的用户数,上行链路50%负载下两种业务组合用户数,下行链路75%负载下两种业务组合用户数,极限容量-OVSF码资源受限,WCDMA系统是个码分多址系统，不同的用户或不同的信道是用码字进行区分的，所以码字资源对容量也是一个限制因素在下行链路，OVSF码用于区分不同的物理连接，OVSF码不仅要分配给不同的用户，还要分配给公共物理控制信道:主导频信道P-CPICH、主公共控制物理信道P-CCPCH、寻呼指示信道PICH、捕获指示信道等AICH、辅公共控制物理信道S-CCPCH。外场测试中某厂家的码资源分配策略如下：主导频信道P-CPICH和主公共控制物理信道P-CCPCH分别占用扩频因子SF=256的0分支和1分支；捕获指示信道等AICH和寻呼指示信道PICH分别占用扩频因子SF=256的2分支和3分支；辅公共控制物理信道S-CCPCH占用SF=64的1分支。CS12.2,CS64，PS64，PS128，PS384业务，它们的下行扩频因子SF分别为128，32，32，16，8。码资源受限时极限容量应分别为124，31，31，15，7,容量预算（基站预算）,坎贝尔模型基站预算,坎贝尔模型,坎贝尔信道,ri=呼叫到达率ai=相对基本业务信道的业务资源强度bi=平均呼叫保持时间,坎贝尔业务总量=,业务资源强度a:,坎贝尔模型,坎贝尔信道数=（基站基本业务信道数-基本业务信道的业务资源强度）/坎贝尔信道=（基站基本业务信道数-1）/坎贝尔信道,基站预算,根据话务模型，利用坎贝尔方法计算出规划区内CS域业务的坎贝尔信道c和坎贝尔业务总量。考虑软切换及限制小区负载的情况下，计算出单小区极限容量，随之得出单小区的坎贝尔信道数。然后根据ErlangB公式在2%的阻塞概率要求下，一个3扇区基站3倍的坎贝尔信道可以提供f(坎贝尔信道数，2%的阻塞概率)Erl*3的坎贝尔业务量。f是根据ErlangB表查找可以提供的Erl服务量的函数。初步基站数量=坎贝尔业务总量/基站坎贝尔业务量在得到基站预算数目后，对PS域数据业务进行核算：根据PS域业务的平均延时要求(1s)和ErlangC模型，确定剩余容量的利用率；核算CS域剩余容量是否满足PS域数据承载需要；不能满足要求,则根据数据承载需要增加基站预算。,基站预算举例,某地区3G业务发展分布,基站预算举例（续）,选取语音业务为基本业务，首先根据公式计算出NodeB的坎贝尔信道c，根据上图数据可以计算得到：坎贝尔信道c=1.134个基本语音信道计算NodeB的坎贝尔信道数。对于给定的负载n（本例假设基站设计的负载为50%），三扇区基站可提供Mpole*n*3个基本语音信道，预留30%的切换信道。Mpole为小区的语音极限容量，由以上介绍所给的极限容量的计算公式可以计算得出，本例假设Mpole为120。NodeB单扇区的坎贝尔信道数=36.2根据ErlangB公式计算或查ErlangB表，36.2*3个坎贝尔信道在2%的阻塞率下可提供27*3Erl的坎贝尔业务。计算出CS域的混合业务总量，即CS域的坎贝尔业务总量。CS域的坎贝尔业务总量=（7200*1+135*3.3）/1.134=6742Erl计算基站数目基站数=坎贝尔业务总量/基站能够提供的坎贝尔业务量=84,基站预算举例（续）,PS数据业务核算的具体过程如下：1由上述内容知30万用户根据CS业务提供的基站数量是84个，单扇区支持36个坎贝尔信道数，在2%的阻塞率下单扇区可提供27Erl的坎贝尔业务。那么每小区剩余27/36=25%的信道或容量。PS域数据业务利用剩余信道或容量开展业务。2根据PS域业务的平均延时要求（1s）和ErlangC模型，确定剩余信道的利用率为95%。核算PS域信道利用率，根据Internet业务属性特征，PS域每个分组的大小为480bytes（例如：384kbps承载,呼叫保持时间0.01s，64kbps承载,呼叫保持时间0.06s），PS域综合时延1s，得出如下信道的利用率：其中A为业务量（Erlang），C为信道数，H为平均呼叫保持时间。4单扇区支持36个以语音业务为基本业务的坎贝尔信道数，那么剩余容量可以提供的数据量是：36*12.2*84*3*95%*25%*3600=94630Mb/H5从上表可以看出，实际需要提供的总数据量是7500Mb/H。显然基站的剩余容量足以提供。,基站预算举例（续）,分析PS域目前有一种预算方法是将PS域业务与CS域业务等效看待，然后使用CS域业务的预算方法对基站进行预算。我们认为PS与CS业务等效预算的方法不能充分利用PS域的时延特征，本报告目前的方法有利之处在于充分使用CS域剩余容量，且利用PS域的时延特征，能够减少基站预算,从而最终的基站预算量适度。在建网初期数据业务量比较少的情况下应用此方法是合理的。,信道板（CE）计算,CS域：通过坎贝尔模型计算出坎贝尔业务量，查ErlangB，得出所需的坎贝尔信道数。PS域：通过坎贝尔模型计算出坎贝尔业务量，查ErlangC，得出所需的坎贝尔信道数。一般以语音业务为基本业务，将PS域业务折算成语音业务信道。所需的信道板数：,容量仿真分析,公式计算得到的结果有限，而且在计算公式中引入较多的假设条件实际系统中，UE分布位置的不同也会造成所受到的干扰不同系统中影响容量的因素和参数众多，而且参数相互之间耦合理论上的容量预测结果可能误差较大通过仿真，模拟系统工作过程，得到更加精确的系统容量分析结果，以便合理估计网络规模和投资规模。,UTRAN接口容量计算,Iub接口容量估算RNC数目估算Iu接口需求带宽估算Iur接口需求带宽算,UTRAN体系结构,Iub，NodeB与RNC之间的接口。承载用户的所有业务的数据、信令，以及相关的额外开销。Iu-CS，RNC与MGW/MSS之间的接口。承载用户的语音以及电路交换数据业务的信息，信令，以及相关的额外开销。Iu-PS，RNC与SGSN之间的接口。所有的包交换业务经由Iu-PS接口到SGSN.Iur，RNC之间的接口。用于软切换。,CS域协议栈,PS域协议栈,各业务相关各层开销比例,输入参数及计算假设,需要运行商或无线网络规划业务模型方面输入的参数：总用户数(Subs)话音用户数电路交换域数据业务（CSD）每业务用户数分组交换域数据业务（PSD）每业务用户数基站数NumberofBaseStations忙时平均话务量AverageVoicetraffic/busyhour忙时平均CSD业务量忙时平均业务量话音业务承载速率(e.g.12.2kbps)CSD业务承载速率(e.g.CS64kbps)PSD业务承载速率(e.g.384kbps)Uu接口阻塞率话音业务激活因子(e.g.VAF=0.67)在接口容量的计算中，假设如下：数据域重传和缓冲区开销：26.5%软切换因子：30%Iub信令开销：10%Iur信令开销：12%Iu信令开销：1%,Iub接口容量估算-考虑因素,在进行Iub接口容量估算需要考虑以下因素：业务流量。信令开销。操作与维护开销。ATM传输开销。软切换产生的宏分集余量小区负载因子对于PS域，还需要考虑数据重传问题,Iub接口容量估算计算实例输入参数,输入参数假设：Uuinterfaceblockingprobability=2%SHO=30%VAF=67%Voice=10mErl/subs.(AMR12.2)CSdata=5mErl/subs.(CS64)PSdata=35MB/month/user(averagemonthlyusage/user),(PS128k)500subscriber/BTS350BTS(1+1+1configuration)对分组交换域数据业务的忙时定义：25天/月忙时业务量定义：每天平均业务量的8,Iub接口CS域接口容量的计算,每基站CS域平均业务量（CS域话音业务和CS域数据业务）根据平均业务量利用Erlang公式计算所需信道数(ErlangB表)=ErlB(7.5Erl/BTS，2%Gos)=14Channels考虑到软切换开销计算所需信道数SHO=30%(软切换因子)=14*1.3Chs=19Channels其中：考虑到FP、AAL2、ATM层开销计算Iub接口CS域话音业务吞吐量Activerate12,2kbps=activeratewithATM=18.9kbpsSilentrate0kbps=silentratewithATM=4.5kbps考虑到FP、AAL2、ATM层开销计算Iub接口CS域数据业务吞吐量参考上表得到CS域64k数据业务各层开销为23，所以：,Iub接口PS域接口容量计算,每基站每用户PS域每天平均业务量和忙时业务量考虑到软切换和数据重传开销计算PS域每用户忙时业务量考虑到FP、AAL2、ATM各层开销计算PS域数据业务量,Iub接口总量计算,累计CS域和PS域业务量，并考虑到Iub接口10信令开销，计算Iub接口容量得到：,RNC数量的确定,基站数目受限numBTSs表示区域内所有的基站数目，btsRNC表示可以连接到一个RNC的最大基站数目。fillrate2表示有关最大容量的富余值。载波数目受限numCarries表示区域内所有的载波数目，carriesRNC表示可以连接到一个RNC的最大载波数目。Fillrate3表示有关最大容量的富余值。,RNC数量的确定,Iub接口容量受限tpRNC是Iub最大容量，fillrate4表示有关最大容量的富余值，voiceTP=voiceErl*bitratevoice*(1+SHOvoice)CSdataTP=CSdataErl*bitratecsdata*(1+SHOcsdata)PSdataTP=avePSdata*PSoverhead*(1+SHOpsdata)公式中各项参数的含义：voiceErl，CSdataErl:：RNC下的区域忙时每个用户期望的爱尔兰值avePSdata:：平均每个用户数据业务的流量。PSoverhead:：包括FP和第二层（MAC及RLC）开销和数据重传的开销。SHOvoice，SHOcsdata，SHOpsdata:软切换因子，一般取30%-40%。,RNC数量计算实例输入参数,计算RNC需要的输入参数（实际计算时要根据真正采用的版本下的容量来规划）：Iub接口最大容量130Mbit/s最大载波数768最大基站数256RNC最大容量上限70%Uu接口阻塞率2%软切换因子SHO30%话音激活因子VAF=67%Voice业务量10mErl/subs.(AMR12.2)CS域数据业务量5mErl/subs.(CS64k)PS域数据业务量35MB/month/user(averagemonthlyusage/user),(PS128k)每基站用户数500subscriber/BTSRNC支持基站数350BTS(1+1+1配置)PS域忙时业务量定义：25天/月忙时业务量定义：每天平均业务量的8,RNC数量计算实例,基站受限时需要的RNC个数=载频受限时需要的RNC个数=,Iub接口容量受限所需RNC数目,在Iub接口容量受限时，有两点需要注意：1在RNC的处理能力计算时，语音业务的信道容量是16kbps。2在RNC的处理能力计算时，包交换业务需要考虑以下开销：Userdatarate+SHO+L2_OH+FP。其中，估计L2_OH为15（Retransmission=10%,RLC_OH=5%)。例如，对于PS128kbps的业务，FP的开销为(58/1443=3)。计算过程包括业务量计算和业务量计算,CS域业务量计算,每基站CS域平均业务量（CS域话音业务和CS域数据业务）根据平均业务量利用Erlang公式计算所需信道数(ErlangB表)=ErlB(7.5Erl/BTS，2%Gos)=14Channels考虑到软切换开销计算所需信道数SHO=30%(软切换因子)=14*1.3Chs=19Channels话音业务业务量计算CS域数据业务业务量计算,PS域业务量计算,每基站每用户PS域每天平均业务量和忙时业务量考虑到软切换、RLC、MAC、FP开销计算PS域每用户忙时业务量PS域忙时业务量,Iub受限需要的数量,总的RNC中的话务量Iub受限时需要的RNC个数=根据不同的公式算得三个不同得所需RNC数目值，在实际网络规划中，会取其中最大得数值，在这个例子中，最大RNC数目是3.3个，意味着至少要部属4个RNC，其中三个具有最大容量得RNC,而另外一个RNC可以取较小得配置,Iu接口需求带宽估算,Iu-CS-话音业务-实时数据业务-信令开销和各协议层开销Iu-PS-非实时类数据业务-AAL5等各协议层开销-信令开销,Iu-CS话务量计算输入参数,输入参数如下：500subs/BTSVoice10mErl/subsCSdata5mErl/subs87BTSs/RNCRNCBlocking0.1%Voicerate=14.15kbit/s(withATMOHandVAF)CSdatachannel78.7kbit/s(withATMOH=64kbit/sx1.23)Iusignaling1%,Iu-CS话务量计算,话音业务量和所需信道数CS域