CDMA校園區(qū)域業(yè)務(wù)模型及擴(kuò)容優(yōu)化方法

謝衛(wèi)浩 楊太星 余良智

【摘要】文章介紹了中國(guó)電信校園CDMA網(wǎng)絡(luò)的用戶業(yè)務(wù)模型，分析了其對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源占用的影響，并在此基礎(chǔ)上提出了校園區(qū)域擴(kuò)容規(guī)劃和優(yōu)化的方法建議。

【關(guān)鍵詞】CDMA校園業(yè)務(wù)模型擴(kuò)容優(yōu)化

1引言

自2010年以來(lái)，CDMA網(wǎng)絡(luò)的校園用戶發(fā)展迅速，在河南省、河北省等多個(gè)業(yè)務(wù)區(qū)甚至出現(xiàn)過(guò)用戶大規(guī)模增長(zhǎng)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)資源不足，需對(duì)校園網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行緊急擴(kuò)容的情況。

通過(guò)對(duì)一些大中專(zhuān)院校的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和話務(wù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，本文得出了校園CDMA網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)模型(用戶行為)特點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)資源容易出現(xiàn)瓶頸的因素，并在此基礎(chǔ)上，提出了校園網(wǎng)擴(kuò)容和優(yōu)化的一般方法，希望對(duì)校園區(qū)域無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化工作提供參考。

2業(yè)務(wù)模型分析

現(xiàn)階段，運(yùn)營(yíng)商發(fā)展校園用戶的主要目標(biāo)多定位于大中專(zhuān)學(xué)校。通常，每個(gè)大中專(zhuān)學(xué)校的面積通常不超過(guò)1平方公里，學(xué)生人數(shù)從幾千到上萬(wàn)，放號(hào)用戶規(guī)模在幾千人左右。校園網(wǎng)用戶的終端一般都是手機(jī)，用數(shù)據(jù)卡的很少。部分學(xué)校放號(hào)的手機(jī)，不僅具備通信功能，而且還具備食堂、圖書(shū)館刷卡的增值功能，對(duì)學(xué)生的吸引力很大。

因?qū)W校的各分區(qū)忙時(shí)不同，原則上需要分區(qū)分析，通常劃分為宿舍區(qū)、教學(xué)區(qū)和混合區(qū)，每個(gè)分區(qū)下又有若干個(gè)物理小區(qū)。圖1是某學(xué)校分區(qū)和基站分布的示意圖。

業(yè)務(wù)模型分語(yǔ)音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)兩大類(lèi)，其中數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是校園網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的重點(diǎn)。

為了分析校園用戶的業(yè)務(wù)模型，針對(duì)校園內(nèi)的所有小區(qū)，利用0MC呼叫話務(wù)量統(tǒng)計(jì)和呼叫詳細(xì)記錄(CDT)軟件，連續(xù)多天記錄所有用戶的話務(wù)。

2.1話務(wù)忙時(shí)變化

經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，所有學(xué)校的話務(wù)最忙時(shí)幾乎都出現(xiàn)在工作日晚上：休息日的話務(wù)量普遍偏小，而長(zhǎng)假期間的休息日話務(wù)量則大幅萎縮。

語(yǔ)音業(yè)務(wù)忙時(shí)的特點(diǎn)相對(duì)簡(jiǎn)單，各分區(qū)的最忙時(shí)基本相同，均在21-22點(diǎn)。

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的忙時(shí)則顯示出教學(xué)區(qū)、宿舍區(qū)的明顯差異：教學(xué)區(qū)在工作日會(huì)出現(xiàn)三個(gè)小高峰，分別在上午、下午和晚上，最忙時(shí)在晚上19點(diǎn)或20點(diǎn)：宿舍區(qū)忙時(shí)較晚，在晚上22點(diǎn)，如圖2和圖3所示。

2.2數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)類(lèi)型分析

針對(duì)每天最忙時(shí)，通過(guò)對(duì)基站系統(tǒng)的呼叫詳細(xì)記錄(CDT)原始數(shù)據(jù)和分析軟件分析，至少可區(qū)分6種業(yè)務(wù)類(lèi)型，即反向上傳類(lèi)、前反向?qū)ΨQ(chēng)類(lèi)、小流量、中速率下載、高速率下載等，并輸出每種業(yè)務(wù)類(lèi)型的呼叫連接時(shí)長(zhǎng)比例、數(shù)據(jù)流量比例。

從結(jié)果來(lái)看，小流量類(lèi)和前反向?qū)ΨQ(chēng)類(lèi)用戶占了各校校園網(wǎng)用戶的絕大部分，其余類(lèi)型用戶比例很小。幾個(gè)學(xué)校各業(yè)務(wù)類(lèi)型的話務(wù)量分布如表1所示：

各校區(qū)的業(yè)務(wù)子類(lèi)型的前反向吞吐量性能指標(biāo)統(tǒng)計(jì)如圖4所示。

不同的學(xué)校話務(wù)地理分布特點(diǎn)相似，通常宿舍區(qū)的忙時(shí)話務(wù)量比例最大，教學(xué)區(qū)較小。

2.3統(tǒng)計(jì)小結(jié)

(1)1X數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

◆數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶滲透率高，明顯高于大眾用戶，根據(jù)各校的統(tǒng)計(jì)，滲透率平均達(dá)50％。

◆忙時(shí)用戶平均話務(wù)量較高，達(dá)0.16-0.2Erl，大大高于語(yǔ)音話務(wù)量。

◆激活鏈路平均速率低，前反向鏈路均小于1kbps：高速率業(yè)務(wù)的需求很小。

(2)EV-DO業(yè)務(wù)

EV-DO業(yè)務(wù)模型總體與1X數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接近，仍然以小流量業(yè)務(wù)類(lèi)型為主，區(qū)別在于：

◆小流量業(yè)務(wù)類(lèi)型的平均速率可達(dá)幾kbps，高于1X數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

◆中、高速率業(yè)務(wù)類(lèi)型的話務(wù)比例略高于1X數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，平均速率遠(yuǎn)高于1X數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

3校園區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容和優(yōu)化方法

在對(duì)業(yè)務(wù)模型有充分認(rèn)識(shí)之后，無(wú)線規(guī)劃和優(yōu)化的目標(biāo)將更加明確。

3.1資源瓶頸

從上文可知，校園網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)是用戶規(guī)模大、高度密集、話務(wù)遷徙規(guī)律明顯、每用戶平均話務(wù)量大、平均速率低。在這種情況下，CDMA網(wǎng)絡(luò)容易出現(xiàn)瓶頸的因素有：

(1)CE擁塞：在CE資源配備不足的基站，或者下掛幾個(gè)小區(qū)都忙的基站，容易出現(xiàn)。

(2)馬力資源擁塞：針對(duì)1X系統(tǒng)的6700信道板而言，當(dāng)小區(qū)內(nèi)激活用戶數(shù)較多時(shí)，一旦有高速率用戶接入，容易出現(xiàn)馬力不足。

(3)Walsh碼／Maclndex擁塞：如果基站的CE數(shù)量充裕，軟切換、更軟切換比例大。用戶高度聚集的宿舍區(qū)，容易出現(xiàn)小區(qū)的激活鏈接數(shù)達(dá)到理論的極限，例如1X系統(tǒng)的Walsh資源門(mén)限，或EV-DO系統(tǒng)的Maclndex資源門(mén)限。

(4)用戶數(shù)過(guò)載擁塞：如果EV-DO系統(tǒng)的小區(qū)最大激活用戶數(shù)門(mén)限偏低，容易產(chǎn)生過(guò)載。

(5)反向噪聲抬升：表現(xiàn)為基站的反向接收功率(RSSl)大幅上升，超過(guò)正常波動(dòng)范圍，對(duì)本小區(qū)和相鄰小區(qū)容量均造成影響：當(dāng)小區(qū)的軟切換、更軟切換比例小，而且物理資源配置充裕，激活用戶數(shù)接近極限時(shí)，容易出現(xiàn)此現(xiàn)象。

(6)PN資源和鄰區(qū)配置資源：校園用戶高度聚集區(qū)，需要的小區(qū)密度較大，使用傳統(tǒng)的PN規(guī)劃和鄰區(qū)規(guī)劃方法容易遭遇瓶頸。

綜上所述，校園網(wǎng)1X系統(tǒng)的關(guān)鍵資源包括CE、Walsh碼、馬力、空口吞吐量、前向功率等，其中后兩者過(guò)載的可能性相對(duì)較小，因?yàn)樾@小區(qū)覆蓋面積通常不大、用戶速率較低：EV-DO系統(tǒng)的關(guān)鍵資源包括CE、Maclndex、空口容量、激活用戶數(shù)門(mén)限等。

3.2新建和擴(kuò)容規(guī)劃方法

根據(jù)校園網(wǎng)用戶行為的特點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)容量規(guī)劃設(shè)計(jì)階段或擴(kuò)容階段，建議采用以下方法：

(1)分區(qū)原則

◆為體現(xiàn)精細(xì)化的目標(biāo)，校園區(qū)域應(yīng)細(xì)分為教學(xué)區(qū)、宿舍區(qū)、混合區(qū)，各分區(qū)內(nèi)部的用戶行為和忙時(shí)基本一致：

◆不同分區(qū)的容量規(guī)劃應(yīng)以各自的忙時(shí)為準(zhǔn)，對(duì)于混合區(qū)，需要根據(jù)其中教學(xué)樓和宿舍樓的用戶比重，進(jìn)行忙時(shí)判斷。

(2)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)

◆話務(wù)密集區(qū)，盡量建設(shè)以分布式RRU為信號(hào)源的室分系統(tǒng)或室內(nèi)型Gecko，優(yōu)點(diǎn)是覆蓋定位精確，切換比例小，資源利用率高，話務(wù)吸收的效率高。

◆室外宏小區(qū)主要解決話務(wù)非密集區(qū)的覆蓋，或話務(wù)密集區(qū)之間地面的連續(xù)覆蓋，需要注意天線高度和朝向，避免室外與室內(nèi)小區(qū)之間的前向干擾。

◆位于校園外的部分基站，如果小區(qū)朝向校園，分擔(dān)了校園區(qū)域的話務(wù)，則應(yīng)納入校園網(wǎng)統(tǒng)一規(guī)劃。

◆為提高基帶資源利用率，忙時(shí)錯(cuò)開(kāi)的小區(qū)之間，適合歸屬于同一基站，例如圖5，若干個(gè)教學(xué)區(qū)載扇和若干個(gè)宿舍區(qū)載扇歸屬同一BBU，共享CE資源池。

(3)1X載波按語(yǔ)音業(yè)務(wù)專(zhuān)用和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)專(zhuān)用分別設(shè)置，優(yōu)點(diǎn)有：

◆語(yǔ)音作為核心業(yè)務(wù)，不受數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)溢出的影響，安全可靠。

◆語(yǔ)音業(yè)務(wù)的移動(dòng)性和質(zhì)量要求高，可承載于大網(wǎng)連續(xù)覆蓋頻點(diǎn)上(例如283頻點(diǎn))，保障較高的切換成功率：數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在校園內(nèi)外的移動(dòng)性較低，可配置為校園網(wǎng)專(zhuān)用擴(kuò)展載頻。

◆降低規(guī)劃優(yōu)化的難度，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的優(yōu)化措施可針對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)載頻單獨(dú)實(shí)施。

另外，校園面積通常不會(huì)太大，但用戶密集、流動(dòng)性大，為避免換頻切換的頻繁發(fā)生，原則上校園區(qū)域的

小區(qū)載波數(shù)和業(yè)務(wù)屬性應(yīng)保持一致。

(4)突破傳統(tǒng)應(yīng)用模式，創(chuàng)新用戶高度聚集區(qū)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃模式：

◆對(duì)于室內(nèi)信號(hào)源，因?yàn)樾盘?hào)不會(huì)外泄，積極總結(jié)并推廣更小PN_lnc和更小PN復(fù)用距離的規(guī)劃模式，PN_lnc可以采用1，PN復(fù)用甚至可以在校園內(nèi)實(shí)現(xiàn)：當(dāng)然鄰區(qū)規(guī)劃的方法也要做配套改進(jìn)，形成一整套創(chuàng)新方法，突破傳統(tǒng)理論的容量瓶頸。

◆對(duì)于室外小區(qū)，可應(yīng)用劈裂天線，將3扇區(qū)分裂為6扇區(qū)；或通過(guò)降低天線高度、使用大角度電下傾天線、降低前向發(fā)射功率等方式，分裂假設(shè)微小區(qū)。

(5)找出瓶頸資源，擴(kuò)容措施有的放矢、有先后順序

網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了資源擁塞并不一定就要擴(kuò)載扇，還要看擁塞資源的類(lèi)型，優(yōu)先擴(kuò)充可以提高小區(qū)容量的資源(例如CE資源)。方法是：

◆利用現(xiàn)網(wǎng)配置數(shù)據(jù)和話務(wù)數(shù)據(jù)，分析得出用戶業(yè)務(wù)模型、軟和更軟切換比例：

◆進(jìn)一步得到小區(qū)每種關(guān)鍵資源可承載的激活鏈路數(shù)量，對(duì)比找出瓶頸資源：

◆當(dāng)瓶頸資源為CE資源，或RC3的Walsh碼，或EV—DO系統(tǒng)的激活用戶數(shù)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先擴(kuò)充這些資源的配置：當(dāng)瓶頸資源為其他資源時(shí)，再用擴(kuò)載扇等更高成本的解決措施。

(6)話務(wù)地理分布不平衡的分析

校園必然存在覆蓋型小區(qū)，這類(lèi)小區(qū)無(wú)需擴(kuò)容，如何精確判斷目標(biāo)擴(kuò)容小區(qū)和需要擴(kuò)容的規(guī)模?這離不開(kāi)話務(wù)地理不平衡的分析，基本方法是：

◆根據(jù)各分區(qū)瓶頸資源分析，和通信阻塞率要求，得到小區(qū)話務(wù)承載能力：

◆現(xiàn)狀話務(wù)量除以小區(qū)話務(wù)承載能力，得到各小區(qū)的現(xiàn)狀資源利用率：

◆根據(jù)用戶規(guī)模增長(zhǎng)的幅度，(現(xiàn)狀話務(wù)量+新增話務(wù)量)／小區(qū)話務(wù)承載能力=將來(lái)資源利用率，如果將來(lái)資源利用率超出理想目標(biāo)資源利用率(缺省值為70％)，表示該小區(qū)需要擴(kuò)容，否則無(wú)需擴(kuò)容：

◆對(duì)需要擴(kuò)容的小區(qū)，根據(jù)現(xiàn)狀載波數(shù)量、現(xiàn)狀利用率、新增話務(wù)幅度，計(jì)算需要擴(kuò)容的載扇數(shù)：

◆匯總統(tǒng)計(jì)每個(gè)分區(qū)需要擴(kuò)容的小區(qū)數(shù)量、需要擴(kuò)容的載扇數(shù)量，輸出全?？傮w結(jié)果。

上述第(5)和第(6)點(diǎn)，計(jì)算量較大，一般利用智能化擴(kuò)容分析工具軟件實(shí)現(xiàn)，可大幅提高工作效率。

(7)DPI業(yè)務(wù)模型分析的引入

本文第2節(jié)從OMC話務(wù)和無(wú)線詳細(xì)話單(CDT)話務(wù)的角度，分析了用戶業(yè)務(wù)模型，這種分析方法還不夠全面。從2011年下半年起，將逐步引入核心網(wǎng)的DPI話務(wù)模型分析功能，以精確識(shí)別用戶應(yīng)用協(xié)議類(lèi)型、精確描繪用戶行為特點(diǎn)，更快捷方便地統(tǒng)計(jì)用戶數(shù)；而無(wú)線側(cè)業(yè)務(wù)模型和DPI業(yè)務(wù)模型相結(jié)合，將成為全面、完善的業(yè)務(wù)模型，給容量規(guī)劃和優(yōu)化提供更理想、充分的統(tǒng)計(jì)依據(jù)。

3.3網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法

在做好規(guī)劃的基礎(chǔ)上，做好配套的網(wǎng)優(yōu)也很重要，建議如下：

(1)配置充裕的物理資源，例如基站的CE資源，原則上此資源不應(yīng)成為網(wǎng)絡(luò)擁塞的原因。

(2)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?yōu)化，降低軟切換比例和更軟切換比例，提高CE、Walsh碼／Maclndex資源效率，提高小區(qū)容量，方式有：

◆傳統(tǒng)的室外小區(qū)RF優(yōu)化；

◆原室外小區(qū)替換為若干個(gè)室內(nèi)小區(qū)。

(3)系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化

◆休眠定時(shí)器優(yōu)化：當(dāng)空口鏈路激活但無(wú)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的占用是一種浪費(fèi)。應(yīng)盡量縮短休眠定時(shí)器值，基站系統(tǒng)的休眠定時(shí)建議不超過(guò)10秒，終端側(cè)的休眠定時(shí)器也應(yīng)做相應(yīng)調(diào)整。這需應(yīng)用軟件廠商和終端廠商配合。

◆高速SCH限制：針對(duì)CDMA 1X系統(tǒng)，高速率用戶對(duì)5500信道板的CE資源或6700信道板的馬力資源消耗較大，因?yàn)樾@網(wǎng)的高速率流量的用戶非常少。為保障全網(wǎng)的性能，可以犧牲極少部分用戶的利益，對(duì)校園區(qū)域用戶最高速率限制為2X或4X，或者忙時(shí)限速、閑時(shí)放開(kāi)。

◆適當(dāng)提高激活用戶數(shù)門(mén)限：針對(duì)EV-DO系統(tǒng)，因用戶平均速率較低，校園每小區(qū)可接納的最大激活用戶數(shù)高于普通商用網(wǎng)的門(mén)限，例如從普通商用網(wǎng)的30-40，提高到70-80；當(dāng)然也不能太高，以反向噪聲抬升幅度限制為準(zhǔn)。

◆降低軟和更軟切換比例：適當(dāng)提高切換門(mén)限，啟用動(dòng)態(tài)軟切換。

(3)增強(qiáng)技術(shù)的應(yīng)用

◆對(duì)覆蓋面積不大的，或現(xiàn)網(wǎng)統(tǒng)計(jì)小區(qū)前向功率有裕量的小區(qū)，1X系統(tǒng)可對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)載頻進(jìn)行RC3到RC4技術(shù)升級(jí)，以提高小區(qū)容量。

◆在語(yǔ)音業(yè)務(wù)方面，下階段可考慮啟用4GV等增強(qiáng)技術(shù)，提高容量，節(jié)省語(yǔ)音載波資源。

◆針對(duì)EV-DO系統(tǒng)，可以考慮開(kāi)啟反向鏈路的PIC(導(dǎo)頻干擾消除)功能，提高小區(qū)可承載的小流量用戶容量。

4結(jié)語(yǔ)

上述大部分規(guī)劃和優(yōu)化的措施，通過(guò)多個(gè)校園業(yè)務(wù)區(qū)的驗(yàn)證，已經(jīng)獲得較好的效果，正在國(guó)內(nèi)進(jìn)一步推廣之中。