無線網(wǎng)絡(luò)通信需求預(yù)測方法的研究

陳冠軍，李鵬

（江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司，南京210019）

1 容量規(guī)劃

在容量規(guī)劃中，一個地區(qū)的站點數(shù)量取決于移動通信用戶的規(guī)模，以及單基站的承載能力。規(guī)劃時應(yīng)結(jié)合城市規(guī)劃中相關(guān)的人口分布格局和流動性特征，選擇合適的業(yè)務(wù)模型，預(yù)測區(qū)域內(nèi)話務(wù)量和移動數(shù)據(jù)吞吐量，確定站點配置，再根據(jù)單基站容量得出滿足容量指標(biāo)的規(guī)劃站點數(shù)。

1.1 預(yù)測方法與參數(shù)的確定

通信用戶普及率法是用來預(yù)測移動通信用戶規(guī)模的常見方法，該算法的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括移動電話用戶普及率、各移動運營商市場占有率、城市總體規(guī)劃和控制性規(guī)劃的預(yù)測人口數(shù)。

移動通信預(yù)測時應(yīng)考慮規(guī)劃期內(nèi)人口分布變化、移動通信的技術(shù)發(fā)展等各種因素，如用戶需求變化、移動通信技術(shù)進步、語音及數(shù)據(jù)用戶增長、用戶多運營商選擇等多方面的因素。通信規(guī)劃應(yīng)參照城市通信工程規(guī)劃中的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，查詢規(guī)劃區(qū)所在地市的歷年《統(tǒng)計年鑒》中移動電話用戶的普及率結(jié)合人口增長率進行預(yù)測，同時需要考慮外來人口、一人多部手機的情況，適當(dāng)增加因用戶的移動特性引起的冗余度。

1.2 單基站承載能力分析

LTE主要基于OFDM和MIMO技術(shù)，影響LTE網(wǎng)絡(luò)容量的因素與2/3G各不相同。

1.2.1 系統(tǒng)容量影響因素

理論峰值速率關(guān)鍵要看系統(tǒng)帶寬的配置，系統(tǒng)給用戶分配RB數(shù)量多，則系統(tǒng)的帶寬就高，系統(tǒng)的吞吐量就大。也就是說，用戶的數(shù)據(jù)速率是由帶寬資源決定的，而用戶的帶寬資源是由系統(tǒng)分配的，影響系統(tǒng)給用戶分配帶寬資源的是：激活用戶數(shù)和資源分配算法。

LTE的最大用戶數(shù)受限于上行鏈路的最大用戶數(shù)，即PDCCH信道最大支持的用戶數(shù)。PDCCH占用的OFDM符號數(shù)越多，同時可調(diào)度的用戶數(shù)越多，系統(tǒng)容量越高，反之越小。

1.2.2 結(jié)論

一般情況下，某用戶在使用VOIP進行語音通話時，若98%的數(shù)據(jù)時延在50ms以內(nèi)，則認(rèn)為該用戶是滿意的。如果小區(qū)內(nèi)95%以上的用戶都是滿意的，則認(rèn)為該小區(qū)所能容納的VOIP用戶總數(shù)即為該小區(qū)的用戶容量[1]。

2 覆蓋規(guī)劃

覆蓋規(guī)劃側(cè)重于解決移動通信信號大范圍面覆蓋問題，規(guī)劃時應(yīng)選取合適的模型進行鏈路預(yù)算，根據(jù)不同城市場景采用不同的參數(shù)計算出規(guī)劃站間距，即單基站的覆蓋能力，進而推導(dǎo)出不同密度不同場景下對應(yīng)的站點覆蓋密度，結(jié)合P城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)空間布局和土地利用性質(zhì)得出的各區(qū)塊內(nèi)不同土地性質(zhì)內(nèi)有效的覆蓋面積，計算出滿足覆蓋指標(biāo)的規(guī)劃站點數(shù)。

2.1 規(guī)劃區(qū)密度分級

①密集市區(qū)—中心城市地區(qū)

密集市區(qū)為一個城市的中心地區(qū)，公共設(shè)施完備，城市功能集中，是城市核心功能的重要集聚區(qū)域。

②普通市區(qū)—中心城市連接區(qū)域

普通市區(qū)位于城市核心地區(qū)周邊，是中心地區(qū)功能疏解的承接地區(qū)，承擔(dān)著城市重要的生產(chǎn)職能。

③市郊（縣城）

市郊擁有獨立城市功能的地區(qū)及其連接地區(qū)，隨著產(chǎn)業(yè)化、城鎮(zhèn)化浪潮的發(fā)展，這些地區(qū)成為城市會展物流、港口、臨港產(chǎn)業(yè)和文化旅游等新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點地區(qū)，已經(jīng)成為城市功能的重要組成部分。

④鄉(xiāng)鎮(zhèn)

鄉(xiāng)鎮(zhèn)在空間上不與中心地區(qū)相連接，主要分布在市區(qū)的外圍地區(qū)，功能主要以服務(wù)本鎮(zhèn)域的鎮(zhèn)級功能為主。

2.2 單座基站覆蓋分析

一個移動通信基站的覆蓋能力是指該基站的覆蓋區(qū)域，通常用該基站的覆蓋半徑來表示。估算一個基站的覆蓋半徑，往往采用鏈路預(yù)算的方法。有很多因素都可以影響基站的覆蓋能力，如：基站選用的無線頻率、該基站覆蓋區(qū)域的地形地貌、基站天線掛高、基站設(shè)備發(fā)射功率等等。

單基站承載的理論用戶數(shù)=(單載波平均等效話務(wù)量*載波數(shù)*小區(qū)數(shù))/忙時平均每用戶等效話務(wù)量。其中，小區(qū)數(shù)是指每個基站所采用的小區(qū)制，典型的為三小區(qū)制和六小區(qū)制，目前采用普遍采用的是三小區(qū)制[2]。

2.2.1 鏈路預(yù)算

鏈路預(yù)算即估算無線信號在傳播路徑上的損耗，從而測算出某基站在某一方向上的最大傳播距離。據(jù)此可以估算出該基站的最大覆蓋面積，從而得出規(guī)劃區(qū)域內(nèi)滿足覆蓋要求的最少基站數(shù)量。

由COST231-Hata模型路徑損耗計算的經(jīng)驗公式為：

其中CM為大城市中心校正因子。

在中等城市和郊區(qū)場景，CM為0dB；

在大城市中心場景，CM為3dB。

不難得到，其中hte為系統(tǒng)天線掛高。參數(shù)設(shè)定：

2.2.2 站間距

①站間距計算公式

圖1 站址與密度換算模型

如圖所示，假設(shè)六邊形的最長弦為R，兩個基站間的站間距為D，單基站的覆蓋面積為S,則一個基站的覆蓋面積S為8*SQRT(3)*R*R/9，即：S=1.949R2，則 R 為 SQRT(S/1.949)，其中S=Q/M，即R=SQRT((Q/M)/1.949)，可推導(dǎo)出站址密度公式P=2*(760/D)2，式中P為站址密度（座/km2），D為平均站間距。假設(shè)覆蓋半徑為200m，則根據(jù)上面的例子帶入公式得：D=0.3km，因此站間距約為0.3km。

②站間距與站點密度預(yù)測結(jié)果

我國的城市化進程越來越快，未來的用戶分布和建筑分布不可能仍然像目前一樣集中，因此在進行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃時，必須要考慮規(guī)劃期內(nèi)的城市建設(shè)規(guī)劃，各個電信企業(yè)除了滿足用戶必需的覆蓋需求之外，還要滿足用戶日益增強的容量需求。因此，在規(guī)劃期內(nèi)以LTE網(wǎng)絡(luò)為目標(biāo)進行規(guī)劃，達(dá)到邊緣用戶下、上行速率滿足4Mbps/256kbps（下行滿RB），根據(jù)各家運營商的制式及頻段，結(jié)合鏈路預(yù)算結(jié)果，同時考慮到城市深度覆蓋的需求，即可測算出不同管控等級下基站站點間距預(yù)測。

3 結(jié)論

綜上所述，無線通信基站規(guī)劃應(yīng)當(dāng)綜合考慮覆蓋與容量需求，先分別分析滿足覆蓋需求需要的站點數(shù)量和滿足容量需求需要的站點數(shù)量，如果兩個數(shù)量不等，那么取數(shù)值較大者作為該區(qū)域規(guī)劃的站點需求數(shù)量，匯總得出整個規(guī)劃區(qū)至規(guī)劃期末所需的站點規(guī)模。再根據(jù)整合后的現(xiàn)網(wǎng)站點情況，篩選可以利用的現(xiàn)網(wǎng)站址后，即得出規(guī)劃區(qū)內(nèi)各單元區(qū)塊近遠(yuǎn)期所需新增的站點規(guī)模。