校園LTE網(wǎng)絡(luò)容量評估模型

閆天中，閆晶瑩（中國聯(lián)通太原分公司，山西太原030002）

0 引言

隨著中國聯(lián)通營銷策略的變化，校園用戶成為本市相對集中的客戶群。校園市場在移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中已成為最具戰(zhàn)略性的市場。學(xué)生群體追求時尚，品牌歸屬感強(qiáng)，是未來高端客戶的潛在群體。要穩(wěn)定校園網(wǎng)絡(luò)用戶，一張運(yùn)行穩(wěn)定的精品網(wǎng)是基礎(chǔ)。而隨著校園網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的增大，提前預(yù)估網(wǎng)絡(luò)需求也變得異常重要，基于用戶感知速率，根據(jù)下行業(yè)務(wù)占空比、忙時用戶激活率、平均單用戶下載速率、用戶數(shù)以及單小區(qū)吞吐率的值，確定需要的載波數(shù)，確定校園宿舍容量模型。

1 參數(shù)介紹

1.1 載波數(shù)

1個邏輯小區(qū)支持開多個載波，如L1800 20 MHz+L2100 20 MHz共2個載波，載波數(shù)越多，邏輯小區(qū)的吞吐率越高。

1.2 單小區(qū)吞吐率

1個20 MHz LTE小區(qū)的吞吐率理論在64QAM的情況下上限為150 Mbit/s，但當(dāng)無線環(huán)境SINR較差時，UE無法使用較高的編碼方式。常見的調(diào)制解調(diào)方式有（按編碼效率）：QPSK、16QAM、64QAM、256QAM。在信號質(zhì)量不好時一般會使用低編碼效率的解調(diào)方式。

編碼方式和SINR之間的關(guān)系如表1所示。

1.3 單層房間用戶數(shù)

以典型的宿舍樓為例，1層樓約30個房間，每個房間平均按6人間計(jì)算，1層樓累計(jì)用戶為180人。

1.4 中國聯(lián)通用戶數(shù)

中國聯(lián)通用戶數(shù)=總用戶數(shù)×市場占比，如中國聯(lián)通用戶占比為30%～60%，對應(yīng)1層樓的中國聯(lián)通用戶為54～108。

1.5 下行業(yè)務(wù)占空比

UE在進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時，并不是一直在與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，下行業(yè)務(wù)占空比=PDCP層與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的時長/整個數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)持續(xù)的時長。

下行業(yè)務(wù)占空比與場景（宏站與室分）、業(yè)務(wù)特點(diǎn)（視頻與圖片）有關(guān)，通過統(tǒng)計(jì)，中國聯(lián)通整網(wǎng)的下行業(yè)務(wù)占空比為15%左右。

1.6 忙時用戶激活率

忙時用戶激活率=忙時小區(qū)覆蓋區(qū)域內(nèi)在做數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的用戶數(shù)/該小區(qū)內(nèi)所有的中國聯(lián)通用戶數(shù)。

例如：宿舍樓一層樓一個小區(qū)，中國聯(lián)通用戶共100個，忙時有50個用戶在上網(wǎng)，50在睡覺，那么這個小區(qū)的的忙時用戶激活率為50%。

宿舍區(qū)：根據(jù)學(xué)校用戶的活躍情況，忙時用戶激活率為40%～50%。

教學(xué)樓：根據(jù)學(xué)校用戶行為，忙時用戶激活率為30%～40%。

體育場館：忙時用戶激活率為50%左右。

2 小區(qū)單用戶下載速率模型

平均單用戶下載速率=（載波數(shù)×單小區(qū)吞吐率）/總用戶×市場占比×下行業(yè)務(wù)占空比×忙時用戶激活率。

根據(jù)不同SINR環(huán)境下小區(qū)的吞吐率，不同區(qū)域中國聯(lián)通用戶市場占比，以及不同場景用戶激活率可計(jì)算出該小區(qū)配置下單用戶下載速率如表2所示。

表2 單用戶下載速率計(jì)算結(jié)果

例如：當(dāng)SINR為10 dB，小區(qū)內(nèi)中國聯(lián)通用戶數(shù)為70時，1個20 MHz LTE小區(qū)內(nèi)單用戶下載速率大約為12.7 Mbit/s。

3 根據(jù)單用戶保障速率計(jì)算小區(qū)需求

根據(jù)上述模型，輸入需要保障的單用戶下載速率、中國聯(lián)通市場滲透率、忙時用戶激活率即可得出該樓宇需要配置多少個小區(qū)，如表3所示。

該模型為同一物理場所但不同的無線環(huán)境、用戶滲透率、忙時用戶激活率下，不同的目標(biāo)LTE用戶平均速率所需要的載波數(shù)。例如在用戶滲透率為50%，忙時用戶激活率為30%，小區(qū)下行吞吐率為50 Mbit/s（由無線環(huán)境決定）時，為保障單用戶下行速率達(dá)到5 Mbit/s，需要建設(shè)3個20 MHz載波。

4 模型實(shí)際測算

4.1 某校宿舍區(qū)8號樓

人數(shù)：某校8號宿舍樓，單層共66個房間，每間房住6人，每層總用戶數(shù)為396人。

用戶滲透率：分別按30%、40%、50%、60%共4個段位進(jìn)行測算。

表3 樓宇需要配置的小區(qū)數(shù)計(jì)算結(jié)果

表4 8號樓理論忙時單用戶下載速率

表5 8號宿舍樓小區(qū)級指標(biāo)

20 MHz小區(qū)平均吞吐率。宿舍區(qū)內(nèi)部整體平均SINR分布在5～10 dB，20 MHz單小區(qū)平均吞吐率在60～80 Mbit/s；綜合取70 Mbit/s。

業(yè)務(wù)占空比：選為全網(wǎng)的典型經(jīng)驗(yàn)值15%。

忙時用戶激活率：針對該校區(qū)，宿舍忙時用戶激活率取50%（全校忙時用戶激活率為45%）。

載波數(shù)：目前8號宿舍樓由4個微站小區(qū)覆蓋，2個L1800 20 MHz+2個L2100 15 MHz。由于L2100小區(qū)并非嚴(yán)格的20 MHz LTE小區(qū)，因此8號樓整體載波數(shù)為2+2×（15/20）=3.5個，均攤到單層樓，每層小區(qū)數(shù)為3.5/6=0.58個載波。

將上述參數(shù)代入模型，結(jié)果如表4所示，計(jì)算得出理論忙時單用戶下載速率為：2.27～4.54 Mbit/s。

提取現(xiàn)網(wǎng)8號宿舍樓小區(qū)級指標(biāo)如表5所示。

實(shí)際忙時單用戶下載速率為：2.3～4.8 Mbit/s，平均值為3.5 Mbit/s

4.2 教學(xué)樓

人數(shù)：教學(xué)辦公區(qū)域，學(xué)生上課時人流量大，整棟樓可容納用戶5 000人。

用戶滲透率：分別按30%、40%、50%、60%共4個段位進(jìn)行測算。

20 MHz小區(qū)平均吞吐率：綜合取70 Mbit/s。

業(yè)務(wù)占空比：選為全網(wǎng)的典型經(jīng)驗(yàn)值15%。

忙時用戶激活率：針對該校園，教學(xué)樓忙時用戶激活率取40%（全校忙時用戶激活率為45%）。

載波數(shù)：目前教學(xué)樓由2個宏站小區(qū)（通達(dá)微波的1小區(qū)和4小區(qū)）覆蓋，1個L1800 20 MHz+1個L2100 15 MHz。由于L2100小區(qū)并非嚴(yán)格的20 MHz LTE小區(qū)，因此教學(xué)樓載波數(shù)為1+1×（15/20）=1.75個。將以上參數(shù)帶入模型，結(jié)果如表6所示。

表6 教學(xué)樓單用戶下載速率（理論值）

教學(xué)樓忙時平均單用戶下載速率為：1.13～2.27 Mbit/s。

提取現(xiàn)網(wǎng)指標(biāo)，該教學(xué)樓實(shí)際忙時用戶下載速率為1.66～1.76 Mbit/s，平均值為1.70 Mbit/s。

5 模型測算與實(shí)際對比

模型測算和實(shí)際對比結(jié)果如表7所示，模型計(jì)算單用戶下載速率與現(xiàn)網(wǎng)值較為接近。

誤差影響因素分析如下。

a）用戶滲透率。不同樓宇內(nèi)部中國聯(lián)通用戶滲透率不同，有的30%，有的可能有70%。

b）SINR分布。不同樓宇小站內(nèi)部、小站與宏站之間可能存在干擾，SINR越低，小區(qū)吞吐率越低，實(shí)際單用戶下載速率越低。

c）用戶激活率。跟學(xué)校環(huán)境、場景有關(guān)。如重點(diǎn)大學(xué)總體比專業(yè)技校偏小，同環(huán)境下，教學(xué)樓較宿舍區(qū)偏小。該參數(shù)根據(jù)不同學(xué)校、場景需要修正。

表7 模型測算和實(shí)際對比結(jié)果（單位：Mbit/s）

6 模型測算與實(shí)際小區(qū)規(guī)劃

6.1 宿舍區(qū)8號樓

某校8號樓通過模型預(yù)測，當(dāng)前小區(qū)配置下（2個L1800+2個L2100），單用戶理論下載速率為2.27～4.54 Mbit/s（見表 4）。

本次該校8號樓設(shè)計(jì)方案中Lampsite規(guī)劃LTE小區(qū)配置為S111111，頻段為L1800 20 MHz，初期不開L1800帶內(nèi)10 MHz，計(jì)劃室外只開L2100 15 MHz，與室內(nèi)Lampsite進(jìn)行異頻組網(wǎng)，那么整棟樓載波數(shù)為：6+2×（15/20）=7.5，平均每層樓均攤7.5/6=1.25個載波，代入模型可測算出，按照當(dāng)前Lampsite S111111配置，室外S11配置情況下，單用戶下載速率為：4.86～9.72 Mbit/s（見表 8）。

表8 8號樓初期規(guī)劃理論單用戶下載速率

考慮用戶體驗(yàn)及網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，后期考慮開啟帶內(nèi)L1800帶內(nèi)10 MHz，開啟帶內(nèi)后，總載波數(shù)為7.5+3=10.5個，單層樓均攤載波數(shù)：10.5/6=1.75，代入模型測算出，單用戶下載速率為：6.81～13.61 Mbit/s，根據(jù)最低的保障用戶速率可進(jìn)行靈活調(diào)整（見表9）。

6.2 教學(xué)樓

表9 8號樓后期規(guī)劃理論單用戶下載速率

該校教學(xué)樓通過模型預(yù)測，當(dāng)前小區(qū)配置下（1個L1800+1個L2100），單用戶理論下載速率為1.13～2.27 Mbit/s（見表5）。

本次教學(xué)樓設(shè)計(jì)方案中Lampsite規(guī)劃LTE小區(qū)配置為S1111，頻段為L1800 20 MHz，初期不開L1800帶內(nèi)10 MHz，與室外宏站進(jìn)行異頻組網(wǎng)，那么整棟樓載波數(shù)為：4+1×（15/20）=4.75，代入模型可測算出，按照當(dāng)前Lampsite S1111配置，單用戶下載速率為：3.08～6.16 Mbit/s（見表10）。

表10 教學(xué)樓初期規(guī)劃理論單用戶下載速率

由于該教學(xué)樓容納學(xué)生數(shù)多，考慮用戶體驗(yàn)及網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，后期考慮從S111擴(kuò)容至S11111111，擴(kuò)容后總載波數(shù)為8.75個，代入模型測算出，單用戶下載速為：5.67～11.34 Mbit/s，根據(jù)最低的保障用戶速率可進(jìn)行靈活調(diào)整（見表11）。

為做到頻率資源利用率最大化，干擾最小化，宏站、微站、Lampsite的頻譜規(guī)劃按以下原則進(jìn)行配置。

a）室內(nèi)Lampsite優(yōu)先開L1800 20 MHz，初期不開帶內(nèi)，小區(qū)優(yōu)先級調(diào)高。

b）室外優(yōu)先開L2100 15 MHz，可與室內(nèi)Lampsite進(jìn)行異頻組網(wǎng)。

表11 教學(xué)樓后期規(guī)劃理論單用戶下載速率

c）宏站主要承載U2100 3G語音，覆蓋校園內(nèi)部的小區(qū)，根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷情況開L1800 10 MHz，爭取與室內(nèi)L1800 20 MHz互不干擾。

7 結(jié)束語

本文依托現(xiàn)網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析和多重理論公式推導(dǎo)，從流量價值和用戶價值2個方面進(jìn)行考量，構(gòu)建一種校園LTE容量研究方法體系。根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際情況，對校園用戶感知速率建模，并將理論值與實(shí)際值進(jìn)行比對，結(jié)果吻合。根據(jù)上述模型，輸入需要保障的單用戶下載速率、中國聯(lián)通市場滲透率、忙時用戶激活率即可得出該樓宇需規(guī)劃載波數(shù)，為LTE容量規(guī)劃提供一種新思路。