3G业务模型和容量规划(第三章).ppt.ppt

1,3G业务模型及容量规划,2006年6月,2,内容,前言3G业务模型3G容量规划,3,理论上3G无线网规划方法,理论上3G无线网规划应该采用约束条件下基于负载因子收敛覆盖和容量规划结合的迭代方法。由于业务模型的不确定和容量规划的研究水平和复杂程度，影响了迭代方法的适用。目前3G无线网规划往往只从覆盖规划入手。,4,3G无线网规划体系观点,初期规划,重点在于覆盖规划。分场景确定上行负载，通过上行覆盖计算小区半径。根据小区半径决定基站规模和布局。评估手段主要为规划软件仿真（覆盖指标）。其它工作：CW测试，模型校正。,中期规划,重点在于硬件配置、传输配置。主要内容：频率配置规划、CE规划、Lub接口规划。评估手段主要为规划软件仿真（硬件资源不受限）。其它工作：室内设计、路测。,后期规划,重点在于如何进行网络扩容。主要内容：频率配置分析，3G无线网络利用率分析。评估手段主要为建立3G无线网络利用率评估的模型。载频利用率？CE利用率？网络KPI指标的统计分析。其它工作：室内设计、网络优化。,目前，3G无线网络规划处于初期规划阶段，正向中期和后期规划发展。业务和容量规划是未来整个3G无线网规划体系中的一个重要部分，是建立相关资源配置方法的基础。,5,内容,前言3G业务模型3G业务特点3G业务分类3G业务模型3G话务建模3G容量规划,6,3G 业务模型,业务模型研究的对象是业务本身的特性，例如每种业务具有怎样的容量特性、用户使用某业务时期望怎样的服务质量等。3G业务的业务质量（QOS）可以用数据率、误码率、传输时延、时延抖动等等参数来描述。不同的业务和业务构成比例对3G系统的性能有很大影响。因此，3G的网络规划分析必须是以一定的业务模型估计为前提的，业务规划是网络规划、建设的基础。建立业务模型的目的是为了给网络容量的规划提供计算的依据，以了解用户的业务行为总量对网络设备资源占用的情况。不同的业务模型将导致不同的系统容量配置。我们需要建立一个合适的业务模型，才能对网络作出正确的规划。而为了建立正确的业务模型，一般需要运营商提供一些统计参数作为参考的依据。,7,3G 业务模型,3G提供业务的特点：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,8,3G业务分类,我们在研究3G业务模型之前，需要了解3G 业务的分类，目前对于业务的分类有很多种，不同分类方法的出发点有所不同，复杂程度不同。目前业务的分类方式已逐渐打破了传统定义的业务分类，而逐步转变为由业务特征组成区分，最终转向由业务技术（或业务引擎service enabler）来进行分类的方式。从网络规划需求的出发，几种典型的3G业务分类方法。基于QOS的业务分类UMTS论坛的业务分类基于用户需求的分类基于业务能力的分类B3G业务分类,9,基于QOS的业务分类,不同业务性质不同，所要求的业务质量QOS也不同，各种业务类型的区别主要是对时延灵敏度有不同要求，在3GPP规范中QOS的体系结构中大致将其分了4个类别，下表列出了各种QOS类型的主要特性和应用的示例：,10,UMTS论坛的业务分类,11,基于用户需求的分类,基于用户需求的分类实际上是基于用户不同的消费习惯来分类的，站在用户需求的角度得出的业务分类方法。可以将3G业务分为5大类：通信类、信息类、娱乐类、金融类和消息类。,12,基于业务能力的分类,该从业务的实施角度出发来进行分类。其中，业务引擎service enabler，用于某一业务开发、部署及运营的技术。它被OMA定义为一个或一组规范，这些规范以标准包的方式发布。业务引擎概念的引入，更适应业务/应用标准的特性。,13,B3G业务分类,ITU已将业务的分类基于Service Type和Traffic Class来确定。任何一种业务都可划如下分类中。,14,业务模型,业务模型的确定要满足仿真和容量计算的需要。在3G网络中，按照数据传输方式的不同，业务可以分为两大类，一类是电路域业务，另一类是分组域业务。一般来说，在规划工具中，除了电路域业务仍采用Erlang或BHCA度量外，其它分组域业务，如www、FTP、Email等业务，需建立相应的业务模型。有的规划工具在定义业务模型时进行了简化处理，直接用承载类型来表示业务类型。,15,基于承载类型的业务模型,采用基于承载的业务模型时不需提供具体的业务类型定义，业务类型的定义是基于所属承载(Bearer)类型来定义的。且通常没有相应的详细话务特性描述，只是针对每种承载类型定义同时连接用户数，来直接给出话务量信息。因此该方法无法充分反映各种业务的业务的特性，只是一个简化的业务模型构造方法。一般由于初期对3G网络上开展业务不是较为清楚，为了满足系统仿真和网元、传输等容量配置的需要而采用该方法。由于基于承载类型业务模型不牵涉到具体的业务信息，没法反应业务本身的特性。因此，无法通过仿真分析业务的具体QOS质量。,16,基于承载类型的业务模型,以WCDMA为例说明模型的定义方法。需要定义的业务参数实际上是该业务上、下行分别使用的承载类型相关参数，不同的业务类型如果使用同样的承载传输，则可以归为一类。目前，WCDMA承载类型一般包括CS12.2K,、CS64K、PS64K、PS128K和PS384K几种。每种承载类型主要包括的参数是数据承载速率、业务量、业务质量要求等。下表给出了基于承载类型定义的典型业务模型实例。,17,基于业务特性的业务模型,基于业务特性的业务模型同样先按照两大类来定义，一类是电路域业务，另一类是分组域业务。典型的3G业务：CS话音可视电话PSWWWWAPEMAILMMS流媒体下载业务,18,基于业务特性的业务模型,业务和承载速率的对应,19,基于业务特性的业务模型,12.2K的话音业务单个用户忙时话务量BHCA平均通话时长/3600=0.025(Erl)；12.2K的话音业务单个用户忙时吞吐量平均速率（kbps）BHCA平均通话时长激活因子=549(Kbit)。,CS域业务模型,20,基于业务特性的业务模型,WWW三层模型,PS域业务模型,21,基于业务特性的业务模型,渗透率：某种业务在用户群中的使用比例。忙时会话次数（BHSA）：忙时数据业务的平均会话次数。Packet Call Num/Session：相应业务每次会话平均的呼叫次数。Packet Num/Call：相应业务每次呼叫平均的包个数。Packet Size(Bytes)：相应业务平均的包大小。包间隔时间：平均每个呼叫（Packet Call）之间的间隔时间。承载速率（Bear Rate）：相应业务使用时平均的承载速率，WCDMA PS 业务承载速率有64 kbps、128 kbps、384 kbps。,PS域业务模型,22,基于业务特性的业务模型,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域业务模型,激活因子：系统分配给相应业务一个的承载速率通道，但是业务使用的时候并不是100时刻占用该通道，业务使用时占用通道的时间比称为激活因子。,23,基于业务特性的业务模型,不同的业务之间业务模型的参数取值基本是不同的。业务参数的通常标准概率分布有：对数正态分布、Pareto分布、几何分布、负指数分布等。一般，可以通过从仿真及实际运行网络中获取大量的基本参数样本数据，然后对样本数据进行处理，得到各参数的概率分布。与标准的分布函数相比较，取最接近的标准概率分布为相应的参数分布。最后可以相关的参数进行取值。,PS域业务模型,24,基于业务特性的业务模型,PS 域典型业务模型下行参数,PS 域典型业务模型上行参数,PS域业务模型,25,基于业务特性的业务模型,结合前面的业务模型的示意图，计算一次Session的业务量，传输时间、一次Session的持续时间。其中，传输时间中需要考虑重传部分。,PS域业务模型,26,基于业务特性的业务模型,PS域业务模型,PS 域业务模型计算举例,27,3G话务建模,无线网络规划工具中的3G话务建模业务建模话务分布建模,28,业务建模,基于承载类型的业务建模,基于业务特性的业务建模,29,话务分布建模,话务地图的生成归纳起来，主要分为下面三种方式，一般三种方式可以相互配合使用。基于地物Clutter的用户分布 基于一定区域的用户分布 基于现网数据的话务分布,30,基于地物Clutter的用户分布,基于地物Clutter的用户分布，可以使得用户在地图上的分布可以按照地物类型分布，同等面积下，不同地物类型分布的用户数目可以不同。一般还可以设定每种地物室内、室外的用户比例。目前而言，想获得相对比较准确的不同地物用户比重(或密度)很困难，再加上数字地图的精度不准会造成影响，所以一般情况下，做网络规划时，不考虑这种方法。,31,基于地物Clutter的用户分布,规划工具中按照地物进行分布的两种定义方式 基于地物类型的密度法话务分布定义基于地物类型的权重法话务分布定义,基于地物类型的密度法话务分布定义,基于地物类型的权重法话务分布定义,32,基于一定区域的用户分布,仿真用户可以用多边形定义的区域进行分布，这些多边形可以为一个封闭区域或某条街道，用户可以定义某区域的用户密度，也可以定义某区域的总用户数目等。采用这种方式，在规划之前通常要进行区域划分，将规划区域按照人口密度、话务分布特性进行划分，比如分为密集城区，普通城区，郊区等。就目前而言，这是一种比较通用的方式，关键是能获得该区域总用户数或密度即可，话务信息获取相对比较容易。,33,基于现网数据的话务分布,这种用户分布的前提是规划区域已经有网络存在，并且拥有各个小区的话务统计文件。另外必须注意的是，在生成该话务分布之前，必须导入该话务信息对应的站点分布，生成小区的覆盖预测，这样小区的话务信息才会分布在小区覆盖范围。这种方式的优点是话务分布可以精确到小区范围，相当准确，不足是必须有现网数据。,34,内容,前言3G业务模型3G容量规划容量规划的目的小区极点容量容量规划计算方法容量规划内容,35,3G容量规划的目的,3G容量规划的目的是确定资源配置。基站数量载频配置信道板配置传输接口频谱计算,36,WCDMA小区极点容量,影响WCDMA容量的因素有很多，尤其是其网络覆盖与有效容量会相互牵制，呈现出“软容量”的特性，增加了WCDMA容量分析的复杂性。WCDMA系统是自干扰的系统，在反向链路上，当基站再增加的一个终端所发射的最大功率不足以克服来自其他终端的干扰信号而不能正确接收时，系统就达到了反向容量的极限；在前向，当基站发射总功率或正交可变扩频因子（OVSF）码字没有多余的部分可以分配给新增加的用户时，前向空中接口就达到了最大容量。WCDMA无线系统容量是由上、下行链路共同决定的，因此，分析WCDMA的容量，可以从反向容量和前向容量两个方面入手。,37,WCDMA小区极点容量,PN=10lg(KTW)NFK：波尔兹曼常数，=1.3810-23 J/KT：开氏温度，常温为 290 KW：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,ITOT=Iown+Iother+PN+TIown 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T 外界干扰,上行干扰受限模型,38,WCDMA小区极点容量,ITOT=Iown+Iother+PN+T,上行干扰受限模型,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。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 0.65,39,WCDMA小区极点容量,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。,上行小区极点容量,40,WCDMA小区极点容量,50%负载 3dB60%负载 4dB75%负载 6dB,上行小区极点容量,41,WCDMA小区极点容量,PTOT=Ppil+Psync+Ppag+Ptraf+Pother,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。当下行发射功率达到基站的最大发射功率或者达到一定门限时，新的用户将无法接入。所以，可以将小区下行发射功率与基站的最大发射功率之比，定义为小区下行负荷。由于下行容量分析的复杂性，一般采用仿真方法进行分析。,上行干扰受限模型,Ppil 导频信道功率 Psync 同步信道功率 Ppag 寻呼信道功率 Ptraf 业务信道功率 Pother 其他信道功率,42,WCDMA小区极点容量,上行小区极点容量,随着基站的下行发射功率增大，下行容量增加，但是存在一个极限容量，极限的容量为120个UE 数目。,43,WCDMA小区极点容量,44,容量规划计算方法,单业务容量规划一般采用的方法有：对CS业务采用 Erlang B，对分组业务采用 Erlang C。而对于3G这样承载混合业务的系统，这些方法就不能适应多业务的要求。在混合业务容量计算上，不同于2G系统采用爱尔兰B的方法，要考虑不同业务不同的Qos 要求（CS 业务体现为阻塞概率；PS 业务体现为吞吐率和时延要求）。目前的混合业务容量计算上主要有多维爱尔兰，CAMPELL、SK背包等算法，这些算法的复杂性和适用性各不同。在ITU-R WP8F关于B3G的频谱计算上，已确定将多维Erlang算法作为CS域业务的容量计算方法，平均延时法作为PS域业务的容量计算方法。,45,容量规划计算方法,容量规划的难点不是对单一业务，而是对混合业务进行规划。CS域业务和PS域业务对资源的占有特性不同。不同业务的业务量不同、占用资源不同、要求的QOS不同。,46,容量规划计算方法,无线网容量规划方法的发展单业务CS业务 Erlang BPS业务 Erlang C混合业务CS业务等效爱尔兰、后验爱尔兰 Campell、多维爱尔兰SK背包算法PS业务Best Effort平均延时延时比例,47,Erlang-B,Erlang-B(一维爱尔兰)基本原理：已知服务资源、业务的平均到达强度、各类业务的平均服务时间，计算服务质量。扩展：已知服务资源和服务质量，计算业务负载；已知服务质量和业务负载，计算服务资源。Erlang-B公式仅用于电路交换业务单业务扩展的Erlang-BPost Erlang-B等效Erlang-B,48,等效爱尔兰,等效爱尔兰法等效爱尔兰法的预算结果过于乐观或过于悲观。以低速业务为基准Erlang,高速业务Erlang 相等地等效成低速业务Erlang 时，基站预算值显得过于乐观，网络运行时业务呼叫阻塞率将高于设计值；当以高速业务为基准Erlang,低速业务Erlang 相等地等效成高速业务Erlang 时，基站预算值过于悲观，网络基站投资规模过大。,49,Post Erlang-B,Post Erlang-BPost Erlang-B方法确定的基站预算比较悲观。Post Erlang-B方法先对不同速率的CS业务分别进行基站预算，然后求取基站预算之和。Post Erlang-B方法悲观的原因在于分开核算基站预算，不能充分利用信道，中继效率低。,50,Campbell,Campbell方法思路坎贝尔方法是将各种电路域业务等效到一种基本业务上，一般以话音业务作为基本业务。各种业务相对基本业务，来计算业务资源占用强度。将系统中一定比例的各种实时业务等效为一种“坎贝尔业务”。坎贝尔业务与坎贝尔信道之间满足Erlang B公式，其假设各种电路业务要求的QoS一致。我们也可以将坎贝尔模型法扩展到CS域和PS域混合业务，在CS 域和PS 域中分别利用了Erlang B和Erlang C 公式。坎贝尔模型法缺乏严格的理论基础，无法真实反映各种业务要求的QoS，但其算法简单，可以说坎贝尔模型法是一种估计混合业务容量的工程方法。,51,Campbell,业务资源强度,容量因子（capacity factor）,C表示基站基本语音信道和坎贝尔信道数 关系,CS域混合业务Campbell业务总量,Campell方法要点,52,Campbell,CS域多业务用户容量比较（matlab仿真）坎贝尔算法随机撒用户法（在小区内根据呼叫种类、发起时间分布、呼叫时长分布随机产生用户，计算当前系统内的干扰，根据负载因子作为CAC条件，每次仿真结束条件为被阻塞呼叫次数为500次，仿100次取平均阻塞概率）,53,仿真法和CAMPELL比较,结论：坎贝尔算法过高估计了数据用户占用的资源，从而低估了数据用户的容量。,54,多维爱尔兰MDE是Erlang B理论的增强,采用用排队论的理论。适合在任一共享系统中，规划多种CS业务。基本原理：已知服务资源、各类业务的平均到达强度、各类业务的平均服务时间、各类业务每次服务需要占用的资源数；计算各类业务的服务质量扩展：已知服务资源和服务质量，计算各业务负载；已知各业务负载和服务质量，计算服务资源.,多维爱尔兰,55,多维爱尔兰,多维爱尔兰特点：在已知服务资源和各业务负载时，各业务的服务质量(呼损)是不同的。(与Campbell假设不同)。已知服务资源和服务质量，业务负载是一个多解函数。已知业务负载和服务质量时，求解的服务资源是要满足各服务质量，必然会出现对某些业务的满足优于要求的服务质量。多维Erlang方法能准确地反映不同业务对QoS的要求，因此其结果较为真实地反映系统的容量需求。难点：不存在直接的显性公式。算法的复杂性，随着维数的增加，计算量指数上升。算法复杂度与以下相关。业务数量(Number of services)话务量(Traffic demand)阻塞率(Blocking constraints),56,算法比较,简单叠加要求的信道资源最多。CAMPBELL要求的信道资源最小。二维爱尔兰要求的信道资源居中。,57,SK算法,随机背包（SK:Stochastic Knapsack）算法源于ATM中的算法，能从原理上体现业务统计复用的排队原理，但其算法复杂，计算量较大。另外，SK 算法也不能完全反映不同业务的QoS 要求，对PS业务的特点体现不够。也不能完全反映WCDMA软容量的特点。因此，SK算法需要进一步地研究和相应的改进。,58,Best Effort,适合于不是对话型和数据流型的(即非实时的)PS域业务的容量计算，但未考虑PS域业务的QOS要求。,59,平均延时方法,平均延时方法基于M/G/1-FCFS排队模型，适合在任一共享系统中规划多种PS业务。其基本原理是根据每种业务的吞吐量、平均延时要求、业务数据包的均值和二阶矩和稳定界条件下来计算容量需求。该方法较延时比例方法简单，在计算PS业务时较为实用，但其目前的算法在考虑WCDMA自干扰特点，反映业务对资源占用方面仍存在一些问题，需要进一步改进。,60,容量规划计算方法的选择,容量规划计算方法的选择容量规划计算方法适应混合业务的要求。容量规划对准确度的要求程度。容量规划计算方法的可用性、复杂性。容量规划计算方法的应用场景。,61,容量规划内容,将容量规划的一些算法引入到3G无线网容量规划中，并根据3G无线网络规划不同的应用场景和工程实际，分别采用多维爱尔兰，CAMPELL方法对3G无线基站规划和基站所需的CE（信道单元）进行计算，对全网多载频配置进行分析。其中，CE的计算实际反映出混合业务下对硬件资源的占有、基站估算和多载频分析实际反映出混合业务下对空口资源的占有，两者在分析计算中分别根据不同业务对硬件和空口资源的占有强度和相应的QOS要求，采用不同的混合业务容量计算算法得到相应的结果。由于目前3G还未商用，3G的无线网络规划中一般只对基站规模进行计算，并没有深入分析到基站CE、载频的配置策略和规模等容量规划的范畴。,62,CE计算,一个信道单元(Channel Element)(CE)是在基站的基带板上有能力处理等同一路话音业务(voice equivalent)的抽象。CE是逻辑上衡量业务处理占用资源多少的量化数据。CE数量的计算在设计时一般只考虑业务信道(traffic channels)。CE数量是3G无线网设计中的一个重要指标。它决定了无线基站的处理能力。各厂家基站设备所支持的最大CE数量不同，配置的方法也不尽相同。在CE数量计算时，首先对规划期逐年预测业务模型（CS域和PS域）。预测业务量分布，将业务量分到单小区。然后对CS域业务采用多维爱尔兰方法计算CS业务所需的CE数。对PS域业务采用Best Effort。考虑到为30的软切换预留CE。一般厂家设备的一个CE步长为16。得到单小区所需CE数。最后汇总全网所需上下行CE数。,63,CE计算,业务处理占用资源主要与该业务的扩频因子有关。扩频因子越小，数据流量越大，占用的资源也越多。各种常见业务的扩频因子分别为,如果以AMR 12.2kbps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举例如下：,64,多载频分析,第二载频的引入一方面考虑到容量需求的增长，一方面要考虑到根据数据业务需求的情况引入HSDPA独立载频。一般在第一载频负荷达到网络实装率70%以上时考虑引入第二载频，保留一定门限避免峰值时过载。第二载频引入时尽量采用连片引入方式，避免频繁的跨频率切换。在单小区容量的估算时，我们采用了CAMPBELL方法。,确定小区负载,建立业务模型,确定单小区用户数,计算实装率,1,2,3,4,5,结果分析,65,Iub接口带宽计算,Iub接口容量估算需要考虑的因素帧编码效率。应用数据经过各层的分割和封装，在底层的数据量相比高层的应用数据有不同程度的增加。业务流量。用户越多，产生的数据流量也就越大。维护效率。后台维护需要一定的带宽用于基站数据传输。,66,单小区Iub接口带宽计算,由容量计算得出,归属RNC设计,话务模型设计,设备固有参数,67,Campell应用举例,68,Campell应用举例,首先，我们计算业务资源强度，根据业务的业务量和业务资源强度可以得到CAMPBELL容量因子。然后，我们根据基本业务的极点容量，考虑了一定的软切换比例，取定不同负载时参考基本业务信道数，用CAMPBELL容量因子对参考基本业务信道数进行折算，我们得到CAMPBELL信道。最后，通过Erlang B公式得到CAMPBELL业务量，从而得到单小区所能承载的用户数和系统容量。,69,极点容量,以WCDMA为例，首先考虑基本业务12.2Kbps话音用户的极点容量求法，假设考虑2dB的功控余量，则所需 为7dB，则该业务最高能达到的速率为：则话音呼叫极点用户数为：,70,业务资源强度,此外，还存在64kbps的可视电话业务，且所需为 为 4dB，则业务资源强度（度量一种业务j相对于另一种业务i对资源的占用情况）为：,71,容量因子,假设规划系统中12.2kbps的话音用户数为10000，且每个话音用户的话务量为0.025爱尔兰；64kbps的可视电话用户数为5000，且每个可视电话业务的话务量为0.005爱尔兰，则定义容量因子为：,72,坎贝尔信道数,则一个小区最多能支持的坎贝尔信道数目为：如果软切换为40，则一个小区支持的坎贝尔信道数目为：,73,单小区坎贝尔业务量,假设阻塞概率为2%，由爱尔兰B公式可得此时能服务的爱尔兰数为37 Erlangs，这就是单小区支持的坎贝尔业务量。,74,单小区中各业务爱尔兰数,每个小区同时支持的话音业务和可视电话业务的爱尔兰数分别为：,75,坎贝尔业务总量,系统中坎贝尔业务总量定义为：,76,预算基站数,坎贝尔模型下预算的基站数目为：,77,单小区实际爱尔兰数求法,每个小区同时支持的话音业务和可视电话业务的爱尔兰数分别为：,78,END,