CDMA无线网络容量规划.ppt

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1、WCDMA 无线网络容量规划,WCDMA系统的容量特点,WCDMA 是一个自干扰系统WCDMA 系统的容量与覆盖息息相关WCDMA 网络的容量具有软容量特性WCDMA 网络的容量规划是在一定话务模型下的规划,引言,在无线网络规划初期阶段，我们的主要目的是要了解网络大体规模：到底需要多少设备？如何配置？通过覆盖估算，我们可以利用路径损耗大体判断在特定负荷下的小区覆盖半径，结合用户密度，即可得到小区的覆盖用户数。那么在实际规划中，是不是仅仅考虑覆盖就能得到小区半径呢？还需要从哪些方面进行考虑呢？,课程目标,掌握3G话务模型的参数。了解限制WCDMA网络容量的因素了解多业务容量估算的方法和流程理解网

2、络容量增强的关键技术,学习完本课程，您将能够：,课程内容,第一章 话务模型第二章 上行容量分析第三章 下行容量分析第四章 多业务容量估算第五章 网络估算流程第六章 容量增强技术,第一章 话务模型,第一节 话务模型概述第二节 CS话务模型第三节 PS业务模型图第四节 PS话务模型参数,业务概述,WCDMA系统支持多种业务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,业务QoS类型,话务模型建立目的,为了确定系统配置，首先要确定空中接口的呼叫容量。在数据应用中，不同的传输模型将产生不同的系统容量。我们需要建立一个满足客户的期望数据传输模型，才能对网络作出正确的规划。为了

3、建立正确的模型，需要运营商提供一些统计参数作为参考。,话务模型,业务模型研究主要是从数据传输的角度，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。在数据应用中，用户行为研究主要是研究预测3G可以提供哪些种类的业务、每种业务的有多少人使用、某业务的使用者使用该业务的频繁程度、用户在不同区域的分布等。,系统配置,用户行为,业务模型,话务模型结果,话务模型研究内容,典型业务特征描述,典型业务主要包括如下特征参数：用户类型（室内、车内、室外）。用户的平均移动速度。业务类型。上下行业务速率。扩频因子。业务的信号时延要求业务的QoS质量要求,第一章 话务模型,第一节 话务模型概述第二节

4、CS话务模型第三节 PS业务模型图第四节 PS话务模型参数,CS话务模型,CS业务的代表业务是话音业务，话音用户到达是服从Poisson分布的，其时间间隔服从负指数分布。模型关键参数：渗透率BHCA平均忙时呼叫次数平均呼叫持续时间 s激活因子 业务平均速率（kbps）,CS话务模型参数,平均每用户忙时话务量（Erlang）BHCA平均呼叫持续时间/3600平均每用户忙时吞吐量（kbit）（G）BHCA平均呼叫持续时间激活因子平均速率平均每用户忙时吞吐率（bps）（H）平均每用户忙时吞吐量1000/3600,第一章 话务模型,第一节 话务模型概述第二节 CS话务模型第三节 PS业务模型图第四节

5、PS话务模型参数,PS业务模型图,最常用的模型是 ETSI UMTS30.03 中描述的包业务会话过程模型,PS业务示意图,第一章 话务模型,第一节 话务模型概述第二节 CS话务模型第三节 PS业务模型图第四节 PS话务模型参数,业务模型,PS业务模型参数,参数确定,业务模型基本参数的确定：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,Typical Bear Rate(kbps)：承载速率在实际传送过程中是可变的。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

6、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业务模型参数,用户行为,PS用户行为参数,PS用户行为参数,Penetrating Rate：渗透率所有网内注册用户中开通该业务用户的比例。BHSA：该业务的单用户忙时 Session 次数User Distribution(High,Medium,Low end)将用户按其ARPU的高低分为高端、中端、低端用户，不同运营商、不同应用场合会有不同的用户分布。,Session 业务量（Byte）：业务的单次Session平均业务量数据传输时间（s）：业务单次Session中用于传输数据的时间Holding

7、Time（s）：业务单次Session平均持续时间,PS业务模型衍生参数,激活因子：业务满速率发送的时间在单次Session持续时间内所占的比重。每用户忙时吞吐量（Kb）：,PS话务模型衍生参数,话务模型示例,思考题,话务模型包含哪两部分？CS话务模型的主要参数有哪些？PS业务模型的主要参数有哪些？数据业务等效Erlang的计算公式？,本章小结,本章主要讲述了话务模型主要研究内容CS业务话务模型的主要表现参数PS业务模型的结构和主要参数，及对应的衍生参数数据业务等效Erlang的计算方法。,课程内容,第一章 话务模型第二章 上行容量分析第三章 下行容量分析第四章 多业务容量估算第五章 网络估算

8、流程第六章 容量增强技术,基本原理,无线系统容量是由上、下行链路共同决定的，规划容量时，必须从上行链路和下行链路两个方面进行分析。,在WCDMA系统中，所有小区可共用相同频谱，这一点对提高WCDMA系统容量非常有利。但也正是同频复用的原因，系统存在多用户间的干扰，这种多址干扰则又限制系统的容量。,上行干扰分析-上行干扰构成,Iown：来自本小区用户的干扰Iother：来自邻近小区用户的干扰PN：接收机噪声底,接收机底噪 PN 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

9、声系数10lg(KTW)=-108dBm/3.84MHzNF=3dB（宏蜂窝基站典型值）PN=10lg(KTW)+NF=-105dBm/3.84MHz,上行干扰分析-上行干扰构成,Iown 本小区用户干扰每一个用户必须克服的干扰：ITOT-PjPj 为用户 j 的接收功率假设功控理想，有：由此，求得 Pj：本小区用户干扰为所有用户到达接收机功率的和：,上行干扰分析-上行干扰构成,Iother 邻区用户干扰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、天线方向图等相关定义邻区干扰因子当用户均匀分布时对于全向小区，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

10、.65,上行干扰分析-上行干扰构成,定义,有,上行干扰分析,求得,假设所有用户为 12.2 kbps 话音用户，解调门限 Eb/No=5dB话音激活因子 vj=0.67邻区干扰因子 i=0.55,上行干扰分析,上行干扰分析-上行负载因子,定义上行负载因子负载因子等于 1 时，ITOT 达到无穷大，此时对应的容量称为极限容量在前述假设下，极限容量约为 96 个用户,上行干扰分析-负载因子与干扰,根据前述关系，噪声上升：,50%负载 3dB60%负载 4dB75%负载 6dB,前述理论分析显式或隐式地使用了以下简化没有考虑软切换的影响处于软切换状态的用户，产生的干扰略小于普通用户没有考虑 AMRC

11、 和混合业务的影响AMRC 降低部分用户的话音业务速率，使它们产生的干扰降低，增加了系统支持的用户数。（代价是这些用户的通话质量有所降低）不同的业务具有不同的数据速率和解调门限，虽然原则上仍可利用上述方法进行分析，但会使计算过程复杂化由于移动传播环境的时变特性，即使是同一业务，解调门限也是时变的,上行干扰分析-当前方法的局限,理想功控假设实际系统的功控命令有一定误码，使得功控过程非理想，降低系统容量假设用户分布均匀，邻区干扰恒定要考虑以上各种因素的影响，系统仿真是更为精确的方法：静态仿真：Monte Carlo 方法动态仿真,上行干扰分析-当前方法的局限,课程内容,第一章 话务模型第二章 上行

12、容量分析第三章 下行容量分析第四章 多业务容量估算第五章 网络估算流程第六章 容量增强技术,Iown：来自本小区用户的干扰Iother：来自邻近小区用户的干扰PN：接收机噪声底,下行干扰分析-下行干扰构成,接收机底噪 PN 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=7dB（UE 典型值）PN=10lg(KTW)+NF=-101dBm/3.84MHz,下行干扰分析-下行干扰构成,Iown 本小区干扰下行各用户

13、用相互正交的 OVSF 码区分，在没有多径的静态传播条件下，没有相互干扰在多径传播条件下，会有一部分能量无法被 RAKE 接收机检测而成为干扰信号。定义正交化因子 来描述这一现象式中，PT 为基站发射总功率，包括专用信道发射功率和公共信道发射功率,下行干扰分析-下行干扰构成,邻区干扰 Iother邻区基站的发射信号会对当前小区的用户造成干扰。由于使用的扰码不同，这些干扰都是非正交的假设业务均匀分布，所有基站的发射功率相等。系统中共有 K 个邻区基站，其中第 k 个基站到用户 j 的路径损耗为 PLk,j。则有：,下行干扰分析-下行干扰构成,下行干扰分析,同样假设功控理想，有,得到,因为,有,下

14、行干扰分析,求解 PT 得到,其中 ij 为用户 j 的邻区干扰因子，定义为：,下行干扰分析,根据前述分析，可以定义下行负载因子：当下行负载因子达到 100%时，基站发射功率达到无穷大，此时对应的容量为极限容量与上行容量理论计算不同，下行容量计算公式中的 j、ij 都是与用户位置有关的变量。也就是说，下行容量与用户的空间分布相关，因而只能通过系统仿真确定,下行干扰分析,下行干扰分析-仿真结果,基站发射功率 43dBm（20W）时，支持的最大用户数约为 114 个一般为了保证系统的稳定，不允许基站平均发射功率超过最大发射功率的 80%，即 42dBm，此时能够支持的用户数为 112 个,下行干扰

15、分析-仿真结果分析,如何控制干扰,网络中干扰带来的影响切换成功率接入效率掉话率通话质量干扰控制方法 提高功率控制精度 提高 Rake 接收效率 合理的网络规划,课程内容,第一章 话务模型第二章 上行容量分析第三章 下行容量分析第四章 多业务容量估算第五章 网络估算流程第六章 容量增强技术,第四章 多业务容量估算,第一节 网络容量受限因素第二节 常用容量设计方法,无线网络容量受限的因素,WCDMA网络容量在无线网络部分的受限因素一般包括以下几个因素：上行干扰下行功率下行信道码资源信道处理单元Iub接口容量,下行发射功率,下行发射功率分为两个部分，一部分用于公共信道，一部分用于专用(业务)信道。小

16、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。一般采用仿真方法分析下行干扰。,下行信道码资源,WCDMA网络可以使用的码字是SF为4512的码字，SF越小其支持的数据速率越高。在码树中，可分配的码应满足以下条件：从该码到码树根节点的路径上没有码被分配以该码为根节点的子树中没有码被分配。码分配的原则尽量保留SF小的码字以提高利用率。,下行信道码资源,下面是码资源分配的一个例子,信道处理单元(CE),信道处理单元是逻辑上衡量业务处理占用资源多少的量化数据。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

17、大，占用的资源也越多。各种常见业务的扩频因子分别为AMR12.2kbpsSF=128CS64kbpsSF=32PS64kbpsSF=32PS144kbps SF=16PS384kbpsSF=8,信道处理单元(CE),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分别为AMR12.2kbps1CS64kbps4CS144kbps8CS384kbps16PS64kbps4PS144kbps8PS384kbps16,第四章 多业务容量估算,第一节 网络容量受限因素第二节 常用容量设计方法,Erlang-B公式用于估计给定平均话务(Erlan

18、g)时，满足一定呼损率要求下的峰值话务Erlang-B公式仅用于电路交换业务单业务WCDMA系统提供电路和分组域多业务,Erlang-B公式（一）,Erlang-B适用的前提是对资源的请求满足Poisson分布，即其方差等于其均值。如果某业务在建立一条连接时，要求分配超过单位资源时，资源请求的方差不再等于其均值，此时Erlang-B公式不再适用。几种多业务容量估计方法的比较Post Erlang-BEquivalent ErlangsCampbells Theorem,Erlang-B公式（二）,Post Erlang-B（一）,通过将不同业务所需容量相加，得到组合业务的容量需求不考虑不同业务

19、的资源效率,考虑两种业务共享资源业务1：1单位资源/连接。12 Erlang业务2：3单位资源/连接。6 Erlang分别计算不同的容量需求业务1：12 Erlang需要19单位资源，满足2%阻塞率业务2：6 Erlang需要12单位资源(等效业务1的36单位资源)，满足2%阻塞率合计55单位资源,Post Erlang-B（二）,Post Erlang-B高估容量需求！,考虑两种业务使用相同的资源业务1：1单位资源/连接。12 Erlang业务2：1单位资源/连接。6 Erlang分别计算不同的容量需求业务1：12 Erlang需要19单位资源，满足2%阻塞率业务2：6 Erlang需要12

20、单位资源，满足2%阻塞率合计31单位资源但是合理的结果应该是，18 Erlang需要26单位资源来满足2%阻塞率,Post Erlang-B（三）,Equivalent Erlangs（一）,通过转换一种业务到另一业务的带宽，组合不同业务，再计算所需容量选择不同的业务作为衡量基准，会导致不同的容量需求,考虑两种业务共享资源业务1：1单位资源/连接。12 Erlang业务2：3单位资源/连接。6 Erlang如果业务1作为衡量基准，则两种业务等效合计为30 Erlang30 Erlang需要39单位资源，满足2%的阻塞概率如果业务2作为衡量基准，则两种业务等效合计为10 Erlang10 Erl

21、ang需要17单位资源(等效于业务1的51单位资源)，满足2%的阻塞概率,预测结果不唯一！,Equivalent Erlangs（二）,Campbells Theorem（一）,Campbell理论建立了一种组合分布其中：为业务振幅，也即业务单个链接所需的信道资源 为均值，v为方差,考虑两种业务共享资源业务1：1单位资源/连接。12 Erlang业务2：3单位资源/连接。6 Erlang系统均值为系统方差为容量因子c为,Campbells Theorem（二）,Campbells Theorem（三）,组合话务为：满足2%阻塞率所需容量为21对满足相同GoS的目标业务，所需容量分别为(以业务1

22、单位资源计算)目标为业务1：C1（2.221）147目标为业务2：C2（2.221）349,不同业务对于相同的GoS需要不同的容量。即对于给定容量，不同业务的GoS会稍有不同,常用容量设计方法比较,Post Erlang-B业务1（1单位资源/连接，12Erl）和业务2（3单位资源/连接，6Erl），总计需要55单位资源Equivalent Erlangs按照业务1（1单位资源/连接，12Erl）计算，总计需要39单位资源按照业务2（3单位资源/连接，6Erl）计算，总计需要51单位资源Campbells Theorem同样的条件，总计需要4749单位资源,思考题,网络容量的受限因素有哪些？常

23、见的多业务容量估算方法有哪些？,本章小结,本章主要介绍了多业务容量估算的三种方法。详细介绍了使用Campbell理论计算容量的过程。,课程内容,第一章 话务模型第二章 上行容量分析第三章 下行容量分析第四章 多业务估算第五章 网络估算流程第六章 容量增强技术,第五章 WCDMA容量规划,容量规划思路业务模型确定业务质量确定,对需要规划地区按话务分布和地物地貌特点进行区域划分，如密集区、一般城区、郊区、农村等；对各目标区域进行话务模型分析根据不同目标区域的话务模型，确定各目标区域的单载频规划容量；确定满足容量要求的目标区域的基站数和载频数；比较根据容量和覆盖要求分别确定的基站数和载频数，选择数量

24、更多的基站数和载频数，保证同时满足容量和覆盖的要求；,容量规划思路,业务模型确定,用户分布数据表,业务模型确定,不同等级用户分布比例表,业务模型确定一CS域业务模型,业务模型确定一低端用户PS业务模型,业务模型确定一中端用户PS业务模型,业务模型确定一高端用户PS业务模型,有了各种类型的用户的数据业务模型后，可以进一步得到整体的统计参数，便于计算。平均单用户忙时吞吐量（kbit)=低端用户渗透率*低端用户Busy Hour Throughput/user*低端用户比例+中端用户渗透率*中端用户Busy Hour Throughput/user*中端用户比例+高端用户渗透率*高端用户Busy H

25、our Throughput/user*高端用户比例Session理论长度（bytes)=Packet Call Num/Session*Packet Num/Packet Call*Packet Size(bytes)平均阅读时间(s)=（Packet Call Num/Session-1）*Inter-Arrival Time Between Packet Calls(sec),业务模型确定一PS域业务统计参数,业务质量确定,容量的规划是在满足一定服务质量的条件下的容量，CS业务一般用呼损/阻塞概率作为GoS的指标。对于PS业务一般按照可接受的时延和可接受的最低吞吐率为GoS指标。有时候在

26、运营商的标书中，对PS业务有时候也使用呼损的方式来描述其GoS。,业务质量确定,阻塞概率要求,课程内容,第一章 话务模型第二章 上行容量分析第三章 下行容量分析第四章 多业务估算第五章 网络估算流程第六章 容量增强技术,发射分集,发射分集可以增强下行容量与覆盖 发射分集容量增强结论 STTD 方式：容量增加 17 24%TxAA(1)方式：容量增加 16 23%TxAA(2)方式：容量增加 31 37%,扇区化,在话务量很高的密集城区、城区，增加基站的扇区数是提高容量的一种方法 六扇区，一般选用水平波瓣为 33 的天线 在六扇区基站的容量是三扇区的 1.67 倍,课程总结,链路平衡：通过对小区上下行容量估算的掌握，我们就可以计算出在任何系统预设负荷下上下行所能支持的用户数。结合覆盖估算的小区用户数，通过调整小区负荷（上行负荷或是下行负荷）或小区载频数，使系统达到覆盖和容量的平衡，完成对小区的迭代估算，最终即可得到覆盖和容量平衡后的小区半径。对于某一覆盖区域来说，可以计算满足覆盖要求所需的最少的NodeB数目，以及最大能支持的每个扇区的用户数，同样可以知道每个NodeB能支持的最大用户数，为设备配置提供依据。,