張 恒，葉 青，黃志勇（中訊郵電咨詢設(shè)計(jì)院有限公司，北京100048）

0 前言

WCDMA系統(tǒng)的商用為人們提供了高質(zhì)量、多業(yè)務(wù)類型的寬帶多媒體服務(wù)及無線上網(wǎng)業(yè)務(wù)。在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較小，用戶體驗(yàn)較優(yōu)。然而，隨著用戶數(shù)量的不斷增加及服務(wù)需求的不斷增長，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷也在逐步提升。與GSM系統(tǒng)相比，影響WCDMA系統(tǒng)負(fù)荷的因素較多。如何評(píng)估WCDMA網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷高低，如何給出不同發(fā)展時(shí)期網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷客觀評(píng)估方法并給出合理化建議，已成為人們研究的重點(diǎn)。

1 WCDMA負(fù)荷評(píng)估方法

負(fù)荷是用戶數(shù)量增長帶來網(wǎng)絡(luò)壓力的具體表征。作為自干擾及軟容量系統(tǒng)，WCDMA網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷增加主要體現(xiàn)在下行功率提升和上行干擾增加上，并最終影響業(yè)務(wù)質(zhì)量性能指標(biāo)、導(dǎo)致掉話或擁塞。通常，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)用戶業(yè)務(wù)質(zhì)量嚴(yán)重下降或高擁塞現(xiàn)象時(shí)，就意味著網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷已經(jīng)很高并對業(yè)務(wù)產(chǎn)生了影響。實(shí)際上，在不同業(yè)務(wù)類型或用戶行為下，也均能產(chǎn)生高負(fù)荷并導(dǎo)致?lián)砣F(xiàn)象。本文將在考慮網(wǎng)絡(luò)干擾及資源預(yù)留等情況下，研究高負(fù)荷理論最大門限、業(yè)務(wù)有效負(fù)荷提升量，并采用滿足用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)的資源占用來計(jì)算實(shí)際負(fù)荷水平，以實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的負(fù)荷評(píng)估。

1.1 下行功率使用率

傳統(tǒng)下行功率使用率定義為

式中：

PR99——R99使用功率

PH——HSPA使用功率

PC——小區(qū)下行總功率

由式（1）可知，下行總功率包括了R99和HSPA使用功率。現(xiàn)網(wǎng)中可能存在著因干擾或特殊用戶行為（如覆蓋邊緣）造成的發(fā)射功率提升現(xiàn)象（尤其HSDPA業(yè)務(wù)功率變化幅度較大時(shí)）。因此，如何客觀評(píng)估HS?PA功率實(shí)際使用情況，就成了分析下行功率負(fù)荷的關(guān)鍵所在。這里從以下3個(gè)方面進(jìn)行考慮。

a）考慮引入最小可接受速率概念。即：若網(wǎng)絡(luò)剩余資源少于最低可接受速率對應(yīng)的資源需求量時(shí)，用戶感受就開始達(dá)到了不可接受的臨界點(diǎn)。

b）考慮將業(yè)務(wù)質(zhì)量達(dá)到滿足用戶體驗(yàn)時(shí)所需的合理功率資源占用作為功率實(shí)際消耗值（避免干擾等因素造成功率波動(dòng)）。

c）考慮網(wǎng)絡(luò)在負(fù)荷提升過程中需保持一定的魯棒性，需將保留合理資源作為總功率評(píng)估值。

基于以上考慮，需引入“HS用戶期望速率占用功率”（Pa）指標(biāo)。在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)目標(biāo)中，對下行用戶體驗(yàn)速度都是有要求的。Pa指標(biāo)定義了滿足用戶體驗(yàn)質(zhì)量（如500 kbit/s速率）下的HSDPA功率占用值，亦即：Pa是在網(wǎng)絡(luò)尚未達(dá)到負(fù)荷上限造成擁塞時(shí)，1個(gè)新用戶在小區(qū)建立HS業(yè)務(wù)，基站側(cè)有能力提供一定功率滿足用戶體驗(yàn)需求，且達(dá)到用戶期望速率（500 kbit/s）下的資源占用值。

個(gè)別用戶也可能使小區(qū)功率利用率達(dá)到100%，但這并不代表無法再接入新用戶。為區(qū)分是個(gè)別用戶占用過多資源還是大量用戶占用資源引起的網(wǎng)絡(luò)資源不足，基于HS用戶期望速率占用功率考慮引入了HSPA資源校準(zhǔn)策略。該策略定義為

式中：

P’h——修正后的HSDPA功率占用

Pha——實(shí)際HSDPA功率使用情況

Nh——存在HSDPA業(yè)務(wù)時(shí)的同時(shí)用戶數(shù)

Pa——滿足用戶感受所需功率開銷

資源占用率修正方法見圖1。當(dāng)用戶數(shù)為2時(shí)，較高的功率換來了更高的速率，但已滿足用戶體驗(yàn)（體驗(yàn)值按運(yùn)營商的建網(wǎng)策略來確定），即實(shí)際的P’h相當(dāng)于2×Pa的效果。而當(dāng)用戶較多時(shí)，已造成用戶質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，因此P’h＝Pha，同時(shí)式（1）分母的下行總功率將采用理論下行功率最高負(fù)荷門限作為評(píng)估值，因此需考慮以下幾個(gè)方面。

圖1 資源占用率修正方法

a）公共信道功率開銷。

b）準(zhǔn)入門限功率限制的功率上限。

c）為保證1個(gè)HSDPA用戶接入所給的功率預(yù)留。

以上考慮了在能滿足1個(gè)HSDPA用戶體驗(yàn)資源預(yù)留情況下，網(wǎng)絡(luò)能提供的最高功率負(fù)荷。因此，總的下行功率使用率修正為

式中：

Pha——準(zhǔn)入門限（如功率達(dá)85%時(shí)不允許再接入新用戶）

PCCH——公共信道功率開銷

需要指出的是，由于考慮了預(yù)留，網(wǎng)絡(luò)嚴(yán)重高負(fù)荷時(shí)式（3）的計(jì)算結(jié)果大于100%的情況也屬正常。

1.2 下行碼字使用率

現(xiàn)網(wǎng)主要是語音業(yè)務(wù)及基于HSDPA的交互類業(yè)務(wù)。語音業(yè)務(wù)碼字固定為128，而HSDPA業(yè)務(wù)碼字則是根據(jù)實(shí)際用戶速率體驗(yàn)予以變化的。在滿足用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)情況下，需進(jìn)行合理有限制的碼字評(píng)估，因此將碼字資源利用修正為

式中：

C’h——HSDPA碼字使用修正值

Ch——HSDPA實(shí)際碼字占用值

Ca——滿足用戶體驗(yàn)下的碼字占用值

同時(shí)，實(shí)際的下行碼字理論最大門限還需考慮以下2個(gè)因素。

a）公共信道碼字占用。

b）碼字資源預(yù)留（即max（Cm，Ca）），其中Cm是防止所余碼字資源少于1個(gè)碼字的預(yù)留（為6.25%），因此碼字預(yù)留需考慮滿足同時(shí)最小用戶體驗(yàn)碼字占用和至少1個(gè)碼字的預(yù)留，并選擇其最大值。

基于以上分析，在考慮滿足用戶體驗(yàn)碼字占用及合理碼字預(yù)留的情況下，下行碼字使用率修正為

式中：

CTOT——總碼字資源

CCCH— —公共信道碼字資源

1.3 上行CE消耗

業(yè)務(wù)相同時(shí)，上行CE一般為下行CE的2倍。調(diào)研得知，各個(gè)省公司主要是上行CE消耗壓力較大。在上行CE消耗中，考慮用滿足上行用戶體驗(yàn)的最小資源占用來評(píng)估實(shí)際的CE消耗。上行CE消耗修正為

式中：

NCR99——R99的CE消耗值

NCUH——HSUPA的CE消耗值

UUH——HSUPA的同時(shí)用戶數(shù)

NCUA——滿足上行用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)的CE消耗

NCL——購買license開放的CE能力

1.4 上行負(fù)荷

與以上分析相同，當(dāng)用戶數(shù)較少時(shí)，也可能會(huì)產(chǎn)生較高的上行負(fù)荷，但這并不代表無法再接入新用戶，因此計(jì)算上行負(fù)荷時(shí)需考慮上行HSUPA達(dá)到用戶體驗(yàn)的最小負(fù)荷提升量。上行負(fù)荷修正為

式中：

RCR99——R99造成的負(fù)荷提升

RUH——HSUPA造成的實(shí)現(xiàn)負(fù)荷提升

NUH——HSUPA的同時(shí)用戶數(shù)

RUA——滿足上行用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)的最小負(fù)荷提升量

RSL——網(wǎng)絡(luò)測設(shè)備的負(fù)荷上限（如ROT＝6代表網(wǎng)絡(luò)最大允許上行負(fù)荷為75%）

2 現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析評(píng)估結(jié)果

根據(jù)以上負(fù)荷分析方法，從北京現(xiàn)網(wǎng)采集了最忙金融街區(qū)域的所有小區(qū)全天以15 min為顆粒度的指標(biāo)進(jìn)行研究，并選擇2個(gè)具有代表性的小區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。以功率指標(biāo)為例的分析如下所述。

a）功率高負(fù)荷小區(qū)A。低話務(wù)量，未產(chǎn)生由功率不足而導(dǎo)致的RAB擁塞。

b）功率高負(fù)荷小區(qū)B。低話務(wù)量，已產(chǎn)生由功率不足而導(dǎo)致的RAB擁塞。

根據(jù)愛立信現(xiàn)網(wǎng)測試經(jīng)驗(yàn)值，不同用戶速率下的功率占用情況見表1。

表1 不同用戶速率下的功率占用情況

按目前500 kbit/s的用戶體驗(yàn)速率進(jìn)行計(jì)算，小區(qū)A修正后的HSPA功率使用率曲線見圖2。其中：橫坐標(biāo)是一天每15 min 1個(gè)共24×4＝96（個(gè)）采樣點(diǎn)；縱坐標(biāo)左側(cè)為速率值，右側(cè)輔坐標(biāo)為資源占用百分比。小區(qū)B修正后的HSPA功率使用率曲線見圖3。

圖2 小區(qū)A用戶平均速率與功率占用率對應(yīng)關(guān)系

由圖2和圖3可知，曲線是由四次多項(xiàng)式擬合出來的變化趨勢曲線。小區(qū)A晚忙時(shí)單用戶功率超過500 kbit/s，修正后功率使用率明顯降低，說明網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量較優(yōu)，HSPA仍能提供較好的服務(wù)質(zhì)量，實(shí)際上提供了高于用戶體驗(yàn)速率的資源開銷；小區(qū)B修正后值變化不大，用戶速率為300 kbit/s左右，說明網(wǎng)絡(luò)已達(dá)到小區(qū)用戶體驗(yàn)邊緣，網(wǎng)絡(luò)壓力較大。

圖3 小區(qū)B用戶平均速率與功率占用率對應(yīng)關(guān)系

圖4 小區(qū)A功率修正

根據(jù)總功率及小區(qū)功率擁塞情況進(jìn)行分析，小區(qū)A總功率占用率見圖4（無擁塞），小區(qū)B總功率占用率及擁塞關(guān)系見圖5。

由圖4可知，小區(qū)A總體修正后功率占用率均在90%以下，反映了更精確的功率使用情況。對比小區(qū)B，紅色部分為修正后值，仍處在100%左右的區(qū)域，已造成了RAB的擁塞情況，反映了真正的功率高負(fù)荷，而對比黃色區(qū)域部分，修正后總功率占用率由98%下降到了40%，實(shí)際未產(chǎn)生真正的高負(fù)荷，即無擁塞情況。因此，從以上分析可知，通過用戶體驗(yàn)評(píng)估網(wǎng)絡(luò)資源占用，能較為真實(shí)地反映小區(qū)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)能力及負(fù)荷，能得到真正的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷情況，從而為高負(fù)荷小區(qū)研究提供了有效的參考數(shù)據(jù)。

圖5 小區(qū)B功率占用率及與由于功率產(chǎn)生的擁塞關(guān)系

3 結(jié)束語

WCDMA網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷評(píng)估的指標(biāo)選取及評(píng)估較為簡單。但由于軟容量特性造成高負(fù)荷的影響因素較為復(fù)雜，用戶數(shù)量和用戶行為的差異性和多樣性均能導(dǎo)致相同或不同的負(fù)荷狀態(tài)。因此，研究負(fù)荷指標(biāo)時(shí)引入了用戶體驗(yàn)的指標(biāo)分析，將真實(shí)用戶體驗(yàn)所消耗的網(wǎng)絡(luò)資源作為合理評(píng)估值，以此對比計(jì)算實(shí)際資源占用情況。這樣可有效地反映網(wǎng)絡(luò)資源實(shí)際應(yīng)占用情況，達(dá)到更加客觀、合理的負(fù)荷評(píng)估值。目前，由于現(xiàn)網(wǎng)統(tǒng)計(jì)方法及指標(biāo)獲取的局限性，本文主要研究了影響因素較大的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)負(fù)荷修正分析。未來在有數(shù)據(jù)及現(xiàn)網(wǎng)支撐情況下，可研究更加細(xì)化的業(yè)務(wù)分類及用戶體驗(yàn)（如MOS），以實(shí)現(xiàn)小區(qū)負(fù)荷精確定位。

［1］姜波.WCDMA關(guān)鍵技術(shù)詳解［M］.北京：人民郵電出版社，2008.

［2］郭莉，王剛.UMTS無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化［M］.2版.北京：電子工業(yè)出版社，2008.