付海巖

【摘要】自2009年，聯(lián)通建設(shè)WCDMA網(wǎng)絡(luò)以來，以其網(wǎng)絡(luò)能夠提供高速移動(dòng)業(yè)務(wù)體驗(yàn)、技術(shù)成熟穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，而受到廣大用戶的喜愛。四年來，WCDMA用戶數(shù)持續(xù)高速增長，尤其是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)增長迅猛。隨著業(yè)務(wù)量的逐漸增加，網(wǎng)絡(luò)已由最初的單載波覆蓋為主，逐步擴(kuò)容到現(xiàn)有的四載波網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢(shì)，北京局部地區(qū)存在使用更多載波的需求。本文重點(diǎn)對(duì)在北京WCDMA網(wǎng)絡(luò)中部署多載波的相關(guān)問題進(jìn)行了分析，探討了在多載波基站所承載業(yè)務(wù)容量的估算方法，并針對(duì)四載波基站給出建議的經(jīng)驗(yàn)值，也對(duì)WCDMA多載波網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)如何設(shè)置重選策略、切換策略，進(jìn)行了分析和說明。同時(shí)，基于雙信源疊加模式，對(duì)于在大網(wǎng)中鄰區(qū)規(guī)劃及負(fù)荷分擔(dān)方式進(jìn)行了研究，并提出配置建議，為北京聯(lián)通WCDMA部署多載波提出了具體而實(shí)用的指導(dǎo)和參考。

【關(guān)鍵詞】WCDMA多載波網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

一、聯(lián)通WCDMA網(wǎng)絡(luò)基本情況

1、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)情況

截至2013年12月，北京聯(lián)通WCDMA網(wǎng)絡(luò)已建設(shè)基站15865個(gè)，其中宏基站7551個(gè)，微蜂窩基站8314個(gè)，目前六環(huán)內(nèi)覆蓋率達(dá)到97.7%，實(shí)現(xiàn)了98.5%的人口覆蓋，縣城覆蓋率達(dá)到98.99%，實(shí)現(xiàn)了鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及3A級(jí)旅游景點(diǎn)100%的設(shè)站率。

2013年底，北京聯(lián)通WCDMA基站分布圖如圖1所示：

其中：北京市區(qū)已基本實(shí)現(xiàn)四載波連續(xù)覆蓋（圖中標(biāo)出四載波區(qū)域）。

2、業(yè)務(wù)量情況

由于WCDMA網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成熟、上網(wǎng)速率快，業(yè)務(wù)體驗(yàn)好，在商用后，迎來了用戶量的快速增長。截止到2013年12月份，全國3G用戶已達(dá)到1.226億戶，其中，北京聯(lián)通的WCDMA用戶數(shù)為438萬戶。

用戶數(shù)量的增長，帶來了業(yè)務(wù)量的快速增長，尤其是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)增長迅速。從2011年至2013年，北京聯(lián)通的業(yè)務(wù)發(fā)展變化如圖2所示。

當(dāng)前，晚忙時(shí)，北京聯(lián)通WCDMA網(wǎng)絡(luò)語音業(yè)務(wù)量達(dá)到42000Erl，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量已經(jīng)達(dá)到3.8TB?，F(xiàn)網(wǎng)PS域早晚忙時(shí)流量熱點(diǎn)分布如圖3所示。

從圖中可以看出，晚忙時(shí)數(shù)據(jù)流量較高地區(qū)主要在五環(huán)內(nèi)及郊區(qū)縣城，尤其是大型商業(yè)區(qū)、住宅區(qū)、交通干線、高校附近，例如望京、公主墳、學(xué)院樓周邊大學(xué)等。

3、網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)情況

雖然北京WCDMA網(wǎng)絡(luò)已擴(kuò)容至四載波，但網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)顯示，擁塞情況仍有出現(xiàn)，影響網(wǎng)絡(luò)的接通率等指標(biāo)。2013年12月，網(wǎng)絡(luò)接通率及擁塞次數(shù)如圖4所示：

二、WCDMA網(wǎng)絡(luò)承載業(yè)務(wù)量測(cè)算

1、WCDMA網(wǎng)絡(luò)容量模型分析

WCDMA網(wǎng)的容量可以分為資源容量和業(yè)務(wù)容量。資源容量主要是基站的CE資源、碼資源和功率資源。業(yè)務(wù)容量主要是基站可承載的最大業(yè)務(wù)量，但這也與資源容量是相關(guān)的。在目前，我們考量一個(gè)基站的容量是否能夠滿足需求，主要是考量WCDMA網(wǎng)基站資源是否能夠滿足業(yè)務(wù)需求。

WCDMA基站容量受限因素體現(xiàn)在多個(gè)方面，包括SF碼資源、下行功率、上下行CE資源、上行底噪抬升等。其中SF碼資源的消耗與業(yè)務(wù)類別和承載方式有關(guān)，是時(shí)變的；下行功率即已消耗的載波功率資源，是所有業(yè)務(wù)消耗的功率的總和；CE資源是基帶資源，獨(dú)立于射頻部分，可以獨(dú)立擴(kuò)容；上行底噪抬升表示隨著用戶的接入網(wǎng)絡(luò)干擾在抬升，容量和業(yè)務(wù)質(zhì)量隨之下降，低噪抬升到網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的上限時(shí)說明網(wǎng)絡(luò)的干擾水平已到了能容忍的最大值，不再允許其他用戶接入，也就是擁塞。

2、WCDMA單基站承載最大業(yè)務(wù)量計(jì)算方法

（1）單載扇所承載的最大業(yè)務(wù)速率：

在所有資源都最大化利用的情況下，單載扇所承載的最大速率為：

3.84Mbps*6*15/16=21.6Mbps

此時(shí)，信道編碼速率為1，采用64QAM調(diào)制，1個(gè)chip可傳6bit信息，15個(gè)碼字全部應(yīng)用。

（2）四載波基站所能承載的理論最大業(yè)務(wù)速率：

四個(gè)載波基站中，一般來說，至少要有一個(gè)載波設(shè)置為承載語音業(yè)務(wù)專用，其他載波來承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

因此按照三個(gè)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的載波來計(jì)算，所承載的峰值吞吐量為：

3個(gè)扇區(qū)*3個(gè)載波*每載扇最大吞吐率21.6Mbps=194.4Mbps

此時(shí)，需要假定用戶全部分布于接收質(zhì)量足夠良好區(qū)域（CQI>25），功率、碼字資源不受限，且未形成信道間串?dāng)_，無線環(huán)境理想。

（3）實(shí)際四載波基站承載業(yè)務(wù)速率估算

在實(shí)際應(yīng)用中，基站所承載的速率往往達(dá)不到上述假定的理想條件。要受以下因素影響：①業(yè)務(wù)具有不均衡性，實(shí)際用戶的業(yè)務(wù)難以達(dá)到持續(xù)的高速下載，峰值速率通常為平均速率的4倍。②用戶所在位置的無線環(huán)境具有不均衡性，一方面來說，一個(gè)基站下的所有用戶不可能均具備啟動(dòng)HSPA+的條件，從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)上來看，通常僅有1/3的用戶具備啟動(dòng)HSPA+的條件；另一方面來說，不同基站下用戶分布的不均勻性決定了不同基站所承載最大業(yè)務(wù)的不同，同樣的業(yè)務(wù)量，在有些基站由于用戶和基站交互效率較高，造成擁塞的概率小，其他一些基站，由于用戶分布較遠(yuǎn)或者無線環(huán)境復(fù)雜，會(huì)造成較大的擁塞概率。③上述兩個(gè)因素并非疊加的關(guān)系，用戶業(yè)務(wù)呈現(xiàn)不同的統(tǒng)計(jì)特性，當(dāng)業(yè)務(wù)量較低的時(shí)點(diǎn)，不同用戶間的串?dāng)_也會(huì)相對(duì)較低。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)驗(yàn)值，峰均比為1：4；則平均承載速率為

194.4Mbps/4=48.6Mbps

超過該數(shù)值則可能造成擁塞。再考慮無線環(huán)境帶來的影響，需在上述承載速率中再考慮75%的損失，則四載波基站理論承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量為36.45Mbps。

也就是說，當(dāng)考慮了網(wǎng)絡(luò)中的各種復(fù)雜因素的情況下，如果一個(gè)四載波基站忙時(shí)承載業(yè)務(wù)速率達(dá)到36.45Mbps時(shí)，則需密切關(guān)注擁塞的出現(xiàn)，從而進(jìn)一步考慮擴(kuò)容。

3、影響WCDMA基站承載業(yè)務(wù)量其他因素

從理論上來說，基站承載業(yè)務(wù)量越高，則擁塞概率越大，這是一定的。但是，由于WCDMA容量受CE資源、碼資源、功率資源等多方面的影響，因此，現(xiàn)網(wǎng)中的擁塞并未完全呈現(xiàn)出與業(yè)務(wù)量完全相關(guān)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。

其中，基站承載的用戶數(shù)對(duì)于資源的消耗非常顯著。以下從現(xiàn)網(wǎng)中抽取的數(shù)據(jù)，通過對(duì)所承載業(yè)務(wù)量的指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)業(yè)務(wù)量并非是權(quán)衡擴(kuò)容需求的唯一因素：

典型基站1：惠新西街

忙時(shí)吞吐率為：40Mbps，接通率為99.90%，擁塞次數(shù)為0次，HS+R99平均用戶數(shù)70個(gè)。

典型基站2：三里屯

忙時(shí)吞吐率為35Mbps，接通率為74.17%，擁塞次數(shù)為17335次，HS+R99平均用戶數(shù)247個(gè)。

在三里屯基站中，由于用戶數(shù)過多，造成了基站的碼字資源受限，造成擁塞，承載業(yè)務(wù)容量大幅下降，僅有35Mbps左右。而吞吐率達(dá)到40Mbps的惠新西街基站，接通率良好，無擁塞，用戶數(shù)正常。

4、WCDMA網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容原則：

（1）基于業(yè)務(wù)量準(zhǔn)則，對(duì)于超過經(jīng)驗(yàn)承載業(yè)務(wù)量的基站進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注及統(tǒng)計(jì)；（2）基于資源利用準(zhǔn)則，對(duì)于單站下基站用戶數(shù)較多、資源消耗量較大的基站優(yōu)先考慮擴(kuò)容。

三、現(xiàn)網(wǎng)需擴(kuò)容的區(qū)域統(tǒng)計(jì)

依據(jù)上述原則，當(dāng)前需要進(jìn)一步需要擴(kuò)容的四載波基站分布如圖5所示，其主要分布區(qū)域?yàn)閲Q(mào)、金融街、中關(guān)村等，也就是說，在這些區(qū)域，有建設(shè)六載波或者更高容量的網(wǎng)絡(luò)需求。當(dāng)然，在這些數(shù)據(jù)熱點(diǎn)區(qū)域，通過建設(shè)更高載波容量的WCDMA基站或是LTE網(wǎng)絡(luò)的方式來分流流量，都是解決容量需求的方案。

以上區(qū)域是LTE建設(shè)的首選區(qū)域。在LTE建設(shè)有困難、不能到位的情況下，相對(duì)來說，WCDMA多載波網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，涉及系統(tǒng)間切換較少，在頻譜資源具備的情況下，也是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

四、部署多載波的關(guān)鍵因素

如前所述，載波擴(kuò)容的目的在于增加網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)承載能力，從而給用戶帶來更加良好的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。但在WCDMA網(wǎng)絡(luò)中，相對(duì)于單載波網(wǎng)絡(luò)來說，多載波網(wǎng)絡(luò)帶來了網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度的成倍上升，如果多個(gè)載波的網(wǎng)絡(luò)沒有合理配置，不能協(xié)同發(fā)揮作用，不但不會(huì)提升用戶的業(yè)務(wù)性能，反而會(huì)帶來更多的網(wǎng)絡(luò)感知問題。尤其是三個(gè)以上載波的網(wǎng)絡(luò)，將受制于頻點(diǎn)測(cè)量數(shù)量的限制，復(fù)雜性更高。

在多載波網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，需要解決幾個(gè)主要問題：（1）用戶終端在空閑態(tài)，如何選擇合適的載波進(jìn)行選網(wǎng)和駐留？（2）用戶在使用業(yè)務(wù)過程中，如何能夠快速測(cè)量到最佳切換載頻？（3）終端發(fā)起業(yè)務(wù)時(shí)，如何能夠在最適合的載波進(jìn)行承載，使得載波的業(yè)務(wù)量能夠均衡？（4）當(dāng)載波間業(yè)務(wù)不夠均衡時(shí)，采用何種機(jī)制來對(duì)業(yè)務(wù)量進(jìn)行載波之間的切換和調(diào)節(jié)？（5）當(dāng)用戶處于某一載頻的邊界區(qū)域時(shí)，如何保障當(dāng)前使用載頻與其他載頻之間的平滑切換？

為解決上述問題，使多載波網(wǎng)絡(luò)平穩(wěn)運(yùn)行，負(fù)荷均衡，資源得到有效利用，需特別關(guān)注以下關(guān)鍵策略的部署和設(shè)置：（1）終端的駐留及重選策略；（2）異頻切換策略；（3）載波間負(fù)荷均衡策略；（4）異頻鄰區(qū)配置策略。

1、終端的駐留及重選策略

在多載波WCDMA網(wǎng)絡(luò)中，在載頻質(zhì)量劣化到一定程度時(shí)，將觸發(fā)異頻重選流程，從而使終端傾向于駐留在質(zhì)量更好的載波上。

異頻小區(qū)重選用于將處于空閑模式、CELL_PCH和CELL_FACH狀態(tài)的終端重選到另一載波。異頻小區(qū)重選由服務(wù)小區(qū)的CPICHEc/No觸發(fā)，然后根據(jù)測(cè)量到的不同小區(qū)的信號(hào)水平?jīng)Q定是否進(jìn)行小區(qū)重選。過程如下：

（a）當(dāng)QqualMeas

例如，當(dāng)QqualMin設(shè)置成-18dB，Sintersearch設(shè)置成6，當(dāng)前服務(wù)小區(qū)的信號(hào)質(zhì)量小于（-18+6）=-12時(shí)，終端將啟動(dòng)異頻測(cè)量。

（b）當(dāng)目標(biāo)小區(qū)的測(cè)量結(jié)果得到后，終端根據(jù)S標(biāo)準(zhǔn)判斷該目標(biāo)小區(qū)是否可駐留。

（c）最后，終端對(duì)所有滿足駐留條件的小區(qū)按照

Rs=Qmeas（servingcell）+Qhyst2，

Rn=Qmeas（neighbourcell）-AdjQoffset2，

進(jìn)行排序。排序最高的小區(qū)就是小區(qū)重選的目標(biāo)小區(qū)。如果重選的目標(biāo)小區(qū)能夠滿足上面條件，且保持一段時(shí)間Treselection，小區(qū)重選發(fā)生。

因此，重選過程中參與計(jì)算的QqualMin、Sintersearch、Qhyst2、AdjQoffset2、Treselection等參數(shù)對(duì)于重選的啟動(dòng)時(shí)機(jī)、重選的速度、準(zhǔn)確性至關(guān)重要。

2、異頻切換策略

異頻切換典型過程為：測(cè)量控制→測(cè)量報(bào)告→切換判決→切換執(zhí)行→新的測(cè)量控制。切換算法根據(jù)切換判決所需要的測(cè)量值、切換控制方法、切換類型選擇等來決定UE如何進(jìn)行切換測(cè)量以及報(bào)告規(guī)則，再根據(jù)上報(bào)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行切換判決，引導(dǎo)切換執(zhí)行。

觸發(fā)異頻切換的事件主要有2B、2D和2F事件，具體描述如下：

（1）基于2B事件的切換控制

2B事件定義為：used frequency（當(dāng)前頻率）的質(zhì)量估計(jì)值低于某一門限，而且non-used frequency（非當(dāng)前頻率）的質(zhì)量估計(jì)值高于某一門限值。

如果used frequency的質(zhì)量估計(jì)值低于在測(cè)量控制消息中下發(fā)的IE“Threshold used frequency”確定的門限值，而且non-used frequency的質(zhì)量估計(jì)值高于在測(cè)量控制消息中下發(fā)的IE“Threshold non-used frequency”確定的門限值，而且滿足磁滯值條件和觸發(fā)時(shí)間條件，就會(huì)觸發(fā)事件2B。它是作為覆蓋切換觸發(fā)條件。

（2）基于2D事件的切換控制

2D事件定義為：used frequency的質(zhì)量估計(jì)值低于某一門限。

2D事件可用來啟動(dòng)壓縮模式，進(jìn)行異頻測(cè)量。此門限由UTRAN下發(fā)的測(cè)量控制消息中的IE“Threshold used frequency”指定，其判決公式為：

Qused≤Tused2d-H2d/2（1）

其中：

Qused是正在使用的載頻的信號(hào)質(zhì)量（used frequency）Tused2d是用于正在使用的載頻用于判決Even 2D的絕對(duì)門限；

H2d是2D事件的磁滯參數(shù)

（3）基于2F事件的切換控制

2F事件定義為：used frequency的質(zhì)量估計(jì)值高于某一門限。

2F事件可用來關(guān)閉壓縮模式，停止異頻測(cè)量。此門限由UTRAN下發(fā)的測(cè)量控制消息中的IE“Threshold used frequency”指定，其判決公式為：

Qused≤Tused2d+H2f/2（2）

其中：

Qused是正在使用的載頻的信號(hào)質(zhì)量（used frequency）評(píng)估質(zhì)量

Tused2d是正在使用的載頻信號(hào)觸發(fā)2F事件的絕對(duì)門

限

H2f是2F事件的磁滯參數(shù)。

3、載波間負(fù)荷均衡策略

在WCDMA系統(tǒng)中，新呼叫的接入、終端位置變化引起的切換、終端發(fā)送和接收速率的變化、外界的干擾和環(huán)境的變化等因素都會(huì)導(dǎo)致各小區(qū)的負(fù)載發(fā)生隨機(jī)變化，這就會(huì)出現(xiàn)小區(qū)間負(fù)載不平衡的狀況。有些小區(qū)可能出現(xiàn)負(fù)載較重的情況，小區(qū)內(nèi)用戶的通信質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，但同時(shí)，另一些小區(qū)可能處于空閑狀態(tài)而未得到充分利用。

為避免這種情況的出現(xiàn)，就需要對(duì)資源的選擇和利用進(jìn)行控制，進(jìn)行負(fù)荷均衡，盡可能有效地利用無線資源。負(fù)荷均衡算法包括兩個(gè)算法：載波間負(fù)荷均衡（異頻負(fù)荷均衡）和同頻負(fù)荷均衡。載波間負(fù)荷均衡算法的優(yōu)先級(jí)高于同頻負(fù)荷均衡算法，一般情況下只打開載波間負(fù)荷均衡。

載波間負(fù)荷均衡算法主要包括幾個(gè)關(guān)鍵方面：

●載波間負(fù)荷分配策略

語音業(yè)務(wù)需要優(yōu)先保障，因此通常為語音業(yè)務(wù)分配獨(dú)立載波。

在人群密集的高話務(wù)集中區(qū)域，如演唱會(huì)、展會(huì)等場(chǎng)景下，為減少載波間重選和切換帶來的容量開銷，通常不獨(dú)立設(shè)置語音專屬載波，而采用自由呼的策略，盡量使用戶從駐留載波直接發(fā)起業(yè)務(wù)，不同載波間的負(fù)荷基本保持一致。僅當(dāng)載波間負(fù)荷發(fā)生嚴(yán)重偏差時(shí)根據(jù)載波利用閾值進(jìn)行負(fù)荷的重整。

為避免乒乓切換的發(fā)生，需要為切換增加適當(dāng)?shù)倪t滯值。

以愛立信設(shè)備為例，設(shè)備最多能夠定義5個(gè)HS load sharing目標(biāo)小區(qū)，所有載頻都支持HS與R99業(yè)務(wù)。

所有載頻引入MO Coveragerelation，開啟dchLoadSharing、hsCellSelection、hsLoadSharing功能。這樣在空閑模式自由駐留的情況下，增大了UE再各載波均衡的幾率。

4、異頻鄰區(qū)配置策略

根據(jù)3GPP協(xié)議規(guī)定，UE只可搜索2個(gè)異頻測(cè)量頻點(diǎn)。因此，當(dāng)同站載波數(shù)量大于3時(shí)，鄰區(qū)配置策略需要特殊設(shè)計(jì)，以滿足UE能夠在邊界區(qū)域的多個(gè)載波間進(jìn)行重選和切換，防止多載波不連續(xù)導(dǎo)致的孤島效應(yīng)。

五、結(jié)論和建議

在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷不斷增長的現(xiàn)實(shí)情況下，載波擴(kuò)容對(duì)于容量的提升具有快速和高質(zhì)量的特點(diǎn)。通過多載波的部署能夠?qū)⒂脩暨M(jìn)行物理隔離，有效降低網(wǎng)絡(luò)的自干擾，提升高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量。WCDMA多載波網(wǎng)絡(luò)的部署建設(shè)避免了大量的無線環(huán)境調(diào)整工作量，但相對(duì)于單載波網(wǎng)絡(luò)有其特殊性和復(fù)雜性，體現(xiàn)在通信協(xié)議的限制和設(shè)備自身的限制，需要進(jìn)行細(xì)致的策略設(shè)計(jì)和參數(shù)設(shè)置。

通過前面的論述，根據(jù)多載波網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，結(jié)合北京話務(wù)增長的實(shí)際情況，建議采用如下方案部署：（1）在五環(huán)內(nèi)進(jìn)一步完善四載波的連續(xù)覆蓋，減少用戶移動(dòng)過程中頻繁的異頻切換，保證用戶體驗(yàn)。（2）熱點(diǎn)地區(qū)通過雙信源疊加方式開通六載波。（3）為語音業(yè)務(wù)設(shè)置優(yōu)選第一載波。（4）重選策略采用自由呼的方式，減少不必要的頻間開銷。（5）切換策略原則上通過用戶重選和業(yè)務(wù)建立來控制負(fù)荷均衡，在異頻間做到少切換，尤其要避免乒乓切換。（6）鄰區(qū)規(guī)劃采用同覆蓋小區(qū)，規(guī)劃異頻鄰區(qū)；同載波相鄰小區(qū)，做同頻鄰區(qū)；邊界小區(qū)做5、6載波向1、2載波的遷移。

通過以上方案實(shí)施多載波的部署，可以實(shí)現(xiàn)載波資源的有效利用。

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