0Gn0-TD-SCDMA无线网络利用率课题研究0811

TD-SCDMA无线网络利用率研究 中国移动通信集团设计院有限公司 2009年 8月 提纲 背景 TD系统无线网络利用率分析 TD无线网络利用率 计算方法 根据业务预测推算无线网络利用率 全网目标网络利用率确定 小区扩容标准建议 提高 TD网络利用率的方案 技术方案 工程方案 方案应用和相关建议 下一步工作建议 背景 TD-SCDMA建设概况： 一期、二期 38城市已建成约 30万载扇的、具有一定规模和能力的 3G网络 TD三期工程正在紧张的建设中，预计在 2009年底建成 目前 TD网络的建设重点： 保证良好覆盖 大规模建设 TD网络、大力推广 TD业务的同时，应尽早的关注： 如何科学、合理的定义网络利用率； 分析影响网络利用率的各种因素，确定目标利用率； 提高网络利用率的技术措施； 背景 需进行专门研究： TD系统网络利用率的统计、评估方法； 进行更精细的资源配置优化，充分挖掘现有网络潜力，在保证网络良好质量前提下，使网络利用率更加合理； 力争在满足 3G多种业务增长的同时， 提高 TD网络的投资收入比。 由于 TD-SCDMA商用时间较短、用户较少，没有大量的统计数据和相关可借鉴的经验 参考 GSM网络经验，结合 TD自身的技术特点，给出了初步的研究结果； 后续将根据现网统计数据进一步研究完善 TD-SCDMA网络利用率体系。 提纲 背景 TD系统无线网络利用率分析 TD无线网络利用率 评估方法 根据业务预测推算无线网络利用率 全网目标网络利用率确定 小区扩容标准建议 提高 TD网络利用率的方案 技术方案 工程方案 方案应用和相关建议 下一步工作建议 无线网络利用率制定原则 无线利用率是无线资源利用效率的指标，其对象可分为小区和网络： 小区利用率：对于不同载频配置的小区，利用率的理想取值范围是不同的，且平均载频配置越高无线利用率就应越高； 网络利用率：反映整个无线网络的效率，对于分析整网的情况有着重要意义。 本研究主要是基于网络利用率进行研究，同时，对利用率较高的小区给出建议指标和调整、扩容方法。 TD网络利用率评估方法应遵循以下原则： 针对不同特点的小区，其最合理的统计方法不尽相同，但从网络整体考虑，需综合各种因素，使其具备一定的 普适性和统一性 ； 根据 TD-SCDMA网络多业务、多承载的特点，具备 针对性和合理性 ； 考虑 TD-SCDMA网络和业务的发展，应具有一定的 预见性 ，以适用于今后网络的变化和演进，保持其相对 稳定性 ； 尽量减少统计数据量，简化操作和统计难度，实现统计的 便利性 。 无线网络利用率评估方法 GSM 基于对参数 K（不同载频配置下的话务能力）、数据信道对无线资源占用等因素的考虑，制定了无线网利用率指标计算的公式，具体如下： 100 100忙 时 总 话 务 量无 线 利 用 率 无 线 网 设 计 总 容 量忙 时 语 音 话 务 量 + 忙 时 数 据 等 效 话 务 量 总 业 务 信 道 数 K3600P D C H P D C H占 用 时 长忙 时 数 据 等 效 话 务 量 占 用 的 平 均 数 忙时语音话务量：指系统月平均忙时总话务量，取全天最忙 1个小时话务量的全月平均，从网管采集。 占用的 PDCH平均数：从现网网管中提取得到，数据忙时与语音取同一忙时 , 以话音业务忙时为准。 TD无线网络利用率评估方法（ 1） 根据 TD网络特点，可从三种角度或方法进行无线利用率的评估： 根据占用基站的空口资源指标来评估 根据基站实际发射功率和最大发射功率比值等空口无线指标来表示无线网络利用率； 根据承载业务量来评估 根据网络承载的忙时各类业务的业务量和网络最大承载能力比值来表示无线网络利用率； 根据占用基站的基带资源指标来评估 根据网络实际占用的 BRU资源（或称码资源）与全部可用的 BRU资源比值来标书无线网络利用率； 注：在 TD-SCDMA系统中，一个信道就是载波，时隙，扩频码的组合，也叫一个资源单位(Resource Unit)。其中一个时隙内由一个 16位扩频码划分的信道是最基本的资源单位，即 BRU 。 TD无线网络利用率评估方法（ 2） 分别统计不同业务的业务量，按不同业务的数据量加权得到全网利用率： 根据承载业务量评估 R4和 HSDPA数据信道是固定配置的，但 R4承载话音的信道、承载可视电话的信道与承载数据的信道是动态调整的，无法区分，很难统计各自的占比情况； 对于 HSDPA系统不同场景下实际的空口速率仍需要合理的的综合取定； 后期将发展 MBMS、 HSUPA等业务，计算方法需随着业务发展进行增补。 多业务情况下计算较为复杂，统计困难； TD无线网络利用率评估方法（ 3） 在 TD-SCDMA网络中，可通过下行发射功率和上行干扰功率等网络质量来表征基站空口资源占用情况，从而反映无线网络利用情况： 上行网络利用率 1热噪声 /上行平均干扰功率 下行网络利用率下行平均发射功率 /下行可用发射功率 根据占用基站的空口资源指标评估 该指标是针对特定小区和载波下某个时隙的无线性能指标，对优化调整具有指导作用，若作为网络利用率的统计指标，不仅加权复杂，统计量较大； 该指标和用户分布、网络布局、优化水平紧密相关，不能客观的反映用户使用量的情况； TD无线网络利用率评估方法（ 4） 对于 R4业务，采用 DCH承载，传输格式和调制方式固定，对资源的消耗可通过码道占用来表征，且码道占用情况与实际承载业务能力基本是对应的： CS业务：完全对应 PS业务：基本对应 根据占用基站的基带资源指标评估码资源利用率 码资源利用率可以很好的表征R4业务占用系统资源情况 承载业务类型 下行 上行 D12.2/U12.2 Kbps 2*BRU = RUSF16 * 2 2*BRU = RUSF8*1 D64/U64Kbps 8*BRU = RU SF16 * 8 8*BRU = RUSF2*1 D128/U64Kbps 16*BRU = (RUSF16*16)/TS*1 8*BRU = RUSF2*1 D384/U64Kbps 48*BRU = (RUSF16*16)/TS*3 8*BRU = RUSF2*1 TD无线网络利用率评估方法（ 5） 对于 HSDPA业务，采用 DSCH承载 业务信道带宽不会导致用户接入拥塞，但较小速率会影响用户感受； 传输格式和调制方式通过 AMC调整，单位码道上的承载速率不固定； 码资源利用率可以表征 HSDPA业务占用系统资源情况。但由于HSDPA的特点，码道占用与业务承载能力不完全一致，所以存在利用率相同，承载业务量不同的情况。 对于 HSUPA业务：基本同 HSDPA情况 对于 MBMS业务：传输格式和调制方式固定，码道占用情况与实际承载业务能力是完全对应的； 对于 HSPA+业务：基本上与 HSPA类似 考虑到 TD业务多样性、复杂性，以及后续业务发展，本着便利性、统一性等原则，建议以码资源利用率表示无线网络利用率。 根据占用基站的基带资源指标评估码资源利用率 TD无线网络利用率评估方法（ 6） 具体方法 总码道利用率 上、下行分别统计，并取其中的最大值，即 总码资源利用率 =MAX（上行码资源利用率，下行码资源利用率） 上行码资源利用率 =（上行 R4业务占用的 BRU数 +上行控制信道占用的BRU数 HSUPA （ HSPA+）业务占用的 BRU数） /（上行全部可用 BRU数 *K）； 下行码资源利用率 = （下行 R4业务占用的 BRU数 +HSDPA（ HSPA+） 业务占用的 BRU数 +MBMS业务占用的 BRU数 +下行控制信道占用的 BRU数）/（下行全部可用 BRU数 *K）； K：考虑呼损情况下，不同载波配置下的业务能力，建议取 75； TD无线网络利用率评估方法（ 7） 具体方法 R4业务码资源利用率； （上 /下行） R4业务码资源利用率 = （上 /下行） R4业务占用的 BRU数 /（上 /下行）全部可用 BRU数 注：此处的 DPCH不包括 HSDPA的下行伴随信道，但是包括与 HSDPA对应的上行DPCH信道。 HSDPA业务码资源利用率 HSDPA业务码资源利用率 =忙时 HSDPA业务信道占用 BRU数 /HSDPA业务信道全部可用 BRU数 注：（ a） HSDPA业务信道占用 BRU数根据 HS-SCCH实际统计出的 HS-PDSCH被调度的 BRU数； （ b） HSDPA业务信道全部可用 BRU数 =16*每载波配置的 HS-PDSCH时隙数 *HSDPA载波数； TD无线网络利用率评估方法（ 8） 具体方法 辅助指标 HSDPA接入用户数：忙时全网 HSDPA接入用户数 /全网 HSDPA载波数； HSDPA码道承载能力：忙时 HSDPA系统吞吐量 /忙时 HSDPA业务信道占用 BRU数； 码道利用率指标的使用： 总码道利用率用于考察全网资源的使用情况，为主要考核指标； R4业务码资源利用率 和 HSDPA业务码资源利用率 可用于分析 R4与 HSDPA载波配置的数量以及 TD系统上、下行时隙配置是否合理，是否需要进行调整。若R4与 HSDPA码道利用率差异较大或上、下行码道利用率差异较大时，应首先进行载波配置与时隙比例的调整，合理配置有限的资源，使无线资源利用率最大化。 HSDPA接入用户数和 HSDPA码道承载能力主要用于分析 HSDPA网络承载效率，作为 HSDPA网络性能的评价指标，供网络规划、优化参考； 根据业务预测推算无线网络利用率 根据预测推算利用率 该公式需要后续试点统计并对比分析，研究其准确性和合理性，跟踪分析 A、 B系数的取值。 X 预测用户数 KBRUBRUAH S U PA H S U PAK PSRKCSK数上行总数上行控制信道单时隙承载能力 流量流量上行话务量话务量上行无线利用率 16/3 6 0 03 6 0 08486422.12KBRUBRUBRUM BM SBH S D PA H S D PAK PSRKCSK数下行总数数下行控制信道业务配置的单时隙承载能力 流量流量下行话务量话务量下行无线利用率 16/3 6 0 03 6 0 08486422.12全网目标网络利用率确定（ 1） 可参考 GSM网络利用率指标的原则，并结合 TD实际情况进行适当调整 GSM网络经过十几年的发展，其用户分布和话务需求趋于稳定，统计数据样本充分，预测方法更加科学、准确； 在 GSM网络中确定目标利用率，通常要考虑以下几个因素： 影响目标无线利用率的指标 指标意义 计算方法 信道配置虚容量 信道配置无法做到与需求线性匹配 多配一个载频模块的虚容量 小区不均衡系数 用户的流动性导致全网忙时和小区忙时并不完全交叠 不均衡系数 =小区忙时话务量的总和系统忙时总话务量 1 波动系数 局部性、周期性出现； 波动系数 =某周（某月）最高系统忙时话务量 /周（月）平均系统忙时话务量 覆盖站影响 低话务、广覆盖需求 包含覆盖站的全网利用率与去除覆盖站的全网利用率的差值 全网目标网络利用率确定（ 2） TD网络相对 GSM网络具有以下影响网络利用率的因素更突出的特点： 信道配置虚容量： TD网络初期，主要是以覆盖为主，站型配置一致性较强，并未过多考虑业务实际需求进行无线资源的合理配置，且存在最小配置单位，一般为 3 4载波； 小区不均衡系数： TD用户和业务需求较少，业务模型和用户分布较难确定；小区不均衡系数相比 GSM更高； 波动系数：话音业务和 GSM基本一致，但数据业务波动体现更为明显； 覆盖站影响：二期、三期 TD网络建设主要考虑热点区域，因此基本不存在类似 GSM的广覆盖站，但由于初期用户较少，在热点区域仍会存在部分站点业务量很少的情况，是广义的覆盖站； 数据业务和话音业务忙时的时间点存在差异：但目前 TD网络 R4和 HSDPA资源不能动态调整，相应的资源配置需满足各自的忙时业务需求，因此会降低以某业务忙时点统计的全网利用率； 上下行利用率存在差异：由于 TD网络可灵活调整上下行时隙配置，会存在上下行时隙配置和用户业务模型不一致，导致的上下行利用率存在差异的情况，最终影响总码道利用率； 综合上述分析，几种影响利用率的因素在 TD网络都更明显，因此初期 TD网络利用率会远低于目前的 GSM网络。 全网目标网络利用率确定（ 3） GSM网络以 70作为目标网络利用率，根据 TD网络的实际情况初期可参考 GSM网络目标利用率，并适当降低； 初期建议按照 30%作为的目标网络利用率； 后期可按照逐步提高的原则适当调整，并将 60%70%作为 TD网络成熟期的目标网络利用率。参考值如下表： 网络 /阶段 全网目标利用率 GSM 70% TD网络 近期（ 2010 2011） 15%30% 中期（ 2012 2013） 30% 60% 后期（ 2014） 60%70% 小区扩容标准建议 在关注总体的网络利用率的同时，应关注小区级无线利用率，及时发现局部利用率较高的忙小区以及利用率较低的闲小区，并对闲、忙小区之间应进行载频的合理调整，优化资源配置，提高无线资源使用效率，从而提高全网利用率。 R4： 忙小区：忙时无线利用率超过 60%的小区； 闲小区：忙时无线利用率低于 30%的小区； HSDPA： HSDPA忙小区：忙时 HS-PDSCH无线利用率超过 60%的小区； HSDPA闲小区：忙时 HS-PDSCH无线利用率低于 30%的小区； HSDPA的扩容标准除了以 HSDPA业务信道的码资源占用率为主要依据外，还应重点结合接入用户数综合分析和判断； 提纲 背景 TD系统无线网络利用率分析 TD无线网络利用率 评估方法 根据业务预测推算无线网络利用率 全网目标网络利用率确定 小区扩容标准建议 提高 TD网络利用率的方案 技术方案 工程方案 方案应用和相关建议 下一步工作建议 技术方案（ AMR） AMR自适应语音编码 基于带宽分为 AMR-NB和 AMR-WB TD系统中主要使用 AMR-NB； AMR-NB业务支持 4.75 12.2 kbps 共 8种 TD系统中 CN、 UTRAN和 UE都支持上述语音编码速率，语音业务采用 20ms的 TTI，每 20ms语音帧可以根据命令切换语音编码速率。实际的语音编码速率取决与信道的质量 半速率主要是在信道资源比较紧张的情况下，采用一条信道承载 2个通话的方式来缓解话务拥塞。在 TD-SCDMA系统中，不建议采用半速率方式，原因如下： 在 TD系统中， AMR采用 20ms的 TTI，如采用半速率需要采用帧分复用的方式，这样需要 UE支持帧分复用的方式下的波形恢复，对 UE修改较大； 在 TD系统中， Midamble采用 K=8，限制了一个时隙内 AMR用户数，这样即使采用半速率，也无法提高总用户数量。 技术方案（ HSPA空分复用 ） HSPA空分复用技术 在不改变 TD空口技术的情况下，利用智能天线的空间隔离或室内小区多通道间的楼层隔离来实现码道复用，达到大幅度提高 TD频谱利用率、成倍提高 HSPA系统吞吐量的效果，从而降低运营成本，有效解决密集城区和一些热点区域出现的频率受限问题。 理论计算、仿真和现网测试表明 室内的系统吞吐量提高到 2倍或更高； 室外的系统吞吐量提高效果不明显； 对现有资源的要求： 仅需软件设置即可实现； 终端无任何特殊需求，普通终端即可使用； 网络规划无需调整。 在不增加硬件成本和不重新进行网络规划和优化的前提下快速提升网络容量。在实际网络应用中，可以选择 HSPA复用技术进行扩容，直接提升小区容量 技术方案（ PS业务降速和状态迁移 ） R4 PS业务数据量较少或无数据传输时， RNC会进行相应处理，以减少无线资源的占用，提高资源利用率： 当 R4 PS业务数据量较少时， RNC会触发 UE降速，或者将用户跃迁到CELL_FACH状态； 当 R4 PS业务无数据传输时， RNC将用户跃迁到 CELL_PCH状态 现网中部分区域打开了 PS调度开关，由于部分厂家终端进入CELL_PCH状态之后，完整性保护存在一些问题，为避免影响网络掉话率，现网中 PS调度开关没有打开。 技术方案（ 伴随信道功能和应用 ） 伴随信道的释放功能 当网络侧监收到用户业务量测量报告并且满足状态跃迁条件，会释放用户的伴随 DPCH资源以及 HS-PDSCH资源； 释放的资源可以供其他用户使用，从而提高资源利用率和接入成功率； 伴随信道释放过快，可能会导致用户乒乓调整，增加系统信令开销； 伴随信道释放过慢，对于提高利用率效果不明显。 伴随信道复用功能 下行伴随信道复用系数为 2或 4，通过复用可以提高下行码道使用效率 伴随信道动态调整功能 下行伴随信道主要承载高层信令，通常 3.4K的传输速率即可，不需要传输速率的动态调整 上行伴随 DPCH信道带宽的需求通常高于下行伴随 DPCH，且上行带宽过低，会限制下行传输速率。因此，初始的上行伴随信道的带宽会较大，当下行速率降低时，上行伴随速率也随之降低。需要对其速率进行动态调整，避免无效的资源占用，提高上行接入用户数。 工程方案（ 无线网络性能优化 ） 无线网络性能优化是一项周而复始、循环往复的长期工作，贯穿于网络发展过程之中： 监控网络指标，实现合理配置 监控观察 R4与 HSDPA码道利用率差异以及上、下行码道利用率差异，当差异较大时，应首先进行载波配置与时隙比例的调整，合理配置有限的资源，使无线资源利用率最大化。 监控各小区的网络指标，优化载频配置，拆闲补忙，使之既不拥塞也不形成资源浪费，实现载频的忙闲调配。 小区间遵循平衡覆盖、负载均衡的原则，使得话务趋于均衡。 改善网络覆盖，增加业务承载比率： 对于弱覆盖或无覆盖区域及时进行改善，通过建设 RRU、直放站等方式进行补盲，延伸小区覆盖，吸收更多话务，解决利用率过低问题； 若 HSDPA业务信道的单码道承载能力较低（ 20kbps），应分析原因并进行调整和优化； 工程方案（基带池） 实际网络中，用户业务量存在地域迁移性或关联性，如院校的教学区和宿舍区等 根据业务特点和用户话务模型特征，将多个 RRU所对应的载频基带处理资源以基带池的方式共享，从而降低基带部分投资成本，提高设备资源利用率。 教 学 楼宿 舍.共 享 基 带 池工程方案（ 软载频解决方案 ） 软载频解决方案基于多载波基站，基站内和基站间均可采用 基站间软载频方案 一定区域内，所有载频通过软件 license方式进行集中调度和配置管理 使得网络配置载频数和网络实际需求载波数尽可能匹配，灵活配置基站载频、降低新购载频数量、提高载频利用率、解决利用率过低问题 如下图所示： 基站内软载频方案 目前主设备厂家的载频最小单位较大，一般为 6载波或 9载波 对于覆盖站或者配置载频冗余较多的基站，其硬件上资源富余会造成网络利用率较低 可通过软件 license的方式进行最合理的软载频配置 工程方案（ 软载频解决方案 ） 举例说明： 两个基站最大具备 S666的配置能力，而实际容量需求最大仅有 30个载频（即实际配置仅需 S444和 S666）的配置。在实际网络部署时，仅需要购买 30个载频的软件，从而提供利用率，节约投资。 S666 - S 444 容量软流动 S444 - S666 远程在线进行容量调整，无需人工上站操作 工程方案（ 系统间负荷均衡 ） 根据 2G、 3G一张网的原则，系统间可以采用以下方式： 基于负荷进行调整 当服务小区负荷较高时，首先尝试系统内均衡过程，系统内小区均衡失败再尝试系统间均衡过程 基于业务进行调整 根据业务类型进行系统间负荷均衡，中、高速数据业务优先采用 3G网络承载 在系统间均衡选择小区时： 首先通过 Iur-g接口获得 GSM/TD小区的负荷情况 根据小区负荷情况进行系统间负荷均衡，使两网资源互补，避免出现一个系统的小区超忙、另一系统的小区超闲的情况 根据不同的业务进行不同的切换参数的设置，提高系统性能，增加系统容量 方案应用和相关建议 具体方案 应用建议 下一步工作 技术方案 AMR 自适应语音编码 实现难度较大 ， 暂不采用 HSPA 空分复用技术 在业务需求较大的室内分布系统中引入 PS业务降速和状态迁移 建议推广 ， 可先进行农村 /县城地区试点工作 ， 视实际效果和负面影响的程度 ，逐步过渡到市区数据用户较多的区域 继续完善终端兼容性测试 ， 并根据业务应用摸索相关参数的设置原则 。 HSDPA伴随信道复用 建议应用复用系数为 2的下行伴随信道复用 ， 在提高利用率的同时 ， 避免无线指标出现较大的恶化 测试评估下行 4倍复用及上行 2倍复用 工程方案 网络性能优化 应持续进行 ， 网络维护部门应根据业务发展情况 ， 密切注意网络业务变化情况 ，经常性观察各小区的忙闲状况并进行载频优化配置 ， 提高网络利用率 。 应根据不同厂家设备的具体情况分别考虑 ， 制定相关优化方案 基带池 建议采用 ， 首选用于话务关联性较大的区域 ， 提高载频利用率；或用于站址资源相对紧张 ， 光纤资源较丰富的城区 、道路覆盖等场景 。 继续推进基带池解决方案的工程应用 系统间负荷均衡 对增强型 、 创新型 Iur-g接口进行测试验证 跟踪研究成果 ， 推动两网融合 、以及融合后的工程应用 。 软载频解决方案 基于基站内软载频解决方案 ， 可以在适当的场景采用； 对于基于基站间的方案 ， 综合考虑优势和风险 ， 进一步评估引入的可行性 提纲 背景 TD系统无线网络利用率分析 TD无线网络利用率 评估方法 根据业务预测推算无线网络利用率 全网目标网络利用率确定 小区扩容标准建议 提高 TD网络利用率的方案 技术方案 工程方案 方案应用和相关建议 下一步工作建议 下一步工作建议 进一步验证分析 根据现网统计数据，分析现网的码字源利用率情况； 验证根据业务量测算码字源利用率公式的合理性和准确性； 统计分析影响 TD网络利用率的几个因素，重点关注不均衡系数； 分析现网辅助指标的取值，分析 H