第三章网络容量优化

1、移动通信网络优化第三章 网络容量优化本章主要内容无线网络容量概述CDMA2000 1x的网络容量GSM的网络容量无线网络容量的评估指标无线网络容量问题的优化无线网络容量概述话务量话务量来反映通信业务量的大小，也用来反映网络容量的大小和通信设备的负荷话务量的单位是爱尔兰（Erlang），简写为Erl爱尔兰定义为单位时间内信道被占用的时长单位时间一般取1小时话务量的计算方法为：单位时间内平均发生的呼叫次数和每次呼叫占用的平均时间的乘积。话务量一般用A表示：A=C*t式中C为单位时间内的呼叫次数，t为每次呼叫的保持时间例题例题3-13-1：某用户在1天（24小时）内打了3次电话。第一次通话5分钟，第

2、二次通话8分钟，第三次通话1分钟。问该用户平均每小时的话务量是多少Erl？ 解：用户单位时间（1小时）平均的呼叫次数：C=3/24=0.125次平均每次呼叫占用的时间：t=(5/60+8/60+1/60)/3=0.078小时则用户平均每小时的平均话务量为：A=C*t=0.125*0.078=0.0097Erl对于有多个用户的系统，系统的总话务量等于所有用户话务量之和:A=U*AuA代表系统的总话务量，U是系统中总的用户数量，Au是平均每用户的话务量。例题例题3-23-2：某系统有50个用户，每个用户平均每小时发出2次呼叫，每次呼叫平均保持3分钟，求系统总话务量。解：平均每用户话务量为：Au=2

3、*（3/60）=0.1Erl系统总话务量为：A=0.1Erl*50=5Erl忙时忙时话务量忙时话务量a可由下式计算：a=A*k其中，A为全天话务量，k为忙时集中系数。例题例题3-33-3：某移动通信网每天的呼叫次数为5000次，平均每次呼叫保持时长为1分钟，忙时集中系数为10%。求该网络的忙时话务量。解：全天话务量：A=C*t=5000*(1/60)=83.3Erl忙时话务量：a=A*k=83.3Erl*10%=8.33Erl呼损率损失话务量占流入话务量的比率，称为呼损率，一般用B表示。呼损率的计算公式为：B=(A-A0)/A其中A为流入话务量，A0为完成话务量。例题例题3-43-4：一个通信

4、网的用户平均每次呼叫保持3分钟，在某一个小时内呼叫尝试了10000次，成功9800次，计算呼损率。解：流入话务量：A=10000*(3/60)=500Erl完成话务量：A0=9800*(3/60)=490Erl呼损率为： (A-A0)/A=(500-490)/500=2%对于有n个信道的系统，呼损率的计算公式为：根据上面的公式，只要给定呼损率B、流入话务量A和信道数n三个数值中的任意二个，我们都可以计算另外一个的值爱尔兰B表niiniAnAB0!/!/例题例题3-53-5：某移动通信网络，每天每个用户平均呼叫10次，每次占用信道的平均时间为80秒，呼损率要求5，集中系数为K=0.125，问给定

5、8个信道能容纳多少个用户？解：首先求出在给定的呼损率和信道数量条件下，可支持的最大话务量A：题中给出呼损率为5%，信道数为8，查爱尔兰B表可知此时可支持的最大话务量为：A=4.543Erl。然后求出每用户的平均忙时话务量a：a=10*(80/3600)*0.125=0.0278Erl最后求出系统能容纳的用户数M：M=A/a=4.543/0.0278=163CDMA2000 1x的网络容量影响CDMA2000 1x网络容量的因素：网络带宽基站频点配置数量基站的数量网络干扰水平基站功率分配Walsh码资源网络带宽CDMA2000 1x系统可工作在800MHz和1900MHz两个频段。其中800MH

6、z频段为： 824849MHz（上行）/869894MHz（下行）；1900MHz频段为：1850-1910MHz（上行）/1930-1990MHz（下行）。 其中1900MHz频点仅在美国使用。 CDMA2000 1x每一载频占用1.23MHz的带宽。CDMA的频点计算可按如下公式：上行链路: f=825.00MHz+0.03MHz*N； 下行链路: f=870.00MHz+0.03MHz*N。 其中N为频点编号。我国为CDMA2000 1x系统分配了10MHz的频段，具体为：下行频段：870880MHz；上行频段：825835MHz。对应的频点编号为N=283，242，201，160，11

7、9，78，37。基站的频点配置CDMA网络由于采用了码分多址技术，相邻基站就可以进行频率复用对于CDMA网络来说，当新增频点时，要求新增频点形成一定区域范围的连续覆盖，而不能采用“插花”式方案。插花式扩容的问题基站Bf1/f2基站Af1基站Cf1反向容量软容量干扰对反向容量的影响Eb/Nt：信号解调后每比特信号能量与总噪声密度的比值当Eb/Nt取4.2dB时，CDMA2000 1x基站每扇区每载频允许接入的反向信道数量为47。考虑33%软切换比例后，CDMA2000 1x基站每扇区每载频允许接入的反向信道数为：47/(1+33%)=35前向容量前向链路容量受限于基站总的发射功率、CDMA同信道

8、干扰和移动台接收机的Eb/Nt门限。当分配给业务信道的功率不再能满足移动台接收机的Eb/Nt时，系统容量就达到了极限。当移动台的解调门限Eb/Nt=6.4dB，基站发射功率为20w时，CDMA2000 1x基站每载频每扇区最多支持61个前向业务信道。当软切换比例为33%时，每载扇支持的前向业务信道数（减去用于软切换的信道）为:61/(1+33%)=45根据上面1X语音业务前反向容量的计算，可以知道单载扇前向容量是45个信道，反向容量是35个信道。由此可知，一般情况下，1X语音业务的容量是反向受限，因此1X语音业务的单载扇的容量是35个信道。基站功率分配对前向容量的影响导频信道功率：基站总功率的

9、10%20%；同步信道功率：导频信道功率-10dB；寻呼信道功率：导频信道功率-1.5dB。在实际网络中，一般按照区域中基站之间距离的大小，确定功率配置。在基站间距小于1公里的中心城区，导频功率可设置为总功率的10%；在基站间距为2公里左右的郊区，导频功率可设置为总功率的15%20%；在基站间距较大的农村区域，导频功率可设置为总功率的20%。例例3-63-6：建设一个10万用户容量的CDMA2000 1x网络，全部基站均为单载频三扇区，设计呼损率为2%，平均每用户忙时话务量为0.02Erl，软切换比例为33%。问需要建设多少基站才能满足容量需求？解：网络总话务量为：100000*0.02=20

10、00Erl由于当软切换比例为33%时，每载扇可支持的业务信道数为35个，查爱尔兰B表可知，当呼损率为2%时，每载扇支持的话务量为26.44Erl。为支持2000Erl的话务量，需配置的载扇数为：2000Erl/26.44Erl=76因此，需建设的基站数量为：76/3=26GSM的网络容量GSM无线网的容量主要由网络带宽、频率复用方式、基站的频点配置数量、基站的数量、语音编码速率等因素决定网络带宽GSM系统上行频段下行频段带宽双工间隔双工信道数GSM90089091593596022545124GSM900E 88091592596023545174GSM18001710178518051880

11、27595374GSM1900185019101930199026080299GSM网络相邻频点的频率间隔为200kHz，频点号n和频道标称中心频率的关系为：GSM900: 上行频点：f(n)=890.2MHz+(n-1)0.2MHz（n=1124） 下行频点：f(n)=935.2MHZ+(n-1)0.2MHz（n=1124）GSM1800：上行频点：f(n)=1710.2MHz+(n-512)0.2MHz（n=512885）下行频点：f(n)=1850.2MHz+(n-512)0.2MHz（n=512885）我国GSM900的频率分配如下：中国移动公司分配的频段为：905909MHz（上行）

12、/950954MHz（下行）。TACS撤网后，中国移动将其频率用于GSM网络，因而其GSM实际使用频段为890909MHz（上行）/935954MHz（下行），共19MHz带宽，94个频点，对应频点号为194。中国联通公司分配的频段为：909915MHz（上行）/954960MHz（下行），共6M带宽，29个频点（去除一个保护频点），频点号为96124。我国GSM1800（也称DCS1800）的频率分配如下：中国移动公司分配的频段为：17101725MHz（上行）/18051820MHz（下行），共15M带宽；中国联通公司分配的频段为：17451755MHz（上行）/18401850 MHz（

13、下行），共10MHz。频率复用方式频率复用提高了网络容量，但也带来了同频之间的干扰问题。任何频率复用方式必须满足GSM系统对载干比的要求，包括：（1）同频载干比：C/I9dB。工程中加3dB余量，即C/I12dB；（2）邻频载干比：C/I-9dB。工程中加3dB余量，即C/I-6dB；（3）载波偏离400KHz时的载干比：C/I-41dB。43频率复用 A3 D2 B1 C3 B2 D1 D3 A2 C1 B3 C2 A1 B3 C2 A1 A3 A1 B1 D1 D3 D2 C3 B2 A1 C3 D2 C3 C1 D2 B1 C2 A1 A2 C1 D3 6MHz6MHz带宽的带宽的4 4

14、3 3频率复用频率复用频率组号A1B1C1D1A2B2C2D2A3B3C3D3各频率组的频点号1241231221211201191181171161151141131121111101091081071061051041031021011009998979619MHz19MHz带宽带宽4 43 3复用复用频率组号A1A1B1B1C1C1D1D1A2A2B2B2C2C2D2D2A3A3B3B3C3C3D3D3各频率组的频点号94949393929291919090898988888787868685858484838378787777767675757474737372727171707069

15、69686867676666656564646363626261616060595958585757565655555454535352525151505049494848474746464545444443434242414140403939383837373636353534343333323231313030292928282727262625252424232322222121202019191818171716161515141413131212111110109 98 87 76 65 54 43 32 21 1基站的频点配置基站实际的频点配置由两个方面的因素决定：一是由频率复用方

16、式所决定的基站频点配置的最大值，基站配置的频点不能超过这个最大值的限制；二是实际话务量的需要，话务量越高的地方，基站配置的频点也应该越多。例题例题3-73-7：已知某地区的GSM网络呼损率要求为1%，每用户忙时话务量为0.02Erl。那么，一个频率配置为3/2/1的基站的容量是多少Erl？能容纳多少用户？解：单频点扇区的容量：1个频点的8个时隙中，TS0用作控制信道，TS1-7用作业务信道。查爱尔兰B表可以知道，当呼损率为1%时，7个业务信道可提供的话务容量为2.501Erl。能容纳的用户数：2.501Erl/0.02Erl=1252个频点扇区的容量：BCCH频点（f0）的8个时隙中，TS0-

17、1用作控制信道，TS2-7用作业务信道；f1频点的8个时隙全部用作业务信道。因而2个频点的扇区共有14个业务信道，查爱尔兰B表可以知道，当呼损率为1%时，14个业务信道可提供的话务容量为7.352Erl。能容纳的用户数：7.352Erl/0.02Erl=3673个频点扇区的容量：BCCH频点（f0）的8个时隙中，TS0-1用作控制信道，TS2-7用作业务信道；f1和f2频点的16个时隙全部用作业务信道。因而3个频点的扇区共有22个业务信道，查爱尔兰B表可以知道，当呼损率为1%时，22个业务信道可提供的话务容量为13.65Erl。能容纳的用户数：13.65Erl/0.02Erl=682由此可知，

18、一个频率配置为3/2/1的基站的容量是：2.501+7.352+13.65=23.503Erl；能容纳的用户数：125+367+682=1174例题例题3-83-8：某地区新规划一个GSM基站，预测0扇区覆盖范围内有550个用户；1扇区覆盖范围内有200个用户；2扇区覆盖范围内有750个用户。已知，该网络设计呼损率为5%，平均每用户忙时话务量为0.025Erl，基站容量预留30%。问该基站该如何配置频点？解：0扇区话务量：550*0.025Erl=13.75Erl考虑预留容量后，0扇区需支持的话务量为：13.75Erl*（1+30%）=17.875Erl查爱尔兰B表可知，当呼损率为5%时，为支

19、持17.875Erl的话务量，需要23个业务信道。因而0扇区需配置4个频点。1扇区话务量：200*0.025Erl=5Erl考虑预留容量后，1扇区需支持的话务量为：5Erl*（1+30%）=6.5Erl查爱尔兰B表可知，当呼损率为5%时，为支持6.5Erl的话务量，需要11个业务信道。因而1扇区需配置2个频点。2扇区话务量：750*0.025Erl=18.75Erl考虑预留容量后，2扇区需支持的话务量为：18.75Erl*（1+30%）=24.375Erl查爱尔兰B表可知，当呼损率为5%时，为支持24.375Erl的话务量，需要30个业务信道。因而2扇区需配置4个频点。根据上述计算结果，该基站

20、可配置为S4/2/4站型。基站的数量覆盖的需要容量的需要小区分裂例题例题3-93-9：某基站的频点配置为7/7/7，由于该基站天线挂高比较高，导致基站覆盖范围内较大，话务量较高，经常出现大量的话务溢出。现考虑将该基站进行小区分裂，由2个比较低的基站替代原基站。已知原基站覆盖区域内的忙时话务量为132Erl且在区域内均匀分配，考虑到30%的容量预留，并保证不大于2%的呼损率，请确定新建基站的容量配置。解：由于话务量在区域内均匀分配，我们可以考虑新建2个基站的6个扇区采取同样的频点数量配置。这样每个扇区承担的话务量为：132Erl/6=22Erl考虑30%容量预留后，每扇区应支持的话务量应不小于：

21、22Erl*(1+30%)=28.6Erl查爱尔兰B表可知，在2%呼损率时，为支持28.6Erl，需38个业务信道，因而每扇区需配置5个频点。由此可以确定2个新基站都可以配置为5/5/5的站型。语音编码13kbps全速率（FR）编码，采用规划脉冲激励线性预测编码技术（RPE-LTP）；12.2kbps的增强型全速率（EFR）编码，采用代数码激励线性预测编码技术（ACELPT）；5.6kbps的半速率(HR)编码，采用矢量和激励线性预测编码技术（VSELP）。半速率信道有两种分配方式：一是固定分配方式二是动态分配方式半速率编码的好处有：每载频的信道容量可以翻倍；无需扩容载频，节省设备投资；无需重

22、新进行频率规划；快速有效地解决网络拥塞问题。半速率的缺陷是通话时话音质量有所下降。例题例题3-103-10：某GSM基站站型为S2/2/2，全速率呼叫比例设置为50%，该网络设计呼损率为2%。求该基站开启半速率后与开启半速率之前相比，无线容量增加了多大比例。解：开启半速率前，每个扇区支持14个全速率业务信道，当呼损率为2%时，支持8.2Erl。该基站共支持24.6Erl。开启半速率后，设每个扇区全速率业务信道为x,则每个扇区全速率与半速率信道之和为:x+2（14-x）=28-x。则由x/(28-x)=50%，得到x=9，则半速率信道数量为10，总业务信道数为19。根据爱尔兰B表，当呼损率为2%

23、时，支持12.33Erl。该基站共支持36.99Erl。因此，该基站开启半速率后与开启半速率之前相比，无线容量增加了（36.99-24.6）/24.6=50%。无线网络容量的评估指标无线网络容量问题：无线网络容量不足无线网络资源利用率过低CDMA网络容量评估指标寻呼信道负荷寻呼信道负荷业务信道拥塞率业务信道拥塞率业务信道拥塞率=业务信道拥塞次数/业务信道分配请求次数*100%。业务信道负载率业务信道负载率业务信道负载率=业务信道话务量（含切换）/无线容量GSM网络容量评估指标SDCCHSDCCH拥塞率拥塞率SDCCH拥塞率=SDCCH占用失败次数/ SDCCH占用请求次数*100%TCHTCH

24、拥塞率拥塞率TCH拥塞率=TCH占用失败次数/ TCH占用请求次数*100%无线网络容量问题的优化CDMA系统容量问题优化寻呼信道负荷优化寻呼信道负荷优化在CDMA系统中，寻呼信道发送的消息主要包括：系统参数消息（System Parameter Message）。包括系统标识符（SID）、网络标识符（NID）、基站标识符、基站经纬度、寻呼信道数等；接入参数消息（Access Parameter Message）。提供移动台在接入信道接入网络时所需要的参数；邻区列表消息（Neighbor List Message）。提供邻近基站列表及其PN短码偏置、寻呼信道配置等；CDMA信道列表消息（CDM

25、A Channel List)。提供CDMA载波列表；寻呼消息。当MSC接收到要求与某个移动台建立呼叫的请求时，会要求基站发送寻呼消息。信道分配消息（Channel Assignment Message）。为移动台分配业务信道；标准指令消息（Order Message）。包括基站查询证实、重拨、审查、基站确认等。发送寻呼信道对应的WALSH码为17，一般只使用WALSH1。寻呼信道的速率根据协议的规定有9600bps和4800bps两种，一般为9600bps。不同厂家要求的寻呼负荷门限不完全相同，一般在60%70%左右。寻呼以位置区（LA）为单位进行。LA设置的越大，手机越容易被寻呼到，但基站

26、的寻呼信道负荷也相应增大；LA设置的越小，基站的寻呼负荷越小，但手机寻呼失败的可能性也越大。例题例题3-113-11：A地CDMA网络共有2个MSC，320个基站。全网划分为2个位置区：LAC1和LAC2（每个MSC为划分为1个位置区），每个位置区有160个基站。该网络基站设备全部采用H公司设备，其最大寻呼信道负荷为60%。随着用户数量的增多，现在LAC1下辖基站的平均寻呼信道负荷达到了58%，LAC2的平均寻呼信道负荷为20%。问：2个LAC下辖基站数量同样多，但寻呼信道负荷却相差很大，可能的原因是什么？LAC1下辖的基站C，用户数量很少，话务量很低，但发现该基站的寻呼信道负荷也达到了50%

27、以上，为什么？该采取何种措施，以避免LAC1的寻呼信道负荷超标？问题分析与解决：问题分析与解决：寻呼信道负荷与本LAC的话务量有关，而与基站数量无关。因此造成2个LAC寻呼信道负荷差距大最可能的原因是2个LAC下辖基站的话务量差距较大。因为寻呼消息是在整个LAC区的所有基站下发，每个扇区都要下发LAC下的所有寻呼消息，而寻呼消息是寻呼信道负荷的主要来源。方案1：把LAC1的部分基站割接到LAC2;方案2：把LAC1划分为2个LAC;方案3：增加LAC1下辖基站的寻呼信道数量。 由于话务量增长造成的业务信道拥塞由于话务量增长造成的业务信道拥塞例题例题3-123-12：根据话务统计，某县城CDMA

28、网络出现大量话务拥塞，早忙时（上午10:0011:00）话务溢出次数达530次左右。基站名称基站配置设计呼损率理论话务容量（Erl）忙时话务量（Erl）话务溢出次数西七园1/1/12%79.3276.511杨各庄1/1/12%79.3267.50杨园子1/1/12%79.3254.90东大井1/1/12%79.3260.33蓟县三建1/1/12%79.3289.445蓟县四中1/1/12%79.3299.691蓟县医院1/1/12%79.32104.7109蓟县人防1/1/12%79.32106.8127蓟县西关1/1/12%79.3285.249粮贸大厦1/1/12%79.3292.159森

29、迪亚1/1/12%79.3281.318小毛庄1/1/12%79.3275.915鑫海东苑1/1/12%79.3270.83太平洋1/1/12%79.3262.40基站功率溢出问题的解决基站功率溢出问题的解决例题例题3-133-13：从话务统计发现某地五百户基站1扇区出现大量话务拥塞，拥塞原因均为前向功率不足。CECE（Channel ElementChannel Element，信道单元）资源不足问题的解决，信道单元）资源不足问题的解决CE资源分为前向 CE 资源和反向 CE 资源，由高通公司 CSM （Cell Site Modem）芯片中提供，每个信道板能提供前向285个、反向256个C

30、E。在实际配置中，对于载频1/1/1配置的基站，最多有61*3=183个Walsh码给用户使用，所以CE配置数量最多183个，配置一块信道板即可。对于2/2/2配置的基站，最多有61*6=366个Walsh码给用户使用，所以CE配置数量最多366个，需要配置两块信道板。基站设备厂家在销售基站设备时，会对实际可用的CE数量进行license的限制，运营商购买时按照CE数量结算。所以实际网络中不是所有基站的CE都配置到最大值，而是根据话务量的忙闲进行配置，以达到节省投资的目的。例题例题3-143-14：某地区CDMA网络的大学城基站主要覆盖周边的几所高校（见图3-6），用户分布较密集，话务量一直处于上升趋势。基站配置为2/2/2，近期该基站连续出现CE不足导致的话务溢出。GSM系统容量问题优化SDCCH