付海巖

【摘要】自2009年，聯(lián)通建設WCDMA網(wǎng)絡以來，以其網(wǎng)絡能夠提供高速移動業(yè)務體驗、技術成熟穩(wěn)定的網(wǎng)絡服務，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)務增長迅猛。隨著業(yè)務量的逐漸增加，網(wǎng)絡已由最初的單載波覆蓋為主，逐步擴容到現(xiàn)有的四載波網(wǎng)絡。根據(jù)業(yè)務發(fā)展趨勢，北京局部地區(qū)存在使用更多載波的需求。本文重點對在北京WCDMA網(wǎng)絡中部署多載波的相關問題進行了分析，探討了在多載波基站所承載業(yè)務容量的估算方法，并針對四載波基站給出建議的經(jīng)驗值，也對WCDMA多載波網(wǎng)絡中，應如何設置重選策略、切換策略，進行了分析和說明。同時，基于雙信源疊加模式，對于在大網(wǎng)中鄰區(qū)規(guī)劃及負荷分擔方式進行了研究，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用的指導和參考。

【關鍵詞】WCDMA多載波網(wǎng)絡規(guī)劃

一、聯(lián)通WCDMA網(wǎng)絡基本情況

1、網(wǎng)絡建設情況

截至2013年12月，北京聯(lián)通WCDMA網(wǎng)絡已建設基站15865個，其中宏基站7551個，微蜂窩基站8314個，目前六環(huán)內(nèi)覆蓋率達到97.7%，實現(xiàn)了98.5%的人口覆蓋，縣城覆蓋率達到98.99%，實現(xiàn)了鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及3A級旅游景點100%的設站率。

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)已基本實現(xiàn)四載波連續(xù)覆蓋（圖中標出四載波區(qū)域）。

2、業(yè)務量情況

由于WCDMA網(wǎng)絡技術成熟、上網(wǎng)速率快，業(yè)務體驗好，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)務量的快速增長，尤其是數(shù)據(jù)業(yè)務增長迅速。從2011年至2013年，北京聯(lián)通的業(yè)務發(fā)展變化如圖2所示。

當前，晚忙時，北京聯(lián)通WCDMA網(wǎng)絡語音業(yè)務量達到42000Erl，數(shù)據(jù)業(yè)務量已經(jīng)達到3.8TB?，F(xiàn)網(wǎng)PS域早晚忙時流量熱點分布如圖3所示。

從圖中可以看出，晚忙時數(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、學院樓周邊大學等。

3、網(wǎng)絡指標情況

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

二、WCDMA網(wǎng)絡承載業(yè)務量測算

1、WCDMA網(wǎng)絡容量模型分析

WCDMA網(wǎng)的容量可以分為資源容量和業(yè)務容量。資源容量主要是基站的CE資源、碼資源和功率資源。業(yè)務容量主要是基站可承載的最大業(yè)務量，但這也與資源容量是相關的。在目前，我們考量一個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)務需求。

WCDMA基站容量受限因素體現(xiàn)在多個方面，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)務類別和承載方式有關，是時變的；下行功率即已消耗的載波功率資源，是所有業(yè)務消耗的功率的總和；CE資源是基帶資源，獨立于射頻部分，可以獨立擴容；上行底噪抬升表示隨著用戶的接入網(wǎng)絡干擾在抬升，容量和業(yè)務質(zhì)量隨之下降，低噪抬升到網(wǎng)絡設置的上限時說明網(wǎng)絡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)務量計算方法

（1）單載扇所承載的最大業(yè)務速率：

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

（2）四載波基站所能承載的理論最大業(yè)務速率：

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

因此按照三個數(shù)據(jù)業(yè)務的載波來計算，所承載的峰值吞吐量為：

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

此時，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，且未形成信道間串擾，無線環(huán)境理想。

（3）實際四載波基站承載業(yè)務速率估算

在實際應用中，基站所承載的速率往往達不到上述假定的理想條件。要受以下因素影響：①業(yè)務具有不均衡性，實際用戶的業(yè)務難以達到持續(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，一個基站下的所有用戶不可能均具備啟動HSPA+的條件，從統(tǒng)計數(shù)據(jù)上來看，通常僅有1/3的用戶具備啟動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)務的不同，同樣的業(yè)務量，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，由于用戶分布較遠或者無線環(huán)境復雜，會造成較大的擁塞概率。③上述兩個因素并非疊加的關系，用戶業(yè)務呈現(xiàn)不同的統(tǒng)計特性，當業(yè)務量較低的時點，不同用戶間的串擾也會相對較低。

根據(jù)網(wǎng)絡經(jīng)驗值，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)務量為36.45Mbps。

也就是說，當考慮了網(wǎng)絡中的各種復雜因素的情況下，如果一個四載波基站忙時承載業(yè)務速率達到36.45Mbps時，則需密切關注擁塞的出現(xiàn)，從而進一步考慮擴容。

3、影響WCDMA基站承載業(yè)務量其他因素

從理論上來說，基站承載業(yè)務量越高，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)務量完全相關的統(tǒng)計規(guī)律。

其中，基站承載的用戶數(shù)對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)，通過對所承載業(yè)務量的指標進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)業(yè)務量并非是權衡擴容需求的唯一因素：

典型基站1：惠新西街

忙時吞吐率為：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。

典型基站2：三里屯

忙時吞吐率為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。

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)務容量大幅下降，僅有35Mbps左右。而吞吐率達到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)絡擴容原則：

（1）基于業(yè)務量準則，對于超過經(jīng)驗承載業(yè)務量的基站進行重點關注及統(tǒng)計；（2）基于資源利用準則，對于單站下基站用戶數(shù)較多、資源消耗量較大的基站優(yōu)先考慮擴容。

三、現(xiàn)網(wǎng)需擴容的區(qū)域統(tǒng)計

依據(jù)上述原則，當前需要進一步需要擴容的四載波基站分布如圖5所示，其主要分布區(qū)域為國貿(mào)、金融街、中關村等，也就是說，在這些區(qū)域，有建設六載波或者更高容量的網(wǎng)絡需求。當然，在這些數(shù)據(jù)熱點區(qū)域，通過建設更高載波容量的WCDMA基站或是LTE網(wǎng)絡的方式來分流流量，都是解決容量需求的方案。

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

四、部署多載波的關鍵因素

如前所述，載波擴容的目的在于增加網(wǎng)絡的業(yè)務承載能力，從而給用戶帶來更加良好的業(yè)務體驗。但在WCDMA網(wǎng)絡中，相對于單載波網(wǎng)絡來說，多載波網(wǎng)絡帶來了網(wǎng)絡復雜度的成倍上升，如果多個載波的網(wǎng)絡沒有合理配置，不能協(xié)同發(fā)揮作用，不但不會提升用戶的業(yè)務性能，反而會帶來更多的網(wǎng)絡感知問題。尤其是三個以上載波的網(wǎng)絡，將受制于頻點測量數(shù)量的限制，復雜性更高。

在多載波網(wǎng)絡環(huán)境下，需要解決幾個主要問題：（1）用戶終端在空閑態(tài)，如何選擇合適的載波進行選網(wǎng)和駐留？（2）用戶在使用業(yè)務過程中，如何能夠快速測量到最佳切換載頻？（3）終端發(fā)起業(yè)務時，如何能夠在最適合的載波進行承載，使得載波的業(yè)務量能夠均衡？（4）當載波間業(yè)務不夠均衡時，采用何種機制來對業(yè)務量進行載波之間的切換和調(diào)節(jié)？（5）當用戶處于某一載頻的邊界區(qū)域時，如何保障當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)絡平穩(wěn)運行，負荷均衡，資源得到有效利用，需特別關注以下關鍵策略的部署和設置：（1）終端的駐留及重選策略；（2）異頻切換策略；（3）載波間負荷均衡策略；（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)絡中，在載頻質(zhì)量劣化到一定程度時，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)重選由服務小區(qū)的CPICHEc/No觸發(fā)，然后根據(jù)測量到的不同小區(qū)的信號水平?jīng)Q定是否進行小區(qū)重選。過程如下：

（a）當QqualMeas

例如，當QqualMin設置成-18dB，Sintersearch設置成6，當前服務小區(qū)的信號質(zhì)量小于（-18+6）=-12時，終端將啟動異頻測量。

（b）當目標小區(qū)的測量結果得到后，終端根據(jù)S標準判斷該目標小區(qū)是否可駐留。

（c）最后，終端對所有滿足駐留條件的小區(qū)按照

Rs=Qmeas（servingcell）+Qhyst2，

Rn=Qmeas（neighbourcell）-AdjQoffset2，

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

因此，重選過程中參與計算的QqualMin、Sintersearch、Qhyst2、AdjQoffset2、Treselection等參數(shù)對于重選的啟動時機、重選的速度、準確性至關重要。

2、異頻切換策略

異頻切換典型過程為：測量控制→測量報告→切換判決→切換執(zhí)行→新的測量控制。切換算法根據(jù)切換判決所需要的測量值、切換控制方法、切換類型選擇等來決定UE如何進行切換測量以及報告規(guī)則，再根據(jù)上報的測量結果進行切換判決，引導切換執(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（當前頻率）的質(zhì)量估計值低于某一門限，而且non-used frequency（非當前頻率）的質(zhì)量估計值高于某一門限值。

如果used frequency的質(zhì)量估計值低于在測量控制消息中下發(fā)的IE“Threshold used frequency”確定的門限值，而且non-used frequency的質(zhì)量估計值高于在測量控制消息中下發(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)時間條件，就會觸發(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)量估計值低于某一門限。

2D事件可用來啟動壓縮模式，進行異頻測量。此門限由UTRAN下發(fā)的測量控制消息中的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)量估計值高于某一門限。

2F事件可用來關閉壓縮模式，停止異頻測量。此門限由UTRAN下發(fā)的測量控制消息中的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質(zhì)量（used frequency）評估質(zhì)量

Tused2d是正在使用的載頻信號觸發(fā)2F事件的絕對門

限

H2f是2F事件的磁滯參數(shù)。

3、載波間負荷均衡策略

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導致各小區(qū)的負載發(fā)生隨機變化，這就會出現(xiàn)小區(qū)間負載不平衡的狀況。有些小區(qū)可能出現(xiàn)負載較重的情況，小區(qū)內(nèi)用戶的通信質(zhì)量受到嚴重影響，但同時，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)，就需要對資源的選擇和利用進行控制，進行負荷均衡，盡可能有效地利用無線資源。負荷均衡算法包括兩個算法：載波間負荷均衡（異頻負荷均衡）和同頻負荷均衡。載波間負荷均衡算法的優(yōu)先級高于同頻負荷均衡算法，一般情況下只打開載波間負荷均衡。

載波間負荷均衡算法主要包括幾個關鍵方面：

●載波間負荷分配策略

語音業(yè)務需要優(yōu)先保障，因此通常為語音業(yè)務分配獨立載波。

在人群密集的高話務集中區(qū)域，如演唱會、展會等場景下，為減少載波間重選和切換帶來的容量開銷，通常不獨立設置語音專屬載波，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，不同載波間的負荷基本保持一致。僅當載波間負荷發(fā)生嚴重偏差時根據(jù)載波利用閾值進行負荷的重整。

為避免乒乓切換的發(fā)生，需要為切換增加適當?shù)倪t滯值。

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

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個異頻測量頻點。因此，當同站載波數(shù)量大于3時，鄰區(qū)配置策略需要特殊設計，以滿足UE能夠在邊界區(qū)域的多個載波間進行重選和切換，防止多載波不連續(xù)導致的孤島效應。

五、結論和建議

在網(wǎng)絡負荷不斷增長的現(xiàn)實情況下，載波擴容對于容量的提升具有快速和高質(zhì)量的特點。通過多載波的部署能夠?qū)⒂脩暨M行物理隔離，有效降低網(wǎng)絡的自干擾，提升高速數(shù)據(jù)業(yè)務流量。WCDMA多載波網(wǎng)絡的部署建設避免了大量的無線環(huán)境調(diào)整工作量，但相對于單載波網(wǎng)絡有其特殊性和復雜性，體現(xiàn)在通信協(xié)議的限制和設備自身的限制，需要進行細致的策略設計和參數(shù)設置。

通過前面的論述，根據(jù)多載波網(wǎng)絡特點，結合北京話務增長的實際情況，建議采用如下方案部署：（1）在五環(huán)內(nèi)進一步完善四載波的連續(xù)覆蓋，減少用戶移動過程中頻繁的異頻切換，保證用戶體驗。（2）熱點地區(qū)通過雙信源疊加方式開通六載波。（3）為語音業(yè)務設置優(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)務建立來控制負荷均衡，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。

通過以上方案實施多載波的部署，可以實現(xiàn)載波資源的有效利用。

參考文獻

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