王樂，汪況倫，程日濤

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100080）

1 背景

隨著資費(fèi)優(yōu)惠政策的大力普及，LTE流量需求增速迅猛；尤其是不限流量套餐的推出給運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)容量帶來了前所未有的沖擊，部分省份不限流量套餐用戶DOU已超過10GB。同時(shí)面對市場競爭的白熱化，運(yùn)營商需要把擴(kuò)容資源盡可能準(zhǔn)確地投入到潛在容量需求大的區(qū)域，如果仍采用傳統(tǒng)的基于線性增長關(guān)系的預(yù)測思路，將難以保證網(wǎng)絡(luò)容量規(guī)劃的準(zhǔn)確度。為此，本文研究了基于小區(qū)級(jí)的擴(kuò)容需求核算方法，并基于軟件工具完成海量數(shù)據(jù)處理，從而提升了規(guī)劃方案準(zhǔn)確度；同時(shí)采用多項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)對以往擴(kuò)容資源投放準(zhǔn)確度進(jìn)行全方位對比分析，以更好地指導(dǎo)下期擴(kuò)容方案的制定。

2 LTE擴(kuò)容規(guī)劃框架

總體思路是按照一定模型將預(yù)期流量落入現(xiàn)網(wǎng)小區(qū)，得到期末小區(qū)級(jí)負(fù)荷，按照擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)門限逐小區(qū)審定年度擴(kuò)容規(guī)模；具體見圖1，包括4個(gè)步驟。

（1）首先基于歷史業(yè)務(wù)增長趨勢、未來市場策略和競爭需求，預(yù)測全網(wǎng)整體業(yè)務(wù)量的增長曲線。注意需要考慮忙時(shí)集中系數(shù)降低、PRB承載效率提升帶來的影響。同時(shí)考慮新建站的分流效果，對于規(guī)劃期末預(yù)計(jì)新增的覆蓋站，經(jīng)現(xiàn)網(wǎng)分析其流量吸收能力弱于存量站，即如果新增覆蓋站占比為A%，則其吸收的流量的比例應(yīng)為A%×新建站分流系數(shù)。建議取現(xiàn)網(wǎng)各省分流系數(shù)均值作為新建站分流系數(shù)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，城區(qū)新建站分流比取0.63，即新增覆蓋站A%能夠吸收的流量比為0.63×A%。農(nóng)村新建站分流比取0.67，即新增覆蓋站A%能夠吸收的流量比為0.67×A%。

（2）然后基于威布爾統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)模型，把新增流量分配到各小區(qū)中；此模型同時(shí)考慮了城鄉(xiāng)差異和高中低流量小區(qū)差異。具體在下文詳細(xì)介紹。

（3）根據(jù)小區(qū)級(jí)現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)負(fù)荷及小區(qū)級(jí)新增業(yè)務(wù)負(fù)荷，計(jì)算出所有小區(qū)規(guī)劃期末的業(yè)務(wù)負(fù)荷。

（4）基于擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)門限，核算出每個(gè)小區(qū)的擴(kuò)容載波需求數(shù)。若總載波需求數(shù)大于5.5，則建議采用小基站分流、3D-MIMO等其它非軟擴(kuò)方式。

圖1 擴(kuò)容規(guī)劃的框架

以上核算基于小區(qū)級(jí)，而省里小區(qū)數(shù)量一般在10萬個(gè)以上，因此難以通過手動(dòng)操作完成，需要基于專有的軟件平臺(tái)完成計(jì)算。已有研發(fā)的擴(kuò)容核算工具經(jīng)過兩年的應(yīng)用和優(yōu)化，目前在各省方案編制和審核中發(fā)揮著重要作用。

3 分配系數(shù)核算方法——威布爾模型

通過現(xiàn)網(wǎng)42萬個(gè)小區(qū)的流量概率密度函數(shù)（PDF）分析，一般情況下小區(qū)級(jí)負(fù)荷分布符合威布爾分布模型。不同業(yè)務(wù)負(fù)荷的小區(qū)呈現(xiàn)出不同的業(yè)務(wù)增長趨勢，并且與城鄉(xiāng)場景強(qiáng)相關(guān)。

3.1 預(yù)測思路

由于不同場景、不同負(fù)荷區(qū)間的小區(qū)負(fù)荷增長速度存在明顯的差異性；在威布爾模型基礎(chǔ)上，對現(xiàn)網(wǎng)小區(qū)進(jìn)行小區(qū)級(jí)業(yè)務(wù)增長分析，確定業(yè)務(wù)增長預(yù)測模型[αij]矩陣。各區(qū)間小區(qū)負(fù)荷具體預(yù)測方法為：Load預(yù)測=α×Load現(xiàn)網(wǎng)。其中：α為二維空間矩陣[αij]，其中i為場景類型：包括城區(qū)、農(nóng)村，j為小區(qū)流量區(qū)間。

3.2 計(jì)算方法

在目標(biāo)規(guī)劃區(qū)域內(nèi)，對近一年現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)間分檔（比如將小區(qū)劃分5個(gè)等量小區(qū)數(shù)的區(qū)間）。并將新增流量相對于現(xiàn)網(wǎng)流量增長倍數(shù)取平均，定義為[nij]矩陣，詳見表1。

同時(shí)定義全網(wǎng)平均增長率為K，將各區(qū)間增長率歸一化后，得到小區(qū)級(jí)流量增長系數(shù)[aij]矩陣，詳見表2。

α矩陣中的K值通過流量增長倍數(shù)約束條件得到，計(jì)算公式為：

K＝Thr全網(wǎng)預(yù)測值×（1－新建站規(guī)模占比× 新建站分流比）/∑Thrij×nij

其中：Thrij為現(xiàn)網(wǎng)分場景、分區(qū)間小區(qū)流量，Thr全網(wǎng)預(yù)測值為規(guī)劃期末預(yù)測全網(wǎng)總流量。計(jì)算K值的過程涉及所有小區(qū)級(jí)數(shù)據(jù)，一般手工無法解出此方程，只有通過軟件工具計(jì)算得到方程解即K值。然后由[nij]矩陣和K值可得出[aij]矩陣，最后計(jì)算出城鄉(xiāng)各小區(qū)流量增長系數(shù)。

表1 [nij]矩陣

表2 [aij]矩陣

4 擴(kuò)容規(guī)模核算

基于最新的擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算出每個(gè)小區(qū)的載波需求。建議先進(jìn)行軟件擴(kuò)容（投資效益最高），軟擴(kuò)的最大載頻數(shù)設(shè)置為5.5（3個(gè)D+1.5個(gè)F+1個(gè)FDD1800）；將每個(gè)小區(qū)的軟擴(kuò)載頻數(shù)求和，最終得到目標(biāo)規(guī)劃區(qū)域的擴(kuò)容載波總需求。

另外，對于載頻需求大于等于5.5個(gè)且為室外宏站的基站，判別是否替換為3D-MIMO基站，或者在旁邊建設(shè)小微站；對于3D-MIMO建設(shè)判決，應(yīng)該以扇區(qū)為基本單位，并考慮用戶分布狀態(tài)（如遠(yuǎn)或近、集中或分散）。

5 后評估模型

首先，需要對現(xiàn)網(wǎng)各省網(wǎng)絡(luò)整體負(fù)荷及多層網(wǎng)情況進(jìn)行量化分析和橫向?qū)Ρ?，主要涉及指?biāo)有：載波規(guī)模、單載波用戶數(shù)、每載波忙時(shí)流量、多層網(wǎng)小區(qū)占比等，示例如圖2、圖3、圖4（一個(gè)柱狀圖代表一個(gè)省份）。

然后，需要量化評估現(xiàn)網(wǎng)擴(kuò)容資源使用的合理性；包括多層網(wǎng)分流效果和多層網(wǎng)小區(qū)分布情況兩個(gè)角度。

（1） 多層網(wǎng)分流效果的評估思路：擴(kuò)容小區(qū)核心功能是吸收業(yè)務(wù)量，因此以多層網(wǎng)小區(qū)承載的平均業(yè)務(wù)量衡量多層網(wǎng)總量的合理性。具體評估方法：對重疊部署的多層網(wǎng)小區(qū)的多個(gè)載波進(jìn)行業(yè)務(wù)量合并，統(tǒng)計(jì)多層網(wǎng)小區(qū)承載的平均業(yè)務(wù)量。示例如圖5。

（2）多層網(wǎng)小區(qū)分布情況的評估思路：擴(kuò)容載波應(yīng)該配置在容量需求較高的基站，即多層網(wǎng)小區(qū)的合并流量在全網(wǎng)小區(qū)中的排名越靠前，合理性越高。具體評估方法：對重疊部署的多層網(wǎng)小區(qū)的多個(gè)載波進(jìn)行業(yè)務(wù)量合并，將全網(wǎng)小區(qū)按業(yè)務(wù)量排序，統(tǒng)計(jì)多層網(wǎng)小區(qū)在最高20%小區(qū)中、最低20%小區(qū)中的比例。示例如圖6、圖7（一個(gè)柱狀圖代表一個(gè)省份）。

具體計(jì)算公式為：設(shè)定多層網(wǎng)小區(qū)總數(shù)為T，其中位列全網(wǎng)負(fù)荷最高的20%的多層網(wǎng)小區(qū)數(shù)為A，位列全網(wǎng)負(fù)荷最低的20%的多層網(wǎng)小區(qū)數(shù)為B。

多層網(wǎng)小區(qū)在最高20%小區(qū)中的比例＝A/T× 100%。

圖2 各省用戶數(shù)情況

圖3 各省負(fù)荷情況

多層網(wǎng)小區(qū)在最低20%小區(qū)中的比例＝B/T×100%。

6 總結(jié)

基于各省現(xiàn)網(wǎng)數(shù)十萬級(jí)的小區(qū)級(jí)數(shù)據(jù)，利用自動(dòng)化擴(kuò)容計(jì)算工具，本文采用威布爾數(shù)學(xué)模型進(jìn)行小區(qū)級(jí)業(yè)務(wù)預(yù)測，并得到規(guī)劃期末各小區(qū)業(yè)務(wù)負(fù)荷和載波擴(kuò)容需求；從而全面提高擴(kuò)容規(guī)劃方案的準(zhǔn)確度，指導(dǎo)運(yùn)營商把有限的擴(kuò)容資源投放到對容量需求最迫切的潛在熱點(diǎn)區(qū)域，盡可能保障未來用戶感知。

圖4 各省多層網(wǎng)占比

圖5 多層網(wǎng)利用率及流量

圖6 多層網(wǎng)在TOP20%中的比例

圖7 多層網(wǎng)在Bottom20%中的比例

[1] 蔣遠(yuǎn), 湯利民, 等. TD-LTE原理與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)[D].北京：人民郵電出版社，2012.

[2] 沈嘉, 索士強(qiáng), 全海洋, 等. 3GPP長期演進(jìn)(LTE)技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 北京：人民郵電出版社，2009.

[3] 3GPP TS 36.211 V8.8.0. Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA);Physical Channels and modulation(Release 8)[S].

[4] 張波. 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的商業(yè)革命[D]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.