CDMA无线网络容量规划.ppt

WCDMA无线网络容量规划 ISSUE1 0 Page2 WCDMA系统的容量特点 WCDMA是一个自干扰系统WCDMA系统的容量与覆盖息息相关WCDMA网络的容量具有软容量特性WCDMA网络的容量规划是在一定话务模型下的规划 Page3 引言 在无线网络规划初期阶段 我们的主要目的是要了解网络大体规模 到底需要多少设备 如何配置 通过覆盖估算 我们可以利用路径损耗大体判断在特定负荷下的小区覆盖半径 结合用户密度 即可得到小区的覆盖用户数 那么在实际规划中 是不是仅仅考虑覆盖就能得到小区半径呢 还需要从哪些方面进行考虑呢 Page4 课程目标 掌握3G话务模型的参数 了解限制WCDMA网络容量的因素了解多业务容量估算的方法和流程理解网络容量增强的关键技术 学习完本课程 您将能够 Page5 课程内容 第一章话务模型第二章上行容量分析第三章下行容量分析第四章多业务容量估算第五章网络估算流程第六章容量增强技术 Page6 第一章话务模型 第一节话务模型概述第二节CS话务模型第三节PS业务模型图第四节PS话务模型参数 Page7 业务概述 WCDMA系统支持多种业务可变速率业务混合业务高速数据分组业务不对称业务 大容量和灵活的业务承载 Page8 业务QoS类型 Page9 话务模型建立目的 为了确定系统配置 首先要确定空中接口的呼叫容量 在数据应用中 不同的传输模型将产生不同的系统容量 我们需要建立一个满足客户的期望数据传输模型 才能对网络作出正确的规划 为了建立正确的模型 需要运营商提供一些统计参数作为参考 Page10 话务模型 业务模型研究主要是从数据传输的角度 每种业务具有怎样的容量特性 用户使用某业务时期望怎样的服务质量 在数据应用中 用户行为研究主要是研究预测3G可以提供哪些种类的业务 每种业务的有多少人使用 某业务的使用者使用该业务的频繁程度 用户在不同区域的分布等 Page11 系统配置 用户行为 业务模型 话务模型结果 话务模型研究内容 Page12 典型业务特征描述 典型业务主要包括如下特征参数 用户类型 室内 车内 室外 用户的平均移动速度 业务类型 上下行业务速率 扩频因子 业务的信号时延要求业务的QoS质量要求 Page13 第一章话务模型 第一节话务模型概述第二节CS话务模型第三节PS业务模型图第四节PS话务模型参数 Page14 CS话务模型 CS业务的代表业务是话音业务 话音用户到达是服从Poisson分布的 其时间间隔服从负指数分布 模型关键参数 渗透率BHCA平均忙时呼叫次数平均呼叫持续时间s激活因子业务平均速率 kbps Page15 CS话务模型参数 平均每用户忙时话务量 Erlang BHCA 平均呼叫持续时间 3600平均每用户忙时吞吐量 kbit G BHCA 平均呼叫持续时间 激活因子 平均速率平均每用户忙时吞吐率 bps H 平均每用户忙时吞吐量 1000 3600 Page16 第一章话务模型 第一节话务模型概述第二节CS话务模型第三节PS业务模型图第四节PS话务模型参数 Page17 PS业务模型图 最常用的模型是ETSIUMTS30 03中描述的包业务会话过程模型 Page18 PS业务示意图 Page19 第一章话务模型 第一节话务模型概述第二节CS话务模型第三节PS业务模型图第四节PS话务模型参数 Page20 业务模型 PS业务模型参数 Page21 参数确定 业务模型基本参数的确定 通过从仿真及实际运行网络中获取大量的基本参数样本数据对样本数据进行处理 得到各参数的概率分布与标准的分布函数相比较 取最接近的标准概率分布为相应的参数分布 Page22 TypicalBearRate kbps 承载速率在实际传送过程中是可变的 BLER PS域业务 在计算数据传输时间时需要考虑误块造成的重传 假设业务源的数据量为N 空中接口误块率为BLER 则在空中接口上总共需要传输的数据量为 PS业务模型参数 Page23 用户行为 PS用户行为参数 Page24 PS用户行为参数 PenetratingRate 渗透率所有网内注册用户中开通该业务用户的比例 BHSA 该业务的单用户忙时Session次数UserDistribution High Medium Lowend 将用户按其ARPU的高低分为高端 中端 低端用户 不同运营商 不同应用场合会有不同的用户分布 Page25 Session业务量 Byte 业务的单次Session平均业务量数据传输时间 s 业务单次Session中用于传输数据的时间HoldingTime s 业务单次Session平均持续时间 PS业务模型衍生参数 Page26 激活因子 业务满速率发送的时间在单次Session持续时间内所占的比重 每用户忙时吞吐量 Kb PS话务模型衍生参数 Page27 话务模型示例 Page28 思考题 话务模型包含哪两部分 CS话务模型的主要参数有哪些 PS业务模型的主要参数有哪些 数据业务等效Erlang的计算公式 Page29 本章小结 本章主要讲述了话务模型主要研究内容CS业务话务模型的主要表现参数PS业务模型的结构和主要参数 及对应的衍生参数数据业务等效Erlang的计算方法 Page30 课程内容 第一章话务模型第二章上行容量分析第三章下行容量分析第四章多业务容量估算第五章网络估算流程第六章容量增强技术 Page31 基本原理 无线系统容量是由上 下行链路共同决定的 规划容量时 必须从上行链路和下行链路两个方面进行分析 在WCDMA系统中 所有小区可共用相同频谱 这一点对提高WCDMA系统容量非常有利 但也正是同频复用的原因 系统存在多用户间的干扰 这种多址干扰则又限制系统的容量 Page32 上行干扰分析 上行干扰构成 Iown 来自本小区用户的干扰Iother 来自邻近小区用户的干扰PN 接收机噪声底 Page33 接收机底噪PNPN 10lg KTW NFK 波尔兹曼常数 1 38 10 23J KT 开氏温度 常温为290KW 信号带宽 WCDMA信号带宽3 84MHzNF 接收机噪声系数10lg KTW 108dBm 3 84MHzNF 3dB 宏蜂窝基站典型值 PN 10lg KTW NF 105dBm 3 84MHz 上行干扰分析 上行干扰构成 Page34 Iown本小区用户干扰每一个用户必须克服的干扰 ITOT PjPj为用户j的接收功率假设功控理想 有 由此 求得Pj 本小区用户干扰为所有用户到达接收机功率的和 上行干扰分析 上行干扰构成 Page35 Iother邻区用户干扰邻区用户干扰难以进行理论分析 与用户分布 小区布局方式 天线方向图等相关定义邻区干扰因子当用户均匀分布时对于全向小区 邻区干扰因子典型值0 55对于3扇区定向小区 邻区干扰因子典型值0 65 上行干扰分析 上行干扰构成 Page36 定义 有 上行干扰分析 Page37 求得 假设所有用户为12 2kbps话音用户 解调门限Eb No 5dB话音激活因子vj 0 67邻区干扰因子i 0 55 上行干扰分析 Page38 上行干扰分析 上行负载因子 定义上行负载因子负载因子等于1时 ITOT达到无穷大 此时对应的容量称为极限容量在前述假设下 极限容量约为96个用户 Page39 上行干扰分析 负载因子与干扰 根据前述关系 噪声上升 50 负载 3dB60 负载 4dB75 负载 6dB Page40 前述理论分析显式或隐式地使用了以下简化没有考虑软切换的影响处于软切换状态的用户 产生的干扰略小于普通用户没有考虑AMRC和混合业务的影响AMRC降低部分用户的话音业务速率 使它们产生的干扰降低 增加了系统支持的用户数 代价是这些用户的通话质量有所降低 不同的业务具有不同的数据速率和解调门限 虽然原则上仍可利用上述方法进行分析 但会使计算过程复杂化由于移动传播环境的时变特性 即使是同一业务 解调门限也是时变的 上行干扰分析 当前方法的局限 Page41 理想功控假设实际系统的功控命令有一定误码 使得功控过程非理想 降低系统容量假设用户分布均匀 邻区干扰恒定要考虑以上各种因素的影响 系统仿真是更为精确的方法 静态仿真 MonteCarlo方法动态仿真 上行干扰分析 当前方法的局限 Page42 课程内容 第一章话务模型第二章上行容量分析第三章下行容量分析第四章多业务容量估算第五章网络估算流程第六章容量增强技术 Page43 Iown 来自本小区用户的干扰Iother 来自邻近小区用户的干扰PN 接收机噪声底 下行干扰分析 下行干扰构成 Page44 接收机底噪PNPN 10lg KTW NFK 波尔兹曼常数 1 38 10 23J KT 开氏温度 常温为290KW 信号带宽 WCDMA信号带宽3 84MHzNF 接收机噪声系数10lg KTW 108dBm 3 84MHzNF 7dB UE典型值 PN 10lg KTW NF 101dBm 3 84MHz 下行干扰分析 下行干扰构成 Page45 Iown本小区干扰下行各用户用相互正交的OVSF码区分 在没有多径的静态传播条件下 没有相互干扰在多径传播条件下 会有一部分能量无法被RAKE接收机检测而成为干扰信号 定义正交化因子 来描述这一现象式中 PT为基站发射总功率 包括专用信道发射功率和公共信道发射功率 下行干扰分析 下行干扰构成 Page46 邻区干扰Iother邻区基站的发射信号会对当前小区的用户造成干扰 由于使用的扰码不同 这些干扰都是非正交的假设业务均匀分布 所有基站的发射功率相等 系统中共有K个邻区基站 其中第k个基站到用户j的路径损耗为PLk j 则有 下行干扰分析 下行干扰构成 Page47 下行干扰分析 同样假设功控理想 有 得到 Page48 因为 有 下行干扰分析 Page49 求解PT得到 其中ij为用户j的邻区干扰因子 定义为 下行干扰分析 Page50 根据前述分析 可以定义下行负载因子 当下行负载因子达到100 时 基站发射功率达到无穷大 此时对应的容量为极限容量与上行容量理论计算不同 下行容量计算公式中的 j ij都是与用户位置有关的变量 也就是说 下行容量与用户的空间分布相关 因而只能通过系统仿真确定 下行干扰分析 Page51 下行干扰分析 仿真结果 Page52 基站发射功率43dBm 20W 时 支持的最大用户数约为114个一般为了保证系统的稳定 不允许基站平均发射功率超过最大发射功率的80 即42dBm 此时能够支持的用户数为112个 下行干扰分析 仿真结果分析 Page53 如何控制干扰 网络中干扰带来的影响切换成功率接入效率掉话率通话质量干扰控制方法提高功率控制精度提高Rake接收效率合理的网络规划 Page54 课程内容 第一章话务模型第二章上行容量分析第三章下行容量分析第四章多业务容量估算第五章网络估算流程第六章容量增强技术 Page55 第四章多业务容量估算 第一节网络容量受限因素第二节常用容量设计方法 Page56 无线网络容量受限的因素 WCDMA网络容量在无线网络部分的受限因素一般包括以下几个因素 上行干扰下行功率下行信道码资源信道处理单元Iub接口容量 Page57 下行发射功率 下行发射功率分为两个部分 一部分用于公共信道 一部分用于专用 业务 信道 小区分配给每个用户的发射功率随业务解调门限 传播路径损耗和用户受到的干扰情况而不同 小区下行发射功率被小区内所有用户所共享 一般采用仿真方法分析下行干扰 Page58 下行信道码资源 WCDMA网络可以使用的码字是SF为4 512的码字 SF越小其支持的数据速率越高 在码树中 可分配的码应满足以下条件 从该码到码树根节点的路径上没有码被分配以该码为根节点的子树中没有码被分配 码分配的原则尽量保留SF小的码字以提高利用率 Page59 下行信道码资源 下面是码资源分配的一个例子 Page60 信道处理单元 CE 信道处理单元是逻辑上衡量业务处理占用资源多少的量化数据 业务处理占用资源主要与该业务的扩频因子有关 扩频因子越小 数据流量越大 占用的资源也越多 各种常见业务的扩频因子分别为AMR12 2kbpsSF 128CS64kbpsSF 32PS64kbpsSF 32PS144kbpsSF 16PS384kbpsSF 8 Page61 信道处理单元 CE 如果以AMR12 2kbps业务处理所需要的资源定义为一个信道处理单元 则其它业务占用的信道处理单元数量分别为AMR12 2kbps1CS64kbps4CS144kbps8CS384kbps16PS64kbps4PS144kbps8PS384kbps16 Page62 第四章多业务容量估算 第一节网络容量受限因素第二节常用容量设计方法 Page63 Erlang B公式用于估计给定平均话务 Erlang 时 满足一定呼损率要求下的峰值话务Erlang B公式仅用于电路交换业务单业务WCDMA系统提供电路和分组域多业务 Erlang B公式 一 Page64 Erlang B适用的前提是对资源的请求满足Poisson分布 即其方差等于其均值 如果某业务在建立一条连接时 要求分配超过单位资源时 资源请求的方差不再等于其均值 此时Erlang B公式不再适用 几种多业务容量估计方法的比较PostErlang BEquivalentErlangsCampbell sTheorem Erlang B公式 二 Page65 PostErlang B 一 通过将不同业务所需容量相加 得到组合业务的容量需求不考虑不同业务的资源效率 Page66 考虑两种业务共享资源业务1 1单位资源 连接 12Erlang业务2 3单位资源 连接 6Erlang分别计算不同的容量需求业务1 12Erlang需要19单位资源 满足2 阻塞率业务2 6Erlang需要12单位资源 等效业务1的36单位资源 满足2 阻塞率合计55单位资源 PostErlang B 二 Page67 PostErlang B高估容量需求 考虑两种业务使用相同的资源业务1 1单位资源 连接 12Erlang业务2 1单位资源 连接 6Erlang分别计算不同的容量需求业务1 12Erlang需要19单位资源 满足2 阻塞率业务2 6Erlang需要12单位资源 满足2 阻塞率合计31单位资源但是合理的结果应该是 18Erlang需要26单位资源来满足2 阻塞率 PostErlang B 三 Page68 EquivalentErlangs 一 通过转换一种业务到另一业务的带宽 组合不同业务 再计算所需容量选择不同的业务作为衡量基准 会导致不同的容量需求 Page69 考虑两种业务共享资源业务1 1单位资源 连接 12Erlang业务2 3单位资源 连接 6Erlang如果业务1作为衡量基准 则两种业务等效合计为30Erlang30Erlang需要39单位资源 满足2 的阻塞概率如果业务2作为衡量基准 则两种业务等效合计为10Erlang10Erlang需要17单位资源 等效于业务1的51单位资源 满足2 的阻塞概率 预测结果不唯一 EquivalentErlangs 二 Page70 Campbell sTheorem 一 Campbell理论建立了一种组合分布其中 为业务振幅 也即业务单个链接所需的信道资源为均值 v为方差 Page71 考虑两种业务共享资源业务1 1单位资源 连接 12Erlang业务2 3单位资源 连接 6Erlang系统均值为系统方差为容量因子c为 Campbell sTheorem 二 Page72 Campbell sTheorem 三 组合话务为 满足2 阻塞率所需容量为21对满足相同GoS的目标业务 所需容量分别为 以业务1单位资源计算 目标为业务1 C1 2 2 21 1 47目标为业务2 C2 2 2 21 3 49 不同业务对于相同的GoS需要不同的容量 即对于给定容量 不同业务的GoS会稍有不同 Page73 常用容量设计方法比较 PostErlang B业务1 1单位资源 连接 12Erl 和业务2 3单位资源 连接 6Erl 总计需要55单位资源EquivalentErlangs按照业务1 1单位资源 连接 12Erl 计算 总计需要39单位资源按照业务2 3单位资源 连接 6Erl 计算 总计需要51单位资源Campbell sTheorem同样的条件 总计需要47 49单位资源 Page74 思考题 网络容量的受限因素有哪些 常见的多业务容量估算方法有哪些 Page75 本章小结 本章主要介绍了多业务容量估算的三种方法 详细介绍了使用Campbell理论计算容量的过程 Page76 课程内容 第一章话务模型第二章上行容量分析第三章下行容量分析第四章多业务估算第五章网络估算流程第六章容量增强技术 Page77 第五章WCDMA容量规划 容量规划思路业务模型确定业务质量确定 Page78 对需要规划地区按话务分布和地物地貌特点进行区域划分 如密集区 一般城区 郊区 农村等 对各目标区域进行话务模型分析根据不同目标区域的话务模型 确定各目标区域的单载频规划容量 确定满足容量要求的目标区域的基站数和载频数 比较根据容量和覆盖要求分别确定的基站数和载频数 选择数量更多的基站数和载频数 保证同时满足容量和覆盖的要求 容量规划思路 Page79 业务模型确定 用户分布数据表 Page80 业务模型确定 不同等级用户分布比例表 Page81 业务模型确定一CS域业务模型 Page82 业务模型确定一低端用户PS业务模型 Page83 业务模型确定一中端用户PS业务模型 Page84 业务模型确定一高端用户PS业务模型 Page85 有了各种类型的用户的数据业务模型后 可以进一步得到整体的统计参数 便于计算 平均单用户忙时吞吐量 kbit 低端用户渗透率 低端用户BusyHourThroughput user 低端用户比例 中端用户渗透率 中端用户BusyHourThroughput user 中端用户比例 高端用户渗透率 高端用户BusyHourThroughput user 高端用户比例Session理论长度 bytes PacketCallNum Session PacketNum PacketCall PacketSize bytes 平均阅读时间 s PacketCallNum Session 1 Inter ArrivalTimeBetweenPacketCalls sec 业务模型确定一PS域业务统计参数 Page86 业务质量确定 容量的规划是在满足一定服务质量的条件下的容量 CS业务一般用呼损 阻塞概率作为GoS的指标 对于PS业务一般按照可接受的时延和可接受的最低吞吐率为GoS指标 有时候在运营商的标书中 对PS业务有时候也使用呼损的方式来描述其GoS Page87 业务质量确定 阻塞概率要求 Page88 课程内容 第一章话务模型第二章上行容量分析第三章下行容量分析第四章多业务估算第五章网络估算流程第六章容量增强技术 Page89 发射分集 发射分集可以增强下行容量与覆盖发射分集容量增强结论STTD方式 容量增加17 24 TxAA 1 方式 容量增加16 23 TxAA 2 方式 容量增加31 37 Page90 扇区化 在话务量很高的密集城区 城区 增加基站的扇区数是提高容量的一种方法六扇区 一般选用水平波瓣为33 的天线在六扇区基站的容量是三扇区的1 67倍 Page91 课程总结 链路平衡 通过对小区上下行容量估算的掌握 我们就可以计算出在任何系统预设负荷下上下行所能支持的用户数 结合覆盖估算的小区用户数 通过调整小区负荷 上行负荷或是下行负荷 或小区载频数 使系统达到覆盖和容量的平衡 完成对小区的迭代估算 最终即可得到覆盖和容量平衡后的小区半径 对于某一覆盖区域来说 可以计算满足覆盖要求所需的最少的NodeB数目 以及最大能支持的每个扇区的用户数 同样可以知道每个NodeB能支持的最大用户数 为设备配置提供依据