CDMA無線網(wǎng)絡容量規(guī)劃.ppt

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WCDMA無線網(wǎng)絡容量規(guī)劃 ISSUE1 0 Page2 WCDMA系統(tǒng)的容量特點 WCDMA是一個自干擾系統(tǒng)WCDMA系統(tǒng)的容量與覆蓋息息相關WCDMA網(wǎng)絡的容量具有軟容量特性WCDMA網(wǎng)絡的容量規(guī)劃是在一定話務模型下的規(guī)劃 Page3 引言 在無線網(wǎng)絡規(guī)劃初期階段 我們的主要目的是要了解網(wǎng)絡大體規(guī)模 到底需要多少設備 如何配置 通過覆蓋估算 我們可以利用路徑損耗大體判斷在特定負荷下的小區(qū)覆蓋半徑 結合用戶密度 即可得到小區(qū)的覆蓋用戶數(shù) 那么在實際規(guī)劃中 是不是僅僅考慮覆蓋就能得到小區(qū)半徑呢 還需要從哪些方面進行考慮呢 Page4 課程目標 掌握3G話務模型的參數(shù) 了解限制WCDMA網(wǎng)絡容量的因素了解多業(yè)務容量估算的方法和流程理解網(wǎng)絡容量增強的關鍵技術 學習完本課程 您將能夠 Page5 課程內(nèi)容 第一章話務模型第二章上行容量分析第三章下行容量分析第四章多業(yè)務容量估算第五章網(wǎng)絡估算流程第六章容量增強技術 Page6 第一章話務模型 第一節(jié)話務模型概述第二節(jié)CS話務模型第三節(jié)PS業(yè)務模型圖第四節(jié)PS話務模型參數(shù) Page7 業(yè)務概述 WCDMA系統(tǒng)支持多種業(yè)務可變速率業(yè)務混合業(yè)務高速數(shù)據(jù)分組業(yè)務不對稱業(yè)務 大容量和靈活的業(yè)務承載 Page8 業(yè)務QoS類型 Page9 話務模型建立目的 為了確定系統(tǒng)配置 首先要確定空中接口的呼叫容量 在數(shù)據(jù)應用中 不同的傳輸模型將產(chǎn)生不同的系統(tǒng)容量 我們需要建立一個滿足客戶的期望數(shù)據(jù)傳輸模型 才能對網(wǎng)絡作出正確的規(guī)劃 為了建立正確的模型 需要運營商提供一些統(tǒng)計參數(shù)作為參考 Page10 話務模型 業(yè)務模型研究主要是從數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕嵌?每種業(yè)務具有怎樣的容量特性 用戶使用某業(yè)務時期望怎樣的服務質量 在數(shù)據(jù)應用中 用戶行為研究主要是研究預測3G可以提供哪些種類的業(yè)務 每種業(yè)務的有多少人使用 某業(yè)務的使用者使用該業(yè)務的頻繁程度 用戶在不同區(qū)域的分布等 Page11 系統(tǒng)配置 用戶行為 業(yè)務模型 話務模型結果 話務模型研究內(nèi)容 Page12 典型業(yè)務特征描述 典型業(yè)務主要包括如下特征參數(shù) 用戶類型 室內(nèi) 車內(nèi) 室外 用戶的平均移動速度 業(yè)務類型 上下行業(yè)務速率 擴頻因子 業(yè)務的信號時延要求業(yè)務的QoS質量要求 Page13 第一章話務模型 第一節(jié)話務模型概述第二節(jié)CS話務模型第三節(jié)PS業(yè)務模型圖第四節(jié)PS話務模型參數(shù) Page14 CS話務模型 CS業(yè)務的代表業(yè)務是話音業(yè)務 話音用戶到達是服從Poisson分布的 其時間間隔服從負指數(shù)分布 模型關鍵參數(shù) 滲透率BHCA平均忙時呼叫次數(shù)平均呼叫持續(xù)時間s激活因子業(yè)務平均速率 kbps Page15 CS話務模型參數(shù) 平均每用戶忙時話務量 Erlang BHCA 平均呼叫持續(xù)時間 3600平均每用戶忙時吞吐量 kbit G BHCA 平均呼叫持續(xù)時間 激活因子 平均速率平均每用戶忙時吞吐率 bps H 平均每用戶忙時吞吐量 1000 3600 Page16 第一章話務模型 第一節(jié)話務模型概述第二節(jié)CS話務模型第三節(jié)PS業(yè)務模型圖第四節(jié)PS話務模型參數(shù) Page17 PS業(yè)務模型圖 最常用的模型是ETSIUMTS30 03中描述的包業(yè)務會話過程模型 Page18 PS業(yè)務示意圖 Page19 第一章話務模型 第一節(jié)話務模型概述第二節(jié)CS話務模型第三節(jié)PS業(yè)務模型圖第四節(jié)PS話務模型參數(shù) Page20 業(yè)務模型 PS業(yè)務模型參數(shù) Page21 參數(shù)確定 業(yè)務模型基本參數(shù)的確定 通過從仿真及實際運行網(wǎng)絡中獲取大量的基本參數(shù)樣本數(shù)據(jù)對樣本數(shù)據(jù)進行處理 得到各參數(shù)的概率分布與標準的分布函數(shù)相比較 取最接近的標準概率分布為相應的參數(shù)分布 Page22 TypicalBearRate kbps 承載速率在實際傳送過程中是可變的 BLER PS域業(yè)務 在計算數(shù)據(jù)傳輸時間時需要考慮誤塊造成的重傳 假設業(yè)務源的數(shù)據(jù)量為N 空中接口誤塊率為BLER 則在空中接口上總共需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量為 PS業(yè)務模型參數(shù) Page23 用戶行為 PS用戶行為參數(shù) Page24 PS用戶行為參數(shù) PenetratingRate 滲透率所有網(wǎng)內(nèi)注冊用戶中開通該業(yè)務用戶的比例 BHSA 該業(yè)務的單用戶忙時Session次數(shù)UserDistribution High Medium Lowend 將用戶按其ARPU的高低分為高端 中端 低端用戶 不同運營商 不同應用場合會有不同的用戶分布 Page25 Session業(yè)務量 Byte 業(yè)務的單次Session平均業(yè)務量數(shù)據(jù)傳輸時間 s 業(yè)務單次Session中用于傳輸數(shù)據(jù)的時間HoldingTime s 業(yè)務單次Session平均持續(xù)時間 PS業(yè)務模型衍生參數(shù) Page26 激活因子 業(yè)務滿速率發(fā)送的時間在單次Session持續(xù)時間內(nèi)所占的比重 每用戶忙時吞吐量 Kb PS話務模型衍生參數(shù) Page27 話務模型示例 Page28 思考題 話務模型包含哪兩部分 CS話務模型的主要參數(shù)有哪些 PS業(yè)務模型的主要參數(shù)有哪些 數(shù)據(jù)業(yè)務等效Erlang的計算公式 Page29 本章小結 本章主要講述了話務模型主要研究內(nèi)容CS業(yè)務話務模型的主要表現(xiàn)參數(shù)PS業(yè)務模型的結構和主要參數(shù) 及對應的衍生參數(shù)數(shù)據(jù)業(yè)務等效Erlang的計算方法 Page30 課程內(nèi)容 第一章話務模型第二章上行容量分析第三章下行容量分析第四章多業(yè)務容量估算第五章網(wǎng)絡估算流程第六章容量增強技術 Page31 基本原理 無線系統(tǒng)容量是由上 下行鏈路共同決定的 規(guī)劃容量時 必須從上行鏈路和下行鏈路兩個方面進行分析 在WCDMA系統(tǒng)中 所有小區(qū)可共用相同頻譜 這一點對提高WCDMA系統(tǒng)容量非常有利 但也正是同頻復用的原因 系統(tǒng)存在多用戶間的干擾 這種多址干擾則又限制系統(tǒng)的容量 Page32 上行干擾分析 上行干擾構成 Iown 來自本小區(qū)用戶的干擾Iother 來自鄰近小區(qū)用戶的干擾PN 接收機噪聲底 Page33 接收機底噪PNPN 10lg KTW NFK 波爾茲曼常數(shù) 1 38 10 23J KT 開氏溫度 常溫為290KW 信號帶寬 WCDMA信號帶寬3 84MHzNF 接收機噪聲系數(shù)10lg KTW 108dBm 3 84MHzNF 3dB 宏蜂窩基站典型值 PN 10lg KTW NF 105dBm 3 84MHz 上行干擾分析 上行干擾構成 Page34 Iown本小區(qū)用戶干擾每一個用戶必須克服的干擾 ITOT PjPj為用戶j的接收功率假設功控理想 有 由此 求得Pj 本小區(qū)用戶干擾為所有用戶到達接收機功率的和 上行干擾分析 上行干擾構成 Page35 Iother鄰區(qū)用戶干擾鄰區(qū)用戶干擾難以進行理論分析 與用戶分布 小區(qū)布局方式 天線方向圖等相關定義鄰區(qū)干擾因子當用戶均勻分布時對于全向小區(qū) 鄰區(qū)干擾因子典型值0 55對于3扇區(qū)定向小區(qū) 鄰區(qū)干擾因子典型值0 65 上行干擾分析 上行干擾構成 Page36 定義 有 上行干擾分析 Page37 求得 假設所有用戶為12 2kbps話音用戶 解調門限Eb No 5dB話音激活因子vj 0 67鄰區(qū)干擾因子i 0 55 上行干擾分析 Page38 上行干擾分析 上行負載因子 定義上行負載因子負載因子等于1時 ITOT達到無窮大 此時對應的容量稱為極限容量在前述假設下 極限容量約為96個用戶 Page39 上行干擾分析 負載因子與干擾 根據(jù)前述關系 噪聲上升 50 負載 3dB60 負載 4dB75 負載 6dB Page40 前述理論分析顯式或隱式地使用了以下簡化沒有考慮軟切換的影響處于軟切換狀態(tài)的用戶 產(chǎn)生的干擾略小于普通用戶沒有考慮AMRC和混合業(yè)務的影響AMRC降低部分用戶的話音業(yè)務速率 使它們產(chǎn)生的干擾降低 增加了系統(tǒng)支持的用戶數(shù) 代價是這些用戶的通話質量有所降低 不同的業(yè)務具有不同的數(shù)據(jù)速率和解調門限 雖然原則上仍可利用上述方法進行分析 但會使計算過程復雜化由于移動傳播環(huán)境的時變特性 即使是同一業(yè)務 解調門限也是時變的 上行干擾分析 當前方法的局限 Page41 理想功控假設實際系統(tǒng)的功控命令有一定誤碼 使得功控過程非理想 降低系統(tǒng)容量假設用戶分布均勻 鄰區(qū)干擾恒定要考慮以上各種因素的影響 系統(tǒng)仿真是更為精確的方法 靜態(tài)仿真 MonteCarlo方法動態(tài)仿真 上行干擾分析 當前方法的局限 Page42 課程內(nèi)容 第一章話務模型第二章上行容量分析第三章下行容量分析第四章多業(yè)務容量估算第五章網(wǎng)絡估算流程第六章容量增強技術 Page43 Iown 來自本小區(qū)用戶的干擾Iother 來自鄰近小區(qū)用戶的干擾PN 接收機噪聲底 下行干擾分析 下行干擾構成 Page44 接收機底噪PNPN 10lg KTW NFK 波爾茲曼常數(shù) 1 38 10 23J KT 開氏溫度 常溫為290KW 信號帶寬 WCDMA信號帶寬3 84MHzNF 接收機噪聲系數(shù)10lg KTW 108dBm 3 84MHzNF 7dB UE典型值 PN 10lg KTW NF 101dBm 3 84MHz 下行干擾分析 下行干擾構成 Page45 Iown本小區(qū)干擾下行各用戶用相互正交的OVSF碼區(qū)分 在沒有多徑的靜態(tài)傳播條件下 沒有相互干擾在多徑傳播條件下 會有一部分能量無法被RAKE接收機檢測而成為干擾信號 定義正交化因子 來描述這一現(xiàn)象式中 PT為基站發(fā)射總功率 包括專用信道發(fā)射功率和公共信道發(fā)射功率 下行干擾分析 下行干擾構成 Page46 鄰區(qū)干擾Iother鄰區(qū)基站的發(fā)射信號會對當前小區(qū)的用戶造成干擾 由于使用的擾碼不同 這些干擾都是非正交的假設業(yè)務均勻分布 所有基站的發(fā)射功率相等 系統(tǒng)中共有K個鄰區(qū)基站 其中第k個基站到用戶j的路徑損耗為PLk j 則有 下行干擾分析 下行干擾構成 Page47 下行干擾分析 同樣假設功控理想 有 得到 Page48 因為 有 下行干擾分析 Page49 求解PT得到 其中ij為用戶j的鄰區(qū)干擾因子 定義為 下行干擾分析 Page50 根據(jù)前述分析 可以定義下行負載因子 當下行負載因子達到100 時 基站發(fā)射功率達到無窮大 此時對應的容量為極限容量與上行容量理論計算不同 下行容量計算公式中的 j ij都是與用戶位置有關的變量 也就是說 下行容量與用戶的空間分布相關 因而只能通過系統(tǒng)仿真確定 下行干擾分析 Page51 下行干擾分析 仿真結果 Page52 基站發(fā)射功率43dBm 20W 時 支持的最大用戶數(shù)約為114個一般為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定 不允許基站平均發(fā)射功率超過最大發(fā)射功率的80 即42dBm 此時能夠支持的用戶數(shù)為112個 下行干擾分析 仿真結果分析 Page53 如何控制干擾 網(wǎng)絡中干擾帶來的影響切換成功率接入效率掉話率通話質量干擾控制方法提高功率控制精度提高Rake接收效率合理的網(wǎng)絡規(guī)劃 Page54 課程內(nèi)容 第一章話務模型第二章上行容量分析第三章下行容量分析第四章多業(yè)務容量估算第五章網(wǎng)絡估算流程第六章容量增強技術 Page55 第四章多業(yè)務容量估算 第一節(jié)網(wǎng)絡容量受限因素第二節(jié)常用容量設計方法 Page56 無線網(wǎng)絡容量受限的因素 WCDMA網(wǎng)絡容量在無線網(wǎng)絡部分的受限因素一般包括以下幾個因素 上行干擾下行功率下行信道碼資源信道處理單元Iub接口容量 Page57 下行發(fā)射功率 下行發(fā)射功率分為兩個部分 一部分用于公共信道 一部分用于專用 業(yè)務 信道 小區(qū)分配給每個用戶的發(fā)射功率隨業(yè)務解調門限 傳播路徑損耗和用戶受到的干擾情況而不同 小區(qū)下行發(fā)射功率被小區(qū)內(nèi)所有用戶所共享 一般采用仿真方法分析下行干擾 Page58 下行信道碼資源 WCDMA網(wǎng)絡可以使用的碼字是SF為4 512的碼字 SF越小其支持的數(shù)據(jù)速率越高 在碼樹中 可分配的碼應滿足以下條件 從該碼到碼樹根節(jié)點的路徑上沒有碼被分配以該碼為根節(jié)點的子樹中沒有碼被分配 碼分配的原則盡量保留SF小的碼字以提高利用率 Page59 下行信道碼資源 下面是碼資源分配的一個例子 Page60 信道處理單元 CE 信道處理單元是邏輯上衡量業(yè)務處理占用資源多少的量化數(shù)據(jù) 業(yè)務處理占用資源主要與該業(yè)務的擴頻因子有關 擴頻因子越小 數(shù)據(jù)流量越大 占用的資源也越多 各種常見業(yè)務的擴頻因子分別為AMR12 2kbpsSF 128CS64kbpsSF 32PS64kbpsSF 32PS144kbpsSF 16PS384kbpsSF 8 Page61 信道處理單元 CE 如果以AMR12 2kbps業(yè)務處理所需要的資源定義為一個信道處理單元 則其它業(yè)務占用的信道處理單元數(shù)量分別為AMR12 2kbps1CS64kbps4CS144kbps8CS384kbps16PS64kbps4PS144kbps8PS384kbps16 Page62 第四章多業(yè)務容量估算 第一節(jié)網(wǎng)絡容量受限因素第二節(jié)常用容量設計方法 Page63 Erlang B公式用于估計給定平均話務 Erlang 時 滿足一定呼損率要求下的峰值話務Erlang B公式僅用于電路交換業(yè)務單業(yè)務WCDMA系統(tǒng)提供電路和分組域多業(yè)務 Erlang B公式 一 Page64 Erlang B適用的前提是對資源的請求滿足Poisson分布 即其方差等于其均值 如果某業(yè)務在建立一條連接時 要求分配超過單位資源時 資源請求的方差不再等于其均值 此時Erlang B公式不再適用 幾種多業(yè)務容量估計方法的比較PostErlang BEquivalentErlangsCampbell sTheorem Erlang B公式 二 Page65 PostErlang B 一 通過將不同業(yè)務所需容量相加 得到組合業(yè)務的容量需求不考慮不同業(yè)務的資源效率 Page66 考慮兩種業(yè)務共享資源業(yè)務1 1單位資源 連接 12Erlang業(yè)務2 3單位資源 連接 6Erlang分別計算不同的容量需求業(yè)務1 12Erlang需要19單位資源 滿足2 阻塞率業(yè)務2 6Erlang需要12單位資源 等效業(yè)務1的36單位資源 滿足2 阻塞率合計55單位資源 PostErlang B 二 Page67 PostErlang B高估容量需求 考慮兩種業(yè)務使用相同的資源業(yè)務1 1單位資源 連接 12Erlang業(yè)務2 1單位資源 連接 6Erlang分別計算不同的容量需求業(yè)務1 12Erlang需要19單位資源 滿足2 阻塞率業(yè)務2 6Erlang需要12單位資源 滿足2 阻塞率合計31單位資源但是合理的結果應該是 18Erlang需要26單位資源來滿足2 阻塞率 PostErlang B 三 Page68 EquivalentErlangs 一 通過轉換一種業(yè)務到另一業(yè)務的帶寬 組合不同業(yè)務 再計算所需容量選擇不同的業(yè)務作為衡量基準 會導致不同的容量需求 Page69 考慮兩種業(yè)務共享資源業(yè)務1 1單位資源 連接 12Erlang業(yè)務2 3單位資源 連接 6Erlang如果業(yè)務1作為衡量基準 則兩種業(yè)務等效合計為30Erlang30Erlang需要39單位資源 滿足2 的阻塞概率如果業(yè)務2作為衡量基準 則兩種業(yè)務等效合計為10Erlang10Erlang需要17單位資源 等效于業(yè)務1的51單位資源 滿足2 的阻塞概率 預測結果不唯一 EquivalentErlangs 二 Page70 Campbell sTheorem 一 Campbell理論建立了一種組合分布其中 為業(yè)務振幅 也即業(yè)務單個鏈接所需的信道資源為均值 v為方差 Page71 考慮兩種業(yè)務共享資源業(yè)務1 1單位資源 連接 12Erlang業(yè)務2 3單位資源 連接 6Erlang系統(tǒng)均值為系統(tǒng)方差為容量因子c為 Campbell sTheorem 二 Page72 Campbell sTheorem 三 組合話務為 滿足2 阻塞率所需容量為21對滿足相同GoS的目標業(yè)務 所需容量分別為 以業(yè)務1單位資源計算 目標為業(yè)務1 C1 2 2 21 1 47目標為業(yè)務2 C2 2 2 21 3 49 不同業(yè)務對于相同的GoS需要不同的容量 即對于給定容量 不同業(yè)務的GoS會稍有不同 Page73 常用容量設計方法比較 PostErlang B業(yè)務1 1單位資源 連接 12Erl 和業(yè)務2 3單位資源 連接 6Erl 總計需要55單位資源EquivalentErlangs按照業(yè)務1 1單位資源 連接 12Erl 計算 總計需要39單位資源按照業(yè)務2 3單位資源 連接 6Erl 計算 總計需要51單位資源Campbell sTheorem同樣的條件 總計需要47 49單位資源 Page74 思考題 網(wǎng)絡容量的受限因素有哪些 常見的多業(yè)務容量估算方法有哪些 Page75 本章小結 本章主要介紹了多業(yè)務容量估算的三種方法 詳細介紹了使用Campbell理論計算容量的過程 Page76 課程內(nèi)容 第一章話務模型第二章上行容量分析第三章下行容量分析第四章多業(yè)務估算第五章網(wǎng)絡估算流程第六章容量增強技術 Page77 第五章WCDMA容量規(guī)劃 容量規(guī)劃思路業(yè)務模型確定業(yè)務質量確定 Page78 對需要規(guī)劃地區(qū)按話務分布和地物地貌特點進行區(qū)域劃分 如密集區(qū) 一般城區(qū) 郊區(qū) 農(nóng)村等 對各目標區(qū)域進行話務模型分析根據(jù)不同目標區(qū)域的話務模型 確定各目標區(qū)域的單載頻規(guī)劃容量 確定滿足容量要求的目標區(qū)域的基站數(shù)和載頻數(shù) 比較根據(jù)容量和覆蓋要求分別確定的基站數(shù)和載頻數(shù) 選擇數(shù)量更多的基站數(shù)和載頻數(shù) 保證同時滿足容量和覆蓋的要求 容量規(guī)劃思路 Page79 業(yè)務模型確定 用戶分布數(shù)據(jù)表 Page80 業(yè)務模型確定 不同等級用戶分布比例表 Page81 業(yè)務模型確定一CS域業(yè)務模型 Page82 業(yè)務模型確定一低端用戶PS業(yè)務模型 Page83 業(yè)務模型確定一中端用戶PS業(yè)務模型 Page84 業(yè)務模型確定一高端用戶PS業(yè)務模型 Page85 有了各種類型的用戶的數(shù)據(jù)業(yè)務模型后 可以進一步得到整體的統(tǒng)計參數(shù) 便于計算 平均單用戶忙時吞吐量 kbit 低端用戶滲透率 低端用戶BusyHourThroughput user 低端用戶比例 中端用戶滲透率 中端用戶BusyHourThroughput user 中端用戶比例 高端用戶滲透率 高端用戶BusyHourThroughput user 高端用戶比例Session理論長度 bytes PacketCallNum Session PacketNum PacketCall PacketSize bytes 平均閱讀時間 s PacketCallNum Session 1 Inter ArrivalTimeBetweenPacketCalls sec 業(yè)務模型確定一PS域業(yè)務統(tǒng)計參數(shù) Page86 業(yè)務質量確定 容量的規(guī)劃是在滿足一定服務質量的條件下的容量 CS業(yè)務一般用呼損 阻塞概率作為GoS的指標 對于PS業(yè)務一般按照可接受的時延和可接受的最低吞吐率為GoS指標 有時候在運營商的標書中 對PS業(yè)務有時候也使用呼損的方式來描述其GoS Page87 業(yè)務質量確定 阻塞概率要求 Page88 課程內(nèi)容 第一章話務模型第二章上行容量分析第三章下行容量分析第四章多業(yè)務估算第五章網(wǎng)絡估算流程第六章容量增強技術 Page89 發(fā)射分集 發(fā)射分集可以增強下行容量與覆蓋發(fā)射分集容量增強結論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 扇區(qū)化 在話務量很高的密集城區(qū) 城區(qū) 增加基站的扇區(qū)數(shù)是提高容量的一種方法六扇區(qū) 一般選用水平波瓣為33 的天線在六扇區(qū)基站的容量是三扇區(qū)的1 67倍 Page91 課程總結 鏈路平衡 通過對小區(qū)上下行容量估算的掌握 我們就可以計算出在任何系統(tǒng)預設負荷下上下行所能支持的用戶數(shù) 結合覆蓋估算的小區(qū)用戶數(shù) 通過調整小區(qū)負荷 上行負荷或是下行負荷 或小區(qū)載頻數(shù) 使系統(tǒng)達到覆蓋和容量的平衡 完成對小區(qū)的迭代估算 最終即可得到覆蓋和容量平衡后的小區(qū)半徑 對于某一覆蓋區(qū)域來說 可以計算滿足覆蓋要求所需的最少的NodeB數(shù)目 以及最大能支持的每個扇區(qū)的用戶數(shù) 同樣可以知道每個NodeB能支持的最大用戶數(shù) 為設備配置提供依據(jù)