3G多业务容量分析及无线扩容方案

3G 多业务容量分析及无线扩容方案王利群张慧博李志军（吉林大学长春130012）摘　要　目前主流的3G 网络均基于CDMA 系统，都是容量受限的，小区的负载达到饱和的具体参数取决于各种不同的业务，无线网络需要通过扩容来满足混合多业务增长的需求。

论文从3G 多业务容量的分析入手，讨论了3G 业务发展预测、3G 系统的容量特性和3G 多业务模型建立及分析方法，给出了无线网络扩容的解决方案，重点对增加载频及室内覆盖解决方案中的BBU+RRU 方式进行了阐述，可为3G 网络无线扩容建设提供一定的参考。

关键词　3G 多业务容量扩容BBU +RRU王利群：高级工程师，主要从事无线通信方向的研究及通信工程设计。

张慧博：主要从事通信工程方向的研究。

李志军：工程师，主要从事通信工程方向的研究及通信工程设计。

随着业务需求的增长、通信宽带化和个人化的要求，移动通信每个基站都将承载越来越多的业务量。

当业务需求量超过小区的承载能力后，系统的阻塞率就会增大，小区的业务增长越快，越容易达到小区可以承载的容量极限，无线网络需要通过扩容来满足这种业务增长的需求。

覆盖、容量和质量是衡量一个移动通信系统网络性能的关键因素，由于CDMA 系统的覆盖和容量存在互相制约的关系，特别是在混合多业务环境下的3G 网络，系统的覆盖和质量直接受容量的制约和影响。

3G 网络容量的分析，对指导3G 无线扩容建设、尽可能的提高系统容量和满足用户的业务需求等有十分重要的指导作用。

13G 多业务容量的分析1.13G 业务发展预测目前，数据业务发展已经成为全球通信业发展的趋势，图像、数据业务的增长速度已经远远超过了话音业务，未来的移动网络将是数据业务的承载主体。

随着移动数据业务的增长、通信个人化和宽带化的要求，我国已经进入了3G 时代，毫无疑问，3G 将给人们的生活带来巨大的变化。

根据工信部电信研究院预测，到2010年我国3G 用户累计将发展到2亿户左右，3G 业务占移动业务收入的比重将由7%上升到50%以上。

3G 终端的功能将不再以通话为主，而是具备各种日常需要的处理和通信功能。

主要业务种类包括基本语音、短信、即时通信类、广播媒体类、音乐类、移动浏览类、个人信息管理类、导航类等业务，并且目前手机终端技术已经和广播电视等领域内的技术相融合，出现了可视电话、手机电视、移动互联网、手机音乐等典型业务应用。

3G 业务成长性显著，将成为未来电信运营业重要业务的增长点。

1.23G 系统的容量特性基于CDMA 的3G 网络是扩频无线通信系统，-80-区别于FDMA 和TDMA 的维度受限，3G 网络的信道数取决于系统能容忍的总干扰电平，因而系统是干扰受限的，系统的覆盖和质量直接受容量的制约和影响。

目前主流的3G 网络均基于CDMA 系统，都是容量受限的，小区的负载达到饱和的具体参数取决于各种不同的业务，对多种混合业务数据传输量很高的3G 网络来讲，呼吸效应更为明显，由于此效应会因小区的收缩而形成覆盖漏洞。

3G 网络是一个动态网络，小区的变化随着用户以及业务情况的变化发生着相应的变化。

一个小区的业务量越大，小区面积就越小。

无线网络规划首先必须考虑网络的扩容性，要确定一个余量的问题，特别是在混合业务的环境下，进行小区面积计算时，余量可作为业务量增多而产生干扰的补偿。

3G 网络规划除覆盖以及切换等3G 技术的特有难点外，不同的业务需求、业务分布、用户习惯、运营商策略都给3G 网络建设带来新挑战，重点是数据业务和语音业务并重发展，尽量提升多种3G 业务类型下受容量制约和影响的网络性能和服务质量。

1.33G 多业务模型建立及分析方法3G 在实际应用中同时存在着多种业务类型，话音业务和高达384kbit/s 的数据业务，对系统容量的评估需要针对具体的网络应用业务进行，因为不同业务各自具有的特性会给系统带来不同的业务负荷，从而影响整个系统性能的评估。

因此，有必要对3G 中可能提供的各种业务建立相应的模型，3G 各种业务渗透率及忙时数据量（业务模型），如表1所示。

3G 业务种类繁多，为每种业务确立一套业务模型参数是正确进行网络规划的前提。

同时应该看到，3G 业务本身也在不断地发展，不断地被赋予新的内容。

业务模型的准确性将直接影响网络规模和容量需求的估算。

业务模型是对用户使用业务行为的统计性表征，业务模型分析目的是为了进行网络容量的规划，了解用户的业务行为对系统资源占用的需求。

容量估算应考虑非理想功率控制、话音激活、其它小区对本小区的干扰等因素，计算出上行或下行每小区、每载频业务的理论容量上限，根据此值估计出小区可以支持的用户数及基站容量。

业务模型分析方法有等效爱尔兰法、后爱尔兰法、坎贝尔法和随机背包算法等，其中坎贝尔法易于实际应用，适合电路域和分组域。

坎贝尔法是将多个电路域业务等效到一种基本参考业务上，各种业务等效后的业务强度为：R j 和v j 分别为第j 种业务的速率激活因子，E b /N o 为第j 种业务要求的上行接收质量，j 表示第j 种电路域业务，r 表示参考的基本业务。

坎贝尔信道表示为：表13G 各种业务渗透率及忙时数据量（业务模型）业务类型(单位)密集市区一般市区郊区农村渗透率业务忙时数据量渗透率业务忙时数据量渗透率业务忙时数据量渗透率业务忙时数据量上行下行上行下行上行下行上行下行话音（mErl ）100%1818100%1818100%1818100%1818视频电话（mErl ）25%5525%5520% 2.5 2.520% 2.5 2.5E-mail （k bit /s ）20%45.245.220%36.1636.1620%22.622.620%9.049.04彩信（kbit/s ）75%33.633.675%26.8826.8875%16.816.875% 6.72 6.72信息服务(kbit/s)35%40.681.335%32.4865.0435%20.340.6535%8.1216.26WWW (kbit/s)20%42.5216.320%34173.0415%21.25108.1515%8.543.26娱乐（kbit/s ）10%69.1138.210%55.28110.5610%34.5569.110%13.8227.64电子商务（kbit/s ）10%24.448.810%19.5239.045%12.224.45% 4.889.76数据下载（）5%6635%5565%336655%36-81-kbit/s 12.1 2.810.8.01.22.42t j 表示第j 种业务的业务量，单位为Erl 。

在只有一种业务的情况下，坎贝尔信道等于业务强度。

小区坎贝尔信道数为：N r 表示参考的基本业务信道数。

小区坎贝尔容量通过Er l B 公式确定，表示为T c＝ErlB (N c ，Gos)，Gos 表示要求的呼损。

坎贝尔容量对应的用户数：λj 和e j 分别表示第j 种电路域业务的用户比例和单用户行为。

坎贝尔信道利用率则为ηc ＝T c /N c 。

对于数据业务，可以利用剩余坎贝尔信道进行，根据平均延时要求和Erl C 模型，将剩余信道同上下行负载因子结合，计算能支持的上下行分组数据的平均速率。

对于分组域业务占较大比例的则需要对以上的坎贝尔方法进行修正，以避免估算结果和实际网络需求出现较大的误差。

混合业务容量的估算方法，还有待于根据网络仿真及实际网络测试结果去进一步研究。

2无线网络扩容解决方案随着业务需求的增长，每个基站的各个扇区都在承载越来越多的业务量。

通过对小区忙时业务量和业务类型的统计及测试分析，我们可以得到，尤其是当容量不以一种单一业务存在，而是混合多业务存在时，混合业务的比例也将影响上下行链路的容量，小区业务需求量超过小区的承载能力后，系统的阻塞率增大，小区的业务增长越快，越容易达到小区可以承载的容量极限。

无线网络需要通过扩容来满足这种3G 多业务增长需求。

2.1无线网络扩容的原则首先，在3G 建网初期，就要从网络规划和设备选型的角度考虑未来网络容量的演进方式。

第二，3G系统是自干扰系统，容量、覆盖和质量之间密切相关，应采用主动预防性措施，随时跟踪小区业务量的变化，根据话务量的情况、用户流量的预测情况、市场的反馈信息等，及时进行网络容量分析，使网络建设更加切合用户的需求。

第三，扩容时注意分析设计余量，容量的增加不能减少原有的覆盖范围。

第四，尽量减少对网络的改动，避免对网络运营产生影响，扩容后要保证网络质量的稳定。

第五，充分考虑可操作性，不建议采用小区分裂方式扩容，由于3G 系统各个小区之间导频干扰，规划时如果采用增加站点的方式，必须对相邻的所有小区重新规划。

最后，要充分考虑区域环境特点，选择合理的扩容方式，尽量采用新的扩容技术。

2.2无线网络扩容方式提高系统容量最简单、最有效的方法是增加载频，包括新增基站和将原基站扩展为多载频。

除了增加载频外，提高容量的方法还有：小区分裂、扇区化、微小区、在原有基站上增加功率、波束赋形、增加扰码和专用的室内覆盖系统。

下面对无线网络扩容的几种可选方案进行简要分析。

（1）虽然增加新基站可以在很大程度上解决容量问题，但是考虑到新站建设成本和对周边基站的影响，采用这种方式时需慎重考虑。

将原基站扩展为多载频，此方案优势在于扩容成本最低，不必新建基站，对原有的基站布局和天馈线系统不必进行大的调整，保持原有的网络结构有助于保证正在运营的网络性能的稳定。

一般的，多载波扩容方式应当是网络扩容的首选途径。

增加载频的方式分为点方式和面方式两种。

点方式只对高话务量地区的基站增加载频，不是成片区域同时增加载频，如图1所示。

面方式不仅在高话务量区域增加载频，而且设置过渡小区，对成片的基站增加载频，如图2所示；（2）小区分裂，即在建网初期主要着眼点在于解决覆盖，为了降低初期投资站间距较大，后期随着用户密度的增加，需要按照一定的方式实现站址加密，将原来的小区分裂成更多的覆盖面积更小的小区。

此方案的局限性在于需要对前期基站的覆盖做大规模的-82-3收缩调整，需要为大量新增站找到合适的站址，有相当大的困难，需要进行大规模的网络重新优化过程等；（3）扇区化是指把一个小区划分为几个扇区。

分扇区通过定向天线来代替基站中原有的全向天线，每个定向天线辐射某一特定的扇区，可以减小干扰，提高系统的容量。

另一方面，定向天线采用线阵的方式来实现波束赋形，可以很方便地调节天线的下倾角来改变基站的覆盖范围，减小相邻天线间的干扰，进一步提高C /I ，提高系统容量；（4）增加微基站、射频远端站。

有时系统容量的增长只发生在局部区域，这些区域面积不大。

在这种情况下，如果新建宏基站，宏基站会对相邻小区产生强干扰，同时成本又高。