系统混合业务下的小区容量预测与仿真

WCDMA系统混合业务下的小区容量预测与仿真1

WCDMA Cell Capacity Forecast and Simulation

张慧瑜杜明辉

ZHANG Hui-yu , DU Ming-hui

(华南理工大学电子与通信工程系，广州 510640)

(Electronic and Information Dept, South China University of Technology, Guangzhou, China)

摘要：容量规划是无线网络规划中必不可少的内容，混合业务下的小区容量仍然是容量规划中的重点和难点。本文对WCDMA的容量特点和容量计算进行了探讨，着重介绍用于混合业务下容量预测的坎贝尔算法，并基于坎贝尔模型对坎贝尔算法进行了改进，结合下行容量的仿真对预测结果进行了模拟和校验，以便能对3G混合业务下的容量设计有所借鉴。

关键词：WCDMA 小区容量混合业务坎贝尔

中图分类号：TP393.04 文献标识码：A

Abstract：Capacity planning is an absolutely necessary part in radio network planning for WCDMA. In this paper, two cell capacity forecasting methods are introduced. One is the CampBell algorithm and the other is a developed algorithm based on CampBell model. They are useful for cell capacity forecasting under multi-traffic situation. Finally, we present experimental results for downlink capacity simulation using these two algorithms.

Keywords：WCDMA cell capacity CampBell Multi-traffic

一、 引言

随着3G技术的日趋成熟和逐渐投入商用，3G无线网络规划的深入研究日显重要。WCDMA作为3G的主流技术，也为网络规划带来了新的挑战。

数据业务的比例随着通信网络从2G向3G的过渡而加重，业务将由单一的语音业务向语音、数据的混合型业务发展。如何准确把握混合业务下的小区容量目前仍是网络规划中一个具有挑战性的课题。

本文从WCDMA的容量特点出发，介绍了混合业务下容量预测的坎贝尔算法，同时基于坎贝尔模型对坎贝尔算法进行了改进，并结合下行容量的仿真对预测结果进行模拟和校验。

二、 WCDMA的容量特点

WCDMA系统的上行链路容量受限于干扰，当移动用户没有足够的功率克服来自其他用户造成的干扰时，上行容量到达极限；WCDMA系统的下行链路容量受限于基站的发射功率，当成功发射给本小区所有用户的功率总和超过了基站的限制时，或者正交可变扩频因子（OVSF）码字没有多余的部分可以分配给新增用户时，下行容量到达极限。由于上、下行方向容量是非平衡、非对称的，因此WCDMA容量规划应该从上行、下行两方面入手。

三、 混合业务容量预测

混合业务的小区容量预测是一个综合的网络问题，目前还没有一个公认的方法。坎贝尔算法是利用坎贝尔模型构造一个等效业务，并计算系统可以提供该业务的信道数和总的等效话务。在CS域和PS域分别利用Erlang B公式和C公式进行计算。该算法的优点是易于实际应用，可以同时应用于CS域和PS域，预算结果适度。计算了CS的业务容量之后，利用剩余信道容量计算PS域的业务容量，即利用坎贝尔信道和坎贝尔爱尔兰数之差计算数据

1本研究由广东省教育厅资助。（项目编号：No.8303069）

业务的平均速率。

（1） 业务资源强度

WCDMA 不同业务对无线资源占用的情况不同，因此采用的业务资源强度来度量一种业务相对于另一种业务对资源的占用情况。

设j R 表示第j 种业务的速率，j o b N E )/(表示该业务解调需要的能噪比，则第j 种业务相对于参考业务r 的业务资源强度r j ,β可以通过式（1）求得：

r o b r j

o b j r j N E R N E R )/(*)/(*,=β [2] (1)

一般采用12.2kbps 话音业务为参考业务，其业务资源强度为1。

（2） 坎贝尔模型及信道计算方法

坎贝尔模型将不同速率的业务统一进行核算，实质就是将系统中一定比例的各种实施业务等效为一种“坎贝尔业务”，坎贝尔业务与坎贝尔信道之间满足Erlang B 模型。坎贝尔信道算法的定量属性及核算公式如式（2）和式（3），j t 表示第j 中业务的业务量，单位为爱尔兰。C 为坎贝尔容量因子，表征了一个坎贝尔信道与一个基本业务信道的资源强度关系，如式（2）；基站提供的坎贝尔信道数可以通过式（3）计算，r N 为参考业务的信道数：

∑∑=j r j j j r j j t

t

C ,2,ββ[2]

(2) ； c

N N r campbell )1(?=[2] (3) WCDMA 混合业务系统的坎贝尔业务总量如式(4)。有了坎贝尔信道数和坎贝尔业务总量就很容易根据式（5）得到网络规模的基站数量预算：

c t

T j j j campbell ∑=β[2]

(4) ； campbell campbell

cell N T N = [2] (5)

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ErlangC 模型，将剩余信道和上、下行负荷因子结合起来，计算能支持上、下行分组数据的平均速率。对于网络规模的规划，核算CS 域剩余容量是否能满足PS 域的数据承载需求，不能满足需求则根据数据承载需求增加基站预算。

混合业务系统中，基于容量的估算较为困难，坎贝尔算法在一定程度上解决了这个问题。但对于PS 域业务占有较大比例时，该方法估算会带来一定的不确定性。根据以上公式对具体实例进行计算，所得数据吞吐量的预测值与工程经验值偏差尤其明显。在工程上，基于坎贝尔模型的思想，可以对此算法进行改进。

四、 基于坎贝尔模型的改进算法

基于坎贝尔算法的改进计算方法，同样是采用坎贝尔模型构造等效业务思想。首先预测小区的上行容量，最后用仿真的方法验算下行小区容量是否能够满足预测结果。

（1） 上行链路混合业务的容量预测

在混合业务的情况下，首先假设一种业务模型，然后基于这种业务模型加以分析。假设某区域使用非12.2kbps RAB 用户比例为80%（即数据渗透率），忙时使用非12.2kbpsRAB 的比例为10%（即忙时用户行为）。该区域非12.2kbps 业务的其余业务分配比例为：12.2kbps CS 为0%；64kbps CS 为50%；64kbps PS 为30%；128kbps PS 为18%；128kbps PS 为2%。 于是，对于混合业务的容量可以按照式（6）计算，其中i p 表示第i 种业务的百分比，i

M

为第i 种业务的单一业务下RAB 数。用以上业务模型转换成各业务忙时RAB 占用比例和具体的计算过程参见表1：

∑=i i i M p M /1max [1] (6)

表1：基于坎贝尔模型的改进算法计算实例 业务模型A

CS12.2 CS64 PS64 PS128 PS384 忙时RAB 占用比例 92%

4% 2.4% 1.44% 0.16% 上行RAB 比例

94.45% 4.11% 1.28% 0.16% 0.00% 单一业务RAB 数

45.02 6.02 10 9.76 1.45 信道数 32.15 1.40 0.44 0.05 0.00 忙时上行总信道数 34.04

话音ERL(2%呼损) 23.73

数据吞吐量（kbps） 124

在工程上，业务密集的地区一般都是下行容量明显大于上行容量，所以系统容量应该以上行容量来规划。在此，上行容量预测结果能否真正代表基站的容量，还需要结合下行容量的分析来判断。下面将结合下行链路的容量仿真来验证预测结果。

（2） 下行链路混合业务的容量仿真

下行链路的容量上限主要受到小区基站发射功率的限制，下行信道除了业务信道还包括公信道的开销。所有的功率按照一定的比例分配给这些信道。当移动台接收到的功率总和大于基站可以提供的功率时达到容量上限。仿真过程中假设15%的公共信道开销，业务模型与上行预测所使用的模型保持一致。仿真流程图如下：

图1：仿真流程图

通过仿真计算混合业务模型下不同负载因子的最大业务量，基于坎贝尔模型的改进算法与仿真结果比较如图2和图3：

对于基于坎贝尔模型的改进算法，由仿真结果可以看出，随着负载因子的提高，小区容量逐渐上升，仿真的下行容量高于上行容量，即系统上行容量受限，下行通信时基站发射功率能够满足预测结果的要求。

同样地计算不同负载因子下的业务量，坎贝尔算法结果与仿真结果的比较如图4和图5： 由坎贝尔算法的计算结果、改进算法的计算结果与仿真结果三者相互比较可以发现，坎贝尔话音ERL 数量的预测与改进算法的结果比较相近；但坎贝尔算法的数据吞吐量结果与改进算法相比要大得多，同时与下行仿真结果相比，也超出了下行仿真结果的值，即下行通

信时基站发射功率无法满足坎贝尔算法数据吞吐量的预测结果。

图2：改进算法与仿真的话音ERL比较图3：改进算法与仿真数据吞吐量比较

图4：坎贝尔算法与仿真话音ERL比较图5：坎贝尔算法与仿真数据吞吐量比较

五、 结束语

本文从WCDMA系统的容量特点出发，介绍了混合业务的容量预测和设计方法，着重分析了混合业务下容量预测的常用算法。

通过对WCDMA的系统容量进行预测和分析，可以发现WCDMA的系统容量主要是上行受限的。比较上行和下行的容量，并通过仿真的方法对预测结果进行验证，可以为今后的WCDMA系统网络规划提供一个初步的依据。

由于混合业务的复杂性，目前对混合业务下的容量还没有公认的计算方法，因此相关的算法和混合业务的特性还有待进一步的研究。随着网络仿真深入和3G实验网的开通和投入商用，有关的内容和结果还需要进一步的验证。

参考文献：

[1] 朱文勃. WCDMA系统混合业务条件下的容量计算.电信技术.2004

[2] 贺丰,邓安达. WCDMA系统混合业务下的小区容量计算.移动通信.2005

[3] 查明勇.WCDMA 无线网络规划方法探讨.移动通信. 2004

[4] 刁兆坤. WCDMA系统的容量规划.通信世界.2003

[5] 张建雄.WCDMA系统容量分.通信技术.2002

[6] 张刚等. WCDMA无线网络规划原理与实践.第四章.人民邮电出版社

作者简介：

张慧瑜（1981－），女，汉族，硕士研究生，主要研究方向为3G无线网络规划和优化。ZHANG Hui-Yu (1981-),Female, postgraduate student of grade 2003 in South China University of

Technology Electronic & Information College, major field is communication and information system. Work direction is radio network panning and optimization for UMTS.

杜明辉（1964－），男，汉族，教授、博士生导师，广东图像图形协会成员，中国生物医学工程协会成员；主要研究方向为数字图像处理、医学图像处理、信号处理、生物医学工程和无线通信网络。

DU Ming-Hui (1964-), Male, professor with the Department of Electronics and Communication Engineering. Prof. Du is the vice chairperson of Guangdong Institute of Graphics and Image, a committee member of the Chinese Institute of Graphics and Image, a committee member of the Chinese Institute of Biomedical Engineering. His current research interests include digital imaging, medical image processing, signal processing, biomedical engineering, and radio communication network..

联系方式：

姓名：张慧瑜

email：winnychang@https://www.360docs.net/doc/ed14476481.html,

地址：广州五山华南理工大学南秀村18栋301(邮编：510641)

对微计算机信息的评价：本书内容丰富，实用性强。在通信、自控和计算机领域，文章在理论和工程实践等方面都有涉猎，是学习、工作的良师益友。对于即将走向社会投入工作的学生来说，更是很好的参考、学习资料。