TD-SCDMA網絡無線利用率和碼資源的工程應用

龐偉東

（中國移動通信集團設計院有限公司四川分公司，成都 610045）

1 引言

無線網絡利用率用來評估實際無線網絡忙閑程度，與各地區的總話務量、網絡布局、容量配置、人口、經濟、地理環境及資費政策等多種因素相關。

無線網絡不是僅僅追求覆蓋或者容量最大化，而是追求容量、質量、利用率和經濟性之間的平衡。網絡規模的配置需要充分考慮網絡利用率，網絡規模配置較大，可以使無線資源更充分，但可能會增加投資，造成不必要的浪費；網絡規模配置較小，會頻繁擴容，影響TD-SCDMA網絡性能，從而影響用戶感知。網絡的建設規模和性能指標需要通過網絡利用率達到平衡。因此，需要在滿足網絡性能指標的前提下，分析業務量變化，考慮當前網絡的利用率情況，使業務量與網絡容量配置保持相對穩定。避免網絡容量配置過高或者過低，在保證網絡利用率的同時保障網絡的綜合投資效益。

本文主要通過分析和研究TD-SCDMA網絡容量與網絡利用率的關系，結合TD-SCDMA現網運行數據，依據網絡利用率，探尋和解決TD-SCDMA系統的網絡容量配置算法。在利用率、業務量一定的情況下，核算所需的載頻，進而提出一種基于BRU碼資源需求的容量配置算法。

2 TD-SCDMA業務承載與碼資源理論分析

TD-SCDMA系統中一個信道占用的BRU個數是不一樣的，一個RU（SF=1），占用了16個BRU，一個RU（SF=8）則占用2個BRU，通常一個話音業務信道需占用2個BRU，而在一個載波上，所能提供的BRU的最大個數是固定的。在每一個RU中，即在一個常規時隙中含有兩個數據符號字段，其中每個數據符號字段有352chip，則在一個RU中352×2=704chip。當擴頻因子為16時（對應1個BRU），在一個RU中所包含的數據符號數為704/16=44個符號。如果采用QPSK調制方式，則在一個碼道中所包含的數據比特數為44×2=88bit；如果采用8PSK調制方式（此種調制方式一般應用于2Mbit/s的業務），則在一個碼道中所包含的數據比特數為44×3=132bit。TD-SCDMA系統一個子幀的長度為5ms，因此當采用QPSK調制方式時，一個BRU的速率為17.6kbit/s；當采用8PSK調制方式時，一個BRU的速率為26.4kbit/s。

經過計算，R4時隙在擴頻因子SF＝16下單碼道承載能力在8kbit/s左右，單時隙承載能力為128kbit/s；數據業務單載波最大業務速率640kbit/s（1：5）。在3：3的時隙比例下，單載頻的話音用戶最大可達到3×8－1＝23個，在2：4的時隙比例下，單載頻的話音用戶最大可達到2×8－1=15個。

HSDPA和HSUPA時隙，在16QAM調制方式下，單時隙的最大理論速率704×4/5ms＝563.2kbit/s；采用AMC技術后，信道條件好時不需要增加冗余編碼，單時隙速率可以達到563.2kbit/s，在上下行時隙1：5配置時HSDPA最大理論速率為563.2×5＝2.816Mbit/s，在上下行時隙2：4配置時HSDPA最大理論速率為563.2×3＝1.6896Mbit/s。

根據TD-SCDMA時隙承載的業務速率，可以算出無線承載業務消耗和占用的碼資源數量，具體如下：

(1）CS12.2：1個SF=8碼道或2個SF=16碼道；

(2）CS64、PS64：1個SF=2碼道或 8個SF=16碼道；

(3）PS144：2個時隙，每時隙1個SF= 1碼道/每時隙9個SF=16碼道；

(4）PS384：3個時隙，每時隙1個SF=1碼道；

(5）HSDPA在擴頻因子SF＝1時，采用16QAM調制方式，及上下行時隙2：4配置時，單載波3時隙可達到1.6896Mbit/s，最大可支持3.2Mbit/s小區吞吐率，每個客戶最高下載速率可達到1.6896Mbit/s。

3 TD-SCDMA現網利用率和碼資源分析

3.1 碼資源利用率分析

某運營商2010年1月至2011年8月，總碼資源利用率均值為11.48%，其中上行碼資源利用率均值為9.52%，下行碼資源利用率均值為12.39%；期間TDSCDMA網絡碼資源利用率平時較低，但在2011年春節期間碼資源利用率較高，總碼資源利用率均值約為37%。

3.2 R4、HSDPA資源配置分析

某運營商截止2011年8月，現網TD-SCDMA網絡R4載頻為28090Hz，HSDPA載頻為27223Hz，R4與HSDPA現網載頻、占用碼資源、忙時數據流量統計情況如表1所示。

表1 R4、HSDPA現網情況統計

從某運營商上述統計數據分析，結合現網H終端在網情況，現網R4承載數據流量較高。

4 基于BRU需求的TD-SCDMA容量算法

通過分析和研究TD-SCDMA網絡容量與網絡利用率的關系，結合TD-SCDMA現網運行數據，綜合網絡利用率，提出一種基于BRU碼資源需求的容量配置算法，供規劃設計人員參考和借鑒。

4.1 全網總碼資源利用率

全網總碼資源利用率的定義如下：

總碼資源利用率=（忙時上行占用BRU數＋忙時下行占用BRU數）/（（上行全部可用BRU數＋下行全部可用BRU數）×K），也即（R4業務占用的BRU數+HSDPA業務占用的BRU數+MBMS業務占用的BRU數）/（（全部可用BRU數－忙時上行控制信道占用的BRU數－忙時下行控制信道占用的BRU數）×K）。

上行碼資源利用率=（忙時上行占用BRU數）/（上行全部可用BRU數×K）。

下行碼資源利用率= （忙時下行占用BRU數）/（下行全部可用BRU數×K）。

K值：考慮呼損情況下，不同載波配置下的業務能力，建議取75%。

忙時定義：以總碼資源占用最大的時間點為忙時。

4.2 容量算法的思路和步驟

基于BRU需求的容量算法，是通過將業務量映射到BRU，確定各種不同業務的BRU需求量。根據利用率情況，得出實際需要的總BRU數量，從而確定需要的載頻數量。該算法主要流程如圖1所示。

（1）步驟一：預測各種業務的業務量，為映射到碼資源做準備。

按照話音業務、視頻業務、R4數據業務、HSDPA業務，分別預測各種業務的業務量，為業務量映射到碼資源做準備。

（2）步驟二：建立業務量與碼資源映射模型，計算碼資源占用。

圖1 基于BRU需求的容量算法

根據網絡承載，業務量映射為碼資源占用的預測值，具體映射模型如表2所示。

表2 碼資源映射占用模型

R4碼道承載能力、HSDPA碼道承載能力，需要根據現網數據進行統計和分析。

R4碼道承載能力=忙時R4業務數據流量/忙時R4業務占用BRU數。

HSDPA碼道承載能力＝忙時HSDPA業務數據流量/忙時HSDPA業務信道占用BRU數。

圖2 控制信道碼資源利用率情況

控制信道碼資源占用情況，根據對現網的統計和分析，控制信道碼資源利用率呈現一定的規律性和穩定性。某運營商現網2011年1月4～10日的控制信道碼資源利用率情況如圖2所示。

對某運營商的11個城市控制信道碼資源利用率情況進行統計和分析，如表3所示。

表3 控制信道碼資源利用率情況統計

對某運營商的11個城市控制信道碼資源利用率情況取平均，控制信道碼資源利用率為6%。控制信道碼資源利用率為一個相對穩定的值。因此，在進行載頻估算時，可以假定業務信道碼資源利用率=總碼資源利用率-控制信道碼資源利用率。

（3）步驟三：結合碼資源利用率，計算實際所需載頻數，如圖3所示。

載頻=總碼資源/每載頻能夠提供的碼資源，具體如下：

① 總載頻：總體配置BRU數量/每載頻能夠提供的BRU數量；

② R4載頻：R4配置BRU數量/每載頻能夠提供的BRU數量；

③ HSDPA載頻：HSDPA配置BRU數量/每載頻能夠提供BRU數量。

4.3 容量配置計算模型

綜上分析和研究，容量配置模型的計算公式總結如下：

總載頻數＝[忙時話音業務量×2×2＋可視電話業務量×8×2＋(R4數據流量/R4碼道承載能力/3600)＋（HSDPA流量/H碼道承載能力/3600）］/[(總碼資源利用率－6%)×90×K]

R4載頻數=[忙時話音業務量×2×2＋可視電話業務量×8×2＋(R4數據流量/R4碼道承載能力/3600)]/(R4碼資源利用率×90×K)

HSDPA載頻數＝（HSDPA流量/H碼道承載能力/3600）/（HSDPA碼資源利用率×90×K）

圖3 碼資源與載頻映射

公式中，K為調整系數，取0.75；

公式中，每載頻平均可用BRU數取現網統計值，暫取90；

公式中，R4和HSDPA碼道承載能力取現網統計值；R4碼道承載能力暫取4kbit/s，HSDPA碼道承載能力暫取15kbit/s。

在利用率、業務量一定的情況下，通過運用以上計算模型，可以核算出某運營商所需的載頻配置資源。采用該算法模型可使業務量與網絡容量配置保持相對穩定，避免網絡容量配置過高或者過低，在保證網絡利用率的同時保障網絡的綜合投資效益。

5 結束語

本文主要對TD網絡利用率與網絡容量配置的關系進行了初步研究和探討，分析了現網業務量、利用率情況。提出了依據業務預測及目標利用率來推算TD網絡載頻的計算方法，即提出了一種基于BRU碼資源需求的容量配置算法。但受限于現網網管數據在現階段不能輸出利用率指標體系中的全部數據，還不能對分析方法和計算公式進行全面的論證，后續待數據充足的條件下，將對其進行進一步的驗證和研究，以完善和豐富該模型算法。

[1] 中國移動通信集團公司. 中國移動TD-SCDMA網絡技術體制,版本號：1.0.0，中國移動通信企業標準QB-A-001-2009[S].2009-03-18發布。

[2] 中國移動通信集團公司. TD-SCDMA無線網絡資源利用率指標及統計方法（征求意見稿)[S].（移計通[2009]124號)，2009年9月發布。

[3] 趙旭凇，徐德平. 中國移動TD-SCDMA無線網絡利用率研究[Z].中國移動通信集團設計院有限公司無線所2009年研究課題.

[4] 胡恒杰，孟繁麗. 不同地域條件下的無線利用率[Z]. 中國移動通信集團設計院有限公司無線所2008年研究課題.