基于用戶體驗的WCDMA網絡負荷評估方法研究

張 恒，葉 青，黃志勇（中訊郵電咨詢設計院有限公司，北京100048）

0 前言

WCDMA系統的商用為人們提供了高質量、多業務類型的寬帶多媒體服務及無線上網業務。在網絡建設初期，網絡負荷較小，用戶體驗較優。然而，隨著用戶數量的不斷增加及服務需求的不斷增長，網絡負荷也在逐步提升。與GSM系統相比，影響WCDMA系統負荷的因素較多。如何評估WCDMA網絡負荷高低，如何給出不同發展時期網絡負荷客觀評估方法并給出合理化建議，已成為人們研究的重點。

1 WCDMA負荷評估方法

負荷是用戶數量增長帶來網絡壓力的具體表征。作為自干擾及軟容量系統，WCDMA網絡負荷增加主要體現在下行功率提升和上行干擾增加上，并最終影響業務質量性能指標、導致掉話或擁塞。通常，當網絡出現用戶業務質量嚴重下降或高擁塞現象時，就意味著網絡負荷已經很高并對業務產生了影響。實際上，在不同業務類型或用戶行為下，也均能產生高負荷并導致擁塞現象。本文將在考慮網絡干擾及資源預留等情況下，研究高負荷理論最大門限、業務有效負荷提升量，并采用滿足用戶業務體驗的資源占用來計算實際負荷水平，以實現精細化的負荷評估。

1.1 下行功率使用率

傳統下行功率使用率定義為

式中：

PR99——R99使用功率

PH——HSPA使用功率

PC——小區下行總功率

由式（1）可知，下行總功率包括了R99和HSPA使用功率。現網中可能存在著因干擾或特殊用戶行為（如覆蓋邊緣）造成的發射功率提升現象（尤其HSDPA業務功率變化幅度較大時）。因此，如何客觀評估HS?PA功率實際使用情況，就成了分析下行功率負荷的關鍵所在。這里從以下3個方面進行考慮。

a）考慮引入最小可接受速率概念。即：若網絡剩余資源少于最低可接受速率對應的資源需求量時，用戶感受就開始達到了不可接受的臨界點。

b）考慮將業務質量達到滿足用戶體驗時所需的合理功率資源占用作為功率實際消耗值（避免干擾等因素造成功率波動）。

c）考慮網絡在負荷提升過程中需保持一定的魯棒性，需將保留合理資源作為總功率評估值。

基于以上考慮，需引入“HS用戶期望速率占用功率”（Pa）指標。在運營商網絡建設目標中，對下行用戶體驗速度都是有要求的。Pa指標定義了滿足用戶體驗質量（如500 kbit/s速率）下的HSDPA功率占用值，亦即：Pa是在網絡尚未達到負荷上限造成擁塞時，1個新用戶在小區建立HS業務，基站側有能力提供一定功率滿足用戶體驗需求，且達到用戶期望速率（500 kbit/s）下的資源占用值。

個別用戶也可能使小區功率利用率達到100%，但這并不代表無法再接入新用戶。為區分是個別用戶占用過多資源還是大量用戶占用資源引起的網絡資源不足，基于HS用戶期望速率占用功率考慮引入了HSPA資源校準策略。該策略定義為

式中：

P’h——修正后的HSDPA功率占用

Pha——實際HSDPA功率使用情況

Nh——存在HSDPA業務時的同時用戶數

Pa——滿足用戶感受所需功率開銷

資源占用率修正方法見圖1。當用戶數為2時，較高的功率換來了更高的速率，但已滿足用戶體驗（體驗值按運營商的建網策略來確定），即實際的P’h相當于2×Pa的效果。而當用戶較多時，已造成用戶質量不達標，因此P’h＝Pha，同時式（1）分母的下行總功率將采用理論下行功率最高負荷門限作為評估值，因此需考慮以下幾個方面。

圖1 資源占用率修正方法

a）公共信道功率開銷。

b）準入門限功率限制的功率上限。

c）為保證1個HSDPA用戶接入所給的功率預留。

以上考慮了在能滿足1個HSDPA用戶體驗資源預留情況下，網絡能提供的最高功率負荷。因此，總的下行功率使用率修正為

式中：

Pha——準入門限（如功率達85%時不允許再接入新用戶）

PCCH——公共信道功率開銷

需要指出的是，由于考慮了預留，網絡嚴重高負荷時式（3）的計算結果大于100%的情況也屬正常。

1.2 下行碼字使用率

現網主要是語音業務及基于HSDPA的交互類業務。語音業務碼字固定為128，而HSDPA業務碼字則是根據實際用戶速率體驗予以變化的。在滿足用戶業務體驗情況下，需進行合理有限制的碼字評估，因此將碼字資源利用修正為

式中：

C’h——HSDPA碼字使用修正值

Ch——HSDPA實際碼字占用值

Ca——滿足用戶體驗下的碼字占用值

同時，實際的下行碼字理論最大門限還需考慮以下2個因素。

a）公共信道碼字占用。

b）碼字資源預留（即max（Cm，Ca）），其中Cm是防止所余碼字資源少于1個碼字的預留（為6.25%），因此碼字預留需考慮滿足同時最小用戶體驗碼字占用和至少1個碼字的預留，并選擇其最大值。

基于以上分析，在考慮滿足用戶體驗碼字占用及合理碼字預留的情況下，下行碼字使用率修正為

式中：

CTOT——總碼字資源

CCCH— —公共信道碼字資源

1.3 上行CE消耗

業務相同時，上行CE一般為下行CE的2倍。調研得知，各個省公司主要是上行CE消耗壓力較大。在上行CE消耗中，考慮用滿足上行用戶體驗的最小資源占用來評估實際的CE消耗。上行CE消耗修正為

式中：

NCR99——R99的CE消耗值

NCUH——HSUPA的CE消耗值

UUH——HSUPA的同時用戶數

NCUA——滿足上行用戶業務體驗的CE消耗

NCL——購買license開放的CE能力

1.4 上行負荷

與以上分析相同，當用戶數較少時，也可能會產生較高的上行負荷，但這并不代表無法再接入新用戶，因此計算上行負荷時需考慮上行HSUPA達到用戶體驗的最小負荷提升量。上行負荷修正為

式中：

RCR99——R99造成的負荷提升

RUH——HSUPA造成的實現負荷提升

NUH——HSUPA的同時用戶數

RUA——滿足上行用戶業務體驗的最小負荷提升量

RSL——網絡測設備的負荷上限（如ROT＝6代表網絡最大允許上行負荷為75%）

2 現網數據分析評估結果

根據以上負荷分析方法，從北京現網采集了最忙金融街區域的所有小區全天以15 min為顆粒度的指標進行研究，并選擇2個具有代表性的小區數據進行分析。以功率指標為例的分析如下所述。

a）功率高負荷小區A。低話務量，未產生由功率不足而導致的RAB擁塞。

b）功率高負荷小區B。低話務量，已產生由功率不足而導致的RAB擁塞。

根據愛立信現網測試經驗值，不同用戶速率下的功率占用情況見表1。

表1 不同用戶速率下的功率占用情況

按目前500 kbit/s的用戶體驗速率進行計算，小區A修正后的HSPA功率使用率曲線見圖2。其中：橫坐標是一天每15 min 1個共24×4＝96（個）采樣點；縱坐標左側為速率值，右側輔坐標為資源占用百分比。小區B修正后的HSPA功率使用率曲線見圖3。

圖2 小區A用戶平均速率與功率占用率對應關系

由圖2和圖3可知，曲線是由四次多項式擬合出來的變化趨勢曲線。小區A晚忙時單用戶功率超過500 kbit/s，修正后功率使用率明顯降低，說明網絡質量較優，HSPA仍能提供較好的服務質量，實際上提供了高于用戶體驗速率的資源開銷；小區B修正后值變化不大，用戶速率為300 kbit/s左右，說明網絡已達到小區用戶體驗邊緣，網絡壓力較大。

圖3 小區B用戶平均速率與功率占用率對應關系

圖4 小區A功率修正

根據總功率及小區功率擁塞情況進行分析，小區A總功率占用率見圖4（無擁塞），小區B總功率占用率及擁塞關系見圖5。

由圖4可知，小區A總體修正后功率占用率均在90%以下，反映了更精確的功率使用情況。對比小區B，紅色部分為修正后值，仍處在100%左右的區域，已造成了RAB的擁塞情況，反映了真正的功率高負荷，而對比黃色區域部分，修正后總功率占用率由98%下降到了40%，實際未產生真正的高負荷，即無擁塞情況。因此，從以上分析可知，通過用戶體驗評估網絡資源占用，能較為真實地反映小區實際網絡能力及負荷，能得到真正的網絡負荷情況，從而為高負荷小區研究提供了有效的參考數據。

圖5 小區B功率占用率及與由于功率產生的擁塞關系

3 結束語

WCDMA網絡負荷評估的指標選取及評估較為簡單。但由于軟容量特性造成高負荷的影響因素較為復雜，用戶數量和用戶行為的差異性和多樣性均能導致相同或不同的負荷狀態。因此，研究負荷指標時引入了用戶體驗的指標分析，將真實用戶體驗所消耗的網絡資源作為合理評估值，以此對比計算實際資源占用情況。這樣可有效地反映網絡資源實際應占用情況，達到更加客觀、合理的負荷評估值。目前，由于現網統計方法及指標獲取的局限性，本文主要研究了影響因素較大的業務數據負荷修正分析。未來在有數據及現網支撐情況下，可研究更加細化的業務分類及用戶體驗（如MOS），以實現小區負荷精確定位。

［1］姜波.WCDMA關鍵技術詳解［M］.北京：人民郵電出版社，2008.

［2］郭莉，王剛.UMTS無線網絡規劃與優化［M］.2版.北京：電子工業出版社，2008.