無線資源利用率合理區間評估模型探討

鐘期洪　王兵　劉悅　高柏峰

在分析影響無線資源利用率統計值的主要因素的基礎上，創新地提出了無線資源利用率合理區間評估模型，并結合某地市CDMA網絡相關話務數據，給出了城區、郊區和農村不同場景下的無線資源利用率合理范圍，為無線網絡運營商優化無線資源配置以及網絡規劃建設提供借鑒。

CDMA 無線資源 利用率 模型

1 引言

在無線網絡建設投資中，基站等無線設備投資占較大比例，其資源利用情況直接影響著無線網絡的投資效益。經驗證明：一方面，片面追求無線資源的高利用率會帶來網絡擁塞、掉話等網絡運行質量惡化風險，不利于網絡、業務的健康發展，嚴重影響用戶移動體驗；另一方面，過低的無線資源利用率會造成網絡容量閑置，投資浪費，嚴重影響投資效益[1-2]。因此，無線資源利用率應有其合理的區間范圍。

但同時話務分布在時間、地理區域的不均衡性以及支撐用戶發展的容量冗余性等諸多因素，也較大影響著全網或區域性的無線資源利用率統計。因此，在滿足網絡質量、業務需求和用戶發展的前提下，分析影響無線資源利用率的關鍵因素，研究無線資源利用率合理區間模型，科學地配置無線資源，保障無線資源利用率處于合理范圍，對有效預防、規避無線資源利用率變化帶來的網絡運行質量惡化、用戶體驗下降等有重要的實踐意義。

2 無線資源利用率定義

無線資源利用率是評估無線網絡資源利用效率的主要參考指標[3]，一般定義為：

無線資源利用率（η）=*100%

（1）

其中，無線網絡占用業務量可取評估周期內網絡系統忙時總話務量或評估周期內網元自忙時總話務量；無線網絡總容量可取網絡理論（或設計）總容量或網絡配置總容量。

網元實際忙時話務量比較真實地反映了網絡中各網元的容量需求現狀，網絡設計容量則反映了網絡在一定約束條件下的網絡容量，兩者之比可以較準確地反映網絡資源利用情況，即：

無線資源利用率（η′）=*100%

（2）

理想情況下，網元自忙時總話務量應與無線網絡設計總容量一致，即網元忙時總話務等于其無線網絡設計容量，此時網元無線網絡利用率為100%。

為便于統計，運營商一般采用系統忙時總話務量和網絡配置總容量來計算無線資源利用率，即：

無線資源利用率（η）=*100%

（3）

3 無線資源利用率合理區間評估模型

3.1 主要影響因素分析

為了反映網元個體和網絡全局無線資源利用效率情況，無線資源利用率可從微觀的單網元層面和宏觀的網絡全局兩個層面進行評估。從微觀上看，網絡運營經驗表明單網元無線資源利用率可以達到100%；從宏觀上看，也就是從網絡全局的統計看，有以下三個主要因素影響網絡的無線資源利用率：

（1）由于用戶分布的不均衡性、用戶通信行為的差異性，往往形成話務分布在時間上的不均衡性，表現為各網元話務峰值在時間上不完全相同，一般運營商采用系統忙時話務統計，因此無法真正反映網絡的網元峰值話務量，影響到全網無線資源利用率的統計值。

（2）網絡中相當比例的網元以提供基本覆蓋為主要目的，所承載的實際話務量較低，但配置話務量又相對較大，因此無線網絡配置容量與實際話務量存在一定差異，覆蓋型網元的存在影響到全網無線資源利用率的統計值。

（3）網絡建設具有一定的前瞻性，需要考慮一定時期內市場發展需求，因此網絡容量需要保持適當的冗余，也影響到全網無線資源利用率的統計值。

3.2 評估模型的算法

無線資源利用率合理區間評估模型重點考慮了以上影響網絡全局利用率的三大主要因素。

將公式（3）分解為：

無線資源利用率（η）=*100%

=*100%

（4）

令α=，к=，則：

無線資源利用率（η）=η′** （5）

理想情況下，η′=100%。則：

無線資源利用率（η）=100%** （6）

其中，α表征話務分布時域不均衡性，稱為話務分布時域不均衡因子；к表征網絡設計容量與配置容量之間的差異性，稱為無線網絡配置容量與設計容量不均衡因子。

另外，引入前瞻性網絡部署業務容量冗余因子β，表征為滿足一定時期內業務發展需求所配置的網絡容量冗余比例。則無線資源合理利用率模型表示為：

無線資源合理利用率（η″）=100%***

（1-β） （7）

3.3 算法相關因子

（1）話務分布時域不均衡因子α

由于用戶的移動性和行為習慣的不同，各基站各載扇承載的業務峰值將出現在不同的時間段，系統忙時的無線資源利用率統計并沒有完全反映出全網所有基站各載扇自忙時的資源使用情況，即當各基站各載扇自忙時與系統忙時不同時，采用系統忙時統計的話務量會小于采用各基站各載扇自忙時統計的話務量。系統忙時和基站各載扇自忙時統計系統忙時統計話務量與自忙時統計話務量差值越大，則話務分布時域不均衡因子α就越高。同時，在城區、郊區和農村不同場景下，其話務分布特征也存在明顯差異，話務分布時域不均衡因子α將存在較大差別。

某地市CDMA網絡在城區、郊區和農村不同場景下，網元自忙時與系統忙時話務不均衡因子α取值如表1所示：

表1 某地市網元自忙時與系統忙時話務不均衡因子α取值

參數 含義 計算方法 場景 取值

α 話務分布時域不均衡因子 網元自忙時總話務量/網絡系統忙時總話務量 城區 1.28

郊區 1.35

農村 1.40

（2）無線網絡配置容量與設計容量不均衡因子к

由于空口資源是無線網絡最寶貴的資源，當前運營商主要評估空口資源的利用效率。CDMA網絡空口無線資源主要包括前向功率、Walsh碼、前向CE、反向CE、反向ROT允許抬升門限等。根據目前CDMA網絡的運營實踐，無線容量主要受限于空口反向干擾受限容量和反向CE配置受限容量[4]，即：

網元配置容量=min{空口反向干擾受限容量，反向CE配置受限容量}

目前CDMA網絡CE配置的顆粒度為16，導致有些網元的配置容量遠超過設計容量。特別是由于目前以及相當長的階段內，CDMA網絡覆蓋類型網元的配置話務量相對較大，因此無線網絡配置容量與實際話務量（或設計容量）存在較大差異。

由于現網中因子к不便于計算，引入覆蓋型和容量型網元的混合資源利用率因子μ替代к，計算方法如下：

假設網元自忙時話務量小于A的網元為覆蓋型網元，那么覆蓋型網元的最大無線資源利用率為A/24.38（注：不考慮CE受限，CDMA單載扇理論無線容量24.38Erl[5]），則覆蓋型和容量型網元的混合資源利用率因子μ為：

μ=P*A/24.38+（1-P）*1 （8）

其中，P為覆蓋型網元所占的百分比；A可由運營商定義。

某地市CDMA網絡在A=5的情況下，P和μ值如表2所示：

表2 某地市CDMA網絡P和μ值

參數 含義 場景 P值/% μ值

μ 覆蓋型和容量型網元的混合資源利用率因子 城區 18 0.857

郊區 30 0.762

農村 45 0.642

（3）前瞻性網絡部署業務容量冗余因子β

由于網絡建設具有一定的前瞻性，當前網絡配置容量需滿足一定時期內（一般為1年）的業務發展需求，因此業務容量冗余因子與用戶發展預測、網絡擴容工程建設進度安排等強相關。用戶發展速度越快、增長比例越高，網絡擴容工程建設期間隔越長，則網絡需配置的容量冗余比例越高，反之則越低。

依據中國電信CDMA網絡用戶發展歷程，對于產品不同的生命周期，業務發展速度及網絡配置容量冗余比例β典型取值如表3所示。

結合當前中國電信CDMA網絡用戶發展狀況及未來發展趨勢，可以認為在城區和郊區，CDMA產品已步入成熟期；而在農村，CDMA產品則步入成長期。

4 不同場景利用率合理范圍估計

根據以上分析，無線資源利用率合理區間評估模型為：

無線資源合理利用率=100%**（1-β）*μ （9）

理想情況下，無線網絡設計承載話務量和配置容量匹配，此時可達到無線資源合理利用率最大值，即：

無線資源合理利用率最大值=100%**（1-β） （10）

結合以上因子典型取值，可得該地市城區、郊區、農村場景在目前的話務分布和話務模型下，其無線資源利用率合理范圍如表4所示：

表4 某地市城區、郊區和農村場景無線資源利用率合理范圍

場景 影響因子取值 無線資源利用率上限范圍

（計算范圍的最大值時，μ取值為1）/%

α μ β

城區 1.28 0.857 10% 60～70

郊區 1.35 0.762 15% 48～63

農村 1.40 0.642 20% 37～57

注：由于各地市網絡建設規模和市場發展各不相同，因此各因子會有所不同，無線資源利用率的合理區間也會不同。

5 結束語

無線資源的優化配置是一項長期工作，資源利用率必須保持在一定的合理水平，以取得網絡運行質量和網絡投資效益兩者之間的平衡。保障無線資源利用率處于合理范圍，既是無線網絡運營商業務、市場發展的需要，也是無線網絡穩定、可靠運行的保障。無線資源利用率合理區間評估模型的研究，對更為科學地評估網絡不同發展階段和不同場景的無線資源利用效率、優化資源配置以及網絡規劃建設提供了借鑒意義。

參考文獻：

[1] 中興通訊股份有限公司. CDMA網絡規劃與優化[M]. 北京： 電子工業出版社， 2005.

[2] 陳德生，張宇. CDMA 1X無線資源利用率與無線網絡質量的關聯分析[J]. 移動通信， 2012（7）： 45-48.

[3] 宋鴻鵡. GSM網絡無線資源利用率影響因素及應對措施的分析[J]. 世界電信， 2005（9）： 40-46.

[4] 周利輝，周君杰，張琨. CDMA2000無線資源利用率研究[J]. 長沙通信職業技術學院學報， 2012（1）： 13-16.

[5] 中國電信集團公司. 中國電信CDMA網絡指標統計體系[Z]. 2009.★

由于空口資源是無線網絡最寶貴的資源，當前運營商主要評估空口資源的利用效率。CDMA網絡空口無線資源主要包括前向功率、Walsh碼、前向CE、反向CE、反向ROT允許抬升門限等。根據目前CDMA網絡的運營實踐，無線容量主要受限于空口反向干擾受限容量和反向CE配置受限容量[4]，即：

網元配置容量=min{空口反向干擾受限容量，反向CE配置受限容量}

目前CDMA網絡CE配置的顆粒度為16，導致有些網元的配置容量遠超過設計容量。特別是由于目前以及相當長的階段內，CDMA網絡覆蓋類型網元的配置話務量相對較大，因此無線網絡配置容量與實際話務量（或設計容量）存在較大差異。

由于現網中因子к不便于計算，引入覆蓋型和容量型網元的混合資源利用率因子μ替代к，計算方法如下：

假設網元自忙時話務量小于A的網元為覆蓋型網元，那么覆蓋型網元的最大無線資源利用率為A/24.38（注：不考慮CE受限，CDMA單載扇理論無線容量24.38Erl[5]），則覆蓋型和容量型網元的混合資源利用率因子μ為：

μ=P*A/24.38+（1-P）*1 （8）

其中，P為覆蓋型網元所占的百分比；A可由運營商定義。

某地市CDMA網絡在A=5的情況下，P和μ值如表2所示：

表2 某地市CDMA網絡P和μ值

參數 含義 場景 P值/% μ值

μ 覆蓋型和容量型網元的混合資源利用率因子 城區 18 0.857

郊區 30 0.762

農村 45 0.642

（3）前瞻性網絡部署業務容量冗余因子β

由于網絡建設具有一定的前瞻性，當前網絡配置容量需滿足一定時期內（一般為1年）的業務發展需求，因此業務容量冗余因子與用戶發展預測、網絡擴容工程建設進度安排等強相關。用戶發展速度越快、增長比例越高，網絡擴容工程建設期間隔越長，則網絡需配置的容量冗余比例越高，反之則越低。

依據中國電信CDMA網絡用戶發展歷程，對于產品不同的生命周期，業務發展速度及網絡配置容量冗余比例β典型取值如表3所示。

結合當前中國電信CDMA網絡用戶發展狀況及未來發展趨勢，可以認為在城區和郊區，CDMA產品已步入成熟期；而在農村，CDMA產品則步入成長期。

4 不同場景利用率合理范圍估計

根據以上分析，無線資源利用率合理區間評估模型為：

無線資源合理利用率=100%**（1-β）*μ （9）

理想情況下，無線網絡設計承載話務量和配置容量匹配，此時可達到無線資源合理利用率最大值，即：

無線資源合理利用率最大值=100%**（1-β） （10）

結合以上因子典型取值，可得該地市城區、郊區、農村場景在目前的話務分布和話務模型下，其無線資源利用率合理范圍如表4所示：

表4 某地市城區、郊區和農村場景無線資源利用率合理范圍

場景 影響因子取值 無線資源利用率上限范圍

（計算范圍的最大值時，μ取值為1）/%

α μ β

城區 1.28 0.857 10% 60～70

郊區 1.35 0.762 15% 48～63

農村 1.40 0.642 20% 37～57

注：由于各地市網絡建設規模和市場發展各不相同，因此各因子會有所不同，無線資源利用率的合理區間也會不同。

5 結束語

無線資源的優化配置是一項長期工作，資源利用率必須保持在一定的合理水平，以取得網絡運行質量和網絡投資效益兩者之間的平衡。保障無線資源利用率處于合理范圍，既是無線網絡運營商業務、市場發展的需要，也是無線網絡穩定、可靠運行的保障。無線資源利用率合理區間評估模型的研究，對更為科學地評估網絡不同發展階段和不同場景的無線資源利用效率、優化資源配置以及網絡規劃建設提供了借鑒意義。

參考文獻：

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[2] 陳德生，張宇. CDMA 1X無線資源利用率與無線網絡質量的關聯分析[J]. 移動通信， 2012（7）： 45-48.

[3] 宋鴻鵡. GSM網絡無線資源利用率影響因素及應對措施的分析[J]. 世界電信， 2005（9）： 40-46.

[4] 周利輝，周君杰，張琨. CDMA2000無線資源利用率研究[J]. 長沙通信職業技術學院學報， 2012（1）： 13-16.

[5] 中國電信集團公司. 中國電信CDMA網絡指標統計體系[Z]. 2009.★

由于空口資源是無線網絡最寶貴的資源，當前運營商主要評估空口資源的利用效率。CDMA網絡空口無線資源主要包括前向功率、Walsh碼、前向CE、反向CE、反向ROT允許抬升門限等。根據目前CDMA網絡的運營實踐，無線容量主要受限于空口反向干擾受限容量和反向CE配置受限容量[4]，即：

網元配置容量=min{空口反向干擾受限容量，反向CE配置受限容量}

目前CDMA網絡CE配置的顆粒度為16，導致有些網元的配置容量遠超過設計容量。特別是由于目前以及相當長的階段內，CDMA網絡覆蓋類型網元的配置話務量相對較大，因此無線網絡配置容量與實際話務量（或設計容量）存在較大差異。

由于現網中因子к不便于計算，引入覆蓋型和容量型網元的混合資源利用率因子μ替代к，計算方法如下：

假設網元自忙時話務量小于A的網元為覆蓋型網元，那么覆蓋型網元的最大無線資源利用率為A/24.38（注：不考慮CE受限，CDMA單載扇理論無線容量24.38Erl[5]），則覆蓋型和容量型網元的混合資源利用率因子μ為：

μ=P*A/24.38+（1-P）*1 （8）

其中，P為覆蓋型網元所占的百分比；A可由運營商定義。

某地市CDMA網絡在A=5的情況下，P和μ值如表2所示：

表2 某地市CDMA網絡P和μ值

參數 含義 場景 P值/% μ值

μ 覆蓋型和容量型網元的混合資源利用率因子 城區 18 0.857

郊區 30 0.762

農村 45 0.642

（3）前瞻性網絡部署業務容量冗余因子β

由于網絡建設具有一定的前瞻性，當前網絡配置容量需滿足一定時期內（一般為1年）的業務發展需求，因此業務容量冗余因子與用戶發展預測、網絡擴容工程建設進度安排等強相關。用戶發展速度越快、增長比例越高，網絡擴容工程建設期間隔越長，則網絡需配置的容量冗余比例越高，反之則越低。

依據中國電信CDMA網絡用戶發展歷程，對于產品不同的生命周期，業務發展速度及網絡配置容量冗余比例β典型取值如表3所示。

結合當前中國電信CDMA網絡用戶發展狀況及未來發展趨勢，可以認為在城區和郊區，CDMA產品已步入成熟期；而在農村，CDMA產品則步入成長期。

4 不同場景利用率合理范圍估計

根據以上分析，無線資源利用率合理區間評估模型為：

無線資源合理利用率=100%**（1-β）*μ （9）

理想情況下，無線網絡設計承載話務量和配置容量匹配，此時可達到無線資源合理利用率最大值，即：

無線資源合理利用率最大值=100%**（1-β） （10）

結合以上因子典型取值，可得該地市城區、郊區、農村場景在目前的話務分布和話務模型下，其無線資源利用率合理范圍如表4所示：

表4 某地市城區、郊區和農村場景無線資源利用率合理范圍

場景 影響因子取值 無線資源利用率上限范圍

（計算范圍的最大值時，μ取值為1）/%

α μ β

城區 1.28 0.857 10% 60～70

郊區 1.35 0.762 15% 48～63

農村 1.40 0.642 20% 37～57

注：由于各地市網絡建設規模和市場發展各不相同，因此各因子會有所不同，無線資源利用率的合理區間也會不同。

5 結束語

無線資源的優化配置是一項長期工作，資源利用率必須保持在一定的合理水平，以取得網絡運行質量和網絡投資效益兩者之間的平衡。保障無線資源利用率處于合理范圍，既是無線網絡運營商業務、市場發展的需要，也是無線網絡穩定、可靠運行的保障。無線資源利用率合理區間評估模型的研究，對更為科學地評估網絡不同發展階段和不同場景的無線資源利用效率、優化資源配置以及網絡規劃建設提供了借鑒意義。

參考文獻：

[1] 中興通訊股份有限公司. CDMA網絡規劃與優化[M]. 北京： 電子工業出版社， 2005.

[2] 陳德生，張宇. CDMA 1X無線資源利用率與無線網絡質量的關聯分析[J]. 移動通信， 2012（7）： 45-48.

[3] 宋鴻鵡. GSM網絡無線資源利用率影響因素及應對措施的分析[J]. 世界電信， 2005（9）： 40-46.

[4] 周利輝，周君杰，張琨. CDMA2000無線資源利用率研究[J]. 長沙通信職業技術學院學報， 2012（1）： 13-16.

[5] 中國電信集團公司. 中國電信CDMA網絡指標統計體系[Z]. 2009.★