WCDMA網絡多載波部署策略研究

付海巖

【摘要】自2009年，聯通建設WCDMA網絡以來，以其網絡能夠提供高速移動業務體驗、技術成熟穩定的網絡服務，而受到廣大用戶的喜愛。四年來，WCDMA用戶數持續高速增長，尤其是數據業務增長迅猛。隨著業務量的逐漸增加，網絡已由最初的單載波覆蓋為主，逐步擴容到現有的四載波網絡。根據業務發展趨勢，北京局部地區存在使用更多載波的需求。本文重點對在北京WCDMA網絡中部署多載波的相關問題進行了分析，探討了在多載波基站所承載業務容量的估算方法，并針對四載波基站給出建議的經驗值，也對WCDMA多載波網絡中，應如何設置重選策略、切換策略，進行了分析和說明。同時，基于雙信源疊加模式，對于在大網中鄰區規劃及負荷分擔方式進行了研究，并提出配置建議，為北京聯通WCDMA部署多載波提出了具體而實用的指導和參考。

【關鍵詞】WCDMA多載波網絡規劃

一、聯通WCDMA網絡基本情況

1、網絡建設情況

截至2013年12月，北京聯通WCDMA網絡已建設基站15865個，其中宏基站7551個，微蜂窩基站8314個，目前六環內覆蓋率達到97.7%，實現了98.5%的人口覆蓋，縣城覆蓋率達到98.99%，實現了鄉鎮以及3A級旅游景點100%的設站率。

2013年底，北京聯通WCDMA基站分布圖如圖1所示：

其中：北京市區已基本實現四載波連續覆蓋（圖中標出四載波區域）。

2、業務量情況

由于WCDMA網絡技術成熟、上網速率快，業務體驗好，在商用后，迎來了用戶量的快速增長。截止到2013年12月份，全國3G用戶已達到1.226億戶，其中，北京聯通的WCDMA用戶數為438萬戶。

用戶數量的增長，帶來了業務量的快速增長，尤其是數據業務增長迅速。從2011年至2013年，北京聯通的業務發展變化如圖2所示。

當前，晚忙時，北京聯通WCDMA網絡語音業務量達到42000Erl，數據業務量已經達到3.8TB。現網PS域早晚忙時流量熱點分布如圖3所示。

從圖中可以看出，晚忙時數據流量較高地區主要在五環內及郊區縣城，尤其是大型商業區、住宅區、交通干線、高校附近，例如望京、公主墳、學院樓周邊大學等。

3、網絡指標情況

雖然北京WCDMA網絡已擴容至四載波，但網絡指標顯示，擁塞情況仍有出現，影響網絡的接通率等指標。2013年12月，網絡接通率及擁塞次數如圖4所示：

二、WCDMA網絡承載業務量測算

1、WCDMA網絡容量模型分析

WCDMA網的容量可以分為資源容量和業務容量。資源容量主要是基站的CE資源、碼資源和功率資源。業務容量主要是基站可承載的最大業務量，但這也與資源容量是相關的。在目前，我們考量一個基站的容量是否能夠滿足需求，主要是考量WCDMA網基站資源是否能夠滿足業務需求。

WCDMA基站容量受限因素體現在多個方面，包括SF碼資源、下行功率、上下行CE資源、上行底噪抬升等。其中SF碼資源的消耗與業務類別和承載方式有關，是時變的；下行功率即已消耗的載波功率資源，是所有業務消耗的功率的總和；CE資源是基帶資源，獨立于射頻部分，可以獨立擴容；上行底噪抬升表示隨著用戶的接入網絡干擾在抬升，容量和業務質量隨之下降，低噪抬升到網絡設置的上限時說明網絡的干擾水平已到了能容忍的最大值，不再允許其他用戶接入，也就是擁塞。

2、WCDMA單基站承載最大業務量計算方法

（1）單載扇所承載的最大業務速率：

在所有資源都最大化利用的情況下，單載扇所承載的最大速率為：

3.84Mbps*6*15/16=21.6Mbps

此時，信道編碼速率為1，采用64QAM調制，1個chip可傳6bit信息，15個碼字全部應用。

（2）四載波基站所能承載的理論最大業務速率：

四個載波基站中，一般來說，至少要有一個載波設置為承載語音業務專用，其他載波來承載數據業務。

因此按照三個數據業務的載波來計算，所承載的峰值吞吐量為：

3個扇區*3個載波*每載扇最大吞吐率21.6Mbps=194.4Mbps

此時，需要假定用戶全部分布于接收質量足夠良好區域（CQI>25），功率、碼字資源不受限，且未形成信道間串擾，無線環境理想。

（3）實際四載波基站承載業務速率估算

在實際應用中，基站所承載的速率往往達不到上述假定的理想條件。要受以下因素影響：①業務具有不均衡性，實際用戶的業務難以達到持續的高速下載，峰值速率通常為平均速率的4倍。②用戶所在位置的無線環境具有不均衡性，一方面來說，一個基站下的所有用戶不可能均具備啟動HSPA+的條件，從統計數據上來看，通常僅有1/3的用戶具備啟動HSPA+的條件；另一方面來說，不同基站下用戶分布的不均勻性決定了不同基站所承載最大業務的不同，同樣的業務量，在有些基站由于用戶和基站交互效率較高，造成擁塞的概率小，其他一些基站，由于用戶分布較遠或者無線環境復雜，會造成較大的擁塞概率。③上述兩個因素并非疊加的關系，用戶業務呈現不同的統計特性，當業務量較低的時點，不同用戶間的串擾也會相對較低。

根據網絡經驗值，峰均比為1：4；則平均承載速率為

194.4Mbps/4=48.6Mbps

超過該數值則可能造成擁塞。再考慮無線環境帶來的影響，需在上述承載速率中再考慮75%的損失，則四載波基站理論承載數據業務量為36.45Mbps。

也就是說，當考慮了網絡中的各種復雜因素的情況下，如果一個四載波基站忙時承載業務速率達到36.45Mbps時，則需密切關注擁塞的出現，從而進一步考慮擴容。

3、影響WCDMA基站承載業務量其他因素

從理論上來說，基站承載業務量越高，則擁塞概率越大，這是一定的。但是，由于WCDMA容量受CE資源、碼資源、功率資源等多方面的影響，因此，現網中的擁塞并未完全呈現出與業務量完全相關的統計規律。

其中，基站承載的用戶數對于資源的消耗非常顯著。以下從現網中抽取的數據，通過對所承載業務量的指標進行統計，發現業務量并非是權衡擴容需求的唯一因素：

典型基站1：惠新西街

忙時吞吐率為：40Mbps，接通率為99.90%，擁塞次數為0次，HS+R99平均用戶數70個。

典型基站2：三里屯

忙時吞吐率為35Mbps，接通率為74.17%，擁塞次數為17335次，HS+R99平均用戶數247個。

在三里屯基站中，由于用戶數過多，造成了基站的碼字資源受限，造成擁塞，承載業務容量大幅下降，僅有35Mbps左右。而吞吐率達到40Mbps的惠新西街基站，接通率良好，無擁塞，用戶數正常。

4、WCDMA網絡擴容原則：

（1）基于業務量準則，對于超過經驗承載業務量的基站進行重點關注及統計；（2）基于資源利用準則，對于單站下基站用戶數較多、資源消耗量較大的基站優先考慮擴容。

三、現網需擴容的區域統計

依據上述原則，當前需要進一步需要擴容的四載波基站分布如圖5所示，其主要分布區域為國貿、金融街、中關村等，也就是說，在這些區域，有建設六載波或者更高容量的網絡需求。當然，在這些數據熱點區域，通過建設更高載波容量的WCDMA基站或是LTE網絡的方式來分流流量，都是解決容量需求的方案。

以上區域是LTE建設的首選區域。在LTE建設有困難、不能到位的情況下，相對來說，WCDMA多載波網絡的建設，涉及系統間切換較少，在頻譜資源具備的情況下，也是一個不錯的選擇。

四、部署多載波的關鍵因素

如前所述，載波擴容的目的在于增加網絡的業務承載能力，從而給用戶帶來更加良好的業務體驗。但在WCDMA網絡中，相對于單載波網絡來說，多載波網絡帶來了網絡復雜度的成倍上升，如果多個載波的網絡沒有合理配置，不能協同發揮作用，不但不會提升用戶的業務性能，反而會帶來更多的網絡感知問題。尤其是三個以上載波的網絡，將受制于頻點測量數量的限制，復雜性更高。

在多載波網絡環境下，需要解決幾個主要問題：（1）用戶終端在空閑態，如何選擇合適的載波進行選網和駐留？（2）用戶在使用業務過程中，如何能夠快速測量到最佳切換載頻？（3）終端發起業務時，如何能夠在最適合的載波進行承載，使得載波的業務量能夠均衡？（4）當載波間業務不夠均衡時，采用何種機制來對業務量進行載波之間的切換和調節？（5）當用戶處于某一載頻的邊界區域時，如何保障當前使用載頻與其他載頻之間的平滑切換？

為解決上述問題，使多載波網絡平穩運行，負荷均衡，資源得到有效利用，需特別關注以下關鍵策略的部署和設置：（1）終端的駐留及重選策略；（2）異頻切換策略；（3）載波間負荷均衡策略；（4）異頻鄰區配置策略。

1、終端的駐留及重選策略

在多載波WCDMA網絡中，在載頻質量劣化到一定程度時，將觸發異頻重選流程，從而使終端傾向于駐留在質量更好的載波上。

異頻小區重選用于將處于空閑模式、CELL_PCH和CELL_FACH狀態的終端重選到另一載波。異頻小區重選由服務小區的CPICHEc/No觸發，然后根據測量到的不同小區的信號水平決定是否進行小區重選。過程如下：

（a）當QqualMeas

例如，當QqualMin設置成-18dB，Sintersearch設置成6，當前服務小區的信號質量小于（-18+6）=-12時，終端將啟動異頻測量。

（b）當目標小區的測量結果得到后，終端根據S標準判斷該目標小區是否可駐留。

（c）最后，終端對所有滿足駐留條件的小區按照

Rs=Qmeas（servingcell）+Qhyst2，

Rn=Qmeas（neighbourcell）-AdjQoffset2，

進行排序。排序最高的小區就是小區重選的目標小區。如果重選的目標小區能夠滿足上面條件，且保持一段時間Treselection，小區重選發生。

因此，重選過程中參與計算的QqualMin、Sintersearch、Qhyst2、AdjQoffset2、Treselection等參數對于重選的啟動時機、重選的速度、準確性至關重要。

2、異頻切換策略

異頻切換典型過程為：測量控制→測量報告→切換判決→切換執行→新的測量控制。切換算法根據切換判決所需要的測量值、切換控制方法、切換類型選擇等來決定UE如何進行切換測量以及報告規則，再根據上報的測量結果進行切換判決，引導切換執行。

觸發異頻切換的事件主要有2B、2D和2F事件，具體描述如下：

（1）基于2B事件的切換控制

2B事件定義為：used frequency（當前頻率）的質量估計值低于某一門限，而且non-used frequency（非當前頻率）的質量估計值高于某一門限值。

如果used frequency的質量估計值低于在測量控制消息中下發的IE“Threshold used frequency”確定的門限值，而且non-used frequency的質量估計值高于在測量控制消息中下發的IE“Threshold non-used frequency”確定的門限值，而且滿足磁滯值條件和觸發時間條件，就會觸發事件2B。它是作為覆蓋切換觸發條件。

（2）基于2D事件的切換控制

2D事件定義為：used frequency的質量估計值低于某一門限。

2D事件可用來啟動壓縮模式，進行異頻測量。此門限由UTRAN下發的測量控制消息中的IE“Threshold used frequency”指定，其判決公式為：

Qused≤Tused2d-H2d/2（1）

其中：

Qused是正在使用的載頻的信號質量（used frequency）Tused2d是用于正在使用的載頻用于判決Even 2D的絕對門限；

H2d是2D事件的磁滯參數

（3）基于2F事件的切換控制

2F事件定義為：used frequency的質量估計值高于某一門限。

2F事件可用來關閉壓縮模式，停止異頻測量。此門限由UTRAN下發的測量控制消息中的IE“Threshold used frequency”指定，其判決公式為：

Qused≤Tused2d+H2f/2（2）

其中：

Qused是正在使用的載頻的信號質量（used frequency）評估質量

Tused2d是正在使用的載頻信號觸發2F事件的絕對門

限

H2f是2F事件的磁滯參數。

3、載波間負荷均衡策略

在WCDMA系統中，新呼叫的接入、終端位置變化引起的切換、終端發送和接收速率的變化、外界的干擾和環境的變化等因素都會導致各小區的負載發生隨機變化，這就會出現小區間負載不平衡的狀況。有些小區可能出現負載較重的情況，小區內用戶的通信質量受到嚴重影響，但同時，另一些小區可能處于空閑狀態而未得到充分利用。

為避免這種情況的出現，就需要對資源的選擇和利用進行控制，進行負荷均衡，盡可能有效地利用無線資源。負荷均衡算法包括兩個算法：載波間負荷均衡（異頻負荷均衡）和同頻負荷均衡。載波間負荷均衡算法的優先級高于同頻負荷均衡算法，一般情況下只打開載波間負荷均衡。

載波間負荷均衡算法主要包括幾個關鍵方面：

●載波間負荷分配策略

語音業務需要優先保障，因此通常為語音業務分配獨立載波。

在人群密集的高話務集中區域，如演唱會、展會等場景下，為減少載波間重選和切換帶來的容量開銷，通常不獨立設置語音專屬載波，而采用自由呼的策略，盡量使用戶從駐留載波直接發起業務，不同載波間的負荷基本保持一致。僅當載波間負荷發生嚴重偏差時根據載波利用閾值進行負荷的重整。

為避免乒乓切換的發生，需要為切換增加適當的遲滯值。

以愛立信設備為例，設備最多能夠定義5個HS load sharing目標小區，所有載頻都支持HS與R99業務。

所有載頻引入MO Coveragerelation，開啟dchLoadSharing、hsCellSelection、hsLoadSharing功能。這樣在空閑模式自由駐留的情況下，增大了UE再各載波均衡的幾率。

4、異頻鄰區配置策略

根據3GPP協議規定，UE只可搜索2個異頻測量頻點。因此，當同站載波數量大于3時，鄰區配置策略需要特殊設計，以滿足UE能夠在邊界區域的多個載波間進行重選和切換，防止多載波不連續導致的孤島效應。

五、結論和建議

在網絡負荷不斷增長的現實情況下，載波擴容對于容量的提升具有快速和高質量的特點。通過多載波的部署能夠將用戶進行物理隔離，有效降低網絡的自干擾，提升高速數據業務流量。WCDMA多載波網絡的部署建設避免了大量的無線環境調整工作量，但相對于單載波網絡有其特殊性和復雜性，體現在通信協議的限制和設備自身的限制，需要進行細致的策略設計和參數設置。

通過前面的論述，根據多載波網絡特點，結合北京話務增長的實際情況，建議采用如下方案部署：（1）在五環內進一步完善四載波的連續覆蓋，減少用戶移動過程中頻繁的異頻切換，保證用戶體驗。（2）熱點地區通過雙信源疊加方式開通六載波。（3）為語音業務設置優選第一載波。（4）重選策略采用自由呼的方式，減少不必要的頻間開銷。（5）切換策略原則上通過用戶重選和業務建立來控制負荷均衡，在異頻間做到少切換，尤其要避免乒乓切換。（6）鄰區規劃采用同覆蓋小區，規劃異頻鄰區；同載波相鄰小區，做同頻鄰區；邊界小區做5、6載波向1、2載波的遷移。

通過以上方案實施多載波的部署，可以實現載波資源的有效利用。

參考文獻

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