基于容量目標(biāo)的TD-LTE室內(nèi)覆蓋規(guī)劃方法

程曉軒 江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司助理工程師

王強(qiáng) 江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司工程師

發(fā)展策略

基于容量目標(biāo)的TD-LTE室內(nèi)覆蓋規(guī)劃方法

程曉軒 江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司助理工程師

王強(qiáng) 江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司工程師

為滿足TD-LTE高寬帶業(yè)務(wù)帶來的容量需求，本文提出兩種室內(nèi)覆蓋的容量規(guī)劃方法。首先，介紹了室內(nèi)覆蓋的建網(wǎng)背景和規(guī)劃特點(diǎn)；然后，重點(diǎn)討論基于容量目標(biāo)的算法，包括有歷史數(shù)據(jù)的算法和無歷史數(shù)據(jù)的算法，并舉例進(jìn)行分析；最后，對(duì)兩種算法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。本文提出的算法拓展了規(guī)劃思路，具有較好的實(shí)用性。

容量目標(biāo)；TD-LTE；室分規(guī)劃

1 引言

根據(jù)工信部電信研究院的預(yù)測(cè)，到2020年，國(guó)內(nèi)移動(dòng)用戶數(shù)將突破22億戶。與2010年相比，移動(dòng)數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)350倍。據(jù)估計(jì)，2020年80%的數(shù)據(jù)總流量將由室內(nèi)產(chǎn)生，如圖1所示，尤其在線視頻會(huì)議、超清數(shù)字電視等業(yè)務(wù)對(duì)帶寬的要求更大，對(duì)室內(nèi)環(huán)境的數(shù)據(jù)傳輸速率要求更高。未來室內(nèi)和室外流量需求的巨大變化，將會(huì)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中形成鮮明的對(duì)比。

隨著移動(dòng)數(shù)據(jù)流量的大幅增長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)將發(fā)展為極復(fù)雜的超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，將會(huì)變成多層次、多制式、多業(yè)務(wù)覆蓋的形式，存在宏站、室內(nèi)無源分布系統(tǒng)、光纖分布系統(tǒng)和低功率小型化微站等多種無線接入技術(shù)進(jìn)行4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋。由于未來數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)主要分布在室內(nèi)和熱點(diǎn)地區(qū)，80%的話務(wù)發(fā)生在室，如果室內(nèi)覆蓋不好，室分站點(diǎn)話務(wù)吸收率將會(huì)低于室分載波占比。隨著小區(qū)分裂難度增加，TD-LTE室內(nèi)覆蓋建網(wǎng)模式的瓶頸逐步凸顯，速率體驗(yàn)和容量需求存在新的挑戰(zhàn)。這些問題迫使室內(nèi)覆蓋規(guī)劃的建網(wǎng)思路進(jìn)行轉(zhuǎn)變，應(yīng)重點(diǎn)以容量為目標(biāo)進(jìn)行合理規(guī)劃。

圖1 未來各種應(yīng)用的數(shù)據(jù)傳輸速率需求

2 基于容量目標(biāo)的規(guī)劃特點(diǎn)

TD-LTE網(wǎng)絡(luò)通過OFDM、MIMO等技術(shù)的應(yīng)用，有效提高了數(shù)據(jù)的傳輸速率，和GSM或TD-SCDMA相比而言，容量呈井噴式增長(zhǎng)。容量作為4G規(guī)劃特別關(guān)注的問題之一，和GSM、TD-SCDMA表現(xiàn)出極大的

不同：GSM以語音覆蓋為主，主要解決有無信號(hào)問題；TD-SCDMA在資源分配上側(cè)重語音用戶，兼顧數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)訴求；而TD-LTE面向全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)，需要對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載給予充分考慮。因此，TD-LTE容量規(guī)劃更加復(fù)雜，必須根據(jù)站點(diǎn)類型、站點(diǎn)自然環(huán)境以及用戶的具體業(yè)務(wù)需求，結(jié)合對(duì)組網(wǎng)的深入分析，進(jìn)行全面估算。

基于容量的室內(nèi)覆蓋規(guī)劃方法在建網(wǎng)模初期就按3年目標(biāo)進(jìn)行小區(qū)劃分，結(jié)合現(xiàn)階段傳統(tǒng)分布系統(tǒng)、光纖分布系統(tǒng)、微基站等產(chǎn)品的各自特點(diǎn)，做到合理選擇多種建網(wǎng)模式，最終達(dá)到項(xiàng)目一次部署且不需要反復(fù)上站改造，降低改造頻次和改造難度。

設(shè)計(jì)完整流程如圖2所示，以容量為目標(biāo)，根據(jù)不同功能區(qū)不同業(yè)務(wù)需求來規(guī)劃設(shè)計(jì)。

3 基于容量目標(biāo)的規(guī)劃方法

3.1 規(guī)劃類別

室內(nèi)分布站點(diǎn)需要規(guī)劃3年左右的容量，這樣既可作為近期的工程指導(dǎo)、又可作為長(zhǎng)期發(fā)展的基礎(chǔ)。容量規(guī)劃可以分為基于歷史數(shù)據(jù)的算法和無歷史數(shù)據(jù)的算法，前者能夠獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果。基于歷史數(shù)據(jù)的規(guī)劃可以使用趨勢(shì)外推法，無歷史數(shù)據(jù)的規(guī)劃可以使用增長(zhǎng)因子推導(dǎo)法。

規(guī)劃的邏輯流程如圖3所示：

3.2 趨勢(shì)外推法

趨勢(shì)外推法是以時(shí)間為自變量找出歷史數(shù)據(jù)的趨勢(shì)線并外推于將來所進(jìn)行的預(yù)測(cè)，算法的前提是假設(shè)容量依時(shí)間變化呈現(xiàn)上升或下降的趨勢(shì)，趨勢(shì)外推法的詳細(xì)步驟如圖4所示。

步驟1：找出歷史上該類型站點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)，主要有站點(diǎn)類型、站點(diǎn)總?cè)藬?shù)、站點(diǎn)平均在線用戶數(shù)、全網(wǎng)平均在線用戶數(shù)。其中：

不同場(chǎng)景的傳播模型、用戶話務(wù)模型以及用戶分布密度等會(huì)有差異。同樣的，覆蓋業(yè)務(wù)在不同場(chǎng)景所能達(dá)到的小區(qū)半徑不同。站點(diǎn)類型可以分為大型場(chǎng)館、高校場(chǎng)景、工業(yè)園區(qū)、交通樞紐、居民小區(qū)、商業(yè)休閑、寫字樓、賓館酒店、行政事業(yè)單位、地鐵等。

圖3 規(guī)劃的邏輯流程

圖4 趨勢(shì)外推進(jìn)的步驟

圖2 基于容量目標(biāo)的設(shè)計(jì)流程

站點(diǎn)總?cè)藬?shù)：實(shí)際常駐站點(diǎn)的總?cè)藬?shù)，例如某體育館有500座位，上座率80%，則總?cè)藬?shù)認(rèn)為是400。

站點(diǎn)平均在線用戶數(shù)：以小時(shí)為周期，取各小區(qū)平均在線用戶數(shù)之和最大的數(shù)值。

全網(wǎng)平均在線用戶數(shù)：以移動(dòng)為例，取TD-LTE全網(wǎng)平均在線用戶數(shù)。

根據(jù)用戶數(shù)和場(chǎng)景類型，統(tǒng)計(jì)典型場(chǎng)景TD-LTE用戶密度：獲取類似的已開通TD-LTE分布系統(tǒng)站點(diǎn)覆蓋面積；統(tǒng)計(jì)站點(diǎn)忙時(shí)所有小區(qū)用戶總數(shù)和平均用戶數(shù)；計(jì)算典型場(chǎng)景單位面積用戶數(shù)。

步驟2：估算新建站點(diǎn)的TD-LTE用戶數(shù)；獲取新建站點(diǎn)規(guī)劃覆蓋面積。用戶數(shù)約為新建站點(diǎn)規(guī)劃覆蓋面積×典型場(chǎng)景用戶密度。

步驟3：估算單個(gè)TD-LTE用戶的容量需求；根據(jù)用戶常用類型模擬用戶行為，估算出單用戶的容量，用戶的常用業(yè)務(wù)類型有：VoIP（VoiceoverInternetProtocol，IP語音）、IMS（InternetProtocolMultimediaSubsystem，IP多媒體子系統(tǒng)）信令、Email、流媒體、視頻電話、文件傳輸、網(wǎng)頁瀏覽、在線游戲等。

步驟4：計(jì)算站點(diǎn)總?cè)萘浚W(wǎng)絡(luò)容量=TD-LTE總用戶數(shù)×單用戶吞吐量。用趨勢(shì)外推法規(guī)劃站點(diǎn)的3年容量。

趨勢(shì)外推法采用曲線擬合，具體方法包括線性回歸法，二次多項(xiàng)式擬合和指數(shù)擬合。這些方法可以單一使用，也可以組合起來應(yīng)用，單一預(yù)測(cè)方法的預(yù)測(cè)效果一般劣于組合方法，因此對(duì)于3種曲線擬合方法進(jìn)行不等權(quán)組合預(yù)測(cè)。

線性回歸法：y=a+bx；

二次多項(xiàng)式擬合：y=ax2+bx+c；

指數(shù)擬合：y=aebx。

（1）根據(jù)歷史數(shù)據(jù)分別計(jì)算線性回歸法、二次多項(xiàng)式擬合、指數(shù)擬合各自的參數(shù)值（a、b、c）。

（2）對(duì)于3種方法分別按照權(quán)重R1、R2、R3進(jìn)行加權(quán)，即可得到估算結(jié)果，其中，R1、R2、R3的累加值必須等于1。

（3）根據(jù)確定的權(quán)重R1、R2、R3計(jì)算預(yù)測(cè)期的結(jié)果。

步驟5：小區(qū)規(guī)劃。

以站點(diǎn)A為例，該站點(diǎn)為XX地市新城區(qū)的寫字樓，預(yù)計(jì)覆蓋面積65000m2，該場(chǎng)景的用戶密度（用戶/ 10000m2）為0.1，移動(dòng)占有率為65%，TD-LTE滲透率以50%計(jì)，則該站點(diǎn)的TD-LTE總用戶數(shù)為：

3.2.2 注射前再次核對(duì)注射劑量缺失 注射前核對(duì)的缺失容易造成注射過量或者不足，引起血糖控制不穩(wěn)定，影響治療效果。表3顯示，300例患者中，注射前再次確認(rèn)注射劑量者82例，只占27.3%。湯莉娜等［7］研究結(jié)果也反映了同樣的問題。不核對(duì)劑量會(huì)引起胰島素注射過量或不足，注射過量會(huì)引起低血糖，注射量不足會(huì)導(dǎo)致血糖控制不理想，從而增加了不必要的醫(yī)療開支。其中老年人的視力退化和記憶力不佳，導(dǎo)致注射劑量不準(zhǔn)確，重復(fù)注射和遺漏注射的現(xiàn)象屢見不鮮。因此，醫(yī)護(hù)人員應(yīng)特別關(guān)注患者對(duì)劑量的把控，健康教育中要教會(huì)患者如何檢查與核對(duì)，從而降低注射帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

TD-LTE用戶數(shù)=20000×0.1×65%×50%=650。

計(jì)算單個(gè)用戶單業(yè)務(wù)的基線速率值如表1所示。

表1 單個(gè)用戶單業(yè)務(wù)基線速率（Kbit/s)

由前面的計(jì)算可知，TD-LTE總用戶數(shù)為650人，則：

規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)容量=650×42.72=27768Kbit/s= 27.12Mbit/s；

從運(yùn)營(yíng)商處調(diào)查得知，該類型寫字樓同等面積下的容量歷史數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 各曲線擬合值（Mbit/s)

對(duì)于未來3年的容量規(guī)劃，使用趨勢(shì)外推法。繪制線性回歸曲線的散點(diǎn)圖，如圖5所示，得到一次曲線的公式，就可以利用趨勢(shì)線做時(shí)間趨勢(shì)預(yù)測(cè)。

二次曲線和指數(shù)曲線的處理方法也是如此，曲線擬合結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

權(quán)重R1、R2、R3賦值為45%、45%、10%，加權(quán)得到趨勢(shì)外推法用戶預(yù)測(cè)結(jié)果（見表4）。

LTE小區(qū)數(shù)=LTE容量/LTE小區(qū)平均吞吐率。根據(jù)TD-LTE配置（20M帶寬，單路系統(tǒng)），單個(gè)小區(qū)容量基線20Mbit/s，所以對(duì)于該寫字樓，2017—2019年小區(qū)規(guī)劃數(shù)目分別為2、2、3。

3.3 增長(zhǎng)因子推導(dǎo)法

如果沒有歷史數(shù)據(jù)可供參考，則參照以下算法：

圖5 一次曲線散點(diǎn)圖

表3 各曲線擬合值（Mbit/s)

表4 趨勢(shì)外推進(jìn)法最終取值（Mbit/s)

站點(diǎn)平均在線用戶數(shù)=站點(diǎn)總?cè)藬?shù)×該運(yùn)營(yíng)商市場(chǎng)占有率×TD-LTE滲透率×增長(zhǎng)因子，其中：

站點(diǎn)總?cè)藬?shù)：預(yù)覆蓋站點(diǎn)的常駐總?cè)藬?shù)。

運(yùn)營(yíng)商市場(chǎng)占有率：從運(yùn)營(yíng)商處獲取該參數(shù)。

TD-LTE滲透率：從運(yùn)營(yíng)商處獲取該參數(shù)。

增長(zhǎng)因子：該因子取決于用戶行為，跟地域相關(guān)，也可以反向利用容量預(yù)測(cè)公式，即：

在某一類型站點(diǎn)投入使用后，可以通過將域內(nèi)各個(gè)小區(qū)的平均在線用戶數(shù)相加，可獲得站點(diǎn)平均同時(shí)在線用戶數(shù)；同時(shí)再獲取站點(diǎn)總?cè)藬?shù)、市場(chǎng)占有率及TD-LTE滲透率，即可反向推算出增長(zhǎng)因子。

下面以各種場(chǎng)景的具體案例來闡述此方法。

（1）經(jīng)過取樣調(diào)查和綜合分析，得出單用戶目標(biāo)速率如表5所示。

表5 各種場(chǎng)景的單用戶目標(biāo)速率

（2）根據(jù)已開通站點(diǎn)的用戶密度和增長(zhǎng)因子，估算新建室分站點(diǎn)用戶數(shù)。

首先，統(tǒng)計(jì)典型場(chǎng)景TD-LTE用戶密度，計(jì)算典型場(chǎng)景單位面積用戶數(shù)。

其次，確定預(yù)測(cè)增長(zhǎng)因子，取現(xiàn)有用戶數(shù)乘以增長(zhǎng)因子，估算新建室內(nèi)站點(diǎn)3年TD-LTE用戶數(shù)。

用戶數(shù)說明：規(guī)劃中使用到的用戶數(shù)均為TD-LTE激活用戶數(shù)。

用戶數(shù)增長(zhǎng)因子說明：根據(jù)運(yùn)營(yíng)商的規(guī)劃數(shù)據(jù)得知，2017—2019年的增長(zhǎng)因子分別為：1.5、1.2、1.15，則各種場(chǎng)景的用戶數(shù)預(yù)測(cè)值如表6所示。

建筑物小區(qū)數(shù)=單用戶速率保障基線×用戶數(shù)/單小區(qū)容量。其中，單小區(qū)（20M）容量基線35Mbit/s，則各種場(chǎng)景需要的小區(qū)數(shù)如表7所示。

表6 各種場(chǎng)景的3年用戶數(shù)增長(zhǎng)預(yù)測(cè)值

表7 各種場(chǎng)景需要的小區(qū)數(shù)

4 結(jié)束語

本文著重介紹了基于容量目標(biāo)的TD-LTE室內(nèi)覆蓋規(guī)劃方法。趨勢(shì)外推法是容量規(guī)劃中最簡(jiǎn)單的算法，但是其在使用過程中以對(duì)未來的假設(shè)作為前提，影響參數(shù)和影響程度系數(shù)考慮較少，應(yīng)用時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定誤差，可以適當(dāng)考慮冗余量。增長(zhǎng)因子推導(dǎo)法依賴于不同場(chǎng)景的用戶模型，需要結(jié)合不同功能區(qū)的容量需求確定模型和增長(zhǎng)數(shù)，實(shí)施難度較高。網(wǎng)絡(luò)發(fā)展是漸進(jìn)的，對(duì)于時(shí)間序列的變化呈現(xiàn)出一定規(guī)律性，容量規(guī)劃既能夠避免載波資源的空閑，又可以匹配實(shí)際需求，有利于提升用戶感知。本文介紹的方法遵循科學(xué)合理的原則，拓展了規(guī)劃思路，可滿足多種類型站點(diǎn)的TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)，具有較好的實(shí)用性。

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TD-LTE indoor coverage network planning based on throughput target

CHENG Xiaoxuan;WANG Qiang

In order to meet throughput requirement of TD-LTE high bandwidth services,two new methods for indoor coverage distribution system are proposed.Firstly,the network constructive background and planning characteristics of the indoor coverage are introduced.Secondly,discusses algorithm based on throughput target in details,including algorithm with and without historical data,then illustrate to analyze.Finally,concludes advantages and disadvantages of these two algorithms.The algorithm stated in this article extends planning methods,provides better practicability.

throughput target;TD-LTE;indoor distribution network planning

2016-10-14）