校園特定區域LTE FDD系統容量需求分析方法

王利果，王樹輝

（北京中網華通設計咨詢有限公司，北京 100070）

0 引 言

當代大學生是伴隨著高科技成長起來的一代，是感知和消費高科技產品信息的敏銳群體，接受新鮮事物的能力較強。在無線網絡用戶使用群體中，大學生無疑是各大運營商爭相發展的潛在優質客戶，因此校園市場成為各大運營商的必爭之地。

高校校園作為運營商戰略性發展市場，用戶龐大且需求特點明顯。手游及短視頻分享APP的發展風發泉涌，致使高校宿舍區域對精品網絡的需求愈加迫切，因此更好的容量規劃變得尤為重要。

1 校園特點區域容量規劃分析

1.1 校園容量規劃流程

校園容量規劃在無線網絡工程建設中是非常重要的一環。容量規劃需要針對用戶特色需求和用戶行為模型對不同區域進行分析規劃，整體流程如圖1所示。

圖1 容量規劃整體流程圖

高校校園宿舍區域對無線網絡需求特征明顯，主要為瀏覽在線視頻的高速率需求和玩手游時的穩定網絡需求。針對校園用戶的這兩個特征需求，建立單用戶行為模型時，需對相應行為模式進行測算調整。

1.2 校園單用戶行為模型分析

行為模型分析的主要目的是計算每個用戶的吞吐量，然后根據小區的平均吞吐量計算小區需求數量。現有的LTE FDD網絡的行為模型比較陳舊，是根據3G現網數據業務的統計進行進一步的推算，主要適用于國外人口密度較小的密集城區[1-2]。

近幾年，我國互聯網業務發展迅猛，在線視頻業務在用戶行為中占比日益增重，視頻電話、視頻會議、流媒體的承載速率需要重新測算。

根據在線視頻的分辨率，可計算視頻原始數據量：

目前，主流視頻壓縮算法為H.264，根據視頻原始數據量以及壓縮率即可計算出最小承載速率。不同分辨率視頻最小承載速率如表1所示。

目前，手機各大在線視頻網站標注的等級普遍比行業標準低一個等級，因此在線觀看1 080 P視頻時，無線網絡滿足720 P視頻測算的播放速率下限要求即可（網速大于3.07 Mb/s）。480 P視頻主要用于視頻電話及視頻會議，要求無線網速大于1.36 Mb/s。

高校校園宿舍區域用戶玩手游和在線觀看視頻時間占據較大比例。針對高校用戶行為特點，更新視頻業務最小承載率、在線游戲和流媒體BHSA次數以及會話持續時間，建立校園單用戶行為模型如表2所示。

表1 不同分辨率視頻最小承載速率

表2 校園單用戶行為模型

其中，BHSA為單用戶忙時會話嘗試，會話時長指每個會話的持續時間長度，會話激活因子為每個會話的數據傳輸所占比例，誤塊率是指會話過程中保障業務質量所需的誤碼率。

后4G時代，網絡業務按照4G滲透率100%測算。根據校園單用戶行為模型計算可得，單用戶忙時吞吐量為319.23 kb/s。

1.3 小區平均吞吐量

3GPP規范中定義了不同的MCS、RB承載下的數據塊數量（TBS），即在一個子幀/傳輸時間間隔（TTI）時間內的最大傳輸比特數量。TBS限制了4G上下行信道的峰值速率。MCS越大，4G下行峰值速率越大。這是因為MCS越大，相應的系統開銷越小，但對信道質量的要求越高。在20 MHz下行系統帶寬（即下行分配100個RB）、使用最大MCS方式2×2 MIMO雙流傳輸的情況下，4G下行峰值速率可以達到149.78 Mb/s。在相同RB下，LTE系統的上行峰值速率與單流下行峰值速率相同。當系統帶寬為20 MHz時，上行峰值速率為75.376 Mb/s。

實際情況中，由于負荷和干擾的影響，無線小區的實際吞吐量遠小于理論峰值速率。影響小區吞吐量的主要因素是小區激活用戶數和資源分配算法。

高校校園宿舍區域，用戶分布和活躍時間集中度較高。分析規劃覆蓋所需小區數量時，使用小區平均吞吐量測算。

由于實際容量遠不能達到理論峰值，模擬仿真的效果更接近于無線網絡的實際容量。LTE系統在不同帶寬下的下行平均吞吐量參考值如表3所示。

表3 不同帶寬下下行平均吞吐量參考值

1.4 需求小區測算

根據小區平均吞吐量、單用戶忙時吞吐量測算規劃需求小區數量。

其中，單用戶忙時業務吞吐量根據用戶行為模型測算獲得。

1.5 根據實際套餐資費測算小區容量

除了根據用戶行為模型測算覆蓋區域小區需求數量以外，還可以根據覆蓋區域內用戶實際套餐資費作為基礎數據，依據用戶每個月平均業務量作為基礎數據測算實際小區需求數量。

根據覆蓋區域用戶實際套餐資費測算小區需求數量方式，如表4所示。

表4 根據覆蓋區域用戶實際套餐資費測算小區需求數量方式情況

依據測算結果以及覆蓋區域用戶數，可測算出實際小區需求數量。

2 實際案例

2.1 根據用戶行為模型測算容量

云南省某職業學院目前在校學生人數23 700人，聯通市場滲透率約為42%。該職業學院建筑分布圖，如圖2所示。

根據市場發展訴求，該職業學院需要主要解決學生宿舍區域的網絡覆蓋。解決需求的重點在于解決高負荷，需要根據該區域的網絡用戶數和下行感知速率要求估算該區域實際需要的小區數目。經過現場勘查，5棟公寓樓皆為回型走廊，18、19棟總樓層17層，20、21、22棟11層，18～22棟每層皆為20個房間，每個房間6人。

根據宿舍建筑分布，18棟、19棟學生人數為2 040人，20～22棟學生人數為1 320人，聯通市場滲透率約為42%，計算可得18棟、19棟聯通用戶數約為857人，20～22棟聯通用戶數約為555人。

圖2 職業學院建筑分布圖

根據校園單用戶行為模型測算結果，校園單用戶峰值忙時吞吐量為798.08 kb/s，聯通LTE FDD系統占據系統帶寬為20 MHz。根據仿真結果，2×2 MIMO情況下聯通LTE FDD小區平均吞吐量為33.8 Mb/s，計算得出聯通4G單小區可支持用戶數為43.37戶。

根據宿舍區域內聯通用戶數計算可得，18棟、19棟分別需新建19.76個小區，20～22棟宿舍樓需要新建12.78個小區。

2.2 根據套餐容量測算

高校校園內聯通用戶資費套餐以大王卡為主，單月流量40 GB。依據大王卡資費套餐測算單小區支持用戶數，結果如表5所示。

根據宿舍區域內聯通用戶數計算得出，18棟、19棟分別需新建19.23個小區，20～22棟宿舍樓需要新建12.44個小區。

3 結 論

LTE FDD小區容量規劃是無線網絡建設的重要環節。高校校園作為運營商市場發展的戰略高地，LTE FDD小區容量可否滿足用戶業務需求，直接影響用戶感知和市場口碑的發酵。根據校園單用戶行為模型或資費套餐，可以有效測算校園特殊區域容量需求，從而提升運營商校園市場競爭力。