无线资源利用率合理区间评估模型探讨

钟期洪　王兵　刘悦　高柏峰

在分析影响无线资源利用率统计值的主要因素的基础上，创新地提出了无线资源利用率合理区间评估模型，并结合某地市CDMA网络相关话务数据，给出了城区、郊区和农村不同场景下的无线资源利用率合理范围，为无线网络运营商优化无线资源配置以及网络规划建设提供借鉴。

CDMA 无线资源 利用率 模型

1 引言

在无线网络建设投资中，基站等无线设备投资占较大比例，其资源利用情况直接影响着无线网络的投资效益。经验证明：一方面，片面追求无线资源的高利用率会带来网络拥塞、掉话等网络运行质量恶化风险，不利于网络、业务的健康发展，严重影响用户移动体验；另一方面，过低的无线资源利用率会造成网络容量闲置，投资浪费，严重影响投资效益[1-2]。因此，无线资源利用率应有其合理的区间范围。

但同时话务分布在时间、地理区域的不均衡性以及支撑用户发展的容量冗余性等诸多因素，也较大影响着全网或区域性的无线资源利用率统计。因此，在满足网络质量、业务需求和用户发展的前提下，分析影响无线资源利用率的关键因素，研究无线资源利用率合理区间模型，科学地配置无线资源，保障无线资源利用率处于合理范围，对有效预防、规避无线资源利用率变化带来的网络运行质量恶化、用户体验下降等有重要的实践意义。

2 无线资源利用率定义

无线资源利用率是评估无线网络资源利用效率的主要参考指标[3]，一般定义为：

无线资源利用率（η）=*100%

（1）

其中，无线网络占用业务量可取评估周期内网络系统忙时总话务量或评估周期内网元自忙时总话务量；无线网络总容量可取网络理论（或设计）总容量或网络配置总容量。

网元实际忙时话务量比较真实地反映了网络中各网元的容量需求现状，网络设计容量则反映了网络在一定约束条件下的网络容量，两者之比可以较准确地反映网络资源利用情况，即：

无线资源利用率（η′）=*100%

（2）

理想情况下，网元自忙时总话务量应与无线网络设计总容量一致，即网元忙时总话务等于其无线网络设计容量，此时网元无线网络利用率为100%。

为便于统计，运营商一般采用系统忙时总话务量和网络配置总容量来计算无线资源利用率，即：

无线资源利用率（η）=*100%

（3）

3 无线资源利用率合理区间评估模型

3.1 主要影响因素分析

为了反映网元个体和网络全局无线资源利用效率情况，无线资源利用率可从微观的单网元层面和宏观的网络全局两个层面进行评估。从微观上看，网络运营经验表明单网元无线资源利用率可以达到100%；从宏观上看，也就是从网络全局的统计看，有以下三个主要因素影响网络的无线资源利用率：

（1）由于用户分布的不均衡性、用户通信行为的差异性，往往形成话务分布在时间上的不均衡性，表现为各网元话务峰值在时间上不完全相同，一般运营商采用系统忙时话务统计，因此无法真正反映网络的网元峰值话务量，影响到全网无线资源利用率的统计值。

（2）网络中相当比例的网元以提供基本覆盖为主要目的，所承载的实际话务量较低，但配置话务量又相对较大，因此无线网络配置容量与实际话务量存在一定差异，覆盖型网元的存在影响到全网无线资源利用率的统计值。

（3）网络建设具有一定的前瞻性，需要考虑一定时期内市场发展需求，因此网络容量需要保持适当的冗余，也影响到全网无线资源利用率的统计值。

3.2 评估模型的算法

无线资源利用率合理区间评估模型重点考虑了以上影响网络全局利用率的三大主要因素。

将公式（3）分解为：

无线资源利用率（η）=*100%

=*100%

（4）

令α=，к=，则：

无线资源利用率（η）=η′** （5）

理想情况下，η′=100%。则：

无线资源利用率（η）=100%** （6）

其中，α表征话务分布时域不均衡性，称为话务分布时域不均衡因子；к表征网络设计容量与配置容量之间的差异性，称为无线网络配置容量与设计容量不均衡因子。

另外，引入前瞻性网络部署业务容量冗余因子β，表征为满足一定时期内业务发展需求所配置的网络容量冗余比例。则无线资源合理利用率模型表示为：

无线资源合理利用率（η″）=100%***

（1-β） （7）

3.3 算法相关因子

（1）话务分布时域不均衡因子α

由于用户的移动性和行为习惯的不同，各基站各载扇承载的业务峰值将出现在不同的时间段，系统忙时的无线资源利用率统计并没有完全反映出全网所有基站各载扇自忙时的资源使用情况，即当各基站各载扇自忙时与系统忙时不同时，采用系统忙时统计的话务量会小于采用各基站各载扇自忙时统计的话务量。系统忙时和基站各载扇自忙时统计系统忙时统计话务量与自忙时统计话务量差值越大，则话务分布时域不均衡因子α就越高。同时，在城区、郊区和农村不同场景下，其话务分布特征也存在明显差异，话务分布时域不均衡因子α将存在较大差别。

某地市CDMA网络在城区、郊区和农村不同场景下，网元自忙时与系统忙时话务不均衡因子α取值如表1所示：

表1 某地市网元自忙时与系统忙时话务不均衡因子α取值

参数 含义 计算方法 场景 取值

α 话务分布时域不均衡因子 网元自忙时总话务量/网络系统忙时总话务量 城区 1.28

郊区 1.35

农村 1.40

（2）无线网络配置容量与设计容量不均衡因子к

由于空口资源是无线网络最宝贵的资源，当前运营商主要评估空口资源的利用效率。CDMA网络空口无线资源主要包括前向功率、Walsh码、前向CE、反向CE、反向ROT允许抬升门限等。根据目前CDMA网络的运营实践，无线容量主要受限于空口反向干扰受限容量和反向CE配置受限容量[4]，即：

网元配置容量=min{空口反向干扰受限容量，反向CE配置受限容量}

目前CDMA网络CE配置的颗粒度为16，导致有些网元的配置容量远超过设计容量。特别是由于目前以及相当长的阶段内，CDMA网络覆盖类型网元的配置话务量相对较大，因此无线网络配置容量与实际话务量（或设计容量）存在较大差异。

由于现网中因子к不便于计算，引入覆盖型和容量型网元的混合资源利用率因子μ替代к，计算方法如下：

假设网元自忙时话务量小于A的网元为覆盖型网元，那么覆盖型网元的最大无线资源利用率为A/24.38（注：不考虑CE受限，CDMA单载扇理论无线容量24.38Erl[5]），则覆盖型和容量型网元的混合资源利用率因子μ为：

μ=P*A/24.38+（1-P）*1 （8）

其中，P为覆盖型网元所占的百分比；A可由运营商定义。

某地市CDMA网络在A=5的情况下，P和μ值如表2所示：

表2 某地市CDMA网络P和μ值

参数 含义 场景 P值/% μ值

μ 覆盖型和容量型网元的混合资源利用率因子 城区 18 0.857

郊区 30 0.762

农村 45 0.642

（3）前瞻性网络部署业务容量冗余因子β

由于网络建设具有一定的前瞻性，当前网络配置容量需满足一定时期内（一般为1年）的业务发展需求，因此业务容量冗余因子与用户发展预测、网络扩容工程建设进度安排等强相关。用户发展速度越快、增长比例越高，网络扩容工程建设期间隔越长，则网络需配置的容量冗余比例越高，反之则越低。

依据中国电信CDMA网络用户发展历程，对于产品不同的生命周期，业务发展速度及网络配置容量冗余比例β典型取值如表3所示。

结合当前中国电信CDMA网络用户发展状况及未来发展趋势，可以认为在城区和郊区，CDMA产品已步入成熟期；而在农村，CDMA产品则步入成长期。

4 不同场景利用率合理范围估计

根据以上分析，无线资源利用率合理区间评估模型为：

无线资源合理利用率=100%**（1-β）*μ （9）

理想情况下，无线网络设计承载话务量和配置容量匹配，此时可达到无线资源合理利用率最大值，即：

无线资源合理利用率最大值=100%**（1-β） （10）

结合以上因子典型取值，可得该地市城区、郊区、农村场景在目前的话务分布和话务模型下，其无线资源利用率合理范围如表4所示：

表4 某地市城区、郊区和农村场景无线资源利用率合理范围

场景 影响因子取值 无线资源利用率上限范围

（计算范围的最大值时，μ取值为1）/%

α μ β

城区 1.28 0.857 10% 60～70

郊区 1.35 0.762 15% 48～63

农村 1.40 0.642 20% 37～57

注：由于各地市网络建设规模和市场发展各不相同，因此各因子会有所不同，无线资源利用率的合理区间也会不同。

5 结束语

无线资源的优化配置是一项长期工作，资源利用率必须保持在一定的合理水平，以取得网络运行质量和网络投资效益两者之间的平衡。保障无线资源利用率处于合理范围，既是无线网络运营商业务、市场发展的需要，也是无线网络稳定、可靠运行的保障。无线资源利用率合理区间评估模型的研究，对更为科学地评估网络不同发展阶段和不同场景的无线资源利用效率、优化资源配置以及网络规划建设提供了借鉴意义。

参考文献：

[1] 中兴通讯股份有限公司. CDMA网络规划与优化[M]. 北京： 电子工业出版社， 2005.

[2] 陈德生，张宇. CDMA 1X无线资源利用率与无线网络质量的关联分析[J]. 移动通信， 2012（7）： 45-48.

[3] 宋鸿鹉. GSM网络无线资源利用率影响因素及应对措施的分析[J]. 世界电信， 2005（9）： 40-46.

[4] 周利辉，周君杰，张琨. CDMA2000无线资源利用率研究[J]. 长沙通信职业技术学院学报， 2012（1）： 13-16.

[5] 中国电信集团公司. 中国电信CDMA网络指标统计体系[Z]. 2009.★

由于空口资源是无线网络最宝贵的资源，当前运营商主要评估空口资源的利用效率。CDMA网络空口无线资源主要包括前向功率、Walsh码、前向CE、反向CE、反向ROT允许抬升门限等。根据目前CDMA网络的运营实践，无线容量主要受限于空口反向干扰受限容量和反向CE配置受限容量[4]，即：

网元配置容量=min{空口反向干扰受限容量，反向CE配置受限容量}

目前CDMA网络CE配置的颗粒度为16，导致有些网元的配置容量远超过设计容量。特别是由于目前以及相当长的阶段内，CDMA网络覆盖类型网元的配置话务量相对较大，因此无线网络配置容量与实际话务量（或设计容量）存在较大差异。

由于现网中因子к不便于计算，引入覆盖型和容量型网元的混合资源利用率因子μ替代к，计算方法如下：

假设网元自忙时话务量小于A的网元为覆盖型网元，那么覆盖型网元的最大无线资源利用率为A/24.38（注：不考虑CE受限，CDMA单载扇理论无线容量24.38Erl[5]），则覆盖型和容量型网元的混合资源利用率因子μ为：

μ=P*A/24.38+（1-P）*1 （8）

其中，P为覆盖型网元所占的百分比；A可由运营商定义。

某地市CDMA网络在A=5的情况下，P和μ值如表2所示：

表2 某地市CDMA网络P和μ值

参数 含义 场景 P值/% μ值

μ 覆盖型和容量型网元的混合资源利用率因子 城区 18 0.857

郊区 30 0.762

农村 45 0.642

（3）前瞻性网络部署业务容量冗余因子β

由于网络建设具有一定的前瞻性，当前网络配置容量需满足一定时期内（一般为1年）的业务发展需求，因此业务容量冗余因子与用户发展预测、网络扩容工程建设进度安排等强相关。用户发展速度越快、增长比例越高，网络扩容工程建设期间隔越长，则网络需配置的容量冗余比例越高，反之则越低。

依据中国电信CDMA网络用户发展历程，对于产品不同的生命周期，业务发展速度及网络配置容量冗余比例β典型取值如表3所示。

结合当前中国电信CDMA网络用户发展状况及未来发展趋势，可以认为在城区和郊区，CDMA产品已步入成熟期；而在农村，CDMA产品则步入成长期。

4 不同场景利用率合理范围估计

根据以上分析，无线资源利用率合理区间评估模型为：

无线资源合理利用率=100%**（1-β）*μ （9）

理想情况下，无线网络设计承载话务量和配置容量匹配，此时可达到无线资源合理利用率最大值，即：

无线资源合理利用率最大值=100%**（1-β） （10）

结合以上因子典型取值，可得该地市城区、郊区、农村场景在目前的话务分布和话务模型下，其无线资源利用率合理范围如表4所示：

表4 某地市城区、郊区和农村场景无线资源利用率合理范围

场景 影响因子取值 无线资源利用率上限范围

（计算范围的最大值时，μ取值为1）/%

α μ β

城区 1.28 0.857 10% 60～70

郊区 1.35 0.762 15% 48～63

农村 1.40 0.642 20% 37～57

注：由于各地市网络建设规模和市场发展各不相同，因此各因子会有所不同，无线资源利用率的合理区间也会不同。

5 结束语

无线资源的优化配置是一项长期工作，资源利用率必须保持在一定的合理水平，以取得网络运行质量和网络投资效益两者之间的平衡。保障无线资源利用率处于合理范围，既是无线网络运营商业务、市场发展的需要，也是无线网络稳定、可靠运行的保障。无线资源利用率合理区间评估模型的研究，对更为科学地评估网络不同发展阶段和不同场景的无线资源利用效率、优化资源配置以及网络规划建设提供了借鉴意义。

参考文献：

[1] 中兴通讯股份有限公司. CDMA网络规划与优化[M]. 北京： 电子工业出版社， 2005.

[2] 陈德生，张宇. CDMA 1X无线资源利用率与无线网络质量的关联分析[J]. 移动通信， 2012（7）： 45-48.

[3] 宋鸿鹉. GSM网络无线资源利用率影响因素及应对措施的分析[J]. 世界电信， 2005（9）： 40-46.

[4] 周利辉，周君杰，张琨. CDMA2000无线资源利用率研究[J]. 长沙通信职业技术学院学报， 2012（1）： 13-16.

[5] 中国电信集团公司. 中国电信CDMA网络指标统计体系[Z]. 2009.★

由于空口资源是无线网络最宝贵的资源，当前运营商主要评估空口资源的利用效率。CDMA网络空口无线资源主要包括前向功率、Walsh码、前向CE、反向CE、反向ROT允许抬升门限等。根据目前CDMA网络的运营实践，无线容量主要受限于空口反向干扰受限容量和反向CE配置受限容量[4]，即：

网元配置容量=min{空口反向干扰受限容量，反向CE配置受限容量}

目前CDMA网络CE配置的颗粒度为16，导致有些网元的配置容量远超过设计容量。特别是由于目前以及相当长的阶段内，CDMA网络覆盖类型网元的配置话务量相对较大，因此无线网络配置容量与实际话务量（或设计容量）存在较大差异。

由于现网中因子к不便于计算，引入覆盖型和容量型网元的混合资源利用率因子μ替代к，计算方法如下：

假设网元自忙时话务量小于A的网元为覆盖型网元，那么覆盖型网元的最大无线资源利用率为A/24.38（注：不考虑CE受限，CDMA单载扇理论无线容量24.38Erl[5]），则覆盖型和容量型网元的混合资源利用率因子μ为：

μ=P*A/24.38+（1-P）*1 （8）

其中，P为覆盖型网元所占的百分比；A可由运营商定义。

某地市CDMA网络在A=5的情况下，P和μ值如表2所示：

表2 某地市CDMA网络P和μ值

参数 含义 场景 P值/% μ值

μ 覆盖型和容量型网元的混合资源利用率因子 城区 18 0.857

郊区 30 0.762

农村 45 0.642

（3）前瞻性网络部署业务容量冗余因子β

由于网络建设具有一定的前瞻性，当前网络配置容量需满足一定时期内（一般为1年）的业务发展需求，因此业务容量冗余因子与用户发展预测、网络扩容工程建设进度安排等强相关。用户发展速度越快、增长比例越高，网络扩容工程建设期间隔越长，则网络需配置的容量冗余比例越高，反之则越低。

依据中国电信CDMA网络用户发展历程，对于产品不同的生命周期，业务发展速度及网络配置容量冗余比例β典型取值如表3所示。

结合当前中国电信CDMA网络用户发展状况及未来发展趋势，可以认为在城区和郊区，CDMA产品已步入成熟期；而在农村，CDMA产品则步入成长期。

4 不同场景利用率合理范围估计

根据以上分析，无线资源利用率合理区间评估模型为：

无线资源合理利用率=100%**（1-β）*μ （9）

理想情况下，无线网络设计承载话务量和配置容量匹配，此时可达到无线资源合理利用率最大值，即：

无线资源合理利用率最大值=100%**（1-β） （10）

结合以上因子典型取值，可得该地市城区、郊区、农村场景在目前的话务分布和话务模型下，其无线资源利用率合理范围如表4所示：

表4 某地市城区、郊区和农村场景无线资源利用率合理范围

场景 影响因子取值 无线资源利用率上限范围

（计算范围的最大值时，μ取值为1）/%

α μ β

城区 1.28 0.857 10% 60～70

郊区 1.35 0.762 15% 48～63

农村 1.40 0.642 20% 37～57

注：由于各地市网络建设规模和市场发展各不相同，因此各因子会有所不同，无线资源利用率的合理区间也会不同。

5 结束语

无线资源的优化配置是一项长期工作，资源利用率必须保持在一定的合理水平，以取得网络运行质量和网络投资效益两者之间的平衡。保障无线资源利用率处于合理范围，既是无线网络运营商业务、市场发展的需要，也是无线网络稳定、可靠运行的保障。无线资源利用率合理区间评估模型的研究，对更为科学地评估网络不同发展阶段和不同场景的无线资源利用效率、优化资源配置以及网络规划建设提供了借鉴意义。

参考文献：

[1] 中兴通讯股份有限公司. CDMA网络规划与优化[M]. 北京： 电子工业出版社， 2005.

[2] 陈德生，张宇. CDMA 1X无线资源利用率与无线网络质量的关联分析[J]. 移动通信， 2012（7）： 45-48.

[3] 宋鸿鹉. GSM网络无线资源利用率影响因素及应对措施的分析[J]. 世界电信， 2005（9）： 40-46.

[4] 周利辉，周君杰，张琨. CDMA2000无线资源利用率研究[J]. 长沙通信职业技术学院学报， 2012（1）： 13-16.

[5] 中国电信集团公司. 中国电信CDMA网络指标统计体系[Z]. 2009.★