4G网络扩容规划及后评估体系研究＊

2018-01-18 07:29王乐汪况伦程日涛

电信工程技术与标准化 2018年1期

王乐，汪况伦，程日涛

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

1 背景

随着资费优惠政策的大力普及，LTE流量需求增速迅猛；尤其是不限流量套餐的推出给运营商网络容量带来了前所未有的冲击，部分省份不限流量套餐用户DOU已超过10GB。同时面对市场竞争的白热化，运营商需要把扩容资源尽可能准确地投入到潜在容量需求大的区域，如果仍采用传统的基于线性增长关系的预测思路，将难以保证网络容量规划的准确度。为此，本文研究了基于小区级的扩容需求核算方法，并基于软件工具完成海量数据处理，从而提升了规划方案准确度；同时采用多项关键指标对以往扩容资源投放准确度进行全方位对比分析，以更好地指导下期扩容方案的制定。

2 LTE扩容规划框架

总体思路是按照一定模型将预期流量落入现网小区，得到期末小区级负荷，按照扩容标准门限逐小区审定年度扩容规模；具体见图1，包括4个步骤。

（1）首先基于历史业务增长趋势、未来市场策略和竞争需求，预测全网整体业务量的增长曲线。注意需要考虑忙时集中系数降低、PRB承载效率提升带来的影响。同时考虑新建站的分流效果，对于规划期末预计新增的覆盖站，经现网分析其流量吸收能力弱于存量站，即如果新增覆盖站占比为A%，则其吸收的流量的比例应为A%×新建站分流系数。建议取现网各省分流系数均值作为新建站分流系数，经统计分析，城区新建站分流比取0.63，即新增覆盖站A%能够吸收的流量比为0.63×A%。农村新建站分流比取0.67，即新增覆盖站A%能够吸收的流量比为0.67×A%。

（2）然后基于威布尔统计数学模型，把新增流量分配到各小区中；此模型同时考虑了城乡差异和高中低流量小区差异。具体在下文详细介绍。

（3）根据小区级现网业务负荷及小区级新增业务负荷，计算出所有小区规划期末的业务负荷。

（4）基于扩容标准门限，核算出每个小区的扩容载波需求数。若总载波需求数大于5.5，则建议采用小基站分流、3D-MIMO等其它非软扩方式。

图1 扩容规划的框架

以上核算基于小区级，而省里小区数量一般在10万个以上，因此难以通过手动操作完成，需要基于专有的软件平台完成计算。已有研发的扩容核算工具经过两年的应用和优化，目前在各省方案编制和审核中发挥着重要作用。

3 分配系数核算方法——威布尔模型

通过现网42万个小区的流量概率密度函数（PDF）分析，一般情况下小区级负荷分布符合威布尔分布模型。不同业务负荷的小区呈现出不同的业务增长趋势，并且与城乡场景强相关。

3.1 预测思路

由于不同场景、不同负荷区间的小区负荷增长速度存在明显的差异性；在威布尔模型基础上，对现网小区进行小区级业务增长分析，确定业务增长预测模型[αij]矩阵。各区间小区负荷具体预测方法为：Load预测=α×Load现网。其中：α为二维空间矩阵[αij]，其中i为场景类型：包括城区、农村，j为小区流量区间。

3.2 计算方法

在目标规划区域内，对近一年现网数据进行区间分档（比如将小区划分5个等量小区数的区间）。并将新增流量相对于现网流量增长倍数取平均，定义为[nij]矩阵，详见表1。

同时定义全网平均增长率为K，将各区间增长率归一化后，得到小区级流量增长系数[aij]矩阵，详见表2。

α矩阵中的K值通过流量增长倍数约束条件得到，计算公式为：

K＝Thr全网预测值×（1－新建站规模占比× 新建站分流比）/∑Thrij×nij

其中：Thrij为现网分场景、分区间小区流量，Thr全网预测值为规划期末预测全网总流量。计算K值的过程涉及所有小区级数据，一般手工无法解出此方程，只有通过软件工具计算得到方程解即K值。然后由[nij]矩阵和K值可得出[aij]矩阵，最后计算出城乡各小区流量增长系数。

表1 [nij]矩阵

表2 [aij]矩阵

4 扩容规模核算

基于最新的扩容标准，计算出每个小区的载波需求。建议先进行软件扩容（投资效益最高），软扩的最大载频数设置为5.5（3个D+1.5个F+1个FDD1800）；将每个小区的软扩载频数求和，最终得到目标规划区域的扩容载波总需求。

另外，对于载频需求大于等于5.5个且为室外宏站的基站，判别是否替换为3D-MIMO基站，或者在旁边建设小微站；对于3D-MIMO建设判决，应该以扇区为基本单位，并考虑用户分布状态（如远或近、集中或分散）。

5 后评估模型

首先，需要对现网各省网络整体负荷及多层网情况进行量化分析和横向对比，主要涉及指标有：载波规模、单载波用户数、每载波忙时流量、多层网小区占比等，示例如图2、图3、图4（一个柱状图代表一个省份）。

然后，需要量化评估现网扩容资源使用的合理性；包括多层网分流效果和多层网小区分布情况两个角度。

（1）多层网分流效果的评估思路：扩容小区核心功能是吸收业务量，因此以多层网小区承载的平均业务量衡量多层网总量的合理性。具体评估方法：对重叠部署的多层网小区的多个载波进行业务量合并，统计多层网小区承载的平均业务量。示例如图5。

（2）多层网小区分布情况的评估思路：扩容载波应该配置在容量需求较高的基站，即多层网小区的合并流量在全网小区中的排名越靠前，合理性越高。具体评估方法：对重叠部署的多层网小区的多个载波进行业务量合并，将全网小区按业务量排序，统计多层网小区在最高20%小区中、最低20%小区中的比例。示例如图6、图7（一个柱状图代表一个省份）。

具体计算公式为：设定多层网小区总数为T，其中位列全网负荷最高的20%的多层网小区数为A，位列全网负荷最低的20%的多层网小区数为B。

多层网小区在最高20%小区中的比例＝A/T× 100%。