校园特定区域LTE FDD系统容量需求分析方法

王利果，王树辉

（北京中网华通设计咨询有限公司，北京 100070）

0 引 言

当代大学生是伴随着高科技成长起来的一代，是感知和消费高科技产品信息的敏锐群体，接受新鲜事物的能力较强。在无线网络用户使用群体中，大学生无疑是各大运营商争相发展的潜在优质客户，因此校园市场成为各大运营商的必争之地。

高校校园作为运营商战略性发展市场，用户庞大且需求特点明显。手游及短视频分享APP的发展风发泉涌，致使高校宿舍区域对精品网络的需求愈加迫切，因此更好的容量规划变得尤为重要。

1 校园特点区域容量规划分析

1.1 校园容量规划流程

校园容量规划在无线网络工程建设中是非常重要的一环。容量规划需要针对用户特色需求和用户行为模型对不同区域进行分析规划，整体流程如图1所示。

图1 容量规划整体流程图

高校校园宿舍区域对无线网络需求特征明显，主要为浏览在线视频的高速率需求和玩手游时的稳定网络需求。针对校园用户的这两个特征需求，建立单用户行为模型时，需对相应行为模式进行测算调整。

1.2 校园单用户行为模型分析

行为模型分析的主要目的是计算每个用户的吞吐量，然后根据小区的平均吞吐量计算小区需求数量。现有的LTE FDD网络的行为模型比较陈旧，是根据3G现网数据业务的统计进行进一步的推算，主要适用于国外人口密度较小的密集城区[1-2]。

近几年，我国互联网业务发展迅猛，在线视频业务在用户行为中占比日益增重，视频电话、视频会议、流媒体的承载速率需要重新测算。

根据在线视频的分辨率，可计算视频原始数据量：

目前，主流视频压缩算法为H.264，根据视频原始数据量以及压缩率即可计算出最小承载速率。不同分辨率视频最小承载速率如表1所示。

目前，手机各大在线视频网站标注的等级普遍比行业标准低一个等级，因此在线观看1 080 P视频时，无线网络满足720 P视频测算的播放速率下限要求即可（网速大于3.07 Mb/s）。480 P视频主要用于视频电话及视频会议，要求无线网速大于1.36 Mb/s。

高校校园宿舍区域用户玩手游和在线观看视频时间占据较大比例。针对高校用户行为特点，更新视频业务最小承载率、在线游戏和流媒体BHSA次数以及会话持续时间，建立校园单用户行为模型如表2所示。

表1 不同分辨率视频最小承载速率

表2 校园单用户行为模型

其中，BHSA为单用户忙时会话尝试，会话时长指每个会话的持续时间长度，会话激活因子为每个会话的数据传输所占比例，误块率是指会话过程中保障业务质量所需的误码率。

后4G时代，网络业务按照4G渗透率100%测算。根据校园单用户行为模型计算可得，单用户忙时吞吐量为319.23 kb/s。

1.3 小区平均吞吐量

3GPP规范中定义了不同的MCS、RB承载下的数据块数量（TBS），即在一个子帧/传输时间间隔（TTI）时间内的最大传输比特数量。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。这是因为MCS越大，相应的系统开销越小，但对信道质量的要求越高。在20 MHz下行系统带宽（即下行分配100个RB）、使用最大MCS方式2×2 MIMO双流传输的情况下，4G下行峰值速率可以达到149.78 Mb/s。在相同RB下，LTE系统的上行峰值速率与单流下行峰值速率相同。当系统带宽为20 MHz时，上行峰值速率为75.376 Mb/s。

实际情况中，由于负荷和干扰的影响，无线小区的实际吞吐量远小于理论峰值速率。影响小区吞吐量的主要因素是小区激活用户数和资源分配算法。

高校校园宿舍区域，用户分布和活跃时间集中度较高。分析规划覆盖所需小区数量时，使用小区平均吞吐量测算。

由于实际容量远不能达到理论峰值，模拟仿真的效果更接近于无线网络的实际容量。LTE系统在不同带宽下的下行平均吞吐量参考值如表3所示。

表3 不同带宽下下行平均吞吐量参考值

1.4 需求小区测算

根据小区平均吞吐量、单用户忙时吞吐量测算规划需求小区数量。

其中，单用户忙时业务吞吐量根据用户行为模型测算获得。

1.5 根据实际套餐资费测算小区容量

除了根据用户行为模型测算覆盖区域小区需求数量以外，还可以根据覆盖区域内用户实际套餐资费作为基础数据，依据用户每个月平均业务量作为基础数据测算实际小区需求数量。

根据覆盖区域用户实际套餐资费测算小区需求数量方式，如表4所示。

表4 根据覆盖区域用户实际套餐资费测算小区需求数量方式情况

依据测算结果以及覆盖区域用户数，可测算出实际小区需求数量。

2 实际案例

2.1 根据用户行为模型测算容量

云南省某职业学院目前在校学生人数23 700人，联通市场渗透率约为42%。该职业学院建筑分布图，如图2所示。

根据市场发展诉求，该职业学院需要主要解决学生宿舍区域的网络覆盖。解决需求的重点在于解决高负荷，需要根据该区域的网络用户数和下行感知速率要求估算该区域实际需要的小区数目。经过现场勘查，5栋公寓楼皆为回型走廊，18、19栋总楼层17层，20、21、22栋11层，18～22栋每层皆为20个房间，每个房间6人。

根据宿舍建筑分布，18栋、19栋学生人数为2 040人，20～22栋学生人数为1 320人，联通市场渗透率约为42%，计算可得18栋、19栋联通用户数约为857人，20～22栋联通用户数约为555人。

图2 职业学院建筑分布图

根据校园单用户行为模型测算结果，校园单用户峰值忙时吞吐量为798.08 kb/s，联通LTE FDD系统占据系统带宽为20 MHz。根据仿真结果，2×2 MIMO情况下联通LTE FDD小区平均吞吐量为33.8 Mb/s，计算得出联通4G单小区可支持用户数为43.37户。

根据宿舍区域内联通用户数计算可得，18栋、19栋分别需新建19.76个小区，20～22栋宿舍楼需要新建12.78个小区。

2.2 根据套餐容量测算

高校校园内联通用户资费套餐以大王卡为主，单月流量40 GB。依据大王卡资费套餐测算单小区支持用户数，结果如表5所示。

根据宿舍区域内联通用户数计算得出，18栋、19栋分别需新建19.23个小区，20～22栋宿舍楼需要新建12.44个小区。

3 结 论

LTE FDD小区容量规划是无线网络建设的重要环节。高校校园作为运营商市场发展的战略高地，LTE FDD小区容量可否满足用户业务需求，直接影响用户感知和市场口碑的发酵。根据校园单用户行为模型或资费套餐，可以有效测算校园特殊区域容量需求，从而提升运营商校园市场竞争力。