CDMA校园区域业务模型及扩容优化方法

谢卫浩 杨太星 余良智

【摘要】文章介绍了中国电信校园CDMA网络的用户业务模型，分析了其对网络资源占用的影响，并在此基础上提出了校园区域扩容规划和优化的方法建议。

【关键词】CDMA校园业务模型扩容优化

1引言

自2010年以来，CDMA网络的校园用户发展迅速，在河南省、河北省等多个业务区甚至出现过用户大规模增长，导致网络资源不足，需对校园网络进行紧急扩容的情况。

通过对一些大中专院校的现场调研和话务数据统计分析，本文得出了校园CDMA网络的业务模型(用户行为)特点、网络资源容易出现瓶颈的因素，并在此基础上，提出了校园网扩容和优化的一般方法，希望对校园区域无线网络的优化工作提供参考。

2业务模型分析

现阶段，运营商发展校园用户的主要目标多定位于大中专学校。通常，每个大中专学校的面积通常不超过1平方公里，学生人数从几千到上万，放号用户规模在几千人左右。校园网用户的终端一般都是手机，用数据卡的很少。部分学校放号的手机，不仅具备通信功能，而且还具备食堂、图书馆刷卡的增值功能，对学生的吸引力很大。

因学校的各分区忙时不同，原则上需要分区分析，通常划分为宿舍区、教学区和混合区，每个分区下又有若干个物理小区。图1是某学校分区和基站分布的示意图。

业务模型分语音业务和数据业务两大类，其中数据业务是校园网络优化的重点。

为了分析校园用户的业务模型，针对校园内的所有小区，利用0MC呼叫话务量统计和呼叫详细记录(CDT)软件，连续多天记录所有用户的话务。

2.1话务忙时变化

经统计发现，所有学校的话务最忙时几乎都出现在工作日晚上：休息日的话务量普遍偏小，而长假期间的休息日话务量则大幅萎缩。

语音业务忙时的特点相对简单，各分区的最忙时基本相同，均在21-22点。

数据业务的忙时则显示出教学区、宿舍区的明显差异：教学区在工作日会出现三个小高峰，分别在上午、下午和晚上，最忙时在晚上19点或20点：宿舍区忙时较晚，在晚上22点，如图2和图3所示。

2.2数据业务类型分析

针对每天最忙时，通过对基站系统的呼叫详细记录(CDT)原始数据和分析软件分析，至少可区分6种业务类型，即反向上传类、前反向对称类、小流量、中速率下载、高速率下载等，并输出每种业务类型的呼叫连接时长比例、数据流量比例。

从结果来看，小流量类和前反向对称类用户占了各校校园网用户的绝大部分，其余类型用户比例很小。几个学校各业务类型的话务量分布如表1所示：

各校区的业务子类型的前反向吞吐量性能指标统计如图4所示。

不同的学校话务地理分布特点相似，通常宿舍区的忙时话务量比例最大，教学区较小。

2.3统计小结

(1)1X数据业务

◆数据业务用户渗透率高，明显高于大众用户，根据各校的统计，渗透率平均达50％。

◆忙时用户平均话务量较高，达0.16-0.2Erl，大大高于语音话务量。

◆激活链路平均速率低，前反向链路均小于1kbps：高速率业务的需求很小。

(2)EV-DO业务

EV-DO业务模型总体与1X数据业务接近，仍然以小流量业务类型为主，区别在于：

◆小流量业务类型的平均速率可达几kbps，高于1X数据业务。

◆中、高速率业务类型的话务比例略高于1X数据业务，平均速率远高于1X数据业务。

3校园区域网络的扩容和优化方法

在对业务模型有充分认识之后，无线规划和优化的目标将更加明确。

3.1资源瓶颈

从上文可知，校园网络的主要特点是用户规模大、高度密集、话务迁徙规律明显、每用户平均话务量大、平均速率低。在这种情况下，CDMA网络容易出现瓶颈的因素有：

(1)CE拥塞：在CE资源配备不足的基站，或者下挂几个小区都忙的基站，容易出现。

(2)马力资源拥塞：针对1X系统的6700信道板而言，当小区内激活用户数较多时，一旦有高速率用户接入，容易出现马力不足。

(3)Walsh码／Maclndex拥塞：如果基站的CE数量充裕，软切换、更软切换比例大。用户高度聚集的宿舍区，容易出现小区的激活链接数达到理论的极限，例如1X系统的Walsh资源门限，或EV-DO系统的Maclndex资源门限。

(4)用户数过载拥塞：如果EV-DO系统的小区最大激活用户数门限偏低，容易产生过载。

(5)反向噪声抬升：表现为基站的反向接收功率(RSSl)大幅上升，超过正常波动范围，对本小区和相邻小区容量均造成影响：当小区的软切换、更软切换比例小，而且物理资源配置充裕，激活用户数接近极限时，容易出现此现象。

(6)PN资源和邻区配置资源：校园用户高度聚集区，需要的小区密度较大，使用传统的PN规划和邻区规划方法容易遭遇瓶颈。

综上所述，校园网1X系统的关键资源包括CE、Walsh码、马力、空口吞吐量、前向功率等，其中后两者过载的可能性相对较小，因为校园小区覆盖面积通常不大、用户速率较低：EV-DO系统的关键资源包括CE、Maclndex、空口容量、激活用户数门限等。

3.2新建和扩容规划方法

根据校园网用户行为的特点，在网络容量规划设计阶段或扩容阶段，建议采用以下方法：

(1)分区原则

◆为体现精细化的目标，校园区域应细分为教学区、宿舍区、混合区，各分区内部的用户行为和忙时基本一致：

◆不同分区的容量规划应以各自的忙时为准，对于混合区，需要根据其中教学楼和宿舍楼的用户比重，进行忙时判断。

(2)网络拓扑设计

◆话务密集区，尽量建设以分布式RRU为信号源的室分系统或室内型Gecko，优点是覆盖定位精确，切换比例小，资源利用率高，话务吸收的效率高。

◆室外宏小区主要解决话务非密集区的覆盖，或话务密集区之间地面的连续覆盖，需要注意天线高度和朝向，避免室外与室内小区之间的前向干扰。

◆位于校园外的部分基站，如果小区朝向校园，分担了校园区域的话务，则应纳入校园网统一规划。

◆为提高基带资源利用率，忙时错开的小区之间，适合归属于同一基站，例如图5，若干个教学区载扇和若干个宿舍区载扇归属同一BBU，共享CE资源池。

(3)1X载波按语音业务专用和数据业务专用分别设置，优点有：

◆语音作为核心业务，不受数据业务溢出的影响，安全可靠。

◆语音业务的移动性和质量要求高，可承载于大网连续覆盖频点上(例如283频点)，保障较高的切换成功率：数据业务在校园内外的移动性较低，可配置为校园网专用扩展载频。

◆降低规划优化的难度，数据业务的优化措施可针对数据业务载频单独实施。

另外，校园面积通常不会太大，但用户密集、流动性大，为避免换频切换的频繁发生，原则上校园区域的

小区载波数和业务属性应保持一致。

(4)突破传统应用模式，创新用户高度聚集区网络规划模式：

◆对于室内信号源，因为信号不会外泄，积极总结并推广更小PN_lnc和更小PN复用距离的规划模式，PN_lnc可以采用1，PN复用甚至可以在校园内实现：当然邻区规划的方法也要做配套改进，形成一整套创新方法，突破传统理论的容量瓶颈。

◆对于室外小区，可应用劈裂天线，将3扇区分裂为6扇区；或通过降低天线高度、使用大角度电下倾天线、降低前向发射功率等方式，分裂假设微小区。

(5)找出瓶颈资源，扩容措施有的放矢、有先后顺序

网络出现了资源拥塞并不一定就要扩载扇，还要看拥塞资源的类型，优先扩充可以提高小区容量的资源(例如CE资源)。方法是：

◆利用现网配置数据和话务数据，分析得出用户业务模型、软和更软切换比例：

◆进一步得到小区每种关键资源可承载的激活链路数量，对比找出瓶颈资源：

◆当瓶颈资源为CE资源，或RC3的Walsh码，或EV—DO系统的激活用户数时，应优先扩充这些资源的配置：当瓶颈资源为其他资源时，再用扩载扇等更高成本的解决措施。

(6)话务地理分布不平衡的分析

校园必然存在覆盖型小区，这类小区无需扩容，如何精确判断目标扩容小区和需要扩容的规模?这离不开话务地理不平衡的分析，基本方法是：

◆根据各分区瓶颈资源分析，和通信阻塞率要求，得到小区话务承载能力：

◆现状话务量除以小区话务承载能力，得到各小区的现状资源利用率：

◆根据用户规模增长的幅度，(现状话务量+新增话务量)／小区话务承载能力=将来资源利用率，如果将来资源利用率超出理想目标资源利用率(缺省值为70％)，表示该小区需要扩容，否则无需扩容：

◆对需要扩容的小区，根据现状载波数量、现状利用率、新增话务幅度，计算需要扩容的载扇数：

◆汇总统计每个分区需要扩容的小区数量、需要扩容的载扇数量，输出全校总体结果。

上述第(5)和第(6)点，计算量较大，一般利用智能化扩容分析工具软件实现，可大幅提高工作效率。

(7)DPI业务模型分析的引入

本文第2节从OMC话务和无线详细话单(CDT)话务的角度，分析了用户业务模型，这种分析方法还不够全面。从2011年下半年起，将逐步引入核心网的DPI话务模型分析功能，以精确识别用户应用协议类型、精确描绘用户行为特点，更快捷方便地统计用户数；而无线侧业务模型和DPI业务模型相结合，将成为全面、完善的业务模型，给容量规划和优化提供更理想、充分的统计依据。

3.3网络优化方法

在做好规划的基础上，做好配套的网优也很重要，建议如下：

(1)配置充裕的物理资源，例如基站的CE资源，原则上此资源不应成为网络拥塞的原因。

(2)网络拓扑优化，降低软切换比例和更软切换比例，提高CE、Walsh码／Maclndex资源效率，提高小区容量，方式有：

◆传统的室外小区RF优化；

◆原室外小区替换为若干个室内小区。

(3)系统参数优化

◆休眠定时器优化：当空口链路激活但无数据传输时，对网络资源的占用是一种浪费。应尽量缩短休眠定时器值，基站系统的休眠定时建议不超过10秒，终端侧的休眠定时器也应做相应调整。这需应用软件厂商和终端厂商配合。

◆高速SCH限制：针对CDMA 1X系统，高速率用户对5500信道板的CE资源或6700信道板的马力资源消耗较大，因为校园网的高速率流量的用户非常少。为保障全网的性能，可以牺牲极少部分用户的利益，对校园区域用户最高速率限制为2X或4X，或者忙时限速、闲时放开。

◆适当提高激活用户数门限：针对EV-DO系统，因用户平均速率较低，校园每小区可接纳的最大激活用户数高于普通商用网的门限，例如从普通商用网的30-40，提高到70-80；当然也不能太高，以反向噪声抬升幅度限制为准。

◆降低软和更软切换比例：适当提高切换门限，启用动态软切换。

(3)增强技术的应用

◆对覆盖面积不大的，或现网统计小区前向功率有裕量的小区，1X系统可对数据业务载频进行RC3到RC4技术升级，以提高小区容量。

◆在语音业务方面，下阶段可考虑启用4GV等增强技术，提高容量，节省语音载波资源。

◆针对EV-DO系统，可以考虑开启反向链路的PIC(导频干扰消除)功能，提高小区可承载的小流量用户容量。

4结语

上述大部分规划和优化的措施，通过多个校园业务区的验证，已经获得较好的效果，正在国内进一步推广之中。