基于用户体验的WCDMA网络负荷评估方法研究

张 恒，叶 青，黄志勇（中讯邮电咨询设计院有限公司，北京100048）

0 前言

WCDMA系统的商用为人们提供了高质量、多业务类型的宽带多媒体服务及无线上网业务。在网络建设初期，网络负荷较小，用户体验较优。然而，随着用户数量的不断增加及服务需求的不断增长，网络负荷也在逐步提升。与GSM系统相比，影响WCDMA系统负荷的因素较多。如何评估WCDMA网络负荷高低，如何给出不同发展时期网络负荷客观评估方法并给出合理化建议，已成为人们研究的重点。

1 WCDMA负荷评估方法

负荷是用户数量增长带来网络压力的具体表征。作为自干扰及软容量系统，WCDMA网络负荷增加主要体现在下行功率提升和上行干扰增加上，并最终影响业务质量性能指标、导致掉话或拥塞。通常，当网络出现用户业务质量严重下降或高拥塞现象时，就意味着网络负荷已经很高并对业务产生了影响。实际上，在不同业务类型或用户行为下，也均能产生高负荷并导致拥塞现象。本文将在考虑网络干扰及资源预留等情况下，研究高负荷理论最大门限、业务有效负荷提升量，并采用满足用户业务体验的资源占用来计算实际负荷水平，以实现精细化的负荷评估。

1.1 下行功率使用率

传统下行功率使用率定义为

式中：

PR99——R99使用功率

PH——HSPA使用功率

PC——小区下行总功率

由式（1）可知，下行总功率包括了R99和HSPA使用功率。现网中可能存在着因干扰或特殊用户行为（如覆盖边缘）造成的发射功率提升现象（尤其HSDPA业务功率变化幅度较大时）。因此，如何客观评估HS⁃PA功率实际使用情况，就成了分析下行功率负荷的关键所在。这里从以下3个方面进行考虑。

a）考虑引入最小可接受速率概念。即：若网络剩余资源少于最低可接受速率对应的资源需求量时，用户感受就开始达到了不可接受的临界点。

b）考虑将业务质量达到满足用户体验时所需的合理功率资源占用作为功率实际消耗值（避免干扰等因素造成功率波动）。

c）考虑网络在负荷提升过程中需保持一定的鲁棒性，需将保留合理资源作为总功率评估值。

基于以上考虑，需引入“HS用户期望速率占用功率”（Pa）指标。在运营商网络建设目标中，对下行用户体验速度都是有要求的。Pa指标定义了满足用户体验质量（如500 kbit/s速率）下的HSDPA功率占用值，亦即：Pa是在网络尚未达到负荷上限造成拥塞时，1个新用户在小区建立HS业务，基站侧有能力提供一定功率满足用户体验需求，且达到用户期望速率（500 kbit/s）下的资源占用值。

个别用户也可能使小区功率利用率达到100%，但这并不代表无法再接入新用户。为区分是个别用户占用过多资源还是大量用户占用资源引起的网络资源不足，基于HS用户期望速率占用功率考虑引入了HSPA资源校准策略。该策略定义为

式中：

P’h——修正后的HSDPA功率占用

Pha——实际HSDPA功率使用情况

Nh——存在HSDPA业务时的同时用户数

Pa——满足用户感受所需功率开销

资源占用率修正方法见图1。当用户数为2时，较高的功率换来了更高的速率，但已满足用户体验（体验值按运营商的建网策略来确定），即实际的P’h相当于2×Pa的效果。而当用户较多时，已造成用户质量不达标，因此P’h＝Pha，同时式（1）分母的下行总功率将采用理论下行功率最高负荷门限作为评估值，因此需考虑以下几个方面。

图1 资源占用率修正方法

a）公共信道功率开销。

b）准入门限功率限制的功率上限。

c）为保证1个HSDPA用户接入所给的功率预留。

以上考虑了在能满足1个HSDPA用户体验资源预留情况下，网络能提供的最高功率负荷。因此，总的下行功率使用率修正为

式中：

Pha——准入门限（如功率达85%时不允许再接入新用户）

PCCH——公共信道功率开销

需要指出的是，由于考虑了预留，网络严重高负荷时式（3）的计算结果大于100%的情况也属正常。

1.2 下行码字使用率

现网主要是语音业务及基于HSDPA的交互类业务。语音业务码字固定为128，而HSDPA业务码字则是根据实际用户速率体验予以变化的。在满足用户业务体验情况下，需进行合理有限制的码字评估，因此将码字资源利用修正为

式中：

C’h——HSDPA码字使用修正值

Ch——HSDPA实际码字占用值

Ca——满足用户体验下的码字占用值

同时，实际的下行码字理论最大门限还需考虑以下2个因素。

a）公共信道码字占用。

b）码字资源预留（即max（Cm，Ca）），其中Cm是防止所余码字资源少于1个码字的预留（为6.25%），因此码字预留需考虑满足同时最小用户体验码字占用和至少1个码字的预留，并选择其最大值。

基于以上分析，在考虑满足用户体验码字占用及合理码字预留的情况下，下行码字使用率修正为

式中：

CTOT——总码字资源

CCCH— —公共信道码字资源

1.3 上行CE消耗

业务相同时，上行CE一般为下行CE的2倍。调研得知，各个省公司主要是上行CE消耗压力较大。在上行CE消耗中，考虑用满足上行用户体验的最小资源占用来评估实际的CE消耗。上行CE消耗修正为

式中：

NCR99——R99的CE消耗值

NCUH——HSUPA的CE消耗值

UUH——HSUPA的同时用户数

NCUA——满足上行用户业务体验的CE消耗

NCL——购买license开放的CE能力

1.4 上行负荷

与以上分析相同，当用户数较少时，也可能会产生较高的上行负荷，但这并不代表无法再接入新用户，因此计算上行负荷时需考虑上行HSUPA达到用户体验的最小负荷提升量。上行负荷修正为

式中：

RCR99——R99造成的负荷提升

RUH——HSUPA造成的实现负荷提升

NUH——HSUPA的同时用户数

RUA——满足上行用户业务体验的最小负荷提升量

RSL——网络测设备的负荷上限（如ROT＝6代表网络最大允许上行负荷为75%）

2 现网数据分析评估结果

根据以上负荷分析方法，从北京现网采集了最忙金融街区域的所有小区全天以15 min为颗粒度的指标进行研究，并选择2个具有代表性的小区数据进行分析。以功率指标为例的分析如下所述。

a）功率高负荷小区A。低话务量，未产生由功率不足而导致的RAB拥塞。

b）功率高负荷小区B。低话务量，已产生由功率不足而导致的RAB拥塞。

根据爱立信现网测试经验值，不同用户速率下的功率占用情况见表1。

表1 不同用户速率下的功率占用情况

按目前500 kbit/s的用户体验速率进行计算，小区A修正后的HSPA功率使用率曲线见图2。其中：横坐标是一天每15 min 1个共24×4＝96（个）采样点；纵坐标左侧为速率值，右侧辅坐标为资源占用百分比。小区B修正后的HSPA功率使用率曲线见图3。

图2 小区A用户平均速率与功率占用率对应关系

由图2和图3可知，曲线是由四次多项式拟合出来的变化趋势曲线。小区A晚忙时单用户功率超过500 kbit/s，修正后功率使用率明显降低，说明网络质量较优，HSPA仍能提供较好的服务质量，实际上提供了高于用户体验速率的资源开销；小区B修正后值变化不大，用户速率为300 kbit/s左右，说明网络已达到小区用户体验边缘，网络压力较大。

图3 小区B用户平均速率与功率占用率对应关系

图4 小区A功率修正

根据总功率及小区功率拥塞情况进行分析，小区A总功率占用率见图4（无拥塞），小区B总功率占用率及拥塞关系见图5。

由图4可知，小区A总体修正后功率占用率均在90%以下，反映了更精确的功率使用情况。对比小区B，红色部分为修正后值，仍处在100%左右的区域，已造成了RAB的拥塞情况，反映了真正的功率高负荷，而对比黄色区域部分，修正后总功率占用率由98%下降到了40%，实际未产生真正的高负荷，即无拥塞情况。因此，从以上分析可知，通过用户体验评估网络资源占用，能较为真实地反映小区实际网络能力及负荷，能得到真正的网络负荷情况，从而为高负荷小区研究提供了有效的参考数据。

图5 小区B功率占用率及与由于功率产生的拥塞关系

3 结束语

WCDMA网络负荷评估的指标选取及评估较为简单。但由于软容量特性造成高负荷的影响因素较为复杂，用户数量和用户行为的差异性和多样性均能导致相同或不同的负荷状态。因此，研究负荷指标时引入了用户体验的指标分析，将真实用户体验所消耗的网络资源作为合理评估值，以此对比计算实际资源占用情况。这样可有效地反映网络资源实际应占用情况，达到更加客观、合理的负荷评估值。目前，由于现网统计方法及指标获取的局限性，本文主要研究了影响因素较大的业务数据负荷修正分析。未来在有数据及现网支撑情况下，可研究更加细化的业务分类及用户体验（如MOS），以实现小区负荷精确定位。

［1］姜波.WCDMA关键技术详解［M］.北京：人民邮电出版社，2008.

［2］郭莉，王刚.UMTS无线网络规划与优化［M］.2版.北京：电子工业出版社，2008.