TD-SCDMA网络利用率不均衡问题研究

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

1 引言

目前TD-SCDMA网络利用率在逐步提升，但总体仍然较低，同时TD-SCDMA网络利用率存在不均衡，HSDPA载波利用率高于R4载波利用率，上行利用率远高于下行利用率，某东部发达城市全网R4利用率为11.3%，HSDPA利用率为22.6%，为R4利用率的一倍；HSDPA下行利用率为15.6%，上行利用率为37.3%，是下行利用率的一倍以上。这些情况导致虽然总体利用率低，但网络仍存在大量的拥塞，如该市全网小区分组域拥塞率接近20%。本文首先分析了上述情况出现的原因，然后结合现有技术手段提出了一些解决方案，并展望了后续可以试点采用的一些技术手段。

2 TD-SCDMA网络利用率不均衡问题分析

2.1 HSDPA载波利用率为何高于R4载波利用率

HSDPA码资源利用率高于R4的主要原因是目前HSDPA/R4资源配置没有与业务需求很好地关联，现网部分R4载波可以减配；以某东部发达城市为例，针对小区载波为4、HSDPA载波配置为2或者1，下行R4业务码资源利用率低于15%的小区，每个小区可以调整出1块R4载波；针对小区载波为3、HSDPA载波配置为1，下行R4业务码资源利用率低于15%的小区，每个小区也可以调整出1块R4载波；根据上述原则初步核算后该市可以减配的R4载波数达2 278个，占全网R4载波数的19.87%，可减配R4载波的小区占全网小区数的25.55%。

2.2 HSDPA载波上行利用率为何远高于下行利用率

HSDPA码资源利用率上行高于下行的主要原因是HSDPA的上行存在“虚忙”，这是因为，HSDPA技术下行采用更灵活的PDSCH资源池，这种共享客观上提高了资源利用效率，而DPCH承载的上行数据业务，每个用户都有为自己的突发业务预先占用资源，但是“占用”了并不代表“利用”了，如图1所示。

2.3 TD-SCDMA码资源利用率较低却为何出现较多分组域拥塞

小流量业务如即时通信类业务抢占大量码道资源，导致业务信道空余、伴随信道拥塞，是分组域拥塞问题出现的根源。据某市初步统计，即时聊天类业务为主流业务，QQ业务用户数占总用户数35%，但业务量仅为总业务量8%，而其占用时长却达到43%。PS流量大的业务单位流量占用的时长要远小于小流量业务。QQ业务建立在H载波上，会抢占大流量业务的码道资源，影响大流量业务用户感知。

另外在利用率较低的情况下出现拥塞的主要原因则是因为没有开启帧分复用功能，导致HSDPA载波接入用户数受限。图2是我们针对某市的现网数据进行分析后得到的结果，可以看出，由于未开启帧分复用功能，随着每HSDPA载波接入用户数的增加，致使分组域RAB的建立成功率在加速降低。

图1 HSDPA载波上下行物理资源占用分析

3 利用率不均衡问题的现有解决方案

3.1 帧分复用

伴随信道帧分复用技术是多个用户采用时分复用的方式共用一个伴随信道，从而在不增加伴随信道数目的情况下，提高接入最大用户数。根据现网配置，对于HSDPA载波，2上4下，3个HS-PDSCH时隙，目前的常用配置是上下行都不支持帧分复用，只能支持6个HSDPA用户。如果下行采用2倍帧分复用，上行不采用帧分复用，单载波可以支持12个HSDPA用户，采用这种配置可以有效的缓解拥塞。特殊场景下下行可以采用4倍帧分复用，上行采用2倍帧分复用，这样单载波可以支持24个HSDPA用户，如图3示意。

某市曾经对现网的某一片区域做过帧分复用的开启验证，测试小区共9个载波，5个H载波，实测结果表明：测试小区在帧分复用开启前出现了大量拥塞，用户数很多，但由于未开启帧分复用，最多只能支持30个H用户，开启2倍帧分复用之后一个小时H用户数就增加到60个了，起到了很好的复用效果，拥塞也得到了明显缓解，之后在用户数同样很多的情况下，拥塞次数很少；直到用户数又急剧增加后，2倍帧分也满足不了用户需求，因此开启了4倍帧分复用，至此再没有出现一次拥塞导致的未接通。总体上看，帧分复用技术有效增加了接入用户数，遏制了拥塞导致的未接通。

3.2 抢占

图2 某市全网小区分组域RAB建立成功率与平均每HSDPA载波接入用户数的关系

图3 HSDPA三种帧分复用配置下的物理信道资源占用示意

当新用户接入或新业务接入而网络侧没有可用资源时，可以对网络中的原有资源进行抢占。抢占的方法有两个：一是对PS业务进行降速；二是对PS业务或用户进行释放。抢占触发降速和抢占触发释放分别由开关进行控制。在抢占触发降速和抢占触发释放的开关均开启的情况下，在需要进行抢占时，首先选择PS业务进行降速；如果没有可降速的，再选择PS业务或用户进行释放，业务或用户的选择按用户优先级进行选择，先释放低优先级业务/用户，再释放高优先级业务/用户。

抢占技术可有效解决拥塞场景下的用户接入，尤其是能保证话音业务的接入，某市在开启抢占算法后，85%的拥塞消失了，并且不影响码资源利用率。但应注意到目前抢占触发降速是全网开启的，抢占触发释放功能可能会影响用户感知。

3.3 精细化的载波规划调整——“拆闲补忙”

在2.1节中已经提到，对于HSDPA载波利用率高于R4载波利用率的现象，需要根据业务需求进行载波调整，如R4载波的减配。另一方面，在将某市各小区的HSDPA最忙时的码资源利用率进行排序后，可以看出HSDPA载波码资源利用率差别很大，HSDPA载波配置与码资源需求之间还存在很大的不匹配性。理论上HSDPA载波可以达到60%甚至更高的资源利用率，但是如果配置不合理,在网络总体利用率不高的情况下就会有很多拥塞。因此有必要采取精细化的载波规划调整策略，即“拆闲补忙”。

由图4可见，右边红圈内的小区，其对应HSDPA载波忙时码资源利用率均不超过20%，但其HSDPA载波却均配置了至少3个以上；而左边红圈内的小区，其对应HSDPA载波忙时码资源利用率均不低于35%，但其HSDPA载波却最多只配置了4个。因此，可以采取将右边红圈内“闲”小区的HSDPA载波拆下来、之后补到左边红圈内“忙”小区中去的策略，有效缓解网络利用率不均衡及拥塞的问题。

4 缓解利用率不均衡问题的后续技术手段

4.1 状态迁移

状态迁移的基本原理是大速率业务以CELL_DCH态承载，小速率业务以CELL_FACH态承载，无数传的业务以CELL_PCH态承载。状态迁移的优点是可以有效提升系统容量，缓解码资源拥塞，但也存在几个缺点，一是终端兼容性不佳，KPI可能受影响；二是FACH承载业务影响RRC连接建立性能；三是CELL_FACH和CELL_PCH态用户感受可能受影响。

4.2 R4和HSDPA共载波配置

针对R4载波下行两个时隙长期处于空闲状态的情况，可以将小区中的部分R4载波、或者全部R4载波改为R4和HSDPA共载波，提高数据业务接入用户数；同时在应对话音拥塞时，也可以将HSDPA载波自动调整TS5资源，成为R4混合载波，实现资源共享，话音用户容量翻番。R4与HSDPA业务共载波配置虽然可以有效提升无线码资源利用率，但同时对网络性能和用户感受也会造成一定影响。当存在同频邻区的情况下，小区边缘的R4/HSDPA用户受同频邻区用户的干扰影响，会导致接通率降低，掉话率抬升，HSDPA用户吞吐量下降。

图4 小区HSDPA载波忙时码资源利用率与载波配置的对应关系

4.3 基于负荷的切换优化功能

当TD-SCDMA资源不足时，RNC通过修改小区的重选、切换参数，使边缘的用户重选出（切换出）高负荷小区。当TD-SCDMA小区负荷高于门限时,针对非CELL_DCH状态的用户，RNC触发系统信息更新、修改小区的重选门限；使小区边缘的用户容易重选到其他小区。针对CELL_DCH状态的用户，RNC重新发起测量控制消息，更新测量配置，使小区边缘的用户，容易上报测量报告、并切换到其他小区。通过此功能，可以在TD-SCDMA负荷较重时，借助GSM网络来进行分流、或者分流到其他TD-SCDMA小区。但是也应该注意到基于负荷的TD-SCDMA小区间重选、切换，会影响小区间的切换带、重选带，可能增加切换次数，从而增加掉话概率、影响用户感知。

4.4 小包检测及PCC

通过小包检测及PCC业务识别，可以为业务设置优先级，对低价值业务和流量进行管控。例如可限制QQ等小流量升速，减少对网络资源的消耗；同时小流量业务在低速状态更容易调度到CELL_FACH/PCH状态；并且今后还可为铜牌用户配置更小的速率（4 kbit/s、8 kbit/s），实现4倍帧分、8倍帧分等功能。

5 小结

针对当前TD-SCDMA网络中出现的HSDPA载波利用率高于R4载波利用率、上行利用率远高于下行利用率、以及由此带来的分组域拥塞问题，本文进行了较为详尽的原因分析。给出了3个解决方案：帧分复用、抢占以及精细化的载波规划调整——“拆闲补忙”。同时简要介绍了后续可以试点采用的4种手段，即状态迁移、R4和HSDPA共载波配置、基于负荷的切换优化功能、小包检测及PCC。