LTE网络容量规划及其四网协同分析

2015-07-03王乐李富强蔺琳程日涛

电信工程技术与标准化 2015年5期

王乐，李富强，蔺琳，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LTE网络建设和终端销售的大力推进，LTE业务的应用类型和流量需求发展非常迅速，部分省份已经接近甚至超过了GSM网络流量。面对用户需求的飞速发展，如果仍采用传统的预测思路，将难以保证网络容量规划的准确度。

为提高规划准确度，用户业务模型因不同场景而异，需要对规划区域进行更细颗粒度的分析（栅格化）。同时在LTE发展初期业务分布尚不成熟，市场发展策略对近期的业务发展往往起着决定性影响，需要重点考虑。此外，LTE用户业务需求不能仅分析目前LTE网络上的业务数据，而应该综合考虑2G/3G/4G/WLAN四张网上用户的总体行为及网间迁徙情况，才能真实全面地反映用户的业务需求；同时容量规划方案应考虑四网方案间的协同，才能最大化网络投资效益。

2 LTE业务需求分析

2.1 业务模型分析

移动互联网时代用户的业务需求主要包括视频、下载、网页浏览等，各项业务对网络性能要求不同。业务的首要需求是速率，此外对等待时延的要求越高，对速率的要求也将相应提高。其中视频业务的要求最高，可预见视频将是容量规划的关键所在。经计算，在用户可接受的等待时延范围内，不同清晰度的视频对速率要求不同（一般用户的等待时延容忍度小于4 s，本文取定为3 s）。例如对于240 p清晰度视频业务，下载速率最低要求为0.8 Mbit/s； 360 p清晰度最低要求则为1.5 Mbit/s。

基于以上对业务的分析，为便于规划工作的开展，本文把业务归类为高速率业务、中速率业务、低速率业务和语音业务4大类。

（1）高速率业务，下载速率>1.5 Mbit/s，一般为360 p及以上高清晰度视频、大容量文件下载等。

（2）中速率业务，1.5 Mbit/s>下载速率>0.2 Mbit/s，240p普通清晰度视频、小容量文件下载。

（3）低速率业务，下载速率<0.2 Mbit/s，手机版网页浏览、小说在线阅读。

（4）语音业务，为CS域语音或VoLTE，要求稳定的网络连接。

下面，基于此分类进一步分析各类区域的业务需求和容量规划算法。

2.2 各类区域业务需求分析

为提高规划准确度，本文建议对规划区域进行栅格化，栅格大小根据需要确定，典型如2 km×2 km、5 km×5 km等。同时考虑到城市的同一类场景往往聚集了较多行为相似的人群，如高校、商业中心、居民区、交通枢纽等；其用户业务模型有较强的一致性，因此可将某类区域内的小区划入同一栅格、统一规划。

一般情况下可将规划区域的栅格分为以下4大类，如表1所示。如规划时间充裕还可在此基础上细分。

四类区域中用户行为不同导致其各类业务的权重不同，如高业务密度栅格，其高速率业务和中速率业务的占比一般相对较高，低速率和语音业务的占比相对较低。而对于低业务密度栅格，其高速率业务和中速率业务的占比则相对要低很多。

同时随着技术演进和网络承载能力持续提升，中高速率业务特别是视频业务将加速发展，而低速率的传统业务由于相对成熟，其未来增长速率预计相对较低。

综合以上所述，各业务增长率不同且不同类型区域的业务占比不同，因此各类区域的总体业务增长速率经加权计算后也将不同，这将直接影响到网络的扩容需求。

2.3 业务在四张网中的迁移

随着LTE网络日趋完善和终端迅速普及，LTE数据分流作用已经凸显。从目前分流趋势看，近中期2G/3G用户向4G迁徙的速度还会加快，因此用户的迁徙比例也将是LTE网络容量规划的一个重要考量。

3 传统的容量规划方法

对于2G/3G网络，由于其业务类型较单一且业务总量增长相对平稳，一般采用传统的线性预测方式。通常扩容方案的制定主要基于现网的小区利用率，并考虑一定的业务增长率（通常配置颗粒度较粗，如主城区年增长率为x%、一般城区增长率为y%等），计算出规划期末各小区预计利用率，高于某利用率上限的小区便有扩容需求。此法计算颗粒度较粗，没有考虑不同场景各自业务增长的特有规律，准确度不高。此外，也常单独针对每个小区进行测算，一般先采集各小区最近6～12个月的业务量，然后据此进行曲线拟合计算规划期末的业务增长率，最后基于现网利用率测算出规划期末小区预计利用率。此法把每个逻辑小区看成独立个体，没有考虑市场策略对区域发展的影响，也没有考虑四网协同；尤其不适合处于发展初期的LTE网络（商用时间短、历史数据少）。

综上所述，传统规划方法准确度不理想，容易导致网络资源配置不合理，有待进一步完善。

表1 各类区域栅格的特征

4 一种基于区域栅格的LTE容量规划方法

图1 某地市的栅格化结果

由于不同类型区域栅格的业务增长模型不同，且市场策略及四网协同情况亦不同、需要我们区别对待；为提升LTE网络规划精确度，本文引入基于区域栅格的LTE容量规划方法。下面分5步对计算思路进行详细说明。

4.1 划分规划范围的区域栅格

基于现网网管数据，可对四网的业务密度进行综合分析，并结合城市功能区的分布情况，把规划区域栅格化。图1为某典型中原地市的栅格化结果。

为便于定位，对栅格进行了横纵坐标的标记。例如，区域（5，5)为商业中心所在地，是高业务密度区域。

4.2 估算各区域转网用户数

从运营商经分系统可提取出用户的小区归属信息，并进一步统计出区域（5,5)中某小区m的2G/3G/4G用户数（标记为，,）。考虑到用户的移动性较强，建议取最近一个月的数据进行平均。然后结合市场部门在规划期的LTE终端销售策略，综合预估各类区域在规划期末的2G/3G转网比例，结果如表2所示。

表2 各类栅格区域的转网比例

其他小区同理计算。

4.3 计算各区域单用户业务增长率

基于历史网络侧和用户侧数据，并借鉴国外运营商的发展情况，可预估出规划期末每类栅格区域中每种业务的占比，如表3和表4所示。

同时深度结合各地市的市场业务发展策略，预估各类业务到规划期末的增长率。

则各高密度业务区域栅格的业务增长率加权结果为：

其他类型区域栅格同理可算出各自的综合业务增长率。

4.4 计算规划期末各小区对网络资源的需求值

从第二步可计算出小区m的LTE用户增长倍数为：

同时从网管系统可统计出单小区现网业务量，小区m现网4G网络业务量标记为，则基于以上分析，其规划期末预测业务量为：

4.5 核算各小区扩容需求并汇总得到全网容量规划方案

根据设计要求和现网测试，可得单载频实际承载能力为C，现网小区m的载频配置数为em，则在规划期末其载频需求数为：

其余小区均可同理算出载频需求数，则规划期末全网的扩容载频需求总数为（n为规划区域内小区总数）：

此外，对于RRC连接用户数的扩容需求，从第二步可直接算出。

表3 各类区域的业务占比

表4 各类业务的增长率

5 四网协同建设策略

四类区域的用户诉求不同，要求我们有针对性地配置网络资源，满足用户需求同时尽可能提升投资效益。

高密度业务区域的用户需求潜力旺盛，也是各运营商争夺市场的焦点。建议适度超前配置LTE网络容量、打造多层的异构网络，给用户优于竞争对手的第一印象，打造优势品牌形象。针对LTE网络初期存在深度覆盖不足的问题，可利用GSM网络穿透能力强的特点，弥补LTE室内覆盖盲区，满足用户基本的语音需求；同时随着2G用户向4G迁移，GSM网络负载减轻，建议逐步减少半速率的开启，以优化客户语音感知。此外，在LTE终端使用比例较低的区域，可充分利用现有3G/WLAN网络满足用户对数据业务的需求。

中密度业务区域业务发展相对平稳，主要采用宏基站方式进行覆盖。对于中高端用户聚集的室内区域如机关大楼、别墅群等，可有针对性地灵活采用微、皮、飞等小站型以完善覆盖、提升网络能力。

对于低密度业务区域，建议充分发挥现网GSM的广覆盖优势以保障语音业务的体验，同时引入LTE增强覆盖的新技术如高增益天线、8T16R等以保障投资效益。对于业务突发区域建议采用应急车、便携式基站等临时应急措施，满足用户需求同时节省投资。