3G无线网络规划复杂性分析

admin

   1、数据业务模型分析的复杂性    合理确定无线数据业务模型对于合理确定无线网络的建设规模有着极大的影响，因此数据业务模型的分析越来越重要。数据业务模型分析包括用户使用数据业务的行为习惯分析、数据业务本身的特性分析，以及无线数据业务模型分析。
    1.1用户行为分析
    用户对业务的使用行为直接影响到网上数据业务量的多少，研究表明数据业务量多少与价格密切相关，当价格下降时，平均每用户的业务量会明显增加，同时对不同职业和不同行业的调查结果表明不同用户业务的购买倾向差异也很大，同样是MMS业务，同样是工人，在管理、销售、市场、技术支持等行业的工人购买MMS业务的可能性要大于其它行业的工人。而对年龄分析的结果表明，对于MMS业务和语音增值业务，年轻人青睐于MMS业务，而成年人对语音增值业务使用较多。
    因此，为了更清晰地分析用户行为，通常从以下几个方面入手：
    (1)用户位置描述：小区、城市、国家、世界；
    (2)用户描述：年龄、收入、职位、行业；
    (3)通信类型：机对机、人对人、人对机；
    (4)用户市场划分：普通用户、商业用户；
    (5)传送介质类型：高端(多媒体业务)、中端(图像业务)、低端(图形/文本业务)；
    (6)网络情况：移动对移动、移动对固定、固定对移动；
    (7)连接类型：1对1、1对多；
    (8)终端类型：终端复杂性低、终端复杂性高；
    (9)传送模式：1路、多路平；
    (10)业务等级：有限制的、正常的；
    (11)数据业务特性分析方法。
    为了有效分析数据业务，这里以UMTS论坛提出的3G业务框架结构(如图1所示)定义的业务分类为基础，主要用来分析未经系统处理的数据业务特性，每类业务的具体定义如表1所示。

    图1  3G业务框架结构图

    表1  业务分类及定义

业务分类	业务描述	市场划分
移动Intranet/Exterent接入	提供安全的企业LAN、VPN和因特网接入	商业
娱乐定制	通过移动门户网站，用户可以在任何时间和任何地点通过标准的接入机制，访问与终端类型无关的个性化服务	普通用户
MMS	提供非实时多媒体信息，可以永远在线，也可以提供即时消息，为一群人提供密切联系的方式。也可以提供机对机的遥感遥测业务	商业用户、普通用户
移动因特网接入	提供固网ISP业务，如Web浏览、文件传递、E-mail、流媒体等	普通用户
定位业务	使用户可以找到其它、交通车量、服务、资源、设备等，同时用户也可以确定自己的位置	普通用户商业用户
简单话音和语音增值业务	传统话音、VoIP、语音激活网络接入、Web发起的语音呼叫、移动可视电话等	普通用户商业用户

    根据用户行为分析和每种业务特性分析，可以得出每种业务特性具体参数：
    ◆非实时业务上、下行文件大小；
    ◆上、下行的非对称性；
    ◆数据速率用户期望的上、下行空中接口速率；
    ◆会话频率和时长；
    ◆忙时特性和业务分布；
    ◆每种业务的普及率。
    综上所述，得出业务分析框架如图2所示。

    图2  业务分析框架

    1.2无线数据业务特性分析
    为了支持各种应用，3GPP根据对时延敏感度，把业务类型分为四类，其中会话类业务有较高的时延要求，而后台类业务的时延要求较低。如表2所示：

    表2  3G业务分类

业务类别	基本特征	典型实例
会话类	需要保持信息数据时间关系会话模式(延时小且延时抖动要求严格)	话音、视频电话
流类	需要保持信息数据时间关系	多媒体数据流
交互类	请求响应模式 需要保证数据完整性	网络浏览、网络游戏
后台类	目标对数据延时有很高的容忍度 需要保持数据的完整性	后台进行的E-mail下载

    为了区分各数据业务的差异和精确化管理数据业务，以及在网络规划和优化阶段量化数据业务的参数，3GPP对各种业务定义了其QoS属性，如：最大速率、保证速率、传递顺序、最大SDU长度、SDU格式信息、SDU错误率、残留误码率、错误的SDU是否传送、传输时延、业务处理优先级、分配/保留优先级、源统计描述符，对于不同类型的业务，上述参数有不同的定义。同样不同类型的业务使用传输层协议也不相同。
    3GPP的QoS基本构架便于网络提供不同级别的QoS，以达到建立、修改和维护UMTS承载服务的目的。实际上，在QoS属性表中的参数值的数据量非常庞大和复杂，因此在实际网络规划和设计中对这些参数的了解和运用就极大地增加了网络设计和优化工作的难度。
    当然只分析数据业务本身的模型是不够的，由于设备本身对数据业务的缓存等作用，在空中接口上的数据业务模型会由于无线资源管理的作用而有所变化，因此还需要进一步分析空中接口的业务模型。
    2、无线资源管理的复杂性分析
    WCDMA系统特点是允许无线链路建立和业务使用过程中对无线承载的特性进行协商，为保证业务质量，UMTS支持具有不同QoS要求的各种应用类型。无线资源管理就是为各业务用户分配可用的空中接口资源；为各用户的数据选择传输信道；监控数据接入和资源调度。
    业务质量就是指用户在使用业务时的体验，主要衡量指标包括可接入性、阻塞率、呼叫建立时延、掉话等。造成呼叫质量降低的主要原因包括网络覆盖、网络容量不足、不能建立PDP连接、网络参数设置不合理等原因造成。
    为了保证业务质量，同时控制网络投资，无线系统针对不同业务类型的不同要求，WCDMA系统设计了两种传输信道用于传输分组数据业务：专用传输信道、公共传输信道。
    专用信道可以使用快速功率控制和软切换。速率最大可以达到2Mb/s，并且在使用过程中可以根据业务的变化而动态改变接入速率。缺点是建立时间较长；如果需要在使用中改变速率，则下行链路上的正交码必须按照最高速率来配置，容易造成下行链路的正交码资源的紧张。
    公共信道包括反向随机接入信道(RACH)、前向接入信道(FACH)和共享信道。前、反向接入信道的优点是信道建立时间短，缺点是没有反馈信道，而只能使用开环功率控制或固定功率；并且不能使用软切换，因此该信道的性能比专用信道差，相应产生的干扰也比专用信道大，比较适合于传送量小的分组业务，如短消息业务和短的文本型电子邮件。对于较大数据量业务，公共信道受限于较差的无线性能。共享信道在多个用户之间以时分方式共享一个物理信道(同一个正交码)，用于传输突发数据业务。通常共享信道与一个低速率的专用信道并行使用，专用信道承载控制信息，包括快速功率控制的信令传输，缺点是不能使用软切换，但是共享信道具有有效的速率适配能力。
    随着数据业务的发展，在R5版本中引入了HSDPA高速下行分组接入信道(HSDPA)，采用自适应调制编码(AMC)、多码操作以及快速物理层HARQ技术，提高分组数据的吞吐率。
    为了有效利用无线资源，WCDMA系统采用复杂的算法优化不同业务的信道选择以及同一业务在不同传输速率情况下信道的转换。因此在系统配置和网络优化过程中要熟悉各个参数设置对业务质量和网络质量的影响，如：小区覆盖参数、功率控制参数、切换、软切换参数、准入控制参数、负载控制参数、寻呼、RRC建立和同步、位置更新参数等。
    3、系统配置的复杂性
    系统配置：就是计算每个小区覆盖范围内为了满足容量需求而需要配置的信道数，因此配置信道时需要考虑如下因素对信道利用率的影响：通过实际勘查分析小区覆盖半径、不同业务的用户数、各种业务对延迟的要求、选择使用的信道类型、BLER、信道开销，以及由于信道不能100%利用而预留的余量。从以上影响的因素可以看出，其中的大部分参数不是唯一确定的，并且是相互影响，因此需要跟踪网络运行状况，及时予以优化。
    同时由于实际地物、地形的复杂性，3GPP又定义了多种基站类型，如宏蜂窝基站、微蜂窝基站等，对于没有机房空间的站址可以选择射频拉远基站，对于公路和偏远区域可以采用电源、空调和无线系统集中集成的一体化基站；根据业务量多少和实际地形特点，基站可以选择三扇区覆盖、两扇区覆盖、全向覆盖，个别地区还可以选择心型天线或者“∞”型天线；为解决上、下行链路不平衡的问题，可以采用OTSR基站、四天线接收分集、发射分集、塔顶放大器等方式解决，对于下行业务量大的局部区域可考虑HSDPA的使用；直放站可以解决业务量小或者封闭区域的覆盖问题；为加强室内覆盖，通常采用各种室内分布系统等。因此，加强不同站型的适用环境的分析，从加强覆盖、提高业务服务质量、降低无线网络投资的角度合理选择。
    4、结束语
    由于移动数据业务刚刚起步，因此对移动数据业务特性的分析还很不充分，但是由于移动数据业务的灵活多样性以及市场竞争带来的市场策略的多变性，给合理设计无线网络带来了极大的困难：既要满足业务需求，满足忙时业务质量要求，又要控制网络建设规模，避免资源的浪费。因此加强数据业务模型分析，密切跟踪网络上业务运行情况，挖掘系统潜在能力优化网络，及时有效配合市场的开发成为了网络建设人员长期艰巨的任务。
作者：李明春