基于容量目標的TD-LTE室內覆蓋規(guī)劃方法

程曉軒 江蘇省郵電規(guī)劃設計院有限責任公司助理工程師

王強 江蘇省郵電規(guī)劃設計院有限責任公司工程師

發(fā)展策略

基于容量目標的TD-LTE室內覆蓋規(guī)劃方法

程曉軒 江蘇省郵電規(guī)劃設計院有限責任公司助理工程師

王強 江蘇省郵電規(guī)劃設計院有限責任公司工程師

為滿足TD-LTE高寬帶業(yè)務帶來的容量需求，本文提出兩種室內覆蓋的容量規(guī)劃方法。首先，介紹了室內覆蓋的建網背景和規(guī)劃特點；然后，重點討論基于容量目標的算法，包括有歷史數據的算法和無歷史數據的算法，并舉例進行分析；最后，對兩種算法的優(yōu)缺點進行總結。本文提出的算法拓展了規(guī)劃思路，具有較好的實用性。

容量目標；TD-LTE；室分規(guī)劃

1 引言

根據工信部電信研究院的預測，到2020年，國內移動用戶數將突破22億戶。與2010年相比，移動數據流量增長350倍。據估計，2020年80%的數據總流量將由室內產生，如圖1所示，尤其在線視頻會議、超清數字電視等業(yè)務對帶寬的要求更大，對室內環(huán)境的數據傳輸速率要求更高。未來室內和室外流量需求的巨大變化，將會在網絡設計中形成鮮明的對比。

隨著移動數據流量的大幅增長，網絡將發(fā)展為極復雜的超密集異構網絡，將會變成多層次、多制式、多業(yè)務覆蓋的形式，存在宏站、室內無源分布系統(tǒng)、光纖分布系統(tǒng)和低功率小型化微站等多種無線接入技術進行4G網絡覆蓋。由于未來數據業(yè)務主要分布在室內和熱點地區(qū)，80%的話務發(fā)生在室，如果室內覆蓋不好，室分站點話務吸收率將會低于室分載波占比。隨著小區(qū)分裂難度增加，TD-LTE室內覆蓋建網模式的瓶頸逐步凸顯，速率體驗和容量需求存在新的挑戰(zhàn)。這些問題迫使室內覆蓋規(guī)劃的建網思路進行轉變，應重點以容量為目標進行合理規(guī)劃。

圖1 未來各種應用的數據傳輸速率需求

2 基于容量目標的規(guī)劃特點

TD-LTE網絡通過OFDM、MIMO等技術的應用，有效提高了數據的傳輸速率，和GSM或TD-SCDMA相比而言，容量呈井噴式增長。容量作為4G規(guī)劃特別關注的問題之一，和GSM、TD-SCDMA表現(xiàn)出極大的

不同：GSM以語音覆蓋為主，主要解決有無信號問題；TD-SCDMA在資源分配上側重語音用戶，兼顧數據業(yè)務訴求；而TD-LTE面向全IP網絡，需要對數據業(yè)務承載給予充分考慮。因此，TD-LTE容量規(guī)劃更加復雜，必須根據站點類型、站點自然環(huán)境以及用戶的具體業(yè)務需求，結合對組網的深入分析，進行全面估算。

基于容量的室內覆蓋規(guī)劃方法在建網模初期就按3年目標進行小區(qū)劃分，結合現(xiàn)階段傳統(tǒng)分布系統(tǒng)、光纖分布系統(tǒng)、微基站等產品的各自特點，做到合理選擇多種建網模式，最終達到項目一次部署且不需要反復上站改造，降低改造頻次和改造難度。

設計完整流程如圖2所示，以容量為目標，根據不同功能區(qū)不同業(yè)務需求來規(guī)劃設計。

3 基于容量目標的規(guī)劃方法

3.1 規(guī)劃類別

室內分布站點需要規(guī)劃3年左右的容量，這樣既可作為近期的工程指導、又可作為長期發(fā)展的基礎。容量規(guī)劃可以分為基于歷史數據的算法和無歷史數據的算法，前者能夠獲得較為準確的結果。基于歷史數據的規(guī)劃可以使用趨勢外推法，無歷史數據的規(guī)劃可以使用增長因子推導法。

規(guī)劃的邏輯流程如圖3所示：

3.2 趨勢外推法

趨勢外推法是以時間為自變量找出歷史數據的趨勢線并外推于將來所進行的預測，算法的前提是假設容量依時間變化呈現(xiàn)上升或下降的趨勢，趨勢外推法的詳細步驟如圖4所示。

步驟1：找出歷史上該類型站點的相關數據，主要有站點類型、站點總人數、站點平均在線用戶數、全網平均在線用戶數。其中：

不同場景的傳播模型、用戶話務模型以及用戶分布密度等會有差異。同樣的，覆蓋業(yè)務在不同場景所能達到的小區(qū)半徑不同。站點類型可以分為大型場館、高校場景、工業(yè)園區(qū)、交通樞紐、居民小區(qū)、商業(yè)休閑、寫字樓、賓館酒店、行政事業(yè)單位、地鐵等。

圖3 規(guī)劃的邏輯流程

圖4 趨勢外推進的步驟

圖2 基于容量目標的設計流程

站點總人數：實際常駐站點的總人數，例如某體育館有500座位，上座率80%，則總人數認為是400。

站點平均在線用戶數：以小時為周期，取各小區(qū)平均在線用戶數之和最大的數值。

全網平均在線用戶數：以移動為例，取TD-LTE全網平均在線用戶數。

根據用戶數和場景類型，統(tǒng)計典型場景TD-LTE用戶密度：獲取類似的已開通TD-LTE分布系統(tǒng)站點覆蓋面積；統(tǒng)計站點忙時所有小區(qū)用戶總數和平均用戶數；計算典型場景單位面積用戶數。

步驟2：估算新建站點的TD-LTE用戶數；獲取新建站點規(guī)劃覆蓋面積。用戶數約為新建站點規(guī)劃覆蓋面積×典型場景用戶密度。

步驟3：估算單個TD-LTE用戶的容量需求；根據用戶常用類型模擬用戶行為，估算出單用戶的容量，用戶的常用業(yè)務類型有：VoIP（VoiceoverInternetProtocol，IP語音）、IMS（InternetProtocolMultimediaSubsystem，IP多媒體子系統(tǒng)）信令、Email、流媒體、視頻電話、文件傳輸、網頁瀏覽、在線游戲等。

步驟4：計算站點總容量，網絡容量=TD-LTE總用戶數×單用戶吞吐量。用趨勢外推法規(guī)劃站點的3年容量。

趨勢外推法采用曲線擬合，具體方法包括線性回歸法，二次多項式擬合和指數擬合。這些方法可以單一使用，也可以組合起來應用，單一預測方法的預測效果一般劣于組合方法，因此對于3種曲線擬合方法進行不等權組合預測。

線性回歸法：y=a+bx；

二次多項式擬合：y=ax2+bx+c；

指數擬合：y=aebx。

（1）根據歷史數據分別計算線性回歸法、二次多項式擬合、指數擬合各自的參數值（a、b、c）。

（2）對于3種方法分別按照權重R1、R2、R3進行加權，即可得到估算結果，其中，R1、R2、R3的累加值必須等于1。

（3）根據確定的權重R1、R2、R3計算預測期的結果。

步驟5：小區(qū)規(guī)劃。

以站點A為例，該站點為XX地市新城區(qū)的寫字樓，預計覆蓋面積65000m2，該場景的用戶密度（用戶/ 10000m2）為0.1，移動占有率為65%，TD-LTE滲透率以50%計，則該站點的TD-LTE總用戶數為：

3.2.2 注射前再次核對注射劑量缺失 注射前核對的缺失容易造成注射過量或者不足，引起血糖控制不穩(wěn)定，影響治療效果。表3顯示，300例患者中，注射前再次確認注射劑量者82例，只占27.3%。湯莉娜等［7］研究結果也反映了同樣的問題。不核對劑量會引起胰島素注射過量或不足，注射過量會引起低血糖，注射量不足會導致血糖控制不理想，從而增加了不必要的醫(yī)療開支。其中老年人的視力退化和記憶力不佳，導致注射劑量不準確，重復注射和遺漏注射的現(xiàn)象屢見不鮮。因此，醫(yī)護人員應特別關注患者對劑量的把控，健康教育中要教會患者如何檢查與核對，從而降低注射帶來的風險。

TD-LTE用戶數=20000×0.1×65%×50%=650。

計算單個用戶單業(yè)務的基線速率值如表1所示。

表1 單個用戶單業(yè)務基線速率（Kbit/s)

由前面的計算可知，TD-LTE總用戶數為650人，則：

規(guī)劃網絡容量=650×42.72=27768Kbit/s= 27.12Mbit/s；

從運營商處調查得知，該類型寫字樓同等面積下的容量歷史數據如表2所示。

表2 各曲線擬合值（Mbit/s)

對于未來3年的容量規(guī)劃，使用趨勢外推法。繪制線性回歸曲線的散點圖，如圖5所示，得到一次曲線的公式，就可以利用趨勢線做時間趨勢預測。

二次曲線和指數曲線的處理方法也是如此，曲線擬合結果匯總如表3所示。

權重R1、R2、R3賦值為45%、45%、10%，加權得到趨勢外推法用戶預測結果（見表4）。

LTE小區(qū)數=LTE容量/LTE小區(qū)平均吞吐率。根據TD-LTE配置（20M帶寬，單路系統(tǒng)），單個小區(qū)容量基線20Mbit/s，所以對于該寫字樓，2017—2019年小區(qū)規(guī)劃數目分別為2、2、3。

3.3 增長因子推導法

如果沒有歷史數據可供參考，則參照以下算法：

圖5 一次曲線散點圖

表3 各曲線擬合值（Mbit/s)

表4 趨勢外推進法最終取值（Mbit/s)

站點平均在線用戶數=站點總人數×該運營商市場占有率×TD-LTE滲透率×增長因子，其中：

站點總人數：預覆蓋站點的常駐總人數。

運營商市場占有率：從運營商處獲取該參數。

TD-LTE滲透率：從運營商處獲取該參數。

增長因子：該因子取決于用戶行為，跟地域相關，也可以反向利用容量預測公式，即：

在某一類型站點投入使用后，可以通過將域內各個小區(qū)的平均在線用戶數相加，可獲得站點平均同時在線用戶數；同時再獲取站點總人數、市場占有率及TD-LTE滲透率，即可反向推算出增長因子。

下面以各種場景的具體案例來闡述此方法。

（1）經過取樣調查和綜合分析，得出單用戶目標速率如表5所示。

表5 各種場景的單用戶目標速率

（2）根據已開通站點的用戶密度和增長因子，估算新建室分站點用戶數。

首先，統(tǒng)計典型場景TD-LTE用戶密度，計算典型場景單位面積用戶數。

其次，確定預測增長因子，取現(xiàn)有用戶數乘以增長因子，估算新建室內站點3年TD-LTE用戶數。

用戶數說明：規(guī)劃中使用到的用戶數均為TD-LTE激活用戶數。

用戶數增長因子說明：根據運營商的規(guī)劃數據得知，2017—2019年的增長因子分別為：1.5、1.2、1.15，則各種場景的用戶數預測值如表6所示。

建筑物小區(qū)數=單用戶速率保障基線×用戶數/單小區(qū)容量。其中，單小區(qū)（20M）容量基線35Mbit/s，則各種場景需要的小區(qū)數如表7所示。

表6 各種場景的3年用戶數增長預測值

表7 各種場景需要的小區(qū)數

4 結束語

本文著重介紹了基于容量目標的TD-LTE室內覆蓋規(guī)劃方法。趨勢外推法是容量規(guī)劃中最簡單的算法，但是其在使用過程中以對未來的假設作為前提，影響參數和影響程度系數考慮較少，應用時會產生一定誤差，可以適當考慮冗余量。增長因子推導法依賴于不同場景的用戶模型，需要結合不同功能區(qū)的容量需求確定模型和增長數，實施難度較高。網絡發(fā)展是漸進的，對于時間序列的變化呈現(xiàn)出一定規(guī)律性，容量規(guī)劃既能夠避免載波資源的空閑，又可以匹配實際需求，有利于提升用戶感知。本文介紹的方法遵循科學合理的原則，拓展了規(guī)劃思路，可滿足多種類型站點的TD-LTE室內分布系統(tǒng)建設，具有較好的實用性。

[1]曹誠.5G網絡架構和關鍵技術[J].無線互聯(lián)科技,2015(5): 16-17.

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[5]岳瑩昭,郭寶.TD-LTE室內覆蓋規(guī)劃設計與建設方案分析[J].電信技術,2014(2):97-99.

TD-LTE indoor coverage network planning based on throughput target

CHENG Xiaoxuan;WANG Qiang

In order to meet throughput requirement of TD-LTE high bandwidth services,two new methods for indoor coverage distribution system are proposed.Firstly,the network constructive background and planning characteristics of the indoor coverage are introduced.Secondly,discusses algorithm based on throughput target in details,including algorithm with and without historical data,then illustrate to analyze.Finally,concludes advantages and disadvantages of these two algorithms.The algorithm stated in this article extends planning methods,provides better practicability.

throughput target;TD-LTE;indoor distribution network planning

2016-10-14）