GEDGE系统无线数据业务信道容量规划指导书1229A10.docx
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GEDGE系统无线数据业务信道容量规划指导书1229A10.docx
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GEDGE系统无线数据业务信道容量规划指导书1229A10
华为技术有限公司
HuaweiTechnologiesCo.Ltd.
产品版本
密级
内部公开
产品名称:
EDGE
共22页
EDGE系统无线数据业务信道
容量规划指导书
(仅供内部使用)
Forinternaluseonly
拟制:
董恒山
日期:
2004-09-30
审核:
无线网络规划部
日期:
yyyy-mm-dd
审核:
日期:
yyyy-mm-dd
批准:
日期:
yyyy-mm-dd
华为技术有限公司
HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.
版权所有XX
Allrightsreserved
修订记录
日期
修订版本
描述
作者
2003-09-30
1.00
初稿完成
董恒山
目录
1概述6
2方法介绍6
3业务分类7
4业务模型8
4.1业务模型描述8
4.2业务模型参数9
5下行单一业务容量规划11
5.1业务用户数11
5.2EDGE信道平均承载速率12
5.3平均用户忙时吞吐量14
5.4等效话务量15
5.5单业务分组信道配置16
6下行多业务容量规划16
6.1各数据业务特性16
6.2业务使用比例17
7上行容量规划18
附录移动数据业务模型的基本数据20
参考文献21
表目录
表1业务模型参数定义9
表2业务模型衍生参数定义及计算公式10
表3PS业务模型参数的概率分布特性10
表4典型WWW业务模型参数取值10
表5数据业务用户数的理论计算举例11
表6各类数据业务的用户渗透率预测12
表7不同地理环境各类数据业务用户比例12
表8信道编码方式分配比例及单信道平均业务承载速率(农村)13
表9典型数据业务流量参数16
表10典型数据业务BHSA参数16
表11典型数据业务应用比例17
表12GPRS网络忙时业务流量统计表18
表13GPRS网络全天平均业务流量统计表19
表14不同业务与覆盖区域的下行与上行业务比例19
表15移动数据业务模型的基本数据19
EDGE系统无线数据业务信道容量规划指导书
关键词:
EDGE,容量规划,业务模型,归一化,标准业务
摘要:
缩略语清单:
Abbreviations
缩略语
Fullspelling
英文全名
Chineseexplanation
中文解释
BHSA
BusyHourServiceAccess
忙时业务接入
BLER
BlockErrorRate
误块率
EDGE
EnhancedDatarateforGSMEvolution
GSM增强数据速率方案
FTP
FileTransferProtocol
文件传输协议
GoS
GradeofService
服务等级
GPRS
GeneralPacketRadioService
通用分组数据无线业务
GSM
GlobalSystemforMobileCommunications
全球移动通信系统
ICQ
InternetCallQuery
Internet呼叫查询
IM
IntelligentMultimedia
智能多媒体
MMS
Multi-MediaSMS
多媒体短消息业务
PDCH
PacketDataChannel
分组数据信道
PS
PacketService
分组业务
QoS
QualityofService
服务质量
UDD
UnconstrainedDelayData
非强制延迟数据
WAP
WirelessAccessProtocol
无线接入协议
WWW
WorldWideWeb
全球超媒体信息网(万维网)
1
概述
GSM作为第二代移动通信系统,在全世界已经得到了广泛应用。
但随着移动通信技术的发展和业务的多样化,人们对数据业务的需求不断增加,GSM原有的数据通信速率显然无法满足移动数据通信的需求。
为了满足人们的需求,作为介于第二代移动通信系统与第三代移动通信系统之间的一种过渡性数据通信技术----EDGE技术得到了应用。
EDGE的无线接口采用8PSK调制方式,能够大大提高现有GSM网络的数据服务速率,其符号速率虽然仍旧是271kbit/s,但每时隙的净比特率可达到59.2kbit/s,可以充分满足目前和未来无线多媒体应用的带宽需求。
当前移动数据业务正在向多业务、多应用、个性化通信的方向发展,已经和正在发展的业务包括了即点即播式移动视频、Email、即时消息(文字)、即时消息(视频)、MMS、FTP文件传输、Internet浏览、Intranet浏览、移动游戏、图片铃声下载、在线博彩、基于位置的移动商务、导航/定位等。
对于这些移动数据业务,其各项业务之间以及同一业务的上行和下行具有不同的业务模型参数,因此各项业务的应用特性以及对网络资源的要求均不同,容量规划的情况比较复杂,只有通过更复杂的数学公式或者仿真才能得出准确的结果,但工程上需要一种简单且实用的方法。
因此,基于这种多业务的容量规划设计成为移动通信领域的一个崭新课题。
本文主要着眼于在EDGE网络下,考虑提供数据通信的多业务情况时,就工程设计中如何进行无线资源容量规划的问题,提出了一种规划方法作为参考。
通过对不同业务的闭塞情况进行进一步的计算和分析,可以得出采用这种方法计算的结果,其误差是有限的,因此对于工程设计规划还是有意义的。
2方法介绍
在EDGE网络中,无线信道容量规划的目的就是配置合适数量的分组信道(PDCH)为一定数量的EDGE用户提供移动数据业务。
容量规划基于一定的业务模型基础上,当业务模型发生变化时,容量规划的结果也需要相应地更新。
在进行EDGE网络的容量规划时,我们可以采用类似于计算语音业务容量的方法,应用ERLANG-B公式的概念,通过将数据业务采用话务量的方式表示出来,再根据语音业务的容量计算方法来确定数据业务所需的信道容量。
该算法主要基于如下考虑:
1)在网络提供单一数据业务时(如WAP业务),假设MS进行该项业务与进行通话业务时所占用的无线网络资源是有可比性的,并且可以通过ERLANG-B公式进行近似的估计。
2)在网络提供多业务时,由于不同业务的业务量、带宽需求、QoS需求都不一样,因此应该按照不同的业务模型来考虑。
3)在进行多业务容量规划时,需要将多业务按照单一业务的情况归一化成一种“标准业务”,即根据各业务的业务模型以及各业务在整个数据通信业务量的比例,按照各业务所占比例分配资源的原则等效出综合的业务量,然后采用ERLANG-B公式近似估计为话务量模型。
通过上述“标准业务”的假设,推导出移动数据业务相对于EDGE系统单位带宽的等效话务量数据,再根据语音业务容量规划的方法,在一定的GoS下,考虑EDGE系统的用户渗透率,即可得出系统所需的无线信道容量。
3业务分类
目前提供的移动数据业务一般可按业务功能或QoS特征来分类。
按照业务功能分类,主要有以下几类业务:
Internet接入类、多媒体信息服务(MMS)类、用户定制信息服务类、定位服务类等。
其中Internet接入类包括WWW浏览、Email、FTP文件传输、图片铃声下载、网络游戏等具体业务;用户定制信息服务类包括日常生活信息服务、天气信息服务、银行及金融服务、票证旅游出行信息服务等具体业务;MMS类包括彩信、即时新闻(文字和视频)等具体业务;定位服务的业务包括导航/定位等。
在EGPRS系统中,业务质量QoS包括优先级、延迟、可靠性和吞吐量等。
业务性质不同,所要求的业务质量QoS也不同。
按照QoS特征分类,移动数据业务可分为流(Streaming)、交互(Interactive)和背景(Background)等类别。
其中流类业务承载实时业务,交互类与背景类业务承载非实时业务。
各种业务类型具有公共的QoS特征集合。
流类业务涉及的是单向性业务,速率可高可低,对误码有较高要求,但对延迟和抖动的要求较低。
接收端一般会缓存数据,使得数据流可连续向用户播放。
音频和视频播放是两种典型的流类业务。
交互类业务由典型的请求/响应类型事务组成,特征是对误码要求较高,但对延迟的要求比相对低一些。
该类业务对于瞬时的延迟并不敏感,主要是要求总的延迟不要过大。
交互类业务所要求的数据速率大小由具体业务决定,在某个时刻,一般只在一个方向有较高数据速率的要求。
WWW浏览、网络游戏等即为交互类业务。
背景类业务的特征是对延迟要求较少甚至可以忽略,但应用中要求实现无差错传送。
它的实例包括服务器间的电子邮件传送业务、短消息业务等。
4业务模型
分组数据业务的模型相对复杂,参数较多。
在介绍业务模型参数之前,需要先对分组数据业务模型作简单的介绍。
4.1业务模型描述
由于当前实时业务主要是话音和电路型交换的数据业务,在基于分组业务的EDGE系统中应用较少,本文不对此部分业务进行分析。
对于非实时的分组数据业务,一般使用ETSIUMTS30.03中描述的包业务会话过程模型来描述。
如下图所示:
图1非实时分组业务会话过程的典型特征
模型中,一次业务执行过程即为一次会话(Session)过程,一次Session包含了若干个由应用业务确定的PacketCall,每个PacketCall又由多个突发的一系列Packet组成(这里的Packet仅考虑单个方向的)。
另外,两个会话之间还应有一段间隔时间(Interarrivaltime)。
以WWW浏览业务为例,一次Session对应一个完整的WWW浏览过程,一个PacketCall相当于下载一个WWW文本,当WWW文本被终端完全接收后,用户花费一定时间阅读,然后开始下载另一个WWW文本(即开始另一个PacketCall),这一时间间隔称为ReadingTime。
PacketCall期间的突发性能是固网分组传输的一个特性。
而对于FTP情况,一次Session则只包含一个PacketCall。
在传输PacketCall时,网络将一个PacketCall分为若干个Packet传输,PacketCall的大小可以通过PacketCall中Packet个数以及Packet大小来衡量。
4.2业务模型参数
由一定的话务模型来描述上述现象对分组传输业务是非常重要的。
根据上述特性,对于一个PS业务模型,可由每Session包含PacketCall个数、每PacketCall中包含Packet个数、Packet大小、PacketCall之间的平均阅读时间、Packet之间的平均到达间隔以及Session之间的间隔时间几个关键参数来描述。
另外,为了考核整个网络的业务情况,对于PS业务,还应包括渗透率、BHSA、Session业务量、承载速率、BLER、每用户忙时吞吐量、激活因子等参数。
其中Session业务量、承载速率、BLER、激活因子属于业务模型参数,主要与业务特性相关,需要通过业务模型的研究来总结。
渗透率、BHSA、每用户忙时吞吐量属于话务模型参数,具体取值由运营商根据营销、资费、业务开展的策略来确定。
上述参数定义如下:
表1业务模型参数定义
参数
含义
单位
Ti
Session之间的间隔时间
s
Npc
每Session包含PacketCall个数
/
Dpc
PacketCall之间的平均阅读时间
s
Nd
每PacketCall中包含Packet个数
/
Dd
Packet之间的平均到达间隔
s
Sd
Packet大小
byte
渗透率(P)
所有网内注册用户中开通该业务用户的比例
%
BHSA(B)
该业务的单用户忙时Session次数
/
承载速率(V)
该业务的典型承载速率
kbps
BLER(R)
满足该业务所需的误块率
%
通过以上参数,可以得到以下衍生参数:
表2业务模型衍生参数定义及计算公式
参数
含义
公式
单位
Session业务量(N)
该业务的单次Session平均业务量
Sd*Nd*Npc
Byte
数据传输时间(Tt)
单次Session中用于传输数据的时间
[1/(1-R)]*[(N*8/1000)/V]
s
HoldingTime(Ht)
该业务的单次Session平均持续时间
(Npc-1)*Dpc+Tt
s
激活因子(η)
业务满速率发送的时间在单次Session持续时间内所占的比重
Tt/Ht
每用户忙时吞吐量(Tp)
单个用户忙时的平均数据传输的比特数量
B*N*8*1000
kbit
另外,描述一个PS业务模型的几个关键参数的概率分布特性如下:
表3PS业务模型参数的概率分布特性
参数
概率分布特性
均值
Ti
服从指数分布
μNpc
Npc
服从几何随机分布
μNpc
Dpc
服从几何随机分布
μDpc
Nd
服从几何随机分布
μNd
Dd
服从几何随机分布
μDd
Sd
服从截短的Pareto分布
μSd
对于典型的WWW业务,下表给出了其模型参数的均值。
其中Sd的均值按照(k=81.5,=1.1)的Pareto分布取值。
表4典型WWW业务模型参数取值
分组数据信息类型
Npc
Dpc(s)
Nd
Dd(s)
Sd(bytes)
UDD8kbit/s
5
412
25
0.5
480
UDD32kbit/s
5
412
25
0.125
480
UDD64kbit/s
5
412
25
0.0625
480
UDD144kbit/s
5
412
25
0.0277
480
UDD384kbit/s
5
412
25
0.0104
480
UDD2048kbit/s
5
412
25
0.00195
480
说明:
实际业务中各参数并非固定唯一,均遵循一定的分布规律。
5下行单一业务容量规划
对于单一的数据业务,在进行容量规划时,首先应根据网内注册的用户数及该数据业务用户的渗透率计算出该业务的用户数;再通过每用户使用该业务的业务量和单个EDGE信道在不同环境下的承载能力,计算出单个用户的忙时数据业务等效话务量;最后按照爱尔兰B公式得出小区需要配置的分组数据信道(PDCH)数。
由于当前移动数据业务主要以下行方向的业务流量为主,所以本章主要考虑下行方向的容量规划,对于上行方向的容量规划将在第7章予以说明。
5.1业务用户数
每个小区下面的某项数据业务的用户数,可以通过该小区当前的GSM用户数得到。
具体计算公式如下:
(1)
其中,小区GSM用户数有两种途径可以得到,一种方法是通过现网的话务统计得到,可称为“话统估算法”;另一种方法是根据当前小区的TCH信道配置,按照爱尔兰B公式,得出在一定GoS等级下整个小区的理论话务量,然后根据假设的每用户话务量,计算出小区的GSM用户数,该方法可称为“理论计算法”。
如按照理论计算法,假设每GSM用户的话务量为0.03爱尔兰,某个数据业务的用户渗透率为2%,则该业务用户数的理论计算结果如下:
表5数据业务用户数的理论计算举例
TRX数
可用TCH时隙数
电路业务话务量(erl)
GSM用户数
数据业务用户数
1
7
2.9
97
2
2
14
8.2
273
5
3
22
14.9
497
10
4
29
21
700
14
5
37
28.3
943
19
6
45
35.6
1187
24
7
52
42.1
1403
28
8
60
49.6
1653
33
用户渗透率一般考虑网络建设3年后的渗透率。
根据IDC2001年7月发布的对中国市场的移动数据业务预测(2005年),各种移动数据业务的用户渗透比例为:
表6各类数据业务的用户渗透率预测
业务类型
渗透率
应用说明
SMS/E-mail
40%
移动用户使用MMS、E-mail等服务
信息业务(新闻、天气、体育和经济等信息)
26%
移动用户使用基于WAP的信息服务
游戏和娱乐(视频流和音频流)
15%
移动用户使用手机玩游戏或下载视频和音乐
移动商务(在线广告、定票等)
14%
移动用户使用无线因特网来购物
移动银行和交易
10%
移动用户使用移动银行和股票交易业务
移动定位业务
8%
移动用户使用定制的基于位置的服务
另外,由于不同地区、不同类型的用户使用数据业务的行为不尽相同,为了更精确地计算每个用户的数据业务量,还可以将数据业务用户按照不同覆盖区和不同使用行为进行高端、中端、低端的细分。
综合当前的分析,对各类地区的高、中、低端用户比例的分配建议如下:
表7不同地理环境各类数据业务用户比例
数据业务用户类别
用户比例
(密集市区)
用户比例
(普通市区)
用户比例
(郊区)
用户比例
(农村)
用户比例
(干道)
低端用户(SpL)
30%
60%
70%
89%
89%
中端用户(SpM)
50%
25%
25%
10%
10%
高端用户(SpH)
20%
15%
5%
1%
1%
如果运营商对于某项数据业务还有更明确的分配策略,规划时应按照运营商的要求进行规划。
5.2EDGE信道平均业务承载速率
根据EDGE信道在不同信道编码方式下的最大传输速率,对于某个用户在EDGE信道上的平均数据传输速率,可以按照不同信道编码方式在该用户数据传输中所占的比例来得到。
具体计算公式如下:
(3)
其中:
平均业务承载速率:
AverageServiceBearRate,即单个信道平均业务承载速率,单位kbps;
MCSi的单信道承载速率:
不同MCS下的单个数据块所包含的LLC比特数,对于EDGE系统,即为20ms内传送的LLC层数据比特数,单位kbps;
MCSi的分配比例:
单个用户在数据业务过程中不同MCS所占比例,该数据可参考下面表格,如果运营商已给出明确数据,应按照运营商提供的数据取值;
i:
为9种MCS编码方式,i=1~9。
由于EDGE系统中下行接收灵敏度要求比上行高,所以各类调制编码方式(MCS)的覆盖范围可以根据手机在各MCS下的接收电平要求来初步预测。
另外,MCS的选择与小区C/I的分布也有关系,所以在参考手机接收电平要求的同时,还必须考虑到在该电平下的C/I是否满足MCS的要求。
为此,在已知手机各MCS接收电平要求下,还要考虑小区底噪水平,将其差距与C/I要求对比,来推导出各MCS的覆盖比例。
对于不同地理环境的覆盖区域,频率计划方式不同,小区的C/I分布也不尽相同,同时,由于地形地貌的差异,覆盖预测的接收电平分布也不同,为保证计算的准确性,在规划考虑时,应按照不同地理环境进行分析。
如对于农村地区,小区覆盖边缘的最低接收电平按手机最小接收能力-102dBm考虑,假设在覆盖区的频率计划方案下的底噪声电平为-115dBm,则MCS的分配比例预测如下:
表8信道编码方式分配比例及单信道平均业务承载速率(农村)
信道编码方式
单信道业务IP层承载速率(kbps)
手机接收电平要求(dBm)
C/I要求(900M,TU3(noFH))
分配比例
MCS1
6.056
≥-102
13
6.59%
MCS2
7.735
≥-101
15
11.91%
MCS3
10.280
≥-99
16.5
8.97%
MCS4
12.019
≥-97
19
0%
MCS5
15.625
≥-98
18
9.70%
MCS6
20.032
≥-96
20
12.29%
MCS7
30.048
≥-93
23.5
8.49%
MCS8
39.063
≥-90.5
28.5
12.06%
MCS9
41.118
≥-86
30
33.59%
ASBR
27.3
100%
说明:
1速率的分配按照不同MCS所能覆盖范围占小区所有覆盖范围的比例来考虑;
2各MCS的速率取IP层速率数据,以便与总的应用层吞吐量进行等效话务量计算;
2数据参考3GPPR9905.05协议,仅考虑MS静态接收灵敏度,不考虑系统余量;
3表中C/I要求数据是考虑整个载频均为EDGE信道的情况,考虑一般EDGE信道数量较少,则由于数据业务特性引入的6dB的干扰在计算中不予考虑;
4覆盖范围比例按Okumura-Hata模型确定,边缘覆盖电平按-102dBm、底噪按-115dBm考虑;
5考虑到MCS4比MCS5对C/I要求还要高,因此在满足C/I要求时均采用MCS5。
6IP层承载速率按平均IP包长200BYTE,平均每数据流连续IP包个数为10,RLC确认模式,BLER=10%,RLC信令块开销20%,LLC帧头长17BYTE计算。
对PS业务,业务平均承载速率发生变化时,受影响的参数包括数据传输时间、HoldingTime以及激活因子。
这在后续章节有具体描述。
5.3平均用户忙时吞吐量
按照上一章的定义,针对某个单一的数据业务,如果不考虑重传和激活因子,也不考虑用户类型以及覆盖区域的地理环境,每用户忙时吞吐量的计算公式如下:
Tp0=BN81000=BNpcNdSd81000•••••••••••••••••(4)
对于一个小区,可能会存在不同类型的用户。
而不同类型用户的BHSA会不同,则用户忙时吞吐量也就不同。
因此对于一个小区,考虑其覆盖的地理环境基本一致,则平均用户忙时吞吐量可按以下公式计算:
Tpc=B高N81000R高+B中N81000R中+B低N81000R低••(5)
其中:
B高、B中、B低分别表示高、中、低端用户的BHSA;R高、R中、R低分别表示高、中、低端用户在该小区所占比例。
对于整个网络,覆盖区内会存在各种地理环境。
由于不同地理环境高、中、低端的用户比例不同,则其用户平均吞吐量也会有变化,所以按公式(5)计算的数值只能反映一部分区域的情况,不是整网的平均。
考虑整网的用户平均吞吐量,就需要把不同地理环境因素考虑进去,其计算公式为:
(i为密集市区、普通市区、郊区、农村、干道等)(6)
其中:
Tpci、Ri分别表示不同地理环境下的用户平均吞吐量及该地理环境占整网覆盖区的比例。
对PS业务,在计算数据传输时间时需要考虑误块造成的重传,假设业务源的数据量为N,空中接口误块率(亦即重传率)为BLER,则在空中接口上总共需要传输的数据量
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