一、前言
GSM網絡經過長期發(fā)展后，已經成長一個大容量的成熟網絡，網絡容量分析需要逐漸從粗放向精確轉變，長期堅持容量的優(yōu)化能使網絡資源獲得最佳效益。在實際容量分析過程中我們發(fā)現(xiàn)，通常當尚未達到理論能承載的話務量，即按照小區(qū)的載波數(shù)在一定的呼損條件下（通常取2%）查愛爾蘭B表得到的小區(qū)能承載的話務量，網絡就已經出現(xiàn)擁塞，導致設計的網絡容量無法滿足實際的話務需求。準確分析實際信道的承載能力已成為平衡網絡容量安全和網絡資源效益的杠桿。為此我們針對GSM網絡實際信道承載能力作了一些探討。
二、愛爾蘭B在GSM網中應用的合理性分析
假定信道數(shù)目為n，則網絡呼損的概率由下式計算確定：

A為流入話務量，B為損失話務量與流入話務量的比值。愛樂蘭表由以上公式計算得出的。在目前做GSM初始網絡規(guī)劃時，不同信道可承載得話務量一般是應用愛爾蘭B公式計算得出的，但是使用愛爾蘭B公式的前提是呼叫應具有以下性質：
●每次呼叫相互獨立，互不相關，即呼叫具有隨機性；
●每次呼叫在時間上都有相同的概率；
●每個用戶選用無線信道是任意的，且是等概的。
研究驗證，由于下述原因實際流入信道的話務往往很難完全滿足以上三個條件，
此時愛爾蘭B公式不能準確描述小區(qū)無線信道呼損（B）、信道數(shù)（n）和流入話務量（A）三者之間的關系，理論值與實際值相差甚遠。有較多因素均會對實際信道利用率產生影響，如：
用戶呼叫位置變化帶來的業(yè)務量的移動性：由于網絡的容量由一個個小區(qū)組成，每個小區(qū)只負責一小部分用戶的話務，而這些用戶是移動的，因此每個小區(qū)瞬間的用戶量是不斷變化的，小區(qū)越小，這個用戶量的變化越明顯，因此考察一個長周期（如：一個小時），小區(qū)的用戶數(shù)是穩(wěn)定的，但在短周期內，用戶數(shù)有很大的波動。
移動系統(tǒng)設置的呼叫重試以及移動系統(tǒng)小區(qū)間的切換均導致每次呼叫不完全獨立。
用戶呼叫時間變化和呼叫量的變化帶來的系統(tǒng)業(yè)務量的波動性。
用戶在特定地域和網絡設備等交互影響下呼叫的峰值性：如小區(qū)覆蓋范圍內有體育館，在賽事結束時，用戶集中打電話聯(lián)系，此時各個呼叫集中發(fā)生，其時間分布具有很強的相關性，小區(qū)話務突然急劇上升，小區(qū)一小時內的平均話務并不高，但在一小時內有幾個高峰。
因此在實際網絡容量優(yōu)化時必須根據地域特點、不同話務模型對愛爾蘭B表進行修正。
三、實際網絡中小區(qū)信道利用率和擁塞率、擁塞時間的關系
通過上述分析我們可以理解修正愛爾蘭B表的必要性，但是怎樣判斷一個小區(qū)的無線資源利用率與擁塞的關系呢？對不同的小區(qū)而言，受不同的話務結構、用戶行為及配置等因素的影響，設備的實際利用效果不一致。有的小區(qū)在利用率超過80％時沒有擁塞產生，但有的小區(qū)在利用率僅為60％時便產生了擁塞。各項外界因素對小區(qū)的影響可以從大量的統(tǒng)計結果中總結出特有的規(guī)律：
1、所有小區(qū)的話務量變化符合正態(tài)分布，即可以用平均值μ及標準差S兩個參數(shù)來描述話務分布的特點。擁塞時間的分布同樣具有正態(tài)分布的特點。
2、小區(qū)的利用率與擁塞時間兩項指標之間具有指數(shù)分布的關系，但對于不同類型的小區(qū)具有不同的系數(shù)。

3、小區(qū)的擁塞率、擁塞時間呈現(xiàn)強相關性，不同小區(qū)的相關系數(shù)略有差異，統(tǒng)計小區(qū)相關系數(shù)僅在0.9516-0.992波動，因此可判定兩者為強相關。
通過對大量的數(shù)據歸類進行統(tǒng)計分析，我們發(fā)現(xiàn)可以摸索出針對不同載波配置、不同覆蓋區(qū)域的小區(qū)實際信道利用率的合理值，從而對實際網絡容量優(yōu)化起到指導作用。
四、不同載波配置條件下小區(qū)的實際信道利用率
愛爾蘭b表的基本特征是同等呼損下，線束越小承載的話務量越��；大線束有較大的平均信道利用率。很簡單，如果一個小區(qū)的m個用戶被分配到n個信道，而p為單個信道忙的概率，那么所有n個信道忙的概率就是Pn。對于一個固定的P值，Pn 肯定小于P。換句話說，如果一個用戶接入單一信道其被阻塞的概率為p，但如果有n個信道可被接入則其被阻塞的概率為Pn 。根據愛爾蘭b表典型載頻配置的平均信道利用率，在呼損2%情況下的示意如下圖：

為了得出不同載波配置下實際的信道承載能力，我們進行了大量實際統(tǒng)計數(shù)據的收集和統(tǒng)計分析，分析過程如下：
1、 對統(tǒng)計小區(qū)的話務量按照利用率（即實際話務量/愛爾蘭B表呼損為2%的話務量）分段，分成21段（0％～5％，5％～10％，……，95％～100％，100％以上）
2、針對統(tǒng)計時段內各小區(qū)發(fā)生擁塞率大于2%的擁塞概率進行分析，擁塞概率即擁塞大于2%的次數(shù)與總小區(qū)統(tǒng)計次數(shù)。
3、對不同載波配置的小區(qū)進行分組分析，探討相同載波配置小區(qū)的利用率、擁塞率、擁塞概率三者之間能否存在共性，通過大量的統(tǒng)計數(shù)據（包括3000多個小區(qū)的一個月的24小時統(tǒng)計數(shù)據）歸類，并在去除一些覆蓋特殊的小區(qū)后，發(fā)現(xiàn)三者確實存在固有規(guī)律。以6載波小區(qū)（44個話音信道）為例，當其利用率在76%左右時，發(fā)生擁塞大于2%的概率超過10%。而當載波數(shù)為12個（91個話音信道）時，信道利用率在76%左右時沒有發(fā)生擁塞率大于2%的事件，當發(fā)生擁塞大于2%且擁塞概率大于10%的時候，利用率達到了83%。
通過這種方式我們總結出不同載波配置下不同的合理的信道利用率，詳細見下表：

但是對一個地區(qū)的網絡而言，載波的平均配置一般為5-6個載波，因此對于小載波（<3）和大載波（>9）的配置，由于該類載波配置小區(qū)比例較低導致統(tǒng)計的采樣點小于接近平均載波配置的采用點，這一點需要更多更長統(tǒng)計數(shù)據來進一步修正。
五、不同覆蓋區(qū)域小區(qū)的實際信道利用率
在進行上述分析時，我們擯棄了一些特殊小區(qū)，這些特殊小區(qū)的信道信道利用率低于相同載波配置的其他小區(qū)。例如有一個基站為覆蓋高速公路的，其站址就設在公路旁的崗亭內，為單純解決覆蓋的站點，該小區(qū)為3個載波配置，其他3載波配制小區(qū)的信道利用率為57%左右，而該小區(qū)的信道利用率在40%時就100%概率出現(xiàn)了大于2%的擁塞。為此我們又將小區(qū)按照覆蓋類型進行了分類，分類按照普通覆蓋區(qū)域、覆蓋鐵路、覆蓋高速、覆蓋體育館周圍、覆蓋展覽館周圍等開展，實質上就是按照小區(qū)的覆蓋區(qū)域的不同峰值特性再對實際信道利用率進行修正。由于不同地區(qū)、不同時間的用戶行為規(guī)律不一致，因此各個地區(qū)必須根據當?shù)氐膶嶋H用戶行為特征進行修正，并且應該周期性地研究當?shù)赜脩粜袨樘卣鞯淖兓�，及時進行再修正。
六、實際信道承載能力提高的探討
我們知道，由蜂窩小區(qū)的特性和無線信號傳播特點所決定，無線覆蓋并不會使小區(qū)的覆蓋區(qū)域完全固定，而且也不會是在某一區(qū)域內完全連續(xù)。我們的話務量（用戶）是在這些蜂窩小區(qū)中流動的。所以，在分析一個小區(qū)性能的時候，孤立的分析一個小區(qū)是不嚴謹?shù)�。通過觀察與其相關小區(qū)的性能可以從不同的角度來反映問題的情況，從而達到真正嚴密分析一個區(qū)域無線性能的目的。一個良好設計的網絡意味著接近于零的服務偏差，即區(qū)域的阻塞率應盡可能等于單個小區(qū)的阻塞率。這樣實際信道承載能力的提高就包括了兩部分內容：提高單小區(qū)的信道利用率和提高區(qū)域的信道利用率。單個小區(qū)的信道利用率的提高可通過合理的配置載波來解決，而區(qū)域的利用率提高應該是解決區(qū)域的話務均衡，實際在信道利用率提高工作中應遵循先均衡區(qū)域話務后通過載波配置的調整的原則。
區(qū)域的話務均衡需要我們去發(fā)現(xiàn)某一小區(qū)與其相鄰小區(qū)的相關性，并以該相關性為基礎，去進一步研究某一區(qū)域的動態(tài)話務分布。實踐中可通過對覆蓋某一區(qū)域的小區(qū)進行關聯(lián)排序，形成這些小區(qū)的有序鏈狀結構。為盡可能準確的表現(xiàn)小區(qū)之間的相關性，在排序中相鄰的小區(qū)盡量排列相關性最強的小區(qū)。這樣得到的小區(qū)有序鏈狀結構就可以如實的表現(xiàn)一片區(qū)域內無線地理分布。這里所說的無線地理分布不同于普通的從地理位置直接得到的小區(qū)地理分布，它是以小區(qū)間無線覆蓋的交合性和用戶在小區(qū)間的流動統(tǒng)計為基礎的，而地理分布是基于小區(qū)的相對位置和之間距離。相對于地理分布，無線地理分布能夠更直接、更準確地反映出小區(qū)的無線相關性。
手機更換服務小區(qū)的行為是由于手機接收的不同小區(qū)信號發(fā)生變化，它體現(xiàn)了用戶在小區(qū)間的流動性，小區(qū)覆蓋的交疊性，同時也反映了小區(qū)之間的關聯(lián)性。由于手機在空閑狀態(tài)下并不發(fā)送測量報告，小區(qū)重選過程也不會向系統(tǒng)報告，所以，我們所能收集的數(shù)據只能是手機在通話狀態(tài)下的數(shù)據。這些數(shù)據可以包括手機的測量報告以及相鄰小區(qū)間的切換情況。這些也正是我們可以利用的分析小區(qū)相關性的重要數(shù)據線索。手機的測量報告可以通過NCS獲得，小區(qū)之間的切換情況可以通過統(tǒng)計獲得。所以，小區(qū)相關性排序的原始數(shù)據可以是某個BSC的NCS測試結果、一段時間內小區(qū)切換次數(shù)等。
NCS是愛立信BSS系統(tǒng)提供的小區(qū)相鄰關系的輔助分析工具，它可以通過修改需要分析小區(qū)的ACTIVE狀態(tài)下的測量頻點，來控制在這些小區(qū)通話的手機進行鄰小區(qū)測量。這些手機測量所得到的測量報告被發(fā)送到BSC，并被存儲下來。這里所得到的數(shù)據主要包括測量小區(qū)的BCCH、BISC、采樣次數(shù)、平均信號強度、上報次數(shù)、排在測量報告中前六名的次數(shù)及信號強度等。我們可以根據不同的需要，在這些數(shù)據中選取最適合的數(shù)據，作為小區(qū)排序的原始數(shù)據，來生成小區(qū)序列。
小區(qū)切換統(tǒng)計則是反映了小區(qū)間的用戶流動情況。由于切換過程中應用LOCATING算法，該算法并不是單純以信號強度作為判斷依據，而是綜合了較多因素進行小區(qū)切換判斷。所以，在一定程度上說，切換統(tǒng)計比單純觀察信號強度更能貼近用戶感受，也更能反映實際網絡中的小區(qū)話務流動情況。
NCS和切換統(tǒng)計兩者對比來看，相同時間內，前者數(shù)據包含信息量明顯要大，包含了手機測量報告中純粹的信號強度、測量次數(shù)等內容，比較利于對小區(qū)無線性能進行分析。而如果是對話務進行分析的話，切換統(tǒng)計又相對準確一些。
通過對NCS和統(tǒng)計結果再處理后，我們就可得出小區(qū)間的相關系數(shù)，處理過程可采用不同方式，如每小區(qū)的測量報告或統(tǒng)計次數(shù)占總報告次數(shù)的比例等。得到相關性系數(shù)后再實施進一步的運算。不同的計算方法，相關性系數(shù)的數(shù)值就不同，將對以后的運算產生直接的影響。在得出小區(qū)相關性結果后，根據小區(qū)排序的結果，我們可以把小區(qū)的一天24小時或更長時間的話務分布統(tǒng)計按照所得順序排列，下圖橫軸表示小區(qū)，縱軸表示時間，圖表中的顏色表示話務量的大小


從上圖可以看出，當圖形中橫向顏色變化比較劇烈時，表示該地可能存在話務分布不夠均衡的狀況。當連續(xù)幾個小區(qū)話務較高時，說明該地高話務地點由多個小區(qū)進行覆蓋，而如果只是單個小區(qū)出現(xiàn)話務較高的狀況，則說明高話務地點主要由單個小區(qū)進行覆蓋。從這上面判斷，某一區(qū)域有話務增長或突發(fā)話務時，是對高話務的單個小區(qū)進行擴容還是對幾個相關小區(qū)進行擴容。圖中，縱向色彩變化表現(xiàn)了某一小區(qū)在一天中的話務變化情況。我們可以通過觀察，發(fā)現(xiàn)各時段小區(qū)話務變化情況。如需對某一區(qū)域基站作調整時，可以提供調整的時間依據。
六、總結
在市場競爭激烈的今天，挖掘網絡容量潛力提高網絡利用率是網絡服務的重要內容。不同區(qū)域的運營商應根據當?shù)氐膶嶋H地理環(huán)境、用戶行為確定當?shù)剡m合的信道承載能力。并按照實際信道承載能力不斷完成區(qū)域話務均衡和小區(qū)載波硬件調整。
章瑩：
工作單位：深圳移動通信公司網絡優(yōu)化部網絡經理
學歷：大學本科（南京郵電學院畢業(yè)）