專利名稱：干擾受限系統(tǒng)的空中接口容量的估算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空中接口空量的計算方法，尤其涉及一種干擾受限系統(tǒng)的空中接口容量的估算方法。
背景技術(shù)：
在移動通信網(wǎng)絡(luò)中，無線系統(tǒng)工程必須能夠確定在給定區(qū)域內(nèi)支持給定用戶數(shù)所需的基站數(shù)。在一個單一使用電路交換(CS)的通信網(wǎng)絡(luò)中，這已不是一個問題。然而當分組交換(PS)嵌入進來以后，確定所需的基站數(shù)變得比較困難。這是因為分組交換允許諸如網(wǎng)頁瀏覽、Email和多媒體業(yè)務(wù)等各種非對稱(asymmetrical)業(yè)務(wù)的混合。這些業(yè)務(wù)大大地增加了影響移動通信網(wǎng)絡(luò)容量的因素。比如，新的影響因素包括分組突發(fā)、分組大小、時延限制以及時延抖動等。但是，傳統(tǒng)的用于跟蹤電路交換應(yīng)用的統(tǒng)計特性的方法并不再適合用于跟蹤分組交換數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特性。移動通信系統(tǒng)從僅支持話音業(yè)務(wù)到完全支持各種不同的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)變對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計和估算提出了挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)可以歸為以下三點(1)業(yè)務(wù)特征化在建模用電路交換承載的語音業(yè)務(wù)時，所作的一些基本的和正確的假設(shè)隨著語音和數(shù)據(jù)通過分組交換承載這種轉(zhuǎn)變而變得不再適用。必須采用自相似(self-similar)模型以考慮分組突發(fā)的影響，因為分組交換業(yè)務(wù)在整個傳輸時間內(nèi)顯示了這種特性。
(2)需求特征化為了精確地評估業(yè)務(wù)資源要求，必須考慮各類用戶所要求的不同需求參數(shù)的影響。
(3)3G系統(tǒng)可獲得的QoS(業(yè)務(wù)質(zhì)量)應(yīng)用層的QoS要求必須映射到物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的可控參數(shù)(擴頻因子，功率)上。
經(jīng)典的用于語音系統(tǒng)容量估算的愛爾蘭模型不再適用于分組數(shù)據(jù)應(yīng)用。簡單地說，愛爾蘭模型以每秒平均呼入數(shù)、呼叫平均時長(秒)和承載呼叫的信道數(shù)為參數(shù)。如果知道了這三個變量，愛爾蘭公式可以確定出呼叫阻塞概率(呼損率)。
愛爾蘭公式有如下形式(等式1)
PB=ErlangB(ρ,N)=ρN/N!Σk=0Nρk/k!---(1)]]>其中ρ表示話務(wù)量；N表示信道數(shù)。業(yè)務(wù)ρ經(jīng)常用無單位的“Erlang”表示。它可以用總的期望的單位時間呼叫數(shù)(平均呼入數(shù)/秒)乘以每個呼叫的平均時長得到。等式1左邊表示呼叫阻塞數(shù)占總呼叫數(shù)的比例。當然知道了ρ和N，阻塞概率也就隨之確定下來。
然而，當前的移動通信系統(tǒng)中要求一個比等式1描述的模型更加復雜的模型來建模越來越復雜的通信系統(tǒng)，但是基本原則卻是相同的。規(guī)劃要求的基站數(shù)及其放置位置時，系統(tǒng)工程人員認為業(yè)務(wù)量和信道數(shù)是已知的，設(shè)定可接受的呼叫阻塞率。由于系統(tǒng)的復雜性，業(yè)務(wù)量ρ基于復雜的業(yè)務(wù)模型基礎(chǔ)上確定，這些模型考慮了諸如無線資源管理方案和用戶移動性等問題對每個呼叫的業(yè)務(wù)量的影響。呼叫阻塞概率作為業(yè)務(wù)等級(GoS，Grade ofService)。通過指定GoS以及合適的業(yè)務(wù)模型確定業(yè)務(wù)量ρ，系統(tǒng)工程人員可以確定所需的信道數(shù)。GoS一般用于忙時場合，即一個變化的60分鐘時間段，在這段時間內(nèi)發(fā)生一天當中最大的總業(yè)務(wù)負荷。然而分組應(yīng)用一般不用GoS來和衡量業(yè)務(wù)性能。取而代之的是采用業(yè)務(wù)質(zhì)量(QoS，Quality of Service)作為性能標度，即通過誤比特率(BER)來衡量性能。因此，分組應(yīng)用考察誤比特數(shù)而不是呼叫阻塞概率。傳統(tǒng)的模型并沒有提供一種把分組數(shù)據(jù)應(yīng)用的QoS要求等效到電路交換應(yīng)用的GoS要求上的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種適合多種業(yè)務(wù)混合干擾受限系統(tǒng)的空中接口容量估算方法。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種干擾受限系統(tǒng)的空中接口容量的估算方法，至少包括PS承載混合業(yè)務(wù)容量估算步驟由該類業(yè)務(wù)的特征參數(shù)，根據(jù)管道仿真方法估算PS承載業(yè)務(wù)所需帶寬，再據(jù)此估算其混合業(yè)務(wù)所需的業(yè)務(wù)帶寬，計算公式為 其中Volji表示承載數(shù)據(jù)率為j和QoS為i的業(yè)務(wù)量，Pipeji(Vol)仿真曲線上一點，表示承載數(shù)據(jù)率為j，QoS為i，給定業(yè)務(wù)量Volji時所需的帶寬。
進一步地，本發(fā)明還包括，CS承載混合業(yè)務(wù)容量估算步驟由該類業(yè)務(wù)的特征參數(shù)根據(jù)Erlang B公式進行計算，計算公式為BW＝CgBitratespeechgCAFspeech其中，CAFspeech為語音業(yè)務(wù)信道激活因子，Bitratespeech為語音承載速率，C為系統(tǒng)容量。
進一步地，本發(fā)明還包括CS承載和PS承載兩者混合業(yè)務(wù)容量估算步驟CS承載業(yè)務(wù)帶寬加上PS承載業(yè)務(wù)帶寬減去空閑容量復用數(shù)，PipeTotal＝PipeCircuit+PipePacket-CctF□SpareCapaCircuit其中CctF為空閑容量校正因子。
所述CS承載混合業(yè)務(wù)容量估算步驟中的特征參數(shù)包括需求參數(shù)、QoS性能參數(shù)，所述的QoS性能參數(shù)可以是呼損率。
所述的系統(tǒng)容量C的計算方法為將系數(shù)bk、每類業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)量以及期望的最大阻塞概率作為輸入?yún)?shù)，利用多業(yè)務(wù)Erlang B定律獲得所需的系統(tǒng)容量C，根據(jù)多業(yè)務(wù)愛爾蘭定律變動系統(tǒng)容量C。
所述的系數(shù)bk的計算方法為bk=BitRatekBitratespeechgCAFkCAFspeech]]>其中BitRatek數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載速率、Bitratespeech為語音承載速率、CAFk數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道激活因子、CAFspeech語音業(yè)務(wù)信道激活因子。
所述PS承載混合業(yè)務(wù)容量估算步驟中的特征參數(shù)包括需求參數(shù)、QOS性能參數(shù)，所述的QOS性能參數(shù)可以是吞吐量、時延。
所述PS承載混合業(yè)務(wù)容量估算步驟中所述的管道仿真方法具體為首先根據(jù)單個PS承載業(yè)務(wù)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量、存儲的數(shù)據(jù)量以及由于存儲引起的延時等信息，在給定管道大小情況下得到緩沖器時延的累計分布函數(shù)，根據(jù)該累計分布函數(shù)制成估算表，根據(jù)查表得到承載單個PS業(yè)務(wù)所需的帶寬。
所述CS承載和PS承載兩者混合業(yè)務(wù)容量估算步驟中的空閑容量復用數(shù)為SpareCapacityQoSi＝PipePacketQoSi·(1-PipeOccupancyQoSi)其中，PipePacketQoSi為PS承載混合業(yè)務(wù)容量估算，PipeOccupancyQoSi為某一QoS的管道占用率。
所述的管道占用率定義為某一時間內(nèi)占用管道的時間百分數(shù)，計算為平均數(shù)據(jù)率和管道大小的比率，
某一QoS的管道占用率，應(yīng)用加權(quán)求和 所述步驟3中的空閑容量校正因子為復用CS承載業(yè)務(wù)空閑容量的60％～90％。
更好地，所述的空閑容量校正因子為復用CS承載業(yè)務(wù)空閑容量的80％。
本發(fā)明可用于使用分組交換的通信網(wǎng)絡(luò)中，能夠較為精確地估算支持多各業(yè)務(wù)混合所需的帶寬資源，同時采用了空閑容量復用方法以減少干擾受限系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配置和網(wǎng)絡(luò)增長的費用，為干擾受限系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和規(guī)劃以及優(yōu)化提供了必要的基礎(chǔ)。


圖1所示的是WCDMA網(wǎng)絡(luò)中計算CS業(yè)務(wù)所需的帶寬的方法。
圖2所示的是管道仿真方法的示意圖。
圖3所示的是不同QoS類業(yè)務(wù)之間的容量復用示意圖。
具體實施例方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面以典型的干擾受限系統(tǒng)-WCDMA系統(tǒng)為例，具體說明本發(fā)明的接口容量估算方法。
WCDMA系統(tǒng)各種業(yè)務(wù)的引入，以及WCDMA空中接口容量和覆蓋以及業(yè)務(wù)QoS保障之間的緊密耦合關(guān)系，使得WCDMA空中接口容量估算更加復雜，為此，估算過程分別估算CS承載混合業(yè)務(wù)和PS承載混合業(yè)務(wù)容量，再估算CS承載和PS承載混合業(yè)務(wù)容量，容量標度可以是用戶數(shù)和所需業(yè)務(wù)帶寬。
步驟1，對CS承載混合業(yè)務(wù)，傳統(tǒng)的愛爾蘭阻塞公式并不適用，但其原理是相似的，可以推廣到多業(yè)務(wù)Erlang B公式對此類業(yè)務(wù)進行需求建模，見圖1。對某些CS承載業(yè)務(wù)(Erlang C業(yè)務(wù))允許其等待一段時間，業(yè)務(wù)質(zhì)量可以用等待時間超過某一時間門限的概率衡量。超過此時間門限仍然得不到服務(wù)，業(yè)務(wù)被阻塞，即Erlang C公式?？紤]到允許的目標阻塞概率足夠小(小于20％)時，Erlang C和Erlang B公式存在一個近似關(guān)系，可以把它并入Erlang B
這樣，對Erlang C業(yè)務(wù)，性能指標，即修正阻塞率公式為 參數(shù)w是等待時間門限，μ是平均服務(wù)時間。其余參數(shù)和單業(yè)務(wù)Erlang B公式類似。估算時把Erlang C業(yè)務(wù)的修正的阻塞概率和其他CS業(yè)務(wù)的目標阻塞概率當作多業(yè)務(wù)Erlang B定律的輸入，據(jù)此估算滿足性能要求條件下每類CS承載業(yè)務(wù)的所需的業(yè)務(wù)帶寬。
多業(yè)務(wù)Erlang B定律公式如下PBk=Pr{Nb occupied resources>C-bk}=Σj=0bk-1β(C,j)---(4)]]>其中PBk是業(yè)務(wù)k的要求的阻塞概率，C是系統(tǒng)資源總數(shù)，bk表示接收一個業(yè)務(wù)k請求所需的資源單位數(shù)。阻塞概率的計算基于矩陣β，業(yè)務(wù)阻塞概率可以計算為Pbi=1-G(C-bi,K)G(C,K)---(5)]]>其中K表示業(yè)務(wù)類型數(shù)，G(C，K)可以通過如下迭代計算 對于業(yè)務(wù)帶寬的計算(見圖1)，系數(shù)bk可以看作該類業(yè)務(wù)對帶寬的貢獻，即，滿足某類業(yè)務(wù)單個請求所需的系統(tǒng)資源(帶寬等)數(shù)，這個帶寬用參考業(yè)務(wù)(如語音)作歸一化處理。
bk=BitRatekBitratespeechgCAFkCAFspeech---(8)]]>其中，CAF(Channel Activity Factor)表示業(yè)務(wù)的信道激活因子，其中，BitRatek為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載速率、Bitratespeech為語音承載速率、CAFk這數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道激活因子、CAFspeech為語音業(yè)務(wù)信道激活因子，所述的信道激活因子根據(jù)業(yè)務(wù)模型計算，如on_-off模型，則該信道激活因子為E[On]/(E[On]+E[Off])，其中E[.]表示取期望。激活因子其實是一種占空比，其和業(yè)務(wù)類型有關(guān)。
將系數(shù)bk、每類業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)量以及期望的最大阻塞概率作為輸入?yún)?shù)，利用多業(yè)務(wù)Erlang B定律獲得所需的系統(tǒng)容量C，根據(jù)多業(yè)務(wù)愛爾蘭定律變動系統(tǒng)容量C，即當阻塞率比預(yù)定的目標阻塞率小時可以減小系統(tǒng)容量C值，反之則增大使得恰好滿足阻塞要求，從而獲得最小的系統(tǒng)容量C值，并滿足所有業(yè)務(wù)QoS這個容量是用參考業(yè)務(wù)表示的所需資源單位數(shù)，可以轉(zhuǎn)換成所需的帶寬(BW，Band-Width)BW＝CgBitratespeechgCAFspeech(9)步驟2，PS承載混合業(yè)務(wù)的估算主要基于管道(表示無線帶寬資源)仿真方法，見圖2。首先根據(jù)單個PS承載業(yè)務(wù)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量、存儲的數(shù)據(jù)量以及由于存儲引起的延時等信息，在給定管道大小情況下得到緩沖器時延的累計分布函數(shù)，根據(jù)該累計分布函數(shù)可制成一種和愛爾蘭表類似的估算表(由于該制作估算表的方法為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述)。考慮典型的時延(類似愛爾蘭公式的阻塞率)下的各種PS承載業(yè)務(wù)的估算表，通過仿真制表，根據(jù)查表可以得到承載單個PS業(yè)務(wù)所需的無線資源帶寬。
對同一QoS要求的不同承載速率的多個PS業(yè)務(wù)，根據(jù)所有PS承載業(yè)務(wù)需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，考慮各個業(yè)務(wù)所需管道的加權(quán)和 等式右邊，Voli=ΣjVolji,]]>Volji表示承載數(shù)據(jù)率為j(如64kbps)和QoS為i(時延2s)的業(yè)務(wù)量，Pipeji(Vol)仿真曲線上一點，表示承載數(shù)據(jù)率為j，QoS為i，給定業(yè)務(wù)量Volji時所需的帶寬。等式左邊表示保障QoSi所需的業(yè)務(wù)帶寬。
步驟3，對于不同的QoS要求的PS業(yè)務(wù)混合，利用空閑容量復用來估算(圖3)，即具有嚴格QoS要求的業(yè)務(wù)容量余量可以容納部分低QoS要求的業(yè)務(wù)，以避免對不同QoS要求所需管道進行簡單相加所造成的過高的容量估算。對于某一QoS條件下業(yè)務(wù)的空閑容量，可以利用管道占用率估算。單業(yè)務(wù)單QoS的管道占用率定義為某一時間內(nèi)占用管道的時間百分數(shù)，計算為平均數(shù)據(jù)率和管道大小的比率。除以3600是因為Volji表示忙時傳輸數(shù)據(jù)量。
某一QoS的管道占用率，應(yīng)用加權(quán)求和
由此得到此QoS條件下的空閑容量SpareCapacityQoSi＝PipePacketQoSi·(1-PipeOccupancyQoSi)對CS承載和PS承載業(yè)務(wù)的混合情況，可以復用CS業(yè)務(wù)的空閑容量以承載部分PS業(yè)務(wù)。但必須保證滿足CS業(yè)務(wù)的阻塞概率要求同時避免低估估算結(jié)果。可以設(shè)定一個校正因子，表示只把空閑容量的一部分分配給PS業(yè)務(wù)同時考慮CS業(yè)務(wù)的波動。最后所需總的管道數(shù)為CS承載業(yè)務(wù)帶寬加上PS承載業(yè)務(wù)帶寬減去空閑容量復用數(shù)PipeTotal＝PipeCircuit+PipePacket-CctF□SpareCapaCircuit(12)其中，SpareCapaCircuit表示Qos要求為電路交換時的容量(即一個特例)，空閑容量校正因子CctF可以通過仿真得到，仿真表明取空閑容量的80％作為復用容量可以取得較好的平衡(阻塞性能和系統(tǒng)資源之間)。實際上根據(jù)所涉及的不同QoS要求，這個校正因子可以從60％～90％范圍變化。
權(quán)利要求
1.一種干擾受限系統(tǒng)的空中接口容量的估算方法，至少包括步驟PS承載混合業(yè)務(wù)容量估算步驟由該類業(yè)務(wù)的特征參數(shù)，根據(jù)管道仿真方法估算PS承載業(yè)務(wù)所需帶寬，再據(jù)此估算其混合業(yè)務(wù)所需的業(yè)務(wù)帶寬，計算公式為 其中Volji表示承載數(shù)據(jù)率為j和QoS為i的業(yè)務(wù)量，Pipeji(Vol)仿真曲線上一點，表示承載數(shù)據(jù)率為j，QoS為i，給定業(yè)務(wù)量Volji時所需的帶寬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干擾受限系統(tǒng)的空中接口容量的估算方法，其特征在于，還包括，CS承載混合業(yè)務(wù)容量估算步驟由該類業(yè)務(wù)的特征參數(shù)根據(jù)Erlang B公式進行計算，計算公式為BW＝CgBitratespeechgCAFspeech其中，CAFspeech為語音業(yè)務(wù)信道激活因子，Bitratespeech為語音承載速率，C為系統(tǒng)容量。
3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的干擾受限系統(tǒng)的空中接口容量的估算方法，其特征在于，還包括，CS承載和PS承載兩者混合業(yè)務(wù)容量估算步驟CS承載業(yè)務(wù)帶寬加上PS承載業(yè)務(wù)帶寬減去空閑容量復用數(shù)，PipeTotal＝PipeCircuit+PipePacket-CctF□SpareCapaCircuit其中CctF為空閑容量校正因子。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的干擾受限系統(tǒng)的空中接口容量的估算方法，其特征在于，所述CS承載混合業(yè)務(wù)容量估算步驟中的特征參數(shù)包括需求參數(shù)、QoS性能參數(shù)，所述的QoS性能參數(shù)可以是呼損率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的干擾受限系統(tǒng)的空中接口容量的估算方法，其特征在于，所述PS承載混合業(yè)務(wù)容量估算步驟中的特征參數(shù)包括需求參數(shù)、QOS性能參數(shù)，所述的QOS性能參數(shù)可以是吞吐量、時延。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的干擾受限系統(tǒng)的空中接口容量的估算方法，其特征在于，CS承載混合業(yè)務(wù)容量估算步驟中所述的系統(tǒng)容量C的計算方法為將系數(shù)bk、每類業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)量以及期望的最大阻塞概率作為輸入?yún)?shù)，利用多業(yè)務(wù)Erlang B定律獲得所需的系統(tǒng)容量C，根據(jù)多業(yè)務(wù)愛爾蘭定律變動系統(tǒng)容量C。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的干擾受限系統(tǒng)的空中接口容量的估算方法，其特征在于，所述的系數(shù)bk的計算方法為bk=BitRatekBitratespeechgCAFkCAFspeech]]>其中BitRatek數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載速率、Bitratespeech為語音承載速率、CAFk數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道激活因子、CAFspeech語音業(yè)務(wù)信道激活因子。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干擾受限系統(tǒng)的空中接口容量的估算方法，其特征在于，進行PS承載混合業(yè)務(wù)容量估算步驟中所述的管道仿真方法具體為首先根據(jù)單個PS承載業(yè)務(wù)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量、存儲的數(shù)據(jù)量以及由于存儲引起的延時等信息，在給定管道大小情況下得到緩沖器時延的累計分布函數(shù)，根據(jù)該累計分布函數(shù)制成估算表，根據(jù)查表得到承載單個PS業(yè)務(wù)所需的帶寬。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的干擾受限系統(tǒng)的空中接口容量的估算方法，其特征在于，所述進行CS承載和PS承載兩者混合業(yè)務(wù)容量估算步驟中的空閑容量復用數(shù)為SpareCapacityQoSi＝PipePacketQoSi·(1-PipeOccupancyQoSi)其中，PipePacketQoSi為PS承載混合業(yè)務(wù)容量估算，PipeOccupancyQoSi為某一QoS的管道占用率。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的干擾受限系統(tǒng)的空中接口容量的估算方法，其特征在于，所述的管道占用率定義為某一時間內(nèi)占用管道的時間百分數(shù)，計算為平均數(shù)據(jù)率和管道大小的比率， 某一QoS的管道占用率，應(yīng)用加權(quán)求和
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的干擾受限系統(tǒng)的空中接口容量的估算方法，其特征在于，所述進行CS承載和PS承載兩者混合業(yè)務(wù)容量估算步驟中的空閑容量校正因子為復用CS承載業(yè)務(wù)空閑容量的60％～90％。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的干擾受限系統(tǒng)的空中接口容量的估算方法，其特征在于，所述的空閑容量校正因子為復用CS承載業(yè)務(wù)空閑容量的80％。
全文摘要
本發(fā)明提供一種干擾受限系統(tǒng)的接口容量估算方法，在滿足各類業(yè)務(wù)QoS保障條件下，分別估算電路交換(CS)承載業(yè)務(wù)混合所需業(yè)務(wù)帶寬和分組交換(PS)承載業(yè)務(wù)混合所需業(yè)務(wù)帶寬。根據(jù)容量復用方法估算CS和PS承載業(yè)務(wù)混合所需總的帶寬。該估算方法能夠較為精確地估算支持多各業(yè)務(wù)混合所需的帶寬資源，同時由于采用了空閑容量復用方法能減少干擾受限系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配置和網(wǎng)絡(luò)增長的費用。
文檔編號H04W24/06GK1859690SQ20051010072
公開日2006年11月8日 申請日期2005年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月25日
發(fā)明者趙新勝, 李鵬 申請人:華為技術(shù)有限公司