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中兴通讯TD-SCDMA话务流动应对方案
一、 移动通信话务流动的挑战
在过去的2007年,频繁出现在经济领域的一个热点词语就是“流动性过剩”。流动性过剩导致经济过热、通胀恶化、房价飙升、股市疯狂。流动性过剩为何会成为令各国政府头痛的问题?主要原因是流动性导致局部经济过热,起伏太大,难以控制。
移动通信领域同样存在类似的流动性问题。虽然移动通信网整网的话务量是确定的(可以通过对人口密度、消费习惯等数据统计得到),但由于用户在站点的覆盖区域之间的自由移动,局部话务量的变化往往随着时间而变化,甚至会受天气、交通和集会的影响。话务流动性使热点区域在特定时刻出现突发大话务量,导致网络拥塞、无法接入。例如在奥运会期间,各大奥运场馆、奥运村和奥运中心区将汇聚全球媒体、观众、运动员,必然成为移动通信的热点地区。如何在应对该类型区域内大话务量流动的同时,实现降低建网成本,提升运营核心竞争力,成为摆在运营商面前的一道棘手难题。
对于一般的热点地区,可以通过在网络设计时留有一定的余量来应对话务流动。但是对于像奥运通信这样的场景,其特点是“大话务,高流动性”,突发话务量可能是平时的几倍,形成强烈的“潮汐效应”,难以通过设计余量来解决流动性问题。
这种突发大话务量、话务流动性强的特点,给网络的规划和部署带来了极大的挑战。若单纯地按照最大突发话务量来进行网络建设,不仅成本高昂,而且在技术和工程上存在巨大困难导致难以实施。因此必须采用更为灵活有效的手段来解决这个问题。
为了应对话务流动,我们首先来分析一下其典型场景,主要有两类:
话务迁徙:话务量每天周期性地在两个相邻地点进行来回迁徙,但是两地的总话务量基本保持稳定,这类流动性常见于CBD商圈和附近的大型住宅小区、奥运场馆和附近的奥运村。
突发流动:话务量突然升高、有预期,一般仅在每天的某个时段出现。常见于大型集会或者比赛结束,观众突发通信的场合。
下文将分别针对这两种主要的流动性,提出以流动性对付流动性,“以动制动”的话务流动应对方案。
二、“动态资源池”,对抗话务迁徙
在逻辑上,移动通信的基站设备可由三个单元构成:基带单元、中频单元、射频单元。受限于基站设备的系统架构,在传统蜂窝网络中,话务资源(基带、中频、射频)一般归属于特定的地理位置。当面对话务迁移所带来的周期性话务流动问题时,该方案难以共享区域之间的话务资源,因此增加了建网成本,降低了资源利用率,难以满足运营商低成本建网的要求。
针对话务迁移的流动性难题及运营商低成本建网的需求,中兴通讯充分研究TD-SCDMA系统的特点,创造性地提出了“资源池”方案,通过“池”的概念,可以让话务周期流动的两个区域之间共享同一话务资源,助力运营商快速构建低成本TD网络。
对于TD-SCDMA系统来说,实现“资源池”方案有天然的便利性。TD系统一直采用室外单元形式来改善上行覆盖。近年,TD基站设备的发展进一步丰富了其室外单元的功能,将除基带以外的所有功能块都放置在室外单元,室内和室外单元之间用光纤来传递基带信号,这种新架构给站点之间共享基带资源打下了基础。自2006年7月由中兴通讯首次在青岛开通TD基带池架构基站后,由于其工程施工简便、扩容灵活,基带资源池架构的TD基站已经成为业界主流,各大TD厂商纷纷推出了自己的类似产品,并且在TD扩大规模外场技术试验网中得到了广泛部署。
新架构的TD基站,使得热点地区的话务共享成为可能,给解决话务迁徙问题提供了硬件基础。但仅有基带池是不够的,更重要的是资源的调度和分配算法。配合灵活和智能的分配算法,才能切合两个热点区域的话务变动,以最小的代价满足最大的需求。目前的资源调度算法根据智能化程度有以下三种:
固定调度:资源的调配在固定的时刻发生,分配比例也不变,以CBD和住宅区为例,CBD区域白天基带资源分配比例80%,晚上则降为10%,90%的资源分配给住宅区;
周期性调度:周期性检查资源使用情况,做出重配;
全动态调度:根据两个热点地区的话务情况,一旦触发临界值,就产生资源重配。
从实现难度来说,固定调度最简单,但是确定的分配比例和切换时间,往往会和实际话务需求有一定的误差;周期性调度更进一步,但考虑到效率,不可能将周期设置得太短,对话务的实时变动不太敏感;全动态调度最灵活,也最能体现共享的效率,是目前资源共享技术的难点,也是主要发展方向。
中兴通讯2007年初推出资源共享方案后,一直在进行资源共享算法的增强工作,已经完全实现了全动态调度。即在基带池资源共享状态下,基带池针对每个站点固定配置所需最小基带单元,而不是一一对应配置,其余资源依照一定算法在多个站点之间进行调度。共享方式采用基于码道实时占用率的动态共享,系统实时统计每个小区的码道占用率,在一段时间内进行平滑处理,如果超出设定的阈值后,则从空闲基带资源中分配基带资源给该小区;如果没有空闲资源,则从其他轻载荷的小区抢占基带资源进行分配。抢占采用通知RNC迁移用户的方式进行,可以保证被抢占资源上用户的业务质量。
从图1可以看到动态资源池的使用带来的效益。假设生活区和场馆区的峰值话务量要求的站型都是S666(18载扇),如果不使用基带池,则总基带单元要求为36载扇。若采用动态基带池算法,两个区域的基带资源静态配置可以很小,比如S222(6载扇),而将12载扇的资源做动态共享配置。则总计24载扇即可满足全部的话务需求,节省基带资源达1/3。
三、“活动基站”,应对突发流动
对于话务的突发流动,如果突发持续时间比较长,话务量持续保持高位,可以考虑将网络临时扩容,这需要设备扩容灵活简便。
对于短时间的突发话务,仍以奥运会为例,在大型比赛结束时,观众步出奥运场馆,联系亲友、叫车问路等活动会导致话务量突升,结果是短时间内突发话务超出设计容量、导致通信系统拥塞。解决这种因为突发容量需求引起的网络问题,可以采用活动基站设备——应急通讯车。
TD-SCDMA系统的两个最大特点一是采用智能天线系统,在1.6MHz频带上实现3G业务,实现了高频谱利用率,二是采用塔顶单元RRU设计来获得更好的覆盖。对应急通讯车来说,要求在桅杆上安装室外单元和智能天线,给通讯车的承重设计提出了很高的要求。
随着近期TD产业的产品小型化技术进步,应急通讯车承重的问题基本得到解决,小型化技术主要包括:
8通道双极化智能天线,在保证覆盖和容量没有损失的前提下,智能天线重量减少41%以上,体积缩小一半,和2G天线基本等宽;
高集成度RRU单元,重量减少一半以上,降低了对桅杆的承重要求;
创新的光纤拉远技术,替代了沉重且收放困难的馈缆。
小型化的TD设备降低了应急通讯车的设计难度,使得TD基站快速部署成为可能。目前业界的小型化产品基本上已经成熟,以中兴通讯为首的TD厂商已积极地在外场部署和测试小型化TD产品,效果良好。
四、总结
移动通信因为话务流动形成的“潮汐效应”是网络建设的难点之一。本文结合TD-SCDMA产业发展的特点,提出的“动态资源池”和“活动基站”方案,能够解决主要的话务流动性问题,实现北京奥运通信“高效、可靠、安全”的目标,助力中国移动打造坚如磐石的移动宽带网络。
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