一、前言
GSM网络经过长期发展后，已经成长一个大容量的成熟网络，网络容量分析需要逐渐从粗放向精确转变，长期坚持容量的优化能使网络资源获得最佳效益。在实际容量分析过程中我们发现，通常当尚未达到理论能承载的话务量，即按照小区的载波数在一定的呼损条件下（通常取2%）查爱尔兰B表得到的小区能承载的话务量，网络就已经出现拥塞，导致设计的网络容量无法满足实际的话务需求。准确分析实际信道的承载能力已成为平衡网络容量安全和网络资源效益的杠杆。为此我们针对GSM网络实际信道承载能力作了一些探讨。
二、爱尔兰B在GSM网中应用的合理性分析
假定信道数目为n，则网络呼损的概率由下式计算确定：

A为流入话务量，B为损失话务量与流入话务量的比值。爱乐兰表由以上公式计算得出的。在目前做GSM初始网络规划时，不同信道可承载得话务量一般是应用爱尔兰B公式计算得出的，但是使用爱尔兰B公式的前提是呼叫应具有以下性质：
●每次呼叫相互独立，互不相关，即呼叫具有随机性；
●每次呼叫在时间上都有相同的概率；
●每个用户选用无线信道是任意的，且是等概的。
研究验证，由于下述原因实际流入信道的话务往往很难完全满足以上三个条件，
此时爱尔兰B公式不能准确描述小区无线信道呼损（B）、信道数（n）和流入话务量（A）三者之间的关系，理论值与实际值相差甚远。有较多因素均会对实际信道利用率产生影响，如：
用户呼叫位置变化带来的业务量的移动性：由于网络的容量由一个个小区组成，每个小区只负责一小部分用户的话务，而这些用户是移动的，因此每个小区瞬间的用户量是不断变化的，小区越小，这个用户量的变化越明显，因此考察一个长周期（如：一个小时），小区的用户数是稳定的，但在短周期内，用户数有很大的波动。
移动系统设置的呼叫重试以及移动系统小区间的切换均导致每次呼叫不完全独立。
用户呼叫时间变化和呼叫量的变化带来的系统业务量的波动性。
用户在特定地域和网络设备等交互影响下呼叫的峰值性：如小区覆盖范围内有体育馆，在赛事结束时，用户集中打电话联系，此时各个呼叫集中发生，其时间分布具有很强的相关性，小区话务突然急剧上升，小区一小时内的平均话务并不高，但在一小时内有几个高峰。
因此在实际网络容量优化时必须根据地域特点、不同话务模型对爱尔兰B表进行修正。
三、实际网络中小区信道利用率和拥塞率、拥塞时间的关系
通过上述分析我们可以理解修正爱尔兰B表的必要性，但是怎样判断一个小区的无线资源利用率与拥塞的关系呢？对不同的小区而言，受不同的话务结构、用户行为及配置等因素的影响，设备的实际利用效果不一致。有的小区在利用率超过80％时没有拥塞产生，但有的小区在利用率仅为60％时便产生了拥塞。各项外界因素对小区的影响可以从大量的统计结果中总结出特有的规律：
1、所有小区的话务量变化符合正态分布，即可以用平均值μ及标准差S两个参数来描述话务分布的特点。拥塞时间的分布同样具有正态分布的特点。
2、小区的利用率与拥塞时间两项指标之间具有指数分布的关系，但对于不同类型的小区具有不同的系数。

3、小区的拥塞率、拥塞时间呈现强相关性，不同小区的相关系数略有差异，统计小区相关系数仅在0.9516-0.992波动，因此可判定两者为强相关。
通过对大量的数据归类进行统计分析，我们发现可以摸索出针对不同载波配置、不同覆盖区域的小区实际信道利用率的合理值，从而对实际网络容量优化起到指导作用。
四、不同载波配置条件下小区的实际信道利用率
爱尔兰b表的基本特征是同等呼损下，线束越小承载的话务量越小；大线束有较大的平均信道利用率。很简单，如果一个小区的m个用户被分配到n个信道，而p为单个信道忙的概率，那么所有n个信道忙的概率就是Pn。对于一个固定的P值，Pn 肯定小于P。换句话说，如果一个用户接入单一信道其被阻塞的概率为p，但如果有n个信道可被接入则其被阻塞的概率为Pn 。根据爱尔兰b表典型载频配置的平均信道利用率，在呼损2%情况下的示意如下图：

为了得出不同载波配置下实际的信道承载能力，我们进行了大量实际统计数据的收集和统计分析，分析过程如下：
1、 对统计小区的话务量按照利用率（即实际话务量/爱尔兰B表呼损为2%的话务量）分段，分成21段（0％～5％，5％～10％，……，95％～100％，100％以上）
2、针对统计时段内各小区发生拥塞率大于2%的拥塞概率进行分析，拥塞概率即拥塞大于2%的次数与总小区统计次数。
3、对不同载波配置的小区进行分组分析，探讨相同载波配置小区的利用率、拥塞率、拥塞概率三者之间能否存在共性，通过大量的统计数据（包括3000多个小区的一个月的24小时统计数据）归类，并在去除一些覆盖特殊的小区后，发现三者确实存在固有规律。以6载波小区（44个话音信道）为例，当其利用率在76%左右时，发生拥塞大于2%的概率超过10%。而当载波数为12个（91个话音信道）时，信道利用率在76%左右时没有发生拥塞率大于2%的事件，当发生拥塞大于2%且拥塞概率大于10%的时候，利用率达到了83%。
通过这种方式我们总结出不同载波配置下不同的合理的信道利用率，详细见下表：

但是对一个地区的网络而言，载波的平均配置一般为5-6个载波，因此对于小载波（<3）和大载波（>9）的配置，由于该类载波配置小区比例较低导致统计的采样点小于接近平均载波配置的采用点，这一点需要更多更长统计数据来进一步修正。
五、不同覆盖区域小区的实际信道利用率
在进行上述分析时，我们摈弃了一些特殊小区，这些特殊小区的信道信道利用率低于相同载波配置的其他小区。例如有一个基站为覆盖高速公路的，其站址就设在公路旁的岗亭内，为单纯解决覆盖的站点，该小区为3个载波配置，其他3载波配制小区的信道利用率为57%左右，而该小区的信道利用率在40%时就100%概率出现了大于2%的拥塞。为此我们又将小区按照覆盖类型进行了分类，分类按照普通覆盖区域、覆盖铁路、覆盖高速、覆盖体育馆周围、覆盖展览馆周围等开展，实质上就是按照小区的覆盖区域的不同峰值特性再对实际信道利用率进行修正。由于不同地区、不同时间的用户行为规律不一致，因此各个地区必须根据当地的实际用户行为特征进行修正，并且应该周期性地研究当地用户行为特征的变化，及时进行再修正。
六、实际信道承载能力提高的探讨
我们知道，由蜂窝小区的特性和无线信号传播特点所决定，无线覆盖并不会使小区的覆盖区域完全固定，而且也不会是在某一区域内完全连续。我们的话务量（用户）是在这些蜂窝小区中流动的。所以，在分析一个小区性能的时候，孤立的分析一个小区是不严谨的。通过观察与其相关小区的性能可以从不同的角度来反映问题的情况，从而达到真正严密分析一个区域无线性能的目的。一个良好设计的网络意味着接近于零的服务偏差，即区域的阻塞率应尽可能等于单个小区的阻塞率。这样实际信道承载能力的提高就包括了两部分内容：提高单小区的信道利用率和提高区域的信道利用率。单个小区的信道利用率的提高可通过合理的配置载波来解决，而区域的利用率提高应该是解决区域的话务均衡，实际在信道利用率提高工作中应遵循先均衡区域话务后通过载波配置的调整的原则。
区域的话务均衡需要我们去发现某一小区与其相邻小区的相关性，并以该相关性为基础，去进一步研究某一区域的动态话务分布。实践中可通过对覆盖某一区域的小区进行关联排序，形成这些小区的有序链状结构。为尽可能准确的表现小区之间的相关性，在排序中相邻的小区尽量排列相关性最强的小区。这样得到的小区有序链状结构就可以如实的表现一片区域内无线地理分布。这里所说的无线地理分布不同于普通的从地理位置直接得到的小区地理分布，它是以小区间无线覆盖的交合性和用户在小区间的流动统计为基础的，而地理分布是基于小区的相对位置和之间距离。相对于地理分布，无线地理分布能够更直接、更准确地反映出小区的无线相关性。
手机更换服务小区的行为是由于手机接收的不同小区信号发生变化，它体现了用户在小区间的流动性，小区覆盖的交叠性，同时也反映了小区之间的关联性。由于手机在空闲状态下并不发送测量报告，小区重选过程也不会向系统报告，所以，我们所能收集的数据只能是手机在通话状态下的数据。这些数据可以包括手机的测量报告以及相邻小区间的切换情况。这些也正是我们可以利用的分析小区相关性的重要数据线索。手机的测量报告可以通过NCS获得，小区之间的切换情况可以通过统计获得。所以，小区相关性排序的原始数据可以是某个BSC的NCS测试结果、一段时间内小区切换次数等。
NCS是爱立信BSS系统提供的小区相邻关系的辅助分析工具，它可以通过修改需要分析小区的ACTIVE状态下的测量频点，来控制在这些小区通话的手机进行邻小区测量。这些手机测量所得到的测量报告被发送到BSC，并被存储下来。这里所得到的数据主要包括测量小区的BCCH、BISC、采样次数、平均信号强度、上报次数、排在测量报告中前六名的次数及信号强度等。我们可以根据不同的需要，在这些数据中选取最适合的数据，作为小区排序的原始数据，来生成小区序列。
小区切换统计则是反映了小区间的用户流动情况。由于切换过程中应用LOCATING算法，该算法并不是单纯以信号强度作为判断依据，而是综合了较多因素进行小区切换判断。所以，在一定程度上说，切换统计比单纯观察信号强度更能贴近用户感受，也更能反映实际网络中的小区话务流动情况。
NCS和切换统计两者对比来看，相同时间内，前者数据包含信息量明显要大，包含了手机测量报告中纯粹的信号强度、测量次数等内容，比较利于对小区无线性能进行分析。而如果是对话务进行分析的话，切换统计又相对准确一些。
通过对NCS和统计结果再处理后，我们就可得出小区间的相关系数，处理过程可采用不同方式，如每小区的测量报告或统计次数占总报告次数的比例等。得到相关性系数后再实施进一步的运算。不同的计算方法，相关性系数的数值就不同，将对以后的运算产生直接的影响。在得出小区相关性结果后，根据小区排序的结果，我们可以把小区的一天24小时或更长时间的话务分布统计按照所得顺序排列，下图横轴表示小区，纵轴表示时间，图表中的颜色表示话务量的大小


从上图可以看出，当图形中横向颜色变化比较剧烈时，表示该地可能存在话务分布不够均衡的状况。当连续几个小区话务较高时，说明该地高话务地点由多个小区进行覆盖，而如果只是单个小区出现话务较高的状况，则说明高话务地点主要由单个小区进行覆盖。从这上面判断，某一区域有话务增长或突发话务时，是对高话务的单个小区进行扩容还是对几个相关小区进行扩容。图中，纵向色彩变化表现了某一小区在一天中的话务变化情况。我们可以通过观察，发现各时段小区话务变化情况。如需对某一区域基站作调整时，可以提供调整的时间依据。
六、总结
在市场竞争激烈的今天，挖掘网络容量潜力提高网络利用率是网络服务的重要内容。不同区域的运营商应根据当地的实际地理环境、用户行为确定当地适合的信道承载能力。并按照实际信道承载能力不断完成区域话务均衡和小区载波硬件调整。
章莹：
工作单位：深圳移动通信公司网络优化部网络经理
学历：大学本科（南京邮电学院毕业）