TD—LTE雙載波技術(shù)以及負荷均衡應(yīng)用

陳彬 魏丹

【摘要】 隨著4G用戶的逐漸增長，熱點區(qū)域的TD-LTE單載波將無法滿足用戶大帶寬和高容量的需求。在不增加硬件的條件下，開通雙載波功能，使用負載均衡切換， 可以充分利用現(xiàn)有頻率資源，將單載波上的用戶進行分流，達到提升系統(tǒng)吞吐量、小區(qū)容量和用戶感知的目的。

【關(guān)鍵詞】 TD-LTE 雙載波 負荷均衡

一、引言

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的爆發(fā)性增長，用戶對手機上網(wǎng)、視頻點播、收發(fā)郵件、下載等業(yè)務(wù)由接受轉(zhuǎn)為依賴，移動運營商必須提供更大的帶寬和容量來滿足用戶的需求。隨著4G用戶的逐漸增長，熱點區(qū)域的單載波已經(jīng)不能保證用戶的需求，雙載波的部署顯得越發(fā)重要。目前，雙載波的部署采用負荷均衡的方式，根據(jù)服務(wù)小區(qū)和其鄰區(qū)負荷狀態(tài)合理平衡小區(qū)間、頻率間和無線接入技術(shù)之間的負荷，達到負荷分擔(dān)，充分利用現(xiàn)有頻率資源，提高系統(tǒng)吞吐量，提升用戶感知的目的。

二、TD-LTE雙載波以及負荷均衡工作原理

雙載波是為提高單個基站容量，通過使用兩個頻段，共用天饋、共用RRU并配合相關(guān)負載切換來實現(xiàn)不增加站點，提升小區(qū)容量來保障下載速率。移動性負載均衡（Mobility Load Balancing）是通過判斷本小區(qū)的負載高低，進行小區(qū)間負載信息交互，將負載從較為繁忙的小區(qū)轉(zhuǎn)移到剩余資源較多的小區(qū)。這樣既協(xié)調(diào)了異頻小區(qū)之間的負載分布，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源利用最大化，又也可將小區(qū)的一部分負載轉(zhuǎn)移到其它制式小區(qū)，降低E-UTRAN系統(tǒng)擁塞率，有利于提升業(yè)務(wù)的接入成功率，改善用戶的業(yè)務(wù)感受。因此，移動性負載平衡可以分為異頻負載平衡和異系統(tǒng)負載分擔(dān)。

TD-LTE采用同RRU下的雙小區(qū)、雙載波技術(shù)，本質(zhì)上就是兩個各采用20M的LTE小區(qū)覆蓋同一或部分重疊區(qū)域，并使用負載均衡算法在同系統(tǒng)兩小區(qū)之間進行業(yè)務(wù)均衡，以滿足在某種場景下的使用，提升系統(tǒng)吞吐率及用戶使用感知。

三、TD-LTE雙載波組網(wǎng)分析

3.1 雙載波分層組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

雙載波分層組網(wǎng)主要分為同頻段雙載波和異頻段雙載波組網(wǎng)兩個方式：

同頻段雙載波分層組網(wǎng)主要適用于人口密度比較大且比較均勻的鬧市區(qū)，單載波組網(wǎng)容量受限場景，兩個20M小區(qū)配置使用相同的功率配置，覆蓋完全相同的地理位置。目前主要針對中國移動的室分E頻段和密集城區(qū)D頻段間的負荷均衡。這種組網(wǎng)方式下，小區(qū)1（F1頻點）和小區(qū)2（F2頻點）都進行連續(xù)覆蓋，對于小區(qū)邊緣F1和F2頻點都將受到基本等同的同頻干擾。兩個小區(qū)可以采用共RRU共天饋方式也可以采用不同天線，建議進行共站同覆蓋兩個小區(qū)間的負荷均衡，不考慮非同覆蓋相鄰小區(qū)間的負荷均衡。

異頻段雙載波分層組網(wǎng)主要適用于人口密度大，但業(yè)務(wù)分布不均勻的區(qū)域。兩個頻段小區(qū)（各20M）部分同覆蓋，高頻段做熱點小區(qū)，吸收容量，低頻段小區(qū)做覆蓋小區(qū)，兩者的發(fā)射功率可以相同，也可以不同。目前主要針對中國移動F＼D共BBU情形下，F(xiàn)頻段進行連續(xù)覆蓋，D進行熱點區(qū)域覆蓋的負荷均衡。如在這種組網(wǎng)方式下，小區(qū)邊緣主要存在F頻段的同頻干擾，對于D頻點，只在同一基站內(nèi)不同小區(qū)覆蓋區(qū)域間存在少量重疊。F和D共BBU，分RRU，兩個頻點小區(qū)可以采用同一天饋，也可以采用不同天饋，共天饋時F和D時隙配置無要求，不共天饋時，當(dāng)時隙配置不一致時天線需要滿足一定的空間隔離度。

3.2 雙載波分層組網(wǎng)功能分析

分層組網(wǎng)的目的是提升系統(tǒng)容量，在負荷均衡算法中要首先保證KPI指標(biāo)，任何算法以不影響KPI指標(biāo)為前提，主要考慮的指標(biāo)包括開機附著成功率、切換成功率、接入成功率、掉線率等。在此基礎(chǔ)上可以考慮以下算法的實現(xiàn)：

（1）基于硬件負荷（CPU占用率）和業(yè)務(wù)負荷（PRB利用率）對同覆蓋或部分同覆蓋的兩個小區(qū)進行負荷均衡控制，以實現(xiàn)兩個小區(qū)的負荷平衡和整體吞吐量最優(yōu)；

（2）基于小區(qū)選擇的均衡策略，同頻通過調(diào)整q-RxLevMin與q-OffsetCell參數(shù)，使得用戶初始接入時選擇駐留到高負荷小區(qū)的負荷均衡過程；

（3）基于靜態(tài)參數(shù)配置實現(xiàn)空閑態(tài)用戶的分布策略，同頻雙載波小區(qū)可以通過調(diào)整q-RxLevMin與q-OffsetCell重選參數(shù)，對同覆蓋小區(qū)的空閑態(tài)用戶進行重選的負荷均衡過程，異頻雙載波小區(qū)通過設(shè)置頻率優(yōu)先級、重選參數(shù)門限的配置使得空閑用戶按照期望的分布比例駐留到D、F頻段，設(shè)置D頻段為高優(yōu)先級，F(xiàn)頻段低優(yōu)先級的策略，首先需要分別得出測試區(qū)域D、F頻段RSRP覆蓋的CDF分布圖，根據(jù)CDF的統(tǒng)計結(jié)果設(shè)置參數(shù)，一般期望中心用戶駐留在D頻段，邊緣用戶駐留在F頻段；

（4）基于快速切換的均衡策略，通過快速切換（不需要測量上報）方式對同覆蓋或部分同覆蓋小區(qū)的激活態(tài)用戶進行負荷調(diào)整，負荷調(diào)整過程中選擇用戶需要同時兼顧電平、業(yè)務(wù)、質(zhì)量的綜合考慮；

（5）開啟負荷調(diào)整的判斷條件，同覆蓋或部分同覆蓋小區(qū)中的一個小區(qū)達到高負荷門限，同時高負荷小區(qū)和低負荷小區(qū)的負荷差值達到一定門限則觸發(fā)負荷調(diào)整過程；或者考慮相對門限，即兩個小區(qū)的負荷差異達到門限值，啟動負荷均衡調(diào)整過程，如果兩個小區(qū)的負荷都達到高負荷狀態(tài)，則不進行負荷調(diào)整。但要防止小區(qū)間乒乓切換，可以基于A3測量的同、異頻切換算法，防止終端發(fā)生乒乓切換。

四、TD-LTE雙載波應(yīng)用舉例

4.1 室分同頻雙載波應(yīng)用舉例

同基站鄰區(qū)和服務(wù)小區(qū)的負荷由同一個CC板進行計算，因此鄰區(qū)的負荷獲取不是問題，可以采用基于快速切換的均衡策略。本次應(yīng)用選擇室分基站的雙載波小區(qū)負荷均進行測試驗證。

4.2 室分同頻雙載波測試步驟

分別選擇E頻段的某室內(nèi)小區(qū)配置雙載波，測試步驟如下：

（1）選擇某E頻段的室內(nèi)LTE小區(qū)，中心頻點為2330MHZ；

（2）新建該小區(qū)的另一個中心頻點為2350MHZ，即該小區(qū)配置雙載波，此時記2330MHZ頻點的小區(qū)為1小區(qū)，2350MHZ頻點的小區(qū)為2小區(qū)；

（3）首先關(guān)閉2小區(qū)，關(guān)閉負荷均衡功能，使用6個UE同時接入1小區(qū)進行下載業(yè)務(wù)，并記錄每個UE的RSRP、SINR及下載速率，統(tǒng)計此條件下小區(qū)的下行總吞吐量及UE平均下載速率；

（4）打開2小區(qū)，開啟雙載波負荷均衡功能，在步驟3的條件下（所有UE的下載任務(wù)未中斷），通過設(shè)置PBR參數(shù)、負荷均衡門限等，觀察這些之前接入1小區(qū)做業(yè)務(wù)的UE是否會通過負荷均衡遷移至2小區(qū)；

（5）如果步驟4中有部分UE成功從1小區(qū)遷移至2小區(qū)，說明該功能生效，此時分別記錄各個UE所在的小區(qū)、RSRP、SINR及下載速率，并統(tǒng)計小區(qū)的下行總吞吐量及UE平均下載速率；

（6）對比步驟3和步驟5的小區(qū)下行總吞吐量及UE平均下載速率；

（7）終端分別附著在兩個小區(qū)下，使用后臺信令跟蹤，通過信令分析以及通話成功率確定CSFB功能是否正常啟用，并測試統(tǒng)計相關(guān)指標(biāo)。

4.3 室分同頻雙載波測試結(jié)論

單用戶保障速率為4M情況下小區(qū)的負荷均衡測試結(jié)果如表1所示。

結(jié)論：根據(jù)上述測試結(jié)果，開啟雙載波負荷均衡算法功能后，當(dāng)小區(qū)達到負荷均衡執(zhí)行門限后，部分UE（本次6個UE成功遷移3個）會從負荷高的小區(qū)遷移至負荷低的小區(qū)，同基站雙載波負荷均衡算法功能生效。通過同基站負荷均衡前后下行吞吐量的比較可知，雙載波小區(qū)總的吞吐量由100.3M提升至195M，UE平均下載速率由16.72M提升至32.5M，提升效果顯著。開通RRU雙載波后，在4G異頻雙載波下，進行語音業(yè)務(wù)，RRC_CONN_REL消息中會包含2G頻點信息，且RRC手機終端用戶均能正常使用CSFB功能，進行語音業(yè)務(wù)。

五、TD-LTE雙載波后續(xù)演進-聚合載波技術(shù)

LTE載波聚合（CA）技術(shù)的核心思路是：將多個連續(xù)或離散載波聚合在一起，形成一個更寬頻譜。這種技術(shù)的應(yīng)用既滿足了LTE-Advanced在帶寬方面的需求，又可以提高頻譜碎片的利用率，用以提升用戶的數(shù)據(jù)傳輸速率，并減少延遲。雖然目前的LTE移動終端能夠支持多個LTE射頻信道，但是每次只能通過一個信道進行下載；而LTE載波聚合可以實現(xiàn)同時在兩個或多個LTE射頻信道上的下載，它有助于充分利用芯片組的額定LTE數(shù)據(jù)速率組。