LTE下行頻率選擇性調(diào)度研究

陳浩凱

(中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司深圳分公司，廣東　深圳　518026)

LTE下行頻率選擇性調(diào)度研究

陳浩凱

(中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司深圳分公司，廣東深圳518026)

摘要:LTE系統(tǒng)引入下行頻率選擇性調(diào)度(Downlink Frequency Selective Scheduling，DL-FSS)用于盡可能避開(kāi)衰落和干擾。抽取26個(gè)小區(qū)作為實(shí)驗(yàn)樣本，通過(guò)指標(biāo)分析和外場(chǎng)測(cè)試，研究下行頻率選擇性調(diào)度所帶來(lái)的增益、資源投入以及影響，同時(shí)分析DL-FSS增益與激活用戶(hù)數(shù)的關(guān)系。最后，針對(duì)研究結(jié)果提出了DL-FSS實(shí)施的建議以及總結(jié)梳理DL-FSS的增益原理。

關(guān)鍵詞:頻率選擇性；調(diào)度；每PRB吞吐量

LTE系統(tǒng)采用了共享信道的機(jī)制，為了更加有效地利用和分配共享資源，需要在不同用戶(hù)之間進(jìn)行調(diào)度[1]。無(wú)線(xiàn)環(huán)境中，信號(hào)在蜂窩基站與移動(dòng)臺(tái)之間的傳播通常是直射、反射和繞射等多種路徑混合組成的多徑傳播。多徑效應(yīng)帶來(lái)的信道衰落，可分為平坦衰落和頻率選擇性衰落。越復(fù)雜的環(huán)境，譬如中心城區(qū)，無(wú)線(xiàn)傳播產(chǎn)生的路徑越多，頻率選擇性也越明顯。另一方面，相鄰小區(qū)間存在同頻干擾，但各子帶上的干擾功率并不相同。在LTE系統(tǒng)中，下行頻率選擇性調(diào)度(Downlink Frequency Selective Scheduling，DL-FSS)可以利用子帶信道質(zhì)量指示(Channel Quality Indicator，CQI)的上報(bào)和調(diào)度盡可能地避開(kāi)衰弱和干擾。

目前，對(duì)DL-FSS實(shí)驗(yàn)研究較少。參考文獻(xiàn)[2]通過(guò)某小區(qū)的外場(chǎng)測(cè)試信令分析，表明DL-FSS可以實(shí)現(xiàn)用戶(hù)在較好的資源塊(Resource Block，RB)上接入。參考文獻(xiàn)[3]通過(guò)外場(chǎng)測(cè)試的方法對(duì)某小區(qū)的吞吐量進(jìn)行DL-FSS、下行頻分調(diào)度(Downlink Frequency Diversity Scheduling，DL-FDS)對(duì)比。但到目前為止，尚未有文章通過(guò)對(duì)群體小區(qū)進(jìn)行DL-FSS的完整性實(shí)驗(yàn)指標(biāo)分析，研究其帶來(lái)的增益、資源投入與影響。本文抽取26個(gè)小區(qū)作為實(shí)驗(yàn)樣本，通過(guò)指標(biāo)分析和外場(chǎng)測(cè)試，研究下行頻率選擇性調(diào)度所帶來(lái)的增益、資源投入以及影響，同時(shí)分析DL-FSS增益與激活用戶(hù)數(shù)的關(guān)系。最后，針對(duì)研究結(jié)果提出了DL-FSS實(shí)施的建議以及總結(jié)梳理DL-FSS的增益原理。

1DL-FSS工作原理和實(shí)驗(yàn)研究思路

1.1工作原理

目前下行調(diào)度方案通常分為兩種，DL-FSS和DL-FDS。DL-FDS是基站通過(guò)用戶(hù)的全帶CQI上報(bào)等計(jì)算用戶(hù)的優(yōu)先級(jí)，按照用戶(hù)的調(diào)度優(yōu)先級(jí)，從低頻段向高頻段依次向其分配下行資源。DL-FSS則是基站采用用戶(hù)上報(bào)的子帶CQI進(jìn)行各子帶調(diào)度優(yōu)先級(jí)的計(jì)算，按照其子帶優(yōu)先級(jí)依次進(jìn)行調(diào)度，盡量使用戶(hù)分別在各自信道質(zhì)量最好的子帶上調(diào)度。總之，DL-FSS實(shí)際上是通過(guò)更多的子帶信息量進(jìn)行更精細(xì)的調(diào)度以獲取頻率選擇性增益。DL-FSS涉及兩個(gè)重要的模塊，分別是子帶的劃分和子帶CQI的上報(bào)。對(duì)于20 Mbit/s帶寬，協(xié)議上已規(guī)定采用8個(gè)物理資源塊(Physical Resource Block，PRB)為1個(gè)子帶[4]。用戶(hù)則針對(duì)不同的子帶進(jìn)行子帶CQI上報(bào)。

1.2研究思路

1.2.1后臺(tái)指標(biāo)分析

實(shí)驗(yàn)通過(guò)抽樣26個(gè)小區(qū)(17個(gè)宏站、9個(gè)室分)為群體樣本實(shí)施DL-FSS，并讀取前后兩周的后臺(tái)指標(biāo)以進(jìn)行如下分析：群體樣本的增益與關(guān)鍵指標(biāo)變化、資源投入、增益與激活用戶(hù)數(shù)的關(guān)系以及宏站、室分增益指標(biāo)對(duì)比等。

1.2.2外場(chǎng)測(cè)試分析

實(shí)驗(yàn)通過(guò)在群體樣本中抽取一個(gè)小區(qū)進(jìn)行外場(chǎng)測(cè)試，主要分析DL-FSS對(duì)“好”“中”“差”樣本點(diǎn)的性能影響；以及驗(yàn)證DL-FSS是否會(huì)對(duì)“好點(diǎn)”個(gè)體下載速率造成負(fù)面影響；驗(yàn)證周邊小區(qū)50%負(fù)載加擾情況下的增益提升。

2實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果

2.1群體樣本的初步分析

通過(guò)兩周的觀測(cè)，將后臺(tái)主要指標(biāo)分為三類(lèi)列表對(duì)比(見(jiàn)表1)。首先，第一類(lèi)指標(biāo)是體現(xiàn)DL-FSS增益的指標(biāo)。如表1所示，每PRB吞吐量，高階調(diào)制比例以及下行吞吐率均有較大的提升。其次，第二類(lèi)是體現(xiàn)DL-FSS資源投入的指標(biāo)，如表1中的物理上行共享信道(Physical Uplink Shared Channel，PUSCH)非業(yè)務(wù)占用PRB數(shù)提升了23%，物理上行鏈路控制信道(Physical Uplink Control Channel，PUCCH)占用PRB小幅度上漲，上行速率輕微下降。

最后，第三類(lèi)是現(xiàn)網(wǎng)的關(guān)鍵性指標(biāo)，主要用于判斷其是否會(huì)受到DL-FSS的影響。如表1所示，無(wú)線(xiàn)接通率、掉線(xiàn)率和切換成功率均基本保持穩(wěn)定，丟包率則有小幅度的下降。結(jié)合以上的初步指標(biāo)分析，可輸出初步的結(jié)論：DL-FSS一方面可以提升CQI，從而降低丟包率，提升高階調(diào)制占比、提升每PRB吞吐量以及下行吞吐率，但另一方面也會(huì)使得PUSCH和PUCCH的資源占用有所增加。

表1DL-FDS/FSS性能對(duì)比

指標(biāo)分類(lèi)對(duì)比項(xiàng)DL-FDSDL-FSS變化率/%第一類(lèi)每PRB吞吐量/kbit0.2530.2654.7464QAM比例/%31.4833.97.6816QAM比例/%22.1423.345.42QPSK比例/%46.3842.76-7.8第二類(lèi)下行吞吐率/(Mbit·s-1)10.3911.177.51上行吞吐率/(Mbit·s-1)1.431.42-0.7PUSCH非業(yè)務(wù)占用PRB數(shù)8.8510.9123.34PUCCH占用PRB數(shù)11.1611.270.99第三類(lèi)下行丟包率/%7.405.90—無(wú)線(xiàn)接通率/%99.8699.80—無(wú)線(xiàn)掉線(xiàn)率/%0.100.13—切換成功率/%99.4999.66—

2.2群體樣本的深入分析

群體樣本的深入分析，主要探討的是樣本小區(qū)的資源投入變化，增益與激活用戶(hù)數(shù)的變化規(guī)律探索等。圖1中所有小區(qū)的PUSCH和PUCCH的PRB數(shù)相對(duì)于DL-FDS的增長(zhǎng)比繪出，從中發(fā)現(xiàn)幾乎所有小區(qū)的PUSCH的資源均有所增長(zhǎng)，但PUCCH資源的增長(zhǎng)與減少的小區(qū)數(shù)約各占50%。結(jié)合前面的群體指標(biāo)的初步分析結(jié)論，可以進(jìn)一步斷定，DL-FSS主要影響的還是PUSCH資源投入增加，而對(duì)PUCCH資源的影響較小。

圖1　樣本小區(qū)資源變化分析

圖2探討每PRB吞吐量DL-FSS增益和下行激活用戶(hù)數(shù)(注：1 ms采樣周期)的關(guān)系。

從圖2中發(fā)現(xiàn)，bit/PRB DL-FSS增益和下行激活用戶(hù)數(shù)并未呈現(xiàn)明顯的變化規(guī)律，但是若下行激活用戶(hù)數(shù)過(guò)小會(huì)出現(xiàn)增益不穩(wěn)定的情況。由此得到結(jié)論，

圖2　每PRB吞吐量DL-FSS增益與下行平均激活用戶(hù)數(shù)關(guān)系

在DL-FSS實(shí)施前，可通過(guò)下行平均激活用戶(hù)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)是否有穩(wěn)定增益的初步判斷。

2.3群體樣本的場(chǎng)景分析

在場(chǎng)景的分析中，本文主要探討宏站和室分場(chǎng)景的關(guān)鍵指標(biāo)變化，從而探討下載速率的提升問(wèn)題。表2將宏站室分的DL-FDS/FSS指標(biāo)一一列出，可從中發(fā)現(xiàn)最明顯的區(qū)別在于高階調(diào)制占比。宏站的調(diào)制占比主要是QPSK，均值在52%左右，而室分的調(diào)制占比主要是64QAM，均值在59%左右。

表2宏站/室分的DL-FDS/FSS指標(biāo)對(duì)比

類(lèi)別每PRB吞吐量/kbit64QAM比例/%16QAM比例/%QPSK比例/%下行吞吐率/(Mbit·s-1)宏站FDS0.24622.8224.1553.039.30宏站FSS0.26024.5123.9951.5010.24室分FDS0.26858.4615.8625.6814.27室分FSS0.27659.4021.5619.0414.06

圖3是將宏站、室分的DL-FSS相對(duì)DL-FDS的提升比以柱狀圖繪出，可發(fā)現(xiàn)，宏站主要是提升64QAM的占比并且下行吞吐率有一定提升。而室分主要是提升16QAM的占比，但下載速率卻有所下降。此處的結(jié)果和上文的群體樣本初步分析結(jié)論出現(xiàn)矛盾。從表2和圖3中的現(xiàn)象猜測(cè)，是否是室分高階調(diào)制占比較高，SINR值好，所以下行吞吐率難以提升？為了進(jìn)一步驗(yàn)證此處猜想，本次實(shí)驗(yàn)接著進(jìn)行了個(gè)體樣本的外場(chǎng)測(cè)試。

圖3　不同場(chǎng)景DL-FSS指標(biāo)提升比分析

2.4個(gè)體樣本的測(cè)試分析

個(gè)體樣本實(shí)驗(yàn)選取一個(gè)LTE宏站小區(qū)，測(cè)試過(guò)程中分別選取了“好”“中”“差”點(diǎn)進(jìn)行FTP測(cè)試。從測(cè)試結(jié)果(圖4)中發(fā)現(xiàn)，“好”點(diǎn)由于物理下行共享信道(Physical Downlink Shared Channel，PDSCH)資源的占用減少，下行吞吐率的確有明顯下降，而“中”“差”點(diǎn)則有明顯的上升，并且環(huán)境越差，提升比例也越高。另外，在周邊小區(qū)50%負(fù)載加擾的環(huán)境下，DL-FSS的增益是仍然存在的。

圖4　花園小區(qū)-HLH-1 DL-FSS分析

3實(shí)施建議與總結(jié)

3.1實(shí)施建議

首先，建議選擇“小區(qū)下行平均激活用戶(hù)數(shù)>0.08”的宏站小區(qū)實(shí)施DL-FSS，可獲得較穩(wěn)定增益。對(duì)于室分小區(qū)，若期望提升小區(qū)下行吞吐率則不建議實(shí)施DL-FSS；若期望提升邊緣用戶(hù)感知?jiǎng)t建議實(shí)施，但較大概率會(huì)降低該小區(qū)下行吞吐率。其次，本方案應(yīng)用前，應(yīng)主要觀測(cè)PUSCH利用率情況，根據(jù)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)值，開(kāi)啟后PUSCH非業(yè)務(wù)PRB會(huì)提升23%左右，可提前做好評(píng)估。最后，本方案應(yīng)用后，由于無(wú)線(xiàn)環(huán)境的不確定性，難以在實(shí)施前做準(zhǔn)確效果預(yù)判，因此應(yīng)觀察3天的指標(biāo)情況，對(duì)于每PRB吞吐量無(wú)明顯提升的建議關(guān)閉DL-FSS。

3.2增益總結(jié)

結(jié)合上文分析，如圖5所示，DL-FSS是可以通過(guò)CQI的提升改善性能，但其增加PUSCH/PUCCH的資

源占用對(duì)下載速率也會(huì)造成影響，兩者相互權(quán)衡。但從改善邊緣用戶(hù)感知為出發(fā)點(diǎn)，本文仍然建議根據(jù)上文的實(shí)施建議開(kāi)啟DL-FSS，提升客戶(hù)滿(mǎn)意度。

圖5　DL-FSS增益總結(jié)

參考文獻(xiàn)：

[1]王映民.TD-LTE技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社出版，2010.

[2]陳國(guó)忠.LTE頻率選擇性調(diào)度研究和分析[J].電信技術(shù)，2014(5)：47-49.

[3]饒志華，湯冠軍，陳彥.TD-LTE主要功能—下行頻率選擇性調(diào)度(DLFSS)測(cè)試研究[J].中國(guó)新通信，2014(11)：114-115.

[4]3GPP TS 36.213，Physical layer procedures[S].2008.

Study on downlink frequency selective scheduling in LTE system

CHEN Haokai

(ShenzhenBranch,ChinaMobileGroupGuangdongCo.,Ltd,GuangdongShenzhen518026,China)

Abstract:To avoid the fading and the interference mentioned above, in LTE system, the downlink frequency selective scheduling (DL-FSS) is introduced. Through the analysis of the key performance indicators and the field experiment, 26 cells are selected as the experimental samples to study the gain, cost and the influence of DL-FSS. At the same time, the relationship between the gain of DL-FSS and the number of active users are analyzed. Lastly, based on the analysis, the theory of the gain for DL-FSS is obtained. And the suggestions for the implement of DL-FSS are presented.

Key words:frequency selective; scheduling; throughput in each PRB

中圖分類(lèi)號(hào):TN929.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.16280/j.videoe.2016.02.018

作者簡(jiǎn)介：

陳浩凱，碩士，主要研究方向?yàn)長(zhǎng)TE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化以及LTE-A Relay技術(shù)。

責(zé)任編輯：許盈

收稿日期：2015-08-06

文獻(xiàn)引用格式：陳浩凱. LTE下行頻率選擇性調(diào)度研究[J].電視技術(shù)，2016，40(2):93-95.CHEN H K. Study on downlink frequency selective scheduling in LTE system[J].Video engineering，2016，40(2):93-95.