LTE多載波網(wǎng)絡(luò)用戶感知平衡策略研究

谷俊江，楊福理，杜 丘，許恒斌（中國聯(lián)通江蘇分公司，江蘇南京210000）

1 概述

中國聯(lián)通落實(shí)聚焦創(chuàng)新合作戰(zhàn)略，著力推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)化管理，降低資費(fèi)水平，隨著冰激凌和2I2C不限量業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)流量爆發(fā)式增長，熱點(diǎn)區(qū)域因負(fù)荷高導(dǎo)致用戶感知惡化問題凸顯，多載波擴(kuò)容作為一種快速提升網(wǎng)絡(luò)容量的重要手段被廣泛采用。

多載波主要分為基礎(chǔ)覆蓋載波和容量載波2類，通常情況下用戶在移動(dòng)的過程中首先會(huì)從周邊小區(qū)重選或切換至基礎(chǔ)覆蓋載波，載波間主要通過基于“PRB或用戶數(shù)”的觸發(fā)模式策略實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡（MLB——Mobility Load Balancing）。

國家“提速降費(fèi)”政策，特別是中國聯(lián)通2I2C用戶的快速增長，極大地促進(jìn)了數(shù)據(jù)流量增長，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)主要面臨兩大挑戰(zhàn)。

a）數(shù)據(jù)流量激增，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷快速增長，熱點(diǎn)區(qū)域容量不足。數(shù)據(jù)流量爆發(fā)式增長，2018年3月日均流量為2 531 TB，同比增長384%，無線資源利用率為58.20%，與去年同期相比增長156%，環(huán)比上月增幅36.47%，熱點(diǎn)區(qū)域負(fù)荷高，容量不足。

b）基礎(chǔ)覆蓋載波和擴(kuò)容載波間用戶感知的極度不均衡。前期網(wǎng)絡(luò)主要通過基于“PRB或用戶數(shù)”的負(fù)載均衡（MLB）觸發(fā)模式實(shí)現(xiàn)載波間策略，但一般情況下由于擴(kuò)容載波同頻干擾小，空口質(zhì)量優(yōu)于基礎(chǔ)載波，導(dǎo)致擴(kuò)容載波的單用戶速率遠(yuǎn)高于基礎(chǔ)覆蓋載波，下行RTT時(shí)延和端到端業(yè)務(wù)優(yōu)秀率等指標(biāo)也優(yōu)于基礎(chǔ)覆蓋載波，占用不同載波用戶的使用差異很大，不同載波用戶感知不平衡。

因此有必要從“用戶實(shí)際感知”出發(fā)對移動(dòng)性負(fù)載均衡參數(shù)進(jìn)行研究，優(yōu)化調(diào)整網(wǎng)絡(luò)配置策略，最終實(shí)現(xiàn)“不論用戶占用哪個(gè)載波，載波間用戶實(shí)際感知相當(dāng)”的目標(biāo)。

2 多載波感知擬合及均衡研究思路

2.1 用戶感知速率基線分析

2.1.1 視頻高質(zhì)量業(yè)務(wù)體驗(yàn)要求的終端側(cè)初緩速率

用戶對視頻業(yè)務(wù)的時(shí)延非常敏感，正常用戶可接受的內(nèi)容加載時(shí)延為3 s，考慮初緩準(zhǔn)備時(shí)延和TCP慢啟動(dòng)過程，終端側(cè)初緩速率=（初始緩沖包Mbit/3s）×［（3s+0.75s）/3s］=（12/3）×［（3+0.75）/3］=5 Mbit/s才能滿足720P視頻高質(zhì)量業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

其中0.75 s為初始速率爬坡階段的時(shí)長，包含初始窗口和初始交互時(shí)延，一般為700～750 ms。

2.1.2 視頻高質(zhì)量業(yè)務(wù)體驗(yàn)要求的無線話統(tǒng)平均速率

對滿足5 Mbit/s速率的用戶占比與無線話統(tǒng)平均用戶速率進(jìn)行關(guān)聯(lián)擬合分析，為保障80%用戶的終端初緩速率達(dá)到5 Mbit/s，無線話統(tǒng)平均用戶速率需達(dá)到10 Mbit/s（見圖1）。

圖1 視頻高質(zhì)量業(yè)務(wù)體驗(yàn)要求的無線話統(tǒng)平均用戶速率

2.2 用戶感知拐點(diǎn)擬合分析

對用戶平均吞吐率、小區(qū)自忙時(shí)平均CQI和PRB利用率進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，CQI越高，編碼效率越高，用戶平均吞吐率越高；PRB利用率越高，空中接口物理資源利用率越高，用戶平均吞吐率越低（見圖2）。

單用戶速率10 Mbit/s感知拐點(diǎn)：PRB利用為60%，平均CQI為9.5。

圖2 感知拐點(diǎn)擬合

單用戶速率5 Mbit/s感知拐點(diǎn)：PRB利用為80%，平均CQI為9。

2.3 定義用戶感知均衡評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

從下行單用戶速率和下行平均RTT時(shí)延2個(gè)維度對多載波間用戶感知是否均衡進(jìn)行評價(jià)。根據(jù)對用戶感知差異性的分析結(jié)果，感知平衡評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要分為3個(gè)層次：均衡、相對均衡和嚴(yán)重不均衡（見表1）。

表1 感知均衡評估標(biāo)準(zhǔn)

2.4 對某地（市）初步評價(jià)情況

通過對某地全網(wǎng)多載波扇區(qū)感知均衡現(xiàn)狀進(jìn)行評估，均衡扇區(qū)占比28.31%，相對均衡扇區(qū)占比39.76%，嚴(yán)重不均衡扇區(qū)31.93%，雙載波用戶感知平衡策略研究勢在必行。

2.5 主要感知場景選擇

分別選取擴(kuò)容20 MHz、15 MHz、10 MHz和5 MHz帶寬進(jìn)行參數(shù)配置試驗(yàn)，探索不同擴(kuò)容帶寬場景下的配置策略（見圖3）。

圖3 MLB原理

2.6 作用參數(shù)選取策略

同覆蓋扇區(qū)載波擴(kuò)容場景，同扇區(qū)小區(qū)的方位角、下傾角、參考信號功率配置一致，采用盲MLB負(fù)載均衡策略，公共基礎(chǔ)參數(shù)配置如表2所示。

表2 公共參數(shù)設(shè)置

本次對空閑態(tài)和業(yè)務(wù)態(tài)2個(gè)方面4條參數(shù)進(jìn)行修改驗(yàn)證，期望達(dá)到平衡小區(qū)單用戶速率的目的（見表3）。

表3 感知平衡研究參數(shù)

a）本小區(qū)的“小區(qū)重選優(yōu)先級”和鄰小區(qū)配置的本小區(qū)“異頻頻點(diǎn)小區(qū)重選優(yōu)先級”保持一致。

b）“異頻負(fù)載均衡用戶數(shù)門限”參數(shù)表示觸發(fā)異頻負(fù)載平衡算法時(shí)上行同步態(tài)的用戶數(shù)門限。負(fù)載平衡算法觸發(fā)模式為“用戶數(shù)模式”或“PRB模式或用戶數(shù)模式”時(shí)，當(dāng)上行同步態(tài)用戶數(shù)大于等于異頻負(fù)載平衡用戶數(shù)門限與負(fù)載平衡用戶數(shù)偏置之和時(shí)，觸發(fā)負(fù)載平衡。當(dāng)上行同步態(tài)用戶數(shù)小于異頻負(fù)載平衡用戶數(shù)門限時(shí)，退出負(fù)載平衡。

c）“小區(qū)能力縮放因子”參數(shù)表示小區(qū)負(fù)載均衡能力的縮放因子，用于調(diào)整用戶數(shù)觸發(fā)的負(fù)載均衡特性的收斂目標(biāo)。小區(qū)能力乘以小區(qū)能力縮放因子用來表征小區(qū)負(fù)載均衡能力，負(fù)載均衡特性的收斂目標(biāo)為單位小區(qū)能力中的負(fù)載相當(dāng)。

d）“優(yōu)先駐留主小區(qū)優(yōu)先級”參數(shù)含義：該參數(shù)設(shè)置得越高，表示該小區(qū)的優(yōu)先駐留主小區(qū)優(yōu)先級越高，該參數(shù)設(shè)置得越低，表示該小區(qū)的優(yōu)先駐留主小區(qū)優(yōu)先級越低。

3 多載波用戶感知均衡研究過程

目前現(xiàn)網(wǎng)中主要存在“多載波插花”和“多載波連片”2種多載波覆蓋場景，接下來分別對這2種場景進(jìn)行用戶感知平衡研究。

3.1 “多載波插花”場景參數(shù)設(shè)置研究

3.1.1 擴(kuò)容20 MHz小區(qū)場景

以XZ_QS_泉山區(qū)雨潤新城38#樓機(jī)房_FLD_A_1為例，目前L1800與L2100小區(qū)用戶數(shù)均衡，由于L2100同頻干擾小，空口質(zhì)量好，單用戶速率及流量較高（見表4）。

表4 XZ_QS_泉山區(qū)雨潤新城38#樓指標(biāo)

調(diào)整負(fù)荷均衡用戶數(shù)門限、縮放因子和重選優(yōu)先級，提高擴(kuò)容載波L2100承載的用戶數(shù)，降低L1800負(fù)荷和提升用戶速率（見表5）。

試驗(yàn)結(jié)果：當(dāng)L2100小區(qū)承載用戶數(shù)占比達(dá)到85%時(shí)，2個(gè)載波之間速率差值2.33 Mbit/s，下行RTT時(shí)延差值6.71 ms，感知均衡效果良好（見表6）。

表5 感知平衡參數(shù)設(shè)置性能指標(biāo)

表6 不同配置下的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)對比

3.1.2 擴(kuò)容15 MHz小區(qū)場景

以XZ_YL_云龍區(qū)金山福地機(jī)房_FL_A_1為例，該扇區(qū)擴(kuò)容了帶寬為15 MHz的L2100載波，L2100（帶寬為15 MHz）小區(qū)同頻干擾小，單用戶速率優(yōu)于L1800（帶寬為20 MHz）基礎(chǔ)覆蓋小區(qū)（見表7）。

表7 XZ_YL_云龍區(qū)金山福地機(jī)房指標(biāo)

調(diào)整負(fù)荷均衡用戶數(shù)門限、縮放因子和重選優(yōu)先級，提高擴(kuò)容載波L2100承載的用戶數(shù)，降低L1800負(fù)荷和提升用戶速率（見表8）。

表8 感知平衡參數(shù)設(shè)置

試驗(yàn)結(jié)果：當(dāng)擴(kuò)容載波承載用戶占比達(dá)到75%時(shí)，2個(gè)載波之間速率相差2.05 Mbit/s，下行RTT時(shí)延相差7.4 ms，感知均衡效果良好（見表9）。

表9 不同配置下的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)對比

3.1.3 擴(kuò)容10 MHz小區(qū)場景

以XZ_QS_礦大南湖校區(qū)竹苑機(jī)房_FL_C_1為例，該扇區(qū)擴(kuò)容帶寬為10 MHz的L1800帶內(nèi)小區(qū)，擴(kuò)容載波的同頻干擾小，空口質(zhì)量好且用戶較少，單用戶速率高（見表10）。

表10 XZ_QS_礦大南湖校區(qū)竹苑機(jī)房指標(biāo)

調(diào)整負(fù)荷均衡用戶數(shù)門限、縮放因子、重選優(yōu)先級，提高擴(kuò)容載波L1800 10 MHz承載的用戶數(shù)，降低L1800 20 MHz小區(qū)負(fù)荷以提升小區(qū)用戶速率（見表11）。

表11 感知平衡參數(shù)設(shè)置

試驗(yàn)結(jié)果：當(dāng)擴(kuò)容的L1800 10 MHz小區(qū)載波用戶數(shù)占比達(dá)到70%左右時(shí)，2個(gè)載波之間感知均衡效果良好，單用戶速率相差1.58 Mbit/s，時(shí)延相差4.24 ms，感知均衡效果良好（見表12）。

3.1.4 擴(kuò)容5 MHz小區(qū)場景

以XZ_YL_云龍區(qū)東甸子移動(dòng)網(wǎng)機(jī)房_FL_B_1為例，該扇區(qū)擴(kuò)容了帶寬為5 MHz的L1800帶內(nèi)小區(qū)，擴(kuò)容小區(qū)帶寬較小，用戶數(shù)、流量和單用戶速率均低于20 MHz小區(qū)（見表13）。

調(diào)整負(fù)荷均衡用戶數(shù)門限、縮放因子和重選優(yōu)先級，提高擴(kuò)容載波承載的用戶數(shù)，降低L1800 20 MHz基礎(chǔ)覆蓋小區(qū)的負(fù)荷和提升用戶速率（見表14）。

表12 不同配置下的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)對比

表13 XZ_YL_云龍區(qū)東甸子移動(dòng)網(wǎng)機(jī)房指標(biāo)

表14 感知平衡參數(shù)設(shè)置

試驗(yàn)結(jié)果：5 MHz擴(kuò)容小區(qū)初始用戶數(shù)較少，隨著負(fù)荷均衡用戶數(shù)門限及小區(qū)能力縮放因子的提高，承載用戶數(shù)略有增多，業(yè)務(wù)增長，單用戶速率有所提升，但隨著小區(qū)優(yōu)先級的繼續(xù)提高，5 MHz小區(qū)用戶過多后單用戶速率開始下降，因此擴(kuò)容5 MHz小區(qū)不宜承擔(dān)過多用戶，建議作為CA輔載波使用（見表15）。

表15 不同配置下的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)對比

3.2 “多載波連片”場景參數(shù)設(shè)置研究

3.2.1 連片擴(kuò)容20 MHz小區(qū)場景

以NJ_QX_HW_仙林南師2_FL_A_1為例，周邊區(qū)域均擴(kuò)容了帶寬為20 MHz的L2100載波，L1800與L2100小區(qū)的用戶數(shù)和業(yè)務(wù)流量基本均衡，L2100的單用戶速率與L1800比仍高，感知不平衡（見表16）。

表16 NJ_QX_HW_仙林南師2指標(biāo)

調(diào)整小區(qū)負(fù)荷均衡用戶數(shù)門限、能力縮放因子和重選優(yōu)先級，提高L2100小區(qū)承載的用戶數(shù)，提升L1800小區(qū)用戶速率（見表17）。

試驗(yàn)結(jié)果：當(dāng)L2100小區(qū)用戶數(shù)占比達(dá)到85%時(shí)，2個(gè)載波間速率較為均衡，2個(gè)載波的單用戶速率均高于20 Mbit/s，下行RTT時(shí)延差值7.98 ms，感知平衡良好（見表18）。

表18 不同配置下的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)對比

3.2.2 連片擴(kuò)容15 MHz小區(qū)場景

以NJ_JN_HW_東南梅園_FLW_C_1為例，該扇區(qū)用戶較多，L1800與L2100小區(qū)的用戶數(shù)相比較高，業(yè)務(wù)流量基本均衡，L1800的單用戶速率比L2100低（見表19）。

調(diào)整負(fù)荷均衡用戶數(shù)門限、縮放因子、重選優(yōu)先級和優(yōu)先駐留主小區(qū)優(yōu)先級，提高L2100小區(qū)承載的用戶數(shù)，提升L1800小區(qū)用戶速率（見表20）。

表19 NJ_JN_HW_東南梅園_FLW指標(biāo)

表20 感知平衡參數(shù)設(shè)置

試驗(yàn)結(jié)果：修改L2100（15 MHz）小區(qū)的小區(qū)能力縮放因子后，用戶數(shù)及數(shù)據(jù)流量無明顯變化，感知速率差異依舊較大；進(jìn)一步修改L2100（15 MHz）小區(qū)的異頻負(fù)載均衡用戶數(shù)門限和優(yōu)先駐留主小區(qū)優(yōu)先級后，L2100（15 MHz）小區(qū)承載用戶比例增高。當(dāng)L2100（15 MHz）小區(qū)用戶數(shù)占比達(dá)到80%時(shí)，2個(gè)載波之間的單用戶速率差值1.78 Mbit/s，下行RTT時(shí)延差值17.22 ms，感知速率良好（見表21）。

表21 不同配置下的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)對比

3.2.3 連片擴(kuò)容10 MHz小區(qū)場景

選取NJ_YH_HW_雨花商廈_FL_A_1小區(qū)進(jìn)行試點(diǎn)，該扇區(qū)為L1800帶內(nèi)20+10 MHz帶寬配置，L1800_1650（帶寬20 MHz）比L1800_1506（帶寬10 MHz）小區(qū)的用戶數(shù)和業(yè)務(wù)流量高，單用戶速率較L1800_1506（帶寬10 MHz）低，感知速率不平衡（見表22）。

調(diào)整負(fù)荷均衡用戶數(shù)門限、縮放因子和異頻重選優(yōu)先級，提高L1800_1506（帶寬10 MHz）小區(qū)承載的用戶數(shù)，提升L1800_1650（帶寬20 MHz）小區(qū)用戶速率（見表23）。

試驗(yàn)結(jié)果：當(dāng)L1800_1500頻點(diǎn)小區(qū)用戶數(shù)占比達(dá)到55%時(shí)，2個(gè)載波間的單用戶速率差值2.20 Mbit/s，下行RTT時(shí)延差值10.07 ms，感知較為平衡（見表24）。

表22 NJ_YH_HW_雨花商廈_FL指標(biāo)

表23 感知平衡參數(shù)設(shè)置

表24 不同配置下的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)對比

3.2.4 連片擴(kuò)容5 MHz小區(qū)場景

以XZ_QS_丁樓技校學(xué)生宿舍1號樓_FL_A_1小區(qū)為例，該扇區(qū)擴(kuò)容L1800帶內(nèi)5 MHz載波，2個(gè)載波下行單用戶速率均較低（見表25）。

表25 XZ_QS_丁樓技校學(xué)生宿舍1號樓指標(biāo)

調(diào)整負(fù)荷均衡用戶數(shù)門限、縮放因子和重選優(yōu)先級，提升用戶速率（見表26）。

表26 感知平衡參數(shù)設(shè)置

試驗(yàn)結(jié)果：隨著擴(kuò)容小區(qū)異頻負(fù)載均衡用戶數(shù)門限、縮放因子及重選優(yōu)先級的提高，5 MHz小區(qū)承載的業(yè)務(wù)量上升，但單用戶速率和下行RTT時(shí)延下降明顯，如果5 MHz小區(qū)承載過多的用戶，用戶的感知反而下降（見表27）。

表27 不同配置下的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)對比

4 配置策略匯總

多載波組網(wǎng)場景，可依據(jù)空口質(zhì)量和感知速率等指標(biāo)詳細(xì)情況，調(diào)整小區(qū)重選優(yōu)先級、負(fù)載均衡用戶數(shù)門限、小區(qū)能力縮放因子和優(yōu)先駐留主小區(qū)優(yōu)先級，將用戶和數(shù)據(jù)流量在載波間遷移，最終實(shí)現(xiàn)多載波用戶感知平衡的結(jié)果。

匯總典型參數(shù)配置建議如表28所示。

5 結(jié)束語

本次通過對多載波區(qū)域的移動(dòng)性負(fù)載均衡策略研究，探索實(shí)現(xiàn)用戶感知平衡的參數(shù)設(shè)置策略，該優(yōu)化成果既可以有效評價(jià)全網(wǎng)多載波網(wǎng)絡(luò)的均衡性，又能分層次對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行策略調(diào)整指導(dǎo)，在推動(dòng)全網(wǎng)用戶感知平衡的基礎(chǔ)上，有效提高頻譜效率、網(wǎng)絡(luò)資源利用率，降低網(wǎng)絡(luò)投資。

表28 感知平衡典型參數(shù)配置建議