FDD&TDD融合組網(wǎng)負(fù)荷均衡動態(tài)調(diào)整策略的研究

付康　張磊　王清府

【摘? 要】在FDD&TDD融合組網(wǎng)的背景下，存在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷不均衡現(xiàn)象。為解決此問題，首先，對FDD&TDD融合組網(wǎng)互操作參數(shù)和移動性負(fù)載均衡功能參數(shù)進(jìn)行深挖和研究;其次，從流量均衡、用戶接入分布均衡和基于用戶數(shù)均衡三個(gè)角度對融合組網(wǎng)負(fù)荷進(jìn)行評估、評判和制定對策;最后，通過驗(yàn)證和歸納總結(jié)，制定出了一套綜合解決或者緩解融合組網(wǎng)負(fù)荷均衡問題的方法和流程。通過驗(yàn)證表明，以上策略達(dá)到了降本增效，提升現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源容量，快速解決網(wǎng)絡(luò)擁塞，提升用戶上網(wǎng)感知的目的。

【關(guān)鍵詞】FDD&TDD融合組網(wǎng);互操作參數(shù);流量均衡;接入分布均衡;用戶數(shù)均衡

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2019.09.013? ? ? ? 中圖分類號：TN92

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? 文章編號：1006-1010（2019）09-0068-07

引用格式：付康，張磊，王清府. FDD&TDD融合組網(wǎng)負(fù)荷均衡動態(tài)調(diào)整策略的研究[J]. 移動通信， 2019，43（9）： 68-74.

Research on Dynamic Adjustment of Load Balancing in FDD&TDD?Convergence Network

FU Kang， ZHANG Lei， WANG Qingfu

[Abstract]?In the context of FDD&TDD convergence networking， there is an issue of network load imbalance. In order to solve this problem， firstly， the FDD&TDD converged networking interoperability parameters and mobility load balancing （MLB） function parameters are deeply investigated. Secondly， the fusion network load is evaluated in terms of traffic amount， user access distribution and user number， and the corresponding countermeasures are designed for load balancing. Finally， through verification and summary， a series of methodologies and processes are established to comprehensively solve or mitigate load balancing issues in converged networks. The verification shows that the above strategies have achieved cost reduction and efficiency enhancement， improved the capacity of current network resources， quickly solved network congestion， and improved the user's perception of Internet access.

[Key words]FDD&TDD convergence network; interoperability parameter; traffic equalization; access distribution equalization; user quantity balancing

1? ?引言

2018年4月3日，中國移動獲取FDD經(jīng)營許可牌照后，目前中國移動已建設(shè)TDD近五年，擁有TDD-LTE基站200多萬個(gè)，4G用戶數(shù)7億多戶，在此基礎(chǔ)上，為應(yīng)對未來NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)市場和在5G時(shí)代搶占先機(jī)，F(xiàn)DD&TDD融合組網(wǎng)已成為中國移動戰(zhàn)略任務(wù)和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)總體指導(dǎo)方針[1]。按照中國移動的部署，F(xiàn)DD&TDD融合組網(wǎng)主要有FDD900M&TDD和FDD1800M&TDD兩種組網(wǎng)形式，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)制式和帶寬特點(diǎn)，TDD為流量吸收層，F(xiàn)DD1800M為高熱點(diǎn)區(qū)域流量分擔(dān)層[2]（分擔(dān)TDD高流量），F(xiàn)DD900M作為廣度覆蓋和深度補(bǔ)盲[3]，流量分流模型圖如圖1所示。

本地網(wǎng)經(jīng)過五年的TDD網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，已經(jīng)擁有1 827個(gè)4G站點(diǎn)，為本地21.5萬多4G用戶提供著優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，為使本地網(wǎng)在未來市場中仍保證優(yōu)質(zhì)服務(wù)和競爭優(yōu)勢，在2018年下半年，中國移動開啟FDD一期265個(gè)站點(diǎn)（包含30個(gè)FDD1800M站點(diǎn)）的建設(shè)，啟動FDD&TDD融合組網(wǎng)[4]建設(shè)工作。

在FDD&TDD融合組網(wǎng)建設(shè)優(yōu)化過程中，F(xiàn)DD1800M開通后，高負(fù)荷FDD&TDD總流量雖然上漲，但高負(fù)荷TDD小區(qū)流量均降低，高負(fù)荷小區(qū)頻次降低，起到了融合組網(wǎng)流量分流[5]的作用，符合預(yù)期。而FDD900M開通后，存在FDD900M與TDD負(fù)荷不均衡現(xiàn)象，為解決FDD900M&TDD融合組網(wǎng)負(fù)荷不均衡問題，提升現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源的利用效率，達(dá)到降本增效的目的，本文接下來將對FDD&TDD融合組網(wǎng)負(fù)荷均衡動態(tài)調(diào)整進(jìn)行研究。

2? ?基于流量均衡的負(fù)荷動態(tài)調(diào)整技術(shù)探索

2.1? FDD&TDD流量均衡的判定

根據(jù)下行峰值速率公式，計(jì)算出TDD-LTE理論下載速率[6]為110 Mbit/s，F(xiàn)DD-LTE 5M為34 Mbit/s，推導(dǎo)出FDD900M與TDD流量承載能力比為1：3.2，故以FDD流量/TDD流量占比30%為判定準(zhǔn)繩，大于30%則不均衡。公式如下：

下行峰值速率=[RB數(shù)不同帶寬能力×12×14×（1-控制信道開銷%）×調(diào)制符號效率×發(fā)射模式能力×編碼效率]÷1ms ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

2.2? FDD&TDD流量均衡動態(tài)調(diào)整技術(shù)

針對FDD流量/TDD流量占比不均衡的現(xiàn)象，主要對FDD&TDD互操作參數(shù)[7]進(jìn)行研究，制定四套綜合的負(fù)荷均衡參數(shù)進(jìn)行逐層動態(tài)調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)負(fù)荷均衡的目的。目前本地網(wǎng)TDD共有5個(gè)頻段且空閑態(tài)駐留優(yōu)先級4級，TDD主要用于流量吸收，而FDD900M主要為深度補(bǔ)盲和廣度覆蓋，本次流量均衡成果主要是FDD900M流量向外均衡，如圖2所示：

通過對FDD&TDD互操作參數(shù)空閑態(tài)重選門限4項(xiàng)和連接態(tài)切換門限5項(xiàng)的研究，得到結(jié)論如表1、表2所示。

根據(jù)結(jié)果，制定出4套不同力度的流量均衡方案，從第1套至第4套順序，力度逐漸增大，4套定制方案如表3所示。

3? ? 基于用戶接入分布均衡的負(fù)荷動態(tài)調(diào)

整技術(shù)探索

3.1? 用戶接入分布均衡判定

由于FDD900M帶寬限制，理想狀態(tài)下，我們希望近距離用戶全部接入到TDD和FDD1800M，F(xiàn)DD900M只接入TDD和FDD1800M無法良好覆蓋的區(qū)域，從而使FDD900M負(fù)荷得以降低，用戶接入分布均衡[8]狀態(tài)圖如圖3所示：

實(shí)際應(yīng)用中，計(jì)算FDD&TDD融合組網(wǎng)現(xiàn)網(wǎng)中TDD-LTE 550 m內(nèi)用戶接入占比在70%左右，則TDD-LTE臨界點(diǎn)550 m內(nèi)外用戶接入占比模型為7/3，由于FDD&TDD融合組網(wǎng)為互補(bǔ)組網(wǎng)，故推導(dǎo)FDD-LTE臨界點(diǎn)550 m內(nèi)外用戶接入占比模型與之相反合理，即3/7，如式（3）。故以FDD 550m內(nèi)用戶接入占比30%為準(zhǔn)繩，超過30%，則判定為FDD用戶接入分布不均衡。

3.2? 基于用戶接入分布均衡動態(tài)調(diào)整技術(shù)

通過對FDD&TDD互操作參數(shù)TDD側(cè)2項(xiàng)和FDD側(cè)2項(xiàng)進(jìn)行挖掘，得到結(jié)論如表4所示。

根據(jù)結(jié)果，制定4套不同力度的方案，從第一套至第四套順序，力度逐漸增大，對用戶接入分布實(shí)施動態(tài)均衡，4套定制方案如表5所示。

4? ?基于用戶數(shù)均衡的負(fù)荷動態(tài)

調(diào)整技術(shù)探索

4.1? 基于用戶數(shù)負(fù)荷不均衡判定

按照業(yè)務(wù)速率受限評估，每個(gè)4G用戶要得到良好體驗(yàn)，需使用3.3個(gè)RB，F(xiàn)DD900M只有25個(gè)RB，得出同時(shí)激活用戶數(shù)約為7個(gè)，故設(shè)定FDD900M同時(shí)激活用戶數(shù)超過7個(gè)時(shí)，判定為用戶數(shù)負(fù)荷不均衡[9]。

4.2? 基于用戶數(shù)負(fù)荷均衡的調(diào)整技術(shù)

基于用戶數(shù)負(fù)荷均衡，主要采用MLB（Mobility Load Balancing， 移動性負(fù)載均衡）技術(shù)[10]進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。其主要分為：觸發(fā)模式、選擇目標(biāo)、負(fù)載均衡執(zhí)行三個(gè)階段，如圖4所示。

對該參數(shù)進(jìn)行研究，最終制定出以“用戶數(shù)觸發(fā)”，觸發(fā)門限為7，用戶偏置為3的方案。當(dāng)FDD同時(shí)激活用戶數(shù)>10（觸發(fā)門限7+用戶偏置3）時(shí)，開始執(zhí)行基于用戶數(shù)的負(fù)載均衡，且每次搬移5個(gè)用戶。具體技術(shù)方案如表6所示。

5? ?FDD&TDD負(fù)荷均衡動態(tài)調(diào)整流程圖

研究

通過FDD&TDD融合組網(wǎng)動態(tài)調(diào)整的研究，從流量均衡、用戶接入分布均衡和基于用戶數(shù)的負(fù)荷均衡三個(gè)角度對融合組網(wǎng)負(fù)荷均衡進(jìn)行思考、方案制定、成果驗(yàn)證和結(jié)論歸納總結(jié)，最終輸出動態(tài)調(diào)整流程圖。三個(gè)角度的方案既可獨(dú)立使用，也可綜合使用，最終達(dá)到FDD&TDD融合組網(wǎng)負(fù)荷均衡的目的。流程圖如圖5所示：

6? ?負(fù)荷均衡動態(tài)調(diào)整驗(yàn)證結(jié)論

實(shí)際工作中，F(xiàn)DD1800M開通后，高負(fù)荷FDD&TDD總流量雖然上漲，但高負(fù)荷TDD小區(qū)流量均降低，高負(fù)荷小區(qū)頻次降低，起到了流量分流的作用，符合預(yù)期，如圖6所示：

而FDD900M開通后，存在FDD與TDD負(fù)荷不均衡現(xiàn)象，主要體現(xiàn)為如下三種情況：（a）FDD&TDD流量分配不均衡，即共站址FDD900M&TDD站點(diǎn)中FDD900M流量大于TDD流量，F(xiàn)DD負(fù)荷高，不均衡;（b）用戶接入分布不均衡量，即存在近距離（550 m內(nèi)）FDD用戶接入占比高達(dá)80%以上，而TDD近距離用戶接入占比不到50%;（c）FDD最大激活用戶數(shù)不均衡，即FDD900M網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)激活用戶數(shù)大于受限值（7），影響用戶感知。故本次研究主要對FDD900M&TDD共站址負(fù)荷進(jìn)行應(yīng)用。

6.1? 流量均衡應(yīng)用情況

統(tǒng)計(jì)本地網(wǎng)，共59個(gè)小區(qū)FDD/TDD流量占比大于1/3，按方案逐次實(shí)施第一套至第四套，執(zhí)行完成后，目標(biāo)達(dá)成率（FDD流量占比小于30%）達(dá)到64.61%，效果明顯。如表7、表8所示：

執(zhí)行完成后，59個(gè)小區(qū)日均總流量提升了491.91 GB，流量均衡執(zhí)行前后流量變化圖如圖7所示。

6.2? 用戶接入分布均衡應(yīng)用情況

統(tǒng)計(jì)本地網(wǎng)，選取FDD 550 m內(nèi)接入占比大于30%且TDD 550 m內(nèi)接入占比小于55%的小區(qū)實(shí)施用戶接入分布均衡，共計(jì)38個(gè)小區(qū)，逐次實(shí)施第一至第四套方案。用戶接入分布均衡執(zhí)行詳情如表9所示。

動態(tài)執(zhí)行完成后，目標(biāo)達(dá)成率（FDD 550 m內(nèi)接入占比小于30%）僅為15.79%，不理想，主要是近距離深度覆蓋不足導(dǎo)致，但其目標(biāo)改善率（FDD 550 m內(nèi)接入占比調(diào)整后<調(diào)整前）達(dá)到了65.79%，效果明顯，如表10所示：

同時(shí)對改善的25個(gè)小區(qū)TDD和FDD的接入占比進(jìn)行分析，調(diào)整完成后，F(xiàn)DD 550 m內(nèi)接入小區(qū)占比降低10.16%，而TDD有一定提升，為0.51%，變化趨勢圖如圖8所示，說明調(diào)整后，近距離覆蓋較好的部分用戶從FDD轉(zhuǎn)移到了TDD，成果得以實(shí)現(xiàn)。

動態(tài)執(zhí)行完成后，38個(gè)小區(qū)日均流量提升了331.98 GB，其流量提升示意圖如圖9所示。

6.3? 基于用戶數(shù)均衡應(yīng)用情況

統(tǒng)計(jì)全網(wǎng)，F(xiàn)DD最大激活用戶數(shù)大于10的小區(qū)共計(jì)15個(gè)，對其實(shí)施基于用戶數(shù)的負(fù)荷均衡，調(diào)整完成后，發(fā)現(xiàn)15個(gè)小區(qū)最大激活用戶數(shù)均改善，其中11個(gè)小區(qū)達(dá)到目標(biāo)（目標(biāo)需求≤7），目標(biāo)達(dá)成率為73.33%。如表11所示。

調(diào)整后，15個(gè)小區(qū)日均總流量增加355.62 GB，流量提升示意圖如圖10所示。

7? ?結(jié)束語

FDD&TDD融合組網(wǎng)負(fù)荷均衡，從小區(qū)流量均衡、用戶接入分布均衡和用戶數(shù)均衡三個(gè)方面進(jìn)行探討和研究，以融合組網(wǎng)的互操作參數(shù)和移動性負(fù)載均衡參數(shù)為技術(shù)基礎(chǔ)，研究制定相應(yīng)均衡方案，并分別進(jìn)行驗(yàn)證。最終成功得出結(jié)論，三個(gè)方面的實(shí)施均能有效地改善FDD&TDD融合組網(wǎng)不均衡問題，最大化提升現(xiàn)有資源的能效，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)承載能力，提升網(wǎng)絡(luò)容量，達(dá)到降本增效的目的，同時(shí)三項(xiàng)均衡方案并不存在技術(shù)沖突，按照動態(tài)調(diào)整流程圖，綜合使用，效果更佳。

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