LTE多頻組網(wǎng)協(xié)同優(yōu)化分析與研究

周普成（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

隨著移動通信網(wǎng)絡的迅猛發(fā)展，當今社會已經(jīng)步入大數(shù)據(jù)、云計算等高度信息化的時代。移動網(wǎng)絡發(fā)展隨之帶動的各類信息化產(chǎn)業(yè)日趨豐富，移動通信用戶對網(wǎng)絡的服務質(zhì)量要求越來越高。對于通信網(wǎng)絡運營商而言，需要全面提升移動網(wǎng)絡承載信息的能力、效率和質(zhì)量。

分析現(xiàn)網(wǎng)的各類網(wǎng)絡性能指標，其中端到端指標可直接反映現(xiàn)網(wǎng)用戶真實的使用情況，能直觀反饋網(wǎng)絡各節(jié)點的問題。所以，做好端到端的優(yōu)化指標，更有利于通信市場的可持續(xù)發(fā)展，提升網(wǎng)絡競爭力。

提升網(wǎng)絡的核心競爭力，必須提升客戶對網(wǎng)絡的感知。無線網(wǎng)絡覆蓋的優(yōu)劣，在用戶層面可直接反映在信號是否滿格、使用手機流量是否穩(wěn)定和流暢兩個方面。信號滿格是指手機終端接收網(wǎng)絡移動信號強度的大小，但是僅憑信號強度滿足要求，并不能確定網(wǎng)絡性能一定達標。合理科學評估網(wǎng)絡質(zhì)量，還需要對網(wǎng)絡覆蓋的各類性能指標進行細致、準確的分析和判斷。目前，現(xiàn)網(wǎng)的LTE 800M網(wǎng)絡較LTE 1.8G/2.1G網(wǎng)絡覆蓋更廣，但存在網(wǎng)絡容量不足的缺陷。在網(wǎng)絡帶寬方面，使用LTE 800M網(wǎng)絡僅能達到深度覆蓋最基礎的指標要求。面對這一系列網(wǎng)絡問題，必須找到針對性的解決方案。例如，可以在現(xiàn)網(wǎng)的CQI高階占比指標上做一定優(yōu)化，CQI高階占比越高，說明網(wǎng)絡覆蓋質(zhì)量越優(yōu)，用戶使用網(wǎng)絡的感知體驗越好。對于現(xiàn)網(wǎng)1.8G小區(qū)，在原有網(wǎng)絡帶寬的基礎上提升30%，即在原有的15M帶寬基礎上臨時增加5M帶寬，可以獲得更高的網(wǎng)絡容量，從路測數(shù)據(jù)上可直觀反映上下行速率的顯著提升。同時，通過異頻切換門限控制，選擇現(xiàn)網(wǎng)不同覆蓋場景的使用頻段，保證所覆蓋的小區(qū)占用最優(yōu)頻段，可達到優(yōu)化網(wǎng)絡資源利用率的效果，也可提升現(xiàn)網(wǎng)用戶使用網(wǎng)絡的體驗。

1 多頻網(wǎng)絡優(yōu)化分類

1.1 帶寬資源

以典型的春節(jié)用戶業(yè)務變化情況為例。對于春節(jié)期間人口流入地區(qū)，移動用戶的大幅度增長導致網(wǎng)絡負荷突發(fā)性增加，現(xiàn)網(wǎng)的15M帶寬已經(jīng)不能完全滿足春節(jié)預估用戶容量的需求。現(xiàn)網(wǎng)1.8G小區(qū)與其移動聯(lián)通存在5M帶寬保護帶可以被臨時利用，作為在春節(jié)期間應對網(wǎng)絡流量突發(fā)性增長的臨時保障帶寬，用來提升現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)絡容量，改善4G用戶的上網(wǎng)體驗。春節(jié)結(jié)束后，及時將臨時占用的5M帶寬回退，保障網(wǎng)絡帶寬的合理性。

1.2 功率資源

由于現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)絡中，部分LTE 800M小區(qū)存在功率余量，可以對現(xiàn)網(wǎng)空余功率資源進行合理優(yōu)化利用。例如：通過對現(xiàn)網(wǎng)部分LTE 800M小區(qū)做PA/PB性能參數(shù)調(diào)整來提升小區(qū)下行信道的功率，有效提升小區(qū)用戶的上網(wǎng)速率，從而獲得更好的網(wǎng)絡使用體驗。

1.3 多頻協(xié)同

現(xiàn)網(wǎng)LTE 800M網(wǎng)絡的用戶量大幅度增長，導致現(xiàn)網(wǎng)出現(xiàn)大批量的LTE 800M高負荷站點，用戶對網(wǎng)絡的感知較差，急需通過網(wǎng)絡優(yōu)化手段解決此類問題。通過對現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)絡相關指標進行分析得知，目前現(xiàn)網(wǎng)的LTE 1.8G/2.1G向LTE 800M的切換滿足條件為1.8G/2.1G＜-109 dBm且800M＞-105 dBm，而該門限無法駐留RSRP在-109 dBm至-114 dBm之間的用戶[1]。為了減少800M小區(qū)的網(wǎng)絡負荷，使得移動用戶較多的駐留在現(xiàn)網(wǎng)1.8G/2.1G小區(qū)，可通過調(diào)整1.8G/2.1G向800M的切換門限值來實現(xiàn)。

2 多頻優(yōu)化原理

2.1 合理使用帶寬資源保護間隔

最初分配給電信運營商FDD 1.8 GHz網(wǎng)絡為15M的帶寬，頻譜帶寬資源有限。電信與移動和聯(lián)通運營商之間均有較大的頻點帶寬保護間隔，對于迫切需要提升用戶感知的特殊時期，可被作為臨時增加網(wǎng)絡容量的手段加以合理使用。調(diào)整后雖然下行與移動和聯(lián)通有1M帶寬交疊，但對網(wǎng)絡的影響較小。

2.2 LTE 800M小區(qū)的CQI提升原理

2.2.1 CQI

CQI（Channel Quality Indicator）即信道質(zhì)量指示，是無線信道的通信質(zhì)量測量標準。CQI能夠代表一個給定信道的信道測量標準，而信道質(zhì)量是根據(jù)相應載波的下行參考信號測量得到額。通常，一個高值的CQI表示一個信道有好的質(zhì)量；反之，亦然。LTE的下行物理共享信道（PDSCH）支持QPSK、16QAM和64QAM共3種編碼方式[2]，依次需要的信道條件也不相同。編碼方式越高，依賴的信道條件需要越好。CQI≥10是采用64QAM調(diào)制的必要條件，CQI≥7是采用16QAM調(diào)制的必要條件。采用高階調(diào)制方式，在同等條件下能獲得更高的下載速率。目前，很多地區(qū)的電信運營商采用CQI≥7的比例來衡量網(wǎng)絡覆蓋水平。

高階編碼方式的使用提高了空口的編碼方式和效率，能大幅提高下行數(shù)據(jù)速率，顯著提升用戶的感知度。隨著LTE網(wǎng)絡覆蓋的不斷完善，CQI指標逐漸成為無線專業(yè)優(yōu)化的重中之重。

2.2.2 Pa/Pb原理

如圖1所示，在下行功率計算中，經(jīng)常使用Pa、Pb參數(shù)來定義A類、B類符號的功率增益。當業(yè)務信道的功率增益增加，CQI性能指標隨之改善。Pb設置越大，說明分配給B類符號的功率越大，主要是增加RS下行參考功率，提升深度覆蓋指標。PA是指非RS列的PDSCH功率，PA越小，表示A類PDSCH業(yè)務信號功率越低，容易產(chǎn)生無線側(cè)誤碼。RB在調(diào)度此類資源時，容易造成下行傳輸速率降低、誤碼升高、掉線等問題。所以，廠家一般要求PA/PB設置相同，確保RS下行參考功率與業(yè)務信道功率保持一致，可反映無線網(wǎng)絡的實際覆蓋情況。

（1）Pa/Pb參數(shù)

無線網(wǎng)絡中，Pb取值越大，ReferenceSignalPwr在原來的基礎上抬升越高，越能獲得更好的信道估計性能，增強PDSCH的解調(diào)性能，但是減少了PDSCH（Type B）的發(fā)射功率。

（2）Pa對無線網(wǎng)絡的影響

RS功率一定時，增大該參數(shù)，增加了小區(qū)基站業(yè)務信道的發(fā)射功率，提高了小區(qū)所有用戶的MCS和小區(qū)吞吐率，但可能造成功率受限，網(wǎng)管會提示網(wǎng)絡參數(shù)配置有誤，超過了門限值；反之，降低小區(qū)基站業(yè)務信道的發(fā)射功率和MCS，則會造成小區(qū)吞吐率的下降。如果將Pa設置過大，可能會導致實際發(fā)射功率逼近RRU的額定功率。這種情況下不得不降低原定的RS信號功率設置，有可能影響覆蓋率。所以，僅針對功放有余量的小區(qū)可改變Pa指標，提升該小區(qū)的CQI優(yōu)良比。

2.3 控制800M小區(qū)用戶數(shù)的參數(shù)注釋

控制800M小區(qū)的用戶數(shù)主要是引用了切換事件中的A5-1事件。在1.8G/2.1G向800M小區(qū)異頻打開測量門限不變的情況下，調(diào)整A5-1門限值，減少到800M小區(qū)的切換。A5-1的意義是服務小區(qū)質(zhì)量低于門限值A5-1，通過調(diào)整該參數(shù)來達到控制2.1G/1.8G小區(qū)與800M小區(qū)間的切換，讓用戶更多駐留在容量相對充足的1.8G/2.1G小區(qū)，同時減小800M小區(qū)的網(wǎng)絡負荷。

LTE切換涉及的事件定義，如圖2所示。

圖1 Pa/Pb的定義示意圖

圖2 LTE切換涉及的事件定義

3 優(yōu)化效果評估

3.1 LTE 1.8G網(wǎng)絡小區(qū)帶寬擴容方案效果評估

基于春節(jié)業(yè)務量變化的場景，提出擴容方案。市區(qū)的用戶數(shù)下降，主要用戶轉(zhuǎn)移到農(nóng)村區(qū)域，但農(nóng)村區(qū)域站點較少，無法及時進行大批量新建基站或擴小區(qū)的操作[2]。經(jīng)過方案研究對比得出結(jié)論，通過臨時提升小區(qū)的帶寬來提升小區(qū)的容量和用戶感知是較為快捷和高效的方法。由于現(xiàn)網(wǎng)存在RRU不支持20M帶寬的情況[3]，只能將不支持20M帶寬的RRU集中在幾個區(qū)域。同時，在做擴容時將15M與20M的邊界做特殊門限修改。經(jīng)過前期多次驗證和指標跟蹤，最終確認邊界小區(qū)異頻切換事件為A2+A3，門限值A2為-95 dBm、A3為鄰接小區(qū)大于服務小區(qū)3 dBm。此項優(yōu)化工作在春節(jié)前完成，經(jīng)測試網(wǎng)絡指標良好，前臺測試速率提升顯著。

主要修改參數(shù)，如表1所示。

操作前后，通過對重要后臺的指標對比可知：相對于擴容前，CQI≥7的占比由92.5%提升至94.6%，全網(wǎng)的下行PRB利用率由5.5%下降至4.1%。

表1 主要修改參數(shù)

表2 重要前臺路測指標對比

重要前臺路測指標對比（選取部分區(qū)域A/B）顯示，SINR和下載速率提升較為明顯，如表2所示。

A區(qū)和B區(qū)修改前后下行平均速率，如圖3所示。

擴容前后，從前臺和后臺指標上進行對比分析，后臺指標CQI≥7和PRB提升較為明顯；擴容后路測的業(yè)務速率提升較為明顯。綜合前后臺指標看，較好地提升了小區(qū)的用戶容量和速率，保證了春節(jié)期間用戶的上網(wǎng)體驗。

春節(jié)保障結(jié)束后，由于20M帶寬為非標帶寬，同時與聯(lián)通和移動下行均有1M帶寬交疊會產(chǎn)生一定的干擾[4]，所以需及時將現(xiàn)網(wǎng)帶寬回退，保障現(xiàn)網(wǎng)帶寬的合理性。

3.2 LTE 800M網(wǎng)絡小區(qū)的CQI優(yōu)化方案及效果評估

核查800M小區(qū)功率發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)網(wǎng)的功率余量剩余較多。為了避免資源浪費和對現(xiàn)網(wǎng)有限資源的合理利用，分析現(xiàn)網(wǎng)的800M小區(qū)功率余量，根據(jù)相應的配比計算，保留現(xiàn)網(wǎng)可以提升至10M的功率余量，再調(diào)整現(xiàn)網(wǎng)的PA/PB參數(shù)，提升下行功率信道，提升800M小區(qū)的CQI指標。

根據(jù)RRU的功率調(diào)整小區(qū)的PA/PB依據(jù)，如表3和表4所示。

表3 RRU功率60 W、帶寬10 MHz時

操作參數(shù)，如表5所示。

圖3 A區(qū)和B區(qū)修改前后下行平均速率

對比于參數(shù)修改前，LTE 800M網(wǎng)絡小區(qū)的CQI≥7占比提升3.2%。

在800M小區(qū)參考信號功率不變的情況下，對于存在功率余量的小區(qū)進行資源的合理挖掘利用，通過增加小區(qū)下行信道的功率獲得了更高的下行增益，提升了下行速率，使用戶獲得了更好的上網(wǎng)體驗。

3.3 控制LTE 800M網(wǎng)絡小區(qū)用戶數(shù)的參數(shù)效果評估

以春節(jié)場景為例。春節(jié)期間為了獲得更好的上網(wǎng)體驗，調(diào)整現(xiàn)網(wǎng)2.1G/1.8G小區(qū)至800M小區(qū)的切換門限，讓用戶更多駐留在帶寬較大的2.1G/1.8G小區(qū)上。經(jīng)過對農(nóng)村區(qū)域的驗證和實踐，2.1G/1.8G小區(qū)在-114 dBm時仍然有較好的上網(wǎng)體驗，但是800M小區(qū)只有接收電平在-105以上且用戶較少的情況下才會有較好的上網(wǎng)體驗?；诖祟惥W(wǎng)絡現(xiàn)狀，決定對現(xiàn)網(wǎng)2.1G/1.8G小區(qū)至800M小區(qū)的切換門限做優(yōu)化調(diào)整，操作參數(shù)如表6所示。

對比于參數(shù)修改前，參數(shù)修改后的LTE 800M小區(qū)的RRC連接建立最大用戶數(shù)下降了20%左右。

通過優(yōu)化1.8G/2.1G至800M的切換門限指標，有效降低了現(xiàn)網(wǎng)800M小區(qū)的用戶數(shù)和PRB利用率，減少了部分1.8G邊緣用戶切換至800M小區(qū)的現(xiàn)象。雖然1.8G小區(qū)信號略低于800M小區(qū)，但由于1.8G小區(qū)帶寬是800M小區(qū)的近3倍，所以整體的覆蓋效果優(yōu)于800M小區(qū)，特別是對邊緣用戶的上網(wǎng)體驗有較為顯著的改善。

4 結(jié) 論

LTE網(wǎng)絡的多頻組網(wǎng)優(yōu)化是為了達到較好的網(wǎng)絡多頻協(xié)同目的，不同場景使用最優(yōu)的網(wǎng)絡配置參數(shù)控制各個頻段的在網(wǎng)用戶數(shù)，在有限的現(xiàn)網(wǎng)資源里最大化發(fā)揮LTE 800M/1.8G/2.1G等各頻段的自身優(yōu)勢，充分發(fā)掘網(wǎng)絡資源，在提升網(wǎng)絡資源利用率的同時相應改善用戶感知，最終達到提高流量經(jīng)營和發(fā)展用戶的目的。

表4 RRU功率80 W、帶寬10 MHz時

表5 操作參數(shù)

表6 操作參數(shù)