多載波感知擬合及均衡研究思路

摘 要：LTE多載波網(wǎng)采用面向網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡配置策略，極易導(dǎo)致“表面看起來網(wǎng)絡(luò)多載波之間負(fù)載是均衡的，而用戶在不同載波上感知嚴(yán)重不平衡”的結(jié)果。從“用戶實際感知”出發(fā)，以用戶實際感知來評價并優(yōu)化調(diào)整網(wǎng)絡(luò)。通過對多載波區(qū)域的移動性負(fù)載均衡策略研究，探索出既能讓載波間達(dá)到良好的分擔(dān)效果，又能實現(xiàn)用戶感知平衡的參數(shù)設(shè)置策略，最終實現(xiàn)“不論用戶占用哪個網(wǎng)絡(luò)載波，用戶實際感知不變，所有載波上用戶的使用感知相同”的目標(biāo)，能有效提升用戶實際感知。

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概述

中國聯(lián)通落實聚焦創(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的過程中首先會從周邊小區(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)模式策略實現(xiàn)負(fù)載均衡（MLB ——Mobility Load Balancing）。

國家“提速降費”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2531TB，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“用戶實際感知”出發(fā)對移動性負(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，最終實現(xiàn)“不論用戶占用哪個載波，載波間用戶實際感知相當(dāng)”的目標(biāo)。

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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)體驗要求的終端側(cè)初緩速率

用戶對視頻業(yè)務(wù)的時延非常敏感，正常用戶可接受的內(nèi)容加載時延為3 s，考慮初緩準(zhǔn)備時延和TCP慢啟動過程，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。

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

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

2.2 用戶感知拐點擬合分析

對用戶平均吞吐率、小區(qū)自忙時平均 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）。

▲圖2 感知拐點擬合

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

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

2.3 定義用戶感知均衡評價標(biāo)準(zhǔn)

從下行單用戶速率和下行平均RTT時延2個維度對多載波間用戶感知是否均衡進(jìn)行評價。根據(jù)對用戶感知差異性的分析結(jié)果，感知平衡評價標(biāo)準(zhǔn)主要分為3個層次：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，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個方面4條參數(shù)進(jìn)行修改驗證，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，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，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，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。

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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）。

▲表5 感知平衡參數(shù)設(shè)置性能指標(biāo)

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

▲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

試驗結(jié)果：當(dāng)擴(kuò)容載波承載用戶占比達(dá)到75%時，2個載波之間速率相差2.05 Mbit/s，下行 RTT 時延相差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，2 個載波之間感知均衡效果良好，單用戶速率相差 1.58 Mbit/s，時延相差 4.24 ms，感知均衡效果良好（見表12）。

▲表12 不同配置下的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)對比

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）。

▲表13 XZ_YL_云龍區(qū)東甸子移動網(wǎng)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14 感知平衡參數(shù)設(shè)置

試驗結(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）。

▲表17 感知平衡參數(shù)設(shè)置

試驗結(jié)果：當(dāng)L2100小區(qū)用戶數(shù)占比達(dá)到85%時，2個載波間速率較為均衡，2個載波的單用戶速率均高于 20 Mbit/s，下行 RTT 時延差值 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）。

▲表19 NJ_JN_HW_東南梅園_FLW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20 感知平衡參數(shù)設(shè)置

試驗結(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，2 個載波之間的單用戶速率差值 1.78 Mbit/ s，下行 RTT 時延差值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，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）。

▲表22 NJ_YH_HW_雨花商廈_FL指標(biāo)

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）。

▲表23 感知平衡參數(shù)設(shè)置

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

▲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

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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。

▲表28 感知平衡典型參數(shù)配置建議

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結(jié)束語

本次通過對多載波區(qū)域的移動性負(fù)載均衡策略研究，探索實現(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。