TD-LTE無線網(wǎng)載波擴容模型及工程現(xiàn)網(wǎng)實施方案

夏北噸，羅曉明，汪玉琳，杜智烺

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司廣東分公司，廣州 510623）

TD-LTE無線網(wǎng)載波擴容模型及工程現(xiàn)網(wǎng)實施方案

夏北噸，羅曉明，汪玉琳，杜智烺

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司廣東分公司，廣州 510623）

隨著TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)不斷深入，用戶數(shù)量及視頻等大流量業(yè)務(wù)的快速增長，給網(wǎng)絡(luò)容量帶來嚴(yán)峻考驗，部分熱點區(qū)域已急需擴容來滿足用戶需求。本文基于TD-LTE現(xiàn)網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析影響網(wǎng)絡(luò)擴容的關(guān)鍵因素，制定出符合當(dāng)前現(xiàn)網(wǎng)的載波擴容模型，接著依據(jù)該模型對現(xiàn)網(wǎng)擴容結(jié)果測算，最后介紹現(xiàn)網(wǎng)某廠家擴容的工程實施方案。

TD-LTE；容量；載波擴容；現(xiàn)網(wǎng)實施

隨著4G用戶的快速增長、視頻等大流量業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，提速降費帶來的流量資費降低，當(dāng)前及未來數(shù)據(jù)流量已成倍出現(xiàn)增長，給網(wǎng)絡(luò)容量帶來嚴(yán)峻考驗，可能無法滿足用戶需求。同時移動4G現(xiàn)網(wǎng)流量不均衡現(xiàn)象明顯，局部高負(fù)荷小區(qū)存在擴容需求，部分區(qū)域網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷已相當(dāng)嚴(yán)重。因此依據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷及連接用戶數(shù)等研究符合滿足現(xiàn)網(wǎng)實際需求的載波擴容模型，從而計算出各小區(qū)合理配置載波數(shù)量，一方面根據(jù)該結(jié)果進行載波擴容可緩解網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，另一方面可實現(xiàn)現(xiàn)網(wǎng)精準(zhǔn)擴容并確保網(wǎng)絡(luò)感知及提升客戶滿意度。本文在充分分析影響網(wǎng)絡(luò)容量關(guān)鍵因素前提下，基于TD-LTE網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析和計算，制定出符合現(xiàn)網(wǎng)的載波擴容模型并計算需擴容載波數(shù)量，通過對現(xiàn)網(wǎng)基于某廠家擴容的工程實施詳細(xì)介紹，達(dá)到有效指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)擴容及部署的目的。

1 載波擴容模型

1.1 擴容關(guān)鍵參數(shù)及現(xiàn)網(wǎng)典型案例分析

影響TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)小區(qū)級擴容標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵參數(shù)主要包括無線資源利用率、RRC連接數(shù)及小區(qū)流量。

PDCCH信道利用率：通過對某地區(qū)地鐵人流最密集站點進行24 h數(shù)據(jù)（15 min間隔）進行匯總統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)早（8：15）、晚（18：15）為最忙時刻，RRC連接數(shù)最多（超過400），PDCCH占用率達(dá)到峰值（約40%），但反而出現(xiàn)小區(qū)上下行流量顯著下降，PDCCH信道（即CCE）嚴(yán)重受限，系統(tǒng)已處于失常運行狀態(tài)，性能感知嚴(yán)重下降。因此需將PDCCH信道利用率（即CCE利用率）作為影響擴容關(guān)鍵參數(shù)，PDCCH占用率與RRC連接數(shù)變化呈正相關(guān)。

PDSCH信道利用率：通過對某地區(qū)大型小區(qū)站點24 h數(shù)據(jù)（15 min間隔）統(tǒng)計分析，早（12：00）、晚（22：00點前后）為最忙時刻，RRC連接數(shù)最多（約350），PDCCH占用率相應(yīng)達(dá)到峰值，PDSCH（即下行PRB利用率）和流量攀升到峰值，但下行用戶速率顯著變差，表示用戶感知惡化。因此需將PDSCH信道利用率作為影響擴容關(guān)鍵參數(shù)，其在系統(tǒng)未運行失常的情況下，與下行業(yè)務(wù)流量呈正相關(guān)。

PUSCH信道利用率：通過對某地區(qū)大型會展中心24 h數(shù)據(jù)（15 min間隔）統(tǒng)計分析，早（8：30）、晚（18：30點）為用戶數(shù)最多時刻，RRC連接數(shù)最多，PDCCH占用率達(dá)到高值，此時業(yè)務(wù)量未出現(xiàn)明顯下降，但上行PRB利用率達(dá)到峰值，上行用戶速率顯著下降，用戶感知變差。因此需將PUSCH信道利用率作為影響擴容關(guān)鍵參數(shù)，其在系統(tǒng)未運行失常的情況下，與下行業(yè)務(wù)流量呈正相關(guān)。

RRC連接數(shù)：以某地區(qū)節(jié)日舉辦的大型文藝晚會為例，當(dāng)天現(xiàn)場超4萬人參加活動，由于用戶數(shù)過多，導(dǎo)致4個基站出現(xiàn)最嚴(yán)重的流控現(xiàn)象用戶數(shù)和流量明顯錯峰，當(dāng)用戶數(shù)快速增長至1 500戶以上時，流量快速下降，且現(xiàn)場用戶感知無法使用TD-LTE網(wǎng)絡(luò)。因此需將RRC連接數(shù)作為影響擴容關(guān)鍵參數(shù)，其會加大系統(tǒng)資源（PRB、CCE）的占用，此外過多RRC連接數(shù)超過設(shè)備處理能力，將可能直接造成基帶板CPU負(fù)載過高、促發(fā)流控、調(diào)度擁塞、用戶排隊序列過長以及系統(tǒng)資源無法合理分配給用戶等影響。

通過上述現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)和典型案例分析，影響TD-LTE擴容標(biāo)準(zhǔn)的因素主要包含PDCCH信道利用率、PDSCH信道利用率、PUSCH信道利用率及RRC連接數(shù)。通過對現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)運行數(shù)據(jù)分析，進而制定上述關(guān)鍵參數(shù)的門限值，判斷出小區(qū)是否達(dá)到擴容標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 TD-LTE擴容短板模型

基于前述影響TD-LTE擴容標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵參數(shù)分析，本文建立了基于上述關(guān)鍵參數(shù)的TD-LTE擴容短板模型，基于該模型首先判斷現(xiàn)網(wǎng)小區(qū)是否需要擴載頻，進而計算出現(xiàn)網(wǎng)小區(qū)合理配置載頻數(shù)，具體公式如下。

其中，各參數(shù)k1、k2、k3、k4表示門限值，具體意義如下。

k1： PDCCH信道利用率（即CCE利用率）擴容門限。PDCCH屬于下行公共控制信道，發(fā)送上下行資源調(diào)配等消息，若出現(xiàn)少量擁塞將導(dǎo)致業(yè)務(wù)量滯漲（流量增幅明顯放緩），即如圖1所示的B點。擁塞加劇后，會進一步引發(fā)系統(tǒng)調(diào)度失效，小區(qū)總流量下降，即如圖1所示的C點。因此，擴容門限值建議選擇B點，而非C點。此外，還應(yīng)在B點前預(yù)留一定的保護間隔，以盡量避免發(fā)生擁塞情形。

k2、k3： PDSCH/PUSCH，又稱上行/下行PRB信道利用率擴容門限。總體業(yè)務(wù)信道資源受限，隨著用戶及業(yè)務(wù)量增長，用戶平均速率與感知逐步下降。擴容門限與設(shè)定的基準(zhǔn)業(yè)務(wù)感知目標(biāo)直接相關(guān)，即如圖1所示的A點。

圖1 無線資源消耗與業(yè)務(wù)質(zhì)量感知關(guān)系圖

k4： RRC連接數(shù)擴容門限。為確保系統(tǒng)安全運行，建議取系統(tǒng)設(shè)計支持的最大激活態(tài)能力數(shù)，即400個。

2 擴容結(jié)果測算

2.1 擴容模型門限值

依據(jù)上述擴容模型，以某重點城市的現(xiàn)網(wǎng)大數(shù)據(jù)為例進行分析驗證，通過計算TD-LTE擴容短板模型中k1/k2/k3門限值，進而得出需擴容載波數(shù)。

PDCCH擴容門限值k1：PDCCH信道資源出現(xiàn)瓶頸，將影響上/下行PRB資源分配，從而影響業(yè)務(wù)量，甚至使系統(tǒng)擁塞，無法保證用戶正常進行業(yè)務(wù)，可將業(yè)務(wù)量拐點對應(yīng)的PDCCH占用率作為擴容門限k1。根據(jù)某廠家調(diào)度算法差異導(dǎo)致的PDCCH占用率對應(yīng)系統(tǒng)擁塞情況分析，將門限k1應(yīng)單獨取定為當(dāng)業(yè)務(wù)量出現(xiàn)拐點時，對應(yīng)PDCCH占用率分別為70%，本次k1取值為70%。

PDSCH擴容門限值k2：PDSCH體現(xiàn)下行共享資源調(diào)度利用情況，在資源受限的情況下，隨著用戶及業(yè)務(wù)量增長，用戶平均速率下降，用戶感知逐漸變差，可取定用戶平均保障速率所對應(yīng)的PDSCH利用率作為擴容門限k2。根據(jù)某廠家建議，暫取用戶下行平均速率3 Mbit/s（可滿足720P高清視頻流暢播放）作為較好業(yè)務(wù)感知A點，根據(jù)大數(shù)據(jù)分析某地市PDSCH利用率門限可取為55%，本次k2取值為55%。

PUSCH擴容門限值k3：PUSCH體現(xiàn)下行共享資源調(diào)度利用情況，在資源受限的情況下，隨著用戶及業(yè)務(wù)量增長，用戶平均速率下降，用戶感知逐漸變差，可取定用戶平均保障速率所對應(yīng)的PUSCH利用率作為擴容門限k3。建議暫取用戶上行平均速率100 kbit/s作為較好業(yè)務(wù)感知A點，根據(jù)大數(shù)據(jù)分析某地市PUSCH利用率門限可取為55%，本次k3取值為55%。

2.2 擴容結(jié)果測算

通過前述對某地市現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析，求得該地市對應(yīng)的k1/k2/k3門限值，本次統(tǒng)計某地市現(xiàn)網(wǎng)小區(qū)總數(shù)為34 531個，以2016年3月作為業(yè)務(wù)初始期，按照該擴容標(biāo)準(zhǔn)測算出來的某地市該廠家需擴容508個載頻，約占現(xiàn)網(wǎng)小區(qū)1.5%左右；以2016年12月為業(yè)務(wù)滿足期，按照該擴容標(biāo)準(zhǔn)測算出來的某地市該廠家需擴容11764個載頻，約占現(xiàn)網(wǎng)小區(qū)34.1%左右；以2017年6月為業(yè)務(wù)擴展期，按照該擴容標(biāo)準(zhǔn)測算出來的某地市該廠家需擴容20 700個載頻，約占現(xiàn)網(wǎng)小區(qū)60%左右。本次擴容測算均以F/D載波擴容需求進行，具體如表1所示。

根據(jù)某地市某廠家的擴容測算結(jié)果，計算出某業(yè)務(wù)期內(nèi)需要擴容總載波數(shù)及擴容小區(qū)號。目前，根據(jù)該擴容模型所計算出的結(jié)果，與后臺數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的小區(qū)負(fù)荷結(jié)果完全吻合（可擴容），且根據(jù)該擴容結(jié)果而編制的擴容清單已決策討論通過，于2016年9月實施采購訂貨清單制定。由于設(shè)備到貨關(guān)系，截至目前，根據(jù)本擴容模型測算的擴容方案，未在現(xiàn)網(wǎng)工程實施，待2017年6月本期擴容結(jié)束后，可進行詳細(xì)現(xiàn)網(wǎng)實施驗證。

3 工程現(xiàn)網(wǎng)擴容實施方案

3.1 D頻段載波擴容方案

本節(jié)主要針對前述某地市某廠家的擴容測算結(jié)果，對該廠家現(xiàn)網(wǎng)宏站開展D頻段擴容方案工程實施介紹。當(dāng)前，某運營商TD-LTE在D頻段共計有D1/D2/D3三個頻點可用，本次以現(xiàn)網(wǎng)典型三小區(qū)、八通道組網(wǎng)配置為例，主要介紹由S111擴容到S222、S222擴容到S333兩種典型擴容方案。

表1 按TD-LTE擴容短板模型測算結(jié)果

S111到S222擴容方案：以某廠家為例，對現(xiàn)網(wǎng)宏站S111型站點擴容到S222，工程擴容方案建議如下。

（1）基帶板能力：該廠家單基帶板能力：12× 20 MHz 1T1R，12×20 MHz 2T2R，6×20 MHz 8T8R。

（2）由S111擴展到S222，未超過基帶板最大支撐能力，暫無需新增。

（3）對現(xiàn)網(wǎng)該廠家老舊的基帶板需要更換，老舊的電源板需要更換。

S222到S333擴容方案：以某廠家為例，對現(xiàn)網(wǎng)S222型站點擴容到S333，工程擴容方案建議如圖2所示。

圖2 TD-LTE宏站D頻段3載波擴容示意圖

（1）目標(biāo)站S333需消耗基帶資源3×3×20 MHz，目前基帶板一般最大支持6×20 MHz，需新增1塊基帶板。

（2）擴容后需要將1個小區(qū)的RRU接到新增的基帶板上。

（3）開3載波需要同時使用雙光纖及IR壓縮方案，對不滿足現(xiàn)網(wǎng)站點需改造。

（4）現(xiàn)網(wǎng)部分RRU不支持3載波擴容，如某廠家的RRU3232，RRU3253等，需替換。

（5）基帶板能力：該廠家單基帶板能力：12× 20 MHz 1T1R，12×20 MHz 2T2R，6×20 MHz 8T8R。

（6）其它如光傳輸模塊單元、尾纖、載波擴展單元、軟件功能等按站點實際需要配置。

3.2 F頻載波擴容方案

針對前述某地市某廠家的擴容測算結(jié)果，對該廠家現(xiàn)網(wǎng)站點開展F頻段擴容方案工程實施介紹。當(dāng)前，某運營商TD-LTE在F頻段共計有20 MHz+10 MHz兩個頻點可用，本次以現(xiàn)網(wǎng)典型三小區(qū)、八通道組網(wǎng)配置為例，介紹F頻段由S111擴容到S222擴容方案。

S111到S222擴容方案：以某廠家為例，對現(xiàn)網(wǎng)S111型站點擴容到S222，工程擴容方案建議如圖3所示。

（1）基帶板能力：該廠家單基帶板能力：12× 20 MHz 1T1R，12×20 MHz 2T2R，6×20 MHz 8T8R。

（2）雙載波擴容后，消耗基帶資源不大于6×20 MHz 8T8R，1塊基帶板可以滿足要求，如果擴容后載波數(shù)大于6，需要增加基帶板硬件。

（3）現(xiàn)網(wǎng)部分RRU不支持2載波擴容，如某廠家的RRU3158-FA等，需替換。

（4）需要增加的光纖、光模塊、載波擴展單元、軟件功能等按站點實際需要配置。

4 總結(jié)與展望

本文從現(xiàn)網(wǎng)案例著手，結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)大數(shù)據(jù)深入分析影響擴容的關(guān)鍵參數(shù)，基于PDCCH/PUSCH/PDSCH利用率及RRC連接數(shù)制定了TD-LTE擴容短板模型，基于該擴容模型并采用現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)進行驗證分析和測算，得出了符合當(dāng)前擴容策略下的某廠家載波擴容測算結(jié)果。接著分別對TD-LTE的D頻段及F頻段工程現(xiàn)網(wǎng)擴容實施方案進行介紹，對后續(xù)網(wǎng)絡(luò)擴容具有指導(dǎo)意義。但本文研究主要基于現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析仍存在網(wǎng)絡(luò)滯后現(xiàn)象，后續(xù)通過信令采集系統(tǒng)和實測數(shù)據(jù)來研究業(yè)務(wù)感知速率基線來更精準(zhǔn)的制定擴容方法需進一步研究。同時由于VoLTE正在試商用階段，后續(xù)推廣后本文將進一步研究VoLTE話音業(yè)務(wù)對擴容的影響，進一步分析VoLTE業(yè)務(wù)量與PUCCH及PUSCH利用率的曲線關(guān)系，對本模型實時校正。

圖3 TD-LTE宏站F頻段2載波擴容示意圖

[1] 焦燕鴻, 趙旭凇. TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)利用率評估體系探討[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化, 2013(1).

[2] 李小文, 賈海峰. LTE系統(tǒng)中PDCCH資源分配算法的研究[J].電信科學(xué), 2012,28(3).

[3] 劉磊. LTE系統(tǒng)容量規(guī)劃方法探討[J]. 郵電設(shè)計技術(shù), 2014(12).

[4] 周徐, 郭寶. LTE業(yè)務(wù)熱點擴容與F+D組網(wǎng)方案研究[J]. 電信技術(shù), 2015(7).

Carrier expansion model and engineering implementation program of TD-LTE wireless network

XIA Bei-dun, LUO Xiao-ming,WANG Yu-lin, DU Zhi-lang
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Guangdong Branch, Guangzhou 510623, China)

With the TD-LTE network construction continues to deepen,the rapid growth of user’s number and large flow video businesses bring a severe test to the network capacity,some hotspots even have been in urgent need of expansion.This paper is based on TD-LTE network data to analysis the key factors that impact of network expansion,and develop a carrier expansion model in line with the current network. Then,according to the model to calculate the current network‘s expansion results.Finally,introduction of the current network expansion program of engineering implementation plan.

TD-LTE; capacity; carrier expansion; current network implementation

TN929.5

A

1008-5599（2017）06-0076-05

2016-11-04