2019年度“嘉環(huán)杯”獲獎(jiǎng)?wù)撐囊坏泉?jiǎng)LTE多載波負(fù)載均衡研究與應(yīng)用

趙 煜 梅立鑫 周奕昕

中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司江蘇省分公司

0 引言

隨著高清視頻和2I2C業(yè)務(wù)的發(fā)展，聯(lián)通LTE網(wǎng)絡(luò)用戶規(guī)模及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量增長迅速，部分業(yè)務(wù)熱點(diǎn)區(qū)域?qū)TE網(wǎng)絡(luò)容量提出了更高的要求。根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展情況和容量要求，聯(lián)通重點(diǎn)對(duì)工業(yè)區(qū)、校園等熱點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行了載波擴(kuò)容。擴(kuò)容后，流量增長和用戶體驗(yàn)與多載波間均衡情況有很大關(guān)聯(lián)，通過負(fù)載均衡參數(shù)差異化設(shè)置，可以改善整體用戶感知。負(fù)載均衡的應(yīng)用場(chǎng)景主要分為異頻和異系統(tǒng)兩大方面，本文重點(diǎn)研究異頻負(fù)載均衡，如圖1所示。

圖1 異頻負(fù)載均衡應(yīng)用場(chǎng)景

1 負(fù)載均衡算法和原理介紹

系統(tǒng)內(nèi)移動(dòng)性負(fù)載均衡(Mobility Load Balancing, MLB)將重疊覆蓋的異頻(包含異模式)小區(qū)負(fù)載重新分配，提升整個(gè)網(wǎng)絡(luò)資源利用率，保證業(yè)務(wù)的QoS水平和用戶體驗(yàn)。MLB通過切換或重選將業(yè)務(wù)從高負(fù)載小區(qū)轉(zhuǎn)移到資源利用率低的小區(qū)。

LTE負(fù)載均衡流程如圖2所示。

圖2 LTE負(fù)載均衡流程

1.1 觸發(fā)/停止負(fù)載均衡

負(fù)載均衡大多以用戶數(shù)觸發(fā)為條件，當(dāng)用戶數(shù)滿足觸發(fā)條件時(shí)，觸發(fā)異頻負(fù)載均衡，轉(zhuǎn)移同步態(tài)和空閑態(tài)的用戶。

用戶數(shù)負(fù)載均衡觸發(fā)條件：連續(xù)5秒周期內(nèi)，小區(qū)同步態(tài)用戶數(shù)≥ 異頻負(fù)載均衡用戶數(shù)門限＋負(fù)載均衡用戶數(shù)偏置，則觸發(fā)異頻同步態(tài)用戶數(shù)負(fù)載平衡。

用戶數(shù)均衡停止條件：連續(xù)5秒內(nèi)小區(qū)同步態(tài)用戶數(shù)<異頻負(fù)載均衡用戶數(shù)門限（InterFreqMlbUeNumThd），停止異頻同步態(tài)用戶數(shù)負(fù)載平衡。

1.2 選擇目標(biāo)小區(qū)

異頻MLB目標(biāo)小區(qū)選擇需要同時(shí)具備如下條件：

基站參數(shù)中異頻負(fù)載均衡開關(guān)打開；

與目標(biāo)均衡小區(qū)配置正確的異頻鄰區(qū)關(guān)系；

異頻頻點(diǎn)參數(shù)中將可均衡的外部頻點(diǎn)配置為“允許目標(biāo)頻點(diǎn)為負(fù)載均衡頻點(diǎn)”；

關(guān)于目標(biāo)鄰區(qū)的重疊覆蓋標(biāo)識(shí)，如果其中一個(gè)異頻鄰區(qū)配置成“是”，則只會(huì)向該小區(qū)均衡，不向其他鄰區(qū)均衡。在不確定同覆蓋的情況下，所有鄰區(qū)的該參數(shù)可設(shè)置為“否”；

站間均衡X2鏈路需配置且可用，用于獲取目標(biāo)基站的PRB利用率和用戶數(shù)等資源；

目標(biāo)小區(qū)的電平需高于負(fù)載均衡A4門限；

（服務(wù)小區(qū)-鄰小區(qū)PRB利用率差值）＞負(fù)載差門限，且鄰區(qū)InterFreqMlbUeNumThd-鄰區(qū)同步態(tài)用戶數(shù)>0的小區(qū)，或（服務(wù)小區(qū)同步態(tài)用戶數(shù)-鄰區(qū)同步態(tài)用戶數(shù)）/服務(wù)小區(qū)同步態(tài)用戶數(shù)>用戶數(shù)差值門限（UeNumDiffThd）的小區(qū)。

1.3 負(fù)載均衡執(zhí)行

不選擇均衡的UE：負(fù)載均衡執(zhí)行階段選擇不處于CA狀態(tài)、沒有建立QCI1的業(yè)務(wù)、不處于懲罰階段的用戶。

移出UE的個(gè)數(shù)限制：每異頻負(fù)載評(píng)估周期（InterFreqLoadEvalPrd）內(nèi)轉(zhuǎn)移的最大UE個(gè)數(shù)不能超過負(fù)載均衡最大切換出的用戶數(shù)（MlbMaxUeNum）。

當(dāng)收到的切換請(qǐng)求消息攜帶的負(fù)載平衡切換原因?yàn)椤癛educe load in serving cell”時(shí)，目標(biāo)小區(qū)不做接納判斷，按照正常切換流程處理；當(dāng)收到的原因?yàn)椤癛esource Optimisation Handover”時(shí)，如果目標(biāo)小區(qū)PRB利用率或同步態(tài)用戶數(shù)處于潛在高載狀態(tài)，或者負(fù)載平衡觸發(fā)狀態(tài)，則目標(biāo)小區(qū)回復(fù)切換拒絕響應(yīng)消息HANDOVER PREPARATION FAILURE，否則按照正常切換流程處理。

1.4 負(fù)載均衡應(yīng)用場(chǎng)景

（1）用戶數(shù)空閑態(tài)平衡負(fù)載，需同時(shí)滿足如下四個(gè)條件。

覆蓋場(chǎng)景：一個(gè)異頻頻點(diǎn)下僅一個(gè)目標(biāo)小區(qū)；

業(yè)務(wù)場(chǎng)景：不同小區(qū)的業(yè)務(wù)滿足獨(dú)立同分布，即大小包業(yè)務(wù)的比例相同；

速度場(chǎng)景：小區(qū)中以靜止或慢速移動(dòng)用戶為主；

組網(wǎng)場(chǎng)景：站內(nèi)場(chǎng)景或兩端均為同廠家設(shè)備且部署X2鏈路的站間場(chǎng)景。

（2）用戶數(shù)連接態(tài)平衡負(fù)載，同時(shí)滿足如下四個(gè)條件。

覆蓋場(chǎng)景：一個(gè)異頻頻點(diǎn)下有任意數(shù)量的目標(biāo)小區(qū)；

業(yè)務(wù)場(chǎng)景：有重疊覆蓋的異頻小區(qū)業(yè)務(wù)滿足獨(dú)立同分布，即大小包業(yè)務(wù)的比例相同；

速度場(chǎng)景：靜止或慢速移動(dòng)用戶為主；

組網(wǎng)場(chǎng)景：站內(nèi)場(chǎng)景或兩端均為同廠家設(shè)備且部署X2鏈路的站間場(chǎng)景。

2 當(dāng)前使用的負(fù)載均衡方案

異頻負(fù)載均衡按照觸發(fā)方式，分為基于PRB利用率和基于用戶數(shù)兩種。現(xiàn)網(wǎng)主要使用基于用戶數(shù)的負(fù)載均衡，且使用場(chǎng)景主要為同站同扇區(qū)，如圖3所示。

圖3 現(xiàn)有負(fù)載均衡方式

2.1 同覆蓋場(chǎng)景載波間傾向性負(fù)載均衡方案

根據(jù)擴(kuò)容后評(píng)估情況，L2100（2100Mhz頻段LTE小區(qū)）由于同頻干擾小，空口質(zhì)量明顯較優(yōu)，資源效率高，實(shí)際承載能力強(qiáng)，對(duì)多載波空口質(zhì)量差異較大的場(chǎng)景，根據(jù)實(shí)際空口吞吐能力進(jìn)行載波均衡，達(dá)到感知速率基本均衡的目的，超過兩載波場(chǎng)景應(yīng)用思路一致。

整體思路：

（1）互操作策略優(yōu)化。通過調(diào)整空閑態(tài)重選、異頻測(cè)量及切換參數(shù)，控制實(shí)際駐留范圍，同時(shí)L2100小區(qū)覆蓋邊緣信號(hào)質(zhì)量高于L1800（1800Mhz頻段LTE小區(qū)），實(shí)現(xiàn)小區(qū)邊緣用戶傾向性駐留L2100，有利于用戶感知提升；

（2）MLB傾向性配置。相對(duì)放寬L1800小區(qū)的MLB啟動(dòng)門限、選擇用戶條件、差值門限等參數(shù)，并配置差異性的小區(qū)能力縮放因子，控制L1800易于分擔(dān)至L2100，達(dá)到與實(shí)際空口能力匹配。

由于各多載波擴(kuò)容小區(qū)的實(shí)際用戶分布、負(fù)荷、空口質(zhì)量各不相同，需要實(shí)施適應(yīng)性的參數(shù)配置，通過典型小區(qū)參數(shù)配案舉例，說明參數(shù)整體方案：

（1）L1800側(cè)參數(shù)配置方案（各參數(shù)可以根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化調(diào)整）：

小區(qū)重新優(yōu)先級(jí)-異頻/異系統(tǒng)測(cè)量啟動(dòng)門限4->14，空閑態(tài)提前啟動(dòng)異頻測(cè)量；

異頻頻點(diǎn)設(shè)置，頻率偏置0->-6，空閑態(tài)傾向性重選；

基于覆蓋的A1/A2設(shè)置，A1事件門限-105->-101，A2事件門限112->-105，基于覆蓋A4觸發(fā)門限-105->-107，基于負(fù)載的異頻A4觸發(fā)門限(毫瓦分貝)從-103到-107dBm；

異頻空閑態(tài)MLB用戶數(shù)門限100-->150，異頻負(fù)載均衡用戶數(shù)門限70->30，用戶數(shù)差值門限15-->20；負(fù)載均衡用戶選擇PRB門限15%，MLB小區(qū)能力縮放因子10。

（2）L2100參數(shù)配置方案（各參數(shù)可以根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化調(diào)整）：

基于覆蓋的A1/A2設(shè)置，A1事件門限-105 ，A2事件門限-112，基于覆蓋A4觸發(fā)門限-105，基于負(fù)載的異頻A4觸發(fā)門限(毫瓦分貝)從-103；

異頻空閑態(tài)MLB用戶數(shù)門限100->150，異頻負(fù)載均衡用戶數(shù)門限70->100，用戶數(shù)差值門限15-->20；負(fù)載均衡用戶選擇PRB門限15%，MLB小區(qū)能力縮放因子100。

2.2 同覆蓋場(chǎng)景載波間傾向性負(fù)載均衡案例

（1）中新城B扇區(qū)擴(kuò)容L2100后，屬于同扇區(qū)2個(gè)載波同覆蓋場(chǎng)景。

L2100的用戶數(shù)和流量較高，感知速率低；L1800用戶數(shù)和流量較少，感知速率高。

（2）通過MLB參數(shù)調(diào)整使L1800和L2100用戶數(shù)和感知速率達(dá)到均衡。

調(diào)整L1800小區(qū)A1、A2為-101、-105，使其盡早啟動(dòng)異頻測(cè)量；

根據(jù)載波間傾向性負(fù)載均衡策略，評(píng)估各載波吸收用戶數(shù)與速率的關(guān)系，調(diào)整L1800小區(qū)用戶數(shù)門限為40，L2100均衡用戶數(shù)門限調(diào)整為60，均衡用戶數(shù)偏置統(tǒng)一設(shè)置為10。

表1 調(diào)整前后負(fù)載均衡門限

MLB參數(shù)調(diào)整后，L2100和L1800小區(qū)感知速率趨于平衡，如圖4所示。

圖4 調(diào)整前后負(fù)荷趨勢(shì)對(duì)比

2.3 小結(jié)

由于同頻干擾較小形成的信號(hào)質(zhì)量優(yōu)勢(shì)，L2100小區(qū)承載用戶的能力明顯高于L1800。根據(jù)空口能力進(jìn)行傾向性負(fù)載均衡參數(shù)設(shè)置，而不是簡單的小區(qū)間平均承擔(dān)用戶，可在現(xiàn)有帶寬條件下，提高資源利用效率，緩解流量壓抑，提升用戶感知。

針對(duì)擴(kuò)容后同覆蓋場(chǎng)景（同站同覆蓋場(chǎng)景、同站大小覆蓋場(chǎng)景），采用基于用戶數(shù)的傾向性負(fù)載均衡方案，可以有效釋放壓抑流量，提升用戶感知。但是針對(duì)同站交疊覆蓋場(chǎng)景、異站交疊覆蓋場(chǎng)景或宏微站交疊覆蓋場(chǎng)景，負(fù)載均衡方案未進(jìn)行驗(yàn)證。

3 交疊覆蓋場(chǎng)景負(fù)載均衡方案

3.1 交疊覆蓋場(chǎng)景負(fù)載均衡功能驗(yàn)證

3.1.1 交疊覆蓋場(chǎng)景負(fù)載均衡參數(shù)配置方案

交疊覆蓋場(chǎng)景、兩載波同帶寬情況下，基于用戶數(shù)的負(fù)載均衡參數(shù)基本配置（用戶數(shù)、基于負(fù)載的異頻RSRP觸發(fā)門限可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整）如表2所示。

表2 基于用戶數(shù)的負(fù)載均衡參數(shù)基本配置

參數(shù)I D 參數(shù)名稱 現(xiàn)網(wǎng)配置值 備注M l b H o C e l l S e l e c t S t r a t e g y 負(fù)載均衡觸發(fā)的切換小區(qū)選擇策略P E R M I T_N O N_S T R O N G E S T_C E L L 允許U E切換向非最強(qiáng)小區(qū)I n t e r F r e q L o a d B a s e d H o A 4 T h d R s r p 基于負(fù)載的異頻R S R P觸發(fā)門限 -105 連接態(tài)用戶數(shù)M L B，目標(biāo)小區(qū)信號(hào)I n t e r F r e q L o a d B a s e d H o A 4 T h d R S R Q 基于負(fù)載的異頻R S R Q觸發(fā)門限 -18質(zhì)量需要滿足的門限，實(shí)際觸發(fā)值與I n t e r F r e q H o A 4 T r i g Q u a n的配置相關(guān)I n t e r F r e q M l b B l i n d H o 異頻負(fù)載平衡盲切換方式關(guān)連接態(tài)用戶數(shù)M L B不采用盲切換的方式，而是采用測(cè)量的方式進(jìn)行切換

3.1.2 同站交疊覆蓋場(chǎng)景驗(yàn)證

相城區(qū)正源悅庭1號(hào)樓樓頂基站A、B、C三個(gè)扇區(qū)屬于同站存在交疊覆蓋的場(chǎng)景，進(jìn)行驗(yàn)證。從KPI指標(biāo)看，同站負(fù)載均衡功能已生效。SZ_XCQ_U_相城區(qū)正源悅庭1號(hào)樓樓頂-C-1小區(qū)流量、用戶數(shù)、下行PRB利用率均下降；SZ_XCQ_U_相城區(qū)正源悅庭1號(hào)樓樓頂-A-1和SZ_XCQ_U_相城區(qū)正源悅庭2號(hào)樓樓頂-B-1小區(qū)流量、用戶數(shù)、下行PRB利用率均上升；

表3 同站負(fù)載均衡指標(biāo)趨勢(shì)

3.1.3 異站/宏微站交疊覆蓋場(chǎng)景驗(yàn)證

本文選擇的場(chǎng)景為L1800的宏站小區(qū)（頻點(diǎn)為1650）向有同覆蓋的L2100 BOOKRRU（頻點(diǎn)為450）做站間負(fù)載均衡。從KPI指標(biāo)看，站間負(fù)載均衡功能已生效。L1800宏站小區(qū)流量、用戶數(shù)、下行PRB利用率均下降；L2100 BOOK小區(qū)流量、用戶數(shù)、下行PRB利用率均上升。

表4 站間負(fù)載均衡指標(biāo)趨勢(shì)

3.2 交疊覆蓋場(chǎng)景載波間防止乒乓切換參數(shù)配置方案

通過優(yōu)化L1800與L2100載波間切換參數(shù)（基于覆蓋&負(fù)載的A1、A2和A4門限），避免因同時(shí)滿足基于負(fù)載與覆蓋的切換條件，而產(chǎn)生乒乓切換問題，參數(shù)配置方案如表5所示。

表5 防止乒乓切換參數(shù)設(shè)置

3.3 交疊覆蓋場(chǎng)景負(fù)載均衡效果評(píng)估

現(xiàn)網(wǎng)選擇了同站交疊覆蓋場(chǎng)景和宏微站交疊覆蓋場(chǎng)景進(jìn)行了驗(yàn)證，由于驗(yàn)證的站點(diǎn)數(shù)較少，樣本量少，交疊覆蓋場(chǎng)景負(fù)載均衡效果僅供參考。

（1）高負(fù)荷（負(fù)載均衡）小區(qū)：

忙時(shí)流量下降12%左右；

忙時(shí)小區(qū)平均用戶數(shù)下降13%左右；

忙時(shí)下行PRB利用率下降3.4%；

忙時(shí)下行感知速率提升4%。

（2）低負(fù)荷（負(fù)載均衡目標(biāo)）小區(qū)：

忙時(shí)流量增長16%左右；

忙時(shí)小區(qū)平均用戶數(shù)增長22%左右；

忙時(shí)下行PRB利用率增長2.6%；

忙時(shí)下行感知速率保持不變。

3.4 推薦使用場(chǎng)景

高負(fù)荷場(chǎng)景，滿足以下幾個(gè)條件時(shí)，可以開通。

3.4.1 覆蓋場(chǎng)景條件

一個(gè)異頻頻點(diǎn)下有任意數(shù)量的目標(biāo)小區(qū)；

兩個(gè)異頻小區(qū)存在一定范圍的重疊覆蓋區(qū)域，其中異頻小區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度大于-105dBm。

3.4.2 業(yè)務(wù)場(chǎng)景條件

兩個(gè)異頻小區(qū)的重疊覆蓋區(qū)域，有一定數(shù)量的業(yè)務(wù)和用戶分布；

有重疊覆蓋的異頻小區(qū)業(yè)務(wù)盡量滿足獨(dú)立同分布，即大小包業(yè)務(wù)的比例盡量相近。

3.4.3 速度場(chǎng)景條件

靜止或慢速移動(dòng)用戶為主，比例盡量大于70%。

4 結(jié)束語

基于用戶數(shù)的交疊覆蓋場(chǎng)景負(fù)載均衡功能均生效，且具有一定的負(fù)荷分擔(dān)效果。在非絕對(duì)高負(fù)荷且存在異頻頻點(diǎn)的區(qū)域，可以結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際覆蓋、實(shí)際業(yè)務(wù)和用戶分布情況，開啟基于用戶數(shù)的負(fù)載均衡功能。先通過優(yōu)化手段降低該區(qū)域網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，提高資源利用效率，緩解流量壓抑，提升用戶感知。