現(xiàn)網(wǎng)載波聚合應用存在的問題和提升方案實踐

摘要：目前中國聯(lián)通LTE載波聚合已經(jīng)在全國范圍內(nèi)部署，主要是基于競爭需求提升峰值速率，但是載波聚合存在激活比偏低的問題，整體使用效率不高。分析了影響載波聚合性能的因素，重點對輔載波激活策略進行分析，對不同輔載波激活門限的影響進行了分析與驗證，并給出輔載波激活的參數(shù)設置建議。

1 概述

載波聚合（CA）技術可以整合更多的頻譜資源、提高調(diào)度效率以達到提供更好用戶體驗、更高系統(tǒng)吞吐率的目的。中國聯(lián)通基于競爭需求在2015年底啟動LTE載波聚合部署，極大地提升了4G網(wǎng)絡的競爭力。截至2017年4月份，全國29個省市已經(jīng)部署9000余LTE載波聚合站點。但是通過現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)載波聚合技術的效能并未充分發(fā)揮，普遍存在激活比和流量占比低的問題。全國各地在開通CA的地理區(qū)域內(nèi)，CA調(diào)度的業(yè)務量占比差異較大，最高可達35%，最低只有0.28%，全國平均只有11%左右。各地CA終端的滲透率不同以及網(wǎng)絡負載不同是CA激活流量占比低下的重要影響因素，但同時也能看到載波聚合系統(tǒng)參數(shù)設置思路不一致、與現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務匹配不夠也是需要重點考慮的問題。因此有必要對LTE CA技術的配置做深入的探索，制定一套優(yōu)化策略，指導全國提升CA技術的使用效能。

2 影響CA效能的因素

在LTE CA網(wǎng)絡中，影響網(wǎng)絡性能的因素主要有：CA終端滲透率、網(wǎng)絡負荷、輔載波激活條件和資源調(diào)度策略，四者之間的關系如圖1所示。

圖1影響CA效能的主要因素

中國聯(lián)通各地現(xiàn)網(wǎng)輔載波激活門限設置情況差異較大，大部分地區(qū)參數(shù)設置過于保守，導致了CA激活流量占比偏低。圖2顯示了4個主設備商的典型城市CA開通區(qū)域內(nèi)CA激活流量的占比情況，可以看到參數(shù)設置激進的C廠商相對于參數(shù)設置過于保守的B廠商，CA激活流量的占比高了約17個百分點。

表1A廠家輔載波激活關鍵參數(shù)

鑒于輔載波激活的策略對于現(xiàn)網(wǎng)CA應用起到關鍵的影響作用，下面將主要研究激活的優(yōu)化技術方案。

3 輔載波激活原理

LTE載波聚合中的載波管理功能主要針對輔載波進行，包括輔載波配置、輔載波去配置、輔載波激活和輔載波去激活功能。CAUE共有3種狀態(tài)：輔載波配置未激活、輔載波配置并激活、輔載波未配置。在輔載波配置完成之后，終端雖然工作在CA模式下，但默認處于去激活的狀態(tài)，并不能同時調(diào)度多個載波的資源進行數(shù)據(jù)傳輸。CA的啟用還需要進行輔載波的激活，只有激活之后才能在多個載波上進行資源調(diào)度。LTE通過MAC層控制信元（CE）或RRC層下發(fā)的sCellDeactivationTimer定時器進行激活和去激活管理，關鍵作用流程如下：

a）激活：當終端收到激活的CE后便激活輔載波同時啟動sCellDeactivationTimer定時器，在收到去激活CE或sCellDeactivationTimer超時之前，終端處于激活狀態(tài)，可以在主載波和輔載波上同時傳輸數(shù)據(jù)。

b）去激活：在終端收到去激活CE或sCellDeactiCvationTimer定時器超時后便去激活輔載波，終端只能在主載波上傳輸數(shù)據(jù)。

輔載波激活方法由主設備廠家私有算法實現(xiàn)，基本原理是根據(jù)用戶數(shù)據(jù)量和網(wǎng)絡資源的使用情況預估數(shù)據(jù)傳輸時長需求，在達到一定的門限條件后再激活輔載波進行多載波聯(lián)合傳輸。

限于篇幅，本文提煉了4個主設備廠家的關鍵激活參數(shù)介紹如表1~表4所示。

表1 A廠家輔載波激活關鍵參數(shù)

表2 B廠家輔載波激活關鍵參數(shù)

表3 輔載波激活關鍵參數(shù)

表4 D廠家輔載波激活關鍵參數(shù)

4 方案驗證與分析

4.1 試驗方案

在4個主設備廠商部署的典型城市中選定載波聚 合配置較為一致的區(qū)域（30個站點左右），驗證不同參 數(shù)配置對載波聚合激活占比的影響。各個廠家選定 的參數(shù)方案詳見表5，其中：

表5 CA激活參數(shù)配置

第1套參數(shù)是現(xiàn)網(wǎng)各廠家大部分小區(qū)默認的激活參數(shù)。

第2套參數(shù)的設計目標是確保5Mbit/s以上業(yè)務可以激活輔載波。

第3套參數(shù)是較為極端的參數(shù)，預計在該參數(shù)下80%以上業(yè)務均能激活輔載波。

4.2效果分析

圖3 A城市不同分辨率視頻業(yè)務占比

基站在每套參數(shù)下保持運行一周，通過提取網(wǎng)管7×24h的數(shù)據(jù)，進行不同參數(shù)門限下的網(wǎng)絡狀況分析。通過城市A的數(shù)據(jù)可以看到，3種參數(shù)配置情況下，小區(qū)的CA終端占比基本保持不變。區(qū)域內(nèi)4G視頻業(yè)務流量占總流量39.96%（如圖3所示），720P及以上分辨率的視頻流量占總流量的12.19%，CA終端（支持L1800+L2100）滲透率41.09%�；�于CA終端滲透率首先從理論上推導得出720P及以上分辨率視頻業(yè)務的CA流量占比約5.01%；所有視頻業(yè)務的CA流量占比約16.43%。實測結(jié)果如下：

a）第1套參數(shù)實施后CA業(yè)務流量占比3.97%。

b）適用5Mbit/s速率方案（第2套參數(shù)）實施后CA業(yè)務流量占比7.53%，與基于話務模型分析720P視頻業(yè)務CA業(yè)務流量占比相近�；�于話務模型分析720P及以上分辨率視頻業(yè)務CA流量占比5.01%，但該方案實施后同等帶寬需求的非視頻業(yè)務也會激活CA，因此實測結(jié)果偏高。

c）極端方案實施后CA業(yè)務流量占比50.54%，高于所有視頻話務模型16.43%的CA流量占比，同時也高于CA滲透率41.09%，說明該方案實施后對于大部分業(yè)務CA功能都能被激活。其他廠商的典型城市試驗數(shù)據(jù)也基本印證了以上結(jié)論，在3套參數(shù)的設置情況下，網(wǎng)絡變化趨勢保持一致（見圖4）。

圖4 3套方案CA激活流量占比

4.3系統(tǒng)配置建議

結(jié)合理論分析和試驗結(jié)果，給出以下網(wǎng)絡優(yōu)化配置的建議：a）在網(wǎng)絡部署初期，網(wǎng)絡負載比較低時，建議降低CA激活門限，保障CA用戶體驗增益和網(wǎng)絡整體性能提升。各主設備廠家輔載波激活參數(shù)建議如表6所示。

表6 輕載網(wǎng)絡參數(shù)設置建議

b）在網(wǎng)絡負載比較高或大包業(yè)務及高清視頻占比較高時，建議提高CA激活門限，重點保障CA大包 業(yè)務的性能體驗提升，維持系統(tǒng)容量與用戶體驗的平 衡（見表7）。

表7 中等以上負載網(wǎng)絡參數(shù)設置建議

5 結(jié)論與展望

本文針對LTE現(xiàn)網(wǎng)載波聚合技術應用中存在的問題進行了分析，結(jié)合相關參數(shù)優(yōu)化的理論分析和試驗驗證，給出了提升載波聚合技術效能的技術方案。網(wǎng)絡是動態(tài)發(fā)展的，建議順應網(wǎng)絡負荷、業(yè)務類型和終端滲透率的演變逐步深入開展CA的優(yōu)化工作。

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作者簡介：許國平，畢業(yè)于北京郵電大學，高級工程師，博士，主要研究方向為網(wǎng)絡優(yōu)化、移動通信系統(tǒng)數(shù)字信號處理；郭希蕊，畢業(yè)于重慶郵電大學，碩士，主要從事移動通信技術研究工 作；苗守野，畢業(yè)于北京郵電大學，高級工程師，碩士，主要研究方向為網(wǎng)絡優(yōu)化和網(wǎng)絡質(zhì)量分析；張濤，畢業(yè)于北京郵電大學，碩士，主要從事移動通信技術研究工作。

作者：許國平 郭希蕊2，苗守野 張濤 來源：《郵電設計技術》