現(xiàn)網(wǎng)載波聚合應(yīng)用存在的問題和提升方案實(shí)踐

摘要：目前中國(guó)聯(lián)通LTE載波聚合已經(jīng)在全國(guó)范圍內(nèi)部署，主要是基于競(jìng)爭(zhēng)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(diǎn)對(duì)輔載波激活策略進(jìn)行分析，對(duì)不同輔載波激活門限的影響進(jìn)行了分析與驗(yàn)證，并給出輔載波激活的參數(shù)設(shè)置建議。

1 概述

載波聚合（CA）技術(shù)可以整合更多的頻譜資源、提高調(diào)度效率以達(dá)到提供更好用戶體驗(yàn)、更高系統(tǒng)吞吐率的目的。中國(guó)聯(lián)通基于競(jìng)爭(zhēng)需求在2015年底啟動(dòng)LTE載波聚合部署，極大地提升了4G網(wǎng)絡(luò)的競(jìng)爭(zhēng)力。截至2017年4月份，全國(guó)29個(gè)省市已經(jīng)部署9000余LTE載波聚合站點(diǎn)。但是通過現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)載波聚合技術(shù)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(guó)各地在開通CA的地理區(qū)域內(nèi)，CA調(diào)度的業(yè)務(wù)量占比差異較大，最高可達(dá)35%，最低只有0.28%，全國(guó)平均只有11%左右。各地CA終端的滲透率不同以及網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不同是CA激活流量占比低下的重要影響因素，但同時(shí)也能看到載波聚合系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置思路不一致、與現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)匹配不夠也是需要重點(diǎn)考慮的問題。因此有必要對(duì)LTE CA技術(shù)的配置做深入的探索，制定一套優(yōu)化策略，指導(dǎo)全國(guó)提升CA技術(shù)的使用效能。

2 影響CA效能的因素

在LTE CA網(wǎng)絡(luò)中，影響網(wǎng)絡(luò)性能的因素主要有：CA終端滲透率、網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷、輔載波激活條件和資源調(diào)度策略，四者之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1影響CA效能的主要因素

中國(guó)聯(lián)通各地現(xiàn)網(wǎng)輔載波激活門限設(shè)置情況差異較大，大部分地區(qū)參數(shù)設(shè)置過于保守，導(dǎo)致了CA激活流量占比偏低。圖2顯示了4個(gè)主設(shè)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(shè)置激進(jìn)的C廠商相對(duì)于參數(shù)設(shè)置過于保守的B廠商，CA激活流量的占比高了約17個(gè)百分點(diǎn)。

表1A廠家輔載波激活關(guān)鍵參數(shù)

鑒于輔載波激活的策略對(duì)于現(xiàn)網(wǎng)CA應(yīng)用起到關(guān)鍵的影響作用，下面將主要研究激活的優(yōu)化技術(shù)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(duì)輔載波進(jìn)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(rèn)處于去激活的狀態(tài)，并不能同時(shí)調(diào)度多個(gè)載波的資源進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。CA的啟用還需要進(jìn)行輔載波的激活，只有激活之后才能在多個(gè)載波上進(jìn)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(shí)器進(jìn)行激活和去激活管理，關(guān)鍵作用流程如下：

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

b）去激活：在終端收到去激活CE或sCellDeactiCvationTimer定時(shí)器超時(shí)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(shè)備廠家私有算法實(shí)現(xiàn)，基本原理是根據(jù)用戶數(shù)據(jù)量和網(wǎng)絡(luò)資源的使用情況預(yù)估數(shù)據(jù)傳輸時(shí)長(zhǎng)需求，在達(dá)到一定的門限條件后再激活輔載波進(jìn)行多載波聯(lián)合傳輸。

限于篇幅，本文提煉了4個(gè)主設(shè)備廠家的關(guān)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(guān)鍵參數(shù)

表2 B廠家輔載波激活關(guān)鍵參數(shù)

表3 輔載波激活關(guān)鍵參數(shù)

表4 D廠家輔載波激活關(guān)鍵參數(shù)

4 方案驗(yàn)證與分析

4.1 試驗(yàn)方案

在4個(gè)主設(shè)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(gè)站點(diǎn)左右），驗(yàn)證不同參 數(shù)配置對(duì)載波聚合激活占比的影響。各個(gè)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(rèn)的激活參數(shù)。

第2套參數(shù)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是確保5Mbit/s以上業(yè)務(wù)可以激活輔載波。

第3套參數(shù)是較為極端的參數(shù)，預(yù)計(jì)在該參數(shù)下80%以上業(yè)務(wù)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(wù)占比

基站在每套參數(shù)下保持運(yùn)行一周，通過提取網(wǎng)管7×24h的數(shù)據(jù)，進(jìn)行不同參數(shù)門限下的網(wǎng)絡(luò)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(wù)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(dǎo)得出720P及以上分辨率視頻業(yè)務(wù)的CA流量占比約5.01%；所有視頻業(yè)務(wù)的CA流量占比約16.43%。實(shí)測(cè)結(jié)果如下：

a）第1套參數(shù)實(shí)施后CA業(yè)務(wù)流量占比3.97%。

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

c）極端方案實(shí)施后CA業(yè)務(wù)流量占比50.54%，高于所有視頻話務(wù)模型16.43%的CA流量占比，同時(shí)也高于CA滲透率41.09%，說明該方案實(shí)施后對(duì)于大部分業(yè)務(wù)CA功能都能被激活。其他廠商的典型城市試驗(yàn)數(shù)據(jù)也基本印證了以上結(jié)論，在3套參數(shù)的設(shè)置情況下，網(wǎng)絡(luò)變化趨勢(shì)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(yàn)結(jié)果，給出以下網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化配置的建議：a）在網(wǎng)絡(luò)部署初期，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載比較低時(shí)，建議降低CA激活門限，保障CA用戶體驗(yàn)增益和網(wǎng)絡(luò)整體性能提升。各主設(shè)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(luò)參數(shù)設(shè)置建議

b）在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載比較高或大包業(yè)務(wù)及高清視頻占比較高時(shí)，建議提高CA激活門限，重點(diǎn)保障CA大包 業(yè)務(wù)的性能體驗(yàn)提升，維持系統(tǒng)容量與用戶體驗(yàn)的平 衡（見表7）。

表7 中等以上負(fù)載網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置建議

5 結(jié)論與展望

本文針對(duì)LTE現(xiàn)網(wǎng)載波聚合技術(shù)應(yīng)用中存在的問題進(jìn)行了分析，結(jié)合相關(guān)參數(shù)優(yōu)化的理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，給出了提升載波聚合技術(shù)效能的技術(shù)方案。網(wǎng)絡(luò)是動(dòng)態(tài)發(fā)展的，建議順應(yīng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷、業(yè)務(wù)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(jiǎn)介：許國(guó)平，畢業(yè)于北京郵電大學(xué)，高級(jí)工程師，博士，主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、移動(dòng)通信系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)處理；郭希蕊，畢業(yè)于重慶郵電大學(xué)，碩士，主要從事移動(dòng)通信技術(shù)研究工 作；苗守野，畢業(yè)于北京郵電大學(xué)，高級(jí)工程師，碩士，主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量分析；張濤，畢業(yè)于北京郵電大學(xué)，碩士，主要從事移動(dòng)通信技術(shù)研究工作。

作者：許國(guó)平 郭希蕊2，苗守野 張濤 來源：《郵電設(shè)計(jì)技術(shù)》