LTE無線容量優(yōu)化應用方案

【摘 要】 LTE為第四代移動通信技術，從2014年開始商用部署，其發(fā)展至2018年9月底，中國移動已有6.95億的4G用戶規(guī)模，且依然在呈增長趨勢，加上各種大幅度優(yōu)惠套餐的刺激，業(yè)務增長量和容量負荷增加明顯。因此如何使4G網(wǎng)絡更進一步的提供優(yōu)質服務，及在高密集話務區(qū)域如何進行網(wǎng)絡負荷分擔成為難點及痛點。本文通過不同的策略方案及技術應用，來提升現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)絡資源的利用率和網(wǎng)絡承載能力，提升客戶感知。

【關鍵詞】 LTE容量，容量優(yōu)化，容量提升，LTE新技術，用戶感知

Summary：LTE is the fourth-generation mobile communication technology. It has been commercialized since 2014. Since its inception to the end of September 2018, China Mobile has a 690 million 4G subscriber scale, and it is still growing, plus various large-scale preferential packages. The stimulus, business growth and capacity load increased significantly. Therefore, how to make 4G network provide better service and how to carry out network load sharing in high-intensive traffic areas becomes a difficult point and a pain point. Through different strategic solutions and technical applications, this paper improves the utilization of network resources and network carrying capacity of existing networks, and enhances customer perception.

Keywords：LTE capacity, capacity optimization, capacity enhancement, LTE new technology, user awareness

1 引言

隨著提速降費政策的推廣，中移動相繼推出流量不限量套餐、取消流量漫游費等優(yōu)惠政策，導致LTE業(yè)務增加迅猛。根據(jù)工信部的數(shù)據(jù)，2018年上半年人均手機上網(wǎng)流量首次突破4GB大關，手機上網(wǎng)的流量同比增長214.7%，手機上網(wǎng)流量占比移動互聯(lián)網(wǎng)接入流量的98.3%。4G網(wǎng)絡已無規(guī)模投入，所以如何使有限的資源來承載不斷增長的用戶與業(yè)務成為新的挑戰(zhàn)。

圖1 手機流量增長趨勢

2 常規(guī)應對措施

目前常規(guī)應對措施主要為覆蓋優(yōu)化、小區(qū)擴容、小區(qū)分裂等，分別對應不同的適用場景，以下詳細介紹。

2.1覆蓋優(yōu)化

由于D頻段比F頻段上的劣勢，導致覆蓋范圍受限，需要依靠功率調整彌補覆蓋不足的情況。通過自由空間傳播損耗公式可得出，D頻段比F頻段覆蓋弱2.76dB左右。自由空間傳播損耗公式如下：

Los = 32.44 + 20lg(d(Km)) + 20lg(f(MHz))

方案建議按照D頻段小區(qū)CRS功率比F頻段小區(qū)大3dB，同時A1、A2、A4的值設置原則為：將F頻段小區(qū)A2設置較大，A4設置較小，具體參數(shù)值按照驗證小區(qū)用戶數(shù)分布設置；為避免頻繁FD小區(qū)切換，D小區(qū)A2設置需要比F小區(qū)A4小。

表1 覆蓋方案實施效果

頻段

時間

RRC連接平均數(shù)

下行PRB利用率%

上行PRB利用率%

PDCCH信道CCE占用率%

F1

優(yōu)化前

323

78.54

47.30

32.25

D1

265

56.01

47.25

15.50

D2

7

2.66

1.46

1.00

F1

優(yōu)化后

271

78.53

69.95

37.50

D1

141.25

51.12

32.44

15.75

D2

113.25

36.00

24.50

12.50

2.2小區(qū)擴容

高負荷小區(qū)，尤其是單層網(wǎng)的情況下用戶數(shù)和PRB利用率均是在較高負荷下運轉，建議優(yōu)先進行擴容，擴容包含軟擴和硬擴兩種。

軟擴：若待擴容小區(qū)現(xiàn)有的主控板負荷相對不高，基帶板剩余可支持載波數(shù)量大于需擴容小區(qū)數(shù)量、RRU和天饋工作頻段支持待擴容頻段等，此時擴容只需要加載相應的軟件license資源，則為軟擴場景。

硬擴：若待擴容小區(qū)經評估需要新增或更換主控板、基帶板、RRU、天饋等硬件，均屬于硬擴場景。

擴容后，需進行功率分配，具體功率設置需按以下公式進行計算分配：

DL_RS_Power=PsingleAntenna+10*log(1+PB)-10*log(12*NRB)

某單D基站覆蓋的高負荷場景，經D1小區(qū)擴容D2，擴容后D1小區(qū)與D2小區(qū)用戶數(shù)指標較平衡，D1小區(qū)利用率下降明顯，擴容的D2小區(qū)很好的分擔了業(yè)務容量。

表2 擴容方案實施效果

項目

對象標識

有效RRC連接平均數(shù)

RRC連接平均數(shù)

下行PRB利用率%

上行PRB利用率%

PDCCH信道CCE占用率%

擴容前

D1

41

264

83.09

59.18

24.14

擴容D2

D1

28

174

64.73

49.54

19.97

D2

23

168

55.42

44.91

30.79

2.3小區(qū)分裂

小區(qū)分裂即是將單個小區(qū)分裂為2個或以上的小區(qū)，即為原小區(qū)共多臺RRU設備，小區(qū)分裂即將原有的多臺RRU的小區(qū)分給不同的小區(qū)，共同覆蓋原有覆蓋環(huán)境。實現(xiàn)單小區(qū)的覆蓋面積收縮，單小區(qū)的能力提升。

選取某高負荷室分覆蓋場景做小區(qū)分裂方案，由原有的1(E1)、3(E2)小區(qū)分裂出6(E1)、7(E2)小區(qū)，分裂后1、3小區(qū)用戶數(shù)下降明顯，新分裂小區(qū)6、7業(yè)務吸收良好，指標良好,起到很好的負荷分擔及感知提升的作用。

表3 擴容方案實施效果

小區(qū)ID

操作

RRC連接平均數(shù)

LTE_上行PRB平均利用率

LTE_下行PRB平均利用率

1

分裂前

125.4

45.03%

21.40%

3

93.98

34.62%

19.48%

1

分裂后

34.84

5.03%

5.91%

3

68.15

8.23%

7.22%

6

80.21

19.64%

20.63%

7

91.14

23.22%

21.15%

3組合策略應對

目前組合措施主要為重選及切換策略優(yōu)化，負荷均衡等，分別對應不同的適用場景，以下詳細介紹。

3.1重選及切換策略優(yōu)化

由于F頻段與D頻段在頻率能力上的導致的覆蓋差距，以及現(xiàn)網(wǎng)頻率優(yōu)先級切換策略導致F頻段負荷相對較高，D頻段負荷相對較低，現(xiàn)網(wǎng)F、D頻段負荷差異較大，影響用戶感知和現(xiàn)場負荷優(yōu)化工作，針對該問題，可以通過重選及切換參數(shù)優(yōu)化的方式進行負荷均衡的調整。

方案建議參數(shù)配置，D、E小區(qū)頻率優(yōu)先級設置為6，F(xiàn)小區(qū)頻率優(yōu)先級設置為5。

關于重選的異頻載波優(yōu)先級設置，當UE駐留在F頻段時，在D、E頻段大于-92dBm后重選至D、E；當UE駐留在D、E頻段時，滿足非同頻測量門限后，其它頻點強于本小區(qū)2dB即可重選。DE的非同頻測量門限建議-98。

表4 重選參數(shù)配置

本小區(qū)-添加異頻載波

優(yōu)先級

高優(yōu)先級頻點重選門限

F-F

5

不調整

F-D

6

28

F-E

6

28

E-F

6

不調整

E-D

6

不調整

E-E

6

不調整

D-F

6

不調整

D-D

6

不調整

D-E

6

不調整

各頻段基于優(yōu)先級的切換策略優(yōu)化，F(xiàn)頻率盡早進入異頻測量，D、E頻率延緩進入異頻測量。通過不同的A1A2A4門限，分流F頻率的業(yè)務容量，提升DE頻率的承載能力。

表5 切換參數(shù)配置

頻點

測量項

目標值

F

A1

-76

A2

-80

A4

-98

D

A1

-96

A2

-100

A4

　--

E

A1

-98

A2

-100

A4

　--

切換策略優(yōu)化調整后，F(xiàn)頻段小區(qū)用戶數(shù)下降，D頻段小區(qū)用戶數(shù)增加，E頻段基本維持不變。D頻段的利用率上升，F(xiàn)頻段利用率下降，效果顯著。

表6 切換策略優(yōu)化后效果

策略實施效果

平均用戶數(shù)

下行PRB利用率

上行PRB利用率

D頻段

調整前

1218

6.73%

5.54%

調整后

1437

8.82%

7.02%

提升

219

2.09pp

1.48pp

F頻段

調整前

5948

29.74%

13.26%

調整后

5649

30.94%

13.66%

降低

299

-1.2pp

-0.4pp

3.2負荷均衡

什么是負荷均衡呢，3GPP協(xié)議規(guī)定如下：

Load Balancing (LB)Load balancing has the task to handle uneven distribution of the traffic load over multiple cells. The purpose of LB is thus to influence the load distribution in such a manner that radio resources remain highly utilized and the QoS of in-progress sessions are maintained to the extent possible and call dropping probabilities are kept sufficiently small. LB algorithms may result in hand-over or cell reselection decisions with the purpose of redistribute traffic from highly loaded cells to underutilized cells.

負荷均衡特性目前主要分為三個場景，同頻站內同覆蓋、站內F+D部分同覆蓋、站間F+D部分同覆蓋，下面以這三個場景分別介紹。

同頻站內同覆蓋：目前主要站內同頻段場景有F1+F2+A、D1+D2+D3、E1+E+E3等多層網(wǎng)組網(wǎng)的完全同覆蓋場景，完全同覆蓋場景為共站同RRU下完全同覆蓋的兩個小區(qū)，是同頻段的同覆蓋，同覆蓋的兩個小區(qū)發(fā)射功率相同，主要適用于人口密度比較大且比較均勻的鬧市區(qū)，20M組網(wǎng)系統(tǒng)容量受限的場景，如圖：

圖2 同頻站內同覆蓋

開啟基于完全同覆蓋的負荷均衡特性，D1小區(qū)下行PRB利用率由89.10%降至53.34%，D2小區(qū)下行PRB利用率由32.44%提升至53.76%；D1小區(qū)的上行PRB利用率由75.30%下降至23.29%；均衡后D1、D2小區(qū)的RRC連接平均數(shù)、RRC連接最大數(shù)、流量均處于同一水平。均衡效果良好。

表7 同覆蓋負荷均衡優(yōu)化后效果

頻段

時間

RRC連接平均數(shù)

下行PRB利用率

上行PRB利用率

PDCCH信道CCE占用率

D1

均衡前

117.82

89.10%

75.30%

44.67%

D2

35.79

32.44%

23.87%

20.79%

D1

均衡后

117.82

53.34%

23.29%

15.21%

D2

112.14

53.76%

22.04%

22.32%

站內F+D部分同覆蓋：部分同覆蓋主要有D+F站內同覆蓋和D+F同站同覆蓋廠家，F(xiàn)進行廣覆蓋（連續(xù)覆蓋），D進行部分覆蓋（熱點區(qū)域覆蓋）如圖4.4-2所示，在小區(qū)邊緣主要存在F的同頻干擾，對于D頻點，只在同一基站內不同小區(qū)覆蓋區(qū)域間存在少量重疊。

圖3 站內F+D部分同覆蓋

開啟前F頻段小區(qū)用戶數(shù)較多和PRB利用率較高，D1頻段小區(qū)負荷較低，資源沒有有效的利用。經過分析，該站點D1小區(qū)CRS功率設置比F1小區(qū)小3dB，且未開啟D+F同站同覆蓋負荷均衡，F(xiàn)1小區(qū)的A2門限未進行優(yōu)化調整，對于該站點存在的負荷不均衡問題，修改站內F+D部分同覆蓋的負荷均衡參數(shù)后，如效果不理想可繼續(xù)對以下參數(shù)進行修改：

參數(shù)修改后F頻段小區(qū)下行PRB利用率和用戶數(shù)下降明顯，D1頻段小區(qū)用戶數(shù)和利用率提升明顯。F小區(qū)下行PRB利用率由80.44%下降至67.87%，D1小區(qū)下行PRB利用率由8.87%提升至42.48%,負荷均衡明顯。

表8 同覆蓋負荷均衡優(yōu)化后效果

頻段

時間

下行PRB利用率

上行PRB利用率

PDCCH信道CCE占用率

F1

均衡前

80.44%

35.80%

33.50%

D1

8.87%

3.49%

19.00%

F1

均衡后

67.87%

33.53%

30.75%

D1

42.48%

26.55%

24.25%

4 新型解決方案

新技術有立體覆蓋方案，3D-MIMO方案，小區(qū)劈裂等方案，對使用場景、設備有要求，具體如下。

4.1 立體覆蓋方案

立體覆蓋產品，應用于補盲補熱，進行熱點高負荷業(yè)務分擔，以下為立體覆蓋產品介紹。

表9 立體覆蓋產品介紹

產品名稱

應用場景

Handy Macro

街道、步行街、居民區(qū)、校園、廣場

Pico RRU

體育館、火車站、機場、寫字樓

半開放場景，開闊體育場或火車站

分布式微基站

多場景應用，天線美化利于隱蔽

Padsite

適用于小連片精確覆蓋

一體化微站

適用于單點補盲補弱場景

通過前期對某區(qū)域的環(huán)境勘察及站點資源情況的排查，使用一體化微站定制天線對打方式解決用戶室內覆蓋問題；小區(qū)建設開通后進行測試驗證�，F(xiàn)場室內測試，確認通過定制天線對打方案有效解決了問題。

表10 測試情況

室內測試

RSRP

SINR

平均下載速率

VOLTE

建設前

-117dBm

-3

1.8M

感知差

建設后

-78dBm

21

45M

感知良好

統(tǒng)計新建對打小區(qū)與原覆蓋此處的高負荷小區(qū)指標，通過統(tǒng)計高負荷小區(qū)RRC連接平均用戶數(shù)設備開通之后有下降，整體上由調整前155個平均用戶數(shù)下降到133個，平均用戶數(shù)下降約22個。新建對打小區(qū)平均用戶數(shù)保持在95左右。原覆蓋此處的高負荷小區(qū)的下行PRB利用率從78%下降至65%，負荷分擔較好。

4.2 小區(qū)劈裂

對三扇區(qū)宏站，增加基帶板形成六扇區(qū)資源配置（如基帶板有余量資源，可不增加）。在原三扇區(qū)目前RRU和天線（65度8天線）不改變的情況下，通過對6個小區(qū)修改天線權值配置，將原有三扇區(qū)某一方向的65度覆蓋區(qū)域，軟劈裂為偏左和偏右的兩個30度覆蓋區(qū)域，從而達到加密覆蓋，提升容量的目的。

表11 方案應用后室內測試

樓宇場景

SINR（dB）

RSRP（dBm）

下載速率（Mbps）

裂變前

裂變后

裂變前

裂變后

裂變前

裂變后

1-1

10.03

18.79

-108.42

-96.77

25.65

28.73

1-3

8.43

13.09

-110.79

-104.36

20.2

23.15

1-6

3.84

16.84

-112.38

-100.17

15.1

19.67

3-1

7.82

19.97

-107.04

-93

15.51

21.13

3-3

1.07

11.92

-112.73

-104.32

13.05

19.02

3-6

10.2

13.38

-105.34

-102.83

8.99

15.46

測試效果提升明顯，裂變前后SINR總體提升了8.69dB，裂變前后RSRP總體提升了9.14dB，裂變前后下行速率總體提升了4.2M。

取開啟前后KPI指標，各項指標均有正向增益，六扇區(qū)異頻軟劈裂方案較三扇區(qū)在業(yè)務量、用戶數(shù)上有明顯增加，MR及干擾各項指標均有所提升，六扇區(qū)可以提供給用戶更好的網(wǎng)絡環(huán)境。

表12 方案應用后KPI情況

時間

上下行總流量（G)

RRC連接最大數(shù)

MR平均RSRP

RSRP>=-110占比%

IOT

開啟前

5.20

70.25

-92.81

95.83

-118.85

開啟后

6.02

116.5

-91.85

98.00

-119.42

4.3 3D-MIMO應用

AAU產品：128天線陣列，64通道，上行最大支持8流，下行最大支持16流，支持水平和垂直維度賦形，實現(xiàn)立體空間覆蓋。

選取高話務人口密集區(qū)域，且無室分覆蓋的場景，在原有宏基站基礎上新建共覆蓋3D-MIMO，建設開通后，原8T8R宏基站無線利用率由47%下降至34%，3D-MIMO站點吸收用戶數(shù)120左右，很好的分擔了業(yè)務，降低了利用率。3D-MIMO站點相較8T8R宏站，小區(qū)上行吞吐量提升370%，小區(qū)下行吞吐量提升336%，很好的提升了客戶感知。

圖2 3D-MIMO應用效果

5結束語

在目前移動用戶的不斷增長、移動通信互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的需求高速發(fā)展、移動通信資費不斷下調的環(huán)境下，網(wǎng)絡日益劇增的流量業(yè)務對LTE網(wǎng)絡帶來沖擊，如何在現(xiàn)有環(huán)境下很好的解決高流量高容量的問題十分重要，本文重點通過覆蓋優(yōu)化、小區(qū)擴容、小區(qū)分裂、負荷均衡、立體覆蓋、新技術應用等措施進行容量優(yōu)化方案的介紹，旨在通過可用手段的方式快速對現(xiàn)網(wǎng)高負荷小區(qū)進行優(yōu)化，降低網(wǎng)絡負荷，提升網(wǎng)絡質量，增強用戶感知。

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作者：大唐移動通信設備有限公司 李鐵鈞，吳忠，楊中華，季賢彬，李剛

來源：C114通信網(wǎng)