LTE無(wú)線容量?jī)?yōu)化應(yīng)用方案

【摘 要】 LTE為第四代移動(dòng)通信技術(shù)，從2014年開(kāi)始商用部署，其發(fā)展至2018年9月底，中國(guó)移動(dòng)已有6.95億的4G用戶規(guī)模，且依然在呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，加上各種大幅度優(yōu)惠套餐的刺激，業(yè)務(wù)增長(zhǎng)量和容量負(fù)荷增加明顯。因此如何使4G網(wǎng)絡(luò)更進(jìn)一步的提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，及在高密集話務(wù)區(qū)域如何進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷分擔(dān)成為難點(diǎn)及痛點(diǎn)。本文通過(guò)不同的策略方案及技術(shù)應(yīng)用，來(lái)提升現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)資源的利用率和網(wǎng)絡(luò)承載能力，提升客戶感知。

【關(guān)鍵詞】 LTE容量，容量?jī)?yōu)化，容量提升，LTE新技術(shù)，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(fèi)政策的推廣，中移動(dòng)相繼推出流量不限量套餐、取消流量漫游費(fèi)等優(yōu)惠政策，導(dǎo)致LTE業(yè)務(wù)增加迅猛。根據(jù)工信部的數(shù)據(jù)，2018年上半年人均手機(jī)上網(wǎng)流量首次突破4GB大關(guān)，手機(jī)上網(wǎng)的流量同比增長(zhǎng)214.7%，手機(jī)上網(wǎng)流量占比移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)接入流量的98.3%。4G網(wǎng)絡(luò)已無(wú)規(guī)模投入，所以如何使有限的資源來(lái)承載不斷增長(zhǎng)的用戶與業(yè)務(wù)成為新的挑戰(zhàn)。

圖1 手機(jī)流量增長(zhǎng)趨勢(shì)

2 常規(guī)應(yīng)對(duì)措施

目前常規(guī)應(yīng)對(duì)措施主要為覆蓋優(yōu)化、小區(qū)擴(kuò)容、小區(qū)分裂等，分別對(duì)應(yīng)不同的適用場(chǎng)景，以下詳細(xì)介紹。

2.1覆蓋優(yōu)化

由于D頻段比F頻段上的劣勢(shì)，導(dǎo)致覆蓋范圍受限，需要依靠功率調(diào)整彌補(bǔ)覆蓋不足的情況。通過(guò)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(shí)A1、A2、A4的值設(shè)置原則為：將F頻段小區(qū)A2設(shè)置較大，A4設(shè)置較小，具體參數(shù)值按照驗(yàn)證小區(qū)用戶數(shù)分布設(shè)置；為避免頻繁FD小區(qū)切換，D小區(qū)A2設(shè)置需要比F小區(qū)A4小。

表1 覆蓋方案實(shí)施效果

頻段

時(shí)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(kuò)容

高負(fù)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(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)，建議優(yōu)先進(jìn)行擴(kuò)容，擴(kuò)容包含軟擴(kuò)和硬擴(kuò)兩種。

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

硬擴(kuò)：若待擴(kuò)容小區(qū)經(jīng)評(píng)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(kuò)場(chǎng)景。

擴(kuò)容后，需進(jìn)行功率分配，具體功率設(shè)置需按以下公式進(jìn)行計(jì)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(fù)荷場(chǎng)景，經(jīng)D1小區(qū)擴(kuò)容D2，擴(kuò)容后D1小區(qū)與D2小區(qū)用戶數(shù)指標(biāo)較平衡，D1小區(qū)利用率下降明顯，擴(kuò)容的D2小區(qū)很好的分擔(dān)了業(yè)務(wù)容量。

表2 擴(kuò)容方案實(shí)施效果

項(xiàng)目

對(duì)象標(biāo)識(shí)

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(kuò)容前

D1

41

264

83.09

59.18

24.14

擴(kuò)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(gè)小區(qū)分裂為2個(gè)或以上的小區(qū)，即為原小區(qū)共多臺(tái)RRU設(shè)備，小區(qū)分裂即將原有的多臺(tái)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(shí)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(fù)荷室分覆蓋場(chǎng)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(wù)吸收良好，指標(biāo)良好,起到很好的負(fù)荷分擔(dān)及感知提升的作用。

表3 擴(kuò)容方案實(shí)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(yīng)對(duì)

目前組合措施主要為重選及切換策略優(yōu)化，負(fù)荷均衡等，分別對(duì)應(yīng)不同的適用場(chǎng)景，以下詳細(xì)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(dǎo)致的覆蓋差距，以及現(xiàn)網(wǎng)頻率優(yōu)先級(jí)切換策略導(dǎo)致F頻段負(fù)荷相對(duì)較高，D頻段負(fù)荷相對(duì)較低，現(xiàn)網(wǎng)F、D頻段負(fù)荷差異較大，影響用戶感知和現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷優(yōu)化工作，針對(duì)該問(wèn)題，可以通過(guò)重選及切換參數(shù)優(yōu)化的方式進(jìn)行負(fù)荷均衡的調(diào)整。

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

關(guān)于重選的異頻載波優(yōu)先級(jí)設(shè)置，當(dāng)UE駐留在F頻段時(shí)，在D、E頻段大于-92dBm后重選至D、E；當(dāng)UE駐留在D、E頻段時(shí)，滿足非同頻測(cè)量門(mén)限后，其它頻點(diǎn)強(qiáng)于本小區(qū)2dB即可重選。DE的非同頻測(cè)量門(mén)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(jí)

高優(yōu)先級(jí)頻點(diǎn)重選門(mén)限

F-F

5

不調(diào)整

F-D

6

28

F-E

6

28

E-F

6

不調(diào)整

E-D

6

不調(diào)整

E-E

6

不調(diào)整

D-F

6

不調(diào)整

D-D

6

不調(diào)整

D-E

6

不調(diào)整

各頻段基于優(yōu)先級(jí)的切換策略優(yōu)化，F(xiàn)頻率盡早進(jìn)入異頻測(cè)量，D、E頻率延緩進(jìn)入異頻測(cè)量。通過(guò)不同的A1A2A4門(mén)限，分流F頻率的業(yè)務(wù)容量，提升DE頻率的承載能力。

表5 切換參數(shù)配置

頻點(diǎn)

測(cè)量項(xiàng)

目標(biāo)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(diào)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(shí)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(diào)整前

1218

6.73%

5.54%

調(diào)整后

1437

8.82%

7.02%

提升

219

2.09pp

1.48pp

F頻段

調(diào)整前

5948

29.74%

13.26%

調(diào)整后

5649

30.94%

13.66%

降低

299

-1.2pp

-0.4pp

3.2負(fù)荷均衡

什么是負(fù)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(fù)荷均衡特性目前主要分為三個(gè)場(chǎng)景，同頻站內(nèi)同覆蓋、站內(nèi)F+D部分同覆蓋、站間F+D部分同覆蓋，下面以這三個(gè)場(chǎng)景分別介紹。

同頻站內(nèi)同覆蓋：目前主要站內(nèi)同頻段場(chǎng)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(chǎng)景，完全同覆蓋場(chǎng)景為共站同RRU下完全同覆蓋的兩個(gè)小區(qū)，是同頻段的同覆蓋，同覆蓋的兩個(gè)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(chǎng)景，如圖：

圖2 同頻站內(nèi)同覆蓋

開(kāi)啟基于完全同覆蓋的負(fù)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(fù)荷均衡優(yōu)化后效果

頻段

時(shí)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(nèi)F+D部分同覆蓋：部分同覆蓋主要有D+F站內(nèi)同覆蓋和D+F同站同覆蓋廠家，F(xiàn)進(jìn)行廣覆蓋（連續(xù)覆蓋），D進(jìn)行部分覆蓋（熱點(diǎn)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(duì)于D頻點(diǎn)，只在同一基站內(nèi)不同小區(qū)覆蓋區(qū)域間存在少量重疊。

圖3 站內(nèi)F+D部分同覆蓋

開(kāi)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(fù)荷較低，資源沒(méi)有有效的利用。經(jīng)過(guò)分析，該站點(diǎn)D1小區(qū)CRS功率設(shè)置比F1小區(qū)小3dB，且未開(kāi)啟D+F同站同覆蓋負(fù)荷均衡，F(xiàn)1小區(qū)的A2門(mén)限未進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，對(duì)于該站點(diǎn)存在的負(fù)荷不均衡問(wèn)題，修改站內(nèi)F+D部分同覆蓋的負(fù)荷均衡參數(shù)后，如效果不理想可繼續(xù)對(duì)以下參數(shù)進(jìn)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(fù)荷均衡明顯。

表8 同覆蓋負(fù)荷均衡優(yōu)化后效果

頻段

時(shí)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(shù)有立體覆蓋方案，3D-MIMO方案，小區(qū)劈裂等方案，對(duì)使用場(chǎng)景、設(shè)備有要求，具體如下。

4.1 立體覆蓋方案

立體覆蓋產(chǎn)品，應(yīng)用于補(bǔ)盲補(bǔ)熱，進(jìn)行熱點(diǎn)高負(fù)荷業(yè)務(wù)分擔(dān)，以下為立體覆蓋產(chǎn)品介紹。

表9 立體覆蓋產(chǎn)品介紹

產(chǎn)品名稱

應(yīng)用場(chǎng)景

Handy Macro

街道、步行街、居民區(qū)、校園、廣場(chǎng)

Pico RRU

體育館、火車站、機(jī)場(chǎng)、寫(xiě)字樓

半開(kāi)放場(chǎng)景，開(kāi)闊體育場(chǎng)或火車站

分布式微基站

多場(chǎng)景應(yīng)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(diǎn)補(bǔ)盲補(bǔ)弱場(chǎng)景

通過(guò)前期對(duì)某區(qū)域的環(huán)境勘察及站點(diǎn)資源情況的排查，使用一體化微站定制天線對(duì)打方式解決用戶室內(nèi)覆蓋問(wèn)題；小區(qū)建設(shè)開(kāi)通后進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證�，F(xiàn)場(chǎng)室內(nèi)測(cè)試，確認(rèn)通過(guò)定制天線對(duì)打方案有效解決了問(wèn)題。

表10 測(cè)試情況

室內(nèi)測(cè)試

RSRP

SINR

平均下載速率

VOLTE

建設(shè)前

-117dBm

-3

1.8M

感知差

建設(shè)后

-78dBm

21

45M

感知良好

統(tǒng)計(jì)新建對(duì)打小區(qū)與原覆蓋此處的高負(fù)荷小區(qū)指標(biāo)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)高負(fù)荷小區(qū)RRC連接平均用戶數(shù)設(shè)備開(kāi)通之后有下降，整體上由調(diào)整前155個(gè)平均用戶數(shù)下降到133個(gè)，平均用戶數(shù)下降約22個(gè)。新建對(duì)打小區(qū)平均用戶數(shù)保持在95左右。原覆蓋此處的高負(fù)荷小區(qū)的下行PRB利用率從78%下降至65%，負(fù)荷分擔(dān)較好。

4.2 小區(qū)劈裂

對(duì)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(guò)對(duì)6個(gè)小區(qū)修改天線權(quán)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(gè)30度覆蓋區(qū)域，從而達(dá)到加密覆蓋，提升容量的目的。

表11 方案應(yīng)用后室內(nèi)測(cè)試

樓宇場(chǎng)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(cè)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(kāi)啟前后KPI指標(biāo)，各項(xiàng)指標(biāo)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(wù)量、用戶數(shù)上有明顯增加，MR及干擾各項(xiàng)指標(biāo)均有所提升，六扇區(qū)可以提供給用戶更好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

表12 方案應(yīng)用后KPI情況

時(shí)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(kāi)啟前

5.20

70.25

-92.81

95.83

-118.85

開(kāi)啟后

6.02

116.5

-91.85

98.00

-119.42

4.3 3D-MIMO應(yīng)用

AAU產(chǎn)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(shí)現(xiàn)立體空間覆蓋。

選取高話務(wù)人口密集區(qū)域，且無(wú)室分覆蓋的場(chǎng)景，在原有宏基站基礎(chǔ)上新建共覆蓋3D-MIMO，建設(shè)開(kāi)通后，原8T8R宏基站無(wú)線利用率由47%下降至34%，3D-MIMO站點(diǎn)吸收用戶數(shù)120左右，很好的分擔(dān)了業(yè)務(wù)，降低了利用率。3D-MIMO站點(diǎn)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(yīng)用效果

5結(jié)束語(yǔ)

在目前移動(dòng)用戶的不斷增長(zhǎng)、移動(dòng)通信互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的需求高速發(fā)展、移動(dòng)通信資費(fèi)不斷下調(diào)的環(huán)境下，網(wǎng)絡(luò)日益劇增的流量業(yè)務(wù)對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)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(wèn)題十分重要，本文重點(diǎn)通過(guò)覆蓋優(yōu)化、小區(qū)擴(kuò)容、小區(qū)分裂、負(fù)荷均衡、立體覆蓋、新技術(shù)應(yīng)用等措施進(jìn)行容量?jī)?yōu)化方案的介紹，旨在通過(guò)可用手段的方式快速對(duì)現(xiàn)網(wǎng)高負(fù)荷小區(qū)進(jìn)行優(yōu)化，降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，增強(qiáng)用戶感知。

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作者：大唐移動(dòng)通信設(shè)備有限公司 李鐵鈞，吳忠，楊中華，季賢彬，李剛

來(lái)源：C114通信網(wǎng)