LTE下行频率选择性调度研究

陈浩凯

(中国移动通信集团广东有限公司深圳分公司，广东　深圳　518026)

LTE下行频率选择性调度研究

陈浩凯

(中国移动通信集团广东有限公司深圳分公司，广东深圳518026)

摘要:LTE系统引入下行频率选择性调度(Downlink Frequency Selective Scheduling，DL-FSS)用于尽可能避开衰落和干扰。抽取26个小区作为实验样本，通过指标分析和外场测试，研究下行频率选择性调度所带来的增益、资源投入以及影响，同时分析DL-FSS增益与激活用户数的关系。最后，针对研究结果提出了DL-FSS实施的建议以及总结梳理DL-FSS的增益原理。

关键词:频率选择性；调度；每PRB吞吐量

LTE系统采用了共享信道的机制，为了更加有效地利用和分配共享资源，需要在不同用户之间进行调度[1]。无线环境中，信号在蜂窝基站与移动台之间的传播通常是直射、反射和绕射等多种路径混合组成的多径传播。多径效应带来的信道衰落，可分为平坦衰落和频率选择性衰落。越复杂的环境，譬如中心城区，无线传播产生的路径越多，频率选择性也越明显。另一方面，相邻小区间存在同频干扰，但各子带上的干扰功率并不相同。在LTE系统中，下行频率选择性调度(Downlink Frequency Selective Scheduling，DL-FSS)可以利用子带信道质量指示(Channel Quality Indicator，CQI)的上报和调度尽可能地避开衰弱和干扰。

目前，对DL-FSS实验研究较少。参考文献[2]通过某小区的外场测试信令分析，表明DL-FSS可以实现用户在较好的资源块(Resource Block，RB)上接入。参考文献[3]通过外场测试的方法对某小区的吞吐量进行DL-FSS、下行频分调度(Downlink Frequency Diversity Scheduling，DL-FDS)对比。但到目前为止，尚未有文章通过对群体小区进行DL-FSS的完整性实验指标分析，研究其带来的增益、资源投入与影响。本文抽取26个小区作为实验样本，通过指标分析和外场测试，研究下行频率选择性调度所带来的增益、资源投入以及影响，同时分析DL-FSS增益与激活用户数的关系。最后，针对研究结果提出了DL-FSS实施的建议以及总结梳理DL-FSS的增益原理。

1DL-FSS工作原理和实验研究思路

1.1工作原理

目前下行调度方案通常分为两种，DL-FSS和DL-FDS。DL-FDS是基站通过用户的全带CQI上报等计算用户的优先级，按照用户的调度优先级，从低频段向高频段依次向其分配下行资源。DL-FSS则是基站采用用户上报的子带CQI进行各子带调度优先级的计算，按照其子带优先级依次进行调度，尽量使用户分别在各自信道质量最好的子带上调度。总之，DL-FSS实际上是通过更多的子带信息量进行更精细的调度以获取频率选择性增益。DL-FSS涉及两个重要的模块，分别是子带的划分和子带CQI的上报。对于20 Mbit/s带宽，协议上已规定采用8个物理资源块(Physical Resource Block，PRB)为1个子带[4]。用户则针对不同的子带进行子带CQI上报。

1.2研究思路

1.2.1后台指标分析

实验通过抽样26个小区(17个宏站、9个室分)为群体样本实施DL-FSS，并读取前后两周的后台指标以进行如下分析：群体样本的增益与关键指标变化、资源投入、增益与激活用户数的关系以及宏站、室分增益指标对比等。

1.2.2外场测试分析

实验通过在群体样本中抽取一个小区进行外场测试，主要分析DL-FSS对“好”“中”“差”样本点的性能影响；以及验证DL-FSS是否会对“好点”个体下载速率造成负面影响；验证周边小区50%负载加扰情况下的增益提升。

2实验研究结果

2.1群体样本的初步分析

通过两周的观测，将后台主要指标分为三类列表对比(见表1)。首先，第一类指标是体现DL-FSS增益的指标。如表1所示，每PRB吞吐量，高阶调制比例以及下行吞吐率均有较大的提升。其次，第二类是体现DL-FSS资源投入的指标，如表1中的物理上行共享信道(Physical Uplink Shared Channel，PUSCH)非业务占用PRB数提升了23%，物理上行链路控制信道(Physical Uplink Control Channel，PUCCH)占用PRB小幅度上涨，上行速率轻微下降。

最后，第三类是现网的关键性指标，主要用于判断其是否会受到DL-FSS的影响。如表1所示，无线接通率、掉线率和切换成功率均基本保持稳定，丢包率则有小幅度的下降。结合以上的初步指标分析，可输出初步的结论：DL-FSS一方面可以提升CQI，从而降低丢包率，提升高阶调制占比、提升每PRB吞吐量以及下行吞吐率，但另一方面也会使得PUSCH和PUCCH的资源占用有所增加。

表1DL-FDS/FSS性能对比

指标分类对比项DL-FDSDL-FSS变化率/%第一类每PRB吞吐量/kbit0.2530.2654.7464QAM比例/%31.4833.97.6816QAM比例/%22.1423.345.42QPSK比例/%46.3842.76-7.8第二类下行吞吐率/(Mbit·s-1)10.3911.177.51上行吞吐率/(Mbit·s-1)1.431.42-0.7PUSCH非业务占用PRB数8.8510.9123.34PUCCH占用PRB数11.1611.270.99第三类下行丢包率/%7.405.90—无线接通率/%99.8699.80—无线掉线率/%0.100.13—切换成功率/%99.4999.66—

2.2群体样本的深入分析

群体样本的深入分析，主要探讨的是样本小区的资源投入变化，增益与激活用户数的变化规律探索等。图1中所有小区的PUSCH和PUCCH的PRB数相对于DL-FDS的增长比绘出，从中发现几乎所有小区的PUSCH的资源均有所增长，但PUCCH资源的增长与减少的小区数约各占50%。结合前面的群体指标的初步分析结论，可以进一步断定，DL-FSS主要影响的还是PUSCH资源投入增加，而对PUCCH资源的影响较小。

图1　样本小区资源变化分析

图2探讨每PRB吞吐量DL-FSS增益和下行激活用户数(注：1 ms采样周期)的关系。

从图2中发现，bit/PRB DL-FSS增益和下行激活用户数并未呈现明显的变化规律，但是若下行激活用户数过小会出现增益不稳定的情况。由此得到结论，

图2　每PRB吞吐量DL-FSS增益与下行平均激活用户数关系

在DL-FSS实施前，可通过下行平均激活用户数来实现是否有稳定增益的初步判断。

2.3群体样本的场景分析

在场景的分析中，本文主要探讨宏站和室分场景的关键指标变化，从而探讨下载速率的提升问题。表2将宏站室分的DL-FDS/FSS指标一一列出，可从中发现最明显的区别在于高阶调制占比。宏站的调制占比主要是QPSK，均值在52%左右，而室分的调制占比主要是64QAM，均值在59%左右。

表2宏站/室分的DL-FDS/FSS指标对比

类别每PRB吞吐量/kbit64QAM比例/%16QAM比例/%QPSK比例/%下行吞吐率/(Mbit·s-1)宏站FDS0.24622.8224.1553.039.30宏站FSS0.26024.5123.9951.5010.24室分FDS0.26858.4615.8625.6814.27室分FSS0.27659.4021.5619.0414.06

图3是将宏站、室分的DL-FSS相对DL-FDS的提升比以柱状图绘出，可发现，宏站主要是提升64QAM的占比并且下行吞吐率有一定提升。而室分主要是提升16QAM的占比，但下载速率却有所下降。此处的结果和上文的群体样本初步分析结论出现矛盾。从表2和图3中的现象猜测，是否是室分高阶调制占比较高，SINR值好，所以下行吞吐率难以提升？为了进一步验证此处猜想，本次实验接着进行了个体样本的外场测试。

图3　不同场景DL-FSS指标提升比分析

2.4个体样本的测试分析

个体样本实验选取一个LTE宏站小区，测试过程中分别选取了“好”“中”“差”点进行FTP测试。从测试结果(图4)中发现，“好”点由于物理下行共享信道(Physical Downlink Shared Channel，PDSCH)资源的占用减少，下行吞吐率的确有明显下降，而“中”“差”点则有明显的上升，并且环境越差，提升比例也越高。另外，在周边小区50%负载加扰的环境下，DL-FSS的增益是仍然存在的。

图4　花园小区-HLH-1 DL-FSS分析

3实施建议与总结

3.1实施建议

首先，建议选择“小区下行平均激活用户数>0.08”的宏站小区实施DL-FSS，可获得较稳定增益。对于室分小区，若期望提升小区下行吞吐率则不建议实施DL-FSS；若期望提升边缘用户感知则建议实施，但较大概率会降低该小区下行吞吐率。其次，本方案应用前，应主要观测PUSCH利用率情况，根据实验经验值，开启后PUSCH非业务PRB会提升23%左右，可提前做好评估。最后，本方案应用后，由于无线环境的不确定性，难以在实施前做准确效果预判，因此应观察3天的指标情况，对于每PRB吞吐量无明显提升的建议关闭DL-FSS。

3.2增益总结

结合上文分析，如图5所示，DL-FSS是可以通过CQI的提升改善性能，但其增加PUSCH/PUCCH的资

源占用对下载速率也会造成影响，两者相互权衡。但从改善边缘用户感知为出发点，本文仍然建议根据上文的实施建议开启DL-FSS，提升客户满意度。

图5　DL-FSS增益总结

参考文献：

[1]王映民.TD-LTE技术原理与系统设计[M].北京：人民邮电出版社出版，2010.

[2]陈国忠.LTE频率选择性调度研究和分析[J].电信技术，2014(5)：47-49.

[3]饶志华，汤冠军，陈彦.TD-LTE主要功能—下行频率选择性调度(DLFSS)测试研究[J].中国新通信，2014(11)：114-115.

[4]3GPP TS 36.213，Physical layer procedures[S].2008.

Study on downlink frequency selective scheduling in LTE system

CHEN Haokai

(ShenzhenBranch,ChinaMobileGroupGuangdongCo.,Ltd,GuangdongShenzhen518026,China)

Abstract:To avoid the fading and the interference mentioned above, in LTE system, the downlink frequency selective scheduling (DL-FSS) is introduced. Through the analysis of the key performance indicators and the field experiment, 26 cells are selected as the experimental samples to study the gain, cost and the influence of DL-FSS. At the same time, the relationship between the gain of DL-FSS and the number of active users are analyzed. Lastly, based on the analysis, the theory of the gain for DL-FSS is obtained. And the suggestions for the implement of DL-FSS are presented.

Key words:frequency selective; scheduling; throughput in each PRB

中图分类号:TN929.5

文献标志码：A

DOI：10.16280/j.videoe.2016.02.018

作者简介：

陈浩凯，硕士，主要研究方向为LTE网络规划、网络优化以及LTE-A Relay技术。

责任编辑：许盈

收稿日期：2015-08-06

文献引用格式：陈浩凯. LTE下行频率选择性调度研究[J].电视技术，2016，40(2):93-95.CHEN H K. Study on downlink frequency selective scheduling in LTE system[J].Video engineering，2016，40(2):93-95.