TD-LTE无线网载波扩容模型及工程现网实施方案

夏北吨，罗晓明，汪玉琳，杜智烺

（中国移动通信集团设计院有限公司广东分公司，广州 510623）

TD-LTE无线网载波扩容模型及工程现网实施方案

夏北吨，罗晓明，汪玉琳，杜智烺

（中国移动通信集团设计院有限公司广东分公司，广州 510623）

随着TD-LTE网络建设不断深入，用户数量及视频等大流量业务的快速增长，给网络容量带来严峻考验，部分热点区域已急需扩容来满足用户需求。本文基于TD-LTE现网大数据分析影响网络扩容的关键因素，制定出符合当前现网的载波扩容模型，接着依据该模型对现网扩容结果测算，最后介绍现网某厂家扩容的工程实施方案。

TD-LTE；容量；载波扩容；现网实施

随着4G用户的快速增长、视频等大流量业务的快速发展，提速降费带来的流量资费降低，当前及未来数据流量已成倍出现增长，给网络容量带来严峻考验，可能无法满足用户需求。同时移动4G现网流量不均衡现象明显，局部高负荷小区存在扩容需求，部分区域网络负荷已相当严重。因此依据网络负荷及连接用户数等研究符合满足现网实际需求的载波扩容模型，从而计算出各小区合理配置载波数量，一方面根据该结果进行载波扩容可缓解网络负荷，另一方面可实现现网精准扩容并确保网络感知及提升客户满意度。本文在充分分析影响网络容量关键因素前提下，基于TD-LTE网络现网大数据分析和计算，制定出符合现网的载波扩容模型并计算需扩容载波数量，通过对现网基于某厂家扩容的工程实施详细介绍，达到有效指导网络扩容及部署的目的。

1 载波扩容模型

1.1 扩容关键参数及现网典型案例分析

影响TD-LTE无线网络小区级扩容标准的关键参数主要包括无线资源利用率、RRC连接数及小区流量。

PDCCH信道利用率：通过对某地区地铁人流最密集站点进行24 h数据（15 min间隔）进行汇总统计，发现早（8：15）、晚（18：15）为最忙时刻，RRC连接数最多（超过400），PDCCH占用率达到峰值（约40%），但反而出现小区上下行流量显著下降，PDCCH信道（即CCE）严重受限，系统已处于失常运行状态，性能感知严重下降。因此需将PDCCH信道利用率（即CCE利用率）作为影响扩容关键参数，PDCCH占用率与RRC连接数变化呈正相关。

PDSCH信道利用率：通过对某地区大型小区站点24 h数据（15 min间隔）统计分析，早（12：00）、晚（22：00点前后）为最忙时刻，RRC连接数最多（约350），PDCCH占用率相应达到峰值，PDSCH（即下行PRB利用率）和流量攀升到峰值，但下行用户速率显著变差，表示用户感知恶化。因此需将PDSCH信道利用率作为影响扩容关键参数，其在系统未运行失常的情况下，与下行业务流量呈正相关。

PUSCH信道利用率：通过对某地区大型会展中心24 h数据（15 min间隔）统计分析，早（8：30）、晚（18：30点）为用户数最多时刻，RRC连接数最多，PDCCH占用率达到高值，此时业务量未出现明显下降，但上行PRB利用率达到峰值，上行用户速率显著下降，用户感知变差。因此需将PUSCH信道利用率作为影响扩容关键参数，其在系统未运行失常的情况下，与下行业务流量呈正相关。

RRC连接数：以某地区节日举办的大型文艺晚会为例，当天现场超4万人参加活动，由于用户数过多，导致4个基站出现最严重的流控现象用户数和流量明显错峰，当用户数快速增长至1 500户以上时，流量快速下降，且现场用户感知无法使用TD-LTE网络。因此需将RRC连接数作为影响扩容关键参数，其会加大系统资源（PRB、CCE）的占用，此外过多RRC连接数超过设备处理能力，将可能直接造成基带板CPU负载过高、促发流控、调度拥塞、用户排队序列过长以及系统资源无法合理分配给用户等影响。

通过上述现网数据和典型案例分析，影响TD-LTE扩容标准的因素主要包含PDCCH信道利用率、PDSCH信道利用率、PUSCH信道利用率及RRC连接数。通过对现网网络运行数据分析，进而制定上述关键参数的门限值，判断出小区是否达到扩容标准。

1.2 TD-LTE扩容短板模型

基于前述影响TD-LTE扩容标准的关键参数分析，本文建立了基于上述关键参数的TD-LTE扩容短板模型，基于该模型首先判断现网小区是否需要扩载频，进而计算出现网小区合理配置载频数，具体公式如下。

其中，各参数k1、k2、k3、k4表示门限值，具体意义如下。

k1： PDCCH信道利用率（即CCE利用率）扩容门限。PDCCH属于下行公共控制信道，发送上下行资源调配等消息，若出现少量拥塞将导致业务量滞涨（流量增幅明显放缓），即如图1所示的B点。拥塞加剧后，会进一步引发系统调度失效，小区总流量下降，即如图1所示的C点。因此，扩容门限值建议选择B点，而非C点。此外，还应在B点前预留一定的保护间隔，以尽量避免发生拥塞情形。

k2、k3： PDSCH/PUSCH，又称上行/下行PRB信道利用率扩容门限。总体业务信道资源受限，随着用户及业务量增长，用户平均速率与感知逐步下降。扩容门限与设定的基准业务感知目标直接相关，即如图1所示的A点。

图1 无线资源消耗与业务质量感知关系图

k4： RRC连接数扩容门限。为确保系统安全运行，建议取系统设计支持的最大激活态能力数，即400个。

2 扩容结果测算

2.1 扩容模型门限值

依据上述扩容模型，以某重点城市的现网大数据为例进行分析验证，通过计算TD-LTE扩容短板模型中k1/k2/k3门限值，进而得出需扩容载波数。

PDCCH扩容门限值k1：PDCCH信道资源出现瓶颈，将影响上/下行PRB资源分配，从而影响业务量，甚至使系统拥塞，无法保证用户正常进行业务，可将业务量拐点对应的PDCCH占用率作为扩容门限k1。根据某厂家调度算法差异导致的PDCCH占用率对应系统拥塞情况分析，将门限k1应单独取定为当业务量出现拐点时，对应PDCCH占用率分别为70%，本次k1取值为70%。

PDSCH扩容门限值k2：PDSCH体现下行共享资源调度利用情况，在资源受限的情况下，随着用户及业务量增长，用户平均速率下降，用户感知逐渐变差，可取定用户平均保障速率所对应的PDSCH利用率作为扩容门限k2。根据某厂家建议，暂取用户下行平均速率3 Mbit/s（可满足720P高清视频流畅播放）作为较好业务感知A点，根据大数据分析某地市PDSCH利用率门限可取为55%，本次k2取值为55%。

PUSCH扩容门限值k3：PUSCH体现下行共享资源调度利用情况，在资源受限的情况下，随着用户及业务量增长，用户平均速率下降，用户感知逐渐变差，可取定用户平均保障速率所对应的PUSCH利用率作为扩容门限k3。建议暂取用户上行平均速率100 kbit/s作为较好业务感知A点，根据大数据分析某地市PUSCH利用率门限可取为55%，本次k3取值为55%。

2.2 扩容结果测算

通过前述对某地市现网数据分析，求得该地市对应的k1/k2/k3门限值，本次统计某地市现网小区总数为34 531个，以2016年3月作为业务初始期，按照该扩容标准测算出来的某地市该厂家需扩容508个载频，约占现网小区1.5%左右；以2016年12月为业务满足期，按照该扩容标准测算出来的某地市该厂家需扩容11764个载频，约占现网小区34.1%左右；以2017年6月为业务扩展期，按照该扩容标准测算出来的某地市该厂家需扩容20 700个载频，约占现网小区60%左右。本次扩容测算均以F/D载波扩容需求进行，具体如表1所示。

根据某地市某厂家的扩容测算结果，计算出某业务期内需要扩容总载波数及扩容小区号。目前，根据该扩容模型所计算出的结果，与后台数据呈现的小区负荷结果完全吻合（可扩容），且根据该扩容结果而编制的扩容清单已决策讨论通过，于2016年9月实施采购订货清单制定。由于设备到货关系，截至目前，根据本扩容模型测算的扩容方案，未在现网工程实施，待2017年6月本期扩容结束后，可进行详细现网实施验证。

3 工程现网扩容实施方案

3.1 D频段载波扩容方案

本节主要针对前述某地市某厂家的扩容测算结果，对该厂家现网宏站开展D频段扩容方案工程实施介绍。当前，某运营商TD-LTE在D频段共计有D1/D2/D3三个频点可用，本次以现网典型三小区、八通道组网配置为例，主要介绍由S111扩容到S222、S222扩容到S333两种典型扩容方案。

表1 按TD-LTE扩容短板模型测算结果

S111到S222扩容方案：以某厂家为例，对现网宏站S111型站点扩容到S222，工程扩容方案建议如下。

（1）基带板能力：该厂家单基带板能力：12× 20 MHz 1T1R，12×20 MHz 2T2R，6×20 MHz 8T8R。

（2）由S111扩展到S222，未超过基带板最大支撑能力，暂无需新增。

（3）对现网该厂家老旧的基带板需要更换，老旧的电源板需要更换。

S222到S333扩容方案：以某厂家为例，对现网S222型站点扩容到S333，工程扩容方案建议如图2所示。

图2 TD-LTE宏站D频段3载波扩容示意图

（1）目标站S333需消耗基带资源3×3×20 MHz，目前基带板一般最大支持6×20 MHz，需新增1块基带板。

（2）扩容后需要将1个小区的RRU接到新增的基带板上。

（3）开3载波需要同时使用双光纤及IR压缩方案，对不满足现网站点需改造。

（4）现网部分RRU不支持3载波扩容，如某厂家的RRU3232，RRU3253等，需替换。

（5）基带板能力：该厂家单基带板能力：12× 20 MHz 1T1R，12×20 MHz 2T2R，6×20 MHz 8T8R。

（6）其它如光传输模块单元、尾纤、载波扩展单元、软件功能等按站点实际需要配置。

3.2 F频载波扩容方案

针对前述某地市某厂家的扩容测算结果，对该厂家现网站点开展F频段扩容方案工程实施介绍。当前，某运营商TD-LTE在F频段共计有20 MHz+10 MHz两个频点可用，本次以现网典型三小区、八通道组网配置为例，介绍F频段由S111扩容到S222扩容方案。

S111到S222扩容方案：以某厂家为例，对现网S111型站点扩容到S222，工程扩容方案建议如图3所示。

（1）基带板能力：该厂家单基带板能力：12× 20 MHz 1T1R，12×20 MHz 2T2R，6×20 MHz 8T8R。

（2）双载波扩容后，消耗基带资源不大于6×20 MHz 8T8R，1块基带板可以满足要求，如果扩容后载波数大于6，需要增加基带板硬件。

（3）现网部分RRU不支持2载波扩容，如某厂家的RRU3158-FA等，需替换。

（4）需要增加的光纤、光模块、载波扩展单元、软件功能等按站点实际需要配置。

4 总结与展望

本文从现网案例着手，结合现网大数据深入分析影响扩容的关键参数，基于PDCCH/PUSCH/PDSCH利用率及RRC连接数制定了TD-LTE扩容短板模型，基于该扩容模型并采用现网数据进行验证分析和测算，得出了符合当前扩容策略下的某厂家载波扩容测算结果。接着分别对TD-LTE的D频段及F频段工程现网扩容实施方案进行介绍，对后续网络扩容具有指导意义。但本文研究主要基于现网数据分析仍存在网络滞后现象，后续通过信令采集系统和实测数据来研究业务感知速率基线来更精准的制定扩容方法需进一步研究。同时由于VoLTE正在试商用阶段，后续推广后本文将进一步研究VoLTE话音业务对扩容的影响，进一步分析VoLTE业务量与PUCCH及PUSCH利用率的曲线关系，对本模型实时校正。

图3 TD-LTE宏站F频段2载波扩容示意图

[1] 焦燕鸿, 赵旭凇. TD-LTE无线网络利用率评估体系探讨[J].电信工程技术与标准化, 2013(1).

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[3] 刘磊. LTE系统容量规划方法探讨[J]. 邮电设计技术, 2014(12).

[4] 周徐, 郭宝. LTE业务热点扩容与F+D组网方案研究[J]. 电信技术, 2015(7).

Carrier expansion model and engineering implementation program of TD-LTE wireless network

XIA Bei-dun, LUO Xiao-ming,WANG Yu-lin, DU Zhi-lang
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Guangdong Branch, Guangzhou 510623, China)

With the TD-LTE network construction continues to deepen,the rapid growth of user’s number and large flow video businesses bring a severe test to the network capacity,some hotspots even have been in urgent need of expansion.This paper is based on TD-LTE network data to analysis the key factors that impact of network expansion,and develop a carrier expansion model in line with the current network. Then,according to the model to calculate the current network‘s expansion results.Finally,introduction of the current network expansion program of engineering implementation plan.

TD-LTE; capacity; carrier expansion; current network implementation

TN929.5

A

1008-5599（2017）06-0076-05

2016-11-04