基于LTE无线网络优化的研究

2018-11-09闫晶莹

山西电子技术 2018年5期

闫晶莹

(中国联合网络通信集团有限公司太原市分公司，山西太原 030002)

0 引言

随着4G用户的迅猛发展，流量业务的快速增长，网络负荷不断增加，面临着不断的冲击，尤其热点区域经常会出现高负荷的情况，难以满足用户对无线网络资源的需求[1]。这会使得用户感知体验差，影响联通4G品牌。通过调整有限的网络资源，既达到绿色网络目标，又提升了各项KPI指标及用户感知，对解决负荷问题有着重大的意义。为了充分利用有限的网络资源提升网络容量，改善用户感知，本文通过本地实际情况，从增加频谱、增加小区两方面，分场景进行4G资源调整，提升网络容量。

1 无线网络资源调整方案

1.1 基于频谱增加的容量增强方法

增加频谱是最有效的扩容手段，但受限于中国联通LTE频谱资源的不足，仅通过扩载频的方式难以满足大数据业务需求，而载波聚合技术(CA)可以充分利用离散的频谱资源(尤其是refarming之后)，将多个零碎的频段整合起来向用户提供更大带宽用于数据传输[2]。其增益主要来源于CA用户能够同时使用多个载波的空闲资源，选择其中信道条件较好的资源进行传输，最高可实现汇聚100 MHz资源供给单用户使用。载波聚合可通过调度增益和负载均衡，显著提升系统性能和单用户速率体验。

为了验证效果，选取电力专科学校进行负载均衡试验，于2016年10月29日10点左右，对电力专科学校站点开始配置负载均衡，目前开通基于PRB利用率的负载均衡功能[3]。经后台指标监测，一小区负荷较重，目前负荷均衡效果良好，达到预期的目的。

图1 实施前后PRB利用率指标对比

开通载波聚合后，1800频段的小区在PRB利用率、流量和平均用户数方面均有所下降，而单用户平均下行吞吐率有所提升，同时相对应的2100频段的小区在PRB利用率、流量和平均用户数方面均有所提升，而单用户平均下行吞吐率有所下降，提升了用户感知，达到了预期的目的[4]。

1.2 基于小区数的容量增强方法

增加小区数目也是运营商增强容量的重要手段，目前联通有效增加小区数目的途径有开通TDD站、扇区分裂和SmallCell微基站部署以及增加载波[5]。将FDD高流量基站通过负荷分担至共址TDD站，提高拥塞区域容量，但是TDD站较少及支持的终端有限；扇区分裂技术能够有效提升资源利用率，但会对天面有额外的要求；部署Small Cell微基站设备同样可以有效增加容量，但需考虑传输及站址资源。

1.2.1 异频负荷分担

太原2015年在热点区域和高校建设169个TDD站，由于当时FDD大面积建设，资源充足，为了积极响应国家有关节能减排的号召，提升无线基站资源利用率，降低无线基站能耗，减少无线网络运营成本，将TDD站全部下电[6]。随着太原联通4G用户的快速增长，特别是热点区域出现拥塞的情况，太原联通决定将FDD高流量基站通过负荷分担至共址TDD站，减少承载用户数以改善用户速率感知。太原负荷分担涉及L1800、L2100、TDD、WCDMA四张网络之间的互操作。如下为四张网络频点优先级的设置，涉及空闲态和连接态，驻留策略说明如下：

● 空闲态：L1800、L2100、TDD、WCDMA的重选均为双向，总体策略是优先驻留LTE网络。

● CS状态：LTE发起CS业务时，执行CSFB，RWR到WCDMA的语音载波，当CS业务结束时，FR到LTE网络上。

● 连接态：L1800、L2100、TDD之间有双向的HO、IFLB，但没有RWR，L1800、L2100、TDD与WCDMA的重定向为双向过程，总体策略是优先驻留L1800。

● 对于异频/异模式切换，选取了A2+A5事件组合(也可以变为A2+A3)。

● 对于异系统重定向，默认为A2+B2事件组合。

2017年1月份在太原理工大学北区按照方案进行相关实验操作，其中流量指标统计对比(负荷分担前后4天流量晚忙时)如图2。

图2 晚忙时流量对比

工大北区调整前/后4天忙时平均流量49.27/58.20G，平均增幅18%左右，最大单日忙时增幅高达40%(4.13与4.20相比)。工大北区晚忙时用户数分布如图3。

图3 晚忙时用户分布

1.2.2 扇区分裂技术

扇区分裂技术依托窄波束天线、劈裂天线、多波束天线对原有常规天线覆盖扇区进行分裂处理[7]。主要针对用户分布在近点或者中点的场景，且在扩容区域内没有可以用于回传的光纤资源和可以选取的站址，例如高密度、容量不足、临时场馆、学校、繁忙交通线路等场景[8]。劈裂天线与原始天线在同挂高和同角度的情况下，上行和下行的覆盖区域也基本相同，仅局部有所恶化。但扇区分裂技术会很大程度上缩小相邻扇区的隔离度，增大LTE同频干扰的影响。对于重叠干扰区域内原天线主瓣方向来说，当网络负荷较轻时存在较大的干扰，吞吐率和网络质量也有明显下降，单UE使用时尤为严重，当多个UE同时进行业务时，开启CoMP可以改善一部分性能；当网络负荷较重时，原天线主瓣方向干扰进一步加大，CoMP和ICIC技术均无法改善性能。

9月13日凌晨，针对山西大学令德公寓晚忙时PRB利用率高、单用户速率低的问题，对令德宿舍Smallcell的18个小区进行了小区分裂。小区分裂完成后，对前台测试指标及后台KPI进行了对比。

图4 山西大学令德宿舍Smallcell-A

扇区分裂技术对容量的提升效果比较明显，网络容量提升了47%，下行总吞吐率提升了73.14%， PRB利用率降低74.42%，容量问题得到改善。

1.2.3 微基站部署

微基站则主要针对远点用户较多但部署宏站不便的场景，主要考虑光纤资源及站址丰富区域的场景，为室内外宏站环境提供快速有效的局部补充，解决无线网络局部容量高需求的问题[9]。微基站典型的应用场景，如数据业务需求旺盛、重要性较高的地区以及部分难以解决的深度覆盖场景。通过宏微基站的协同组网，能够有效提升目标区域的覆盖和容量，从而提升整网质量和用户感知[10]。

微基站对宏基站上下行容量及边缘速率的提升性能与其部署相对位置及频率有密切关系，宏微1.8 GHz同频组网时，微站应该部署在宏站的远点位置，在典型用户模型下即宏微用户数量比为3∶1时，在部署微站后下行总容量平均上浮20%～100%，同时下行边缘速率上浮约70%～130%；而采用2.1 GHz微基站与1.8 GHz宏站异频部署，部署微站后下行总容量平均上浮为84%～145%，边缘速率增益在2.4倍以上。但是微基站在部署时需要考虑覆盖的精准定位和宏微同频干扰问题，这也是后期仿真软件急需提高的方面。

1.2.4 增加载波