2019年度“嘉环杯”获奖论文一等奖LTE多载波负载均衡研究与应用

赵 煜 梅立鑫 周奕昕

中国联合网络通信有限公司江苏省分公司

0 引言

随着高清视频和2I2C业务的发展，联通LTE网络用户规模及数据业务流量增长迅速，部分业务热点区域对LTE网络容量提出了更高的要求。根据业务发展情况和容量要求，联通重点对工业区、校园等热点区域进行了载波扩容。扩容后，流量增长和用户体验与多载波间均衡情况有很大关联，通过负载均衡参数差异化设置，可以改善整体用户感知。负载均衡的应用场景主要分为异频和异系统两大方面，本文重点研究异频负载均衡，如图1所示。

图1 异频负载均衡应用场景

1 负载均衡算法和原理介绍

系统内移动性负载均衡(Mobility Load Balancing, MLB)将重叠覆盖的异频(包含异模式)小区负载重新分配，提升整个网络资源利用率，保证业务的QoS水平和用户体验。MLB通过切换或重选将业务从高负载小区转移到资源利用率低的小区。

LTE负载均衡流程如图2所示。

图2 LTE负载均衡流程

1.1 触发/停止负载均衡

负载均衡大多以用户数触发为条件，当用户数满足触发条件时，触发异频负载均衡，转移同步态和空闲态的用户。

用户数负载均衡触发条件：连续5秒周期内，小区同步态用户数≥ 异频负载均衡用户数门限＋负载均衡用户数偏置，则触发异频同步态用户数负载平衡。

用户数均衡停止条件：连续5秒内小区同步态用户数<异频负载均衡用户数门限（InterFreqMlbUeNumThd），停止异频同步态用户数负载平衡。

1.2 选择目标小区

异频MLB目标小区选择需要同时具备如下条件：

基站参数中异频负载均衡开关打开；

与目标均衡小区配置正确的异频邻区关系；

异频频点参数中将可均衡的外部频点配置为“允许目标频点为负载均衡频点”；

关于目标邻区的重叠覆盖标识，如果其中一个异频邻区配置成“是”，则只会向该小区均衡，不向其他邻区均衡。在不确定同覆盖的情况下，所有邻区的该参数可设置为“否”；

站间均衡X2链路需配置且可用，用于获取目标基站的PRB利用率和用户数等资源；

目标小区的电平需高于负载均衡A4门限；

（服务小区-邻小区PRB利用率差值）＞负载差门限，且邻区InterFreqMlbUeNumThd-邻区同步态用户数>0的小区，或（服务小区同步态用户数-邻区同步态用户数）/服务小区同步态用户数>用户数差值门限（UeNumDiffThd）的小区。

1.3 负载均衡执行

不选择均衡的UE：负载均衡执行阶段选择不处于CA状态、没有建立QCI1的业务、不处于惩罚阶段的用户。

移出UE的个数限制：每异频负载评估周期（InterFreqLoadEvalPrd）内转移的最大UE个数不能超过负载均衡最大切换出的用户数（MlbMaxUeNum）。

当收到的切换请求消息携带的负载平衡切换原因为“Reduce load in serving cell”时，目标小区不做接纳判断，按照正常切换流程处理；当收到的原因为“Resource Optimisation Handover”时，如果目标小区PRB利用率或同步态用户数处于潜在高载状态，或者负载平衡触发状态，则目标小区回复切换拒绝响应消息HANDOVER PREPARATION FAILURE，否则按照正常切换流程处理。

1.4 负载均衡应用场景

（1）用户数空闲态平衡负载，需同时满足如下四个条件。

覆盖场景：一个异频频点下仅一个目标小区；

业务场景：不同小区的业务满足独立同分布，即大小包业务的比例相同；

速度场景：小区中以静止或慢速移动用户为主；

组网场景：站内场景或两端均为同厂家设备且部署X2链路的站间场景。

（2）用户数连接态平衡负载，同时满足如下四个条件。

覆盖场景：一个异频频点下有任意数量的目标小区；

业务场景：有重叠覆盖的异频小区业务满足独立同分布，即大小包业务的比例相同；

速度场景：静止或慢速移动用户为主；

组网场景：站内场景或两端均为同厂家设备且部署X2链路的站间场景。

2 当前使用的负载均衡方案

异频负载均衡按照触发方式，分为基于PRB利用率和基于用户数两种。现网主要使用基于用户数的负载均衡，且使用场景主要为同站同扇区，如图3所示。

图3 现有负载均衡方式

2.1 同覆盖场景载波间倾向性负载均衡方案

根据扩容后评估情况，L2100（2100Mhz频段LTE小区）由于同频干扰小，空口质量明显较优，资源效率高，实际承载能力强，对多载波空口质量差异较大的场景，根据实际空口吞吐能力进行载波均衡，达到感知速率基本均衡的目的，超过两载波场景应用思路一致。

整体思路：

（1）互操作策略优化。通过调整空闲态重选、异频测量及切换参数，控制实际驻留范围，同时L2100小区覆盖边缘信号质量高于L1800（1800Mhz频段LTE小区），实现小区边缘用户倾向性驻留L2100，有利于用户感知提升；

（2）MLB倾向性配置。相对放宽L1800小区的MLB启动门限、选择用户条件、差值门限等参数，并配置差异性的小区能力缩放因子，控制L1800易于分担至L2100，达到与实际空口能力匹配。

由于各多载波扩容小区的实际用户分布、负荷、空口质量各不相同，需要实施适应性的参数配置，通过典型小区参数配案举例，说明参数整体方案：

（1）L1800侧参数配置方案（各参数可以根据实际情况优化调整）：

小区重新优先级-异频/异系统测量启动门限4->14，空闲态提前启动异频测量；

异频频点设置，频率偏置0->-6，空闲态倾向性重选；

基于覆盖的A1/A2设置，A1事件门限-105->-101，A2事件门限112->-105，基于覆盖A4触发门限-105->-107，基于负载的异频A4触发门限(毫瓦分贝)从-103到-107dBm；

异频空闲态MLB用户数门限100-->150，异频负载均衡用户数门限70->30，用户数差值门限15-->20；负载均衡用户选择PRB门限15%，MLB小区能力缩放因子10。

（2）L2100参数配置方案（各参数可以根据实际情况优化调整）：

基于覆盖的A1/A2设置，A1事件门限-105 ，A2事件门限-112，基于覆盖A4触发门限-105，基于负载的异频A4触发门限(毫瓦分贝)从-103；

异频空闲态MLB用户数门限100->150，异频负载均衡用户数门限70->100，用户数差值门限15-->20；负载均衡用户选择PRB门限15%，MLB小区能力缩放因子100。

2.2 同覆盖场景载波间倾向性负载均衡案例

（1）中新城B扇区扩容L2100后，属于同扇区2个载波同覆盖场景。

L2100的用户数和流量较高，感知速率低；L1800用户数和流量较少，感知速率高。

（2）通过MLB参数调整使L1800和L2100用户数和感知速率达到均衡。

调整L1800小区A1、A2为-101、-105，使其尽早启动异频测量；

根据载波间倾向性负载均衡策略，评估各载波吸收用户数与速率的关系，调整L1800小区用户数门限为40，L2100均衡用户数门限调整为60，均衡用户数偏置统一设置为10。

表1 调整前后负载均衡门限

MLB参数调整后，L2100和L1800小区感知速率趋于平衡，如图4所示。

图4 调整前后负荷趋势对比

2.3 小结

由于同频干扰较小形成的信号质量优势，L2100小区承载用户的能力明显高于L1800。根据空口能力进行倾向性负载均衡参数设置，而不是简单的小区间平均承担用户，可在现有带宽条件下，提高资源利用效率，缓解流量压抑，提升用户感知。

针对扩容后同覆盖场景（同站同覆盖场景、同站大小覆盖场景），采用基于用户数的倾向性负载均衡方案，可以有效释放压抑流量，提升用户感知。但是针对同站交叠覆盖场景、异站交叠覆盖场景或宏微站交叠覆盖场景，负载均衡方案未进行验证。

3 交叠覆盖场景负载均衡方案

3.1 交叠覆盖场景负载均衡功能验证

3.1.1 交叠覆盖场景负载均衡参数配置方案

交叠覆盖场景、两载波同带宽情况下，基于用户数的负载均衡参数基本配置（用户数、基于负载的异频RSRP触发门限可根据实际情况调整）如表2所示。

表2 基于用户数的负载均衡参数基本配置

参数I D 参数名称 现网配置值 备注M l b H o C e l l S e l e c t S t r a t e g y 负载均衡触发的切换小区选择策略P E R M I T_N O N_S T R O N G E S T_C E L L 允许U E切换向非最强小区I n t e r F r e q L o a d B a s e d H o A 4 T h d R s r p 基于负载的异频R S R P触发门限 -105 连接态用户数M L B，目标小区信号I n t e r F r e q L o a d B a s e d H o A 4 T h d R S R Q 基于负载的异频R S R Q触发门限 -18质量需要满足的门限，实际触发值与I n t e r F r e q H o A 4 T r i g Q u a n的配置相关I n t e r F r e q M l b B l i n d H o 异频负载平衡盲切换方式关连接态用户数M L B不采用盲切换的方式，而是采用测量的方式进行切换

3.1.2 同站交叠覆盖场景验证

相城区正源悦庭1号楼楼顶基站A、B、C三个扇区属于同站存在交叠覆盖的场景，进行验证。从KPI指标看，同站负载均衡功能已生效。SZ_XCQ_U_相城区正源悦庭1号楼楼顶-C-1小区流量、用户数、下行PRB利用率均下降；SZ_XCQ_U_相城区正源悦庭1号楼楼顶-A-1和SZ_XCQ_U_相城区正源悦庭2号楼楼顶-B-1小区流量、用户数、下行PRB利用率均上升；

表3 同站负载均衡指标趋势

3.1.3 异站/宏微站交叠覆盖场景验证

本文选择的场景为L1800的宏站小区（频点为1650）向有同覆盖的L2100 BOOKRRU（频点为450）做站间负载均衡。从KPI指标看，站间负载均衡功能已生效。L1800宏站小区流量、用户数、下行PRB利用率均下降；L2100 BOOK小区流量、用户数、下行PRB利用率均上升。

表4 站间负载均衡指标趋势

3.2 交叠覆盖场景载波间防止乒乓切换参数配置方案

通过优化L1800与L2100载波间切换参数（基于覆盖&负载的A1、A2和A4门限），避免因同时满足基于负载与覆盖的切换条件，而产生乒乓切换问题，参数配置方案如表5所示。

表5 防止乒乓切换参数设置

3.3 交叠覆盖场景负载均衡效果评估

现网选择了同站交叠覆盖场景和宏微站交叠覆盖场景进行了验证，由于验证的站点数较少，样本量少，交叠覆盖场景负载均衡效果仅供参考。

（1）高负荷（负载均衡）小区：

忙时流量下降12%左右；

忙时小区平均用户数下降13%左右；

忙时下行PRB利用率下降3.4%；

忙时下行感知速率提升4%。

（2）低负荷（负载均衡目标）小区：

忙时流量增长16%左右；

忙时小区平均用户数增长22%左右；

忙时下行PRB利用率增长2.6%；

忙时下行感知速率保持不变。

3.4 推荐使用场景

高负荷场景，满足以下几个条件时，可以开通。

3.4.1 覆盖场景条件

一个异频频点下有任意数量的目标小区；

两个异频小区存在一定范围的重叠覆盖区域，其中异频小区的信号强度大于-105dBm。

3.4.2 业务场景条件

两个异频小区的重叠覆盖区域，有一定数量的业务和用户分布；

有重叠覆盖的异频小区业务尽量满足独立同分布，即大小包业务的比例尽量相近。

3.4.3 速度场景条件

静止或慢速移动用户为主，比例尽量大于70%。

4 结束语

基于用户数的交叠覆盖场景负载均衡功能均生效，且具有一定的负荷分担效果。在非绝对高负荷且存在异频频点的区域，可以结合网络的实际覆盖、实际业务和用户分布情况，开启基于用户数的负载均衡功能。先通过优化手段降低该区域网络负荷，提高资源利用效率，缓解流量压抑，提升用户感知。