一种大带宽低时延业务的4G 网络承载优化方法研究*

夏龙根

（中国移动通信集团广东有限公司佛山分公司，广东 佛山 528000）

0 引 言

在目前5G 大规模商用初期，5G 网络的覆盖还不够完善，而一些政企类项目提出的业务需求已接近5G 业务指标要求，我们称之为“类5G 业务”，如即时高清视频监控、即时高清视频回传、大带宽企业专线等[1]。由于技术体制的缺陷，这些业务在4G 网络上承载效果不佳，客户的感知体验很差，网络优化也很难取得明显的效果。现行的普遍做法是，运营商在取得类似项目标的后，不计成本搭建“专网”来满足客户需求，项目的投资收益比很低。

本文从一个案例出发，总结和研究在不做额外站点建设、不影响大网用户正常网络使用的前提下，通过“软优化”实现在当前4G 网络承载高清视频回传业务的优化的方法。

1 问题描述

本文所述案例为一则视频采集设备利用4G 车载终端实时回传高清视频系统，系统通过车载视频采集设备采集数据，利用4G 终端模块发送数据，通过中国移动物联网CMIOT 再将数据传送到客户的视频平台[2]。项目整体框架如图1 所示。

图1 车载视频回传项目逻辑框架

车载视频采集设备将3 路摄像头数据，通过编码合路，借助4G 模块通过上行通道将数据发送到基站。上行通道速率2 mbps 以上。数据通过基站转发CMIOT 专网，通过PTN910 交换机转发的到车载路由，最后经由交换机到客户侧视频平台。由于视频要求实时回放，视频从车载采集到客户平台播放的端到端时延必须控制在100 ms 以内，超过100 ms 容易卡顿或者掉线。

结合视频采集回放和ping 包测试发现，当ping包时延超过300 ms，容易视频掉线；当ping 包时延在100 ms 以上时，视频容易出现卡顿；ping 包时延在100 ms 以下，视频感知流畅，如图2 所示。

图2 车载视频系统ping 包测试结果

图3 占用FDD/TDD 小区的时延差异

从客户端看，如图3 客户端截图，视频卡顿及掉线均由丢包引起。当终端占用到TDD 小区时，ping 时延普遍超过100ms，视频将出现丢包漏失采集信息的情况；而占用到FDD 小区时，ping 时延在50～80 ms 之间，不易出现丢包情况。

理论上，FDD 空口时延要比TDD 时延小，干扰低的时延要比干扰高的时延小。干扰大会增加包重传次数，增加端到端时延；而FDD/TDD 时延区别在于LTE 采用的HARQ“等停”进程模式，如图4 所示，下一个数据包传递之前必须等待上一个数据包的接收确认（ACK/NACK）。从技术体制上看，FDD 是上下对称频谱，上行和下行频分双工，因此上下行数据发送完成马上就可以反馈，等停时间较短；而TDD 是时分双工，目前LTE-TDD 的时隙配置SA2（DL：UL=3:1，还有两特殊子帧，如图5 所示）[3]，下行数据发完之后一定要等到下一个上行时隙，而且由于上行时隙时隙较少，TDD 反馈平均等待时间要高于FDD。而当小区用户增加时，由于上行时隙调度问题，时延还要增加。

图4 LTE 网络RTT 时延示意

图5 TDD 网络上行时隙资源配置

2 优化举措及成效

从问题特征看，要实现本案例车载视频流畅不卡顿不断线，网络必须具备以下条件：

（1）车载经过的道路沿线具有FDD 连续网络覆盖，图6 为沿线FDD 站点分布。

（2）车载终端仅占用FDD 小区，而不占用TDD 小区。

（3）道路沿线FDD 小区负荷不能太高，即普通用户基本在TDD 小区。

（4）道路沿线FDD小区覆盖理想，信号质量好。

以下优化举措围绕上述4 点因素展开。

图6 道路沿线站点FDD 覆盖图层

2.1 道路沿线FDD 站点分布

从站点分布图层看，道路沿线均有FDD-1800站点，且道路锁频测试基本能够实现连续覆盖。说明道路沿线FDD 站点覆盖没有问题，无需额外部署新站。

2.2 车载终端与普通用户分流

引入SPID（Subscriber Profile ID）功能，在测试卡所在HSS 对车载号码定义SPID 值，以区分普通用户和车载用户。本案例设置车载用户为SPID=5。

同事在核心网侧需要修改及开启s1_include_spid_in_dl_nas_transport 功能，基站开启基于SPID的移动性管理策略，从而实现基站对车载号码的识别，将来自SPID=5 的号码设置独立的QCI17，以保证无线资源的优先分配。

完成SPID 配置后，基站在识别SPID=5 的车载终端后，单独对其下发有别于普通用户的差异化重选切换策略，将沿线FDD 小区优先级调整为7，TDD 小区优先级调整为4，与普通用户区分开来。

表1 车载终端差异化重选切换策略设置

通过SPID 设置，车载终端在接收到差异化的RRC 消息后，将FDD-1800 小区（频点1300）视为优先级最高的小区（优先级为7）[4]，如图7 所示，优先驻留FDD；而普通终端将FDD 视为一般优先级小区（优先级为4），将TDD-D 频小区视为最高优先级小区。

由于车载终端和普通终端对小区优先级策略不同，从而实现车载终端优先占用FDD 小区，普通终端优先占用TDD-D 频小区。由于普通终端优先占用TDD 小区，FDD 小区资源也得到了腾空，进一步降低了用户承载车载终端的FDD 小区负荷，实现FDD/TDD 间的负载均衡。

图7 SPID 策略下车载终端接收的RRC 配置小区

在基站侧，从后台流量统计看，自SPID 部署后，QCI17 的上下行业务流量开始增长，其中上行流量高达5 GB/15 分钟，明显大于下行，如图8 所示，与车载终端视频上传为主的业务特性相符，说明SPID 策略生效。

图8 车载终端流量上下行流量统计

2.3 道路沿线FDD 覆盖优化

道路沿线优化主要在于控制邻区覆盖，降低同频干扰。

沿线基站均安世友工业园DC-EFH 为美化水桶，天线打向及天面位置未处于路段覆盖最佳位置，阻挡较严重，导致覆盖效果差。测试发现，在世友工业园附近路段存在信号弱覆盖及其引起的明显质差。

其测试覆盖SINR，如图9 所示，由图可见这段区域有较多的弱覆盖和质差持续路段，部分路段SINR 在-20 dB 以下，信号感知较差。

图9 世友工业园附近路段存在信号弱覆盖及质差

为此，制定佛山顺德均安世友工业园DC-EFH天面整改优化方案：

将佛山顺德均安世友工业园DC-EFH 站点2小区和3 小区拉远，迁至靠近新路线路段一侧天面（113.149 357，22.691 289），在天面靠路边两侧角落新立2 根4 米杆，2 小区打向50 度，3 小区打向195度，以加强覆盖效果，天面整改对比如图10所示。

图10 天面整改效果图

优化后，弱覆盖明显路段消失，质差明显路段消失，新路线全路段测试良好，SINR 和RSRP 覆盖图如图11 所示，可知有明显好转，测试终端上传速率在18 至45 Mbps，平均速率为32 Mbps。

图11 优化后的RSRP 和SINR 复测图

从后台信令监测速率来看，小区峰值流量达到79.95 mbps，如图12 所示各台车载终端视频信号流畅无卡顿或断线。项目感知良好。

图12 后台监控小区实时速率

3 结 语

通过SPID 技术对车载用户标定标签，实现车载终端与普通用户的FDD/TDD 网络分流，在不额外新建站址的前提下，解决了FDD/TDD 的4G 混合组网环境下对大带宽、低时延业务的有效承载，并达到业务要求的各项指标。

本文主要在于对定制用户的有效识别、合理分流，充分发挥FDD 低时延高速率、TDD 大带宽资源丰富的特点，提升了集团业务的客户感知，改善了对类5G 业务在4G 网承载的保障方法，供各位同行参考。