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FDD&TDD融合組網負荷均衡動態調整策略的研究

2019-11-07 11:11:17 移動通信 2019年9期

付康 張磊 王清府

【摘? 要】在FDD&TDD融合組網的背景下,存在網絡負荷不均衡現象。為解決此問題,首先,對FDD&TDD融合組網互操作參數和移動性負載均衡功能參數進行深挖和研究;其次,從流量均衡、用戶接入分布均衡和基于用戶數均衡三個角度對融合組網負荷進行評估、評判和制定對策;最后,通過驗證和歸納總結,制定出了一套綜合解決或者緩解融合組網負荷均衡問題的方法和流程。通過驗證表明,以上策略達到了降本增效,提升現有網絡資源容量,快速解決網絡擁塞,提升用戶上網感知的目的。

【關鍵詞】FDD&TDD融合組網;互操作參數;流量均衡;接入分布均衡;用戶數均衡

doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2019.09.013? ? ? ? 中圖分類號:TN92

文獻標志碼:A? ? ? ? 文章編號:1006-1010(2019)09-0068-07

引用格式:付康,張磊,王清府. FDD&TDD融合組網負荷均衡動態調整策略的研究[J]. 移動通信, 2019,43(9): 68-74.

Research on Dynamic Adjustment of Load Balancing in FDD&TDD?Convergence Network

FU Kang, ZHANG Lei, WANG Qingfu

[Abstract]?In the context of FDD&TDD convergence networking, there is an issue of network load imbalance. In order to solve this problem, firstly, the FDD&TDD converged networking interoperability parameters and mobility load balancing (MLB) function parameters are deeply investigated. Secondly, the fusion network load is evaluated in terms of traffic amount, user access distribution and user number, and the corresponding countermeasures are designed for load balancing. Finally, through verification and summary, a series of methodologies and processes are established to comprehensively solve or mitigate load balancing issues in converged networks. The verification shows that the above strategies have achieved cost reduction and efficiency enhancement, improved the capacity of current network resources, quickly solved network congestion, and improved the user's perception of Internet access.

[Key words]FDD&TDD convergence network; interoperability parameter; traffic equalization; access distribution equalization; user quantity balancing

1? ?引言

2018年4月3日,中國移動獲取FDD經營許可牌照后,目前中國移動已建設TDD近五年,擁有TDD-LTE基站200多萬個,4G用戶數7億多戶,在此基礎上,為應對未來NB-IoT物聯網市場和在5G時代搶占先機,FDD&TDD融合組網已成為中國移動戰略任務和網絡建設總體指導方針[1]。按照中國移動的部署,FDD&TDD融合組網主要有FDD900M&TDD和FDD1800M&TDD兩種組網形式,根據網絡制式和帶寬特點,TDD為流量吸收層,FDD1800M為高熱點區域流量分擔層[2](分擔TDD高流量),FDD900M作為廣度覆蓋和深度補盲[3],流量分流模型圖如圖1所示。

本地網經過五年的TDD網絡建設,已經擁有1 827個4G站點,為本地21.5萬多4G用戶提供著優質的服務,為使本地網在未來市場中仍保證優質服務和競爭優勢,在2018年下半年,中國移動開啟FDD一期265個站點(包含30個FDD1800M站點)的建設,啟動FDD&TDD融合組網[4]建設工作。

在FDD&TDD融合組網建設優化過程中,FDD1800M開通后,高負荷FDD&TDD總流量雖然上漲,但高負荷TDD小區流量均降低,高負荷小區頻次降低,起到了融合組網流量分流[5]的作用,符合預期。而FDD900M開通后,存在FDD900M與TDD負荷不均衡現象,為解決FDD900M&TDD融合組網負荷不均衡問題,提升現有網絡資源的利用效率,達到降本增效的目的,本文接下來將對FDD&TDD融合組網負荷均衡動態調整進行研究。

2? ?基于流量均衡的負荷動態調整技術探索

2.1? FDD&TDD流量均衡的判定

根據下行峰值速率公式,計算出TDD-LTE理論下載速率[6]為110 Mbit/s,FDD-LTE 5M為34 Mbit/s,推導出FDD900M與TDD流量承載能力比為1:3.2,故以FDD流量/TDD流量占比30%為判定準繩,大于30%則不均衡。公式如下:

下行峰值速率=[RB數不同帶寬能力×12×14×(1-控制信道開銷%)×調制符號效率×發射模式能力×編碼效率]÷1ms ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (1)

FDD900與TDD流量承載能力比= FDD-LTF理論下載速率/TDD-LTE理論下載速率?(2)

2.2? FDD&TDD流量均衡動態調整技術

針對FDD流量/TDD流量占比不均衡的現象,主要對FDD&TDD互操作參數[7]進行研究,制定四套綜合的負荷均衡參數進行逐層動態調整,最終實現負荷均衡的目的。目前本地網TDD共有5個頻段且空閑態駐留優先級4級,TDD主要用于流量吸收,而FDD900M主要為深度補盲和廣度覆蓋,本次流量均衡成果主要是FDD900M流量向外均衡,如圖2所示:

通過對FDD&TDD互操作參數空閑態重選門限4項和連接態切換門限5項的研究,得到結論如表1、表2所示。

根據結果,制定出4套不同力度的流量均衡方案,從第1套至第4套順序,力度逐漸增大,4套定制方案如表3所示。

3? ? 基于用戶接入分布均衡的負荷動態調

整技術探索

3.1? 用戶接入分布均衡判定

由于FDD900M帶寬限制,理想狀態下,我們希望近距離用戶全部接入到TDD和FDD1800M,FDD900M只接入TDD和FDD1800M無法良好覆蓋的區域,從而使FDD900M負荷得以降低,用戶接入分布均衡[8]狀態圖如圖3所示:

實際應用中,計算FDD&TDD融合組網現網中TDD-LTE 550 m內用戶接入占比在70%左右,則TDD-LTE臨界點550 m內外用戶接入占比模型為7/3,由于FDD&TDD融合組網為互補組網,故推導FDD-LTE臨界點550 m內外用戶接入占比模型與之相反合理,即3/7,如式(3)。故以FDD 550m內用戶接入占比30%為準繩,超過30%,則判定為FDD用戶接入分布不均衡。

3.2? 基于用戶接入分布均衡動態調整技術

通過對FDD&TDD互操作參數TDD側2項和FDD側2項進行挖掘,得到結論如表4所示。

根據結果,制定4套不同力度的方案,從第一套至第四套順序,力度逐漸增大,對用戶接入分布實施動態均衡,4套定制方案如表5所示。

4? ?基于用戶數均衡的負荷動態

調整技術探索

4.1? 基于用戶數負荷不均衡判定

按照業務速率受限評估,每個4G用戶要得到良好體驗,需使用3.3個RB,FDD900M只有25個RB,得出同時激活用戶數約為7個,故設定FDD900M同時激活用戶數超過7個時,判定為用戶數負荷不均衡[9]。

4.2? 基于用戶數負荷均衡的調整技術

基于用戶數負荷均衡,主要采用MLB(Mobility Load Balancing, 移動性負載均衡)技術[10]進行實現。其主要分為:觸發模式、選擇目標、負載均衡執行三個階段,如圖4所示。

對該參數進行研究,最終制定出以“用戶數觸發”,觸發門限為7,用戶偏置為3的方案。當FDD同時激活用戶數>10(觸發門限7+用戶偏置3)時,開始執行基于用戶數的負載均衡,且每次搬移5個用戶。具體技術方案如表6所示。

5? ?FDD&TDD負荷均衡動態調整流程圖

研究

通過FDD&TDD融合組網動態調整的研究,從流量均衡、用戶接入分布均衡和基于用戶數的負荷均衡三個角度對融合組網負荷均衡進行思考、方案制定、成果驗證和結論歸納總結,最終輸出動態調整流程圖。三個角度的方案既可獨立使用,也可綜合使用,最終達到FDD&TDD融合組網負荷均衡的目的。流程圖如圖5所示:

6? ?負荷均衡動態調整驗證結論

實際工作中,FDD1800M開通后,高負荷FDD&TDD總流量雖然上漲,但高負荷TDD小區流量均降低,高負荷小區頻次降低,起到了流量分流的作用,符合預期,如圖6所示:

而FDD900M開通后,存在FDD與TDD負荷不均衡現象,主要體現為如下三種情況:(a)FDD&TDD流量分配不均衡,即共站址FDD900M&TDD站點中FDD900M流量大于TDD流量,FDD負荷高,不均衡;(b)用戶接入分布不均衡量,即存在近距離(550 m內)FDD用戶接入占比高達80%以上,而TDD近距離用戶接入占比不到50%;(c)FDD最大激活用戶數不均衡,即FDD900M網絡中同時激活用戶數大于受限值(7),影響用戶感知。故本次研究主要對FDD900M&TDD共站址負荷進行應用。

6.1? 流量均衡應用情況

統計本地網,共59個小區FDD/TDD流量占比大于1/3,按方案逐次實施第一套至第四套,執行完成后,目標達成率(FDD流量占比小于30%)達到64.61%,效果明顯。如表7、表8所示:

執行完成后,59個小區日均總流量提升了491.91 GB,流量均衡執行前后流量變化圖如圖7所示。

6.2? 用戶接入分布均衡應用情況

統計本地網,選取FDD 550 m內接入占比大于30%且TDD 550 m內接入占比小于55%的小區實施用戶接入分布均衡,共計38個小區,逐次實施第一至第四套方案。用戶接入分布均衡執行詳情如表9所示。

動態執行完成后,目標達成率(FDD 550 m內接入占比小于30%)僅為15.79%,不理想,主要是近距離深度覆蓋不足導致,但其目標改善率(FDD 550 m內接入占比調整后<調整前)達到了65.79%,效果明顯,如表10所示:

同時對改善的25個小區TDD和FDD的接入占比進行分析,調整完成后,FDD 550 m內接入小區占比降低10.16%,而TDD有一定提升,為0.51%,變化趨勢圖如圖8所示,說明調整后,近距離覆蓋較好的部分用戶從FDD轉移到了TDD,成果得以實現。

動態執行完成后,38個小區日均流量提升了331.98 GB,其流量提升示意圖如圖9所示。

6.3? 基于用戶數均衡應用情況

統計全網,FDD最大激活用戶數大于10的小區共計15個,對其實施基于用戶數的負荷均衡,調整完成后,發現15個小區最大激活用戶數均改善,其中11個小區達到目標(目標需求≤7),目標達成率為73.33%。如表11所示。

調整后,15個小區日均總流量增加355.62 GB,流量提升示意圖如圖10所示。

7? ?結束語

FDD&TDD融合組網負荷均衡,從小區流量均衡、用戶接入分布均衡和用戶數均衡三個方面進行探討和研究,以融合組網的互操作參數和移動性負載均衡參數為技術基礎,研究制定相應均衡方案,并分別進行驗證。最終成功得出結論,三個方面的實施均能有效地改善FDD&TDD融合組網不均衡問題,最大化提升現有資源的能效,增強網絡承載能力,提升網絡容量,達到降本增效的目的,同時三項均衡方案并不存在技術沖突,按照動態調整流程圖,綜合使用,效果更佳。

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