LTE多载波负载均衡策略研究

龙湛++杨龙++杨芳

【摘 要】为保障用户集中的大业务场景下LTE网络的正常运转，对该场景下的LTE多载波间如何进行负载均衡的问题进行了探讨，对现网中LTE不同制式、不同带宽的载波间负载均衡案例进行了分析总结，得出LTE多载波间的负载均衡策略，并在此基础上，思考了中国联通未来进一步进行LTE扩容后的多载波间负载均衡及业务分层策略。

多载波 负载均衡 重选优先级 异频切换参数

1 引言

中国联通LTE网络经过两年的发展，网络覆盖及网络质量已基本得到完善，LTE用户正快速增长。随着用户的增长，网络容量必然会成为影响用户体验的重要因素。现如今各种网络应用APP层出不穷，如手机购物、在线游戏、体育赛事直播等，APP的顺畅运行需要高质量的网络环境来保证。在一些大型活动中，用户密度高，网络体验必然会有所下降，在此环境下，如何保证用户良好的网络体验，成为网络优化的一大难题。

目前，中国联通同时运营FDD和TDD两种制式的LTE网络，在FDD和TDD混合组网的情况下，如何实现用户数在FDD和TDD两个网络间的负荷均衡；如何优化参数配置，使用户获得优质的网络体验，值得关注。在LTE网络中，如何有效地利用零散、碎片化的频谱，实现各个频段LTE间的负荷均衡；当前LTE的语音策略是CSFB回落到WCDMA网络进行服务，未来全面部署VoLTE，实现LTE网络直接承载语音后，如何实现LTE语音用户和数据用户之间的均衡，这些都是值得业内技术人员思考与研究的问题，本文将对这些问题进行一些探讨。

2 LTE负载均衡策略原理

2.1 负载均衡的定义

LTE系统内移动性负载均衡（MLB，Mobility Load Balancing）是指eNodeB通过切换或重选实现负载在高负载小区向系统内低负载小区的重新分配，以提高资源利用效率，保证业务的QoS水平。即降低高负载小区的负荷，提升低负载的资源利用率，优化网络资源在高、低负载小区间的配置，达到最大化的资源利用，用户体验实现最佳化。负载均衡原理说明图如图1所示：

2.2 负载均衡的类型

LTE异频负载均衡依据触发机制和转移UE类型的不同，可以分为用户数负载均衡、PRB利用率负载均衡、预均衡、传输QoS负载均衡四类。四种负载均衡类型介绍如表1所示：

其中，上行释放态UE是指不活动定时器RrcConn-

StateTimer.UeInactiveTimer超時或者MME发起Normal Release（预均衡种）而即将释放的UE。上行同步态UE是指UE处于连接态并和eNodeB保持上行同步，eNodeB为UE分配有PUCCH/SRS等资源。转移、均衡服务小区中的释放态UE可在不影响用户感受的前提下，降低服务小区潜在的用户数负载。两种类型的UE可以同时被负载均衡转移，不互斥。

通常实施的负载均衡策略主要以用户数负载均衡和PRB利用率负载均衡这两种为主。

2.3 负载均衡的流程

负载均衡的总体流程如图2所示，分为以下几步：触发MLB、候选邻区选择、目标频点选择、UE选择、负载转移和停止MLB。

3 现网负载均衡策略研究

3.1 FDD及TDD间负载均衡研究

LTE FDD作为国际主流的LTE制式，其终端类型及数量均远超TD-LTE，且FDD 1.8 GHz频段比TDD 2.5 GHz频段低，FDD制式的覆盖能力优于TDD制式。考虑到FDD制式的种种优势，中国联通采用了以FDD网络作为主覆盖，TDD网络作为辅覆盖的部署策略，即TDD网络主要部署于业务热点区域，用于分担FDD网络负荷。在同时部署FDD和TDD网络的热点区域实现网络负载均衡，对于提升用户网络体验起到重要的作用。

大学校园一般为业务热点区域，佛山联通在狮山大学城狮山软件基站上同时部署了FDD和TDD，但发现FDD和TDD网络间业务非常不均衡，个别时段FDD小区内的最大用户数超过300个，而TDD小区所占用户数和业务量极少，用户数仅为个位数。针对FDD和TDD小区负载不均衡的问题，佛山联通进行分析研究后发现，影响FDD和TDD网络负载均衡的参数主要有两个：重选优先级和异频切换参数。

（1）重选优先级对负载均衡的影响

1）TDD优先级为5的业务量情况

狮山软件FDD小区重选优先级为6，TDD小区重选优先级为5时，统计2015年11月18日16时—11月19日7时FDD及TDD基站的上下行流量，如表2所示。可知狮山软件TDD基站流量占TDD基站与FDD基站流量之和的2%不到，流量极少，在此情况下显然无法实现中国联通集团公司提出的TDD热点覆盖吸收业务量的目的。

2）TDD优先级为7的业务量情况

狮山软件FDD小区重选优先级为6，TDD小区重选优先级为7时，统计2015年11月19日16时—11月20日7时FDD及TDD基站的上下行流量，如表3所示。在全网支持TDD模式终端数量有限的情况下，狮山软件TDD基站流量占TDD基站与FDD基站流量之和的21%左右，已吸收了一定的业务量。

由以上分析可看出，驻留优先等级对于负载均衡有较大影响，TDD优先级为7吸收的业务量占比比优先级为5时吸收的业务量占比提升了将近19%。

（2）异频切换参数对负载均衡的影响

将狮山软件TDD小区重选优先级修改为7后，TDD各小区每时段会有200次以上到FDD小区的异模式切换，而狮山软件FDD小区至TDD小区的异模式切换极少，甚至几乎没有，如图3所示。

现网狮山软件TDD及FDD小区异频切换参数如表4所示。

TDD/FDD的互操作会涉及到FDD小区与TDD小区的异模式切换，当前TDD小区由于重选优先级设置较高，业务量有所提升，但在TDD小区重选且占用TDD小区建立RRC连接业务后，RSRP下降到-112 dBm以下，且FDD小区RSRP在-105 dBm以上时会发起异模式切换。

当前FDD到TDD的异模式切换也是设置为FDD小区RSRP下降到-112 dBm以下，且TDD小区RSRP在-105 dBm以上时会发起异模式切换。TDD 2.5 GHz覆盖能力不如FDD 1.8 GHz，在FDD小区RSRP下降到-112 dBm时，TDD小区RSRP高于-105 dBm的可能性较小，所以在目前的参数设置下，共站FDD小区几乎不发起至TDD小区的切换。

针对异频切换进行参数调整如表5所示：

狮山软件FDD小区异频A1门限设置为-94 dBm，异频A2门限设置为-98 dBm，异频A4门限为-108 dBm。当狮山软件FDD小区信号低于-98 dBm时会启动异频测量，现网异频切换触发事件类型设置为A4事件，即异频邻区狮山软件TDD小区信号高于-108 dBm时，支持TDD模式的终端会从FDD小区异模式切换至TDD小区；当狮山软件TDD小区信号小于-114 dBm时会启动异频测量，即异频邻区狮山软件FDD小区信号高于-105 dBm时，终端会从TDD小区异模式切换至FDD小区。

异频切换参数优化调整后统计2015年11月22日16时—11月23日7时狮山软件FDD及TDD基站的上下行流量，狮山软件TDD基站流量占TDD基站与FDD基站流量之和的28%左右，与仅调整小区重选优先级占比提升了约7%。优先级和异频参数配置更改后TDD流量占比如表6所示：

（3）FDD和TDD間负载均衡建议

通过3.1节（1）和（2）的分析，提出FDD和TDD网络间的负载均衡策略，即通过更改重选优先级和异频切换参数实现负载均衡。建议TDD重选优先级比FDD高，即TDD重选优先级设置为7，FDD重选优先级设置为6；降低FDD异频测量启动门限，从而提高FDD小区切换到TDD小区的概率。通过设置以上两个参数，FDD小区和TDD小区仍然没有实现负载的完全均衡，两者的负载依然存在差距，这主要是由终端数量和覆盖能力等客观性因素造成。所以，未来关于FDD和TDD间的负载均衡策略仍有思考和研究的空间。

3.2 1.8 G频段F+F两小区间负载均衡研究

当前，中国联通LTE网络部署主要以LTE FDD 1800 M频段为主，在基本实现网络全覆盖的情况下，对于部分业务热点区域，通常是通过开通TDD网络的方式来分担话务。但在某些比如业务量特别大且特别集中的情况下，可考虑借用GSM1800的10M频段来部署LTE FDD网络，组成“FDD‘20 M+10 M两载波+TDD”的形式，以更大限度提升LTE的网络容量，保障用户上网体验。

某公司举办大型活动，预计现场有约2 000名中国联通用户，且大部分用户均为4G用户。活动举办地在室内，该区域已有LTE FDD单通道室分系统，且没开通GSM1800室分系统。考虑到室内的状况，且环境较封闭，借用GSM1800频段部署LTE FDD对周边GSM1800站点干扰不大。故为保障活动举行期间用户的4G网络体验，采用了1800M频段“‘F+F两载波+TDD”的组网策略，具体如下：

开通LTE FDD 1800M频段20 M带宽小区；

借用GSM1800的10 M频段，开通LTD FDD 10 M带宽小区来分担话务（与20 M双通道小区共设备，使用两块UD5板，20 M、10 M小区分别绑定到两块板子上）；

增加一套LTE TDD设备，开通TDD网络分担话务。

方案实施后，考虑到现场的用户主要开启的都是一些小流量业务，如微信、QQ等，PRB的利用率不会很高，故针对活动现场20M、10M、TDD小区采用基于用户数的负载均衡策略。

（1）LTE FDD两载波间负载均衡策略

1）驻留策略：20 M小区优先级为6，10 M小区优先级为5；

2）空闲态：基于频点优先级的重选和基于覆盖的高优先级到低优先级的重选；

3）开启大话务保障策略，避免受到用户数限制；

4）连接态：a）开启基于覆盖的异频双向切换，b）开启双向的MLB算法。

考虑到20 M小区比10 M小区在相同网络体验下能容纳的用户数更多，所以应选择让20 M小区可容纳用户数多于10 M小区。故配置均衡策略时，20 M小区MLB算法触发条件是“130+20=150”（其中20为偏置值），即20 M小区用户数满150，持续时间超过30 s时开始负载均衡，每次最多均衡5个用户出去。10 M小区MLB算法触发条件是“70+10=80”，即10 M小区用户数满80，持续时间超过30 s时开始负载均衡，每次最多均衡5个用户出去。所以，最终在大用户数情况下，20 M和10 M的用户数比例应为150：80，即15：8。

同时由于只有活动现场室分开通10 M小区，周边室外宏站没有开通10 M小区，往室外宏站切换时，需考虑4G异频切换问题。为实现室内外4G异频尽快切换，设置异频切换电平门限为-90 dB。

（2）LTE负载均衡策略效果

1）FDD 20 M、10 M小区用户数情况分析

由图4可以看到，下午的14点和15点用户数达到高峰，20 M小区用户数与10 M小区用户数比例为337：184≈150：80（均衡策略目标值），故20 M小区和10 M小区间的均衡策略较成功。

2）测试中4G各小区RRC建立成功率

由图5可以看出，2个小区RRC建立成功率均在99%以上，网络指标正常，用户上网体验较好。

根据以上分析可知，本次负载均衡策略实施效果较好。

（3）1.8 GHz频段“F+F”两小区间负载均衡策略建议

对于一些突发且业务量非常大的场景，在同时部署FDD和TDD网络的情况下，可考虑借用GSM1800频段，部署1800M频“‘F+F两小区+TDD”小区，实现更大的LTE容量。考虑到两个FDD小区间带宽的差异（20 M和10 M），FDD（20 M）小区与FDD（10 M）小区间的用户比例大概要保持在2：1，以实现两个不同带宽间FDD小区的负载均衡。而FDD和TDD小区间的负载均衡，即建议采用3.1节中分析的策略。

4 LTE未来负载均衡策略的思考

中国联通目前拥有的频率总计245 MHz，其中FDD频谱122 MHz（GSM900，GSM1800，LTE FDD 1800，WCDMA），TDD频谱40 MHz（2.3 GHz频段TDD和2.6 GHz频段TDD）。在2G和3G逐步减频减容、甚至逐步退网的情况下，完成对2G/3G频率的重耕，实现LTE网络扩容和载波聚合，是中国联通未来LTE网络发展的重要方向。那么，在利用原2G/3G频率完成LTE容量扩容部署后，如何实现扩容后的几个LTE小区间的负载均衡；另一方面，在VoLTE即将部署的情况下，如何实现语音和数据用户间的分层策略，值得探讨。

4.1 GSM1800退网并部署L1800后的负载均衡

若中国联通在未来已完成GSM1800整体退网，并部署了1.8 GHz（10 M）LTE FDD网络，则要考虑1.8 GHz（10 M）LTE FDD网络与1.8 GHz（20 M）LTE FDD网络组成1.8 GHz频段双载波连片覆盖的情况下，如何实现两载波间的负载均衡。

（1）1.8 GHz频段双载波但VoLTE未部署的情况

在1.8 GHz频段LTE双载波连片覆盖，而VoLTE仍然没有部署，LTE只能进行数据业务的情况下，参照3.2节的分析，建议设置分层策略，优先驻留在20 M小区（即20 M小区优先级设置为6，10 M小区优先级设置为5），通过参数调整均衡两个小区间的负载。因为20 M小区比10 M小区在相同网络体验下，能容纳的用户数更多，如果不进行分层，让用户随机驻留在两个小区，则在用户集中的区域，10 M小区接入的用户数与20 M小区接入的用户数将差不多，这种情况下，10 M小区中用户的网络体验将会明显差于20 M小区。则在10 M小区没有完全连续覆盖的情况下，建议优先驻留在20 M小区，以保证语音连续性，避免语音业务异频切换。

（2）1.8 GHz频段双载波但VoLTE已部署的情况

在1.8 GHz频段LTE双载波连片覆盖，VoLTE也已全网部署的情况下，根据WCDMA网络分层经验，对10 M小区和20 M小区进行VoLTE语音和数据业务分层。10 M小区作为优先驻留小区，承载VoLTE语音业务，20 M小区主要承担数据业务。即LTE用户优先驻留在10 M小区，当其发起VoLTE语音业务时，由10 M小区进行服务；当用户发起数据业务时，由20 M小区进行服务。把语音业务和数据业务分层，既能更好地保障语音服务质量，还能保障较高数据业务的网络体验。

通过4.1节（1）和（2）的分析，按照WCDMA网络分层经验，在VoLTE已经部署的情况下，把10 M小区作为优先驻留小区，并提供语音业务，不会导致出现10 M小区用户数与20 M小区用户数差不多，从而10 M小区用户体验差于20 M小区的情况。根据WCDMA网络分层策略统计语音和数据载波间的用户数差异可以发现，语音用户数明显少于数据用户数，所以10 M小区作为优先驻留小区，承载VoLTE语音，20 M小区作为承载数据业务小区的策略预计可行。

4.2 2G完全退网后的负载均衡

当GSM900和GSM1800均完成退网，并部署了L900（5 M）和L1800（10 M）后，需考虑如何在5 M、10 M、20 M这三个小区间进行负载均衡。

根据中国联通网研院的研究，900 MHz频段的覆盖强度比1800 MHz普遍高10 dB以上。如果对5 M、10 M、20 M小区实施分层策略，则要将5 M小区作为优先驻留小区，主要承载VoLTE语音业务，10 M和20 M小区主要承载数据业务。但目前支持L900网络的终端数量仍非常少，且根据GSM900和GSM1800网络现网的干扰情况来看，GSM900网络的干扰明显高于GSM1800，如表7所示：

另一方面，5 M的小区带宽毕竟较小，能够支持具有良好网络体驗的用户数量将比20 M小区少得多。所以，综合上述种种考虑，建议仍按照4.1节的分析，部署策略主要为10 M小区优先驻留并承载VoLTE语音，20 M小区优先级次于10 M小区，承载数据业务，5 M小区在3个小区中优先级最低，主要用于解决深度覆盖问题。

4.3 WCDMA减容到1载波后的负载均衡

未来大部分3G用户将转为4G用户，WCDMA全网减容到1载波后，可考虑利用重耕出来的20 M频率部署L2100网络，组成“L2100（20 M）+L1800（20 M）+L1800（10 M）”网络格局，提升LTE FDD网络容量。在这种情况下，负载均衡策略的实施按照上文分析思路同理可得，L1800（10 M）小区优先驻留承载VoLTE语音，L2100（20 M）和L1800同优先级随机驻留承载数据业务。

5 结束语

LTE网络的完善得依靠众多技术人员在工作实践中不断进行摸索和探究，需对网络进行优化升级，通过各项优化措施来实现LTE网络资源利用最大化，由此提升用户的网络体验。

本文基于对现网中热点业务区域的LTE FDD和LTE TDD间以及1.8 GHz两个LTE FDD小区（10 M和20 M）间负荷均衡策略的研究，结合WCDMA网络负载均衡策略以往的经验，进一步思考了后期中国联通利用重耕出来的2G/3G频率部署LTE网络时，如何在多个LTE载波间进行负载均衡的问题。关于第4节对于LTE未来负载均衡策略的一些思考，还需要进行相关实测来验证策略的可行性。

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