FDD&TDD融合组网负荷均衡动态调整策略的研究

2019-11-07 11:11:17 移动通信 2019年9期

付康 张磊 王清府

【摘  要】在FDD&TDD融合组网的背景下,存在网络负荷不均衡现象。为解决此问题,首先,对FDD&TDD融合组网互操作参数和移动性负载均衡功能參数进行深挖和研究;其次,从流量均衡、用户接入分布均衡和基于用户数均衡三个角度对融合组网负荷进行评估、评判和制定对策;最后,通过验证和归纳总结,制定出了一套综合解决或者缓解融合组网负荷均衡问题的方法和流程。通过验证表明,以上策略达到了降本增效,提升现有网络资源容量,快速解决网络拥塞,提升用户上网感知的目的。

【关键词】FDD&TDD融合组网;互操作参数;流量均衡;接入分布均衡;用户数均衡

doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2019.09.013        中图分类号:TN92

文献标志码:A        文章编号:1006-1010(2019)09-0068-07

引用格式:付康,张磊,王清府. FDD&TDD融合组网负荷均衡动态调整策略的研究[J]. 移动通信, 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,中国移动获取FDD经营许可牌照后,目前中国移动已建设TDD近五年,拥有TDD-LTE基站200多万个,4G用户数7亿多户,在此基础上,为应对未来NB-IoT物联网市场和在5G时代抢占先机,FDD&TDD融合组网已成为中国移动战略任务和网络建设总体指导方针[1]。按照中国移动的部署,FDD&TDD融合组网主要有FDD900M&TDD和FDD1800M&TDD两种组网形式,根据网络制式和带宽特点,TDD为流量吸收层,FDD1800M为高热点区域流量分担层[2](分担TDD高流量),FDD900M作为广度覆盖和深度补盲[3],流量分流模型图如图1所示。

本地网经过五年的TDD网络建设,已经拥有1 827个4G站点,为本地21.5万多4G用户提供着优质的服务,为使本地网在未来市场中仍保证优质服务和竞争优势,在2018年下半年,中国移动开启FDD一期265个站点(包含30个FDD1800M站点)的建设,启动FDD&TDD融合组网[4]建设工作。

在FDD&TDD融合组网建设优化过程中,FDD1800M开通后,高负荷FDD&TDD总流量虽然上涨,但高负荷TDD小区流量均降低,高负荷小区频次降低,起到了融合组网流量分流[5]的作用,符合预期。而FDD900M开通后,存在FDD900M与TDD负荷不均衡现象,为解决FDD900M&TDD融合组网负荷不均衡问题,提升现有网络资源的利用效率,达到降本增效的目的,本文接下来将对FDD&TDD融合组网负荷均衡动态调整进行研究。

2   基于流量均衡的负荷动态调整技术探索

2.1  FDD&TDD流量均衡的判定

根据下行峰值速率公式,计算出TDD-LTE理论下载速率[6]为110 Mbit/s,FDD-LTE 5M为34 Mbit/s,推导出FDD900M与TDD流量承载能力比为1:3.2,故以FDD流量/TDD流量占比30%为判定准绳,大于30%则不均衡。公式如下:

下行峰值速率=[RB数不同带宽能力×12×14×(1-控制信道开销%)×调制符号效率×发射模式能力×编码效率]÷1ms                                                     (1)

FDD900与TDD流量承载能力比= FDD-LTF理论下载速率/TDD-LTE理论下载速率 (2)

2.2  FDD&TDD流量均衡动态调整技术

针对FDD流量/TDD流量占比不均衡的现象,主要对FDD&TDD互操作参数[7]进行研究,制定四套综合的负荷均衡参数进行逐层动态调整,最终实现负荷均衡的目的。目前本地网TDD共有5个频段且空闲态驻留优先级4级,TDD主要用于流量吸收,而FDD900M主要为深度补盲和广度覆盖,本次流量均衡成果主要是FDD900M流量向外均衡,如图2所示:

通过对FDD&TDD互操作参数空闲态重选门限4项和连接态切换门限5项的研究,得到结论如表1、表2所示。

根据结果,制定出4套不同力度的流量均衡方案,从第1套至第4套顺序,力度逐渐增大,4套定制方案如表3所示。

3    基于用户接入分布均衡的负荷动态调

整技术探索

3.1  用户接入分布均衡判定

由于FDD900M带宽限制,理想状态下,我们希望近距离用户全部接入到TDD和FDD1800M,FDD900M只接入TDD和FDD1800M无法良好覆盖的区域,从而使FDD900M负荷得以降低,用户接入分布均衡[8]状态图如图3所示:

实际应用中,计算FDD&TDD融合组网现网中TDD-LTE 550 m内用户接入占比在70%左右,则TDD-LTE临界点550 m内外用户接入占比模型为7/3,由于FDD&TDD融合组网为互补组网,故推导FDD-LTE临界点550 m内外用户接入占比模型与之相反合理,即3/7,如式(3)。故以FDD 550m内用户接入占比30%为准绳,超过30%,则判定为FDD用户接入分布不均衡。

3.2  基于用户接入分布均衡动态调整技术

通过对FDD&TDD互操作参数TDD侧2项和FDD侧2项进行挖掘,得到结论如表4所示。

根据结果,制定4套不同力度的方案,从第一套至第四套顺序,力度逐渐增大,对用户接入分布实施动态均衡,4套定制方案如表5所示。

4   基于用户数均衡的负荷动态

调整技术探索

4.1  基于用户数负荷不均衡判定

按照业务速率受限评估,每个4G用户要得到良好体验,需使用3.3个RB,FDD900M只有25个RB,得出同时激活用户数约为7个,故设定FDD900M同时激活用户数超过7个时,判定为用户数负荷不均衡[9]。

4.2  基于用户数负荷均衡的调整技术

基于用户数负荷均衡,主要采用MLB(Mobility Load Balancing, 移動性负载均衡)技术[10]进行实现。其主要分为:触发模式、选择目标、负载均衡执行三个阶段,如图4所示。

对该参数进行研究,最终制定出以“用户数触发”,触发门限为7,用户偏置为3的方案。当FDD同时激活用户数>10(触发门限7+用户偏置3)时,开始执行基于用户数的负载均衡,且每次搬移5个用户。具体技术方案如表6所示。

5   FDD&TDD负荷均衡动态调整流程图

研究

通过FDD&TDD融合组网动态调整的研究,从流量均衡、用户接入分布均衡和基于用户数的负荷均衡三个角度对融合组网负荷均衡进行思考、方案制定、成果验证和结论归纳总结,最终输出动态调整流程图。三个角度的方案既可独立使用,也可综合使用,最终达到FDD&TDD融合组网负荷均衡的目的。流程图如图5所示:

6   负荷均衡动态调整验证结论

实际工作中,FDD1800M开通后,高负荷FDD&TDD总流量虽然上涨,但高负荷TDD小区流量均降低,高负荷小区频次降低,起到了流量分流的作用,符合预期,如图6所示:

而FDD900M开通后,存在FDD与TDD负荷不均衡现象,主要体现为如下三种情况:(a)FDD&TDD流量分配不均衡,即共站址FDD900M&TDD站点中FDD900M流量大于TDD流量,FDD负荷高,不均衡;(b)用户接入分布不均衡量,即存在近距离(550 m内)FDD用户接入占比高达80%以上,而TDD近距离用户接入占比不到50%;(c)FDD最大激活用户数不均衡,即FDD900M网络中同时激活用户数大于受限值(7),影响用户感知。故本次研究主要对FDD900M&TDD共站址负荷进行应用。

6.1  流量均衡应用情况

统计本地网,共59个小区FDD/TDD流量占比大于1/3,按方案逐次实施第一套至第四套,执行完成后,目标达成率(FDD流量占比小于30%)达到64.61%,效果明显。如表7、表8所示:

执行完成后,59个小区日均总流量提升了491.91 GB,流量均衡执行前后流量变化图如图7所示。

6.2  用户接入分布均衡应用情况

统计本地网,选取FDD 550 m内接入占比大于30%且TDD 550 m内接入占比小于55%的小区实施用户接入分布均衡,共计38个小区,逐次实施第一至第四套方案。用户接入分布均衡执行详情如表9所示。

动态执行完成后,目标达成率(FDD 550 m内接入占比小于30%)仅为15.79%,不理想,主要是近距离深度覆盖不足导致,但其目标改善率(FDD 550 m内接入占比调整后<调整前)达到了65.79%,效果明显,如表10所示:

同时对改善的25个小区TDD和FDD的接入占比进行分析,调整完成后,FDD 550 m内接入小区占比降低10.16%,而TDD有一定提升,为0.51%,变化趋势图如图8所示,说明调整后,近距离覆盖较好的部分用户从FDD转移到了TDD,成果得以实现。

动态执行完成后,38个小区日均流量提升了331.98 GB,其流量提升示意图如图9所示。

6.3  基于用户数均衡应用情况

统计全网,FDD最大激活用户数大于10的小区共计15个,对其实施基于用户数的负荷均衡,调整完成后,发现15个小区最大激活用户数均改善,其中11个小区达到目标(目标需求≤7),目标达成率为73.33%。如表11所示。

调整后,15个小区日均总流量增加355.62 GB,流量提升示意图如图10所示。

7   结束语

FDD&TDD融合组网负荷均衡,从小区流量均衡、用户接入分布均衡和用户数均衡三个方面进行探讨和研究,以融合组网的互操作参数和移动性负载均衡参数为技术基础,研究制定相应均衡方案,并分别进行验证。最终成功得出结论,三个方面的实施均能有效地改善FDD&TDD融合组网不均衡问题,最大化提升现有资源的能效,增强网络承载能力,提升网络容量,达到降本增效的目的,同时三项均衡方案并不存在技术冲突,按照动态调整流程图,综合使用,效果更佳。

参考文献:

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[3] 黄华铮. 浅谈FDD LTE目标网快速部署的探索[J]. 数字通信世界, 2018(2): 44-45.

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[5] 李涛. 浅谈4G时代TDD与FDD混合组网的优势[J]. 天津科技, 2015(1): 41-43.

[6] 易睿得. LTE系统原理及应用[M]. 北京: 电子工业出版社, 2012.

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[10] 郭松林,郑成林. 移动性负载均衡(MLB)在校园优化中的应用分析[J]. 信息通信, 2016(8): 208-209. ★


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