多载波感知拟合及均衡研究思路

摘 要：LTE多载波网采用面向网络的负载均衡配置策略，极易导致“表面看起来网络多载波之间负载是均衡的，而用户在不同载波上感知严重不平衡”的结果。从“用户实际感知”出发，以用户实际感知来评价并优化调整网络。通过对多载波区域的移动性负载均衡策略研究，探索出既能让载波间达到良好的分担效果，又能实现用户感知平衡的参数设置策略，最终实现“不论用户占用哪个网络载波，用户实际感知不变，所有载波上用户的使用感知相同”的目标，能有效提升用户实际感知。

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概述

中国联通落实聚焦创新合作战略，着力推进互联网化管理，降低资费水平，随着冰激凌和2I2C不限量业务的快速发展，数据流量爆发式增长，热点区域因负荷高导致用户感知恶化问题凸显，多载波扩容作为一种快速提升网络容量的重要手段被广泛采用。

多载波主要分为基础覆盖载波和容量载波2类，通常情况下用户在移动的过程中首先会从周边小区重选或切换至基础覆盖载波，载波间主要通过基于“PRB或用户数”的触发模式策略实现负载均衡（MLB ——Mobility Load Balancing）。

国家“提速降费”政策，特别是中国联通2I2C用户的快速增长，极大地促进了数据流量增长，当前网络主要面临两大挑战。

a）数据流量激增，网络负荷快速增长，热点区域容量不足。数据流量爆发式增长，2018年3月日均流量为2531TB，同比增长384%，无线资源利用率为 58.20%，与去年同期相比增长156%，环比上月增幅36.47%，热点区域负荷高，容量不足。

b）基础覆盖载波和扩容载波间用户感知的极度不均衡。前期网络主要通过基于“PRB或用户数”的负载均衡（MLB）触发模式实现载波间策略，但一般情况下由于扩容载波同频干扰小，空口质量优于基础载波，导致扩容载波的单用户速率远高于基础覆盖载波，下行RTT时延和端到端业务优秀率等指标也优于基础覆盖载波，占用不同载波用户的使用差异很大，不同载波用户感知不平衡。

因此有必要从“用户实际感知”出发对移动性负载均衡参数进行研究，优化调整网络配置策略，最终实现“不论用户占用哪个载波，载波间用户实际感知相当”的目标。

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多载波感知拟合及均衡研究思路

2.1 用户感知速率基线分析

2.1.1 视频高质量业务体验要求的终端侧初缓速率

用户对视频业务的时延非常敏感，正常用户可接受的内容加载时延为3 s，考虑初缓准备时延和TCP慢启动过程，终端侧初缓速率=（初始缓冲包 Mbit/3s）×［（3s+0.75s）/3s］=（12/3）×［（3+0.75）/3］=5 Mbit/s 才能满足720P视频高质量业务体验。

其中 0.75 s 为初始速率爬坡阶段的时长，包含初始窗口和初始交互时延，一般为700~750 ms。

2.1.2 视频高质量业务体验要求的无线话统平均速率

对满足 5 Mbit/s速率的用户占比与无线话统平均用户速率进行关联拟合分析，为保障80%用户的终端初缓速率达到5 Mbit/s，无线话统平均用户速率需达到10 Mbit/s（见图1）。

▲ 图1 视频高质量业务体验要求的无线话统平均用户速率

2.2 用户感知拐点拟合分析

对用户平均吞吐率、小区自忙时平均 CQI 和 PRB利用率进行关联分析，CQI越高，编码效率越高，用户平均吞吐率越高；PRB利用率越高，空中接口物理资源利用率越高，用户平均吞吐率越低（见图2）。

▲ 图2 感知拐点拟合

单用户速率10 Mbit/s感知拐点：PRB利用为60%，平均CQI为9.5。

单用户速率 5 Mbit/s 感知拐点：PRB 利用为80%，平均CQI为9。

2.3 定义用户感知均衡评价标准

从下行单用户速率和下行平均RTT时延2个维度对多载波间用户感知是否均衡进行评价。根据对用户感知差异性的分析结果，感知平衡评价标准主要分为3个层次：均衡、相对均衡和严重不均衡（见表1）。

▲ 表1 感知均衡评估标准

2.4 对某地（市）初步评价情况

通过对某地全网多载波扇区感知均衡现状进行评估，均衡扇区占比28.31%，相对均衡扇区占比39.76%，严重不均衡扇区31.93%，双载波用户感知平衡策略研究势在必行。

2.5 主要感知场景选择

分别选取扩容 20 MHz、15 MHz、10 MHz 和 5 MHz带宽进行参数配置试验，探索不同扩容带宽场景下的配置策略（见图3）。

▲ 图3 MLB原理

2.6 作用参数选取策略

同覆盖扇区载波扩容场景，同扇区小区的方位角、下倾角、参考信号功率配置一致，采用盲MLB负载均衡策略，公共基础参数配置如表2所示。

▲ 表2 公共参数设置

本次对空闲态和业务态2个方面4条参数进行修改验证，期望达到平衡小区单用户速率的目的（见表3）。

▲ 表3 感知平衡研究参数

a）本小区的“小区重选优先级”和邻小区配置的本小区“异频频点小区重选优先级”保持一致。

b）“异频负载均衡用户数门限”参数表示触发异频负载平衡算法时上行同步态的用户数门限。负载平衡算法触发模式为“用户数模式”或“PRB模式或用户数模式”时，当上行同步态用户数大于等于异频负载平衡用户数门限与负载平衡用户数偏置之和时，触发负载平衡。当上行同步态用户数小于异频负载平衡用户数门限时，退出负载平衡。

c）“小区能力缩放因子”参数表示小区负载均衡能力的缩放因子，用于调整用户数触发的负载均衡特性的收敛目标。小区能力乘以小区能力缩放因子用来表征小区负载均衡能力，负载均衡特性的收敛目标为单位小区能力中的负载相当。

d）“优先驻留主小区优先级”参数含义：该参数设置得越高，表示该小区的优先驻留主小区优先级越高，该参数设置得越低，表示该小区的优先驻留主小区优先级越低。

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多载波用户感知均衡研究过程

目前现网中主要存在“多载波插花”和“多载波连片”2种多载波覆盖场景，接下来分别对这2种场景进行用户感知平衡研究。

3.1“多载波插花”场景参数设置研究

3.1.1 扩容20 MHz 小区场景

以 XZ_QS_泉山区雨润新城 38#楼机房_FLD_A_1为例，目前 L1800 与 L2100 小区用户数均衡，由于L2100同频干扰小，空口质量好，单用户速率及流量较高（见表4）。

▲ 表4 XZ_QS_泉山区雨润新城38#楼指标

调整负荷均衡用户数门限、缩放因子和重选优先级，提高扩容载波L2100承载的用户数，降低L1800负荷和提升用户速率（见表5）。

▲ 表5 感知平衡参数设置性能指标

试验结果：当 L2100 小区承载用户数占比达到85% 时，2个载波之间速率差值 2.33 Mbit/s，下行 RTT时延差值6.71 ms，感知均衡效果良好（见表6）。

▲ 表6 不同配置下的网络指标对比

3.1.2 扩容15 MHz 小区场景

以XZ_YL_云龙区金山福地机房_FL_A_1为例，该扇区扩容了带宽为15 MHz的L2100载波，L2100（带宽为15 MHz）小区同频干扰小，单用户速率优于 L1800（带宽为20 MHz）基础覆盖小区（见表7）。

▲ 表7 XZ_YL_云龙区金山福地机房指标

调整负荷均衡用户数门限、缩放因子和重选优先级，提高扩容载波 L2100承载的用户数，降低 L1800负荷和提升用户速率（见表8）。

▲ 表8 感知平衡参数设置

试验结果：当扩容载波承载用户占比达到75%时，2个载波之间速率相差2.05 Mbit/s，下行 RTT 时延相差7.4 ms，感知均衡效果良好（见表9）。

▲ 表9 不同配置下的网络指标对比

3.1.3 扩容10 MHz 小区场景

以XZ_QS_矿大南湖校区竹苑机房_FL_C_1为例，该扇区扩容带宽为10 MHz的L1800带内小区，扩容载波的同频干扰小，空口质量好且用户较少，单用户速率高（见表10）。

▲ 表10 XZ_QS_矿大南湖校区竹苑机房指标

调整负荷均衡用户数门限、缩放因子、重选优先级，提高扩容载波 L1800 10 MHz 承载的用户数，降低L1800 20 MHz 小区负荷以提升小区用户速率（见表11）。

▲ 表11 感知平衡参数设置

试验结果：当扩容的L1800 10 MHz小区载波用户数占比达到 70% 左右时，2 个载波之间感知均衡效果良好，单用户速率相差 1.58 Mbit/s，时延相差 4.24 ms，感知均衡效果良好（见表12）。

▲ 表12 不同配置下的网络指标对比

3.1.4 扩容5 MHz 小区场景

以 XZ_YL_云龙区东甸子移动网机房_FL_B_1 为例，该扇区扩容了带宽为5 MHz的L1800带内小区，扩容小区带宽较小，用户数、流量和单用户速率均低于20 MHz小区（见表13）。

▲ 表13 XZ_YL_云龙区东甸子移动网机房指标

调整负荷均衡用户数门限、缩放因子和重选优先级，提高扩容载波承载的用户数，降低 L1800 20 MHz 基础覆盖小区的负荷和提升用户速率（见表14）。

▲ 表14 感知平衡参数设置

试验结果：5 MHz扩容小区初始用户数较少，随着负荷均衡用户数门限及小区能力缩放因子的提高，承载用户数略有增多，业务增长，单用户速率有所提升，但随着小区优先级的继续提高，5 MHz 小区用户过多后单用户速率开始下降，因此扩容 5 MHz小区不宜承担过多用户，建议作为CA辅载波使用（见表15）。

▲ 表15 不同配置下的网络指标对比

3.2“多载波连片”场景参数设置研究

3.2.1 连片扩容20 MHz小区场景

以 NJ_QX_HW_仙林南师 2_FL_A_1为例，周边区域均扩容了带宽为 20 MHz 的 L2100 载波，L1800 与L2100小区的用户数和业务流量基本均衡，L2100的单用户速率与L1800比仍高，感知不平衡（见表16）。

▲ 表16 NJ_QX_HW_仙林南师2指标

调整小区负荷均衡用户数门限、能力缩放因子和重选优先级，提高 L2100 小区承载的用户数，提升L1800小区用户速率（见表17）。

▲ 表17 感知平衡参数设置

试验结果：当L2100小区用户数占比达到85%时，2个载波间速率较为均衡，2个载波的单用户速率均高于 20 Mbit/s，下行 RTT 时延差值 7.98 ms，感知平衡良好（见表18）。

▲ 表18 不同配置下的网络指标对比

3.2.2 连片扩容15 MHz小区场景

以 NJ_JN_HW_东南梅园_FLW_C_1 为例，该扇区用户较多，L1800与 L2100小区的用户数相比较高，业务流量基本均衡，L1800的单用户速率比 L2100低（见表19）。

▲ 表19 NJ_JN_HW_东南梅园_FLW指标

调整负荷均衡用户数门限、缩放因子、重选优先级和优先驻留主小区优先级，提高 L2100 小区承载的用户数，提升L1800小区用户速率（见表20）。

▲ 表20 感知平衡参数设置

试验结果：修改 L2100（15 MHz）小区的小区能力缩放因子后，用户数及数据流量无明显变化，感知速率差异依旧较大；进一步修改 L2100（15 MHz）小区的异频负载均衡用户数门限和优先驻留主小区优先级后，L2100（15 MHz）小区承载用户比例增高。当L2100（15 MHz）小区用户数占比达到 80% 时，2 个载波之间的单用户速率差值 1.78 Mbit/ s，下行 RTT 时延差值17.22 ms，感知速率良好（见表21）。

▲ 表21 不同配置下的网络指标对比

3.2.3 连片扩容10 MHz小区场景

选取 NJ_YH_HW_雨花商厦_FL_A_1 小区进行试点，该扇区为L1800带内20+10 MHz带宽配置，L1800_1650（带宽20 MHz）比L1800_1506（带宽10 MHz）小区的用户数和业务流量高，单用户速率较 L1800_1506（带宽10 MHz）低，感知速率不平衡（见表22）。

▲ 表22 NJ_YH_HW_雨花商厦_FL指标

调整负荷均衡用户数门限、缩放因子和异频重选优先级，提高L1800_1506（带宽10 MHz）小区承载的用户数，提升 L1800_1650（带宽 20 MHz）小区用户速率（见表23）。

▲ 表23 感知平衡参数设置

试验结果：当L1800_1500频点小区用户数占比达到 55% 时，2 个载波间的单用户速率差值 2.20 Mbit/s，下行RTT时延差值10.07 ms，感知较为平衡（见表24）。

▲ 表24 不同配置下的网络指标对比

3.2.4 连片扩容5 MHz小区场景

以 XZ_QS_丁楼技校学生宿舍 1 号楼_FL_A_1 小区为例，该扇区扩容 L1800 带内 5 MHz 载波，2 个载波下行单用户速率均较低（见表25）。

▲ 表25 XZ_QS_丁楼技校学生宿舍1号楼指标

调整负荷均衡用户数门限、缩放因子和重选优先级，提升用户速率（见表26）。

▲ 表26 感知平衡参数设置

试验结果：随着扩容小区异频负载均衡用户数门限、缩放因子及重选优先级的提高，5 MHz小区承载的业务量上升，但单用户速率和下行 RTT 时延下降明显，如果5 MHz小区承载过多的用户，用户的感知反而下降（见表27）。

▲ 表27 不同配置下的网络指标对比

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配置策略汇总

多载波组网场景，可依据空口质量和感知速率等指标详细情况，调整小区重选优先级、负载均衡用户数门限、小区能力缩放因子和优先驻留主小区优先级，将用户和数据流量在载波间迁移，最终实现多载波用户感知平衡的结果。

汇总典型参数配置建议如表28所示。

▲ 表28 感知平衡典型参数配置建议

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结束语

本次通过对多载波区域的移动性负载均衡策略研究，探索实现用户感知平衡的参数设置策略，该优化成果既可以有效评价全网多载波网络的均衡性，又能分层次对网络进行策略调整指导，在推动全网用户感知平衡的基础上，有效提高频谱效率、网络资源利用率，降低网络投资。