LTE高話務(wù)量場景的優(yōu)化策略及保障方案研究

【摘 要】為提高LTE高話務(wù)量場景下的通信保障能力，對包括覆蓋、干擾、容量三個方面的主要優(yōu)化策略和保障方案進(jìn)行了研究，重點(diǎn)介紹了其中的系統(tǒng)優(yōu)化策略和硬件保障方案，并結(jié)合高話務(wù)量場景的保障實(shí)施案例，給出了多種手段結(jié)合的具體實(shí)施方案和成效分析，以指導(dǎo)高話務(wù)場景的優(yōu)化與保障工作。

【關(guān)鍵詞】LTE 高話務(wù)量 系統(tǒng)優(yōu)化 硬件保障

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2017.08.002 中圖分類號：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-1010（2017）08-0010-07

引用格式：答嘉曦. LTE高話務(wù)量場景的優(yōu)化策略及保障方案研究[J]. 移動通信， 2017，41（8）： 10-16.

Research on Optimization Strategy and Guarantee Scheme in the Scenario ofHigh Traffic Load for LTE

DA Jiaxi

[Abstract] In order to improve the communication guarantee capability in the scenario of high traffic load for LTE， the main optimization strategy and guarantee scheme on coverage， interference and capacity were investigated. Eepecially， system optimization strategy and hardware guarantee scheme were elaborated. According to the guarantee implementation case in the scenario of high traffic load， the concrete implementation steps and effects from multiple aspacts were presented to guide the optimization and guarantee in the scenario of high traffic load.

[Key words]LTE high traffic load system optimization hardware guarantee

1 引言

隨著LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的規(guī)模推進(jìn)，4G用戶滲透率不斷提高，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)迅猛發(fā)展，在大型演唱會、體育賽事、節(jié)假日集會等大量用戶密集接入的場景下，都可能出現(xiàn)既有的移動通信網(wǎng)絡(luò)無法承擔(dān)的突發(fā)超大話務(wù)負(fù)荷，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量及用戶感知受到影響，甚至出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備癱瘓的極端情況。為有效應(yīng)對類似場景的高話務(wù)量沖擊，宜根據(jù)高話務(wù)量場景的具體特征，采取先評估后實(shí)施的方式，在完成覆蓋、干擾、容量等各方面評估之后，實(shí)施有針對性的優(yōu)化方法及保障措施，以確保高話務(wù)量場景下業(yè)務(wù)暢通及保障工作的順利完成。

2 高話務(wù)量沖擊下的應(yīng)對及保障策略

各類高話務(wù)場景的共同點(diǎn)主要包括：高話務(wù)集中在某個區(qū)域或某個時段；高話務(wù)時通常伴隨著高擁塞。其差異點(diǎn)主要如下：

（1）高話務(wù)出現(xiàn)的時間不同，如車站高話務(wù)出現(xiàn)在節(jié)假日、會展中心高話務(wù)出現(xiàn)在展覽時；

（2）高話務(wù)出現(xiàn)的區(qū)域不同，如車站高話務(wù)出現(xiàn)在候車樓、體育館高話務(wù)出現(xiàn)在觀眾席；

（3）表現(xiàn)出的問題不同，如實(shí)際資源不足、資源分配不合理、網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)及用戶感知影響程度不一等。

因此，對于高話務(wù)場景沖擊下的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量及研究場景的保障措施和方案，需要遵循先評估后實(shí)施的策略，并根據(jù)場景的異同點(diǎn)選取該類場景最具針對性的系統(tǒng)優(yōu)化策略或硬件保障方案。

LTE高話務(wù)場景的優(yōu)化策略及保障方案實(shí)施流程如圖1所示。

通過多維度的評估結(jié)果，確定并開展覆蓋、干擾、容量方面的優(yōu)化，以確保場地所在區(qū)域網(wǎng)絡(luò)設(shè)備正常穩(wěn)定運(yùn)行。

在現(xiàn)場保障實(shí)施過程中，還需要根據(jù)實(shí)時的故障告警、網(wǎng)絡(luò)性能告警、設(shè)備負(fù)荷告警等信息，及時開展相應(yīng)的故障問題處理和應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)調(diào)整，確保網(wǎng)絡(luò)KPI（Key Performance Indicator，關(guān)鍵性能指標(biāo)）穩(wěn)定、用戶體驗(yàn)良好、業(yè)務(wù)功能順暢，并在完成保障工作后及時做好評估總結(jié)。

3 覆蓋、干擾及容量的評估方法、優(yōu)化

策略和保障措施

3.1 覆蓋評估及優(yōu)化

覆蓋評估需要對所需保障的高話務(wù)量區(qū)域（如道路、室內(nèi)等）進(jìn)行拉網(wǎng)測試，識別弱覆蓋區(qū)域、過覆蓋區(qū)域，通過增加基站、增加延伸覆蓋系統(tǒng)（如無源/有源器件、小微設(shè)備等）和RF（Radio Frequency，射頻）優(yōu)化（天線工參、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)）來提升覆蓋、降低干擾，并通過網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備調(diào)整達(dá)到以下要求：

（1）主覆蓋小區(qū)信號RSRP（Reference Signal Receiving Power，參考信號接收功率）大于-105 dBm；

（2）鄰區(qū)的電平和主小區(qū)電平差大于-6 dB，且滿足以上條件的鄰區(qū)數(shù)目不大于1；

（3）覆蓋邊緣RSRP為-105～-95 dBm。

同時，通過系統(tǒng)仿真手段輸出的場地覆蓋仿真結(jié)果也是覆蓋評估的一個重要參考信息。

3.2 干擾評估及優(yōu)化

干擾檢測方法如下：

（1）用KPI觀察保障區(qū)域相關(guān)小區(qū)長期噪聲曲線，分析干擾小區(qū)隨時間變化關(guān)系，將干擾長期曲線與傳統(tǒng)話務(wù)忙閑時比對，判斷是否常規(guī)通信系統(tǒng)形成的干擾；

（2）使用網(wǎng)管工具提取每個RB（Resource Block，資源塊）的噪聲，分析噪聲頻譜特征；

（3）提取RRU（Radio Remote Unit，射頻拉遠(yuǎn)單元）運(yùn)行日志作仿真分析，估計干擾來源；

（4）分析噪聲曲線，與RRU日志對比系統(tǒng)外干擾噪聲特征庫，判斷干擾來源。

為有效控制用戶增長后系統(tǒng)內(nèi)干擾的增加，需要從頻率、站型、天線、仿真、測試、參數(shù)優(yōu)化等維度做好工作。具體如下：

（1）多頻覆蓋

通過合理規(guī)劃小站、宏站等多種站型，充分利用各個頻段（D、E、F）資源，以減少同頻干擾。

（2）多形態(tài)站點(diǎn)覆蓋

除了傳統(tǒng)的宏基站、分布式基站以外，還可以利用小微設(shè)備作為主要容量吸收層。

（3）避免多制式干擾

針對TD-LTE系統(tǒng)與GSM900、GSM1800、WCDMA、TD-SCDMA、WLAN等系統(tǒng)之間的隔離度要求以及干擾源類型特征，做好清頻，以避免其他制式產(chǎn)生的外部干擾。

（4）窄波賦形天線

為保障密集區(qū)域站點(diǎn)覆蓋效果，控制覆蓋范圍，有效降低對相鄰區(qū)域的干擾，要求天線方向角相對較小，使得覆蓋密集區(qū)域的小區(qū)數(shù)量相對增加，從而承載更大的業(yè)務(wù)量，通?？刹捎谜ㄙx形天線予以解決。

（5）網(wǎng)絡(luò)參數(shù)優(yōu)化

網(wǎng)絡(luò)參數(shù)優(yōu)化包括關(guān)閉預(yù)調(diào)度、降低PUCCH（Physical Uplink Control Channel，物理上行鏈路控制信道）和PUSCH（Physical Uplink Shared Channel，物理上行共享信道）P0值、降低消息2功率偏置、開啟相關(guān)功控算法等措施。

3.3 容量評估及優(yōu)化

根據(jù)場景所在地的用戶數(shù)、移動用戶市場份額數(shù)、LTE業(yè)務(wù)滲透率、歷史用戶規(guī)模、滲透率等數(shù)據(jù)，計算給出區(qū)域整體以及各小區(qū)下可能用戶數(shù)，進(jìn)而得到容量需求。在實(shí)際情況下，由于站型、覆蓋、均衡、用戶位置導(dǎo)致局部擁塞，部分小區(qū)沒有用戶，所以還需要依據(jù)具體場景的用戶分布、場景區(qū)域特點(diǎn)等來分析。

如有歷史話務(wù)可以參考，則可以根據(jù)歷史各個小區(qū)的用戶數(shù)變化情況計算出增長各個小區(qū)的因子，結(jié)合最近一次各個小區(qū)的話務(wù)，計算出本次活動相應(yīng)場景中的各個小區(qū)用戶數(shù)情況。

系統(tǒng)優(yōu)化策略主要包括負(fù)荷均衡、接入控制、信令擁塞控制以及異系統(tǒng)話務(wù)遷移等方式。具體如下：

（1）負(fù)荷均衡

對于同一場景中不同區(qū)域業(yè)務(wù)量不均勻的情況，可以通過調(diào)整重選和切換參數(shù)，使終端在空閑態(tài)優(yōu)先駐留在相對空閑的小區(qū)并在空閑小區(qū)產(chǎn)生業(yè)務(wù)，在連接態(tài)使業(yè)務(wù)量大的小區(qū)內(nèi)的UE切換到業(yè)務(wù)量小的小區(qū)，從而達(dá)到不同小區(qū)間負(fù)荷均衡的作用。

負(fù)荷均衡的方法按照網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不同分為單層網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化和雙層網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化，其中雙層網(wǎng)相對單層網(wǎng)主要是增加了對切換優(yōu)先級、A4和A5事件門限的設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)在雙層網(wǎng)之間的負(fù)荷分擔(dān)。

（2）接入控制

當(dāng)系統(tǒng)容量達(dá)到一定程度時，如果持續(xù)接入新承載會導(dǎo)致無法保證用戶的QoS（Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量），此時需要采用接納控制算法控制是否允許新承載建立。

接納控制算法根據(jù)允許的連接用戶數(shù)和系統(tǒng)PRB（Physical Resource Block，物理資源塊）占用率門限控制用戶的RRC（Radio Resource Control，無線資源控制）連接建立及E-RAB（Evolved Radio Access Bearer，演進(jìn)的無線接入承載）建立。當(dāng)新用戶接入若超過系統(tǒng)的許可用戶數(shù)或系統(tǒng)當(dāng)前PRB占用率加上新增承載需要占用的PRB之和超過配置門限，則拒絕用戶的接入請求，并配置Waittime（時延）讓終端延遲接入，以保證在網(wǎng)用戶感知。

（3）信令擁塞控制

當(dāng)多用戶并發(fā)接入時會導(dǎo)致系統(tǒng)CPU（Central Processing Unit，中央處理器）占用率偏高而產(chǎn)生擁塞，若后續(xù)新用戶持續(xù)接入，則會導(dǎo)致系統(tǒng)CPU持續(xù)增長并最終造成異常。擁塞控制算法通過監(jiān)測單位時間內(nèi)接入用戶數(shù)，當(dāng)用戶超過一定門限后，系統(tǒng)會拒絕后續(xù)新用戶的接入請求，并配置Waittime（時延）讓終端延遲接入，以保證系統(tǒng)工作在一個正常狀態(tài)。

（4）異系統(tǒng)話務(wù)遷移

在一些特殊場所如LTE覆蓋邊界區(qū)域，可以通過2G/3G/4G互操作參數(shù)的調(diào)整，使得LTE用戶盡早搬遷至異系統(tǒng)，從而降低相關(guān)LTE小區(qū)話務(wù)負(fù)荷?；ゲ僮鲄?shù)優(yōu)化建議如表3所示。

在通過系統(tǒng)優(yōu)化策略無法實(shí)現(xiàn)保障目標(biāo)的情況下，需要考慮通過對硬件設(shè)備的擴(kuò)容、改造、新增等措施進(jìn)行保障，包括雙層網(wǎng)組網(wǎng)、小區(qū)分裂和BBU（Building Base band Unit，基帶處理單元）硬件板卡擴(kuò)容等。具體如下：

（1）雙層網(wǎng)組網(wǎng)

通常采用以F頻段為覆蓋層（兼顧容量）、D頻段為容量層的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（即D+F雙層組網(wǎng)），可以解決高話務(wù)量場景下的容量需求，從而提升用戶對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的高要求。常見的還有D+E雙層、D+D+E三層等多種組網(wǎng)模式。

（2）小區(qū)分裂

小區(qū)分裂技術(shù)是在2G/3G時代比較成熟、常用的擴(kuò)容方案，亦可直接用于LTE網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)單小區(qū)用戶超過上限值而其他方法不適用或者雙層網(wǎng)已建設(shè)但仍不能滿足容量需求時，可使用小區(qū)分裂技術(shù)。需注意分裂后避免小區(qū)的重疊覆蓋，通過實(shí)際測試和設(shè)置合理的切換帶以保證業(yè)務(wù)連續(xù)性及用戶感知。

（3）硬件板卡擴(kuò)容

硬件板卡（如基帶板）的擴(kuò)容需根據(jù)不同類型板卡的功能、承載能力以及所支持的載波個數(shù)和其他參數(shù)指標(biāo)來進(jìn)行規(guī)劃。如擴(kuò)容后的總體載波數(shù)量超過了基帶板的承載能力或者其他參數(shù)指標(biāo)，則需要對包括基帶板、電源板、機(jī)框、機(jī)架等其他單板進(jìn)行擴(kuò)容，從而確保基站整體承載能力滿足容量保障需求。

4 保障案例

4.1 保障場景

以某大型體育場館為例，周圍商業(yè)、住宅等高樓非常密集，無線環(huán)境復(fù)雜，場館內(nèi)無線信號干擾極強(qiáng)。在承辦某次年度洲際足球比賽決賽時，體育場內(nèi)觀眾人數(shù)預(yù)計將達(dá)到45 000人以上，容量瓶頸大。因此，制定保障目標(biāo)為：確保賽事期間的相關(guān)時段，場內(nèi)所有用戶能夠正常接入網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)正常且用戶感知良好。

4.2 覆蓋及干擾評估

考慮覆蓋需要以及后續(xù)優(yōu)化維護(hù)的便利性，選擇雙極化定向天線對場館進(jìn)行覆蓋。為保證良好的覆蓋性能，降低干擾，保證覆蓋區(qū)域?yàn)榫匦胃采w，選擇水平波瓣和垂直波瓣基本一致的天線，從而更好地抑制天線旁瓣，同時雙流系統(tǒng)需要達(dá)到雙路效果則要求兩個天線必須覆蓋同一區(qū)域，而兩個單通道天線在施工時一般無法保障方位角和俯仰角完全一致，因此使用雙通道天線予以避免。

由于場館外周邊區(qū)域多為室外宏站，因此場館內(nèi)覆蓋選用D+E雙層組網(wǎng)覆蓋模式，以降低周邊F頻段宏小區(qū)對場館內(nèi)的干擾。

所需的最少小區(qū)數(shù)量公式如下：

小區(qū)數(shù)量=觀眾人數(shù)×（1+冗余系數(shù)）×移動用戶占有率×LTE用戶滲透率×激活用戶比例/單小區(qū)最大激活用戶數(shù) （1）

按照表5測算數(shù)據(jù)以及公式（1），可計算得到最少小區(qū)數(shù)量為60個。

（1）硬件保障方案

根據(jù)上述測算結(jié)果，并考慮場館內(nèi)部的建筑特點(diǎn)、用戶分布及覆蓋、容量、干擾需要，決定硬件設(shè)備方面采用D+E雙層及D+D+E三層組網(wǎng)方式進(jìn)行覆蓋。同時，雙層組網(wǎng)模式還能夠互為備份，增加了網(wǎng)絡(luò)的可靠性和健壯性，避免了由于某臺設(shè)備故障退服而導(dǎo)致該區(qū)域出現(xiàn)覆蓋空洞的情況。

具體覆蓋方案如下：

場館內(nèi)劃分為26個區(qū)域，共計64個小區(qū)來進(jìn)行覆蓋和話務(wù)吸收，D頻段與E頻段共用的高性能賦形天線確保覆蓋范圍的信號強(qiáng)度，并降低干擾水平；

根據(jù)場館內(nèi)座位及觀眾人員分布預(yù)估，對其中的1～3、7～10、14～16、20～23區(qū)域采用D+E雙層組網(wǎng)，而對其余區(qū)域采用D+D+E三層組網(wǎng)，以最大程度保證場館內(nèi)的容量需求；

該方案還考慮到了隨著4G終端滲透率上升，在BBU及RRU硬件容量上仍有一定冗余，后續(xù)可通過增加載波License的方式實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容，避免現(xiàn)場的工程整改，減少物業(yè)糾紛及工程難度。

體育場館內(nèi)雙層/三層組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

（2）系統(tǒng)優(yōu)化策略

對重選、切換以及負(fù)荷均衡等參數(shù)也進(jìn)行了相應(yīng)優(yōu)化。

通過覆蓋參數(shù)優(yōu)化，在保障期間減少了切換次數(shù)，控制了兵乓切換，從而提升用戶感知；通過負(fù)荷均衡參數(shù)優(yōu)化，及時降低了高負(fù)荷的小區(qū)用戶數(shù)，讓相關(guān)同覆蓋各小區(qū)用戶分布更加均衡。

4.4 現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)控手段

采用的主要監(jiān)控手段如下：

（1）按區(qū)域分析：分析場館內(nèi)外的話務(wù)變化趨勢；

（2）按小區(qū)分析：分析相關(guān)小區(qū)業(yè)務(wù)是否存在異常；

（3）設(shè)備告警/設(shè)備單板性能分析：分析無線網(wǎng)元單板是否存在異常；

（4）RSSI分析：RSSI異常分析，判讀是否屬于外界干擾、參數(shù)設(shè)置錯誤、設(shè)備故障和終端問題等；

（5）參數(shù)分析：關(guān)鍵參數(shù)是否存在異常；

（6）用戶感知分析：分析小區(qū)下有哪些用戶異常，是否只是個體問題。

4.5 保障成效

在保障期間（當(dāng)日16：00～24：00），無線接通率、無線掉線率、切換成功率等總體指標(biāo)均保持良好，設(shè)備利用率未達(dá)上限，運(yùn)行平穩(wěn)。具體如下：

（1）無線接通率平均為99.35%，其中接通率最低的時間段為22：00～22：15，此時接通率為98.75%，這主要是由于比賽結(jié)束后現(xiàn)場觀眾搶發(fā)消息推送朋友圈慶祝奪冠而導(dǎo)致小區(qū)負(fù)荷攀高，接通率略有下降；

（2）無線掉線率平均為0.10%；

（3）切換成功率平均為99.22%；

（4）主控板單板處理能力強(qiáng)且性能穩(wěn)定，大話務(wù)下CPU利用率峰值最高為34%，大部分站點(diǎn)CPU處于28%左右，而主控板處理能力強(qiáng)且有較多富余，整體運(yùn)行平穩(wěn)，未出現(xiàn)吊死、復(fù)位等情況。

5 結(jié)束語

本文從高話務(wù)量的場景分類及特征出發(fā)，通過具體案例開展及成效分析表明，經(jīng)過覆蓋評估、干擾評估、容量評估和設(shè)備檢查后，有針對性地實(shí)施系統(tǒng)優(yōu)化以及硬件保障措施，可有效保障密集接入高話務(wù)場景下的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量及用戶感知，并降低移動通訊網(wǎng)絡(luò)癱瘓的可能性。

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