一種大帶寬低時延業(yè)務(wù)的4G 網(wǎng)絡(luò)承載優(yōu)化方法研究*

夏龍根

（中國移動通信集團廣東有限公司佛山分公司，廣東 佛山 528000）

0 引 言

在目前5G 大規(guī)模商用初期，5G 網(wǎng)絡(luò)的覆蓋還不夠完善，而一些政企類項目提出的業(yè)務(wù)需求已接近5G 業(yè)務(wù)指標要求，我們稱之為“類5G 業(yè)務(wù)”，如即時高清視頻監(jiān)控、即時高清視頻回傳、大帶寬企業(yè)專線等[1]。由于技術(shù)體制的缺陷，這些業(yè)務(wù)在4G 網(wǎng)絡(luò)上承載效果不佳，客戶的感知體驗很差，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化也很難取得明顯的效果?，F(xiàn)行的普遍做法是，運營商在取得類似項目標的后，不計成本搭建“專網(wǎng)”來滿足客戶需求，項目的投資收益比很低。

本文從一個案例出發(fā)，總結(jié)和研究在不做額外站點建設(shè)、不影響大網(wǎng)用戶正常網(wǎng)絡(luò)使用的前提下，通過“軟優(yōu)化”實現(xiàn)在當前4G 網(wǎng)絡(luò)承載高清視頻回傳業(yè)務(wù)的優(yōu)化的方法。

1 問題描述

本文所述案例為一則視頻采集設(shè)備利用4G 車載終端實時回傳高清視頻系統(tǒng)，系統(tǒng)通過車載視頻采集設(shè)備采集數(shù)據(jù)，利用4G 終端模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，通過中國移動物聯(lián)網(wǎng)CMIOT 再將數(shù)據(jù)傳送到客戶的視頻平臺[2]。項目整體框架如圖1 所示。

圖1 車載視頻回傳項目邏輯框架

車載視頻采集設(shè)備將3 路攝像頭數(shù)據(jù)，通過編碼合路，借助4G 模塊通過上行通道將數(shù)據(jù)發(fā)送到基站。上行通道速率2 mbps 以上。數(shù)據(jù)通過基站轉(zhuǎn)發(fā)CMIOT 專網(wǎng)，通過PTN910 交換機轉(zhuǎn)發(fā)的到車載路由，最后經(jīng)由交換機到客戶側(cè)視頻平臺。由于視頻要求實時回放，視頻從車載采集到客戶平臺播放的端到端時延必須控制在100 ms 以內(nèi)，超過100 ms 容易卡頓或者掉線。

結(jié)合視頻采集回放和ping 包測試發(fā)現(xiàn)，當ping包時延超過300 ms，容易視頻掉線；當ping 包時延在100 ms 以上時，視頻容易出現(xiàn)卡頓；ping 包時延在100 ms 以下，視頻感知流暢，如圖2 所示。

圖2 車載視頻系統(tǒng)ping 包測試結(jié)果

圖3 占用FDD/TDD 小區(qū)的時延差異

從客戶端看，如圖3 客戶端截圖，視頻卡頓及掉線均由丟包引起。當終端占用到TDD 小區(qū)時，ping 時延普遍超過100ms，視頻將出現(xiàn)丟包漏失采集信息的情況；而占用到FDD 小區(qū)時，ping 時延在50～80 ms 之間，不易出現(xiàn)丟包情況。

理論上，F(xiàn)DD 空口時延要比TDD 時延小，干擾低的時延要比干擾高的時延小。干擾大會增加包重傳次數(shù)，增加端到端時延；而FDD/TDD 時延區(qū)別在于LTE 采用的HARQ“等?！边M程模式，如圖4 所示，下一個數(shù)據(jù)包傳遞之前必須等待上一個數(shù)據(jù)包的接收確認（ACK/NACK）。從技術(shù)體制上看，F(xiàn)DD 是上下對稱頻譜，上行和下行頻分雙工，因此上下行數(shù)據(jù)發(fā)送完成馬上就可以反饋，等停時間較短；而TDD 是時分雙工，目前LTE-TDD 的時隙配置SA2（DL：UL=3:1，還有兩特殊子幀，如圖5 所示）[3]，下行數(shù)據(jù)發(fā)完之后一定要等到下一個上行時隙，而且由于上行時隙時隙較少，TDD 反饋平均等待時間要高于FDD。而當小區(qū)用戶增加時，由于上行時隙調(diào)度問題，時延還要增加。

圖4 LTE 網(wǎng)絡(luò)RTT 時延示意

圖5 TDD 網(wǎng)絡(luò)上行時隙資源配置

2 優(yōu)化舉措及成效

從問題特征看，要實現(xiàn)本案例車載視頻流暢不卡頓不斷線，網(wǎng)絡(luò)必須具備以下條件：

（1）車載經(jīng)過的道路沿線具有FDD 連續(xù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，圖6 為沿線FDD 站點分布。

（2）車載終端僅占用FDD 小區(qū)，而不占用TDD 小區(qū)。

（3）道路沿線FDD 小區(qū)負荷不能太高，即普通用戶基本在TDD 小區(qū)。

（4）道路沿線FDD小區(qū)覆蓋理想，信號質(zhì)量好。

以下優(yōu)化舉措圍繞上述4 點因素展開。

圖6 道路沿線站點FDD 覆蓋圖層

2.1 道路沿線FDD 站點分布

從站點分布圖層看，道路沿線均有FDD-1800站點，且道路鎖頻測試基本能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)覆蓋。說明道路沿線FDD 站點覆蓋沒有問題，無需額外部署新站。

2.2 車載終端與普通用戶分流

引入SPID（Subscriber Profile ID）功能，在測試卡所在HSS 對車載號碼定義SPID 值，以區(qū)分普通用戶和車載用戶。本案例設(shè)置車載用戶為SPID=5。

同事在核心網(wǎng)側(cè)需要修改及開啟s1_include_spid_in_dl_nas_transport 功能，基站開啟基于SPID的移動性管理策略，從而實現(xiàn)基站對車載號碼的識別，將來自SPID=5 的號碼設(shè)置獨立的QCI17，以保證無線資源的優(yōu)先分配。

完成SPID 配置后，基站在識別SPID=5 的車載終端后，單獨對其下發(fā)有別于普通用戶的差異化重選切換策略，將沿線FDD 小區(qū)優(yōu)先級調(diào)整為7，TDD 小區(qū)優(yōu)先級調(diào)整為4，與普通用戶區(qū)分開來。

表1 車載終端差異化重選切換策略設(shè)置

通過SPID 設(shè)置，車載終端在接收到差異化的RRC 消息后，將FDD-1800 小區(qū)（頻點1300）視為優(yōu)先級最高的小區(qū)（優(yōu)先級為7）[4]，如圖7 所示，優(yōu)先駐留FDD；而普通終端將FDD 視為一般優(yōu)先級小區(qū)（優(yōu)先級為4），將TDD-D 頻小區(qū)視為最高優(yōu)先級小區(qū)。

由于車載終端和普通終端對小區(qū)優(yōu)先級策略不同，從而實現(xiàn)車載終端優(yōu)先占用FDD 小區(qū)，普通終端優(yōu)先占用TDD-D 頻小區(qū)。由于普通終端優(yōu)先占用TDD 小區(qū)，F(xiàn)DD 小區(qū)資源也得到了騰空，進一步降低了用戶承載車載終端的FDD 小區(qū)負荷，實現(xiàn)FDD/TDD 間的負載均衡。

圖7 SPID 策略下車載終端接收的RRC 配置小區(qū)

在基站側(cè)，從后臺流量統(tǒng)計看，自SPID 部署后，QCI17 的上下行業(yè)務(wù)流量開始增長，其中上行流量高達5 GB/15 分鐘，明顯大于下行，如圖8 所示，與車載終端視頻上傳為主的業(yè)務(wù)特性相符，說明SPID 策略生效。

圖8 車載終端流量上下行流量統(tǒng)計

2.3 道路沿線FDD 覆蓋優(yōu)化

道路沿線優(yōu)化主要在于控制鄰區(qū)覆蓋，降低同頻干擾。

沿線基站均安世友工業(yè)園DC-EFH 為美化水桶，天線打向及天面位置未處于路段覆蓋最佳位置，阻擋較嚴重，導致覆蓋效果差。測試發(fā)現(xiàn)，在世友工業(yè)園附近路段存在信號弱覆蓋及其引起的明顯質(zhì)差。

其測試覆蓋SINR，如圖9 所示，由圖可見這段區(qū)域有較多的弱覆蓋和質(zhì)差持續(xù)路段，部分路段SINR 在-20 dB 以下，信號感知較差。

圖9 世友工業(yè)園附近路段存在信號弱覆蓋及質(zhì)差

為此，制定佛山順德均安世友工業(yè)園DC-EFH天面整改優(yōu)化方案：

將佛山順德均安世友工業(yè)園DC-EFH 站點2小區(qū)和3 小區(qū)拉遠，遷至靠近新路線路段一側(cè)天面（113.149 357，22.691 289），在天面靠路邊兩側(cè)角落新立2 根4 米桿，2 小區(qū)打向50 度，3 小區(qū)打向195度，以加強覆蓋效果，天面整改對比如圖10所示。

圖10 天面整改效果圖

優(yōu)化后，弱覆蓋明顯路段消失，質(zhì)差明顯路段消失，新路線全路段測試良好，SINR 和RSRP 覆蓋圖如圖11 所示，可知有明顯好轉(zhuǎn)，測試終端上傳速率在18 至45 Mbps，平均速率為32 Mbps。

圖11 優(yōu)化后的RSRP 和SINR 復測圖

從后臺信令監(jiān)測速率來看，小區(qū)峰值流量達到79.95 mbps，如圖12 所示各臺車載終端視頻信號流暢無卡頓或斷線。項目感知良好。

圖12 后臺監(jiān)控小區(qū)實時速率

3 結(jié) 語

通過SPID 技術(shù)對車載用戶標定標簽，實現(xiàn)車載終端與普通用戶的FDD/TDD 網(wǎng)絡(luò)分流，在不額外新建站址的前提下，解決了FDD/TDD 的4G 混合組網(wǎng)環(huán)境下對大帶寬、低時延業(yè)務(wù)的有效承載，并達到業(yè)務(wù)要求的各項指標。

本文主要在于對定制用戶的有效識別、合理分流，充分發(fā)揮FDD 低時延高速率、TDD 大帶寬資源豐富的特點，提升了集團業(yè)務(wù)的客戶感知，改善了對類5G 業(yè)務(wù)在4G 網(wǎng)承載的保障方法，供各位同行參考。