【摘 要】通過對TD-LTE系統(tǒng)負載均衡技術(shù)的基本原理、關(guān)鍵算法和流程進行詳細介紹，論述了適于TD-LTE系統(tǒng)的小區(qū)負載評價準則，給出了當前主流設(shè)備廠商對該技術(shù)的支持情況和典型場景下外場測試結(jié)果，并提出了后續(xù)優(yōu)化建議。

　　【關(guān)鍵詞】計算機論文范文,TD-LTE,負載均衡,小區(qū)負載評價準則

　　1 引言

　　近年來，我國移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展進入了快車道。TD-LTE是我國自主知識產(chǎn)權(quán)3G制式TD-SCDMA的后續(xù)演進技術(shù)。它通過OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用)、MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多輸入多輸出)等先進技術(shù)的應(yīng)用，可以為用戶提供超過100Mbps的下行峰值速率，極大地提升用戶的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)使用感受[1]。作為首個我國自主創(chuàng)新并成為國際主流的移動通信標準，TD-LTE得到了國家的大力支持和推廣，工信部將2 500―2 690MHz共190MHz頻率都劃分給了TD-LTE，為TD-LTE未來的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。

　　對TD-LTE相關(guān)技術(shù)的研究已經(jīng)成為業(yè)界的熱點。隨著TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模建設(shè)和商用，關(guān)于TD-LTE負載均衡技術(shù)的關(guān)注也越來越多[2-5]。其中大多數(shù)為負載均衡理論算法和仿真性能的論述，而對當前網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對該技術(shù)的支持情況以及外場實測的性能提升效果則未有提及。

　　本文說明了TD-LTE系統(tǒng)負載均衡技術(shù)的原理、算法和流程，論述了適于TD-LTE系統(tǒng)的小區(qū)負載評價準則，給出了當前主流設(shè)備廠商對該技術(shù)的支持情況和典型場景下外場測試結(jié)果，提出了后續(xù)優(yōu)化建議，可供從事TD-LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化的相關(guān)人員參考。

　　2 負載均衡原理

　　在移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，由于移動業(yè)務(wù)的突發(fā)性和用戶移動的隨機性，存在負載不均衡問題。即在某一時段內(nèi)，系統(tǒng)中某些小區(qū)的資源利用率、用戶數(shù)或需求的服務(wù)量遠大于同覆蓋的鄰區(qū)，導(dǎo)致這些小區(qū)內(nèi)的用戶體驗較差或是小區(qū)的服務(wù)拒絕率較高，而周邊鄰區(qū)網(wǎng)絡(luò)資源沒有被完全利用的情況[2]。

　　TD-LTE同樣存在這一問題。而且由于TD-LTE頻譜資源豐富，未來TD-LTE系統(tǒng)必將出現(xiàn)多個頻點覆蓋同一區(qū)域的情況。根據(jù)3GPP規(guī)范，在LTE系統(tǒng)中，一個頻點就是一個小區(qū)。因此，小區(qū)間負載均衡將是TD-LTE頻譜資源得以充分利用的關(guān)鍵因素。

　　負載均衡算法的基本思路是：當小區(qū)負載超過警戒值時，通過負載均衡操作(一般是用戶切換)將重負載小區(qū)中部分用戶轉(zhuǎn)移到輕負載的鄰小區(qū)中，實現(xiàn)小區(qū)間負載均衡，從而提高熱點小區(qū)或擁塞小區(qū)中用戶的體驗，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能。算法的關(guān)鍵在于如何通過一定的負載評價準則準確地判斷小區(qū)的負載狀態(tài)。

　　2.1 負載評價準則

　　負載評價準則是用來描述小區(qū)資源使用情況的方法和原則。在傳統(tǒng)的基于電路域交換的蜂窩移動通信系統(tǒng)中，業(yè)務(wù)類型簡單，且由專用信道資源進行承載，小區(qū)負載通常是用信道利用率和呼叫阻塞概率來進行評估。而在基于分組交換的LTE系統(tǒng)中，由于使用的是共享信道，且同一用戶可以同時使用話音、上網(wǎng)等多種業(yè)務(wù)，不同業(yè)務(wù)對QoS(Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量)要求不同，從而對資源占用要求差異很大，因此簡單地以小區(qū)實際網(wǎng)絡(luò)資源占用情況來評價小區(qū)負載狀況是不夠準確的。

　　目前，業(yè)界對LTE系統(tǒng)的負載評價準則正在廣泛討論，還沒有一個通用的評價準則。筆者認為應(yīng)針對TD-LTE系統(tǒng)的不同業(yè)務(wù)，對小區(qū)負荷進行綜合評價。

　　根據(jù)QoS不同，LTE業(yè)務(wù)可以分為GBR(Guranteed Bit Rate)業(yè)務(wù)和Non-GBR業(yè)務(wù)這2類。對于GBR業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)將保證分配足夠的資源，即使在網(wǎng)絡(luò)資源緊張的情況下，GBR業(yè)務(wù)的傳輸速率也能夠保持。相反的，網(wǎng)絡(luò)對Non-GBR業(yè)務(wù)則采用“盡力而為”的資源分配原則，在網(wǎng)絡(luò)空閑時，網(wǎng)絡(luò)可將所有空閑的網(wǎng)絡(luò)資源都分配給該業(yè)務(wù)，該業(yè)務(wù)的傳輸速率可以遠超其最低要求;而在網(wǎng)絡(luò)擁擠的情況下，該業(yè)務(wù)原占有的網(wǎng)絡(luò)資源可能被“搶奪”，傳輸速率無法得到保證。

　　因此，TD-LTE系統(tǒng)的小區(qū)負載可評估如下：

　　小區(qū)負載=(∑GBR業(yè)務(wù)資源占用量+∑Non-GBR業(yè)務(wù)資源占用量)/小區(qū)總資源量 (1)

　　PRB(Physics Resource Block，物理資源塊)是TD-LTE系統(tǒng)小區(qū)無線資源的最小單位。對于GBR業(yè)務(wù)，由于網(wǎng)絡(luò)需要保障其業(yè)務(wù)速率，分配給它的PRB就是這一業(yè)務(wù)的實際資源需求，因此GBR業(yè)務(wù)資源占用量可用它實際占用的PRB數(shù)量來表征。對于Non-GBR業(yè)務(wù)，由于其“盡力而為”的特性，實際占用的PRB數(shù)量并不與它實際需求的資源相同，因此評估小區(qū)容量時，Non-GBR業(yè)務(wù)的資源占用量不能簡單地用實際分配給它的PRB數(shù)量進行表征，需要進行換算。可考慮基于該Non-GBR業(yè)務(wù)的QCI(QoS Class Identifier，QoS等級標識)對應(yīng)的最低用戶體驗速率，推算出最小需求的PRB數(shù)量，即為該Non-GBR業(yè)務(wù)的資源占用量，其中最低用戶體驗速率可以根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)等級等方面進行靈活配置。該算法綜合考慮了LTE業(yè)務(wù)的不同QoS要求和資源共享特性，能比較準確地反映出小區(qū)的實際負荷水平。

　　2.2 LTE負載均衡流程

　　負載均衡的大致流程如圖1所示。

　　負荷均衡針對的是激活態(tài)的UE，其過程一般包含3個階段：測量、判斷和執(zhí)行。

　　(1)測量階段主要是測量小區(qū)內(nèi)的負荷情況，同時通過小區(qū)之間的接口獲得鄰區(qū)(包括同覆蓋、包含、被包含和相鄰)的負荷信息。

　　(2)判斷階段是根據(jù)測量值，判斷本小區(qū)是否需要執(zhí)行負荷均衡，若需要則執(zhí)行第3個階段操作，否則小區(qū)將重復(fù)前兩個階段對系統(tǒng)執(zhí)行實時監(jiān)控。

　　(3)在執(zhí)行階段，高負荷的小區(qū)要選擇合適的UE切換到低負荷小區(qū)，使得區(qū)域內(nèi)各個小區(qū)的負荷相當。 　　3 廠家支持情況和測試結(jié)果

　　3.1 廠家支持情況

　　經(jīng)過調(diào)研和測試，目前主流無線設(shè)備廠家均已支持負載均衡功能。

　　3.2 測試場景和方法

　　選擇一般城區(qū)場景進行測試，周圍是居民樓、商鋪和醫(yī)院。該區(qū)域由TD-LTE的2個不同頻點(記為D頻點、F頻點)的小區(qū)重疊覆蓋，空閑態(tài)頻率駐留優(yōu)先級設(shè)置為D頻點優(yōu)先。負載均衡設(shè)置為當主小區(qū)PRB利用率超過70%，則開始進行負載均衡操作。采用10部測試終端，在測試區(qū)域內(nèi)分別采用用戶均勻分布(好/中/差點終端數(shù)量比例為3：4：3)和好點集中分布(好點10個終端)這2種情況進行測試，觀察負載均衡功能關(guān)閉和開啟時D、F小區(qū)的連接用戶數(shù)。

　　3.3 測試結(jié)果

　　實測結(jié)果具體如表1所示。

　　由此可見，通過開啟負載均衡，無論用戶是均勻分布還是集中分布，TD-LTE雙頻網(wǎng)絡(luò)無線資源分配更為合理，總吞吐量均得到了提升。在用戶集中分布時，提升效果更為明顯。

　　3.4 后續(xù)建議

　　經(jīng)過測試和調(diào)研發(fā)現(xiàn)，雖然各主流廠商均已實現(xiàn)負載均衡功能，但仍存在以下問題：

　　(1)不同設(shè)備廠家對負載評價準則的理解和負載信息參數(shù)不完全一致。

　　(2)用戶選擇算法過于單一，未結(jié)合QCI類型、用戶等級、用戶位置信息等方面進行綜合考慮。

　　為了更好地發(fā)揮負載均衡功能，后續(xù)應(yīng)該在負載評價以及用戶選擇算法方面繼續(xù)優(yōu)化，實現(xiàn)異廠家負載均衡，滿足實際商用的需求。

　　4 結(jié)束語

　　負載均衡是TD-LTE網(wǎng)絡(luò)充分發(fā)揮頻率資源優(yōu)勢的重要功能，目前主流的無線設(shè)備廠商都已支持。本文在詳細說明了負載均衡的基本原理、算法和流程的基礎(chǔ)上，給出了典型場景的外場測試結(jié)果，對現(xiàn)有TD-LTE設(shè)備負載均衡功能對網(wǎng)絡(luò)性能的提升效果進行了驗證。

　　測試結(jié)果表明，現(xiàn)有TD-LTE設(shè)備已具備負載均衡功能。建議在體育館、大劇院等話務(wù)熱點開啟負載均衡功能，從而提升網(wǎng)絡(luò)性能和用戶感知，并總結(jié)應(yīng)用經(jīng)驗，為后續(xù)大規(guī)模開啟該功能做好準備。

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