TD—LTE雙載波技術以及負荷均衡應用

陳彬 魏丹

【摘要】 隨著4G用戶的逐漸增長，熱點區域的TD-LTE單載波將無法滿足用戶大帶寬和高容量的需求。在不增加硬件的條件下，開通雙載波功能，使用負載均衡切換， 可以充分利用現有頻率資源，將單載波上的用戶進行分流，達到提升系統吞吐量、小區容量和用戶感知的目的。

【關鍵詞】 TD-LTE 雙載波 負荷均衡

一、引言

隨著移動互聯網應用的爆發性增長，用戶對手機上網、視頻點播、收發郵件、下載等業務由接受轉為依賴，移動運營商必須提供更大的帶寬和容量來滿足用戶的需求。隨著4G用戶的逐漸增長，熱點區域的單載波已經不能保證用戶的需求，雙載波的部署顯得越發重要。目前，雙載波的部署采用負荷均衡的方式，根據服務小區和其鄰區負荷狀態合理平衡小區間、頻率間和無線接入技術之間的負荷，達到負荷分擔，充分利用現有頻率資源，提高系統吞吐量，提升用戶感知的目的。

二、TD-LTE雙載波以及負荷均衡工作原理

雙載波是為提高單個基站容量，通過使用兩個頻段，共用天饋、共用RRU并配合相關負載切換來實現不增加站點，提升小區容量來保障下載速率。移動性負載均衡（Mobility Load Balancing）是通過判斷本小區的負載高低，進行小區間負載信息交互，將負載從較為繁忙的小區轉移到剩余資源較多的小區。這樣既協調了異頻小區之間的負載分布，實現了網絡資源利用最大化，又也可將小區的一部分負載轉移到其它制式小區，降低E-UTRAN系統擁塞率，有利于提升業務的接入成功率，改善用戶的業務感受。因此，移動性負載平衡可以分為異頻負載平衡和異系統負載分擔。

TD-LTE采用同RRU下的雙小區、雙載波技術，本質上就是兩個各采用20M的LTE小區覆蓋同一或部分重疊區域，并使用負載均衡算法在同系統兩小區之間進行業務均衡，以滿足在某種場景下的使用，提升系統吞吐率及用戶使用感知。

三、TD-LTE雙載波組網分析

3.1 雙載波分層組網結構

雙載波分層組網主要分為同頻段雙載波和異頻段雙載波組網兩個方式：

同頻段雙載波分層組網主要適用于人口密度比較大且比較均勻的鬧市區，單載波組網容量受限場景，兩個20M小區配置使用相同的功率配置，覆蓋完全相同的地理位置。目前主要針對中國移動的室分E頻段和密集城區D頻段間的負荷均衡。這種組網方式下，小區1（F1頻點）和小區2（F2頻點）都進行連續覆蓋，對于小區邊緣F1和F2頻點都將受到基本等同的同頻干擾。兩個小區可以采用共RRU共天饋方式也可以采用不同天線，建議進行共站同覆蓋兩個小區間的負荷均衡，不考慮非同覆蓋相鄰小區間的負荷均衡。

異頻段雙載波分層組網主要適用于人口密度大，但業務分布不均勻的區域。兩個頻段小區（各20M）部分同覆蓋，高頻段做熱點小區，吸收容量，低頻段小區做覆蓋小區，兩者的發射功率可以相同，也可以不同。目前主要針對中國移動F＼D共BBU情形下，F頻段進行連續覆蓋，D進行熱點區域覆蓋的負荷均衡。如在這種組網方式下，小區邊緣主要存在F頻段的同頻干擾，對于D頻點，只在同一基站內不同小區覆蓋區域間存在少量重疊。F和D共BBU，分RRU，兩個頻點小區可以采用同一天饋，也可以采用不同天饋，共天饋時F和D時隙配置無要求，不共天饋時，當時隙配置不一致時天線需要滿足一定的空間隔離度。

3.2 雙載波分層組網功能分析

分層組網的目的是提升系統容量，在負荷均衡算法中要首先保證KPI指標，任何算法以不影響KPI指標為前提，主要考慮的指標包括開機附著成功率、切換成功率、接入成功率、掉線率等。在此基礎上可以考慮以下算法的實現：

（1）基于硬件負荷（CPU占用率）和業務負荷（PRB利用率）對同覆蓋或部分同覆蓋的兩個小區進行負荷均衡控制，以實現兩個小區的負荷平衡和整體吞吐量最優；

（2）基于小區選擇的均衡策略，同頻通過調整q-RxLevMin與q-OffsetCell參數，使得用戶初始接入時選擇駐留到高負荷小區的負荷均衡過程；

（3）基于靜態參數配置實現空閑態用戶的分布策略，同頻雙載波小區可以通過調整q-RxLevMin與q-OffsetCell重選參數，對同覆蓋小區的空閑態用戶進行重選的負荷均衡過程，異頻雙載波小區通過設置頻率優先級、重選參數門限的配置使得空閑用戶按照期望的分布比例駐留到D、F頻段，設置D頻段為高優先級，F頻段低優先級的策略，首先需要分別得出測試區域D、F頻段RSRP覆蓋的CDF分布圖，根據CDF的統計結果設置參數，一般期望中心用戶駐留在D頻段，邊緣用戶駐留在F頻段；

（4）基于快速切換的均衡策略，通過快速切換（不需要測量上報）方式對同覆蓋或部分同覆蓋小區的激活態用戶進行負荷調整，負荷調整過程中選擇用戶需要同時兼顧電平、業務、質量的綜合考慮；

（5）開啟負荷調整的判斷條件，同覆蓋或部分同覆蓋小區中的一個小區達到高負荷門限，同時高負荷小區和低負荷小區的負荷差值達到一定門限則觸發負荷調整過程；或者考慮相對門限，即兩個小區的負荷差異達到門限值，啟動負荷均衡調整過程，如果兩個小區的負荷都達到高負荷狀態，則不進行負荷調整。但要防止小區間乒乓切換，可以基于A3測量的同、異頻切換算法，防止終端發生乒乓切換。

四、TD-LTE雙載波應用舉例

4.1 室分同頻雙載波應用舉例

同基站鄰區和服務小區的負荷由同一個CC板進行計算，因此鄰區的負荷獲取不是問題，可以采用基于快速切換的均衡策略。本次應用選擇室分基站的雙載波小區負荷均進行測試驗證。

4.2 室分同頻雙載波測試步驟

分別選擇E頻段的某室內小區配置雙載波，測試步驟如下：

（1）選擇某E頻段的室內LTE小區，中心頻點為2330MHZ；

（2）新建該小區的另一個中心頻點為2350MHZ，即該小區配置雙載波，此時記2330MHZ頻點的小區為1小區，2350MHZ頻點的小區為2小區；

（3）首先關閉2小區，關閉負荷均衡功能，使用6個UE同時接入1小區進行下載業務，并記錄每個UE的RSRP、SINR及下載速率，統計此條件下小區的下行總吞吐量及UE平均下載速率；

（4）打開2小區，開啟雙載波負荷均衡功能，在步驟3的條件下（所有UE的下載任務未中斷），通過設置PBR參數、負荷均衡門限等，觀察這些之前接入1小區做業務的UE是否會通過負荷均衡遷移至2小區；

（5）如果步驟4中有部分UE成功從1小區遷移至2小區，說明該功能生效，此時分別記錄各個UE所在的小區、RSRP、SINR及下載速率，并統計小區的下行總吞吐量及UE平均下載速率；

（6）對比步驟3和步驟5的小區下行總吞吐量及UE平均下載速率；

（7）終端分別附著在兩個小區下，使用后臺信令跟蹤，通過信令分析以及通話成功率確定CSFB功能是否正常啟用，并測試統計相關指標。

4.3 室分同頻雙載波測試結論

單用戶保障速率為4M情況下小區的負荷均衡測試結果如表1所示。

結論：根據上述測試結果，開啟雙載波負荷均衡算法功能后，當小區達到負荷均衡執行門限后，部分UE（本次6個UE成功遷移3個）會從負荷高的小區遷移至負荷低的小區，同基站雙載波負荷均衡算法功能生效。通過同基站負荷均衡前后下行吞吐量的比較可知，雙載波小區總的吞吐量由100.3M提升至195M，UE平均下載速率由16.72M提升至32.5M，提升效果顯著。開通RRU雙載波后，在4G異頻雙載波下，進行語音業務，RRC_CONN_REL消息中會包含2G頻點信息，且RRC手機終端用戶均能正常使用CSFB功能，進行語音業務。

五、TD-LTE雙載波后續演進-聚合載波技術

LTE載波聚合（CA）技術的核心思路是：將多個連續或離散載波聚合在一起，形成一個更寬頻譜。這種技術的應用既滿足了LTE-Advanced在帶寬方面的需求，又可以提高頻譜碎片的利用率，用以提升用戶的數據傳輸速率，并減少延遲。雖然目前的LTE移動終端能夠支持多個LTE射頻信道，但是每次只能通過一個信道進行下載；而LTE載波聚合可以實現同時在兩個或多個LTE射頻信道上的下載，它有助于充分利用芯片組的額定LTE數據速率組。