TD―LTE双载波技术以及负荷均衡应用

【摘要】 随着4G用户的逐渐增长，热点区域的TD-LTE单载波将无法满足用户大带宽和高容量的需求。在不增加硬件的条件下，开通双载波功能，使用负载均衡切换， 可以充分利用现有频率资源，将单载波上的用户进行分流，达到提升系统吞吐量、小区容量和用户感知的目的。

【关键词】 TD-LTE 双载波 负荷均衡

一、引言

随着移动互联网应用的爆发性增长，用户对手机上网、视频点播、收发邮件、下载等业务由接受转为依赖，移动运营商必须提供更大的带宽和容量来满足用户的需求。随着4G用户的逐渐增长，热点区域的单载波已经不能保证用户的需求，双载波的部署显得越发重要。目前，双载波的部署采用负荷均衡的方式，根据服务小区和其邻区负荷状态合理平衡小区间、频率间和无线接入技术之间的负荷，达到负荷分担，充分利用现有频率资源，提高系统吞吐量，提升用户感知的目的。

二、TD-LTE双载波以及负荷均衡工作原理

双载波是为提高单个基站容量，通过使用两个频段，共用天馈、共用RRU并配合相关负载切换来实现不增加站点，提升小区容量来保障下载速率。移动性负载均衡（Mobility Load Balancing）是通过判断本小区的负载高低，进行小区间负载信息交互，将负载从较为繁忙的小区转移到剩余资源较多的小区。这样既协调了异频小区之间的负载分布，实现了网络资源利用最大化，又也可将小区的一部分负载转移到其它制式小区，降低E-UTRAN系统拥塞率，有利于提升业务的接入成功率，改善用户的业务感受。因此，移动性负载平衡可以分为异频负载平衡和异系统负载分担。

TD-LTE采用同RRU下的双小区、双载波技术，本质上就是两个各采用20M的LTE小区覆盖同一或部分重叠区域，并使用负载均衡算法在同系统两小区之间进行业务均衡，以满足在某种场景下的使用，提升系统吞吐率及用户使用感知。

三、TD-LTE双载波组网分析

3.1 双载波分层组网结构

双载波分层组网主要分为同频段双载波和异频段双载波组网两个方式：

同频段双载波分层组网主要适用于人口密度比较大且比较均匀的闹市区，单载波组网容量受限场景，两个20M小区配置使用相同的功率配置，覆盖完全相同的地理位置。目前主要针对中国移动的室分E频段和密集城区D频段间的负荷均衡。这种组网方式下，小区1（F1频点）和小区2（F2频点）都进行连续覆盖，对于小区边缘F1和F2频点都将受到基本等同的同频干扰。两个小区可以采用共RRU共天馈方式也可以采用不同天线，建议进行共站同覆盖两个小区间的负荷均衡，不考虑非同覆盖相邻小区间的负荷均衡。

异频段双载波分层组网主要适用于人口密度大，但业务分布不均匀的区域。两个频段小区（各20M）部分同覆盖，高频段做热点小区，吸收容量，低频段小区做覆盖小区，两者的发射功率可以相同，也可以不同。目前主要针对中国移动F＼D共BBU情形下，F频段进行连续覆盖，D进行热点区域覆盖的负荷均衡。如在这种组网方式下，小区边缘主要存在F频段的同频干扰，对于D频点，只在同一基站内不同小区覆盖区域间存在少量重叠。F和D共BBU，分RRU，两个频点小区可以采用同一天馈，也可以采用不同天馈，共天馈时F和D时隙配置无要求，不共天馈时，当时隙配置不一致时天线需要满足一定的空间隔离度。

3.2 双载波分层组网功能分析

分层组网的目的是提升系统容量，在负荷均衡算法中要首先保证KPI指标，任何算法以不影响KPI指标为前提，主要考虑的指标包括开机附着成功率、切换成功率、接入成功率、掉线率等。在此基础上可以考虑以下算法的实现：

（1）基于硬件负荷（CPU占用率）和业务负荷（PRB利用率）对同覆盖或部分同覆盖的两个小区进行负荷均衡控制，以实现两个小区的负荷平衡和整体吞吐量最优；

（2）基于小区选择的均衡策略，同频通过调整q-RxLevMin与q-OffsetCell参数，使得用户初始接入时选择驻留到高负荷小区的负荷均衡过程；

（3）基于静态参数配置实现空闲态用户的分布策略，同频双载波小区可以通过调整q-RxLevMin与q-OffsetCell重选参数，对同覆盖小区的空闲态用户进行重选的负荷均衡过程，异频双载波小区通过设置频率优先级、重选参数门限的配置使得空闲用户按照期望的分布比例驻留到D、F频段，设置D频段为高优先级，F频段低优先级的策略，首先需要分别得出测试区域D、F频段RSRP覆盖的CDF分布图，根据CDF的统计结果设置参数，一般期望中心用户驻留在D频段，边缘用户驻留在F频段；

（4）基于快速切换的均衡策略，通过快速切换（不需要测量上报）方式对同覆盖或部分同覆盖小区的激活态用户进行负荷调整，负荷调整过程中选择用户需要同时兼顾电平、业务、质量的综合考虑；

（5）开启负荷调整的判断条件，同覆盖或部分同覆盖小区中的一个小区达到高负荷门限，同时高负荷小区和低负荷小区的负荷差值达到一定门限则触发负荷调整过程；或者考虑相对门限，即两个小区的负荷差异达到门限值，启动负荷均衡调整过程，如果两个小区的负荷都达到高负荷状态，则不进行负荷调整。但要防止小区间乒乓切换，可以基于A3测量的同、异频切换算法，防止终端发生乒乓切换。

四、TD-LTE双载波应用举例

4.1 室分同频双载波应用举例

同基站邻区和服务小区的负荷由同一个CC板进行计算，因此邻区的负荷获取不是问题，可以采用基于快速切换的均衡策略。本次应用选择室分基站的双载波小区负荷均进行测试验证。

4.2 室分同频双载波测试步骤

分别选择E频段的某室内小区配置双载波，测试步骤如下：

（1）选择某E频段的室内LTE小区，中心频点为2330MHZ；

（2）新建该小区的另一个中心频点为2350MHZ，即该小区配置双载波，此时记2330MHZ频点的小区为1小区，2350MHZ频点的小区为2小区；

（3）首先关闭2小区，关闭负荷均衡功能，使用6个UE同时接入1小区进行下载业务，并记录每个UE的RSRP、SINR及下载速率，统计此条件下小区的下行总吞吐量及UE平均下载速率；

（4）打开2小区，开启双载波负荷均衡功能，在步骤3的条件下（所有UE的下载任务未中断），通过设置PBR参数、负荷均衡门限等，观察这些之前接入1小区做业务的UE是否会通过负荷均衡迁移至2小区；

（5）如果步骤4中有部分UE成功从1小区迁移至2小区，说明该功能生效，此时分别记录各个UE所在的小区、RSRP、SINR及下载速率，并统计小区的下行总吞吐量及UE平均下载速率；

（6）对比步骤3和步骤5的小区下行总吞吐量及UE平均下载速率；

（7）终端分别附着在两个小区下，使用后台信令跟踪，通过信令分析以及通话成功率确定CSFB功能是否正常启用，并测试统计相关指标。

4.3 室分同频双载波测试结论

单用户保障速率为4M情况下小区的负荷均衡测试结果如表1所示。

结论：根据上述测试结果，开启双载波负荷均衡算法功能后，当小区达到负荷均衡执行门限后，部分UE（本次6个UE成功迁移3个）会从负荷高的小区迁移至负荷低的小区，同基站双载波负荷均衡算法功能生效。通过同基站负荷均衡前后下行吞吐量的比较可知，双载波小区总的吞吐量由100.3M提升至195M，UE平均下载速率由16.72M提升至32.5M，提升效果显著。开通RRU双载波后，在4G异频双载波下，进行语音业务，RRC_CONN_REL消息中会包含2G频点信息，且RRC手机终端用户均能正常使用CSFB功能，进行语音业务。

五、TD-LTE双载波后续演进-聚合载波技术

LTE载波聚合（CA）技术的核心思路是：将多个连续或离散载波聚合在一起，形成一个更宽频谱。这种技术的应用既满足了LTE-Advanced在带宽方面的需求，又可以提高频谱碎片的利用率，用以提升用户的数据传输速率，并减少延迟。虽然目前的LTE移动终端能够支持多个LTE射频信道，但是每次只能通过一个信道进行下载；而LTE载波聚合可以实现同时在两个或多个LTE射频信道上的下载，它有助于充分利用芯片组的额定LTE数据速率组。