LTE高话务量场景的优化策略及保障方案研究

【摘 要】为提高LTE高话务量场景下的通信保障能力，对包括覆盖、干扰、容量三个方面的主要优化策略和保障方案进行了研究，重点介绍了其中的系统优化策略和硬件保障方案，并结合高话务量场景的保障实施案例，给出了多种手段结合的具体实施方案和成效分析，以指导高话务场景的优化与保障工作。

【关键词】LTE 高话务量 系统优化 硬件保障

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2017.08.002 中图分类号：TN929.5 文献标志码：A 文章编号：1006-1010（2017）08-0010-07

引用格式：答嘉曦. LTE高话务量场景的优化策略及保障方案研究[J]. 移动通信， 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

随着LTE网络建设的规模推进，4G用户渗透率不断提高，数据业务迅猛发展，在大型演唱会、体育赛事、节假日集会等大量用户密集接入的场景下，都可能出现既有的移动通信网络无法承担的突发超大话务负荷，从而导致网络质量及用户感知受到影响，甚至出现网络设备瘫痪的极端情况。为有效应对类似场景的高话务量冲击，宜根据高话务量场景的具体特征，采取先评估后实施的方式，在完成覆盖、干扰、容量等各方面评估之后，实施有针对性的优化方法及保障措施，以确保高话务量场景下业务畅通及保障工作的顺利完成。

2 高话务量冲击下的应对及保障策略

各类高话务场景的共同点主要包括：高话务集中在某个区域或某个时段；高话务时通常伴随着高拥塞。其差异点主要如下：

（1）高话务出现的时间不同，如车站高话务出现在节假日、会展中心高话务出现在展览时；

（2）高话务出现的区域不同，如车站高话务出现在候车楼、体育馆高话务出现在观众席；

（3）表现出的问题不同，如实际资源不足、资源分配不合理、网络指标及用户感知影响程度不一等。

因此，对于高话务场景冲击下的网络质量及研究场景的保障措施和方案，需要遵循先u估后实施的策略，并根据场景的异同点选取该类场景最具针对性的系统优化策略或硬件保障方案。

LTE高话务场景的优化策略及保障方案实施流程如图1所示。

通过多维度的评估结果，确定并开展覆盖、干扰、容量方面的优化，以确保场地所在区域网络设备正常稳定运行。

在现场保障实施过程中，还需要根据实时的故障告警、网络性能告警、设备负荷告警等信息，及时开展相应的故障问题处理和应急网络调整，确保网络KPI（Key Performance Indicator，关键性能指标）稳定、用户体验良好、业务功能顺畅，并在完成保障工作后及时做好评估总结。

3 覆盖、干扰及容量的评估方法、优化

策略和保障措施

3.1 覆盖评估及优化

覆盖评估需要对所需保障的高话务量区域（如道路、室内等）进行拉网测试，识别弱覆盖区域、过覆盖区域，通过增加基站、增加延伸覆盖系统（如无源/有源器件、小微设备等）和RF（Radio Frequency，射频）优化（天线工参、网络参数）来提升覆盖、降低干扰，并通过网络及设备调整达到以下要求：

（1）主覆盖小区信号RSRP（Reference Signal Receiving Power，参考信号接收功率）大于-105 dBm；

（2）邻区的电平和主小区电平差大于-6 dB，且满足以上条件的邻区数目不大于1；

（3）覆盖边缘RSRP为-105～-95 dBm。

同时，通过系统仿真手段输出的场地覆盖仿真结果也是覆盖评估的一个重要参考信息。

3.2 干扰评估及优化

干扰检测方法如下：

（1）用KPI观察保障区域相关小区长期噪声曲线，分析干扰小区随时间变化关系，将干扰长期曲线与传统话务忙闲时比对，判断是否常规通信系统形成的干扰；

（2）使用网管工具提取每个RB（Resource Block，资源块）的噪声，分析噪声频谱特征；

（3）提取RRU（Radio Remote Unit，射频拉远单元）运行日志作仿真分析，估计干扰来源；

（4）分析噪声曲线，与RRU日志对比系统外干扰噪声特征库，判断干扰来源。

为有效控制用户增长后系统内干扰的增加，需要从频率、站型、天线、仿真、测试、参数优化等维度做好工作。具体如下：

（1）多频覆盖

通过合理规划小站、宏站等多种站型，充分利用各个频段（D、E、F）资源，以减少同频干扰。

（2）多形态站点覆盖

除了传统的宏基站、分布式基站以外，还可以利用小微设备作为主要容量吸收层。

（3）避免多制式干扰

针对TD-LTE系统与GSM900、GSM1800、WCDMA、TD-SCDMA、WLAN等系统之间的隔离度要求以及干扰源类型特征，做好清频，以避免其他制式产生的外部干扰。

（4）窄波赋形天线

为保障密集区域站点覆盖效果，控制覆盖范围，有效降低对相邻区域的干扰，要求天线方向角相对较小，使得覆盖密集区域的小区数量相对增加，从而承载更大的业务量，通常可采用窄波赋形天线予以解决。

（5）网络参数优化

网络参数优化包括关闭预调度、降低PUCCH（Physical Uplink Control Channel，物理上行链路控制信道）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、开启相关功控算法等措施。

3.3 容量评估及优化

根场景所在地的用户数、移动用户市场份额数、LTE业务渗透率、历史用户规模、渗透率等数据，计算给出区域整体以及各小区下可能用户数，进而得到容量需求。在实际情况下，由于站型、覆盖、均衡、用户位置导致局部拥塞，部分小区没有用户，所以还需要依据具体场景的用户分布、场景区域特点等来分析。

如有历史话务可以参考，则可以根据历史各个小区的用户数变化情况计算出增长各个小区的因子，结合最近一次各个小区的话务，计算出本次活动相应场景中的各个小区用户数情况。

系统优化策略主要包括负荷均衡、接入控制、信令拥塞控制以及异系统话务迁移等方式。具体如下：

（1）负荷均衡

对于同一场景中不同区域业务量不均匀的情况，可以通过调整重选和切换参数，使终端在空闲态优先驻留在相对空闲的小区并在空闲小区产生业务，在连接态使业务量大的小区内的UE切换到业务量小的小区，从而达到不同小区间负荷均衡的作用。

负荷均衡的方法按照网络结构的不同分为单层网参数优化和双层网参数优化，其中双层网相对单层网主要是增加了对切换优先级、A4和A5事件门限的设置，以实现在双层网之间的负荷分担。

（2）接入控制

当系统容量达到一定程度时，如果持续接入新承载会导致无法保证用户的QoS（Quality of Service，服务质量），此时需要采用接纳控制算法控制是否允许新承载建立。

接纳控制算法根据允许的连接用户数和系统PRB（Physical Resource Block，物理资源块）占用率门限控制用户的RRC（Radio Resource Control，无线资源控制）连接建立及E-RAB（Evolved Radio Access Bearer，演进的无线接入承载）建立。当新用户接入若超过系统的许可用户数或系统当前PRB占用率加上新增承载需要占用的PRB之和超过配置门限，则拒绝用户的接入请求，并配置Waittime（时延）让终端延迟接入，以保证在网用户感知。

（3）信令拥塞控制

当多用户并发接入时会导致系统CPU（Central Processing Unit，中央处理器）占用率偏高而产生拥塞，若后续新用户持续接入，则会导致系统CPU持续增长并最终造成异常。拥塞控制算法通过监测单位时间内接入用户数，当用户超过一定门限后，系统会拒绝后续新用户的接入请求，并配置Waittime（时延）让终端延迟接入，以保证系统工作在一个正常状态。

（4）异系统话务迁移

在一些特殊场所如LTE覆盖边界区域，可以通过2G/3G/4G互操作参数的调整，使得LTE用户尽早搬迁至异系统，从而降低相关LTE小区话务负荷。互操作参数优化建议如表3所示。

在通过系统优化策略无法实现保障目标的情况下，需要考虑通过对硬件设备的扩容、改造、新增等措施进行保障，包括双层网组网、小区分裂和BBU（Building Base band Unit，基带处理单元）硬件板卡扩容等。具体如下：

（1）双层网组网

通常采用以F频段为覆盖层（兼顾容量）、D频段为容量层的网络架构（即D+F双层组网），可以解决高话务量场景下的容量需求，从而提升用户对于数据业务的高要求。常见的还有D+E双层、D+D+E三层等多种组网模式。

（2）小区分裂

小区分裂技术是在2G/3G时代比较成熟、常用的扩容方案，亦可直接用于LTE网络。当单小区用户超过上限值而其他方法不适用或者双层网已建设但仍不能满足容量需求时，可使用小区分裂技术。需注意分裂后避免小区的重叠覆盖，通过实际测试和设置合理的切换带以保证业务连续性及用户感知。

（3）硬件板卡扩容

硬件板卡（如基带板）的扩容需根据不同类型板卡的功能、承载能力以及所支持的载波个数和其他参数指标来进行规划。如扩容后的总体载波数量超过了基带板的承载能力或者其他参数指标，则需要对包括基带板、电源板、机框、机架等其他单板进行扩容，从而确保基站整体承载能力满足容量保障需求。

4 保障案例

4.1 保障场景

以某大型体育场馆为例，周围商业、住宅等高楼非常密集，无线环境复杂，场馆内无线信号干扰极强。在承办某次年度洲际足球比赛决赛时，体育场内观众人数预计将达到45 000人以上，容量瓶颈大。因此，制定保障目标为：确保赛事期间的相关时段，场内所有用户能够正常接入网络，网络指标正常且用户感知良好。

4.2 覆盖及干扰评估

考虑覆盖需要以及后续优化维护的便利性，选择双极化定向天线对场馆进行覆盖。为保证良好的覆盖性能，降低干扰，保证覆盖区域为矩形覆盖，选择水平波瓣和垂直波瓣基本一致的天线，从而更好地抑制天线旁瓣，同时双流系统需要达到双路效果则要求两个天线必须覆盖同一区域，而两个单通道天线在施工时一般无法保障方位角和俯仰角完全一致，因此使用双通道天线予以避免。

由于场馆外周边区域多为室外宏站，因此场馆内覆盖选用D+E双层组网覆盖模式，以降低周边F频段宏小区对场馆内的干扰。

所需的最少小区数量公式如下：

小区数量=观众人数×（1+冗余系数）×移动用户占有率×LTE用户渗透率×激活用户比例/单小区最大激活用户数 （1）

按照表5测算数据以及公式（1），可计算得到最少小区数量为60个。

（1）硬件保障方案

根据上述测算结果，并考虑场馆内部的建筑特点、用户分布及覆盖、容量、干扰需要，决定硬件设备方面采用D+E双层及D+D+E三层组网方式进行覆盖。同时，双层组网模式还能够互为备份，增加了网络的可靠性和健壮性，避免了由于某台设备故障退服而导致该区域出现覆盖空洞的情况。

具体覆盖方案如下：

场馆内划分为26个区域，共计64个小区来进行覆盖和话务吸收，D频段与E频段共用的高性能赋形天线确保覆盖范围的信号强度，并降低干扰水平；

根据场馆内座位及观众人员分布预估，对其中的1～3、7～10、14～16、20～23区域采用D+E双层组网，而对其余区域采用D+D+E三层组网，以最大程度保证场馆内的容量需求；

该方案还考虑到了随着4G终端渗透率上升，在BBU及RRU硬件容量上仍有一定冗余，后续可通过增加载波License的方式实现扩容，避免现场的工程整改，减少物业纠纷及工程难度。

体育场馆内双层/三层组网结构如图2所示。

（2）系统优化策略

对重选、切换以及负荷均衡等参数也进行了相应优化。

通过覆盖参数优化，在保障期间减少了切换次数，控制了兵乓切换，从而提升用户感知；通过负荷均衡参数优化，及时降低了高负荷的小区用户数，让相关同覆盖各小区用户分布更加均衡。

4.4 现场实时监控手段

采用的主要监控手段如下：

（1）按区域分析：分析场馆内外的话务变化趋势；

（2）按小区分析：分析相关小区业务是否存在异常；

（3）设备告警/设备单板性能分析：分析无线网元单板是否存在异常；

（4）RSSI分析：RSSI异常分析，判读是否属于外界干扰、参数设置错误、设备故障和终端问题等；

（5）参数分析：关键参数是否存在异常；

（6）用户感知分析：分析小区下有哪些用户异常，是否只是个体问题。

4.5 保障成效

在保障期间（当日16：00～24：00），无线接通率、无线掉线率、切换成功率等总体指标均保持良好，设备利用率未达上限，运行平稳。具体如下：

（1）无线接通率平均为99.35%，其中接通率最低的时间段为22：00～22：15，此时接通率为98.75%，这主要是由于比赛结束后现场观众抢发消息推送朋友圈庆祝夺冠而导致小区负荷攀高，接通率略有下降；

（2）无线掉线率平均为0.10%；

（3）切换成功率平均为99.22%；

（4）主控板单板处理能力强且性能稳定，大话务下CPU利用率峰值最高为34%，大部分站点CPU处于28%左右，而主控板处理能力强且有较多富余，整体运行平稳，未出现吊死、复位等情况。

5 结束语

本文从高话务量的场景分类及特征出发，通过具体案例开展及成效分析表明，经过覆盖评估、干扰评估、容量评估和设备检查后，有针对性地实施系统优化以及硬件保障措施，可有效保障密集接入高话务场景下的网络质量及用户感知，并降低移动通讯网络瘫痪的可能性。

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