基于负荷均衡的WCDMA网络资源优化探讨

摘要：随着数据业务的爆发增长，WCDMA网络负荷不断攀升，出现了业务质量变差的现象。通过研究多种控制资源拥塞的优化策略，提出了基于系统内、系统间的负荷均衡思路和方案，并结合各种场景进行了实验验证。结论：提高了系统容量和业务QoS，改善了网络性能和用户感知。

关键词：WCDMA；负荷均衡；资源优化

中图分类号：TN929.533文献标识码：A文章编号：1005-3824（2014）04-0050-04

0引言

随着中国联通WCDMA用户数和业务应用的快速增长，特别是无线数据流量业务的迅猛发展，网络负荷不断攀升使其资源受限，出现业务拥塞和速率下降等现象。为了提升WCDMA网络的客户感知，应实时监控整个网络的负荷和性能状况，并及时采取资源优化或扩容手段，满足3G业务发展的需要。特别在各城市综合体商业街、学校密集区、体育场馆等不同情况的业务需求对网络承载能力冲击较大。因此，高负荷状况下的资源优化是后期WCDMA网络重点工作之一。

1WCDMA网络资源优化思路

网络高负荷状况下的资源优化除考虑网络承载业务量外，还要考虑网络中各网元软硬件资源使用率，使用率越高负荷越重。相比于2G网络，3G网络WCDMA制式的资源管理和优化更加复杂，主要表现在以下方面：

1）WCDMA是软容量系统，不仅受到CE，Iub等硬性资源的限制，还受到OVSF码、上行干扰、下行功率等软性资源限制。

2）WCDMA是混合多业务系统，不同的业务构成和业务模型下系统资源分配策略也不尽相同。

3）WCDMA多采用R99+HSPA混合载波和共享系统资源，这给R99和HSPA的性能优化带来更多的复杂性。

4）WCDMA是以数据业务为主的网络，不能简单沿用语音为主的传统处理思路。

WCDMA无线网络负荷优化主要针对3个层次网元，即小区cell，Node B和RNC。每个网元对应不同的资源和指标，小区Cell网元主要涉及空口资源如码资源、功率资源等；Node B网元主要涉及传输资源和CE资源；RNC级网元主要涉及CPU占用率和license资源使用情况。WCDMA网络资源均衡优化按RF（射频）优化、参数优化、负荷均衡、拥塞控制、资源扩容等步骤先后实施[1]。

2高负荷资源优化策略

2.1高负荷资源优化流程

高负荷网络的优化主要针对小区空口资源的小区负荷抬升：首先，通过无线射频RF优化和参数优化来解决，其中RF优化包括控制覆盖距离、功率调整、相邻基站话务分担等，参数优化包括切换门限优化和拥塞控制手段（拒绝和抢占）；其次，通过系统内、系统间小区负荷均衡，而对于Node B和RNC设备负荷抬升，属于自身硬件资源耗尽，需根据设备负荷情况制定相应资源扩容对策[2]。 高负荷网络优化流程，如图1所示。

2.2网络负荷优化常用手段

降低网络负荷优化常用手段包括覆盖控制、异频和异系统切换、降速、功率控制、负载切换等，依据小区负荷监控指标空口资源常用优化手段表示。小区高负荷指示及常用优化手段如图2所示。

2.3RF（射频）优化

对于WCDMA系统，由于其自干扰的特点和软切换，同频间小区可能不会像GSM网络产生叠加效应，反而影响其他小区的正常通信，甚至也会对其他小区产生干扰，需要通过覆盖优化、邻区优化、参数优化等无线射频手段解决[3]。

2.3.1邻区优化

针对热点或指定区域软切换比例较高，使得这些区域小区的码资源和功率资源被占用过多，针对这样的负荷虚抬升，其他R99用户更难接入，可以用邻区优化手段控制软切换，减少没必要的软切换区域，更好地控制软切换比例，一般设定切入本小区软切换比例低于45%门限。主要措施为覆盖控制、邻区优化、优化切换门限等。如提高本小区的切入门限，限制用户的切入；降低本小区的切出门限，尽量将用户切出本小区，将话务量分担到相邻小区。

2.3.2主导频优化

由于切换原因使得功率和码资源很容易被占用，尤其是在IUR口边界区域发生由于切换原因导致的拒绝，解决方法是用RF手段尽量保证切换区域的导频信号较纯，在软切换平滑过渡的前提下减少软切换开销。

2.4网络负荷均衡

当网络负荷提升较快后，首先有必要进行RF射频优化，其次针对无线空口的负荷抬升，还可以进行系统内、系统间小区的负荷均衡。负荷均衡包括系统内负荷均衡、系统间负荷均衡，其主要原理就是根据小区的负荷和小区间的邻区配置关系合理分布小区间的业务量，有效利用系统资源提高系统容量和业务QoS。

2.4.1系统内负荷均衡

1）基于单载波小区负荷均衡。

基于单载波小区负荷均衡主要指单小区不同业务占用资源调节，同一载波间各小区负荷均衡。主要手段如相邻小区间话务分流和扇区参数调整等。相邻小区间话务量分流通过把话务量分流到相邻小区的方法缓解热点小区的拥塞状况，如通过调整切换区域，缩小功率覆盖，接入门限等调整呼叫接入或切换参数方法，实现小区间负荷平衡，达到分流话务量的目的。资源准入判决算法门限，如会话、切换准入功率门限一般设置为75%。对单载扇小区可以对不同业务类型、不同用户QoS需求进行资源调整，如在负荷较高时语音优先；也可以调整R99与HSPA不同业务占有资源情况，如R99业务可以关闭占用资源较大的PS384，以释放更多资源保障HSPA或CS业务。

如在重庆大学城曾经一度出现过大面积站点上行容量受限问题，表现为学校下课高峰期大批站点RTWP飙升，掉话率升高，在排除外部干扰后，通过优化功控参数，使RTWP高和容量受限问题基本得到解决。

2）基于负荷的多载频之间的负荷均衡。

基于负荷的多载频互操作，并不会主动触发切换，只是在RRC初始连接建立、RAB指派过程、呼叫保持过程中进行目标小区的优选过程，即在当前UE所驻留小区负荷过高的情况下，目标小区选择时，把当前UE选择负荷综合评价最低的小区作为接入/切换的目标小区。比如各个载波间实行负荷均等、业务均等，通过负荷均衡算法切换或直接重试到另一载波[4]。

3）基于业务的多载频之间负荷均衡。

服务小区的类型多种多样，按业务类型来分包括：（1）支持HSPA，HSPA+的小区，（2）支持HSPA，HSPA+和DCH的小区，（3）支持HSPA和DCH的小区；（4） 只支持HSPA的小区，（5） 不支持HSPA和HSPA+的小区。不同类型的小区可能需要吸收的业务也不尽相同，比如说不支持HSPA的小区主要用来吸收话音业务，而支持HSPA和DCH的小区主要用于吸收数据业务，即F1与F2均支持R99+HSPA混合业务、F1优选语音（CS）业务、F2优选数据（PS）业务或F1只支持R99、F2支持R99+HSPA混合业务。

以重庆2013年汽车展览期间话务均衡策略对比：为期4天时间根据人流量和业务需求不同，采取不同策略的载波间负荷均衡，取得了良好效果。在开幕式及媒体时间，考虑语音和数据业务需求不同，采取语音承载在基本载波，数据H业务承载在第2、3载波；在公众时间中，采取语音业务和数据业务均衡承载在不同载波，网络吸收及阻塞效果对比情况见表1。表1多载波不同承载业务策略对比

在均衡分担话务中，建立尝试次数、CS业务量、PS业务量都明显增加的情况下，RAB建立拥塞率反而降低。

2.4.2系统间负荷均衡

系统间负荷均衡主要指RAB指派过程中，如果UE当前驻留小区负荷太重，则通过系统间定向重试过程将UE指派到2G系统中。由于目前2G支持的CS业务主要是AMR话音，因此定向重试主要是指AMR话音的定向重试。如果小区的下行负荷超过系统间下行负荷均衡的门限或者小区的上行干扰（RTWP或上行有效负荷）超过系统间上行负荷均衡的门限，并且该UE支持2G系统且当前小区有同覆盖/包含关系的系统间邻区，RNC触发定向重试过程尝试将该业务切换到2G邻区。

2.5网络拥塞控制

实施RF射频优化、网络负荷均衡优化后，随着话务增长，有必要进行拥塞控制手段（拒绝或抢占等）。拥塞控制的作用在于系统拥塞的情况下，能够对系统的无线资源进行再分配，根据业务属性进行一系列控制措施来缓解拥塞，从而提高接通率，实现不同优先级的业务对系统资源的合理利用。

2.5.1拥塞控制措施

当系统的上行或者下行负荷接近或超过接纳控制门限，新的业务请求由于没有足够资源而无法接入，就意味着发生了拥塞。当发生拥塞时不应将请求的业务直接拒绝，而应该根据该业务的时延要求和优先级进行链路强拆、排队和拥塞降负荷处理，从而释放出部分资源，提高业务的接通概率[5]。同时，拥塞时可以触发资源抢占的功能，以体现高优先级用户的差异化和提高系统的呼通率，其主要策略体现在下述2个方面。

第一，具有强拆能力的高优先级业务可以强拆低优先级用户的业务，通过抢占资源来快速接入，体现用户之间的服务差异化。

第二，降低在线用户数据速率，提高呼通率。

PS域用户多的小区在资源拥塞时可实施降低用户数据速率，以尽快释放出资源，如中兴WCDMA设备参数中可调整如表2。表2降速参数修改表

参数名称参数意义范围原值优化值备注UlDnMaxStgMaximum Number of Degraded Uplink Load Steps Every Time[1， 8]12Downgrade from

384kbps to 16kbpsDlDnMaxStgMaximum Number of Degraded Downlink Load Steps Every Time[1， 8]13Downgrade from

384kbps to 8kbps；重庆科技教育中心基站通过表1参数优化后，TCP受限导致的阻塞次数下降50%左右，效果非常明显。

2.5.2拥塞控制优化场景

除硬件扩容外，网络拥塞控制优化场景及方法主要有以下几种：

1）对于码资源拥塞且小区内HS-PDSCH的最小可用码道有下调空间：下调HS-PDSCH最小可用码道数目；2）对于码资源拥塞且小区内HS码道数大于HS最小码道：调整DPCH和HS码资源动态抢占参数减小拥塞；3）对于码资源拥塞且小区存在大速率DCH：限制DCH最大速率或调整DCH拥塞控制参数来减小拥塞；4）对于NodeB CE 资源拥塞且小区存在大速率DCH：调整DCH拥塞控制参数；5）对于NonHS Power资源拥塞且小区存在大速率DCH：调整DCH拥塞控制参数来减小拥塞[6]。

如选取商业区域试验修改MinHspaPwrRto（HSDPA预留功率），将默认值20%修改为3%后，容量受限严重的20个小区忙时TCP受限降低70%，掉话率下降约20%。

2.6高负荷网络资源扩容

网络资源扩容是在RF优化、参数优化、负荷均衡、拥塞控制后根据设备情况制定的最后一步。WCDMA系统进行资源扩容时，一定不能简单地通过某一个指标，而应综合考虑各个指标进行判断。比如观察到OVSF码资源受限不能就认为应该扩容，因为小区中有可能同时存在7个PS384K业务，就会导致小区的OVSF码资源受限。Node B级扩容主要考察Node B下小区的共享资源使用情况，比如CE资源和传输资源。同时，软性扩容注意是设备侧限制的LICENSE及码字调整。

3结束语

本文重点分析和研究了重庆WCDMA网络在高负荷状况下如何通过RF射频优化、负荷均衡、拥塞控制、资源扩容来实施网络高负荷均衡等策略，以提升网络性能和改善用户感知。资源优化不能只局限于硬资源调整，还应结合CS域语音和PS域数据承载情况以及各种业务的用户感知等综合判断，有针对性地进行优化调整。虽然当前全国WCDMA网络负荷还较轻，但随着互联网快速发展，数据业务爆发式增长对网络容量冲击非常大，希望通过本次研究对WCDMA网络高负荷情况下的质量优化，实现从语音业务向数据流量经营的转型打下网络基础、支撑网络流量实现由“M”到“G”的飞跃。

参考文献：

[1]姜波.WCDMA关键技术详解[M].北京：人民邮电出版社，2008.

[2]张长钢，李猛.WCDMA/HSDPA 无线网络优化原理与实践[M].北京：人民邮电出版社，2007.

[3]王怀宇.WCDMA网络优化基本方法[J].通信管理与技术，2012（6）：26-28.

[4]叶银法，罗丽.WCDMA系统工程手册[M].北京：机械工业出版社，2006.

[5]窦中兆，雷湘.WCDMA系统原理与无线网络优化[M].北京：人民邮电出版社，2009.

[6]刘剑飞.WCDMA高负载影响网络质量的研究与优化[J].数字通信，2014（1）：90-94.