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现网载波聚合应用存在的问题和提升方案实践

http://www.c114.com.cn ( 2018/4/26 11:35 )

摘要:目前中国联通LTE载波聚合已经在全国范围内部署,主要是基于竞争需求提升峰值速率,但是载波聚合存在激活比偏低的问题,整体使用效率不高。分析了影响载波聚合性能的因素,重点对辅载波激活策略进行分析,对不同辅载波激活门限的影响进行了分析与验证,并给出辅载波激活的参数设置建议。

1 概述

载波聚合(CA)技术可以整合更多的频谱资源、提高调度效率以达到提供更好用户体验、更高系统吞吐率的目的。中国联通基于竞争需求在2015年底启动LTE载波聚合部署,极大地提升了4G网络的竞争力。截至2017年4月份,全国29个省市已经部署9000余LTE载波聚合站点。但是通过现网数据分析,发现载波聚合技术的效能并未充分发挥,普遍存在激活比和流量占比低的问题。全国各地在开通CA的地理区域内,CA调度的业务量占比差异较大,最高可达35%,最低只有0.28%,全国平均只有11%左右。各地CA终端的渗透率不同以及网络负载不同是CA激活流量占比低下的重要影响因素,但同时也能看到载波聚合系统参数设置思路不一致、与现网业务匹配不够也是需要重点考虑的问题。因此有必要对LTE CA技术的配置做深入的探索,制定一套优化策略,指导全国提升CA技术的使用效能。

2 影响CA效能的因素

在LTE CA网络中,影响网络性能的因素主要有:CA终端渗透率、网络负荷、辅载波激活条件和资源调度策略,四者之间的关系如图1所示。

图1影响CA效能的主要因素

中国联通各地现网辅载波激活门限设置情况差异较大,大部分地区参数设置过于保守,导致了CA激活流量占比偏低。图2显示了4个主设备商的典型城市CA开通区域内CA激活流量的占比情况,可以看到参数设置激进的C厂商相对于参数设置过于保守的B厂商,CA激活流量的占比高了约17个百分点。

表1A厂家辅载波激活关键参数

鉴于辅载波激活的策略对于现网CA应用起到关键的影响作用,下面将主要研究激活的优化技术方案。

3 辅载波激活原理

LTE载波聚合中的载波管理功能主要针对辅载波进行,包括辅载波配置、辅载波去配置、辅载波激活和辅载波去激活功能。CAUE共有3种状态:辅载波配置未激活、辅载波配置并激活、辅载波未配置。在辅载波配置完成之后,终端虽然工作在CA模式下,但默认处于去激活的状态,并不能同时调度多个载波的资源进行数据传输。CA的启用还需要进行辅载波的激活,只有激活之后才能在多个载波上进行资源调度。LTE通过MAC层控制信元(CE)或RRC层下发的sCellDeactivationTimer定时器进行激活和去激活管理,关键作用流程如下:

a)激活:当终端收到激活的CE后便激活辅载波同时启动sCellDeactivationTimer定时器,在收到去激活CE或sCellDeactivationTimer超时之前,终端处于激活状态,可以在主载波和辅载波上同时传输数据。

b)去激活:在终端收到去激活CE或sCellDeacti⁃vationTimer定时器超时后便去激活辅载波,终端只能在主载波上传输数据。

辅载波激活方法由主设备厂家私有算法实现,基本原理是根据用户数据量和网络资源的使用情况预估数据传输时长需求,在达到一定的门限条件后再激活辅载波进行多载波联合传输。

限于篇幅,本文提炼了4个主设备厂家的关键激活参数介绍如表1~表4所示。

表1 A厂家辅载波激活关键参数

表2 B厂家辅载波激活关键参数

表3 辅载波激活关键参数

 

表4 D厂家辅载波激活关键参数

4 方案验证与分析

4.1 试验方案

在4个主设备厂商部署的典型城市中选定载波聚 合配置较为一致的区域(30个站点左右),验证不同参 数配置对载波聚合激活占比的影响。各个厂家选定 的参数方案详见表5,其中:

表5 CA激活参数配置

第1套参数是现网各厂家大部分小区默认的激活参数。

第2套参数的设计目标是确保5Mbit/s以上业务可以激活辅载波。

第3套参数是较为极端的参数,预计在该参数下80%以上业务均能激活辅载波。

4.2效果分析

图3 A城市不同分辨率视频业务占比

基站在每套参数下保持运行一周,通过提取网管7×24h的数据,进行不同参数门限下的网络状况分析。通过城市A的数据可以看到,3种参数配置情况下,小区的CA终端占比基本保持不变。区域内4G视频业务流量占总流量39.96%(如图3所示),720P及以上分辨率的视频流量占总流量的12.19%,CA终端(支持L1800+L2100)渗透率41.09%。基于CA终端渗透率首先从理论上推导得出720P及以上分辨率视频业务的CA流量占比约5.01%;所有视频业务的CA流量占比约16.43%。实测结果如下:

a)第1套参数实施后CA业务流量占比3.97%。

b)适用5Mbit/s速率方案(第2套参数)实施后CA业务流量占比7.53%,与基于话务模型分析720P视频业务CA业务流量占比相近。基于话务模型分析720P及以上分辨率视频业务CA流量占比5.01%,但该方案实施后同等带宽需求的非视频业务也会激活CA,因此实测结果偏高。

c)极端方案实施后CA业务流量占比50.54%,高于所有视频话务模型16.43%的CA流量占比,同时也高于CA渗透率41.09%,说明该方案实施后对于大部分业务CA功能都能被激活。其他厂商的典型城市试验数据也基本印证了以上结论,在3套参数的设置情况下,网络变化趋势保持一致(见图4)。

图4 3套方案CA激活流量占比

4.3系统配置建议

结合理论分析和试验结果,给出以下网络优化配置的建议:a)在网络部署初期,网络负载比较低时,建议降低CA激活门限,保障CA用户体验增益和网络整体性能提升。各主设备厂家辅载波激活参数建议如表6所示。

表6 轻载网络参数设置建议

 

b)在网络负载比较高或大包业务及高清视频占比较高时,建议提高CA激活门限,重点保障CA大包 业务的性能体验提升,维持系统容量与用户体验的平 衡(见表7)。

表7 中等以上负载网络参数设置建议

5 结论与展望

本文针对LTE现网载波聚合技术应用中存在的问题进行了分析,结合相关参数优化的理论分析和试验验证,给出了提升载波聚合技术效能的技术方案。网络是动态发展的,建议顺应网络负荷、业务类型和终端渗透率的演变逐步深入开展CA的优化工作。

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作者简介:许国平,毕业于北京邮电大学,高级工程师,博士,主要研究方向为网络优化、移动通信系统数字信号处理;郭希蕊,毕业于重庆邮电大学,硕士,主要从事移动通信技术研究工 作;苗守野,毕业于北京邮电大学,高级工程师,硕士,主要研究方向为网络优化和网络质量分析;张涛,毕业于北京邮电大学,硕士,主要从事移动通信技术研究工作。

作者:许国平 郭希蕊2,苗守野 张涛   来源:《邮电设计技术》

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