【摘 要】通過(guò)對(duì)TD-LTE系統(tǒng)負(fù)載均衡技術(shù)的基本原理、關(guān)鍵算法和流程進(jìn)行詳細(xì)介紹，論述了適于TD-LTE系統(tǒng)的小區(qū)負(fù)載評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，給出了當(dāng)前主流設(shè)備廠(chǎng)商對(duì)該技術(shù)的支持情況和典型場(chǎng)景下外場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，并提出了后續(xù)優(yōu)化建議。

　　【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)論文范文,TD-LTE,負(fù)載均衡,小區(qū)負(fù)載評(píng)價(jià)準(zhǔn)則

　　1 引言

　　近年來(lái)，我國(guó)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展進(jìn)入了快車(chē)道。TD-LTE是我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)3G制式TD-SCDMA的后續(xù)演進(jìn)技術(shù)。它通過(guò)OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用)、MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多輸入多輸出)等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，可以為用戶(hù)提供超過(guò)100Mbps的下行峰值速率，極大地提升用戶(hù)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)使用感受[1]。作為首個(gè)我國(guó)自主創(chuàng)新并成為國(guó)際主流的移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，TD-LTE得到了國(guó)家的大力支持和推廣，工信部將2 500―2 690MHz共190MHz頻率都劃分給了TD-LTE，為T(mén)D-LTE未來(lái)的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。

　　對(duì)TD-LTE相關(guān)技術(shù)的研究已經(jīng)成為業(yè)界的熱點(diǎn)。隨著TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模建設(shè)和商用，關(guān)于TD-LTE負(fù)載均衡技術(shù)的關(guān)注也越來(lái)越多[2-5]。其中大多數(shù)為負(fù)載均衡理論算法和仿真性能的論述，而對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)該技術(shù)的支持情況以及外場(chǎng)實(shí)測(cè)的性能提升效果則未有提及。

　　本文說(shuō)明了TD-LTE系統(tǒng)負(fù)載均衡技術(shù)的原理、算法和流程，論述了適于TD-LTE系統(tǒng)的小區(qū)負(fù)載評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，給出了當(dāng)前主流設(shè)備廠(chǎng)商對(duì)該技術(shù)的支持情況和典型場(chǎng)景下外場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，提出了后續(xù)優(yōu)化建議，可供從事TD-LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化的相關(guān)人員參考。

　　2 負(fù)載均衡原理

　　在移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，由于移動(dòng)業(yè)務(wù)的突發(fā)性和用戶(hù)移動(dòng)的隨機(jī)性，存在負(fù)載不均衡問(wèn)題。即在某一時(shí)段內(nèi)，系統(tǒng)中某些小區(qū)的資源利用率、用戶(hù)數(shù)或需求的服務(wù)量遠(yuǎn)大于同覆蓋的鄰區(qū)，導(dǎo)致這些小區(qū)內(nèi)的用戶(hù)體驗(yàn)較差或是小區(qū)的服務(wù)拒絕率較高，而周邊鄰區(qū)網(wǎng)絡(luò)資源沒(méi)有被完全利用的情況[2]。

　　TD-LTE同樣存在這一問(wèn)題。而且由于TD-LTE頻譜資源豐富，未來(lái)TD-LTE系統(tǒng)必將出現(xiàn)多個(gè)頻點(diǎn)覆蓋同一區(qū)域的情況。根據(jù)3GPP規(guī)范，在LTE系統(tǒng)中，一個(gè)頻點(diǎn)就是一個(gè)小區(qū)。因此，小區(qū)間負(fù)載均衡將是TD-LTE頻譜資源得以充分利用的關(guān)鍵因素。

　　負(fù)載均衡算法的基本思路是：當(dāng)小區(qū)負(fù)載超過(guò)警戒值時(shí)，通過(guò)負(fù)載均衡操作(一般是用戶(hù)切換)將重負(fù)載小區(qū)中部分用戶(hù)轉(zhuǎn)移到輕負(fù)載的鄰小區(qū)中，實(shí)現(xiàn)小區(qū)間負(fù)載均衡，從而提高熱點(diǎn)小區(qū)或擁塞小區(qū)中用戶(hù)的體驗(yàn)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能。算法的關(guān)鍵在于如何通過(guò)一定的負(fù)載評(píng)價(jià)準(zhǔn)則準(zhǔn)確地判斷小區(qū)的負(fù)載狀態(tài)。

　　2.1 負(fù)載評(píng)價(jià)準(zhǔn)則

　　負(fù)載評(píng)價(jià)準(zhǔn)則是用來(lái)描述小區(qū)資源使用情況的方法和原則。在傳統(tǒng)的基于電路域交換的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，業(yè)務(wù)類(lèi)型簡(jiǎn)單，且由專(zhuān)用信道資源進(jìn)行承載，小區(qū)負(fù)載通常是用信道利用率和呼叫阻塞概率來(lái)進(jìn)行評(píng)估。而在基于分組交換的LTE系統(tǒng)中，由于使用的是共享信道，且同一用戶(hù)可以同時(shí)使用話(huà)音、上網(wǎng)等多種業(yè)務(wù)，不同業(yè)務(wù)對(duì)QoS(Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量)要求不同，從而對(duì)資源占用要求差異很大，因此簡(jiǎn)單地以小區(qū)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)資源占用情況來(lái)評(píng)價(jià)小區(qū)負(fù)載狀況是不夠準(zhǔn)確的。

　　目前，業(yè)界對(duì)LTE系統(tǒng)的負(fù)載評(píng)價(jià)準(zhǔn)則正在廣泛討論，還沒(méi)有一個(gè)通用的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。筆者認(rèn)為應(yīng)針對(duì)TD-LTE系統(tǒng)的不同業(yè)務(wù)，對(duì)小區(qū)負(fù)荷進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

　　根據(jù)QoS不同，LTE業(yè)務(wù)可以分為GBR(Guranteed Bit Rate)業(yè)務(wù)和Non-GBR業(yè)務(wù)這2類(lèi)。對(duì)于GBR業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)將保證分配足夠的資源，即使在網(wǎng)絡(luò)資源緊張的情況下，GBR業(yè)務(wù)的傳輸速率也能夠保持。相反的，網(wǎng)絡(luò)對(duì)Non-GBR業(yè)務(wù)則采用“盡力而為”的資源分配原則，在網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)，網(wǎng)絡(luò)可將所有空閑的網(wǎng)絡(luò)資源都分配給該業(yè)務(wù)，該業(yè)務(wù)的傳輸速率可以遠(yuǎn)超其最低要求;而在網(wǎng)絡(luò)擁擠的情況下，該業(yè)務(wù)原占有的網(wǎng)絡(luò)資源可能被“搶奪”，傳輸速率無(wú)法得到保證。

　　因此，TD-LTE系統(tǒng)的小區(qū)負(fù)載可評(píng)估如下：

　　小區(qū)負(fù)載=(∑GBR業(yè)務(wù)資源占用量+∑Non-GBR業(yè)務(wù)資源占用量)/小區(qū)總資源量 (1)

　　PRB(Physics Resource Block，物理資源塊)是TD-LTE系統(tǒng)小區(qū)無(wú)線(xiàn)資源的最小單位。對(duì)于GBR業(yè)務(wù)，由于網(wǎng)絡(luò)需要保障其業(yè)務(wù)速率，分配給它的PRB就是這一業(yè)務(wù)的實(shí)際資源需求，因此GBR業(yè)務(wù)資源占用量可用它實(shí)際占用的PRB數(shù)量來(lái)表征。對(duì)于Non-GBR業(yè)務(wù)，由于其“盡力而為”的特性，實(shí)際占用的PRB數(shù)量并不與它實(shí)際需求的資源相同，因此評(píng)估小區(qū)容量時(shí)，Non-GBR業(yè)務(wù)的資源占用量不能簡(jiǎn)單地用實(shí)際分配給它的PRB數(shù)量進(jìn)行表征，需要進(jìn)行換算。可考慮基于該Non-GBR業(yè)務(wù)的QCI(QoS Class Identifier，QoS等級(jí)標(biāo)識(shí))對(duì)應(yīng)的最低用戶(hù)體驗(yàn)速率，推算出最小需求的PRB數(shù)量，即為該Non-GBR業(yè)務(wù)的資源占用量，其中最低用戶(hù)體驗(yàn)速率可以根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)等級(jí)等方面進(jìn)行靈活配置。該算法綜合考慮了LTE業(yè)務(wù)的不同QoS要求和資源共享特性，能比較準(zhǔn)確地反映出小區(qū)的實(shí)際負(fù)荷水平。

　　2.2 LTE負(fù)載均衡流程

　　負(fù)載均衡的大致流程如圖1所示。

　　負(fù)荷均衡針對(duì)的是激活態(tài)的UE，其過(guò)程一般包含3個(gè)階段：測(cè)量、判斷和執(zhí)行。

　　(1)測(cè)量階段主要是測(cè)量小區(qū)內(nèi)的負(fù)荷情況，同時(shí)通過(guò)小區(qū)之間的接口獲得鄰區(qū)(包括同覆蓋、包含、被包含和相鄰)的負(fù)荷信息。

　　(2)判斷階段是根據(jù)測(cè)量值，判斷本小區(qū)是否需要執(zhí)行負(fù)荷均衡，若需要?jiǎng)t執(zhí)行第3個(gè)階段操作，否則小區(qū)將重復(fù)前兩個(gè)階段對(duì)系統(tǒng)執(zhí)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

　　(3)在執(zhí)行階段，高負(fù)荷的小區(qū)要選擇合適的UE切換到低負(fù)荷小區(qū)，使得區(qū)域內(nèi)各個(gè)小區(qū)的負(fù)荷相當(dāng)。 　　3 廠(chǎng)家支持情況和測(cè)試結(jié)果

　　3.1 廠(chǎng)家支持情況

　　經(jīng)過(guò)調(diào)研和測(cè)試，目前主流無(wú)線(xiàn)設(shè)備廠(chǎng)家均已支持負(fù)載均衡功能。

　　3.2 測(cè)試場(chǎng)景和方法

　　選擇一般城區(qū)場(chǎng)景進(jìn)行測(cè)試，周?chē)�是居民樓、商鋪和醫(yī)院。該區(qū)域由TD-LTE的2個(gè)不同頻點(diǎn)(記為D頻點(diǎn)、F頻點(diǎn))的小區(qū)重疊覆蓋，空閑態(tài)頻率駐留優(yōu)先級(jí)設(shè)置為D頻點(diǎn)優(yōu)先。負(fù)載均衡設(shè)置為當(dāng)主小區(qū)PRB利用率超過(guò)70%，則開(kāi)始進(jìn)行負(fù)載均衡操作。采用10部測(cè)試終端，在測(cè)試區(qū)域內(nèi)分別采用用戶(hù)均勻分布(好/中/差點(diǎn)終端數(shù)量比例為3：4：3)和好點(diǎn)集中分布(好點(diǎn)10個(gè)終端)這2種情況進(jìn)行測(cè)試，觀(guān)察負(fù)載均衡功能關(guān)閉和開(kāi)啟時(shí)D、F小區(qū)的連接用戶(hù)數(shù)。

　　3.3 測(cè)試結(jié)果

　　實(shí)測(cè)結(jié)果具體如表1所示。

　　由此可見(jiàn)，通過(guò)開(kāi)啟負(fù)載均衡，無(wú)論用戶(hù)是均勻分布還是集中分布，TD-LTE雙頻網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)資源分配更為合理，總吞吐量均得到了提升。在用戶(hù)集中分布時(shí)，提升效果更為明顯。

　　3.4 后續(xù)建議

　　經(jīng)過(guò)測(cè)試和調(diào)研發(fā)現(xiàn)，雖然各主流廠(chǎng)商均已實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡功能，但仍存在以下問(wèn)題：

　　(1)不同設(shè)備廠(chǎng)家對(duì)負(fù)載評(píng)價(jià)準(zhǔn)則的理解和負(fù)載信息參數(shù)不完全一致。

　　(2)用戶(hù)選擇算法過(guò)于單一，未結(jié)合QCI類(lèi)型、用戶(hù)等級(jí)、用戶(hù)位置信息等方面進(jìn)行綜合考慮。

　　為了更好地發(fā)揮負(fù)載均衡功能，后續(xù)應(yīng)該在負(fù)載評(píng)價(jià)以及用戶(hù)選擇算法方面繼續(xù)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)異廠(chǎng)家負(fù)載均衡，滿(mǎn)足實(shí)際商用的需求。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　負(fù)載均衡是TD-LTE網(wǎng)絡(luò)充分發(fā)揮頻率資源優(yōu)勢(shì)的重要功能，目前主流的無(wú)線(xiàn)設(shè)備廠(chǎng)商都已支持。本文在詳細(xì)說(shuō)明了負(fù)載均衡的基本原理、算法和流程的基礎(chǔ)上，給出了典型場(chǎng)景的外場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，對(duì)現(xiàn)有TD-LTE設(shè)備負(fù)載均衡功能對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的提升效果進(jìn)行了驗(yàn)證。

　　測(cè)試結(jié)果表明，現(xiàn)有TD-LTE設(shè)備已具備負(fù)載均衡功能。建議在體育館、大劇院等話(huà)務(wù)熱點(diǎn)開(kāi)啟負(fù)載均衡功能，從而提升網(wǎng)絡(luò)性能和用戶(hù)感知，并總結(jié)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)大規(guī)模開(kāi)啟該功能做好準(zhǔn)備。

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