LTE负荷均衡盲切换参数优化应用研究

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1、引言

随着中国移动LTE网络规划建设不断扩大及网络覆盖指标不断提升，LTE网络用户数与日俱增，话务高度聚集的“热点区域”因用户集中、话务量高，对网络服务质量要求高。在高流量热点区域，用户的高需求不一定被有效的保障，在此背景下，需要一种更为精细化的优化手段来解决问题。

2 负载均衡功能探究

负荷均衡，是在保证每个用户服务质量的情况下，最大限度地实现小区之间资源利用率的平衡，尽量少地出现超忙或超闲小区，实现资源利用最大化。

2.1 负荷均衡算法流程

负荷均衡功能分为“基于UE测量切换”和“基于UE盲切换”两种方式。通过基站配置的负荷均衡算法开关决定，本文重点研究负荷均衡基于UE盲切换方式。

负荷均衡处理流程如下图1所示：

                              

图 1 负荷均衡算法流程

2.2 盲负荷均衡判决方法

基于盲切的负荷均衡功能启用时，将用户从高负荷小区切换到低负荷小区时，不需要下发A4测试而直接发起切换。

如果服务小区满足以下条件，则需要实行负荷均衡，否则不需要实行负荷均衡：

1）小区满足条件1：小区上行无线负荷大于上行无线负荷均衡实行门限，或小区下行无线负荷大于等于下行无线负荷均衡实行门限；

2）在满足条件1的方向上，小区在所有邻区中的绝对小区可用容量最小。

2.3 盲负荷均衡目标小区及目标UE获取方法

盲负荷均衡需经过目标均衡小区及均衡目标对象选择的过程，选取目标用户列表中排名靠前的均衡过程中每次选择降负荷的最大用户数目，依次实行盲切换，候选目标邻区不止一个的，每次切换只对目标小区列表中前ucLBMaxHOCell个小区进行尝试。在切换准备阶段失败可以尝试下一个邻区，但一旦发送空口重配消息，则即使失败也不会尝试下一个邻区。具体流程图2如下所示。

图 2 目标小区及目标UE获取流程

3 盲负荷均衡参数优化

目前现网所配置的负荷均衡策略大多以后台指标指标分析为导向，忽略了均衡后的小区间切换问题。D 频、F 频小区在相同功率、相同PA/PB 和相同的天线参数配比下，在同一信号接收位置上，F 频信号强度会比D 频的信号强度高，F 频的覆盖距离实际也会比D 频远，F 频会吸取更多的用户，容易导致F 频小区高流量的情况。

本次均衡参数优化，以D 频段为用户容量吸取，F 频充当边缘覆盖补充，均衡F 频高流量问题。

3.1 切换策略配置

D频向F频切换采用A2+A5算法，F频向D频切换采用A2+A4算法，即当D频信号高于A4（-98db）门限时，由F切换至D，当D频信号低于A5-1（-110db）门限，且F频信号高于A5-2（-100db）门限时，由D切换至F，以保证更多用户停留在D。

3.2 均衡策略配置

本次策略配置通过降低F频小区上下行负荷均衡实行门限、降低上下行Intra-LTE邻小区相对负荷门限、提升F频每次降负荷用户数以及提高D频小区负荷均衡实行门限、切换保护时间、上下行Intra-LTE邻小区相对负荷门限等，从而达到整治F频小区高流量的目的。策略配置如表1所示:

表格 1 负荷均衡策略配置

4效果验证4.1 效果评估原则

根据目前集团企业对小区负荷水平的评估指标体系，主要考察小区的日流量、最大有效RRC连接数、最大RRC连接数、日峰值下行PRB利用率、日峰值上行PRB利用率、日峰值PDCCH信道CCE占用率等指标，分别从业务量、用户数、物理资源使用率等多维度评估小区负荷情况。其中高负荷小区需满足以下条件：

1、  日流量>15G

2、  最大有效RRC连接数>40

3、  最大RRC连接数>200

4、  日峰值下行PRB利用率、日峰值上行PRB利用率、日峰值PDCCH信道CCE占用率三者取最大值，且最大值>50%

小区任意满足一个条件，则表示处于高负荷状态，如果同时满足四个条件则表示严重高负荷。

为了更好地呈现本文负荷均衡参数研究后的对比效果，此处提出负荷水平指数指标，依据各个负荷指标与标准值偏差的比值并求和，得出负荷水平指数值，具体如下公式：

如果负荷水平指数值越大表明负荷水平越高，值大于等于4时，则表示小区完全处于高负荷状态；反之，数值越小表明负荷水平越低，如果值为0，则表示小区完全空闲无用户状态。

4.2 效果验证过程

试验对象挑选条件：

1、  选择城区热点区域或者工业区等用户数较多且人群流动性不大小区

2、  试验对象为多层网，D/F共址，即D/F小区为同覆盖关系

3、  试验对象F频小区负荷水平较高，同覆盖D频小区负荷水平较低，D/F小区负荷不均衡

根据条件挑选了D1、D2、F1三个小区为试验对象，小区主要覆盖工业区，用户数比较集中，流动性不大，且F1小区总业务量高于D频小区近一倍，适合进行负载均衡盲切换对比试验。其中D2为D1的扩容小区，三个小区均覆盖同一个区域，属于同覆盖关系。

负荷均衡效果验证过程，先调整默认参数的负荷均衡策略，并保持一周，再调整优化参数的负荷均衡策略，再保持一周。通过观察调整前、调整默认参数、调整优化参数各一周指标变化情况，评估负荷均衡效果。

通过对比负荷水平指数指标，F1小区在调整默认参数后一周略微下降，D1、D2小区负荷水平略微提升；而在调整优化参数后，负荷水平明显下降，相应的D1、D2小区的负荷水平明显上升。优化后的负荷均衡参数效果明显。

      

优化参数

      

默认参数

      

调整前

      

图 3 负荷均衡策略调整效果对比

       对比7天日均最大有效RRC连接数、7天总流量（GB）、7天日均负荷水平指数等关键指标的提升效率，F1小区最大有效RRC连接数在调整优化参数比调整默认参数减少33.91%，总流量在调整优化参数比调整默认参数减少21.95%，负荷水平指数在调整优化参数比调整默认参数减少27.96%；D1小区最大有效RRC连接数增加9.42%，总流量增加12.68%，负荷水平指数增加7.72%；D2小区最大有效RRC连接数参数增加23%，总流量增加22.1%，负荷水平指数增加37.88%；F1各项指标均有明显下降，而D频均有提升，用户驻留D频小区后，D频小区未出现拥塞情况，其他指标情况良好，如表2所示。

表格 2 负荷均衡效率对比

5 结束语

本次试验验证了本套针对F频高流量的盲负荷均衡参数可用性，试验数据证明均衡效果良好，F频小区业务量下降，D频小区业务量上升，有效解决F频高流量问题，达到预期效果。为后期4G用户密集热点区域的LTE网络部署和优化提供了有力的支撑。

参考文献：

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[4] 3GPP TS 36.423 V10.5.0，Evolved Universal Terrestrial Radio AccessNetwork(E-UTRAN);X2 Application Protocol(X2AP)[S].

[5] On Mobility Load Balancing for LTE Systems. KwanR,Arnott R,Paterson R, et al. Vehicular Technology Conference IEEE . 2010