4G_5G共模场景载波智能调度方案的研究与实践_荆元强.pdf

57 2023年2月 第 2 期（第36卷 总第307期）月刊电信工程技术与标准化运 营 与 维 护1 4G/5G 共模场景 4G 小区载频利用现状1.1 4G 投资收紧但承载流量不断增长目前，LTE 投资逐渐收紧但承载流量仍不断增长，LTE 容量资源缺口逐步扩大，亟需进行网内资源盘活。例如某省运营商2022年5月较1月载频资源减少921个，但日均承载流量增长 468 TB，容量资源缺口不断增大，给后续网络容量保障带来挑战。1.2 4G/5G 共模站点内 4G 小区不断入网目前运营商 5G 工程建设不断推进，4G/5G 共模站点内 4G 小区不断增长。例如某省 2022 年 5 月 4G/5G共 模 站 点 内 4G 小 区 数 量 达 3 715 个，较 1 月 增 长85.66%。4G/5G 共模站点内 4G 小区与普通 TDD 小区相比存在一定的空间增益，经验证，4G/5G 共模站点内4G 小区业务承载能力约为普通 TDD 小区的 2 倍。因此，随着 4G/5G 共模站点内 4G 小区的不断入网，网络容量受限问题会逐步缓解。1.3 4G/5G 共模站点内 4G 小区资源利用不均衡随着 4G/5G 共模站点内 4G 小区的不断入网，一定4G/5G共模场景载波智能调度方案的研究与实践荆元强，张勇，兰俊红（中国移动通信集团内蒙古有限公司，呼和浩特 010020）摘 要 目前，移动运营商5G工程建设不断推进，4G资源投资收紧但承载业务量不断增长，网络容量资源缺口逐渐扩大。随着5G站点的不断入网，通过5G站点反向开通4G小区一定程度上缓解了网络容量压力，但由于这些4G小区未纳入载波潮汐调度，导致载频资源利用不够充分。本文通过研究4G/5G共模场景下4G小区载波潮汐调度方案，并利用已搭建的自动化平台实现了载波潮汐智能调度，最大化利用网络4G/5G共模站点载波资源，为后续进一步开展4G/5G协同优化提供了有力的支撑。关键词 4G/5G共模站点；载波智能调度；容量资源利用 中图分类号 TN929.5 文献标识码 A 文章编号 1008-5599（2023）02-0057-05收稿日期：2022-06-06程度上缓解了局部网络容量压力，但由于这些小区未及时进行载波调度，导致资源利用不均衡，不能充分发挥其业务承载能力。需研究 4G/5G 共模站点内 4G 小区载波潮汐调度方案,将 4G/5G 共模站点内 4G 小区加入载波潮汐调度范围，进一步提高网络资源利用效率。例如某省 4G/5G 共模站点内 4G 小区 30%流量 TOP 小区承载 53.9%的流量，30%流量 TOP 小区平均无线利用率（56.03%）为全部小区平均无线利用率（24.02%）的 2.33倍，4G/5G 共模站点内 4G 小区流量和利用率均分布严重不均衡，无法充分利用网络资源。2 4G/5G 共模场景 4G 小区调度方案针对 4G/5G 共模站点内 4G 小区和普通 4G 小区业务量承载能力差异，研究相适应的载波潮汐调度方案，整体流程如图 1 所示。具体方案包含硬件支持能力判定、潮汐特性识别、潮汐忙闲匹配、潮汐载波调度和调度效果评估5 个步骤。按照此步骤将可调度的 4G/5G 共模站点内 4G小区，加入载波潮汐调度范围，充分利用 4G/5G 共模站点内 4G 小区容量承载能力方面的优势，分担网络容量压力，最大化利用网络资源，创造良好的经济和社会价值。DOI:10.13992/ki.tetas.2023.02.00558 2023年2月 第 2 期（第36卷 总第307期）月刊电信工程技术与标准化运 营 与 维 护2.1 4G/5G 共模站点内 4G 小区软硬件支持能力判定4G/5G 共模站点内 4G 小区软硬件支持能力，包含4G/5G RRU 功率分担和硬件支持能力判定两部分。经过软硬件支持能力判定，可输出 4G/5G 共模站点内 4G小区软件扩容硬件受限详情，为后续进行的潮汐忙闲匹配调度提供判定依据。2.1.1 4G/5G RRU 功率分担在 4G/5G 共 AAU 的情况下，4G 小区扩容时需要考虑 4G/5G 功率分配问题。现阶段全网 5G 站点均已预留了充足的 4G 小区扩容功率，如 4G/5G 共模站点内 4G小区扩容功率设置为 1 时，所有 5G 站点均可扩容 D3/D7/D8三载波,无需进行4G/5G扩容功率分担单独计算。2.1.2 4G/5G共模站点内4G小区硬件支持能力判定目前 4G/5G 共模站点内 4G 小区的频点资源为D3/D7/D8,同扇区最大可扩容三载波，考虑到 D8 频点终端支持度仅为 30%，扩容频点优先级建议为 D7/D3/D8。与普通 4G 小区不同，4G/5G 共模站点内 4G小区扩容受限硬件资源只有单板。通过判定单板扩容支持能力即可判定小区是否支持软件扩容。5G 站点反开 4G 小区单板支持能力信息见表 1。2.2 5G 站点反开 4G 小区潮汐特性识别为充分发挥 4G/5G 共模站点内 4G 小区容量承载能力强的优势，有效分担网络容量压力，研究制定 4G/5G共模站点内 4G 小区的潮汐忙闲门限及潮汐特性滑窗识别算法。具体 4G/5G 共模站点内 4G 小区潮汐忙闲门限和滑窗参数设置建议见表 2。按照上述定义的滑窗函数，对所有 4G/5G 共模站点内 4G 小区逐一进行判断。若起始时段小区无线利用率 f(x)avg(x)a，则标记为潮汐忙时段；若f(x)avg(x)b，则标记为潮汐闲时段；若 avg(x)a f(x)avg(x)b，则不标记。vag(x)表示区域小区无线利用率的平均值。继续滑动到下个时段进行相同判断和标记，直到滑动到最后一个时段为止，潮汐时段识别结束，最后按小区维度分别汇总潮汐忙和潮汐闲的连续时段。利用改进的滑窗算法识别某小区潮汐连续忙和连续闲时段，示意如图 2 所示。2.3 4G/5G 共模站点内 4G 小区潮汐忙闲匹配上述滑窗算法识别出符合潮汐特性的 4G/5G 共模站点内 4G 小区，然后根据硬件支持能力判断是否可软件扩容，根据是否为非基础覆盖层的多频网小区判断是否可软件减容。针对同城市同厂家可软件扩容的潮汐忙小区和可软件减容的潮汐闲小区进行软件许可和潮汐忙闲时段两个维度的匹配，潮汐忙闲匹配流程如图 3 所示。潮汐忙闲匹配完成的小区对加入后续载波调度清单。图1 调度方案整体流程图单板类型硬件支持能力单板型号 1支持 320 MHz（64 T）LTE-TDD 小区单板型号 2支持 620 MHz（64 T）LTE-TDD 小区单板型号 3支持 920 MHz（64 T/32 T）LTE-TDD 小区单板型号 4支持 620 MHz（4 T/2 T）LTE-TDD 小区单板型号 5支持 920 MHz（64 T/32 T）LTE-TDD 小区表1 5G站点反开4G小区单板支持能力信息分类门限或者参数普通 4G 小区4G/5G 共模站点内 4G 小区备注潮汐忙闲门限潮汐忙门限无线利用率大于 40%无线利用率大于 60%门限和参数均设计为可配置，后续根据网络变化随时调优潮汐闲门限无线利用率小于 15%无线利用率小于 25%滑窗算法无线利用率基准值 avg(x)32%40%潮汐忙因子 a1.251.5潮汐闲因子 b0.470.625窗体宽度 t1 h1 h表2 4G/5G共模站点内4G小区潮汐忙闲门限和滑窗参数设置59 2023年2月 第 2 期（第36卷 总第307期）月刊电信工程技术与标准化运 营 与 维 护2.3.1 潮汐忙闲许可维度匹配载波调度过程涉及忙闲小区软件许可转移，梳理各厂家潮汐忙闲小区扩减容消耗和释放软件许可情况，并制定潮汐忙闲小区软件许可维度匹配规则，具体见表 3，为后续进行的潮汐忙闲时段匹配环节提供依据。2.3.2 潮汐忙闲时段维度匹配软件许可维度潮汐忙闲匹配完成的小区，需进一步进行潮汐忙闲时段的匹配。具体匹配规则为配对小区的潮汐闲时段要完全包含潮汐忙时段，即小区潮汐闲时段的持续时长要大于小区潮汐忙时段的持续时长。根据以上规则利用集合首尾匹配算法，对潮汐连续忙闲时段库中的小区进行忙闲时段匹配。针对库中任意小区 1 忙时段集合 A1 和任意小区 2 闲时段集合 C1，定义小区 1 和小区 2 的集合首匹配度 Ps 等于 Ts-min(C1)-min(A1)/Ts，尾匹配度 Pw 等于Ts+max(C1)-max(A1)/Ts，集合 A1 和集合 C1 的总匹配度如下。Pz=Ps+Pw其 中，Ts 为 区 域 潮 汐 识 别 的 最 大 间 隔 时 段；min(C1)为集合 C1 的最小时段；min(A1)为集合 A1 的图2 滑窗算法识别小区潮汐特性示意图小区类型软件许可消耗和释放与普通 4G 小区的区别软件许可匹配规则4G/5G 共模站点内4G 小区扩减容均不消耗和释放基带扩展单元软件许可所有 3D-MIMO 小区间任意匹配，不与普通4G 小区匹配表3 4G/5G共模站点内4G小区软件许可维度潮汐忙闲匹配规则图3 潮汐忙闲匹配流程示意图60 2023年2月 第 2 期（第36卷 总第307期）月刊电信工程技术与标准化运 营 与 维 护最小时段；max(C1)为集合 C1 的最大时段；max(A1)集合 A1 的最大时段。以潮汐忙或者闲的任意小区为匹配依据，找出对应小区潮汐忙闲时段总匹配度 Pz 值最大，且 Ps 和 Pw 均大于等于 1 的目标小区为最佳匹配小区。如 Ps 和 Pw 有1 个小于 1，则无合适的目标小区匹配，匹配示例见表 4。如软件许可匹配和忙闲时段匹配完成后仍未达到潮汐忙闲小区一对一匹配，则将潮汐忙小区按照日均流量降序，潮汐闲小区按照日均流量升序后从头到尾进行一对一匹配，直到潮汐忙或者闲小区数量少的一方匹配完成为止。2.4 4G/5G 共模站点内 4G 小区载波潮汐调度潮汐忙闲匹配完成后需进行潮汐忙闲调度指令输出，各厂家 4G/5G 共模站点内 4G 小区调度指令共有两种实现方式，见表 5。一种是在普通 4G 小区指令基础上改造即可实现，一种是 4G/5G 共模站点重新建立的指令系统与普通 4G小区存在较大差异，需要重新开发调度指令功能。调度指令生成后，需进一步确定指令执行时段和执行步骤。具体调度执行和回退流程如图 4 所示。2.5 4G/5G 共模站点内 4G 小区调度效果评估4G/5G 共模站点内 4G 小区调度效果评估，继承原普通 4G 小区效果评估方案，共包含调度小区效果评估和调度区域容量评估两部分。调度小区效果评估统计调度周期内潮汐小区对的调度频次和调度执行情况，调度区域容量评估统计调度执行前后潮汐小区对应扇区的流量、无线利用率和用户数等容量指标变化情况。3 4G/5G 共模站点内 4G 小区载波潮汐调度应用效果 3.1 载波调度方案应用情况在自动化调度平台的基础上，利用上述方案实现时段类型小区 1 时段集合n匹配示例时段类型小区 2 时段集合n首匹配度尾匹配度总匹配度结果忙20、21忙8、91.061.002.06匹配闲8、9、10闲20、21、221.001.062.06 时段类型小区 3 时段集合n匹配示例时段类型小区 4 时段集合n首匹配度尾匹配度总匹配度结果忙12、13、14忙20、210.881.122.00不匹配闲19、20、21闲14、15、161.061.002.06 表4 4G/5G共模站点内4G小区潮汐忙闲时段匹配示例图4 潮汐调度执行和回退流程示意图潮汐类型调度执行指令调度回退指令4G/5G 共模站点内 4G 小区调度指令生成潮汐忙小区小区扩容小区减容在普通 4G 小区指令基础上改造即可实现潮汐闲小区小区去激活小区激活潮汐忙小区小区扩容小区减容与普通 4G 小区指令存在较大差异，重新开发相关功能潮汐闲小区小区减容小区扩容表5 4G/5G共模站点内4G小区调度指令61 2023年2月 第 2 期（第36卷 总第307期）月刊电信工程技术与标准化运 营 与 维 护Research and practice of carrier intelligent scheduling scheme in 4G/5G common-mode scenarioJING Yuan-qiang,ZHANG Yong,LAN Jun-hong(China Mobile Group Neimenggu Co.,Ltd.,Huhehaote 010020,China)Abstract At present,the construction of 5G project of mobile operator is advancing,the investment of 4G resources is tightening but the carrying capacity is increasing,and the gap of network capacity resources is widening gradually.With the continuous access of 5G sites to the network,the reverse opening of 4G cells through 5G sites alleviates the pressure of network capacity to a certain extent,but as these 4G cells are not included in the carrier tide dispatch,the utilization of carrier frequency resources is insuffi cient.In this paper,the scheme of 4G cell carrier wave tide dispatching under 4G/5G common mode scenario is studied and the intelligent carrier wave tide dispatching is realized by using the built automatic platform,and the carrier wave resources of 4G/5G common mode station are maximized,it provides a strong support for the further development of 4G/5G collaborative optimization.Keywords 4G/5G common-mode site;carrier intelligent scheduling;resource utilization4G/5G 共模站点内 4G 小区载波潮汐自动调度功能，已完成某省 5G 站点建设较多的两个城市的上线试点。针对试点过程中发现的问题持续进行调度算法改进和迭代。目前，4G/5G 共模站点内 4G 小区日均载波潮汐调度频次可达 478 次，涉及 239 对 5G 反向开通 4G 潮汐忙闲小区对。后续随着 4G/5G 共模站点内 4G 小区的不断入网和调度系统的不断迭代，日均调度频次和调度效率会进一步提升。3.2 容量指标改善情况经统计，4G/5G 共模站点内 4G 小区对应调度区域，调度前后无线利用率平均下降 3.6%，扇区平均用户数增长 7.7%，总流量提升 1.2 TB。日均解决高负荷小区 94个、低利用率小区 215 个，日均节省软件许可资源 90 余个。调度区域压抑流量得到释放，及时盘活网络资源，真正实现了网络资源跟着用户需求走，用户感知得到较大改善。4 结束语随着移动通信运营商 5G 站点建设的加速推进，4G/5G 共模站点内 4G 小区大量入网，而普通 4G 网络普遍面临投资收紧而承载流量逐步增长的窘境，网络资源受限和局部资源利用不均衡问题日益突出。亟需研究制定 4G/5G 共模站点内 4G 小区载波调度方案，将 4G/5G共模站点内 4G 小区纳入载波潮汐调度范围，充分利用3D-MIMO 小区业务承载能力优势有效盘活网络资源。本文研究制定了一整套 4G/5G 共模站点内 4G 小区载波潮汐调度方案，利用本方案可实现 4G/5G 共模站点内4G 小区载波潮汐自动调度功能，并进行了大量的网络效果验证和系统功能的更新迭代，为后续进一步开展4G/5G 协同优化提供了技术基础和理论依据，对网络容量资源盘活和容量用户感知提升具有重要的指导意义。参考文献1 黄海晖，刘建强，陆南昌.载波智能调度系统的研发及应用J.电信工程技术与标准化，2019(5).2 李银，黎峰，邓漫龄，等.基于负载均衡和自动软扩容的LTE资源调度方法J.电信技术，2018(5).3 黑珊珊，王晓琴.基于LMMSE的分块滑窗信道估计算法J.计算机工程与应用，2017(8).