（通信与信息系统专业论文）lteadvanced系统小区间负载均衡及干扰协调技术的研究.pdf

摘要 从第一代模拟通信技术开始，在过去的2 0 年时间中，无线移动通信技术经历 了从2 g 、2 5 g 、3 g 到l t e 及后续l t e a d v a n c e d 系统的迅猛发展。为了适应未来 用户对于高速宽带业务，尤其是室内、低速及热点游牧场景中大量移动数据业务 的需求，3 g p p 组织提出了对l t e a d v a n c e d 系统更高峰值速率及频谱利用效率的 设计目标及s o n 、家庭基站等关键技术。作为无线资源管理中的重要部分，先进 的小区间负载均衡及小区间干扰协调方案是保证系统高吞吐量及无线资源利用率 的关键。本文针对小区间负载均衡及干扰协调问题，进行了如下研究： ( 一) 本文对现有l t e a d v a n c e d 系统中的负载均衡技术进行深入分析，指出了 负载均衡过程中由于无线资源状态报告周期设置不当所造成的“乒乓效应 等问 题。在此基础上，基于l t e a d v a n c e d 系统中的热点技术s o n ，提出了一种无线资 源状态报告周期的自适应调整算法，增强了负载均衡过程的效能。 ( 二) 为了解决室内及热点场景的覆盖问题，l t e a d v a n c e d 系统必将出现多层小 区重叠覆盖的环境。本文从f e m t o c e l l 与m a c r o c e l l 重叠覆盖场景出发，深入分析 了f e m t o c e l l 与m a c r o c e l l 共存场景下的小区间干扰问题，提出了一种基于效用函 数的家庭基站功率资源及频谱资源联合配置方案，降低了小区间的干扰，提升了 系统整体吞吐量及无线资源利用率。 关键词：l t e a d v a n c e d 负载均衡小区间干扰协调s o n 家庭基站 a b s t r a c t d u r i n gt h el a s t2 0y e a r s m o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g i e sh a v eb e e nd e v e l o p e d f r o m2 g 2 5 ga n d3 gi n t om i no r d e rt os a t i s l yt h eu s e r s d e m a n d so fr i c hm o b i l e d a t as e r v i c e s p a r t i c u l a r l yi nt h es c e n a r i o so fi n d o o ra n du s e r sm o v i n gw i t hl o ws p e e d 3 g p p p r o p o s e dt h eg o a lo fh i g h e rd a t ar a t ea n ds p e c t r u me f f i c i e n c yi n 【t e a d v a n c e d a st h ei m p o r t a n tt e c h n o l o g i e so fr a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t a d v a n c e dl o a db a l a n c e ( l b ) a n di n t e r - c e l li n t e r f e r e n c ec o o r d i n a t i o n ( i c i c ) s c h e m e sc a np r o m o t et h e t h r o u g h p u to ft h em o b i l es y s t e m t h em a i nc o n t e n to ft h i sp a p e ri n c l u d e s ： 1 a n 甜v z e dt h ee x i s t i n gl bt e c h n o l o g i e si ni j e a d v a n c e da n dp r o p o s e dt h e “p i n g p o n ge f f e c t d u et ot h ei m p r o p e rp e r i o do f r a d i or e s o u r c es t a t u sr e p o r t i nt h el a s t ， b a s e do nt h et e c h n o l o g yo fs o n a ne m c i e n ta r i t h m e t i ct oa d a p t i v e l ya d j u s tt h ep e r i o d o fr a d i or e s o u r c es t a t u sr e p o r tw a sp r o p o s e d 2 a n a l y z e dt h es i g n i f i c a n tc h a l l e n g e sf e m t o c e l lb r o u g h tt ou s ，e s p e c i a l l yt h e c r o s s t i e ri n t e r f e r e n c e w 色s i m u l a t e dt h ei n t e r f e r e n c ep r o b l e mi n t h et w o t i e rs y s t e ma n d t h e np r e s e n t e dan o v e ls c h e m eo fc o n f i g u r i n gf e m t o c e l lu s e r s p o w e ra n ds p e c t r u m i o i n t l yt or e d u c et h ei n t e r - e e l li n t e r f e r e n c e k e y w o r d ：l t e - a d v a n c e d l o a db a l a n c ei c i cs o nf e m t o e e l l 第一章绪论 第一章绪论 1 1 论文研究背景 伴随着移动通信技术的发展，用户对于高带宽、高速率服务的需求越来越大。 从传统的语音电话、短消息业务到现在的p 2 p 下载，网络视频点播，人们已经逐渐 习惯于随时随地利用各种信息交流，获取音乐、视频等多媒体服务。为了适应移 动宽带系统传输速率以及系统稳定性需求的爆破增长，同时应对w i m a x 等新兴无 线宽带技术的竞争，第三代伙伴计划( 3 g p p ) 于2 0 0 4 年底启动了通用移动通信系 统技术( u m t s ) 的长期演进项目( l t e ) 。 l t e 作为3 g 技术的演进，改进并增强了3 g 的空中接入技术，采用了o f d m 和 m i m o 作为核心技术。作为“准4 g 技术，与其它无线接入方式相比，l t e 系统需要 更低的时延、更高的用户速率、更广的覆盖范围以及更低的成本。为了实现上述 需求，l t e 系统提出了更高的技术目标【l 。3 1 ，主要包括了高速的峰值数据速率 ( 2 0 m h z 带宽下，上行1 0 0 m b i t s ，下行5 0 m b i t s ) ，高效的频谱利用率( h s d p a 系： 统的3 至4 倍) 、良好的小区边缘覆盖和移动性支持( 支持终端在移动速率3 5 0 k m h 下通信) 以及灵活的系统频段配置( 支持1 2 5 m h z 、2 5 m h z 、5 m h z 、1 0 m h z 、1 5 m h z 等系统带宽以及“成对”和“非成对”的频段部署) 等。 图1 1 是l t e 系统的基本架构【4 】。与传统的u t r a n 相比，l t e 接入网为了降低 用户面的传输时延，取消了无线网络控制器( r n c ) ，采用了扁平化的结构，将r n c 功能集中于e n b 。这种结构大大简化了网络结构，实现了l t e 系统对于低时延、低 复杂度以及低成本的相关需求。l t e 接入网侧主要包括了s l 及x 2 两种无线空中接 口，其中s l 接口用于连接e n b 与核心网边缘单元m m e 和s g w ，是3 g 系统i u 接口的 演进。x 2 接口用户e n b 之间的连接，提供控制平面和用户平面功能，为切换、负 载均衡的等小区间的无线资源管理功能提供相关支持。 ” 2 0 0 8 年3 月，在l t e 标准化即将完成之际，一个在l t e 基础上继续演进的项目， 先进的l t e ( l 1 e a d v a n c e d ) 项目在3 g p p 拉开了序幕。经过一系列的评估和实验 验证，l t e 系统在传统的宏蜂窝连续覆盖下式可以获得令人满意的性能的，这种架 构主要通过室外架高基站提供覆盖，对高速移动和多小区切换提供很强的支持。 但是，随着业界对移动网络发展趋势的理解逐步深入，越来越多的关注开始投向 室内等业务发生场景。有统计表明，未来8 0 - - 9 0 的系统吞吐量将发生在室内、 低速及热点游牧场景。因此，传统蜂窝技术“重室内、轻室外”，“重蜂窝组网、轻 孤立热点”，“重移动切换、轻固定游牧”的观念可能需要调整【l 】。 2 l t e a d v a n c e d 系统小区间负载均衡及干扰协调技术的研究 为了实现l t e a d v a n c e d 系统需求，解决特殊场景的优化问题，提高系统整体 性能，保证用户对于高速率业务的需求，l t e a d v a n c e d 在继承了现有l t e 技术的基 础上，提出了多种无线资源管理及网络优化技术，如中继技术、多点协同传输技 术、s o n 技术、家庭基站技术等。其中本文将主要研究基于s o n 技术的i n t e r - l t e 小区间负载均衡策略以及基于家庭基站小区与宏蜂窝小区共存环境下的小区间干 扰协调算法。 自组织网络( s o n ) 技术 自组织网络技术( s o n ，s e l f - o r g a n i z e dn e t w o r k ) 是指蜂窝无线通信系统中的 基础设施，例如基站、基站控制器、移动交换机等，具备一系列自主的智能功能， 可以适应无线环境的动态变化，进行实时的自适应调整，使网络性能达到最优。 s o n 技术主要包括了自配置、自优化、自愈和与自规划四项基本功能。s o n 技术 的应用可以有效避免在网络架设、网络维护以及网络管理过程中所耗费的人力、 物力，一直是各运营商大力投入研究的热点问题 家庭基站( f e m t o c e l l ) 技术 家庭基站是一种小型的蜂窝基站，主要用于解决室内环境中无线信号质量衰 落的问题，同时可以作为宏蜂窝网络的补充，增强热点地区的覆盖能力，保证用 户通信质量。家庭基站采用低功率发射，其传输距离一般小于2 0 0 m ，因此家庭基 站小区又被称作毫微微小区。我们已经知道，l t e a d v a n c e d 系统设计的目标就是 为了主要解决室内、低速及热点游牧等场景中无线通信系统的优化问题。因此， 在现有l t e 研究基础上，家庭基站技术将得到更大的应用。 e n b 图1 1l t e 系统基本架构 1 2 论文研究意义 由于l t e a d v a n c e d 系统提出了更高的峰值数据速率以及频谱利用效率需求， 这就需要l t e a d v a n c e d 系统具备更有效的无线资源管理策略，保证有限的无线资 n洲丌阿 、l，r，j 第一章绪论 源获得更大的利用。作为无线资源管理中的关键技术，小区间负载均衡及小区间 干扰协调技术将发挥关键性的作用。 1 2 1l t e a d v a n c e d 系统负载均衡技术的研究意义 无线终端及其业务流量的产生具有随机性以及时变性，蜂窝系统中不同小区 间常常呈现出不均衡的负载分布状况，即在某些小区中可能驻留大量的用户，而 在其他小区中，出现过多的资源冗余。这种现象的出现，将大大降低整个蜂窝通 信系统的效率，不利于无线频谱资源的高效利用。负载均衡技术通过均衡系统中 小区间的负载，可以使无线通信系统的频谱资源获得高效的利用。当检测到小区 负荷较重的时，基站启动负载均衡过程，把小区内的部分负载转移到周围负载较 轻的小区当中。这一过程不仅可以降低重负载小区的呼叫阻塞率及掉话率，提高 用户q o s ，同时可以提高系统整体性能，保证无线频谱资源的高效利用。尤其是在 l t e a d v a n c e d 系统中，基于s o n 技术，小区之间通过对周围无线环境中的测量， 自适应的调整切换门限等无线参数。这种自组织的模式使得负载均衡过程更能适 应小区业务量的随机性变化，充分发挥负载均衡过程的作用，提高系统峰值数据 速率和频谱利用效率。 1 2 2l t e a d v a n c e d 系统小区间干扰协调技术的研究意义 为了实现高效的频谱利用，l t e a d v a n c e d 系统采用了o f d m 技术，保证了无 线频谱资源的高效率用，并且消除了小区内用户之间的干扰。但是，由于o f d m 技术自身物理层并没有小区间干扰协调的相关机制，会导致小区间干扰问题异常 严重，而这种影响对于小区边缘用户将会更大。特别是在增加了大量的家庭基站 布设之后，l t e a d v a n c e d 系统会出现大量的小区重叠覆盖。家庭基站为用户提供 的是即插即用的工作模式，运营商无法进行传统的网络规划，这就需要更优的基 于s o n 的小区间干扰协调技术，以减轻复杂环境下的小区间干扰问题，才能保证 系统获得更高的峰值速率及频谱利用率。 综上所述，为了保证l t e a d v a n c e d 系统技术目标的实现，对于小区间负载均 衡技术以及小区间干扰协调技术的研究都具有非常重要的意义。 1 3 论文中相关问题的研究现状 1 3 1l t e a d v a n c e d 系统负载均衡技术的研究现状 3 g p p 组织中r a n 2 、r a n 3 、s a 5 工作一直对负载均衡技术进行了广泛的探讨 和研究，并逐步形成和完善了相关问题的标准【5 2 1 。在r a n 3 工作组中，对于负载 4 l t e a d v a n c e d 系统小区间负载均衡及干扰协调技术的研究 均衡技术的研究主要致力于相关移动性负载均衡( m l b ) 过程中的信令设计与交 互【6 - 8 】、参数协调与优化【9 1 、m l b 与其他移动性管理( 如移动性切换优化m r o ) 之间的互操作性和冲突避免【1 0 u 】、负载信息即无线资源状态信息的定义和交互过 程等6 1 1 8 】【1 1 1 。 除了相关标准化的研究之外，负载均衡的实现算法也一直是各方关注的焦点。 现有负载均衡算法主要是通过信道借用【1 3 l 【1 4 1 和负载转移1 5 1 实现的。其中信道借用 的原理是当重负载小区负载超过门限值后向轻负载小区借用信道，增强本小区容 量；而负载转移的基本原理则是将重负载小区的业务切换到轻负载小区当中。文 献 1 6 1 7 1 提出了一种自动流水均衡算法，通过对切换参数的调整，将本小区的负 载均衡到相邻小区；文献【18 】对负载均衡过程中的门限值设置进行了详细的讨论， 提出了一种- _ - f 3 限值的方法进行负载均衡。文献 1 9 贝l j 分别从经济学博弈论的角度 出发，对异构网络中的负载均衡策略进行了研究。 1 3 2l t e a d v a n c e d 系统小区间干扰协调技术研究现状 目前，以3 g p p 为代表的相关学术界对于小区间干扰协调的方案主要集中于有 效的功率控制口。之2 】【3 0 - 3 6 1 以及高效的频谱资源复用【2 3 扔】。其中功率控制方案主要是 依据每个用户的需求调整其发射功率，在上行链路减少用户之间的相互干扰，客 服“远近效应”，在下行链路补偿用户的路径损耗以及阴影衰落。软频率复用方面的 策略主要包括了静态软频率复用方案以及动态软频率复用方案。其中静态方案 2 3 】【2 4 】在对频谱复用原则进行了唯一性的规划，通过对潜在干扰用户群之间所使用 频谱资源的隔离，降低小区间干扰。而动态方案1 2 5 j 贝0 依据无线场景的实时变化， 自适应的对复用因子等参数进行调整，在降低小区间干扰的同时，保证资源的高 效利用。 1 4 论文研究内容 本文的研究内容主要包括了如下两个方面： 负载均衡过程中无线资源状态信息报告周期的自适应调整策略 在这部分研究中分析了现有3 g p p 标准中完整的负载均衡过程，尤其对无线资 源信息的定义以及无线资源状态报告的过程进行了讨论。对负载均衡过程中由于 无线资源状态信息不准确性所造成“乒乓效应”等问题进行了仿真研究，提出了一种 基于x 2 接口信令交互的无线资源状态报告周期自适应协商调整机制。 分层网络环境中小区间干扰协调方案 在这部分研究中首先对f e m t o c e l l 与m a c r o c e l l 共存的t w o t i e r 分层网络环境中 小区间干扰问题进行了分析，尤其对f e m t o c e l l 对m a c r o c e l l 用户及邻近f e m t o c e l l 第一章绪论 用户所造成的下行链路干扰进行了更近一步的研究，提出了一种基于f e m t o c e l l 功 率资源与频谱资源分布式联合自配置方案，减轻小区间的干扰问题。 1 4 论文的组织安排 第一章，介绍了本文的研究背景及负载均衡技术以及小区间干扰协调技术的研 究现状及研究意义。 第二章，首先对l t e a d v a n c e d 系统中无线资源管理架构及其主要功能进行了 介绍。接下来分别详细分析了l t e a d v a n c e d 系统中负载均衡技术以及小区间干扰 协调技术，引出了本文在负载均衡及小区间干扰协调方面研究的主要问题及研究 意义。 第三章，首先对l t e a d v a n c e d 系统中s o n 技术进行了简要介绍，引出了本章 研究的重点，即作为s o n 中关键的应用场景的负载均衡优化问题。之后，对无线 资源状态信息交互方面所造成的“乒乓效应”等负载均衡问题进行了仿真分析，最终 提出了一种基于x 2 接口信令交互的无线资源状态报告周期自适应协商调整机制。 第四章，在对l t e a d v a n c e d 系统研究热点f e m t o c e l l 介绍的基础上，对t w o t i e r 网络环境中的小区间干扰问题进行了仿真分析，说明在该环境中进行小区间干扰 协调的必要性。接下来对现有重叠覆盖网络中的小区间干扰协调技术进行了分析 和介绍，提出了进行功率资源和频谱资源联合配置的必要性和优势。最后，提出 了一种基于效用函数的联合配置算法，并对该方案进行了性能仿真验证q 第五章，对全文的研究进行了总结，展望了相关课题在未来的研究方向。 第二章l t e a d v a n c e d 负载均衡及小区间干扰协调技术分析 7 第二章l t e a d v a n c e d 负载均衡及小区间干扰协调技术分析 2 1l t e a d v a n c e d 系统无线资源管理 无线资源管理( 删) 提供了空中接口的无线资源管理功能，其目的是保证 无线空中接口资源的有效利用，实现最优的资源利用效率，满足系统所定义的相 关无线资源需求。在l t e 的e u t r a n 系统中，无线资源管理的功能参考了现有的 3 g 系统，并针对l t e 的e u t r a n 特殊架构及需求对无线资源管理功能进行了扩展。 2 1 1 无线资源管理功能 l t e 系统的无线资源管理uj 【2 j 主要包括如下功能： 无线承载控制( i 氇c ) 无线承载控制主要包括了无线承载的建立、保持、释放以及对无线承载相关的 资源配置。当一个服务连接需要建立无线承载时，r b c 需要对系统中无线资源的 利用状况、正在进行会话的q o s 以及该服务的q o s 需求进行综合考虑。除了对新建 连接进行无线承载管理外，由于移动性等原因，系统无线资源的状态将会实时变 化，因此r b c 还需要对正在进行的会话进行无线承载的动态管理。其主要包括对 会话的结束、切换以及其他状况下无线承载资源的释放。 无线接纳控制( r a c ) 无线接纳控制主要用于在请求建立新的无线承载时，进行相关的允许接入或拒 绝接入判断。为了进行合理、可靠的无限接纳判决，r a c 应当对e u t r a n 重的无 线资源状态、正在进行的会话及新建连接的q o s 需求，优先级等进行综合考量，以 保证在无线资源的高效利用的同时，保证正在进行会话的q o s 需求。因此，r a c 应当在无线资源允许的条件下，尽可能多的接纳无线承载的新建请求，而在无线 资源无法满足的情况下，拒绝相关的无线承载请求。 连接移动性控制( c m c ) 连接移动性控制的主要功能是对空闲状态或者连接状态下的无线资源进行相 关管理。在空闲状态下，主要用于小区重选算法，使用户可以选择新的服务小区。 在连接状态下，主要用于基于测量结果的切换决策，保证用户成功的从当前服务 小区切换至新小区。对于小区重选以及切换决策，c m c 应当综合考虑邻小区的负 载状况、传输资源和硬件资源状况、业务量分布状况等。 动态资源分配( d r a ) 动态资源分配过程又称为分组调度，主要用于分配及释放控制面与用户面数据 包的无线资源。动态资源分配主要包括无线承载的选择以及对必要的资源( 如功 8l t e a d v a n c e d 系统小区间负载均衡及干扰协调技术的研究 率、无线资源块) 进行管理。在进行动态分配时，d r a 应当综合考虑无线承载的 q o s 需求、缓冲区状态、信道质量及干扰状态，同时还应当考虑在进行了小区间干 扰协调之后的可用无线资源。 小区间干扰协调( i c i c ) 小区间干扰协调是通过对无线资源( 主要包括功率、无线资源块等) 进行管理， 从而协调小区间干扰水平。尤其对于小区边缘地带以及l t e a d v a n c e d 系统中所强 调的室内场景、密集业务环境下的重叠覆盖场景，小区间干扰协调技术是保证系 统用户业务质量的关键技术。i c i c 从本质上来说是一种对对小区无线资源的联合 管理，它需要综合考虑多小区的资源使用状态以及业务负载状态。 负载均衡( l b ) 负载均衡功能主要通过对无线资源的管理，保证多个小区之间业务量的均衡， 提高整个系统的无线资源利用率，保证各小区用户的q o s 。负载均衡技术主要通过 对终端用户的强制切换或者强制进行小区重选实现。在l t e 系统中，负载均衡主要 提供两种均衡机制：使用不同载波或者不同接入技术的重叠覆盖小区以及使用相 同载波或者无线接入技术的相邻小区。 无线接入技术间( i n t e r - r a t ) 的无线资源管理 无线接入技术间的无线资源管理主要用于在不同无线接入技术之间进行连接 移动性等相关无线资源管理。这里主要指无线接入技术自检的切换。在进行不同 的无线接入技术之间的切换事，应当考虑各种无线接入系统中的资源状态、u e f l 皂 力以及相关的运营策略等信息。无线接入技术间的无线资源管理还包括不同接入 技术间的负载均衡功能。 2 1 2 无线资源管理构架 l t e 无线资源管理架构的设计是为了更好的支持l t e 无线资源管理相关功能， 将更能分配到u 瞪系统中的各层及各个节点上。在3 g 系统中，无线资源管理的功 能主要由无线网络控制器( r n c ) 实现。但在l t e 系统中，采用了扁平化的设计， 减少了r n c 节点。同时由于l t e 系统新的对于无线资源管理的需求，因此，需要设 计一种新的r r m 架构，以满足l t e 系统中r r m 的新功能。 对于l t e 系统，由于需要对多小区之间进行联合无线资源管理，根据r r m 功能 的实现机制不同，可以采用集中式r r m 和分布式r r m 两种架构，不同的实现方式 需要辅助以不同的r r m 系统架构u j 。 如图2 1 ( a ) 所示在集中式r r m 架构中，增加了一个额外网元，如o m c ，该网元 用于掌握小区拓扑信息、小区无线资源、负载信息、干扰状况等。该网元辅助e n b 进行无线资源管理，同时将r r c 功能终结在这个集中的网元。 第二章l t e a d v a n c e d 负载均衡及小区间干扰协调技术分析 9 如图2 1 ( b ) 所示，在分布式m 洲架构中，砌功能终结在e n b 中，系统不存在 独立的网元，因此r r m 功能均眭t e n b 实现。同时，e n b 之间的x 2 接口需要承载相 关的l u 洲测量信息以及决策信息。由于集中式r r m 架构会带来复杂的信令开销和 较大的时延，不利于同步无线资源配置等，l t e 目前已经确定主要采用分布式r r m 架构。 l 厣嚣 i 厣篙 l 厣篙 ( t ) 曩中式无线壹潭管理集拇( b ) 分布式无线蟹譬理集构 图2 1 无线资源管理架构 2 2l 1 卫一a d v a n c e d 系统移动负载均衡技术分析 2 2 1 负载均衡技术概述 由于终端用户的业务具有较强的随机性，因此在移动通信系统中，不同蜂窝小 区之间常常会出现负载分布不均的情况：系统中某些小区存在着大量的驻留或者 准备接入用户，小区无法保证相关业务需求；而系统中另外一些小区驻留及准备 接入的用户数目较少，系统资源剩余。这种负载不均衡的状态将会导致系统无线 资源利用率的大大下降。而解决上述问题的主要办法便是对无线通信系统进行负 载均衡，以保证各小区的业务量维持在一个较为平均的水平，提高系统整体性能。 在l t e a d v a n c e d 系统中，当小区之间出现负载不均衡的状况时，主要通过调整 切换参数的方法，将高负载小区的用户强制切换到l 临近小区。l t e a d v a n c e d 系统 中的负载均衡技术主要分为l t e 系统内( i 1 1 t r a l 1 陋) 的负载均衡以及l t e 系统与其 他接入技术间( i n t e r - l t e ) 的负载均衡，本文只研究i n t r a - l t e 场景下的负载均衡技 术。图2 2 给出了一个简单的i n t e r - l t e 状态下的负载均衡实施场景。当小区1 出现高 负载的状况时，通过调整相关切换参数，将用户a 及用户b 切换到小区2 当中，这样 便实现了两个小区之间的负载均衡。这种通过自适应调整切换参数的方法与传统 的通过基站功率控制进行负载均衡的方法相比，可以在不需要过多认为干预的条 件下，高效地保证小区间业务量的均衡。因此，负载均衡技术作为l t e a d v a n c e d 系统无线资源的主要功能及s o n 的关键实施用例，一直受到各方的关注。 1 0l t e a d v a n c e d 系统小区间负载均衡及干扰协调技术的研究 ( 丑) 谓整切换参数莆 b ) 调整切换参簸后 图2 2i n t e r - l t e 负载均衡过程 为了实现上述自组织的负载均衡，l t e a d v a n c e d 系统应当具备负载状况测量及 小区间负载信息交互、基于负载均衡的切换、切换参数自适应调整等相关无线资 源功能。 2 2 2 负载测量及负载信息交互 1 u e 的测量 在l t e a d v a n c e d 系统中，c n b 对于小区无线资源状况的掌握完全依赖于小区中 u e 的测量及对测量结果的上报。当处于r r c 连接状态时，u e 依据e u t r a n 系统 广播信息中所规定的测量配置信息进行无线测量，并在满足规定的事件触发条件 时将测量结果上报。 在现有的l t e a d v a n c e d 系统中，主要规定了如下所述的八种测量上报触发事件 【2 8 1 ，其中a 1 a 5 事件为i n t e r - l t e 的测量事件，而b 1 、b 2 事件为i n t r a - l t e 的测量事 件，其中a 3 事件用于小区间切换的触发。 a 1 事件：当前小区测量值高于门限值 上报开始： m s h y s t h r e s h 上报结束： 胍4 - h y s a 2 事件：当前小区测量值低于门限值 上报开始： m s 4 - h y s t h r e s h式( 2 4 ) 其中m s 是当前服务小区的测量结果，h y s 是测量事件的迟滞参数，t h r e s h 是测 第二章l t e a d v a n c e d 负载均衡及小区间干扰协调技术分析 1 1 量事件的门限参数。 a 3 事件：邻居小区测量值高于当前小区一定的偏移量 上报开始： 彻+ c 归+ o c f i - - h y s m s + c 狐+ o c s + o f f 上报结束： 锄+ c 獗+ o c n + h y s a 4 事件：邻居小区测量值高于门限值 上报开始： 砌+ o f n + o c n h y s t h r e s h 上报结束： 锄+ o f n + o c n + h y s a 5 事件：邻居小区测量值高于门限值且当前小区测量值低于门限值 上报开始： m s + h y s t h r e s h 2 上报结束： m s h y s t h r e s h l 锄+ o f n + o c n + h y s b 1 事件：其他r a t 邻居小区测量值高于门限值 上报开始： 锄+ o f f , - h y s t h r e s h式( 2 1 3 ) 1 2l t e a d v a n c e d 系统小区间负载均衡及干扰协调技术的研究 上报结束： m n + o f n + h y s b 2 事件：其他r a t 邻居小区测量值高于门限值，当前小区低于门限值 上报开始： m s + h y s t h r e s h 2 上报结束： m s h y s t h r e s h l m n + o f f + h y s 当前无线资源利用率，包括上下行链路保证比特率业务( g b r ) 物理资源块利 用率；上下行链路不保证比特率业务( n o n g b r ) 物理资源块利用率；上下行链路 物理资源块的总利用率。 当前硬件( h w ) 负载，包括上行链路硬件负载及下行链路硬件负载，该信息 定性的用四个等级表示：l o w , m i d ，h i g h ，o v e r l o a d 当前传输负载，包括上行链路传输网络层负载及下行链路传输网络层负载。与 硬件负载相同，传输负载也用四个等级定性表示：l o w , m i d ，h i g h ，o v e r l o a d 小区容量级别，包括上行小区容量级别及下行小区容量级别，用来归一化不同 接入技术之间的小区容量，使其具有可比性 小区可用容量值，包括上行小区可用容量值和下行小区可用容量值，用来表示 当前小区剩余的可用容量 对于i n t e r - r a t 场景下的负载均衡技术，负载信息主要包括： 小区容量级别，包括上行小区容量级别及下行小区容量级别，用来归一化不同 第二章l t e - a d v a n c e d 负载均衡及小区间干扰协调技术分析1 3 接入技术之间的小区容量，使其具有可比性 小区可用容量值，包括上行小区可用容量值和下行小区可用容量值，用来表示 当前小区剩余的可用容量 保证比特率业务负载( g b r ) 非保证比特率业务负载( n o n g b r ) 3 负载信息的交互 在i n t r a - l t e 中，负载均衡的目的是为了防止小区间负载不均衡状况的出现，提 高整体网络系统的总体容量和无线资源的高效率用。因此，在不同的e n b 之间需要 通过x 2 接口交互e n b 下属小区的无线资源状态，即负载信息，以比较不同小区的 负载状况，做出最优化的负载均衡决策。 e n b 之间通过x 2 接口的无线资源状态交互过程类似于客户机一服务器模型。假 设e n b l 为发送无线资源状态报告请求端，即客户机，e n b 2 为响应端，周期性的向 e n b l 进行无线资源状态报告，即服务器。无线资源状态交互的过程大概可以分为 下面三个部分1 1 1 j - 无线资源状态报告初始化 如图2 3 所示，e n b l 向e n b 2 发送资源状态信息请求消息r e s o u r c es t a t u s r e q u e s t ，该消息中的r e g i s t r a t i o nr e q u e s ti e 被置为“s t a r t 。e n b 2 在收到该请求 消息后，依据r e p o r tc h a r a c t e r i s t i c si e 中的请求内容，进行相关测量，其测量内容 主要包括：无线资源状态( p i 出) 、传输资源状态( t n ll o a di n d ) 、硬件资源状态 ( h wl o a di n d ) 、可用容量( c o m p o s i t ea v a i l a b l ec a p a c i t y ) 等。 如果e n b 2 可以提供e n b l 请求的部分或者全部测量内容，则向e n b l 返回 r e s o u r c es t a t u sr e s p o n s e 确认消息； 如果e n b 2 无法提供e n b l 请求的相关测量内容，则向e n b l 返回r e s o u r c e s 砌，sf a i l u r e 应答。 无线资源状态周期报告 当e n b 2 返回r e s o u r c es t a t u sr e s p o n s e 确认消息后，如图2 4 所示，e n b 2 将依据r e s o u r c es t a t u sr e q u e s t 中r e p o r t i n gp e r i o d i c i t y 消息单元中所规定 的无线资源状态报告周期，周期性的向e n b l 发送r e s o u r c es t a t u su p d a t e 消 息，上报无线资源状态。 无线资源状态报告终止 当e n b 2 收到r e g i s t r a t i o nr e q u e s ti e 值为“s t o p ”的r e s o u r c es t a t u s r e q u e s t 请求消息后，将停止无线资源状态报告过程。 1 4 l t e a d v a n c e d 系统小区间负载均衡及干扰协调技术的研究 e n b l r e s o u r c es t a t u sr e q u e s t r e s o u r c es t a t u sr e s p o n s e r e s o u r c es t a t u sf a t l u r e 图2 3 无线资源报告初始化过程图2 4 无线资源报告执行过程 2 2 3 基于负载均衡的切换 负载均衡是在小区间对用户进行动态的转移，以保证不同小区之间的业务量能 够维持在个较为均衡的水平。因此，l t e a d v a n c e d 系统中负载均衡的实质便是将 过载小区中的终端用户切换到未过载的小区当中。 在l t e 下行链路激活的状态下，u e 的切换主要包括s 1 接口切换以及x 2 接口切 换。其中i n t e r - r a t 场景下的负载均衡切换主要是通过x 2 接口实现的。x 2 接口的切 换主要包括了四个阶段：切换测量过程、切换准备过程、切换执行过程和切换完 成过程。 1 切换测量过程：当u e 满足切换测量事件( a 3 事件) 的触发条件时，u e 开始向 当前服务小区发送测量报告，测量报告中包括了对当前服务小区、邻居小区的相 关测量信息等； 2 切换准备过程：当前服务小区依据u e 的测量结果，做出切换决策，并通过x 2 接口向目标小区发送相关切换控制消息，通知目标小区进行切换准备； 3 切换执行过程：当前服务小区完成切换准备之后，向u e 发送切换命令。u e 在 收到切换命令后断开与当前服务e n b 的链接，同时向目标e n b 发出连接请求。此时， 当前服务e n b 需将该u e 的所有分组数据转发给目标e n b 目标e n b 缓存相关分组数 据，当u e 成功接入目标e n b 之后，目标e n b 会将缓存的相关分组数据发送给u e 。 4 切换结束过程：在u e 成功切换后，源e n b 将会完成对u e 占用资源的释放等相 关过程。 图2 5 给出了更为详尽的l t e a d v a n c e d 系统中x 2 切换的基本信令流程【4 j 。其中 步骤l 和步骤7 为切换准备过程，完成相关u e n 量及其上报。当源e n b 做出切换决 策后，向目标e n b 发送切换请求消息h a n d o v e rr e q u e s t 目标e n b 依据源e n b 的切换 请求进行准入控制，并且向源e n b 返回准入控制结果。步骤8 到步骤1 1 为切换执行 过程，u e 与源e n b 断开连接并与新小区同步，源e n b 将u e 的相关分组数据转发给 目标e n b 进行缓存。步骤1 2 之后为切换完成过程，目标e n b 向源e n b 及m m e 发送切 第二章l t e - a d v a n c e d 负载均衡及小区间干扰协调技术分析 1 5 换完成消息，通知切换完成，随后向源e n b 发送资源释放消息，通知源e n b 释放u e 的缓存数据。 2 2 4 切换参数的自适应调整 在进行基于负载均衡的切换时，需要源e n b 向目标e n b 发送切换参数的调整请 求。同时，通过小区重选参数的调整，可以在小区边缘的u e 接入网络时便选择更 加合适的小区进行接入，减少了额外的负载均衡过程。 图2 6 给出了切换参数或小区重选参数调整的协商过程【l 。首先，源e n b 向目标 小区发送切换参数或小区重选参数调整请求m o b i l i t yc h a n g er e q u e s t 。当目标e n b 接受源e n b 的请求后，会向源e n b 返回确认反馈m o b i l i t yc h a n g ea c k n o w l e d g e 。如 果目标e n b 不接受源e n b 的请求，则会返回拒绝消息m o b i l i t yc h a n g ef a i l u r e ，同时 通知源e n b 可调范围。源e n b 在收到目标e n b 的反馈后做出新的切换参数或小区重 选参数调整决策。 图2 5l t e a d v a n c e d 系统切换流程 1 6l t e a d v a n c e d 系统小区间负载均衡及干扰协调技术的研究 2 2 5l t e a d v a n c e d 系统负载均衡技术的实现 通过上文中所提到的基于u e 的无线资源状态测量、e n b 之间无线资源状态交互、 基于负载均衡的切换以及e n b 之间关于切换参数或小区重选参数的调整，可以实现 l t e a d v a n c e d 系统内部的整个负载均衡操作。具体流程如图2 7 所示： 图2 6 移动参数调整协商过程图2 7 负载均衡过程 假设小区1 为高负载小区，小区2 为低负载小区。 步骤一：基站e n b l 检n d , 区l 的负载状况，若负载高于门限值后，e n b l 向e n b 2 发送资源状态请求消息r e s o u r c es t a t u sr e q u e s t ，转入步骤- - 否则，继续 监测本小区负载状况； 步骤二：e n b 2 收到e n b l 的无线资源状态请求消息后，向e n b l 返回无线资源状 态报告确认消息r e s o u r c es t a t u sr e s p o n s e 后，周期性的通过无线资源状态 更新消。自! , r e s o u r c es t a t u su p d a t e 向e n b l 汇报无线资源状态； 步骤三：e n b l 在收集到邻居小区的无线资源状态消息后，选择最优的小区e n b 2 作为目标小区，启动切换参数或小区重选参数协商流程，更改相关参数，触发2 2 3 节所述的切换过程； 步骤四：e n b l 监测本小区负载状况，若负载低于门限值，高负载状况缓解， 则结束整个负载均衡过程；否则，返回步骤一继续进行负载均衡操作。 通过上述负载均衡过程，可以实现l t e a d v a n c e d 系统内部的小区间负载均衡。 首先将高负载小区内的边缘用户切换至低负载小区；同时，通过切换参数和小区 重选择参数的调整，可以提前将高负载小区的运动用户直接通过切换过程切换至 第二章l t e - a d v a n c e d 负载均衡及小区间干扰协调技术分析 1 7 低负载小区，减少潜在的负载均衡过程的发生。因此，l t e a d v a n c e d 系统内部的 这种通过切换参数和小区重选参数调整的切换方式，可以大大提高整个系统的工 作效率。 2 3l t e a d v a n c e d 系统小区间干扰协调技术分析 2 3 1 小区间干扰协调技术概述 为了实现较高的吞吐量以及频谱效率，在l t e a d v a n c e d 系统内主要采用了 o f d m 技术作为最基本的传输技术，而在上下行链路分别采用s c f d m a 以及 o f d m a 作为多址接入技术。通过上述传输技术以及多址技术的应用，可以保证 l t e a d v a n c e d 系统单小区内部用户之间的干扰消除。但是由于采用了频率复用因 子为1 的网络架