一种LTE网络容量均衡优化方法与流程

本发明涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种lte网络容量均衡优化方法。

背景技术：

为了适应未来移动通信网络的发展，在2004年年底，3gpp组织正式提出了自己的移动通信系统的长期演进计划，即人们通常所说的lte(longtermevolution，长期演进)网络。众所周知，由于目前可以使用的频谱资源已经变得越来越匮乏，因此我们希望未来的lte网络能够尽最大可能地合理利用有限的频谱资源，从而合理地提高频谱资源的利用效率。从理想上来说，我们理所应当地希望蜂窝移动通信网络中的相邻小区之间可以使用相同的频谱资源，即使用的频率复用因子可以为1。如果是这样的话，那就必然能提高频谱资源的利用率。但是，这样的结果也必然会产生不利的影响，那就是导致相邻小区之间的干扰会异常的严重。因此，蜂窝移动通信网络的系统吞吐容量会明显地降低，并且小区用户的服务质量会受到非常严重的影响，特别是对于那些处在相邻小区边缘区域的用户而言，其服务质量所受到的影响显得更加的明显。

在lte网络运行中，根据lte网络覆盖及其容量情况进行网络优化是网络正常运行的一项重要任务。对于lte网络覆盖与容量进行优化，主要是利用一些数学模型对其进行计算和规划，考虑到实际网络运行的情况下，还需要测量网络性能指标，包括了掉话率、流量计数等。其中掉话率可以用来指示网络某个区域是否有足够的覆盖；流量计数可以用来探测网络是否有容量问题。对于网络覆盖和容量问题，传统方法是通过路测收集数据，进而在规划工具中进行分析找出解决方案。

lte网络目前容量方面主要采用负荷均衡算法，该算法分测量、判决和执行3个阶段。测量阶段通过持续监控服务小区和相邻小区的的负荷状态，然后根据测量阶段收集的信息结合设置的唯一负荷门限判断服务小区是否是处于高负荷状态，如果服务小区处于高负荷状态，则触发用户迁移。这种方法的高低负荷判断采用人工静态配置，且值唯一，无法很好的适应时变的网络系统，且在突发大流量冲击的情况，特别在区域性突发大流量冲击的情况下，单凭迁移用户均衡效果有限，无法应对突发大流量话务冲击。

技术实现要素：

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种面向集中化的lte网络容量均衡优化方法，解决了现有技术中lte网络容量无法很好的适应时变的网络系统、无法应对突发大流量话务冲击的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种lte网络容量均衡优化方法，其特征在于，包括：

对网络容量等级进行分层，每个等级对应不同的网络负荷情况；

识别交叠覆盖区域，并在不同等级下对交叠覆盖区域均衡、站间均衡进行动态调整。

作为优选的，对网络容量等级进行分层，每个等级对应不同的网络负荷情况，具体包括：

基于lte中rrc连接用户数的变化，把网络容量按等级划分为6层，每层对应不同等网络负荷情况，底层对应的低负荷等级，底层上层5层分别对应网络负荷依次递增的一级至五级。

作为优选的，还包括：

在不同等级下，根据小区的容量需求对小区容量等级指示进行适配，根据小区最多rrc连接用户数对小区rrc连接用户数门限进行适配，根据小区最多能支持的承载数对小区active-erab(演进的无线接入承载)数门限进行适配。

作为优选的，所述识别交叠覆盖区域具体包括：

对网络覆盖区域进行栅格化处理，获取格栅内所有小区的参考信号功率值；

分析所有格栅内有邻区关系的小区，将参考信号功率值相差在±3dbm以内且格栅占比超过70％的主服务小区-邻小区计入交叠覆盖区域。

作为优选的，在不同等级下对交叠覆盖区域均衡具体包括：

检测ue电平，根据ue接收到的主服务小区和邻小区的电平值把ue归入对应栅格；

通过流量、利用率修正因子判断主服务小区邻小区综合负荷；

根据不同等级下迁移用户数量和栅格化下ue归属，获取负荷均衡邻小区的权重值进行迁移。

作为优选的，根据不同等级下迁移用户数量和栅格化下ue归属，获取负荷均衡邻小区的权重值进行迁移具体包括：

设定保护间隙，并根据负荷均衡邻区用户数量获取迁移用户数；

统计格栅内负荷均衡邻区的参考信号功率值，得到迁移用户数对应的权重值。

作为优选的，获取负荷均衡邻小区的权重值进行迁移还包括：

若存在多个交叠覆盖区域，则优先迁移至网络负荷较低的邻小区；若网络负荷情况等同，则迁移至交叠覆盖区域最多的邻小区，且若需要迁移用户大该邻小区的承受能力，则将该邻小区承受能力之外的邻小区迁移至次邻小区，次邻小区为交叠覆盖区域第二的邻小区。

作为优选的，所述站间均衡动态调整具体包括：

通过a3/a5算法服务小区切换进行处理，选取其中非高负荷小区，当服务小区分层级别达到设定等级以上高负荷时，把非高负荷邻区中存在a3算法的调整为a5算法；当服务小区分层级别在设定等级以下时，则把非高负荷邻区中的a5算法调整为a3。

作为优选的，还包括：

通过功率调整降低负荷均衡容量，分层级别为最高级别五级时降功率，步长为3dbm，当分层级别降至四级以下时，则回调功率。

通过接通率修正因子对接通概率进行限制，实现容量均衡。

作为优选的，还包括系统间用户迁移动态调整：

识别2/3/4g系统间交叠覆盖区域，根据不同等级的网络负荷情况，通过调整4-2g、2-3g、2-4g的优先级，对系统间用户进行迁移，实现容量均衡。

本申请提出一种面向集中化的lte网络容量均衡优化方法，对网络负荷情况进行自分层建模，对不同层次进行除去用户迁移外一系列接入、网内切换、功控、系统间操作，通过对一系列容量均衡方法建立通用资源池，实现自分层结构和资源池的智能匹配，通过根据分层配置小区容量等级指示、小区rrc连接用户数门限、小区active-erab数门限；栅格化识别交叠覆盖区域，并引入流量、prb利用率修正因子分层动态调整；分层动态调整；分层调整功控；引入接通率修正因子动态调整；识别系统间交叠覆盖区域，分层调整；能更好实现lte网络的容量均衡，可以随着网络变化对负荷进行自适应判断，应对大话务流量的冲击。

附图说明

图1为本发明的lte网络容量均衡优化方法流程框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

lte(longtermevolution，长期演进)是由3gpp(the3rdgenerationpartnershipproject，第三代合作伙伴计划)组织制定的umts(universalmobiletelecommunicationssystem，通用移动通信系统)技术标准的长期演进，于2004年12月在3gpp多伦多会议上正式立项并启动。lte系统引入了ofdm(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，正交频分复用)和mimo(multi-input&multi-output，多输入多输出)等关键技术，显著增加了频谱效率和数据传输速率(20m带宽2x2mimo在64qam情况下，理论下行最大传输速率为201mbps，除去信令开销后大概为150mbps，但根据实际组网以及终端能力限制，一般认为下行峰值速率为100mbps，上行为50mbps)，并支持多种带宽分配：1.4mhz，3mhz，5mhz，10mhz，15mhz和20mhz等，且支持全球主流2g/3g频段和一些新增频段，因而频谱分配更加灵活，系统容量和覆盖也显著提升。lte系统网络架构更加扁平化简单化，减少了网络节点和系统复杂度，从而减小了系统时延，也降低了网络部署和维护成本。lte系统支持与其他3gpp系统互操作。根据双工方式不同lte系统分为fdd-lte(frequencydivisionduplexing)和tdd-lte(timedivisionduplexing)，二者技术的主要区别在于空口的物理层上(像帧结构、时分设计、同步等)。fdd系统空口上下行采用成对的频段接收和发送数据，而tdd系统上下行则使用相同的频段在不同的时隙上传输，较fdd双工方式，tdd有着较高的频谱利用率。

lte系统内移动性负载均衡(mlb，mobilityloadbalancing)是指enodeb通过切换或重选实现负载在高负载小区向系统内低负载小区的重新分配，以提高资源利用效率，保证业务的qos水平，站间容量均衡。即降低高负载小区的负荷，提升低负载的资源利用率，优化网络资源在高、低负载小区间的配置，达到最大化的资源利用，用户体验实现最佳化。enodeb(evolvednodeb)，即演进型nodeb简称enb，lte中基站的名称。

lte异频负载均衡依据触发机制和转移ue类型的不同，可以分为用户数负载均衡、prb利用率负载均衡、预均衡、传输qos负载均衡四类。其中，上行释放态ue是指不活动定时器rrcconn-statetimer。ueinactivetimer超时或者mme发起normalrelease(预均衡种)而即将释放的ue。上行同步态ue是指ue处于连接态并和enodeb保持上行同步，enodeb为ue分配有pucch/srs等资源。转移、均衡服务小区中的释放态ue可在不影响用户感受的前提下，降低服务小区潜在的用户数负载。两种类型的ue可以同时被负载均衡转移，不互斥。

如图1所示，图中示出了一种面向集中化的lte网络容量均衡优化方法，包括：

根据lte中rrc连接最大用户数，对网络容量进行等级分层，并根据网络变化对网络负荷进行自分层，对网络负荷情况进行自分层建模；

lte网络覆盖与容量优化的主要目的包括以下几个方面：(1)降低小区之间的干扰；(2)最大化系统容量，提高频谱已资源利用率；(3)减少外出路测的次数；(4)给用户提供连续的小区覆盖，提高用户体验质量；(5)对小区边缘性能进行监控；(6)自愈合进行协同工作。

容量和覆盖是两个相互矛盾的性能指标，对于覆盖的优化也要考虑对网络容量的影响。lte网络覆盖与容量优化方法需要考虑以下几方面因素：(1)网络时间提前量参数；(2)用户的信令和报告负担；(3)用户对服务小区和周围邻居小区的信号测量报告；(4)监测网络中负载的分布情况。

在本实施例中，在不同等级分层下，分别对小区三级配置模型(小区容量等级指示、小区rrc连接用户数门限、小区active-erab数门限)、交叠覆盖均衡、站间均衡、rs功率核查、ue接通率和系统间用户迁移进行动态调整。通过对迁移用户、接入、网内切换、功控、系统间操作等方法建立通用资源池。通过自分层模型与通用资源池的智能匹配，实现不同网络情况下的容量均衡优化。具体包括：根据分层配置小区容量等级指示、小区rrc连接用户数门限、小区active-erab数门限；栅格化识别交叠覆盖区域，并引入流量、prb利用率修正因子分层动态调整；分层动态调整；分层调整功控；引入接通率修正因子动态调整；识别系统间交叠覆盖区域，分层调整。具体如下表1所示：

表1分层后结构

在本实施例中，如表1所示，以lte中rrc连接用户数的变化为xt，容量为α，把容量等级划分6个等级，包括底层低负荷等级，以及底层低负荷等级上层的一级至五级5个等级；通过自定义分层，可得出6个时变区间范围[0,a1]、[a1,a2]、[a2,a3]、[a3,a4]、[a4,a5]、[a5,∞]，而后根据等级分层对一系列参数进行建模。

在本实施例中，参数建模根据不同策略性质在分层结构上采用不同算法，具体包括：

在不同分层结构上，分别采用第一策略、第二策略、第三策略、第四策略、第五策略、第六策略分别对小区三级配置模型(小区容量等级指示、小区rrc连接用户数门限、小区active-erab数门限)、交叠覆盖均衡、站间均衡、rs功率核查、ue接通率和系统间用户迁移进行动态调整。

在本实施例中，图表中第一至第六策略具体包括：

s01、第一策略，根据分层配置小区容量等级指示、小区rrc连接用户数门限、小区active-erab数门限；

s02、第二策略，在不同分层结构下，对网络覆盖区域进行格栅化处理，计算分层结构下迁移用户数量和栅格化下ue归属，然后计算负荷均衡邻区的权重值进行迁移。

s03、第三策略，根据变化a3/a5算法，对站间容量进行均衡；

s04、第四策略，通过调整功率降低负荷均衡容量；

s05、第五策略，引入信令接入概率因子(acbarringfactor)、呼叫接入概率因子(acbarringfactororig)，通过对接入进行概率性限制从而达到均衡容量的目的；

s06、识别2/3/4g系统间交叠覆盖区域，通过系统间用户迁移达到均衡容量的目的。

在本实施例参数建模过程中，根据第一策略对小区三级配置模型进行适配具体包括：

通过小区容量等级指示(cellcapaleveind)表征小区容量类型的参数，用于支持不同的小区容量需求；通过小区rrc(radioresourcecontrol，无线资源控制)连接用户数门限(uenumthrd)表征小区最多rrc连接用户数；通过小区active-erab(evolvedradioaccessbearer，演进的无线接入承载)数门限(rabthrd)表征能保证各个业务qos的前提下，小区最多能支持的承载数。qos(qualityofservice，服务质量)指一个网络能够利用各种基础技术，为指定的网络通信提供更好的服务能力,是网络的一种安全机制，是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。对于网络业务，服务质量包括传输的带宽、传送的时延、数据的丢包率等。在网络中可以通过保证传输的带宽、降低传送的时延、降低数据的丢包率以及时延抖动等措施来提高服务质量。在本实施例中，通过在实际网络中大量的数据验证表明，对应不同网络结构下固化成三级配置模型对网络有很好的适应性。当网络分层变化时适配三种配置如下表2所示：

表2不同网络分层下的第一策略适配

在本实施例中，通过第二策略对交叠覆盖均衡动态调整具体包括：

s021、区域栅格化，获取栅格内所有小区的参考信号功率值；

网络覆盖区域进行栅格化处理，通过对路测、扫频、mr(measurementreport,测量报告)数据结合解析获取参考信号功率值，然后以统筹法计算出栅格内各小区参考信号功率区间值。如某栅格处检测到n个小区参考信号功率值pn，统计各个小区参考信号功率值的区间，计算过程中各小区需要把和各自整体电平差异大的异常信号进行剔除，最终得出n个小区的栅格电平区间[pn1min，pn1max]、[pn2min，pn2max]……。同时对所有栅格内有邻区关系的小区进行计算，最终参考信号功率值相差在±3dbm以内的栅格占比超过70％以上的服务小区-邻小区计入交叠覆盖区域。

路测是对gsm、wcdma、tdscdma、lte等无线网络的下行信号，也就是各无线网络的空中接口(um)进行测试，主要用于获得以下数据：服务小区信号强度、话音质量、相邻小区的信号强度指示ec以及信号质量指示ec/io、切换及接入的信令过程、小区识码、区域识别码、业务建立成功率、切换比例、上下行平均吞吐率、手机所处的地理位置信、呼叫管理、移动管理\业务建立时延等值。其作用主要在于网络质量的评估和无线网络的优化。

扫频是根据产生高精度频率信号，通过对移动通信网络指定工作频带内的所有频点进行快速扫频，搜索出所有的工作小区并测量其相关参数，是检测小区间有无过覆盖问题非常有效的测试手段。

mr(measurementreport，测量报告)是指信息在业务信道上每480ms(信令信道上470ms)发送一次数据，这些数据可用于网络评估和优化。

mr测量报告由ms(mobilestation，移动台)和bts(basetransceiversystem，基站收发信台)完成，ms执行并上报gsm小区下行电平强度、质量和ta，bts执行并上报上行ms的接收电平强度和质量的测量。测量报告的处理通常在bsc完成(当采用bts的预处理方式时，测量报告处理可以下移至bts完成)，提供基本的滤波、插值等功能，为后续的切换判决算法提供基本的输入，是切换判决算法和功率控制算法等的基础。

mr工具处理所采集的测量数据，用于全网无线环境的评价，代替大量的例行路测和定点测试，节约运维成本；以用户实际发生通话时的测量报告来评价网络，比路测和定点测量更有针对性，还能对这些采集的数据进行挖掘，分析用户的行为模式、在小区中的分布等信息，方便制定网络优化策略。

s022：监测ue电平，把用户归入栅格。

通过mr(measurementreport,测量报告)对ue的电平进行监测，根据ue接收到的主服务小区和邻小区的电平值把ue归入对应栅格，并备注其所有主服务小区和邻小区电平。

s023：分层结构下引入流量、利用率修正因子判断服务小区邻区综合负荷。对分层结构下交叠覆盖区域内主服务小区-邻小区的负荷在以用户数判断的基础上，各个分层级别再引入流量和prb利用率进行修正，每个分层级别的修正因子和分层级别的网络相对应。修正因子公式为(上行prb平均利用率or下行prb平均利用率)and(空口上行业务流量or空口下行业务流量)，上述修正因子构成为一个区间值，如下表3所示：

表3第三策略修正因子区间

如表3中所示，举例如分层级别三级修正因子公式为：(“0.4<上行prb平均利用率”<0.5or(“0.4<下行prb平均利用率”<0.5)and(2048mb<“空口上行业务流量”<3072mb)or2048mb<“空口下行业务流量”<3072mb)。二级修正因子为：(0.3<上行prb平均利用率”<0.4or(“0.3<下行prb平均利用率”<0.4)and(1024mb<“空口上行业务流量”<2048mb)or1024mb<“空口下行业务流量”<2048mb)。

如a小区和b小区为邻区关系，并且属于交叠覆盖区域，若a小区落入分层结构下三级用户区间[a4,a5]，b小区属于二级用户区间，则初步满足a往b分流的条件，此时再次对修正因子进行计算，如果满足修正因子则确认满足a往b分流条件。

s024：计算分层结构下迁移用户数量和栅格化下ue归属，然后计算负荷均衡邻区的权重值进行迁移。

此处引入保护间隙α，由rrc连接最大用户数构成，该值默认为5％，可根据实际网络进行自主配置，而后根据该配置值计算出迁移用户数量。举例如上述a往b迁移条件下，假设a小区用户数为a1，b小区用户数为a2配置α为5％。则迁移用户数为x为：

(a1-a2)/2*(1-α)＝(a1-a2)*0.475；

最终值向下取整。然后统计所有栅格内a和b的参考信号功率值，根据功率值和切换算法，计算迁移x个用户需要给b小区加多少权重(cellindivoffset)能达到迁移目的。若存在多个交叠覆盖区域，则优先迁移至负荷较低的邻区，负荷同等情况下迁移至交叠覆盖区域较多即参考信号功率值相差在±3dbm以内的栅格占比高的邻区，同时需要迁移用户数如果大于第一邻区承受能力，则第一邻区承受之外的邻区将迁移至次邻区。

lte切换算法中主要运用a3/a4/a5算法，其中a3/a5算法分处于易触发和不易触发两端。a3算法(a3algorithm)是用于对全球移动通讯系统(gsm)蜂窝通信进行加密的一种算法，a5算法(a5algorithm)被用于加密全球移动通信系统(gsm)蜂窝通信。一个a5加密算法在电话听筒和基站之间搅乱用户语音和数据传输来提供私密。一个a5算法被在电话听筒和基站子系统(bss)两者中执行。a3事件表示邻区质量高于服务小区质量一定偏置量时触发ue上报a3事件，enb收到a3进行切换判决，a5事件表示服务小区质量低于一个绝对门限，且邻区质量高于一个绝对门限则触发上报a5时间进行切换判决。因此通过动态变化a3/a5算法可对容量进行均衡。在本实施例中，通过第三策略对站间容量进行均衡具体包括：

统计出服务小区切换top5的邻区，这些邻区囊括了大部分小区间切换，再对top5邻区进行负荷判断，选取其中非高负荷小区。当服务小区分层级别达到三级以上高负荷时，通过把top5非高负荷邻区中存在a3算法的调整为a5算法，达到减少切换出至服务小区的目的，从而均衡服务小区的容量，当服务小区分层级别在二级以下时，则把top5非高负荷邻区中的a5算法调整为a3。

功率调整作为降低负荷均衡容量最有效的手段之一，对覆盖有较大的影响，调整不当容易影响用户感知，所以只有在较极端负荷的情况下调整功率才能达到改善效果。在本实施例中，通过第四策略分层调整功控具体包括：

算法配置分层级别为最高级别五级时才进行降功率操作，步长为3dbm，当分层级别降至四级以下时，则回调功率。

在本实施例中，通过第五策略引入接通率修正因子动态调整，具体包括：

信令接入概率因子(acbarringfactor)、呼叫接入概率因子(acbarringfactororig)通过对接入进行概率性限制从而达到均衡容量的目的。信令接入概率因子是ue发起主叫信令而建立rrc连接时，ue能够接入小区的概率的参考值。如果ue投掷的随机数小于该参数，则允许接入；否则，禁止接入。该参数取值越大，则信令接入的概率越大；该参数取值越小，则信令接入的概率越小。呼叫接入概率因子是ue发起呼叫而建立rrc连接时，ue能够接入小区的概率的参考值。如果ue投掷的随机数小于该参数，则允许接入；否则，禁止接入。当为100％时，表示不下发禁止参数。

当分层级别达到四级以上时，通过调整信令接入概率因子、呼叫接入概率因子达到均衡容量目的，接通率的高低直接反映接入质量，当接通率低时减少接入可以较好的改善网络。所以在此引入接通率修正因子对接入概率进行修正，当分层级别在四级以上时，若接通率<90％，则信令接入概率因子和呼叫接入概率因子调到14，即0.9，接通率<80％，则调到12，即0.8，接通率<70％，则调到10，即0.7。若分层级别在三级以下时，则调为16，即100％允许接入

在本实施例中，通过第六策略识别系统间交叠覆盖区域，具体包括：

识别2/3/4g系统间交叠覆盖区域，通过系统间用户迁移达到均衡容量的目的，系统间交叠覆盖区域识别同步骤s021。当分层级别达到四级以上时，4-2g重定向开关打开，并调整4g和2g系统优先级，即接纳失败重定向开关打开后，超过小区的erab接纳用户配置值以外的用户重定向到交叠覆盖的小区；同时判断2-3g、2-4g强制重定向开关是否为”关闭”，如果不是，则调为”关闭”，从而减少往lte重选用户。当分层级别为三级以下时，则接纳失败重定向开关关闭，2-3g、2-4g强制重定向开关打开。

综上所述，本申请提出一种面向集中化的lte网络容量均衡优化方法，对网络负荷情况进行自分层建模，对不同层次进行除去用户迁移外一系列接入、网内切换、功控、系统间操作，通过对一系列容量均衡方法建立通用资源池，实现自分层结构和资源池的智能匹配，通过根据分层配置小区容量等级指示、小区rrc连接用户数门限、小区active-erab数门限；栅格化识别交叠覆盖区域，并引入流量、prb利用率修正因子分层动态调整；分层动态调整；分层调整功控；引入接通率修正因子动态调整；识别系统间交叠覆盖区域，分层调整；能更好实现lte网络的容量均衡，可以随着网络变化对负荷进行自适应判断，应对大话务流量的冲击。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。