LTE SON下的一种基站自规划机制

任 丛,汪 洋,刘占军,黄 琼

(重庆邮电大学移动通信重点实验室,重庆 400065)

1 引 言

随着LTE的部署,网络参数的数量变得越来越多,结构也越来越复杂;2G/3G网络采用的是传统运维方式,需要大量人员从事网络监控、维护和优化的工作,如果LTE仍采用传统运维模式,那么运营商必须付出更多的OPEX(运营成本);基站数量的迅速增加(尤其是eNB)也需要用尽可能少的人力来进行管理[1]。文献[2]对这些新需求进行了规范,即自组织网络(SON)。SON的全称是自组织网络(Selforganizing Network),是在LTE网络的标准化阶段由移动运营商主导提出的概念,其主要思路是实现无线网络的一些自主功能,减少人工参与,降低运营成本[3],包括从前期的网络自规划到运营过程中的自配置、自优化、自愈合、自规划等一系列新技术[4,5]。

在目前的网络规划中,是否需要新建基站以及基站建设的站点选取大都是靠人工手动选取,这种方法除了不够智能化以外,得出的基站位置也不够精确,而且运营成本较高,因此SON中的自规划功能希望这一过程能够由网络自动进行,减少人工参与,从而降低运营成本。现在关于自规划的研究尚处于起步阶段,还有很大的发展潜力和研究空间。本文提出一种根据业务量的变化动态地调整小区参数进而决策在何时何地新建一个基站的自规划机制,并通过仿真分析证明了该新建基站不仅能够消除网络中多余的业务量,还能达到负载均衡的效果。关于负载均衡的问题,已经有很多文献提出了各种解决方法[6-7],但负载均衡不是本文的重点,只是自规划机制的一个附加优化参数。

2 eNB自规划流程设计

2.1 小区之间协调流程图

eNB对小区内的业务量状况进行实时监控。判断基站实时业务量Ts是否超过溢出门限值Tst,如果没有超出,则继续监控;如果超出,则判断源基站发射功率Ps是否达到功率最大门限Pst,如果没有到达,则调整发射功率来增大该基站业务量的上限;如果功率已经为最大门限值,则判断基站的天线仰角As,看As是否已经到达天线仰角最小门限Ast,如果没有则降低天线仰角从而使小区覆盖范围减小,最终减少小区业务量。如果基站功率和天线仰角都已经不可调,则向相邻基站求助,分析小区内哪些区域的业务量较大,向与这些区域相邻的小区发送请求分担业务量(Request to Share the Traffic,RST)信令。

图1 小区之间协调流程Fig.1 Coordination flow between cells

2.2 小区接收到RST信令的处理流程

基站接收到相邻小区发送的RST信令,判断小区内现有业务量Tt是否超出分担门限值T′tt,该门限值应小于小区业务量溢出门限。如果超出,则发送不予以分担(Not Sharing the Traffic,NST)信令给源小区;如果没有超出,判断如果予以分担,则分担之后的业务量T=Tt+Tss(Tss为源小区要求目标小区分担的业务量大小)是否超出小区业务量溢出门限值Ttt;如果超出,同样是发送不予以分担(NST)信令给源小区;如果没有超出,则判断与源小区相邻的扇区的功率Pt和天线倾角At是否已调整至极值点Ptt和Att,如果没有则调整功率、天线倾角等参数,扩大小区覆盖范围来分担源小区的业务。如果已调整至极值点,则发送不予以分担(NST)信令给源小区。

图2 基站应答RST信令的处理流程Fig.2 Processing flow of ENB responding the RST signaling

2.3 基站接收到NST信令后的处理流程

图3 基站应答NST信令的处理流程Fig.3 Processing flow of ENB responding the NST signaling

基站接收到相邻小区发送的不予以分担(NST)信令,由于小区覆盖范围的调整需要一定的时间,因此需要一定的时间来等待调整的完成。等待过后,判断基站总体业务量Ts是否仍然超出其门限值Tst,若没有超出,则表明已经有相邻小区分担了该小区的部分业务或者该小区自身业务量迅速缩减至小于基站溢出门限值的范围之内,则无需建立新的基站,至此程序终止。若此时业务量仍然溢出,那么再通过历史信息判断是否符合建立新的基站的条件,如果历史信息表明业务量是逐步增大直到溢出的,则说明业务量是稳步上升的,一般不会在短期内迅速缩减,因此符合建立一个新的基站的历史条件;如果历史信息表明业务量是迅速增大至某一溢出值的,则说明它可能也会在短期内就迅速缩减至溢出门限值以内的范围,因此不符合新建一个基站的历史条件。若符合历史条件,则根据业务量的分布计算出新建基站的位置。

3 性能评估

3.1 评估方案

引进一个新的eNB后,理论上会对整个网络的业务分配有所影响,其中对相邻基站的业务量影响最大,对次相邻基站的影响次之,对更远一些的基站的影响更小,当距离趋近于无穷远时,影响也最终减小到无穷小。其中距离的计算并不仅仅与实际的空间距离有关,还跟基站的数量、基站的分布情况、当地的地形等都可能有关。鉴于其它因素的不固定性和复杂性,我们只考虑距离d一个参数。另外,由实验表明,一个新建的基站只对它相邻的基站影响较大,对次相邻的基站也有一定的影响,对再远的基站的影响很小,可以忽略,因此我们在评估时只考虑对与新建基站相邻基站以及次相邻基站的影响。

我们把对于相邻基站所分的业务量表示为

对于次相邻基站所分的业务量表示为

3.2 结果分析

为了分析SON基站自规划算法的性能,我们考虑如图4所示的一个区域,该区域有12个小区,每个小区都是一个L=1000 m的正六边形,该区域的业务量分布如图5所示,具体业务量大小见表1。

图4 小区编号Fig.4 Cell number

图5 新建基站之前的业务分部图Fig.5 Distribution of traffic before the establishment of new eNB

效益函数中的参数值为:A1=50,A2=8,a1=2.357,a2=0.817,b1=0.6,b2=-1.84,L=1000,且归一化为 1,另外,为简便起见,我们设Q′i=Q′j=94。1号基站的坐标为(5.000,1.732),2号基站的坐标为(7.000,1.732),其它基站坐标可依照正六边形依次算出。设基站的溢出门限值 Tst=110,则基站2和3业务量溢出,假定基站2和3符合新建基站的所有条件,即基站2和3都运行到上述流程的最后一步。很容易确定与基站2相邻的基站中1和3的负载较重,与基站3相邻的基站中1和2的负载较重,因此新建基站的位置应该在基站1、2、3之间,基站1～3为新建基站的相邻基站,基站2～12为新建基站的次相邻基站,且N=3,K=9。对该区域内所有的坐标点进行扫描计算,每个点都计算出其对应的效益函数值,其中效益最大的坐标点就是新建基站的位置所在。实验得出新建基站的坐标为(6.4,2.772),新建基站之后的业务分布图如图6所示。

表1 小区业务量变化Table 1 Changes of the cells′traffic

图6 新建基站之后的业务分部图Fig.6 Distribution of traffic after the establishment of new eNB

由图5图6可以看出,新建基站使得该区域的业务量分布平缓很多。从表1可以看出,基站2和3的业务量溢出的问题也得到解决。新建基站之前的效益 u=123.1742,新建基站之后的效益减小到33.359,由此可见在该点新建一个基站不仅能够解决业务量溢出的问题,而且还可以使该地区的负载达到更均衡的状态。

本文考虑的是业务量溢出和新建基站的情况,在下一步的研究中将考虑负载过轻和撤销基站的情况。

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[5]3GPP TS 32.501,T elecommunication management;Self-configuration of network elements;Concepts and requirements[S].

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