LTE下行頻率選擇性調度研究

陳浩凱

(中國移動通信集團廣東有限公司深圳分公司，廣東　深圳　518026)

LTE下行頻率選擇性調度研究

陳浩凱

(中國移動通信集團廣東有限公司深圳分公司，廣東深圳518026)

摘要:LTE系統引入下行頻率選擇性調度(Downlink Frequency Selective Scheduling，DL-FSS)用于盡可能避開衰落和干擾。抽取26個小區作為實驗樣本，通過指標分析和外場測試，研究下行頻率選擇性調度所帶來的增益、資源投入以及影響，同時分析DL-FSS增益與激活用戶數的關系。最后，針對研究結果提出了DL-FSS實施的建議以及總結梳理DL-FSS的增益原理。

關鍵詞:頻率選擇性；調度；每PRB吞吐量

LTE系統采用了共享信道的機制，為了更加有效地利用和分配共享資源，需要在不同用戶之間進行調度[1]。無線環境中，信號在蜂窩基站與移動臺之間的傳播通常是直射、反射和繞射等多種路徑混合組成的多徑傳播。多徑效應帶來的信道衰落，可分為平坦衰落和頻率選擇性衰落。越復雜的環境，譬如中心城區，無線傳播產生的路徑越多，頻率選擇性也越明顯。另一方面，相鄰小區間存在同頻干擾，但各子帶上的干擾功率并不相同。在LTE系統中，下行頻率選擇性調度(Downlink Frequency Selective Scheduling，DL-FSS)可以利用子帶信道質量指示(Channel Quality Indicator，CQI)的上報和調度盡可能地避開衰弱和干擾。

目前，對DL-FSS實驗研究較少。參考文獻[2]通過某小區的外場測試信令分析，表明DL-FSS可以實現用戶在較好的資源塊(Resource Block，RB)上接入。參考文獻[3]通過外場測試的方法對某小區的吞吐量進行DL-FSS、下行頻分調度(Downlink Frequency Diversity Scheduling，DL-FDS)對比。但到目前為止，尚未有文章通過對群體小區進行DL-FSS的完整性實驗指標分析，研究其帶來的增益、資源投入與影響。本文抽取26個小區作為實驗樣本，通過指標分析和外場測試，研究下行頻率選擇性調度所帶來的增益、資源投入以及影響，同時分析DL-FSS增益與激活用戶數的關系。最后，針對研究結果提出了DL-FSS實施的建議以及總結梳理DL-FSS的增益原理。

1DL-FSS工作原理和實驗研究思路

1.1工作原理

目前下行調度方案通常分為兩種，DL-FSS和DL-FDS。DL-FDS是基站通過用戶的全帶CQI上報等計算用戶的優先級，按照用戶的調度優先級，從低頻段向高頻段依次向其分配下行資源。DL-FSS則是基站采用用戶上報的子帶CQI進行各子帶調度優先級的計算，按照其子帶優先級依次進行調度，盡量使用戶分別在各自信道質量最好的子帶上調度。總之，DL-FSS實際上是通過更多的子帶信息量進行更精細的調度以獲取頻率選擇性增益。DL-FSS涉及兩個重要的模塊，分別是子帶的劃分和子帶CQI的上報。對于20 Mbit/s帶寬，協議上已規定采用8個物理資源塊(Physical Resource Block，PRB)為1個子帶[4]。用戶則針對不同的子帶進行子帶CQI上報。

1.2研究思路

1.2.1后臺指標分析

實驗通過抽樣26個小區(17個宏站、9個室分)為群體樣本實施DL-FSS，并讀取前后兩周的后臺指標以進行如下分析：群體樣本的增益與關鍵指標變化、資源投入、增益與激活用戶數的關系以及宏站、室分增益指標對比等。

1.2.2外場測試分析

實驗通過在群體樣本中抽取一個小區進行外場測試，主要分析DL-FSS對“好”“中”“差”樣本點的性能影響；以及驗證DL-FSS是否會對“好點”個體下載速率造成負面影響；驗證周邊小區50%負載加擾情況下的增益提升。

2實驗研究結果

2.1群體樣本的初步分析

通過兩周的觀測，將后臺主要指標分為三類列表對比(見表1)。首先，第一類指標是體現DL-FSS增益的指標。如表1所示，每PRB吞吐量，高階調制比例以及下行吞吐率均有較大的提升。其次，第二類是體現DL-FSS資源投入的指標，如表1中的物理上行共享信道(Physical Uplink Shared Channel，PUSCH)非業務占用PRB數提升了23%，物理上行鏈路控制信道(Physical Uplink Control Channel，PUCCH)占用PRB小幅度上漲，上行速率輕微下降。

最后，第三類是現網的關鍵性指標，主要用于判斷其是否會受到DL-FSS的影響。如表1所示，無線接通率、掉線率和切換成功率均基本保持穩定，丟包率則有小幅度的下降。結合以上的初步指標分析，可輸出初步的結論：DL-FSS一方面可以提升CQI，從而降低丟包率，提升高階調制占比、提升每PRB吞吐量以及下行吞吐率，但另一方面也會使得PUSCH和PUCCH的資源占用有所增加。

表1DL-FDS/FSS性能對比

指標分類對比項DL-FDSDL-FSS變化率/%第一類每PRB吞吐量/kbit0.2530.2654.7464QAM比例/%31.4833.97.6816QAM比例/%22.1423.345.42QPSK比例/%46.3842.76-7.8第二類下行吞吐率/(Mbit·s-1)10.3911.177.51上行吞吐率/(Mbit·s-1)1.431.42-0.7PUSCH非業務占用PRB數8.8510.9123.34PUCCH占用PRB數11.1611.270.99第三類下行丟包率/%7.405.90—無線接通率/%99.8699.80—無線掉線率/%0.100.13—切換成功率/%99.4999.66—

2.2群體樣本的深入分析

群體樣本的深入分析，主要探討的是樣本小區的資源投入變化，增益與激活用戶數的變化規律探索等。圖1中所有小區的PUSCH和PUCCH的PRB數相對于DL-FDS的增長比繪出，從中發現幾乎所有小區的PUSCH的資源均有所增長，但PUCCH資源的增長與減少的小區數約各占50%。結合前面的群體指標的初步分析結論，可以進一步斷定，DL-FSS主要影響的還是PUSCH資源投入增加，而對PUCCH資源的影響較小。

圖1　樣本小區資源變化分析

圖2探討每PRB吞吐量DL-FSS增益和下行激活用戶數(注：1 ms采樣周期)的關系。

從圖2中發現，bit/PRB DL-FSS增益和下行激活用戶數并未呈現明顯的變化規律，但是若下行激活用戶數過小會出現增益不穩定的情況。由此得到結論，

圖2　每PRB吞吐量DL-FSS增益與下行平均激活用戶數關系

在DL-FSS實施前，可通過下行平均激活用戶數來實現是否有穩定增益的初步判斷。

2.3群體樣本的場景分析

在場景的分析中，本文主要探討宏站和室分場景的關鍵指標變化，從而探討下載速率的提升問題。表2將宏站室分的DL-FDS/FSS指標一一列出，可從中發現最明顯的區別在于高階調制占比。宏站的調制占比主要是QPSK，均值在52%左右，而室分的調制占比主要是64QAM，均值在59%左右。

表2宏站/室分的DL-FDS/FSS指標對比

類別每PRB吞吐量/kbit64QAM比例/%16QAM比例/%QPSK比例/%下行吞吐率/(Mbit·s-1)宏站FDS0.24622.8224.1553.039.30宏站FSS0.26024.5123.9951.5010.24室分FDS0.26858.4615.8625.6814.27室分FSS0.27659.4021.5619.0414.06

圖3是將宏站、室分的DL-FSS相對DL-FDS的提升比以柱狀圖繪出，可發現，宏站主要是提升64QAM的占比并且下行吞吐率有一定提升。而室分主要是提升16QAM的占比，但下載速率卻有所下降。此處的結果和上文的群體樣本初步分析結論出現矛盾。從表2和圖3中的現象猜測，是否是室分高階調制占比較高，SINR值好，所以下行吞吐率難以提升？為了進一步驗證此處猜想，本次實驗接著進行了個體樣本的外場測試。

圖3　不同場景DL-FSS指標提升比分析

2.4個體樣本的測試分析

個體樣本實驗選取一個LTE宏站小區，測試過程中分別選取了“好”“中”“差”點進行FTP測試。從測試結果(圖4)中發現，“好”點由于物理下行共享信道(Physical Downlink Shared Channel，PDSCH)資源的占用減少，下行吞吐率的確有明顯下降，而“中”“差”點則有明顯的上升，并且環境越差，提升比例也越高。另外，在周邊小區50%負載加擾的環境下，DL-FSS的增益是仍然存在的。

圖4　花園小區-HLH-1 DL-FSS分析

3實施建議與總結

3.1實施建議

首先，建議選擇“小區下行平均激活用戶數>0.08”的宏站小區實施DL-FSS，可獲得較穩定增益。對于室分小區，若期望提升小區下行吞吐率則不建議實施DL-FSS；若期望提升邊緣用戶感知則建議實施，但較大概率會降低該小區下行吞吐率。其次，本方案應用前，應主要觀測PUSCH利用率情況，根據實驗經驗值，開啟后PUSCH非業務PRB會提升23%左右，可提前做好評估。最后，本方案應用后，由于無線環境的不確定性，難以在實施前做準確效果預判，因此應觀察3天的指標情況，對于每PRB吞吐量無明顯提升的建議關閉DL-FSS。

3.2增益總結

結合上文分析，如圖5所示，DL-FSS是可以通過CQI的提升改善性能，但其增加PUSCH/PUCCH的資

源占用對下載速率也會造成影響，兩者相互權衡。但從改善邊緣用戶感知為出發點，本文仍然建議根據上文的實施建議開啟DL-FSS，提升客戶滿意度。

圖5　DL-FSS增益總結

參考文獻：

[1]王映民.TD-LTE技術原理與系統設計[M].北京：人民郵電出版社出版，2010.

[2]陳國忠.LTE頻率選擇性調度研究和分析[J].電信技術，2014(5)：47-49.

[3]饒志華，湯冠軍，陳彥.TD-LTE主要功能—下行頻率選擇性調度(DLFSS)測試研究[J].中國新通信，2014(11)：114-115.

[4]3GPP TS 36.213，Physical layer procedures[S].2008.

Study on downlink frequency selective scheduling in LTE system

CHEN Haokai

(ShenzhenBranch,ChinaMobileGroupGuangdongCo.,Ltd,GuangdongShenzhen518026,China)

Abstract:To avoid the fading and the interference mentioned above, in LTE system, the downlink frequency selective scheduling (DL-FSS) is introduced. Through the analysis of the key performance indicators and the field experiment, 26 cells are selected as the experimental samples to study the gain, cost and the influence of DL-FSS. At the same time, the relationship between the gain of DL-FSS and the number of active users are analyzed. Lastly, based on the analysis, the theory of the gain for DL-FSS is obtained. And the suggestions for the implement of DL-FSS are presented.

Key words:frequency selective; scheduling; throughput in each PRB

中圖分類號:TN929.5

文獻標志碼：A

DOI：10.16280/j.videoe.2016.02.018

作者簡介：

陳浩凱，碩士，主要研究方向為LTE網絡規劃、網絡優化以及LTE-A Relay技術。

責任編輯：許盈

收稿日期：2015-08-06

文獻引用格式：陳浩凱. LTE下行頻率選擇性調度研究[J].電視技術，2016，40(2):93-95.CHEN H K. Study on downlink frequency selective scheduling in LTE system[J].Video engineering，2016，40(2):93-95.