一種大帶寬低時延業務的4G 網絡承載優化方法研究*

夏龍根

（中國移動通信集團廣東有限公司佛山分公司，廣東 佛山 528000）

0 引 言

在目前5G 大規模商用初期，5G 網絡的覆蓋還不夠完善，而一些政企類項目提出的業務需求已接近5G 業務指標要求，我們稱之為“類5G 業務”，如即時高清視頻監控、即時高清視頻回傳、大帶寬企業專線等[1]。由于技術體制的缺陷，這些業務在4G 網絡上承載效果不佳，客戶的感知體驗很差，網絡優化也很難取得明顯的效果。現行的普遍做法是，運營商在取得類似項目標的后，不計成本搭建“專網”來滿足客戶需求，項目的投資收益比很低。

本文從一個案例出發，總結和研究在不做額外站點建設、不影響大網用戶正常網絡使用的前提下，通過“軟優化”實現在當前4G 網絡承載高清視頻回傳業務的優化的方法。

1 問題描述

本文所述案例為一則視頻采集設備利用4G 車載終端實時回傳高清視頻系統，系統通過車載視頻采集設備采集數據，利用4G 終端模塊發送數據，通過中國移動物聯網CMIOT 再將數據傳送到客戶的視頻平臺[2]。項目整體框架如圖1 所示。

圖1 車載視頻回傳項目邏輯框架

車載視頻采集設備將3 路攝像頭數據，通過編碼合路，借助4G 模塊通過上行通道將數據發送到基站。上行通道速率2 mbps 以上。數據通過基站轉發CMIOT 專網，通過PTN910 交換機轉發的到車載路由，最后經由交換機到客戶側視頻平臺。由于視頻要求實時回放，視頻從車載采集到客戶平臺播放的端到端時延必須控制在100 ms 以內，超過100 ms 容易卡頓或者掉線。

結合視頻采集回放和ping 包測試發現，當ping包時延超過300 ms，容易視頻掉線；當ping 包時延在100 ms 以上時，視頻容易出現卡頓；ping 包時延在100 ms 以下，視頻感知流暢，如圖2 所示。

圖2 車載視頻系統ping 包測試結果

圖3 占用FDD/TDD 小區的時延差異

從客戶端看，如圖3 客戶端截圖，視頻卡頓及掉線均由丟包引起。當終端占用到TDD 小區時，ping 時延普遍超過100ms，視頻將出現丟包漏失采集信息的情況；而占用到FDD 小區時，ping 時延在50～80 ms 之間，不易出現丟包情況。

理論上，FDD 空口時延要比TDD 時延小，干擾低的時延要比干擾高的時延小。干擾大會增加包重傳次數，增加端到端時延；而FDD/TDD 時延區別在于LTE 采用的HARQ“等?！边M程模式，如圖4 所示，下一個數據包傳遞之前必須等待上一個數據包的接收確認（ACK/NACK）。從技術體制上看，FDD 是上下對稱頻譜，上行和下行頻分雙工，因此上下行數據發送完成馬上就可以反饋，等停時間較短；而TDD 是時分雙工，目前LTE-TDD 的時隙配置SA2（DL：UL=3:1，還有兩特殊子幀，如圖5 所示）[3]，下行數據發完之后一定要等到下一個上行時隙，而且由于上行時隙時隙較少，TDD 反饋平均等待時間要高于FDD。而當小區用戶增加時，由于上行時隙調度問題，時延還要增加。

圖4 LTE 網絡RTT 時延示意

圖5 TDD 網絡上行時隙資源配置

2 優化舉措及成效

從問題特征看，要實現本案例車載視頻流暢不卡頓不斷線，網絡必須具備以下條件：

（1）車載經過的道路沿線具有FDD 連續網絡覆蓋，圖6 為沿線FDD 站點分布。

（2）車載終端僅占用FDD 小區，而不占用TDD 小區。

（3）道路沿線FDD 小區負荷不能太高，即普通用戶基本在TDD 小區。

（4）道路沿線FDD小區覆蓋理想，信號質量好。

以下優化舉措圍繞上述4 點因素展開。

圖6 道路沿線站點FDD 覆蓋圖層

2.1 道路沿線FDD 站點分布

從站點分布圖層看，道路沿線均有FDD-1800站點，且道路鎖頻測試基本能夠實現連續覆蓋。說明道路沿線FDD 站點覆蓋沒有問題，無需額外部署新站。

2.2 車載終端與普通用戶分流

引入SPID（Subscriber Profile ID）功能，在測試卡所在HSS 對車載號碼定義SPID 值，以區分普通用戶和車載用戶。本案例設置車載用戶為SPID=5。

同事在核心網側需要修改及開啟s1_include_spid_in_dl_nas_transport 功能，基站開啟基于SPID的移動性管理策略，從而實現基站對車載號碼的識別，將來自SPID=5 的號碼設置獨立的QCI17，以保證無線資源的優先分配。

完成SPID 配置后，基站在識別SPID=5 的車載終端后，單獨對其下發有別于普通用戶的差異化重選切換策略，將沿線FDD 小區優先級調整為7，TDD 小區優先級調整為4，與普通用戶區分開來。

表1 車載終端差異化重選切換策略設置

通過SPID 設置，車載終端在接收到差異化的RRC 消息后，將FDD-1800 小區（頻點1300）視為優先級最高的小區（優先級為7）[4]，如圖7 所示，優先駐留FDD；而普通終端將FDD 視為一般優先級小區（優先級為4），將TDD-D 頻小區視為最高優先級小區。

由于車載終端和普通終端對小區優先級策略不同，從而實現車載終端優先占用FDD 小區，普通終端優先占用TDD-D 頻小區。由于普通終端優先占用TDD 小區，FDD 小區資源也得到了騰空，進一步降低了用戶承載車載終端的FDD 小區負荷，實現FDD/TDD 間的負載均衡。

圖7 SPID 策略下車載終端接收的RRC 配置小區

在基站側，從后臺流量統計看，自SPID 部署后，QCI17 的上下行業務流量開始增長，其中上行流量高達5 GB/15 分鐘，明顯大于下行，如圖8 所示，與車載終端視頻上傳為主的業務特性相符，說明SPID 策略生效。

圖8 車載終端流量上下行流量統計

2.3 道路沿線FDD 覆蓋優化

道路沿線優化主要在于控制鄰區覆蓋，降低同頻干擾。

沿線基站均安世友工業園DC-EFH 為美化水桶，天線打向及天面位置未處于路段覆蓋最佳位置，阻擋較嚴重，導致覆蓋效果差。測試發現，在世友工業園附近路段存在信號弱覆蓋及其引起的明顯質差。

其測試覆蓋SINR，如圖9 所示，由圖可見這段區域有較多的弱覆蓋和質差持續路段，部分路段SINR 在-20 dB 以下，信號感知較差。

圖9 世友工業園附近路段存在信號弱覆蓋及質差

為此，制定佛山順德均安世友工業園DC-EFH天面整改優化方案：

將佛山順德均安世友工業園DC-EFH 站點2小區和3 小區拉遠，遷至靠近新路線路段一側天面（113.149 357，22.691 289），在天面靠路邊兩側角落新立2 根4 米桿，2 小區打向50 度，3 小區打向195度，以加強覆蓋效果，天面整改對比如圖10所示。

圖10 天面整改效果圖

優化后，弱覆蓋明顯路段消失，質差明顯路段消失，新路線全路段測試良好，SINR 和RSRP 覆蓋圖如圖11 所示，可知有明顯好轉，測試終端上傳速率在18 至45 Mbps，平均速率為32 Mbps。

圖11 優化后的RSRP 和SINR 復測圖

從后臺信令監測速率來看，小區峰值流量達到79.95 mbps，如圖12 所示各臺車載終端視頻信號流暢無卡頓或斷線。項目感知良好。

圖12 后臺監控小區實時速率

3 結 語

通過SPID 技術對車載用戶標定標簽，實現車載終端與普通用戶的FDD/TDD 網絡分流，在不額外新建站址的前提下，解決了FDD/TDD 的4G 混合組網環境下對大帶寬、低時延業務的有效承載，并達到業務要求的各項指標。

本文主要在于對定制用戶的有效識別、合理分流，充分發揮FDD 低時延高速率、TDD 大帶寬資源豐富的特點，提升了集團業務的客戶感知，改善了對類5G 業務在4G 網承載的保障方法，供各位同行參考。