TD-LTE中组播广播单频网动态域配置研究

信息通信

INFORMATION & COMMUNICATIONS 2018

(Sum. No 182)

TD-LTE中组播广播单频网动态域配置研究

张浩，何丹霞

(国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东广州51530)

摘要：针对目前组播广播单频网静态区域配置频谱利用率低的问题，提出一种基于贡献度的动态组播广播单频网区域

配置算法。该算法通过计数过程统计各个小区中的组播用户数，根据存在组播用户的小区在单频网中的地理分布，将小 区进行分类。为了减少干扰，单频网中心小区无条件开启组播广播单频网传输模式。对边缘小区，依次检验组播用户数

是否大于门限值，大于则开启组播广播单频网传输模式；否则进行贡献度计算，根据是否有贡献来决定开启或关闭该小 区的组播广播单频网传输模式。通过仿真验证,在覆盖率大于95%时，文章所提算法的组播有效信噪比与传统的静态配 置方式基本保持一致,而频谱利用率提高了 30%。

关键词：TD-LTE;多媒体广播/组播;单频网；动态小区配置;贡献度中图分类号:TN911.22 文献标识码:A 文章编号：1673-1131(2018)02-0193-04

0引言

TD-LTE中定义E-MBMS来为群组提供多媒体业务，接 入网采用多媒体广播单频网传输模式（MBSFN)[1_a。目前， 3GPP在TD-LTE中定义的MBSFN区域配置方式有两种：静

态和动态w]。静态配置是指在业务进行过程中，不根据用户 的变化而动态地调整单频网区域。动态配置为根据用户的分 布而自适应地重新配置单频网区域，因此动态MBSFN可以节 约系统资源和提高系统频谱利用率。所以，有必要对动态 MBSFN配置方式进行深入的研究[7]。

目前对于MBSFN单频网的动态组网方式业内已经有一 些研究成果。杨晓东等人提出一种基于目标小区位置的动态 调整组播组播网络区域的方法®;张涛等人提出一种基于相邻 小区中存在的E-MBMS用户总数来对MBSFN进行动态域管 理' 这两种配置算法复杂度较低，信令开销相对较少，但是 它准确性不高。N. F. Tuban等人提出一种基于基因遗传算法 的动态单频网配置算法[1°]，它以牺牲一定的覆盖换取系统性能 最优的配置算法，算法复杂度较高。以上算法都没有考虑目 标小区对单频网的贡献因素，因此提出一种基于贡献度的动 态多媒体单频网动态配置算法。

图1 MBSFN网络配置

传播时延定义为=

C

c为光速。文献[11]中指出，

在给定的传播时延内，SFN信噪比增益权值函数为：

〇,r<-7；

1 +—

L

7* ^ r < 0

1 --~~^^-jTcp< Tcp + Tm0, otherwise

(1)

1 MBSFN系统模型

考虑一个由个小区组成的TD-LTE单/组播混合系统，

每个小区中有U个用户。其中N,ft个小区组成一个单 频网络C，N,ft个基站在同一时间同一频率下发同一组播业务。 假设单/组播时隙采用固定比率为0.1的分配方式。

式中，T„为有用信号帧长，Tq为循环前缀长度。为了简化

分析模型，将最先到达UE的信号当作基准信号，以后到达的 信号均是在它的基础之上进行合并，因此可以略去上面权值 函数的负值部分，简化后的权值函数为：

\\yd<,T 1.1给定点上UE接收信噪比的计算

图1为MBSFN网络配置，目标小区0中一组播用户u，

它与本小区服务基站间的距离为^这里要分析的是距离此用 户r,的MBSFN小区对此用户接收信噪比的影响。在单播系 统中，这个信号被看成一个纯干扰信号，而在MBSFN方式下, 传播时延没有超过循环前缀(CP)长度的部分，都对信号起增 益用,超过循环前缀的部分则会对接收信号造成干扰'

co(t) =1 --~^^-yTcp < Tcp + Tu

⑵

OyOtherwise

由于多径传输，信号通过P条不同的路径到达接收端，同

时多径时延引起的快衰落也是影响SFN信号合并的重要因 素，在上面的权值函数中还应考虑多径时延。因此在组播小 区i中用户j在资源块k上的信噪比为：

sim(itj，k、=其中：

mtN^, p^O

(3)

(3a)

193

信息通信

P^= I tp-\\

(l-®(r.(P) + ^))/,.'(P)G：.»(P)

p

(3b)

^

= ZZih-l

^(^o>)p：w+

S

(3c)

式中，Pmbspn表示单频网内用户j接收到的有用信号功率;

表示来自单频网内部的干扰;代表单频网内小区受到 单频网外相邻小区之间的干扰;为噪声功率。

W(*)和乂(*购取值〇和1,代表TD-LTE系统小区H1中 资源块k所在的时隙上下行分配情况，取1时分别代表小区 m中将资源块k分配给下行和上行，

?>；：(〇代

表资源块k对用户的分配情况，取值为0和1,取1表示小区 m中将资源块k分配给用户u,满足

假设信号经过P条不同的路径到达接收端,8P为多径P额 外增加的时延；为m小区中资源块k上第p条路径的平 均发送功率，其模拟为瑞利随机变量;穴,(/〇为m小区资源块k 第p条路径到用户j的信号增益;为小区m中上行用户u 在资源块k上的发射功率[1214]。

1.2频谱效率

在本文中，从频谱效率的角度来评估动态MBSFN配置方 式的性能，而频谱效率直接相关于所选择的调制编码方式 (MCS)。在MBSFN传输模式中，为了确保所有的用户均能 正确接收到组播业务数据，将根据所有用户中信噪比(SINR) 最差的用户来选择调制编码方式。因此，定义MBSFN模式下 其平均频谱效率和吞吐量分别为式(4)和式(5):

E E 離》，〇

及=S Z取,•）

(5)

式中,远单位为比特/赫兹/基站，代表平均每小区的频谱

效率;R为整个系统总的吞吐量。R(m,i)为小区m中用户i的 传输速率，B为系统带宽。

2动态MBSFN

2.1问题描述

MBSFN以蜂窝通信系统中的小区为单元组成单频网， 作为组成单元的小区，开启或关闭单频网传输模式会对整个 单频网的用户造成影响，即MBSFN的域特性情况。不应将 “SFN孔洞”小区用于发送其他的单播业务，SFN孔洞小区是 指单频网内部不存在接收用户的小区'同时，为了不对SFN 域内的接收造成影响,SFN周边的小区应该设置相应的保护/ 隔离机制。因此单频网传输消耗的频谱资源不仅包含单频 网内部小区还包括保护带内的小区。由于单频网内不同的 用户分布会造成部分不必要的保护小区资源预留，导致整个 系统的频谱利用率不高。基于此，本文提出一种基于贡献度 的MBSFN动态区域配置算法,允许对SFN没有贡献的小区 使用单频网所使用的时隙传输单播业务，避免了盲目的保留 资源。

2.2算法步骤

它主要分为两步来完成动态区域的配置，小区分类和贡 献度检验。算法实现如下：

194

张浩等:TD-LTE中组播广播单频网动态域配置研究

第一步:小区分类。①

每一轮SFN域重新部署均以上一轮SFN域和其相邻

小区为MBMS订阅UE统计过程的目标域。

② 根据计数过程和小区的地理位置，得到小区簇统计结

果a类、P类、•/类，定义如下：

a类:{屯由,…}存在回应UE的中心小区，必须开启单频网 发送模式。

陕:PH^PV\UE的边缘小区,可有条件地选 择通过PTP或者SFN承载方式发送组播业务。

•/类:•Hy1,yv\P类小区的邻小区(没有UE回应)。出于 对SFN区域中下行宏分集增益的考虑，可基于贡献选择性的 参与MBMS业务的发送。

③

依次遍历P类小区&中接收用户数是否大于门限值k,

大于则开启单频网传输模式;否则更新小区集。 采用SFN传输模式时，整个组播时隙在全小区内下发组播业 务，相比于用PTP承载方式，当接收组播业务的用户较少时， SFN将会浪费更多的无线资源，因此设置一个优化用户数门 限值k。

第二步:贡献度检验。

(1)依次对Y类小区中1,2-,进行贡献度检验。具体 算法为：

① 不开启此小区的单频网传输模式，计算整个系统的有 效信噪比，式(3)的最小值。

= min SINR(i,M)

/ e (a u /?),； e (1,2...^{=1

u,),ke (1,2...AT„)

(6)

② 将目标小区Yi配置为单频网传输模式，重新计算整个单 频网新的最低有效信噪比值。

③ 比较S/A7^ 和 S/M^,如

果

此

小区对整个系统有增益，则更新为了避免乒 乓效应重复地修改目标小区的发送模式，可选择地设置一个 增量余量值YiA，当^™+ A时开启该目标小区的单 频网

传

输

;A时关闭当前小区的单频网传输模

式。

⑵开启对MBSFN进行系统级建模验证所提动态配置算法，关键 仿真参数见表1[15_16]。

表1系统仿真参数设定

参数名称设定值

网络结构

19个正六边形小区，毎小区三«区

初始MBSFN用户驻留区域

内部7个小区<2丨）个扇区MBMS用户分布

210个用户_机分布

站间距1000m

传播模塱L-1211-f37.61og,,(R)

带宽/载《

5M/2000MHZUE移动速率

3.6(km/h)

仿真初始用户分布为内部7个小区(21个扇区)中随机分 布210个用户，在每个TTI中UE随机移动，设定单组播转换 门限值为5。外围一圈小区在传统动态配置算法中出于宏分 集和增益的考虑，参与MBSFN业务的下发;在所提算法中，外

信息通信

围小区基于贡献决定是否参与MBSFN业务的下发，不参与下 发的小区可以利用此组播时隙发送其他单播业务。

图2分别给出了静态MBSFN配置方式、传统有保护带的 动态MBSFN配置方式和本文所提基于贡献度的MBSFN动 态配置方式中组播用户接收信噪比的分布情况，图4给出了 三种不同配置方式下整个系统的平均单小区频谱效率。从图 3可以看到，半静态配置方式的用户接收信噪比分布最好，85% 以上的用户信噪比值大于15dB;其次是传统动态配置方式， 72%以上的用户信噪比值大于15dB;本文所提基于贡献度的 配置算法和传统动态配置算法基本保持一样，大约69%以上 的用户信噪比值大于15dB。半静态配置方式不考虑用户的分 布情况，不管小区里有没有用户均全网内下发MBMS业务数 据，因此接收用户能获得较大的宏分集増益，接收信噪比较高， 由此可知获得这一增益是以牺牲无线空口资源和功率资源为 代价的，从图3可以看到，它的平均频谱效率最差。传统动态 配置算法SFN区域周围留一圈保护带小区，这些小区组播时 隙上不能发送其他单播业务;而本算法中，首先对边缘小区(有 接收用户）从PTP和SFN承载方式选择最经济的承载方式， 然后对传统配置方式中的保护带内小区进行贡献度检验，有 贡献则打开SFN发送，没有则不参与SFN业务的发送，因此 可以节约没有贡献部分小区的无线频谱和功率资源，从图4可 以看到基于贡献度的配置算法平均频谱利用率要高于传统动 态配置算法。

图2 MBMS用户SINR分布

4结语

群组间通信是未来的一大热点技术,3GPPR12中将其作

张浩等:TD-LTE中组播广播单频网动态域配置研究

为主要的研究点之一，如何利用最经济的资源获得最大的效

益是群组通信的目标。3GPP R11定义的&MBMS作为R12 中备选的群组通信技术，己有很多学者从分层编码、多基站协 作、终端协作传输和动态MBSFN区域配置来优化E^MBMS 的系统性能。本文提出的基于贡献度的动态MBSFN g域配 置方式可以获得较高的频谱效率，节约不必要的资源浪费。仿

真表，观 所提配置方式下接收用户的SINR分布相近于传统动 态配5消a置方式,同时能有效地提高平均频谱效率。参考文献：

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tems[C]..Wireless>

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195

2018年第2期 (总第 182 期）

信息通信

INFORMATION & COMMUNICATIONS 2018

(Sum. No 182)

RRC并发用户数配置模型分析

赵永强，王琰

(中国联通武汉分公司，湖北武汉430014)

摘要:现网RRC资源合理配置对用户感知和投资效能来说至关重要。文章总结RRC开销与资源配置之间关系，推导得

到配置需求模型。经过复验，证明根据该模型配置RRC资源可以均衡资源使用效率与拥塞控制，满足网络需求。

关键词：网络开销；资源配置;RRC连接平均数;RRC连接最大数

中图分类号：G250.74

文献标识码:A

文章编号:1673-1131(2018)02-0196-02

Abstract:The rational allocation of RRC resources in current network is so important for user perception and investment effi­ciency. In this paper, the relationship between RRC resources overhead and resource configuration is summarized, and a model for resource allocation is derived. After reinspection, it is proved that using this model to configure RRC resources can balance the relationship between the resource utilization and network congestion, and meet the demand of the network.

Keyword:network overhead; resource configuration; average number of RRC connections; maximum number of RRC connec­tions

i

概述

面对4G用户和流量的迅速增长，怎样合理配置4G网络

均数”为720次采样的算数平均值,“RRC连接最大数”为720 次采样的最大值。2.2 RRC资源受限影响

资源，以最合理的投资满足用户需求成为网络优化重点。本 文根据实际工作经验，总结现网RRC资源开销与RRC连接 最大用户数之间的关系，建立模型并验证。结果表明,使用该 模型评估网络需求，可合理均衡资源使用率与拥塞控制。2 RRC资源配置及开销 2.1 RRC资源配置情况

目前4G网络RRC并发用户数受license，一旦并发

用户超过配置License上限,就会接入受限，具体表现为： 在用户感知上，当空口资源受限时,用户感知有信号但上 网慢;而当RRC接入受限时，用户感知有信号无法上网，同时 语音主被叫均无法接通,会回落2/3G。

在KPI表象上，RRC接入受限后，受app自动重连接影 响,RRC建立成功率会雪崩式下滑。2.3 RRC现网开销

由于RRC资源为基站独享，站内小区共享，需按基站最 大开销统计RRC资源需求。统计每天基站最大“RRC连接平 均数”（RRCaverage_DAYMAX)和“RRC连接最大数” (RRCmax_DAYMAX),全网“RRC连接平均数”为所有基站的

RRC连接数基本步长为20个，即license可配置RRC连

接数必须是20的整数倍，基站所配置RRC连接数资源为各 小区共享使用。

在KPI统计上,小时级RRC用户数可分“RRC连接平均 数”和“RRC连接最大数”。一小时内基站对实时RRC并发连 接数进行采样，共采样720次(每5秒采样1次),“RRC连接平

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作者简介:张浩(19-),男，硕士研究生，研究方向:移动通信；

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