LTE动态云规划解决方案

【摘 要】 LTE技术发展至今，已经进入到试验网建设阶段，与之相应的网络规划正在广泛开展。与传统3G网络规划不同的是，LTE引进的多天线技术采用静态仿真中简单的链路曲线粗略近似的建模方式已经远远不能满足网络建设的需求。LTE动态云规划解决方案（又称云平台）通过将动态仿真引入到网络规划中，在网络规划过程中最大限度的模拟了实际系统的真实通信过程，并且通过云的计算架构解决了动态仿真计算量相对较大、单机计算难以支持的问题。LTE动态云规划解决方案，提供了相对于传统3G静态仿真网络规划更真实、更可信、更高效的网络规划方案，将会作为LTE网络规划的主流方向。

【关键词】 LTE；网络规划；云计算；动态仿真

引言

LTE作为 3G的演进，改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。自2004年3GPP的多伦多会议以来，LTE技术作为准第四代移动通信技术提出已经有8年的历史。随着技术的逐渐成熟，LTE技术已经逐步走到了网络建设的阶段。每一代移动通信技术在商用网络建设前不可避免地将经历网络规划阶段。因此，网络规划正是当前LTE网络建设的当务之急。

本文将对LTE动态云规划解决方案进行展开描述。第一节将对LTE云规划解决方案进行简要的概述。第二节将介绍LTE网络规划发展趋势，对LTE的全球网络部署、国内规模试验网建设情况以及LTE规划发展需求三个方面进行分别介绍。在第三节将介绍LTE动态云规划解决方案，对动态仿真的准确性、云计算模式的高效性以及LTE动态云规划解决方案全面精准规划效果进行介绍。在第四节将提供LTE云规划解决方案的一组实际应用案例。

一、LTE动态云规划解决方案概述

LTE动态云规划解决方案将动态仿真和云计算引入到网络规划过程中。

图1：基于云的计算架构

动态仿真

LTE动态云规划平台将准确度得到业内公认的动态系统仿真引入到无线网络规划中。解决了传统3G网络规划静态仿真建模粗糙，与实际网络测试结果偏差较大的问题。

云计算

LTE动态云规划平台还创新地将云计算引入到无线网络规划中，通过将仿真任务提交到云计算服务器，解决了单机版无法支持大运算量的问题，并通过并行计算的方式，大大降低了运算时间。

二、LTE网络规划发展趋势

全球移动设备供应商协会（GSA，Global mobile Suppliers Association）日前在其最新公布的《LTE演进》报告中证实，目前已有319家运营商致力于LTE商用网络部署，或正在进行相关试验、技术测试或研究。在这319家运营商中，目前正在进行LTE商用网络部署、投入商用或计划投入使用的共有258家，分布在84个国家。其余61家运营商（位于13个国家）正在进行LTE技术试验、测试或研究。已经正式推出LTE商用服务的运营商有72家，包括2012年5月之前问世的25个网络。目前，已经有37个国家和地区开始了LTE商用服务，其中既有发展中国家，也有发达国家。目前市场中的LTE设备达到数百种，用户数量也在快速增加，这标志着LTE将成为无线移动通信的主流技术。

随着中国移动TD-LTE二阶段规模试验的结束，接下来TD-LTE将进入扩大规模试验阶段。中国移动下半年将在9个以上城市部署试验网，与此同时，杭州、深圳、北京、厦门等地将积极试商用。中国移动今年TD-LTE基站将达2万个，新建站点和已有站点共存。同时打造融合多模多频段终端，联合国际运营商研究和构造新型数据漫游，并率先在香港实现TDD LTE/FDD LTE商用服务。

其中，技术试验规模如下：选择多个国内大中型城市进行规模试验网建设，站址规模为每个城市100-150个基站，覆盖面积35-75平方公里。测试场景包括普通城区及特殊场景。普通城区包括商业区、主干道、街道等；特殊场景包括远距离同频干扰场景、立交桥、高速公路、隧道、高校、海面等。技术试验内容主要包含如下几个方面：网络规划优化及组网验证、关键技术的验证、LTE系统基本性能的验证、异厂家互通测试、异系统互操作测试、业务、应用及终端测试以及发放友好用户、评估用户体验等。

由于TD-LTE系统自身的复杂特性，需要面对更多的业务需求。以资源为例：TD-LTE网络可以灵活配置时隙比例、传输模式、PB资源分配、调制编码方式等进行组合，以应对不同的覆盖环境和规划需求；另外，在实际网络中，配置的MCS等级、占用RB数量、解调门限和用户速率以及业务负荷等因素又会相互影响，这使得LTE的覆盖和容量规划更为复杂；再者，LTE网络支持密集市区、市区、郊区、农村、高速公路等特殊场景，这些场景的扩展对应了规划的不同的特性，更好的支撑LTE网络，同时也对无线网络规划提出了更大的挑战。

和传统的无线网络规划相比，动态云规划解决方案又有了更大的改进。空间信道建模方面：传统无线网络规划一般忽略快衰的影响，仅选择大尺度衰落进行评估，而动态云规划解决方案从空间、时间、频率多个角度进行了空间信道的建模，更加准确的模拟了实际的无线传播环境；多天线传输模式：传统无线网络规划的吞吐量由链路接口曲线粗略近似映射，动态云规划解决方案将多天线技术，比如波束赋形、空间复用以及分集、MMSE检测等引入进来，可以精确的模拟实际系统性能；动态资源调度：传统无线规划一般不支持动态资源调度，无法实现资源的动态分配的模拟，基于动态云的规划解决方案则采用实时资源调度，支持时域、频域、多用户MIMO等。

图2：LTE系统物理资源

三、LTE动态云规划解决方案

面对上述如此复杂的组网规划需求，在十余年LTE系统技术（标准协议、物理层及高层算法）精研的基础上，大唐集团无线移动创新中心借鉴以前组网方案实践的经验，针对室外宏小区、室内热点及特殊场景，结合高效准确的动态/半动态仿真评估平台、高性能数据计算库以及多核并行计算技术，开发了LTE动态规划云平台。

众所周知，动态仿真由事件驱动，最大限度的模拟了真实场景的通信过程，对于多天线技术、空间信道建模、动态调度都有近似真实地模拟，为业界公认的有效系统性能评估方式。但由于其具有较大的计算量需求，传统3G网络规划一直没有引入。而LTE动态云规划解决方案创新地将动态仿真引入到无线网络规划中，其优势主要体现在以下几个方面：实时进行空间信道建模，充分体现信道在时间、频率和空间的特征；对LTE技术引入的多天线MIMO技术有着真实详尽的建模，彻底解决了静态仿真中对多天线系统性能增益只能粗略的按照经验建模和真实场景无法对应的问题；同时，在动态仿真中，云平台对小区中不同用户进行真实调度，充分体现调度算法对系统性能的影响，能够提供准确翔实的仿真结果以供网络建设参考。

同时，在预规划功能中，LTE云平台支持多种规划准则，全面评估各种传播环境，支持空间信道模型及射线追踪建模，并引入了覆盖与容量进行迭代估算的过程。该迭代思想主要基于以下原理：业务负荷表示业务资源的占用率，与系统的用户容量、话务模型和业务模型有直接的关系，而用户容量则与覆盖区域的面积或小区覆盖半径有直接的关系。在区域用户密度一定的情况下，小区覆盖半径越大，覆盖范围内用户容量越大，从而系统负荷相对越大；反之小区覆盖半径越小，则覆盖范围内用户容量越小，系统负荷也相对越小。因此由用户容量确定的系统负荷，又反过来影响链路预算的小区覆盖半径，即系统负荷越大，则系统干扰越大，将导致链路预算的覆盖半径越小；而系统负荷越小，则系统干扰越小，将导致链路预算的覆盖半径越大。如图3所示，LTE动态云规划充分考虑控制信道与业务信道的相互影响，基于容量准确评估系统负荷，实现自适应优化控制信道配置与用户容量进行迭代估算，进一步准确衡量规划区域负荷水平。`

图3：业务/控制负荷评估与容量评估的关系

其中覆盖半径的估算过程如图4所示

图4：覆盖半径估算方法

前面已经针对LTE动态仿真的准确性进行了阐述分析，接下来我们将介绍云平台高效的计算能力。传统网络规划中更多时候会使用笔记本在现场进行大量的操作，如果直接引入动态仿真，首先需要解决的问题之一即是如何高效完成超大规模的计算量。基于云的计算架构为该问题提供了脚踏实地的解决方案，即通过后台大量分布式计算的工作站进行支撑，大幅提升计算效率。

目前我们内部建立的云平台采用业界先进的分布式集群作业调度的工作模式，可以支持大量并行作业，提供7*24小时自动负载均衡的计算服务，已经具备104台高性能刀片服务器，总计1216核心的计算能力。现场工作人员通过远程的方式利用云平台完成所有的计算，提取前台所需要的技术进行现场实际部署时所需要的数据。同时，结合基于web的用户管理和访问机制为用户数据的安全性提供了充分保护。经过统计，400个站址的仿真耗时为：传统规划软件需要100min，10核的云平台需要72min，20核的云平台则只需36min（如图5所示）。由此可见，云计算模式的高效性极其可观。

图5：规划仿真耗时统计图例

基于动态云规划解决方案作为一种新兴的网络规划服务商业模式更是让整个行业眼前一亮。基于动态云规划解决方案网络规划服务提供的商业服务模式丰富多样，可以基于网络规划规模，规划仿真占用资源数量以及支持的规划功能等等。为满足运营商的个性化、多样化需求提供配套的服务方案。

图6：动态云规划解决方案服务商业模式

动态云规划解决方案，还即将推出RF自动规划、无线资源自动规划、小区参数自动规划、TDS/TDL双系统联合评估、多系统共存隔离计算工具、射线跟踪传播模型、热点精细化规划、室内规划仿真评估、FDD/TDD联合评估仿真、网络/终端数据关联分析、规划仿真导入优化场景、KPI/KQI自动优化仿真等功能以期达到全面精准的规划效果。

四、实际应用案例

南京是工信部批准的六个TD-LTE规模实验城市之一。其中大唐针对中国移动集团公司要求的核心区域完成了湖南路、市政府、奥体商务区、仙林大学城、江宁科技园、江宁大学城六个区域以及机场高速为主体的TD-LTE覆盖方案。本次试验网的200个宏站总覆盖区域约50平方公里左右，平均站间距在500米左右，共站率在86%左右。LTE动态云规划解决方案为实验网建设提供合适的规划方法和工具提供保障，保证实验工作高效、有序的进行。图7为南京试验网在江宁科技园的规划区域。

图7: 南京实验网（江宁科技园）

本节中将基于LTE网络云平台规划软件，提供LTE云规划解决方案的一组实际应用案例。首先给出的案例是针对中国移动集团公司在江宁科技园区域进行的T-Ring测试，考察LTE网络规划仿真云平台与实际外场测试的拟合程度；而后根据需求，进行2/8天线吞吐量对比的动态仿真，考察实际动态仿真的效果及执行效率；最后从整个区域的宏观角度，给出相应指标的整体规划渲染效果。

1 T-Ring实例

中国移动集团公司进行T-RING无线电综合测试场的目的是基于无线对等网络理论研究情况，完善无线拟合度评估测试方法体系，进行多城市多场景下的现网测试工作，完成外场实测，采集和分析现网测试数据，与仿真平台的仿真数据进行对比分析，考察两者的拟合程度。

LTE云规划解决方案可以保证仿真建模与测试的匹配。具体来讲，首先LTE云规划解决方案可以实现测试规范中描述的模拟打桩方法；其次，可以允许进行实际测试路线的导入，保证仿真与实际测试环境更紧贴合。

OCNG（OFDMA Channel Noise Generator）或称模拟打桩方式，主要针对下行控制信道和业务信道进行，来模拟下行的干扰程度，而上行一般采用实际加载的方式来实现加扰。针对下行控制信道而言，主测小区发送真实数据，其余小区在下行控制信道上以OCNG方式满功率发送无用数据，发送数据占用的CCE位置随机；针对下行业务信道而言，一个小区设定4个波束，角度均匀分布在扇区内，各波束的角度保持不变。4个波束每个波束占用的PRB数目相等但按一定规则循环，各波束占用的PRB组位置变化周期不大于10ms。加扰比例为4个干扰波束总共占用的PRB比例（如：50%加扰，即干扰波束随机占用总共50%PRB），每个PRB采用最大功率（PRB功率均分）。控制信道和业务信道的模拟打桩方式如图8所示。

图8 控制信道和业务信道的模拟打桩方式

关于仿真建模中的UE分布，LTE云规划解决方案可以允许实际测试路线的导入，结合实际地形，使得仿真与测试环境更加接近。图9为实际测试路线及仿真建模的UE分布。

图9 实际测试路线及仿真建模的UE分布

在保证了仿真建模与测试匹配的前提下，即可进行仿真与测试的RSRP与SINR的对比，如图10所示。从结果来看，LTE云规划解决方案可以达到与测试较好的拟合程度。

图10 仿真与测试的RSRP与SINR的对比

2 动态仿真实例

关于2/8天线对比的需求来自《TD-LTE规模技术试验——六城市测试——2/8天线对比测试规范》。LTE云规划解决方案可以进行真实高效的动态仿真，并指导测试，满足规划和测试方面的各种需求。下图为LTE动态仿真云平台的仿真结果，8天线针对两天线有39%的吞吐量提升，与真实外场测试的吞吐量提升结果比较接近。

图11 2/8天线吞吐量对比

3 区域整体指标规划实例

实验网的重要任务就是结合实际情况来验证LTE组网理论是否可行，LTE动态云规划解决方案可以对各种信道在实际环境中进行仿真验证。举例来讲，在目前实验阶段，CRS_RSRQ质量是最直观的覆盖性能体现指标之一，而基于实际区域的仿真结果将会为这个局部区域内的测试效果是否达到要求提供合理的说明和依据（如图12所示）。

图12 南京实验网（江宁科技园）覆盖规划结果

结论

综上所述，LTE动态云规划解决方案相对于传统规划软件优势如表1所示

LTE动态云规划解决方案，针对LTE技术及其网络规划的特点，创新地提出了将动态仿真引入到网络规划过程中，为网络规划仿真的准确性提供有力的保证；同时，引入云计算的架构，为网络规划仿真的计算效率提供了有力的支撑。LTE动态云规划解决方案作为新一代的网络规划技术，势必取代传统静态网络规划方案成为LTE网络规划的主流技术。

作者：大唐无线移动创新中心