【摘 要】 LTE技術發(fā)展至今，已經進入到試驗網建設階段，與之相應的網絡規(guī)劃正在廣泛開展。與傳統3G網絡規(guī)劃不同的是，LTE引進的多天線技術采用靜態(tài)仿真中簡單的鏈路曲線粗略近似的建模方式已經遠遠不能滿足網絡建設的需求。LTE動態(tài)云規(guī)劃解決方案（又稱云平臺）通過將動態(tài)仿真引入到網絡規(guī)劃中，在網絡規(guī)劃過程中最大限度的模擬了實際系統的真實通信過程，并且通過云的計算架構解決了動態(tài)仿真計算量相對較大、單機計算難以支持的問題。LTE動態(tài)云規(guī)劃解決方案，提供了相對于傳統3G靜態(tài)仿真網絡規(guī)劃更真實、更可信、更高效的網絡規(guī)劃方案，將會作為LTE網絡規(guī)劃的主流方向。
【關鍵詞】 LTE；網絡規(guī)劃；云計算；動態(tài)仿真
引言
LTE作為 3G的演進，改進并增強了3G的空中接入技術，采用OFDM和MIMO作為其無線網絡演進的唯一標準。自2004年3GPP的多倫多會議以來，LTE技術作為準第四代移動通信技術提出已經有8年的歷史。隨著技術的逐漸成熟，LTE技術已經逐步走到了網絡建設的階段。每一代移動通信技術在商用網絡建設前不可避免地將經歷網絡規(guī)劃階段。因此，網絡規(guī)劃正是當前LTE網絡建設的當務之急。
本文將對LTE動態(tài)云規(guī)劃解決方案進行展開描述。第一節(jié)將對LTE云規(guī)劃解決方案進行簡要的概述。第二節(jié)將介紹LTE網絡規(guī)劃發(fā)展趨勢，對LTE的全球網絡部署、國內規(guī)模試驗網建設情況以及LTE規(guī)劃發(fā)展需求三個方面進行分別介紹。在第三節(jié)將介紹LTE動態(tài)云規(guī)劃解決方案，對動態(tài)仿真的準確性、云計算模式的高效性以及LTE動態(tài)云規(guī)劃解決方案全面精準規(guī)劃效果進行介紹。在第四節(jié)將提供LTE云規(guī)劃解決方案的一組實際應用案例。
一、LTE動態(tài)云規(guī)劃解決方案概述
LTE動態(tài)云規(guī)劃解決方案將動態(tài)仿真和云計算引入到網絡規(guī)劃過程中。
圖1：基于云的計算架構
動態(tài)仿真
LTE動態(tài)云規(guī)劃平臺將準確度得到業(yè)內公認的動態(tài)系統仿真引入到無線網絡規(guī)劃中。解決了傳統3G網絡規(guī)劃靜態(tài)仿真建模粗糙，與實際網絡測試結果偏差較大的問題。
云計算
LTE動態(tài)云規(guī)劃平臺還創(chuàng)新地將云計算引入到無線網絡規(guī)劃中，通過將仿真任務提交到云計算服務器，解決了單機版無法支持大運算量的問題，并通過并行計算的方式，大大降低了運算時間。
二、LTE網絡規(guī)劃發(fā)展趨勢
全球移動設備供應商協會（GSA，Global mobile Suppliers Association）日前在其最新公布的《LTE演進》報告中證實，目前已有319家運營商致力于LTE商用網絡部署，或正在進行相關試驗、技術測試或研究。在這319家運營商中，目前正在進行LTE商用網絡部署、投入商用或計劃投入使用的共有258家，分布在84個國家。其余61家運營商（位于13個國家）正在進行LTE技術試驗、測試或研究。已經正式推出LTE商用服務的運營商有72家，包括2012年5月之前問世的25個網絡。目前，已經有37個國家和地區(qū)開始了LTE商用服務，其中既有發(fā)展中國家，也有發(fā)達國家。目前市場中的LTE設備達到數百種，用戶數量也在快速增加，這標志著LTE將成為無線移動通信的主流技術。
隨著中國移動TD-LTE二階段規(guī)模試驗的結束，接下來TD-LTE將進入擴大規(guī)模試驗階段。中國移動下半年將在9個以上城市部署試驗網，與此同時，杭州、深圳、北京、廈門等地將積極試商用。中國移動今年TD-LTE基站將達2萬個，新建站點和已有站點共存。同時打造融合多模多頻段終端，聯合國際運營商研究和構造新型數據漫游，并率先在香港實現TDD LTE/FDD LTE商用服務。
其中，技術試驗規(guī)模如下：選擇多個國內大中型城市進行規(guī)模試驗網建設，站址規(guī)模為每個城市100-150個基站，覆蓋面積35-75平方公里。測試場景包括普通城區(qū)及特殊場景。普通城區(qū)包括商業(yè)區(qū)、主干道、街道等；特殊場景包括遠距離同頻干擾場景、立交橋、高速公路、隧道、高校、海面等。技術試驗內容主要包含如下幾個方面：網絡規(guī)劃優(yōu)化及組網驗證、關鍵技術的驗證、LTE系統基本性能的驗證、異廠家互通測試、異系統互操作測試、業(yè)務、應用及終端測試以及發(fā)放友好用戶、評估用戶體驗等。
由于TD-LTE系統自身的復雜特性，需要面對更多的業(yè)務需求。以資源為例：TD-LTE網絡可以靈活配置時隙比例、傳輸模式、PB資源分配、調制編碼方式等進行組合，以應對不同的覆蓋環(huán)境和規(guī)劃需求；另外，在實際網絡中，配置的MCS等級、占用RB數量、解調門限和用戶速率以及業(yè)務負荷等因素又會相互影響，這使得LTE的覆蓋和容量規(guī)劃更為復雜；再者，LTE網絡支持密集市區(qū)、市區(qū)、郊區(qū)、農村、高速公路等特殊場景，這些場景的擴展對應了規(guī)劃的不同的特性，更好的支撐LTE網絡，同時也對無線網絡規(guī)劃提出了更大的挑戰(zhàn)。
和傳統的無線網絡規(guī)劃相比，動態(tài)云規(guī)劃解決方案又有了更大的改進。空間信道建模方面：傳統無線網絡規(guī)劃一般忽略快衰的影響，僅選擇大尺度衰落進行評估，而動態(tài)云規(guī)劃解決方案從空間、時間、頻率多個角度進行了空間信道的建模，更加準確的模擬了實際的無線傳播環(huán)境；多天線傳輸模式：傳統無線網絡規(guī)劃的吞吐量由鏈路接口曲線粗略近似映射，動態(tài)云規(guī)劃解決方案將多天線技術，比如波束賦形、空間復用以及分集、MMSE檢測等引入進來，可以精確的模擬實際系統性能；動態(tài)資源調度：傳統無線規(guī)劃一般不支持動態(tài)資源調度，無法實現資源的動態(tài)分配的模擬，基于動態(tài)云的規(guī)劃解決方案則采用實時資源調度，支持時域、頻域、多用戶MIMO等。
圖2：LTE系統物理資源
三、LTE動態(tài)云規(guī)劃解決方案
面對上述如此復雜的組網規(guī)劃需求，在十余年LTE系統技術（標準協議、物理層及高層算法）精研的基礎上，大唐集團無線移動創(chuàng)新中心借鑒以前組網方案實踐的經驗，針對室外宏小區(qū)、室內熱點及特殊場景，結合高效準確的動態(tài)/半動態(tài)仿真評估平臺、高性能數據計算庫以及多核并行計算技術，開發(fā)了LTE動態(tài)規(guī)劃云平臺。
眾所周知，動態(tài)仿真由事件驅動，最大限度的模擬了真實場景的通信過程，對于多天線技術、空間信道建模、動態(tài)調度都有近似真實地模擬，為業(yè)界公認的有效系統性能評估方式。但由于其具有較大的計算量需求，傳統3G網絡規(guī)劃一直沒有引入。而LTE動態(tài)云規(guī)劃解決方案創(chuàng)新地將動態(tài)仿真引入到無線網絡規(guī)劃中，其優(yōu)勢主要體現在以下幾個方面：實時進行空間信道建模，充分體現信道在時間、頻率和空間的特征；對LTE技術引入的多天線MIMO技術有著真實詳盡的建模，徹底解決了靜態(tài)仿真中對多天線系統性能增益只能粗略的按照經驗建模和真實場景無法對應的問題；同時，在動態(tài)仿真中，云平臺對小區(qū)中不同用戶進行真實調度，充分體現調度算法對系統性能的影響，能夠提供準確翔實的仿真結果以供網絡建設參考。
同時，在預規(guī)劃功能中，LTE云平臺支持多種規(guī)劃準則，全面評估各種傳播環(huán)境，支持空間信道模型及射線追蹤建模，并引入了覆蓋與容量進行迭代估算的過程。該迭代思想主要基于以下原理：業(yè)務負荷表示業(yè)務資源的占用率，與系統的用戶容量、話務模型和業(yè)務模型有直接的關系，而用戶容量則與覆蓋區(qū)域的面積或小區(qū)覆蓋半徑有直接的關系。在區(qū)域用戶密度一定的情況下，小區(qū)覆蓋半徑越大，覆蓋范圍內用戶容量越大，從而系統負荷相對越大；反之小區(qū)覆蓋半徑越小，則覆蓋范圍內用戶容量越小，系統負荷也相對越小。因此由用戶容量確定的系統負荷，又反過來影響鏈路預算的小區(qū)覆蓋半徑，即系統負荷越大，則系統干擾越大，將導致鏈路預算的覆蓋半徑越小；而系統負荷越小，則系統干擾越小，將導致鏈路預算的覆蓋半徑越大。如圖3所示，LTE動態(tài)云規(guī)劃充分考慮控制信道與業(yè)務信道的相互影響，基于容量準確評估系統負荷，實現自適應優(yōu)化控制信道配置與用戶容量進行迭代估算，進一步準確衡量規(guī)劃區(qū)域負荷水平。`
圖3：業(yè)務/控制負荷評估與容量評估的關系
其中覆蓋半徑的估算過程如圖4所示
圖4：覆蓋半徑估算方法
前面已經針對LTE動態(tài)仿真的準確性進行了闡述分析，接下來我們將介紹云平臺高效的計算能力。傳統網絡規(guī)劃中更多時候會使用筆記本在現場進行大量的操作，如果直接引入動態(tài)仿真，首先需要解決的問題之一即是如何高效完成超大規(guī)模的計算量。基于云的計算架構為該問題提供了腳踏實地的解決方案，即通過后臺大量分布式計算的工作站進行支撐，大幅提升計算效率。
目前我們內部建立的云平臺采用業(yè)界先進的分布式集群作業(yè)調度的工作模式，可以支持大量并行作業(yè)，提供7*24小時自動負載均衡的計算服務，已經具備104臺高性能刀片服務器，總計1216核心的計算能力。現場工作人員通過遠程的方式利用云平臺完成所有的計算，提取前臺所需要的技術進行現場實際部署時所需要的數據。同時，結合基于web的用戶管理和訪問機制為用戶數據的安全性提供了充分保護。經過統計，400個站址的仿真耗時為：傳統規(guī)劃軟件需要100min，10核的云平臺需要72min，20核的云平臺則只需36min（如圖5所示）。由此可見，云計算模式的高效性極其可觀。
圖5：規(guī)劃仿真耗時統計圖例
基于動態(tài)云規(guī)劃解決方案作為一種新興的網絡規(guī)劃服務商業(yè)模式更是讓整個行業(yè)眼前一亮。基于動態(tài)云規(guī)劃解決方案網絡規(guī)劃服務提供的商業(yè)服務模式豐富多樣，可以基于網絡規(guī)劃規(guī)模，規(guī)劃仿真占用資源數量以及支持的規(guī)劃功能等等。為滿足運營商的個性化、多樣化需求提供配套的服務方案。
圖6：動態(tài)云規(guī)劃解決方案服務商業(yè)模式
動態(tài)云規(guī)劃解決方案，還即將推出RF自動規(guī)劃、無線資源自動規(guī)劃、小區(qū)參數自動規(guī)劃、TDS/TDL雙系統聯合評估、多系統共存隔離計算工具、射線跟蹤傳播模型、熱點精細化規(guī)劃、室內規(guī)劃仿真評估、FDD/TDD聯合評估仿真、網絡/終端數據關聯分析、規(guī)劃仿真導入優(yōu)化場景、KPI/KQI自動優(yōu)化仿真等功能以期達到全面精準的規(guī)劃效果。
四、實際應用案例
南京是工信部批準的六個TD-LTE規(guī)模實驗城市之一。其中大唐針對中國移動集團公司要求的核心區(qū)域完成了湖南路、市政府、奧體商務區(qū)、仙林大學城、江寧科技園、江寧大學城六個區(qū)域以及機場高速為主體的TD-LTE覆蓋方案。本次試驗網的200個宏站總覆蓋區(qū)域約50平方公里左右，平均站間距在500米左右，共站率在86%左右。LTE動態(tài)云規(guī)劃解決方案為實驗網建設提供合適的規(guī)劃方法和工具提供保障，保證實驗工作高效、有序的進行。圖7為南京試驗網在江寧科技園的規(guī)劃區(qū)域。
圖7: 南京實驗網（江寧科技園）
本節(jié)中將基于LTE網絡云平臺規(guī)劃軟件，提供LTE云規(guī)劃解決方案的一組實際應用案例。首先給出的案例是針對中國移動集團公司在江寧科技園區(qū)域進行的T-Ring測試，考察LTE網絡規(guī)劃仿真云平臺與實際外場測試的擬合程度；而后根據需求，進行2/8天線吞吐量對比的動態(tài)仿真，考察實際動態(tài)仿真的效果及執(zhí)行效率；最后從整個區(qū)域的宏觀角度，給出相應指標的整體規(guī)劃渲染效果。
1 T-Ring實例
中國移動集團公司進行T-RING無線電綜合測試場的目的是基于無線對等網絡理論研究情況，完善無線擬合度評估測試方法體系，進行多城市多場景下的現網測試工作，完成外場實測，采集和分析現網測試數據，與仿真平臺的仿真數據進行對比分析，考察兩者的擬合程度。
LTE云規(guī)劃解決方案可以保證仿真建模與測試的匹配。具體來講，首先LTE云規(guī)劃解決方案可以實現測試規(guī)范中描述的模擬打樁方法；其次，可以允許進行實際測試路線的導入，保證仿真與實際測試環(huán)境更緊貼合。
OCNG（OFDMA Channel Noise Generator）或稱模擬打樁方式，主要針對下行控制信道和業(yè)務信道進行，來模擬下行的干擾程度，而上行一般采用實際加載的方式來實現加擾。針對下行控制信道而言，主測小區(qū)發(fā)送真實數據，其余小區(qū)在下行控制信道上以OCNG方式滿功率發(fā)送無用數據，發(fā)送數據占用的CCE位置隨機；針對下行業(yè)務信道而言，一個小區(qū)設定4個波束，角度均勻分布在扇區(qū)內，各波束的角度保持不變。4個波束每個波束占用的PRB數目相等但按一定規(guī)則循環(huán)，各波束占用的PRB組位置變化周期不大于10ms。加擾比例為4個干擾波束總共占用的PRB比例（如：50%加擾，即干擾波束隨機占用總共50%PRB），每個PRB采用最大功率（PRB功率均分）。控制信道和業(yè)務信道的模擬打樁方式如圖8所示。
圖8 控制信道和業(yè)務信道的模擬打樁方式
關于仿真建模中的UE分布，LTE云規(guī)劃解決方案可以允許實際測試路線的導入，結合實際地形，使得仿真與測試環(huán)境更加接近。圖9為實際測試路線及仿真建模的UE分布。
圖9 實際測試路線及仿真建模的UE分布
在保證了仿真建模與測試匹配的前提下，即可進行仿真與測試的RSRP與SINR的對比，如圖10所示。從結果來看，LTE云規(guī)劃解決方案可以達到與測試較好的擬合程度。
圖10 仿真與測試的RSRP與SINR的對比
2 動態(tài)仿真實例
關于2/8天線對比的需求來自《TD-LTE規(guī)模技術試驗——六城市測試——2/8天線對比測試規(guī)范》。LTE云規(guī)劃解決方案可以進行真實高效的動態(tài)仿真，并指導測試，滿足規(guī)劃和測試方面的各種需求。下圖為LTE動態(tài)仿真云平臺的仿真結果，8天線針對兩天線有39%的吞吐量提升，與真實外場測試的吞吐量提升結果比較接近。
圖11 2/8天線吞吐量對比
3 區(qū)域整體指標規(guī)劃實例
實驗網的重要任務就是結合實際情況來驗證LTE組網理論是否可行，LTE動態(tài)云規(guī)劃解決方案可以對各種信道在實際環(huán)境中進行仿真驗證。舉例來講，在目前實驗階段，CRS_RSRQ質量是最直觀的覆蓋性能體現指標之一，而基于實際區(qū)域的仿真結果將會為這個局部區(qū)域內的測試效果是否達到要求提供合理的說明和依據（如圖12所示）。
圖12 南京實驗網（江寧科技園）覆蓋規(guī)劃結果
結論
綜上所述，LTE動態(tài)云規(guī)劃解決方案相對于傳統規(guī)劃軟件優(yōu)勢如表1所示
LTE動態(tài)云規(guī)劃解決方案，針對LTE技術及其網絡規(guī)劃的特點，創(chuàng)新地提出了將動態(tài)仿真引入到網絡規(guī)劃過程中，為網絡規(guī)劃仿真的準確性提供有力的保證；同時，引入云計算的架構，為網絡規(guī)劃仿真的計算效率提供了有力的支撐。LTE動態(tài)云規(guī)劃解決方案作為新一代的網絡規(guī)劃技術，勢必取代傳統靜態(tài)網絡規(guī)劃方案成為LTE網絡規(guī)劃的主流技術。
