【摘 要】 LTE技術(shù)發(fā)展至今，已經(jīng)進入到試驗網(wǎng)建設(shè)階段，與之相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃正在廣泛開展。與傳統(tǒng)3G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃不同的是，LTE引進的多天線技術(shù)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(jīng)遠遠不能滿足網(wǎng)絡(luò)建設(shè)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(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃過程中最大限度的模擬了實際系統(tǒng)的真實通信過程，并且通過云的計算架構(gòu)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(tǒng)3G靜態(tài)仿真網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃更真實、更可信、更高效的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案，將會作為LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的主流方向。
【關(guān)鍵詞】 LTE；網(wǎng)絡(luò)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(shù)，采用OFDM和MIMO作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進的唯一標準。自2004年3GPP的多倫多會議以來，LTE技術(shù)作為準第四代移動通信技術(shù)提出已經(jīng)有8年的歷史。隨著技術(shù)的逐漸成熟，LTE技術(shù)已經(jīng)逐步走到了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的階段。每一代移動通信技術(shù)在商用網(wǎng)絡(luò)建設(shè)前不可避免地將經(jīng)歷網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃階段。因此，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃正是當前LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的當務(wù)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(wǎng)絡(luò)規(guī)劃發(fā)展趨勢，對LTE的全球網(wǎng)絡(luò)部署、國內(nèi)規(guī)模試驗網(wǎng)建設(shè)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(yīng)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(wǎng)絡(luò)規(guī)劃過程中。
圖1：基于云的計算架構(gòu)
動態(tài)仿真
LTE動態(tài)云規(guī)劃平臺將準確度得到業(yè)內(nèi)公認的動態(tài)系統(tǒng)仿真引入到無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中。解決了傳統(tǒng)3G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃靜態(tài)仿真建模粗糙，與實際網(wǎng)絡(luò)測試結(jié)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(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，通過將仿真任務(wù)提交到云計算服務(wù)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(wǎng)絡(luò)規(guī)劃發(fā)展趨勢
全球移動設(shè)備供應(yīng)商協(xié)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(wǎng)絡(luò)部署，或正在進行相關(guān)試驗、技術(shù)測試或研究。在這319家運營商中，目前正在進行LTE商用網(wǎng)絡(luò)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(shù)試驗、測試或研究。已經(jīng)正式推出LTE商用服務(wù)的運營商有72家，包括2012年5月之前問世的25個網(wǎng)絡(luò)。目前，已經(jīng)有37個國家和地區(qū)開始了LTE商用服務(wù)，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(shè)備達到數(shù)百種，用戶數(shù)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(shù)。
隨著中國移動TD-LTE二階段規(guī)模試驗的結(jié)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(wǎng)，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(lián)合國際運營商研究和構(gòu)造新型數(shù)據(jù)漫游，并率先在香港實現(xiàn)TDD LTE/FDD LTE商用服務(wù)。
其中，技術(shù)試驗規(guī)模如下：選擇多個國內(nèi)大中型城市進行規(guī)模試驗網(wǎng)建設(shè)，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(shù)試驗內(nèi)容主要包含如下幾個方面：網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化及組網(wǎng)驗證、關(guān)鍵技術(shù)的驗證、LTE系統(tǒng)基本性能的驗證、異廠家互通測試、異系統(tǒng)互操作測試、業(yè)務(wù)、應(yīng)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(tǒng)自身的復(fù)雜特性，需要面對更多的業(yè)務(wù)需求。以資源為例：TD-LTE網(wǎng)絡(luò)可以靈活配置時隙比例、傳輸模式、PB資源分配、調(diào)制編碼方式等進行組合，以應(yīng)對不同的覆蓋環(huán)境和規(guī)劃需求；另外，在實際網(wǎng)絡(luò)中，配置的MCS等級、占用RB數(shù)量、解調(diào)門限和用戶速率以及業(yè)務(wù)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(fù)雜；再者，LTE網(wǎng)絡(luò)支持密集市區(qū)、市區(qū)、郊區(qū)、農(nóng)村、高速公路等特殊場景，這些場景的擴展對應(yīng)了規(guī)劃的不同的特性，更好的支撐LTE網(wǎng)絡(luò)，同時也對無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提出了更大的挑戰(zhàn)。
和傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)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(shù)，比如波束賦形、空間復(fù)用以及分集、MMSE檢測等引入進來，可以精確的模擬實際系統(tǒng)性能；動態(tài)資源調(diào)度：傳統(tǒng)無線規(guī)劃一般不支持動態(tài)資源調(diào)度，無法實現(xiàn)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(diào)度，支持時域、頻域、多用戶MIMO等。
圖2：LTE系統(tǒng)物理資源
三、LTE動態(tài)云規(guī)劃解決方案
面對上述如此復(fù)雜的組網(wǎng)規(guī)劃需求，在十余年LTE系統(tǒng)技術(shù)（標準協(xié)議、物理層及高層算法）精研的基礎(chǔ)上，大唐集團無線移動創(chuàng)新中心借鑒以前組網(wǎng)方案實踐的經(jīng)驗，針對室外宏小區(qū)、室內(nèi)熱點及特殊場景，結(jié)合高效準確的動態(tài)/半動態(tài)仿真評估平臺、高性能數(shù)據(jù)計算庫以及多核并行計算技術(shù)，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(qū)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(shù)、空間信道建模、動態(tài)調(diào)度都有近似真實地模擬，為業(yè)界公認的有效系統(tǒng)性能評估方式。但由于其具有較大的計算量需求，傳統(tǒng)3G網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：實時進行空間信道建模，充分體現(xiàn)信道在時間、頻率和空間的特征；對LTE技術(shù)引入的多天線MIMO技術(shù)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(tǒng)性能增益只能粗略的按照經(jīng)驗建模和真實場景無法對應(yīng)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(diào)度，充分體現(xiàn)調(diào)度算法對系統(tǒng)性能的影響，能夠提供準確翔實的仿真結(jié)果以供網(wǎng)絡(luò)建設(shè)參考。
同時，在預(yù)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(wù)負荷表示業(yè)務(wù)資源的占用率，與系統(tǒng)的用戶容量、話務(wù)模型和業(yè)務(wù)模型有直接的關(guān)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(guān)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(nèi)用戶容量越大，從而系統(tǒng)負荷相對越大；反之小區(qū)覆蓋半徑越小，則覆蓋范圍內(nèi)用戶容量越小，系統(tǒng)負荷也相對越小。因此由用戶容量確定的系統(tǒng)負荷，又反過來影響鏈路預(yù)算的小區(qū)覆蓋半徑，即系統(tǒng)負荷越大，則系統(tǒng)干擾越大，將導(dǎo)致鏈路預(yù)算的覆蓋半徑越小；而系統(tǒng)負荷越小，則系統(tǒng)干擾越小，將導(dǎo)致鏈路預(yù)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(wù)信道的相互影響，基于容量準確評估系統(tǒng)負荷，實現(xiàn)自適應(yīng)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(wù)/控制負荷評估與容量評估的關(guān)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(jīng)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(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中更多時候會使用筆記本在現(xiàn)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(gòu)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(nèi)部建立的云平臺采用業(yè)界先進的分布式集群作業(yè)調(diào)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(wù)，已經(jīng)具備104臺高性能刀片服務(wù)器，總計1216核心的計算能力。現(xiàn)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(shù)進行現(xiàn)場實際部署時所需要的數(shù)據(jù)。同時，結(jié)合基于web的用戶管理和訪問機制為用戶數(shù)據(jù)的安全性提供了充分保護。經(jīng)過統(tǒng)計，400個站址的仿真耗時為：傳統(tǒng)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(tǒng)計圖例
基于動態(tài)云規(guī)劃解決方案作為一種新興的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃服務(wù)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(wǎng)絡(luò)規(guī)劃服務(wù)提供的商業(yè)服務(wù)模式豐富多樣，可以基于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃規(guī)模，規(guī)劃仿真占用資源數(shù)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(wù)方案。
圖6：動態(tài)云規(guī)劃解決方案服務(wù)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(shù)自動規(guī)劃、TDS/TDL雙系統(tǒng)聯(lián)合評估、多系統(tǒng)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(nèi)規(guī)劃仿真評估、FDD/TDD聯(lián)合評估仿真、網(wǎng)絡(luò)/終端數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析、規(guī)劃仿真導(dǎo)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(yīng)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(wù)區(qū)、仙林大學(xué)城、江寧科技園、江寧大學(xué)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(wǎng)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(wǎng)建設(shè)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(wǎng)在江寧科技園的規(guī)劃區(qū)域。
圖7: 南京實驗網(wǎng)（江寧科技園）
本節(jié)中將基于LTE網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(wǎng)絡(luò)規(guī)劃仿真云平臺與實際外場測試的擬合程度；而后根據(jù)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(yīng)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(wǎng)絡(luò)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(xiàn)網(wǎng)測試工作，完成外場實測，采集和分析現(xiàn)網(wǎng)測試數(shù)據(jù)，與仿真平臺的仿真數(shù)據(jù)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(xiàn)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(dǎo)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(wù)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(xiàn)加擾。針對下行控制信道而言，主測小區(qū)發(fā)送真實數(shù)據(jù)，其余小區(qū)在下行控制信道上以O(shè)CNG方式滿功率發(fā)送無用數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)占用的CCE位置隨機；針對下行業(yè)務(wù)信道而言，一個小區(qū)設(shè)定4個波束，角度均勻分布在扇區(qū)內(nèi)，各波束的角度保持不變。4個波束每個波束占用的PRB數(shù)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(wù)信道的模擬打樁方式如圖8所示。
圖8 控制信道和業(yè)務(wù)信道的模擬打樁方式
關(guān)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(dǎo)入，結(jié)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(jié)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(guān)于2/8天線對比的需求來自《TD-LTE規(guī)模技術(shù)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(dǎo)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(jié)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(jié)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(wǎng)的重要任務(wù)就是結(jié)合實際情況來驗證LTE組網(wǎng)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(zhì)量是最直觀的覆蓋性能體現(xiàn)指標之一，而基于實際區(qū)域的仿真結(jié)果將會為這個局部區(qū)域內(nèi)的測試效果是否達到要求提供合理的說明和依據(jù)（如圖12所示）。
圖12 南京實驗網(wǎng)（江寧科技園）覆蓋規(guī)劃結(jié)果
結(jié)論
綜上所述，LTE動態(tài)云規(guī)劃解決方案相對于傳統(tǒng)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(shù)及其網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的特點，創(chuàng)新地提出了將動態(tài)仿真引入到網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃過程中，為網(wǎng)絡(luò)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(gòu)，為網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)規(guī)劃技術(shù)，勢必取代傳統(tǒng)靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案成為LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的主流技術(shù)。
