CN109005563B - 一种lte负载均衡方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种负载均衡方法及系统，包括LTE终端搜索小区，完成与基站下行同步；基站收到LTE终端发送msg1时，获取该LTE终端TA值，LTE终端经过msg1、msg2、msg3、msg4完成接入流程；基站的MAC层把竞争解决成功的LTE终端的TA值上报给基站的RRC层以通过TA值计算LTE终端和基站的距离L1；基站的RRC层收到LTE终端发送的msg5信令后，比较L1和S；如果L1<S，则LTE终端驻留本小区，如果L1>＝S，则LTE终端重定向到邻区。通过上行时钟提前量TA控制小区精确覆盖范围的方法，基于本方法，终端在接入过程就合理接入不同小区，可有效避免负载均衡问题的出现。

Description

一种LTE负载均衡方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种LTE(Long Term Evolution，长期演进)负载均衡方法及系统。

背景技术

随着无线通信技术的发展，运营商为用户提供了丰富的网络选择，如2G(2ndGeneration)网络(GSM，EDGE)，3G(3rd Generation)网络(WCDMA，CDMA2000,TDS-CDMA),4G网络(FDD-LTE，TDD-LTE)，但运营商需要为其高速和丰富的业务提供良好用户体验，必然倾向于用户优先接入4G网络，由此可能导致4G网络拥塞问题。

在LTE通信系统中，LTE终端开机，完成小区搜索后，总是尝试向信号最好的小区A接入，如果小区中心和小区边缘终端都涌向小区A，则系统处理负载会成倍增加，当达到系统极限时，小区A不仅无法及时处理新用户接入请求，对已接入用户的电话、上网业务也都有很大影响，无法保证用户体验和服务质量，而覆盖该区域的另外一个小区B，因为优先级和信号质量稍差，只有少量LTE终端接入，存在资源浪费，这种情况下，小区A处于重负载或过负载状态，小区B处于轻负载状态。

现有方案通过监测某些关键数据，如PRB使用率等，来确认系统是否出现重载或过载问题，然后再去动态调整小区内的终端，使得小区A和B达到均衡状态，也就是说，现有方案，通常是在出现负载均衡问题后，再去解决该问题，依然影响用户体验。

所以急需一种方案，不仅能够解决负载均衡问题，而且要降低该问题带来的影响。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种LTE负载均衡方法及系统，是一种通过上行时钟提前量(TA，Timing Alignment)控制小区精确覆盖范围的方法，基于本方法，终端在接入过程就合理接入不同小区，可有效避免负载均衡问题的出现。

在LTE通信系统，上行采用SC-FDMA传输技术，为了保持LTE终端上行信号之间的正交性，各LTE终端采用不同的TA来保证其信号在基站端的接收时钟一致，即离基站较远的LTE终端较早发送，离基站较近的LTE终端较晚发送，从而使各个LTE终端的信号基本同时到达基站，保证基站和LTE终端之间的上行同步，由此可见，TA是对LTE终端和基站之间距离的真实反映。

在LTE通信系统，TA基于当前上行定时，接入过程中，取值范围0～1282，以16倍Ts(LTE系统以Ts作为基本单位，1Ts＝1/(15000*2048)＝32.55ns)为基本单元，并通过MAC控制单元下发给LTE终端。如果下发给LTE终端的TA＝1,则其时间(包括基站信号发到LTE终端，再返回到基站的时间)为TA*16Ts/2＝1*16*32.55ns/2＝260.4ns，又因为无线通信依靠电磁波传输，其速度为299792458m/s，所以LTE终端和基站的距离为260.4ns*299792458m/s＝78m。当TA＝2时，以此类推。根据以上计算方法可知，基站通过TA就能精确判定LTE终端位置，如果需要实现负载均衡，以TA为依据确定小区覆盖范围，控制LTE终端接入的小区即可。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种LTE负载均衡方法，包括如下步骤：

步骤103：LTE终端搜索小区，完成与基站下行同步；

步骤104：基站收到LTE终端发送msg1时，获取该LTE终端TA值，LTE终端经过msg1、msg2、msg3、msg4完成接入流程；

步骤105：基站的MAC层把竞争解决成功的LTE终端的TA值上报给基站的RRC层；

步骤106：基站的RRC层通过TA值计算LTE终端和基站的距离L1；

步骤107：基站的RRC层收到LTE终端发送的msg5信令后，比较L1和S；

步骤108：如果L1<S，即LTE终端在基站精确覆盖范围S内，则LTE终端驻留本小区，如果L1>＝S，即LTE终端不在基站精确覆盖范围S内，则基站的RRC层下发RRCConnectionRelease重定向信令，LTE终端重定向到邻区。

在步骤103之前，还包括：

步骤101：配置基站构造小区的精确覆盖范围S；

步骤102：配置LTE基站工作参数，构造小区。

其中，所述步骤103：LTE终端搜索小区，完成与基站下行同步；具体为：

步骤a：LTE终端开机，如果LTE终端保存了上次关机时的频点和运营商信息，则LTE终端在上次驻留的小区上尝试搜索；如果LTE终端没有保存上次关机时的相关信息，则LTE终端会在LTE系统的频带范围全频扫描，通过信号强度来判断某个频点周围是否可能存在小区；

步骤b：如果LTE终端判断某个频点周围可能存在小区，会在这个频点周围搜索主同步信号(PSS)，LTE终端通过主同步信号(PSS)完成时隙同步，接着在主同步信号(PSS)基础上向前搜索辅同步信号(SSS)，LTE终端通过辅同步信号(SSS)完成帧同步，在以上基础上，LTE终端通过解调参考信号获得精确时隙和频率同步，通过解调PBCH获得系统帧号和带宽信息，以及PHICH的配置和天线配置，至此，LTE终端实现和基站下行同步。

其中，在所述步骤104之前，还包括：LTE终端通过随机接入完成上行同步，具体过程如下：

LTE终端在完成下行同步后，通过解调sib2获取随机接入需要的时频位置以及前导码，用于发送msg1。

其中，所述步骤104：基站收到LTE终端发送msg1时，获取该LTE终端TA值，LTE终端经过msg1、msg2、msg3、msg4完成接入流程；具体为：

步骤k：基站收到msg1后，会在窗长内回复msg2，msg2内容包括TA值、发送msg3的上行授权、以及Temple C-RNTI；

步骤l:LTE终端收到msg2后，会在msg2指定上行授权上发送msg3，msg3即竞争解决ID；

步骤m:基站在收到msg3后，会将竞争解决ID封装在msg4中发给LTE终端，LTE终端通过比较自己的竞争解决ID和msg4中的内容是否一致，如果一致，则认为竞争解决，接入完成，否则竞争解决未完成，接入失败，需要重新发起随机接入过程。

其中，步骤k中，基站获取TA值的方法如下：

LTE终端通过小区搜索实现下行同步，通过下行同步信号测得当前所在时刻位置，从而可推算出接收到下行信号的帧边界，LTE终端以此下行信号帧边界作为上行信号发射帧边界，在此帧边界发射msg1；基站接收到msg1后，测量出msg1的定时和下行信号帧边界的差值，即为TA值。

一种采用上述所述LTE负载均衡方法的系统，包括LTE终端和基站。

相比现有方案，本方案能够带来如下有益效果：

1：现有方案通常在出现负载均衡问题后，才去执行相应操作，实现负载均衡。本发明通过TA预防负载均衡问题的出现来解决负载均衡问题，对系统影响小，用户基本无感知，可以有效保证服务质量。

2：本发明在LTE终端发送msg5后，即可决定LTE终端接入的小区，相对现有方案，使用更少信令实现负载均衡。本发明在LTE通信系统具有重要价值。

附图说明

图1是本发明实施例提供的方法流程图。

图2是本发明实施例提供的系统结构图。

图3是本发明实施例提供的方法交互图。

图中：

TA-Timing Alignment，时钟提前量；

OMC-Operation and Maintenance Center，操作维护中心；

RRC-Radio Resource Control，无线资源控制；

MAC-Medium Access Control，接入控制媒介；

PSS-Primary Synchronization Signal，主同步信号；

SSS-Secondary Synchronization Signal，辅同步信号；

PBCH-Physical Broadcast Channel，物理广播信道；

PHICH-Physical Hybrid ARQ Indicator Channel，物理混合自动重传指示信道；

sib2，SystemInformationBlockType2，中文指系统消息2。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1：

本发明实施例提供了一种LTE负载均衡方法，参见图1、图3所示，该方法包括以下步骤：

步骤101：配置基站构造小区的精确覆盖范围S，S是一个可配置预定值，在网管界面输入S，通过消息发给OMC层，再由OMC层转发给RRC，其中S和TA成正比，S＝TA*78m。S可根据基站负载情况做相应调整，如果负载过大，可在建小区的时候，适当调小S，反之，可适当调大S；基站TA算法能真实合理反映当前LTE终端实际情况。

步骤102：配置LTE基站工作参数，构造小区，使LTE终端能够正常接入基站构造的小区中。

步骤103：LTE终端搜索小区，完成与基站下行同步。

步骤104：基站收到LTE终端发送msg1时，获取该LTE终端TA值，LTE终端经过msg1、msg2、msg3、msg4完成接入流程。

步骤105：基站的MAC层把竞争解决成功的LTE终端TA值上报给基站的RRC层；

步骤106：基站的RRC层通过TA值计算LTE终端和基站的距离L1；

步骤107：基站的RRC层收到LTE终端发送的msg5(即RRCConnectionSetupComplete)信令后，比较L1和S；

步骤108：如果L1<S，即LTE终端在基站精确覆盖范围S内，则LTE终端驻留本小区，正常做业务；如果L1>＝S，即LTE终端不在基站精确覆盖范围S内，基站的RRC层下发RRCConnectionRelease重定向信令，控制LTE终端接入负载较轻的邻区。可见，LTE终端如果收到基站下发的RRCConnectionRelease重定向信令，则在信令指定的频点上重新发起接入。否则继续驻留在当前基站。

上述的msg1，msg2，msg3,msg4,TA，MAC，RRC,OMC，重定向相关含义可参见3gpp LTE协议术语表或相关论文。

所述步骤103：LTE终端搜索小区，完成与基站下行同步；具体为：

步骤a：LTE终端开机，如果LTE终端保存了上次关机时的频点和运营商信息，则LTE终端在上次驻留的小区上尝试搜索；如果LTE终端没有保存上次关机时的相关信息，则LTE终端会在LTE系统的频带范围全频扫描，通过信号强度来判断某个频点周围是否可能存在小区；

步骤b：如果LTE终端判断某个频点周围可能存在小区，会在这个频点周围搜索主同步信号(PSS)，LTE终端通过主同步信号(PSS)完成时隙同步，接着在主同步信号(PSS)基础上向前搜索辅同步信号(SSS)，LTE终端通过辅同步信号(SSS)完成帧同步，在以上基础上，LTE终端通过解调参考信号获得精确时隙和频率同步，通过解调PBCH获得系统帧号和带宽信息，以及PHICH的配置和天线配置，至此，LTE终端实现和基站下行同步。

在所述步骤104之前，还包括：LTE终端通过随机接入完成上行同步，具体过程如下：

LTE终端在完成下行同步后，通过解调sib2获取随机接入需要的时频位置以及前导码，用于发送msg1。

所述步骤104：基站收到LTE终端发送msg1时，获取该LTE终端TA值，LTE终端经过msg1、msg2、msg3、msg4完成接入流程；具体为：

步骤k：基站收到msg1后，会在窗长内回复msg2(即RAR，随机接入响应)，msg2内容包括TA值、发送msg3的上行授权、以及Temple C-RNTI；

步骤l:LTE终端收到msg2后，会在msg2指定上行授权上发送msg3，msg3即竞争解决ID；

步骤m:基站在收到msg3后，会将竞争解决ID封装在msg4中发给LTE终端，LTE终端通过比较自己的竞争解决ID和msg4中的内容是否一致，如果一致，则认为竞争解决，接入完成，否则竞争解决未完成，接入失败，需要重新发起随机接入过程。

步骤k中，基站获取TA值的方法如下：

LTE终端通过小区搜索实现下行同步，通过下行同步信号测得当前所在时刻位置，从而可推算出接收到下行信号的帧边界，LTE终端以此下行信号帧边界作为上行信号发射帧边界，在此帧边界发射msg1；基站接收到msg1后，测量出msg1的定时和下行信号帧边界的差值，即为TA值。

采用本技术方案，配置所述基站构造小区的精确覆盖范围是一个合理值，即确认精确覆盖范围后，不会出现真空覆盖地带。

配置所述基站构造小区的精确覆盖范围是一个合理值，即不会出现小区精确覆盖范围内终端超过小区容量。

本发明在LTE终端发送msg5后，即可决定LTE终端接入的小区，本发明通过TA预防负载均衡问题的出现来解决负载均衡问题，对系统影响小，用户基本无感知，可以有效保证服务质量。

实施例2：

实施例1是方法实施例，实施例2是系统实施例，本实施例2与上述实施例1属于同一技术构思，在本实施例中未详尽描述的内容，请参见方法实施例1。

如图2所示，一种采用实施例1所述LTE负载均衡方法的系统，包括LTE终端和基站。

需要说明的是，以上所述仅为本发明较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种LTE负载均衡方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤101：配置基站构造小区的精确覆盖范围S，S和预定的TA门限值成正比；

步骤102：配置LTE基站工作参数，构造小区；

步骤103：LTE终端搜索小区，完成与基站下行同步；

步骤104：基站收到LTE终端发送msg1时，获取该LTE终端TA值，LTE终端经过msg1、msg2、msg3、msg4完成接入流程；

步骤105：基站的MAC层把竞争解决成功的LTE终端的TA值上报给基站的RRC层；

步骤106：基站的RRC层通过TA值计算LTE终端和基站的距离L1；

步骤107：基站的RRC层收到LTE终端发送的msg5信令后，比较L1和S；

步骤108：如果L1<S，即LTE终端在基站精确覆盖范围S内，则LTE终端驻留本小区，如果L1>＝S，即LTE终端不在基站精确覆盖范围S内，则基站的RRC层下发RRCConnectionRelease重定向信令，LTE终端重定向到邻区。

2.根据权利要求1所述的一种LTE负载均衡方法，其特征在于，所述步骤103：LTE终端搜索小区，完成与基站下行同步；具体为：

步骤a：LTE终端开机，如果LTE终端保存了上次关机时的频点和运营商信息，则LTE终端在上次驻留的小区上尝试搜索；如果LTE终端没有保存上次关机时的相关信息，则LTE终端会在LTE系统的频带范围全频扫描，通过信号强度来判断某个频点周围是否可能存在小区；

步骤b：如果LTE终端判断某个频点周围可能存在小区，会在这个频点周围搜索主同步信号(PSS)，LTE终端通过主同步信号(PSS)完成时隙同步，接着在主同步信号(PSS)基础上向前搜索辅同步信号(SSS)，LTE终端通过辅同步信号(SSS)完成帧同步，在以上基础上，LTE终端通过解调参考信号获得精确时隙和频率同步，通过解调PBCH获得系统帧号和带宽信息，以及PHICH的配置和天线配置，至此，LTE终端实现和基站下行同步。

3.根据权利要求2所述的一种LTE负载均衡方法，其特征在于，在所述步骤104之前，还包括：LTE终端通过随机接入完成上行同步，具体过程如下：

LTE终端在完成下行同步后，通过解调sib2获取随机接入需要的时频位置以及前导码，用于发送msg1。

4.根据权利要求1所述的一种LTE负载均衡方法，其特征在于，所述步骤104：基站收到LTE终端发送msg1时，获取该LTE终端TA值，LTE终端经过msg1、msg2、msg3、msg4完成接入流程；具体为：

步骤k：基站收到msg1后，会在窗长内回复msg2，msg2内容包括TA值、发送msg3的上行授权、以及Temple C-RNTI；

步骤l:LTE终端收到msg2后，会在msg2指定上行授权上发送msg3，msg3即竞争解决ID；

步骤m:基站在收到msg3后，会将竞争解决ID封装在msg4中发给LTE终端，LTE终端通过比较自己的竞争解决ID和msg4中的内容是否一致，如果一致，则认为竞争解决，接入完成，否则竞争解决未完成，接入失败，需要重新发起随机接入过程。

5.根据权利要求4所述的一种LTE负载均衡方法，其特征在于，步骤k中，基站获取TA值的方法如下：

LTE终端通过小区搜索实现下行同步，通过下行同步信号测得当前所在时刻位置，从而可推算出接收到下行信号的帧边界，LTE终端以此下行信号帧边界作为上行信号发射帧边界，在此帧边界发射msg1；基站接收到msg1后，测量出msg1的定时和下行信号帧边界的差值，即为TA值。

6.一种采用权利要求1或5任一项所述LTE负载均衡方法的系统，其特征在于，包括LTE终端和基站。

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