Uno de los grandes retos en despliegues de overlay en LTE es asegurar el balance de cargas para maximizar el desempeño de la red. En EKSPRESA hemos desarrollado este servicio con éxito, y en este artículo conversaremos sobre la fase de optimización de una red donde implementamos esta estrategia.
La expansión de Red LTE con una banda de frecuencia adicional, en este caso de 1900 MHz, es un buen ejemplo de cómo el análisis después de la expansión, seguimiento y optimización son claves para que los recursos que se están instalando se ocupen.
El fascinante mundo de Radio Frecuencia nos trae retos adicionales, porque este comportamiento varía completamente de sitio a sitio. Lo que ya se probó y ajustó en una estación no necesariamente se replicará de igual manera en otra estación. Y es aquí cuando la optimización es necesaria para ajustar que el funcionamiento de la red sea el esperado y el uso de recursos sea eficiente.
¿Qué es un PRB?
Es la unidad de recursos mínima que se le puede asignar a un usuario.
Un PRB está compuesto por 12 subportadoras consecutivas en una ranura de 0,5 ms, además un bloque de recursos físicos (PRB) es la unidad de aprovisionamiento más pequeña en una trama LTE.
Durante 1 ms, el eNodoB asigna capacidad de carga o descarga a un dispositivo móvil en unidades de PRB. Un bloque de transporte es una combinación de datos de control y de usuario, además de la corrección de errores de reenvío para un solo dispositivo, y se asigna a una serie de PRB para su transmisión.
En líneas generales, a mayor asignación de recursos mayor es la velocidad de datos que puede alcanzar un usuario. Para el usuario de LTE, el planificador asigna los recursos de PRB a través de algoritmos de optimización. La inclusión de PRB minimiza la relación de potencia pico a promedio y minimiza el consumo de energía general.
Dado que ningún indicador se mira de forma aislada, el uso del PRB es un indicador que debe analizarse en conjunto con la cantidad de usuarios conectados, así como el volumen de tráfico e indicadores de cobertura (mala de cobertura causa que se usen más PRB para un mismo usuario), como se puede observar en la figura 2 y 3.
Importancia del balance de uso de PRB en escenarios multi-portadora
La optimización de las redes de comunicaciones móviles es una tarea constante, y ejecutarla de forma apropiada garantiza un mejor uso de los recursos y de la operatividad de la red. Sin embargo, es amplia la variedad de ajustes que pueden configurarse para lograr la mejor experiencia del usuario y que la utilización de los recursos sea eficiente.
Además, siempre se debe pensar en la escalabilidad al momento de implementar cualquier proyecto de ingeniería. Todos los que trabajamos en el área nos hemos enfrentado con la consideración de múltiples escenarios y aspectos en el diseño, pero luego, cuando ya está en producción la solución final, ésta no se comporta como esperábamos. Esto es parte del proceso de ingeniería y optimización de cualquier proyecto. ¿Cuántos proyectos de despliegue ha enfrentado? ¿Cuántas expansiones? ¿Salieron completamente como se esperaba?
Es probable que incluso en escenarios donde se han considerado diferentes situaciones, la ejecución resulte muy lejos de lo esperado; En el contexto de la integración de una nueva portadora en una red LTE para ampliar la disponibilidad de recursos a las que tienen acceso los usuarios, es posible encontrarnos con la circunstancia en donde los KPIs existentes se desmejoren en lugar de mejorar su desempeño, como ocurrió en caso de estudio que se desarrolla en este artículo, en donde luego de realizar la integración de una nueva red LTE 1900 MHz, KPIs como throughput, % CSFB, y uso de PRB se vieron desmejorados.
Incluso en una situación en donde los KPIs previos a la integración no se ven afectados, es importante buscar el mejor aprovechamiento de los recursos instalados, de forma de garantizar al usuario final la mejor experiencia posible.
El equipo de RF de Ekspresa logró no solo optimizar el balanceo de recursos entre ambas bandas, sino que también ayudó a mejorar la red del operador en los siguientes puntos:
- Equilibrio entre el uso de los recursos físicos de red y el uso de bandas.
- Mejorar la experiencia del usuario.
- Maximizar el uso de la inversión realizada en la red.
- Optimizar el proceso de handover dentro de bandas, y dentro de celdas.
- Albergar mayor cantidad de usuarios sin desmejora de los indicadores de calidad
Caso de estudio: Optimización de balance de carga en una red LTE 700 con overlay 1900
En una red existente LTE FDD 700 MHz se implementó la expansión a través de LTE 1900 MHz con el propósito de moderar la carga en la banda existente, en el siguiente gráfico podemos observar el comportamiento del porcentaje de uso de PRB en uno de los sectores del nodo luego de la activación de la nueva portadora:
Fig. 4 Uso de PRB luego de integración de LTE 1900 MHz
Una vez instalada la capacidad física, los recursos no son ocupados de manera eficiente o quedan sin uso, como se observa en la figura 2, en donde se muestra que el uso de los recursos físicos de bloque luego de la integración de LTE 1900 MHz (Línea naranja) supera por mucho los de la red existente LTE 700 MHz (línea azul).
Y es allí donde inicia la intervención del Ingeniero de Radio Frecuencia de EKSPRESA en conjunto con el equipo de campo de Drive Test. Con base a los datos colectados, estadísticas y experiencia en la optimización de otras redes se procede a revisar los algoritmos que intervienen en el manejo de tráfico y asignación de canales.
Del mismo modo también se procuró alinear las expectativas del cliente con base a la nueva expansión instalada, se conversó sobre los siguientes puntos:
- El Balanceo de PRB será requisito a nivel eNodeB, para optimizar los recursos de acceso desde el punto de vista de la red.
- El Balanceo de uso de PRB entre bandas se debe lograr sin degradar los KPIs existentes.
El proceso para lograr dicha optimización fue generar algoritmos de movilidad entre bandas, tanto en modo idle y modo conectado, y algoritmos de balanceo de carga de PRB.
Se configuraron distintos umbrales a nivel de celda, ajustados en un lazo cerrado de implementación, donde se evaluaban y se implementaban cambios nuevamente. A nivel de celda se confirmaba la optimización luego de 2 semanas de integración y a nivel de cluster un mes una vez que todas las expansiones estuviesen completadas.
Fue un reto, ya que esto ocurría en paralelo a las expansiones, por lo que la optimización “acompañaba” a la integración, casi de forma inmediata. Sin embargo, EKSPRESA logró adaptarse a las propuestas del cliente, incluso llegando más allá de lo que se esperaba del proyecto, asegurando el mejor uso posible a los recursos instalados.
Datos luego de optimización de PRB en red LTE con dos portadoras
Como se muestra en la Figura 5, luego de la implementación de los algoritmos de optimización, se logró equilibrar el uso en ambas bandas y, por ende, el mejor aprovechamiento posible de los recursos físicos de LTE 700 MHz (línea azul) y LTE 1900 MHz (línea naranja).
La particularidad de este tipo de optimización fue precisamente realizarlo casi en tiempo real con las integraciones, en una red de gran dimensión y cantidad de usuarios, sin afectar su experiencia, además tomando en cuenta que no necesariamente la optimización de PRB (punto de vista de red) es paralela a la de throughput (punto de vista del usuario) muchas veces cuando se intenta optimizar una, se perjudica la otra. El secreto estuvo en encontrar el punto de equilibrio que permita ambas cosas a la vez, tal y como se muestra en la siguiente gráfica:
Se concluye que la implementación de los algoritmos estudiados por EKSPRESA, es posible optimizar la capacidad instalada asegurando el máximo aprovechamiento de recursos, obteniendo resultados satisfactorios en el área financiera, la experiencia del usuario, la movilidad y en la capacidad de la red.
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Referencias
- Gabriel Ordoñez, Ingeniero de Radio Frecuencia Senior Ekspresa Panamá, 2021-2022.
- RFMW, (17-07-2022), LTE Physical Layer Overview. https://rfmw.em.keysight.com/
- Samia Dardouri and Ridha Bouallegue, (08-05-2015), Performance Analysis of resource scheduling in LTE femtocells networks. https://www.researchgate.net/
