LTE-CDMA自組織網(wǎng)絡(luò)方案研究

吳錦蓮，熊尚坤，王慶揚

（中國電信股份有限公司廣東研究院 廣州 510630）

1 引言

相對于傳統(tǒng)2G移動通信系統(tǒng)而言，3G/LTE系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)更為復雜，同時異構(gòu)網(wǎng)（HetNet）的引入使LTE無線接入網(wǎng)面臨宏蜂窩、微蜂窩、家庭基站（HeNB）等多種站型協(xié)同工作的挑戰(zhàn)，采用傳統(tǒng)的人工方法進行參數(shù)配置、網(wǎng)絡(luò)測量和優(yōu)化需要投入大量的人力物力，所以，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護優(yōu)化的難度和復雜性是LTE發(fā)展的重要任務(wù)之一。LTE自組織網(wǎng)絡(luò) （SON）技術(shù)支持基站自動配置、自動優(yōu)化、自我修復，對提升網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與維護的效率，降低OPEX具有重要意義。

LTE與傳統(tǒng)2G/3G系統(tǒng)將長期共存，LTE與2G/3G系統(tǒng)的互操作是傳統(tǒng)移動運營商必須解決的問題。跨接入網(wǎng)的自組織網(wǎng)絡(luò)（inter RAT SON）功能通過自適應調(diào)整不同接入網(wǎng)的資源，可以實現(xiàn)不同接入網(wǎng)的優(yōu)勢互補，提高網(wǎng)絡(luò)整體效率，改善不同系統(tǒng)之間的互操作性能，有效提升LTE網(wǎng)絡(luò)部署速度，因此Inter RAT SON在R10以后成為3GPP SON研究的重要議題。

目前3GPP2已開始制定CDMA SON標準，包括LTE-CDMA SON場景(以下簡稱C-L SON)，在中國電信的推動下，3GPP于2012年 3月成立了 LTE-HRPD SON研究項目[1]，以制定相關(guān)標準。本文將對C-L SON的主要功能，包括自動鄰區(qū)關(guān)系（ANR）、移動負載均衡（MLB）、移動頑健性優(yōu)化（MRO）進行研究和分析，并探討可能的技術(shù)方案。

2 需求場景

2.1 自動鄰區(qū)關(guān)系

為實現(xiàn)LTE與CDMA（主要是eHRPD)兩網(wǎng)之間的相互切換，需要在LTE小區(qū)與eHRPD小區(qū)之間建立鄰區(qū)關(guān)系。ANR功能可以實現(xiàn)兩個網(wǎng)絡(luò)之間的自動鄰區(qū)添加、刪除和優(yōu)化，從而減少人工配置的工作量，優(yōu)化鄰區(qū)關(guān)系。

一般情況下，ANR應該是雙向的，即包括LTE小區(qū)自動添加eHPRD鄰區(qū)、eHRPD小區(qū)自動添加LTE鄰區(qū)。前者目前已有較為成熟的方案，后者由于目前eHRPD到LTE只支持非優(yōu)化切換，包括空閑態(tài)的小區(qū)重選及激活態(tài)的重定向，不需要預先建立鄰區(qū)關(guān)系，所以暫未考慮。

按3GPP標準方案，為實現(xiàn)LTE自動添加eHRPD鄰區(qū)，LTE需管理3個列表：黑名單、白名單及搜索列表，其中搜索列表就是列出需要搜索的接入網(wǎng)（RAT）和頻點。LTE對eHRPD的自動鄰區(qū)管理在UE連接模式下進行，其實現(xiàn)過程如圖1所示[2]。

（1）eNode B控制 UE在 eHRPD鄰區(qū)執(zhí)行相關(guān)的測量，探測相關(guān)的小區(qū)。UE上報探測到的小區(qū)PCI給eNode B，對于eHRPD來說，PCI根據(jù)PN偏置定義。

（2）eNode B收到PCI后，如PCI不在鄰區(qū)關(guān)系表中，則要求終端上報PCI對應的小區(qū)全球唯一標識（CGI）。

（2b）UE從eHRPD的廣播信道BCCH中讀取小區(qū)全球唯一標識。

（3）UE給eNode B上報 eHRPD小區(qū)的CGI及相關(guān)信息，eNode B更新與eHRPD系統(tǒng)間的鄰區(qū)關(guān)系表。

在（1）中，為在連接態(tài)中進行異系統(tǒng)測量，eNode B需要調(diào)度UE進入一小段空閑周期，以便UE可以遍歷目標網(wǎng)絡(luò)eHRPD的所有小區(qū)。在（2b）中，為在連接態(tài)中讀取BCCH廣播信道，同樣需要調(diào)度UE進入一小段空閑周期。該過程對eHRPD系統(tǒng)沒有額外要求，LTE系統(tǒng)及終端需遵循3GPP規(guī)范相關(guān)要求，對于終端來說，需支持按照eNode B的指示進行eHRPD系統(tǒng)測量、讀取BCCH信道的CGI值并上報。

另外，關(guān)于inter-RAT鄰區(qū)關(guān)系列表（NRL）信息交互的問題，最近3GPP在RAN3工作組進行了討論，R11階段暫不考慮LTE與其他接入網(wǎng)之間的NRL信息交互，由于目前eHRPD到LTE的非優(yōu)切換暫不需要鄰區(qū)列表，所以該決定對LTE-eHRPD的自動鄰區(qū)關(guān)系以及切換功能影響不大，將來如有需要可在R12階段討論。

2.2 負載均衡

負載均衡通過智能地將用戶流量分攤到網(wǎng)絡(luò)的無線資源上，提供較好的終端用戶體驗，同時優(yōu)化系統(tǒng)容量。負載均衡的效果與小區(qū)間的覆蓋關(guān)系密切相關(guān)。一般來說小區(qū)間的重疊程度越高，負載均衡的效果越明顯。LTE將與eHRPD系統(tǒng)重疊部署，所以相對于LTE系統(tǒng)內(nèi)的負載均衡，LTE與eHRPD之間的負載均衡更值得關(guān)注。

負載均衡的目標是盡可能使業(yè)務(wù)在多個小區(qū)間均勻分布，或在發(fā)生業(yè)務(wù)擁塞時把部分業(yè)務(wù)從負載高的小區(qū)轉(zhuǎn)移到負載低的小區(qū)，通常通過優(yōu)化移動性參數(shù)或采取切換動作來實現(xiàn)[2]。由以下一個或多個功能組成。

·負載報告。即需要在小區(qū)之間進行負載信息交互，以判斷是否有必要或是否可以實施負載均衡。

·基于切換的負載均衡。即通過切換動作將用戶從負載高的小區(qū)切換到負載低的小區(qū)，避免小區(qū)過載。如當eHRPD網(wǎng)絡(luò)負載較高，LTE網(wǎng)絡(luò)負載較低且信號質(zhì)量滿足要求時，將部分用戶強制切換至LTE小區(qū)，起到分擔負荷的作用。

·切換/重選參數(shù)的自動調(diào)整。通過調(diào)整切換/重選參數(shù)讓用戶優(yōu)先切換/駐留到負載低的小區(qū)。

每個功能的觸發(fā)機制取決于設(shè)備的實現(xiàn)，標準化的重點是如何實現(xiàn)基站間的負載報告，即負載信息交互。在LTE系統(tǒng)內(nèi)，主要通過X2接口實現(xiàn)相鄰小區(qū)的負載信息交互，在LTE與其他系統(tǒng)之間經(jīng)過S1接口承載，均對原有協(xié)議帶來新的要求。3GPP已確定LTE與UMTS間的負載信息交互基于 RIM（RAN informaton management）協(xié)議，并在R10階段完成了RIM協(xié)議的擴展，主要包括單小區(qū)報告及多小區(qū)報告，可根據(jù)負載報告門限來觸發(fā)MLB事件[3]。R11階段將引入LTE與eHRPD互操作場景，已確定需要在LTE與eHRPD之間交互負載信息報告，目前正在討論負載報告的傳遞方案。

在獲取eHRPD負載報告后，考慮到LTE與eHRPD重疊覆蓋，需要一種算法來評估是否需要調(diào)整切換參數(shù)的設(shè)置，除通過調(diào)整小區(qū)的切換參數(shù)設(shè)置來實現(xiàn)負載均衡外，也可以通過給終端下發(fā)參數(shù)，讓終端通過一定的優(yōu)先級來選擇網(wǎng)絡(luò)[2],這種優(yōu)先級可以針對整個小區(qū)的所有終端，也可以針對小區(qū)中的部分終端，讓部分用戶優(yōu)先選擇負載較輕的網(wǎng)絡(luò)接入。

2.3 移動頑健性優(yōu)化

手動配置和調(diào)整切換參數(shù)是一件非常耗費時間的事情，移動頑健性優(yōu)化的主要目的是通過測量與性能統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在移動性方面存在的問題，通過調(diào)整切換/小區(qū)重選參數(shù)，減少與切換相關(guān)的無線鏈路失敗（RLF），并避免不必要錯切、漏切對網(wǎng)絡(luò)資源的浪費，也稱為切換優(yōu)化。

切換優(yōu)化要基于長期的切換性能搜集和分析，如何判斷切換事件是切換優(yōu)化實現(xiàn)的關(guān)鍵。3GPP定義的主要事件包括以下方面。

·過晚切換：用戶在源基站掉話，并選擇一個不同的基站重新建立連接，即RLF發(fā)生在切換之前。

·過早切換：UE成功切換到目標小區(qū)后很快發(fā)生RLF，然后試圖在源小區(qū)重新建立連接；或者UE在嘗試切換到目標小區(qū)的過程中在源小區(qū)發(fā)生RLF，然后試圖在源小區(qū)重新建立連接。

·切換至錯誤小區(qū)：UE在切換過程中或在成功切換到目標小區(qū)后很快發(fā)生RLF，然后在目標小區(qū)和源小區(qū)以外的其他小區(qū)重新建立連接。

·震蕩切換：UE從上一個小區(qū)駐留到這次切換的時間過短。

3GPP在R10階段主要關(guān)注前3種，雖然震蕩切換不一定會造成掉話，但由于其在實際網(wǎng)絡(luò)中存在更普遍且對網(wǎng)絡(luò)資源消耗大，將是下一步關(guān)注的重點。

切換優(yōu)化對UE和eNode B均有要求。過早切換、過晚切換、切換至錯誤小區(qū)都需要依賴UE上報RLF報告，目前在3GPP標準中RLF報告對UE來說是可選功能，相應的產(chǎn)品實現(xiàn)會相對較晚。同時也需要X2接口支持在相鄰eNode B間傳遞RLF指示及切換報告消息[4]。

在inter-RAT場景下，由于用戶在不同RAT間移動，RLF報告消息的上報會變得復雜，且不同RAT之間缺乏類似X2的直連接口，RLF指示及切換報告消息的傳遞也需要相應的機制支持。考慮到一般情況下LTE覆蓋范圍比eHRPD小，如用戶從LTE移動到eHRPD網(wǎng)絡(luò)的過程中沒有及時發(fā)生切換，將會導致掉話。因此，從LTE到eHRPD過晚切換的優(yōu)化是inter-RAT MRO的重點。

3 技術(shù)方案

LTE與eHRPD的負載均衡及移動性優(yōu)化均需重點解決基站間的信息交互問題。交互的信息主要包括以下方面。

·負載報告：即LTE在進行負載均衡之前需要獲取周圍eHRPD小區(qū)的負載信息。

·移動性優(yōu)化相關(guān)信息：如RLF指示、切換報告等，需要哪些信息取決于MRO類型。

信息交互的潛在方案主要包括[5]：

·基于RIM接口；

·基于LTE與eHRPD之間的直連接口；

·基于切換的接口；

·基于網(wǎng)管接口。

RIM主要由3GPP GREAN工作組制定，允許兩個無線接入網(wǎng)（RAN）節(jié)點之間通過核心網(wǎng)來請求和傳輸RAN系統(tǒng)信息，原來用于GREAN與UTRAN之間的信息交互，后來經(jīng)過擴展支持 LTE與UTRAN之間的信息交換[6]，如圖2所示。目前在LTE側(cè)EUTRAN已支持inter-RAT SON相關(guān)的RIM流程與信息。理論上RIM也可以通過類似的擴展，支持LTE與eHRPD之間的信息交互，只需要增加eHRPD相應的字段即可,如圖3所示。因為如果不采用RIM而是其他協(xié)議，也要采用類似RIM的信息請求/反饋機制，反而增加了信令開銷。但本方案涉及eHRPD側(cè)對RIM的支持以及RIM協(xié)議的修改，需要3GPP與3GPP2共同確定，目前正在研究當中。

在LTE與eHRPD優(yōu)化切換的系統(tǒng)架構(gòu)中，MME與eAN之間在信令面已經(jīng)定義了S101接口，支持EUTRAN接入網(wǎng)與eHRPD接入網(wǎng)之間的互操作。理論上S101可以作為承載上述RIM協(xié)議的接口，但目前S101接口主要用于處理LTE與eHRPD之間的優(yōu)化切換的相關(guān)過程，包括預注冊、切換信令交互等，且主要處理與UE相關(guān)的信令，而inter-RAT SON涉及小區(qū)相關(guān)的信令。

所以，從簡化接口功能角度出發(fā)，在S101接口之外為inter-RAT SON設(shè)置一個專門的接口也是有可能的，即基于LTE與eHRPD之間的新的直連接口[7]。

基于網(wǎng)管的接口是指eURTAN與eHRPD之間通過網(wǎng)管接口進行SON相關(guān)信息交互，其好處是可以減少inter-RAT SON引入對已定義網(wǎng)元及接口功能的影響，不需要對S1接口、A接口等進行修改。對于LTE與eHRPD設(shè)備為同一廠商的情況，可以考慮通過統(tǒng)一網(wǎng)管解決，但對于存在更為普遍的不同設(shè)備廠商之間的互操作場景，網(wǎng)管互通實現(xiàn)起來是非常困難的。

綜合上述分析，通過擴展已有RIM協(xié)議支持inter-RAT SON相關(guān)信息交互是較為理想的方案，而RIM協(xié)議是通過已有S101接口還是引入一個新的直連接口來承載，是需要進一步研究的問題。

信息交互接口和協(xié)議一旦確定，不僅可以用于承載與LTE-CDMA SON功能相關(guān)的信息，還可以用于承載與LTE-CDMA節(jié)能 （ES）相關(guān)的信息，將大大提高LTE與CDMA接入網(wǎng)間互操作的靈活性。

4 結(jié)束語

在LTE與CDMA網(wǎng)絡(luò)共存的情況下，跨LTE與CDMA網(wǎng)絡(luò)的inter-RAT SON是一個值得研究的課題，相關(guān)功能包括自動鄰區(qū)關(guān)系、負載均衡、切換優(yōu)化等。其中從LTE到CDMA的自動鄰區(qū)關(guān)系功能已基本具備。負載均衡在LTE與CDMA重疊覆蓋場景中，對于均衡兩個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量、提升網(wǎng)絡(luò)整體性能具有重要意義。跨接入網(wǎng)的切換優(yōu)化包括很多場景，綜合考慮需求和實現(xiàn)難度，可優(yōu)先解決從LTE到eHRPD的過晚切換問題。負載均衡和切換優(yōu)化需重點解決兩種制式基站間的信息交互問題，技術(shù)方案需綜合考慮實現(xiàn)難度、對已有標準的影響等因素，并從3GPP、3GPP2兩方面來推動相關(guān)標準的制定。

1 3GPP RP-120380.New SID Proposal:LTE-HRPD Inter RAT SON,2012

2 3GPP TS 36.300 V9.7.0.E-UTRA and E-UTRAN;Overall Description;Stage 2,(Release 10)

3 3GPP R3-102269 Release 10.Enhancements for Inter-RAT Cell Load Reporting,2010

4 3GPP TS 36.423 V10.1.0.X2 Application Protocol(X2AP),2011

5 3GPP.Report of 3GPP TSG RAN WG3 Meeting#77,2012

6 3GPP TS 23.401.GeneralPacketRadio Service (GPRS)Enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network(E-UTRAN)Access(Release 8)

7 3GPP R3-121754.Proposed Architecture for LTE-HRPD iRAT SON,2012