E—UTRAN自組織網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究

【摘要】 本文介紹了E-UTRAN自組織網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)概況和功能模塊，并詳細闡述了自動PCI配置、自動鄰區(qū)關(guān)系、移動性魯棒性優(yōu)化、隨機接入信道優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用場景、技術(shù)方案。

【關(guān)鍵詞】 自組織網(wǎng)絡(luò) 自配置 自優(yōu)化 自動鄰區(qū)關(guān)系

一、引言

SON的主要驅(qū)動力有三個方面，（1）LTE網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的數(shù)量多和結(jié)構(gòu)復(fù)雜。（2）如果LTE仍采用傳統(tǒng)運維模式，那么LTE運營商必須付出更多的OPEX。（3）基站數(shù)量的迅速增加（尤其是eNB）要求用盡可能少的人力來進行管理。所以LTE的運維必須具有更大的自管理性。SON的主要目標(biāo)就是可以對網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)自動配置和自動優(yōu)化，改善網(wǎng)絡(luò)容量，并降低OPEX。

二、概述

自組織網(wǎng)絡(luò)（SON）是一個旨在通過自動化機制簡化運營任務(wù)來降低無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、安裝、優(yōu)化和管理成本，提高運維效率和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的全套解決方案。其概念的提出始于下一代移動網(wǎng)絡(luò)（NGMN），并被3GPP引入LTE及3G網(wǎng)絡(luò)。NGMN側(cè)重于商業(yè)需求的研究和定義，3GPP則細化在特定網(wǎng)絡(luò)中的場景分析和解決方案，目前在自配置、自優(yōu)化領(lǐng)域均有實質(zhì)進展。

三、E-UTRAN SON關(guān)鍵技術(shù)

3.1 自動PCI規(guī)劃和優(yōu)化

3.1.1 應(yīng)用場景

自動PCI規(guī)劃和優(yōu)化的應(yīng)用場景包括初期建網(wǎng)時的PCI規(guī)劃和增減基站時的PCI配置。物理小區(qū)標(biāo)識（PCI）是無線小區(qū)必須配置的參數(shù)。小區(qū)的PCI用于終端區(qū)分不同的小區(qū)。在LTE系統(tǒng)中，共有504個物理層小區(qū)標(biāo)識。這些標(biāo)識被分成168個物理層小區(qū)標(biāo)識組，每個組包含3個唯一的標(biāo)識。一個典型的網(wǎng)絡(luò)中可能包含數(shù)以千計的小區(qū)，而PCI資源只有504個，因此，PCI是被多個小區(qū)復(fù)用的，PCI規(guī)劃中可能存在PCI混淆和PCI沖突的問題。

3.1.2 解決方案

eNB可根據(jù)集中式PCI分配算法或者分布式PCI分配算法進行PCI的選擇。（1）集中式PCI分配算法：OAM分配一個特定的PCI值。eNB必須選擇這個值作為PCI值。（2）分布式PCI分配算法：OAM分配一個PCI值的列表。eNB可以通過一些手段去除PCI值從而來限制這個列表，包括UE上報信息、相鄰eNB的X2接口上報以及下行接收機監(jiān)聽空口等其他實現(xiàn)方式。

3.2 自動鄰區(qū)關(guān)系

3.2.1 應(yīng)用場景

ANR的應(yīng)用場景主要有兩個，其一：新的小區(qū)添加到網(wǎng)絡(luò)時，為其添加和配置鄰區(qū)列表；其二：網(wǎng)絡(luò)中刪除或添加新小區(qū)時，更新已有小區(qū)的鄰區(qū)列表。

3.2.2 技術(shù)方案

ANR功能的目的是減輕運營商管理鄰區(qū)關(guān)系的負擔(dān)，其功能框架圖如圖1所示：

ANR的功能實體歸屬于eNB，其功能包括鄰區(qū)添加、刪除、更新功能，首先由鄰區(qū)刪除功能模塊和鄰區(qū)檢測模塊監(jiān)測鄰區(qū)列表更新需求，再由鄰區(qū)關(guān)系列表（NRT）管理功能向OAM提交鄰區(qū)報告，得到添加/更新鄰區(qū)關(guān)系確認后執(zhí)行NRT的更新操作。其中鄰區(qū)刪除功能主要依賴于來自X2接口的信息及其他內(nèi)部信息來判斷NRT是否需要更新，鄰區(qū)檢測功能主要依賴終端在RRC層上報的測量報告來判斷是否有需要添加的鄰區(qū)。

3.2.3 鄰區(qū)關(guān)系發(fā)現(xiàn)

鄰區(qū)關(guān)系的發(fā)現(xiàn)，需要依靠終端向服務(wù)eNB直接上報的測量報告。終端在RRC連接建立后向服務(wù)eNB上報測量報告，在RRC連接模式下持續(xù)上報所有檢測到的小區(qū)的PCI。如果終端支持多模操作，也會測量其他支持的無線接入技術(shù)。如果終端上報的小區(qū)PCI沒有存在于服務(wù)eNB定義的鄰區(qū)列表中，在服務(wù)eNB中的ANR功能請求終端重新獲取這個小區(qū)的CGI，以此來識別這個小區(qū)。這個小區(qū)就叫做目標(biāo)小區(qū)。終端讀取目標(biāo)小區(qū)廣播SIB1（系統(tǒng)消息廣播塊1）的CGI，并且把它報告給服務(wù)eNB。當(dāng)服務(wù)eNB收到CGI后，通過MME能夠獲得到目標(biāo)eNB的IP地址，服務(wù)eNB就可以聯(lián)系到目標(biāo)eNB。服務(wù)eNB請求到目標(biāo)eNB的X2建立，包含創(chuàng)建鄰區(qū)關(guān)系的必要數(shù)據(jù)（即CI，CGI，TAC，PLMN-ID和頻率）。目標(biāo)eNB把服務(wù)eNB加入到它的鄰區(qū)列表中，目標(biāo)eNB向服務(wù)eNB發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)，服務(wù)eNB反過來把目標(biāo)eNB加入它的鄰區(qū)列表。

3.3 移動性魯棒性優(yōu)化

3.3.1 應(yīng)用場景

LTE系統(tǒng)的SON技術(shù)中引入了移動性魯棒性優(yōu)化（MRO）功能。MRO的主要目標(biāo)是減少切換相關(guān)的RLF發(fā)生，其主要思路是先檢測到相關(guān)問題，然后根據(jù)問題的分析提供解決方案并進行優(yōu)化。移動性魯棒性優(yōu)化功能需要區(qū)分不同的切換失敗場景。

3.3.2 切換問題檢測

3.3.2.1 系統(tǒng)內(nèi)過晚切換監(jiān)測

如果UE的移動速度比切換參數(shù)設(shè)置中所允許的更快，切換被觸發(fā)時源小區(qū)的信號強度已經(jīng)過低，將會導(dǎo)致無線鏈路失敗RLF。在無線鏈路失敗后，UE提供RLF信息給失敗后重連到的小區(qū)。該小區(qū)通過X2接口轉(zhuǎn)發(fā)RLF消息給發(fā)生RLF的小區(qū)。接收到RLF消息的小區(qū)分析消息，如果需要，分析的結(jié)果在切換報告內(nèi)通過X2接口轉(zhuǎn)發(fā)給需要校正的小區(qū)。

3.3.2.2 系統(tǒng)內(nèi)過早切換檢測

過早切換的觸發(fā)場景是指終端進入到由于服務(wù)小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)有其他小區(qū)覆蓋造成的覆蓋孤島。在密集城區(qū)這是一種典型場景，這種“割裂”的小區(qū)覆蓋與無線傳播環(huán)境有關(guān)。通過eNB分析RLF指示計算從UE發(fā)起連接到被釋放的時長來監(jiān)測是否發(fā)生了系統(tǒng)內(nèi)過早切換，從而調(diào)整切換參數(shù)。

3.3.2.3 系統(tǒng)內(nèi)切換到錯誤小區(qū)檢測

當(dāng)小區(qū)鄰區(qū)關(guān)系參數(shù)配置不當(dāng)時，切換很可能被指向一個錯誤小區(qū)。切換到錯誤小區(qū)的特征是：（1）在到目標(biāo)小區(qū)的切換觸發(fā)后很短時間內(nèi)，發(fā)生RLF。切換是否完全成功，取決于目標(biāo)小區(qū)的空口信令；（2）終端重建到除源小區(qū)和目標(biāo)小區(qū)之外的其他小區(qū)；值得注意的是，初始切換是否成功將會影響信令流程。重連的小區(qū)將會發(fā)送RLF消息給UE連接失敗的小區(qū)。如果切換成功，RLF指示被發(fā)送到原來的目標(biāo)小區(qū)。如果切換失敗，RLF指示被發(fā)送到源小區(qū)。在上述任意一種情況下，源小區(qū)最后都會接收到RLF或切換報告消息，并采取必要的校正措施。

3.3.2.4 系統(tǒng)間不必要（過早）切換檢測

系統(tǒng)間不必要切換的定義為：UE從E-UTRAN切換到其他系統(tǒng)（例如，GERAN或UTRAN）而此時E-UTRAN系統(tǒng)的覆蓋質(zhì)量仍可以滿足UE的服務(wù)要求。因此這種切換被視作系統(tǒng)間不必要切換或者系統(tǒng)間過早切換（未發(fā)生連接失敗）。為了能夠檢測到向其他系統(tǒng)的不必要切換問題，在切換準(zhǔn)備過程中，當(dāng)從E-UTRAN 到其他系統(tǒng)的系統(tǒng)間切換發(fā)生時，eNB可以選擇在切換請求消息中增加覆蓋和質(zhì)量情況信息。

3.3.2.5 系統(tǒng)間過晚切換檢測

UE從一個系統(tǒng)切換到另一個系統(tǒng)導(dǎo)致的系統(tǒng)間延時切換將導(dǎo)致RLF，還將有可能導(dǎo)致掉話。系統(tǒng)間過晚切換的檢測和報告有兩種方案。

第一種可選方案是在發(fā)生RLF后，UE立刻重連到某小區(qū)，UE向該小區(qū)上報RLF指示消息。在這種情況下，在RLF發(fā)生前UE連接的小區(qū)和RLF指示消息上報的小區(qū)不是同一個系統(tǒng)。這需要在系統(tǒng)間增加新的消息，用來傳遞信息給UE切換前連接的小區(qū)，其原因是該小區(qū)是需要調(diào)整切換參數(shù)的小區(qū)。另一種可選方案是當(dāng)UE返回到經(jīng)歷RLF的系統(tǒng)后發(fā)送RLF報告，不要求是同一小區(qū)。在這種情況下，不需要在兩個不同的系統(tǒng)間傳遞消息。

3.3.2.6 系統(tǒng)內(nèi)乒乓切換

基本識別原理為：在A->B->A的切換過程中，在B中停留時間非常短，又返回到源小區(qū)。其識別方法為：如果A和B處于不同eNB下，根據(jù)HANDOVER REQUEST信令中UE History Information中的最近停留的兩個小區(qū)信息進行判斷。如果A和B位于同一eNB，eNB會記錄UE切換的歷史信息，從而進行判斷是否發(fā)生了乒乓切換。

3.4 隨機接入信道優(yōu)化

3.4.1 應(yīng)用場景

隨機接入信道（RACH）的參數(shù)配置對RACH碰撞概率有很大影響。RACH碰撞概率是影響呼叫建立時延、上行非同步狀態(tài)下的數(shù)據(jù)恢復(fù)時延和切換時延的重要因素，也會影響到呼叫建立成功率和切換成功率。由于需要專門為RACH保留上行資源，預(yù)留資源的數(shù)量會影響到LTE的網(wǎng)絡(luò)容量。隨機接入信道參數(shù)配置不合理也會導(dǎo)致前導(dǎo)檢測概率的下降和覆蓋范圍的縮小。因此，對于已經(jīng)部署的網(wǎng)絡(luò)，RACH參數(shù)優(yōu)化能夠帶來比較明顯的增益。并且，隨機信道參數(shù)的配置在很大程度上影響著終端用戶的用戶體驗。綜上所述，隨機信道的優(yōu)化是尤為重要的。

3.4.2 技術(shù)方案

E-UTRAN SON的PRACH優(yōu)化功能的工作原理是通過UE上報的PRACH性能指標(biāo)參數(shù)來評估PRACH的性能，并決定是否啟動PRACH優(yōu)化工作，如果觸發(fā)了優(yōu)化功能，則會對PRACH相關(guān)參數(shù)進行調(diào)整。性能評估和參數(shù)調(diào)整以閉環(huán)的模式進行，可應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境變化導(dǎo)致的RACH的性能下降。為了配置和優(yōu)化PRACH參數(shù)，PRACH優(yōu)化功能需要通過UE information procedure來獲得AP（m）和ADP（δ）兩個參數(shù)以便對PRACH性能進行評估。其中AP（m）表示在整個隨機接入過程中UE發(fā)送前導(dǎo)序列的數(shù)量，即嘗試接入的次數(shù)，ADP（δ）指示UE隨機接入過程中是否檢測到競爭。PRACH優(yōu)化功能可優(yōu)化的參數(shù)包括配置參數(shù)、傳輸功率控制參數(shù)、回退參數(shù)、前導(dǎo)劃分等。

四、總結(jié)

減少網(wǎng)絡(luò)運營的投入和復(fù)雜度是E-UTRAN SON的主要驅(qū)動力。在多廠商網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下不同設(shè)備廠商的測量和性能數(shù)據(jù)遵守相同的標(biāo)準(zhǔn)可以簡化網(wǎng)絡(luò)性能分析和問題定位，提高系統(tǒng)的運營能力；網(wǎng)絡(luò)的自配置和自優(yōu)化機制也能減少運營投入和縮短網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作周。因此網(wǎng)絡(luò)的自配置和自優(yōu)化機制在網(wǎng)絡(luò)部署初期是非常關(guān)鍵的。

參 考 文 獻

[1] 賀敬. 自組織網(wǎng)絡(luò)（SON）技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化演進[J]. 郵電設(shè)計技術(shù)，2012（12）：4-7

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