LTE基站系統的PCI自配置技術研究

朱曉光，江 華

（中興通訊股份有限公司 深圳 518057）

1 引言

近20年來，移動通信技術不斷演進，從模擬到數字、從電路域到分組域、從2G到4G，已經從窄帶技術演進到了移動寬帶技術，這主要來自移動互聯網飛速發展的大時代背景需求的推動，移動用戶已經不滿足傳統的語音和短信等電信服務，移動互聯網成為新的移動服務熱點。根據中國互聯網絡信息中心報告，截至2013年12月，我國手機網民規模達5億人。為此，從用戶的角度看，提出了越來越高的用戶體驗需求；從技術的角度看，要不斷通過引入新技術增加移動傳輸帶寬，并通過簡化系統架構降低時延；從運營商的角度看，要及時部署移動新技術，創造新的增長點，同時降低運維成本。這幾年，我國三大運營商已經開始緊鑼密鼓地部署4G網絡。

蜂窩移動通信技術演進到第4代移動寬帶LTE階段后，空口傳輸采用OFDM （orthogonal frequency division multiplexing，正交頻分復用）技術進行蜂窩組網，并通過使用PCI（physical cell identity，物理扇區標識）來標識扇區，其功能是區分扇區，并作為信道擾碼器輸入的一部分，進行信道隔離，但PCI的取值范圍僅是1～504，而LTE網絡中的扇區數量通常要遠遠大于504，因此必須通過復用機制來為新eNB（evolution node B）分配PCI資源，其分配原則是LTE同頻組網時，相鄰扇區PCI值必須不同，否則會有鄰區干擾；LTE異頻組網時，相鄰扇區PCI可以相同。

盡管運營商通過部署LTE技術為用戶提供移動寬帶服務，但一方面移動資費逐漸呈下降趨勢，另一方面基于互聯網的OTT（over the top，過頂傳球）業務正在不斷侵蝕傳統移動業務，而部署eNB的數量會越來越多，如采用傳統的人工維護方法，安裝、配置、維護的工作量極大,成本也會很高，因此運營商對降低運維成本和建設成本越來越重視。鑒于上述因素，國際主流運營商提出了SON（self organizing network，自組織網絡）的概念，所謂SON是一個可以提供自動安裝、配置、優化、維護功能的網絡，減少人工參與，使日常運維工作更加合理，其目的就是降低OPEX（operating expense，運營成本），并通過 3GPP（3rd generation partnership project，第三代伙伴工程）實現標準化。根據不同的SON需求用例，實現SON的網絡架構主要有3種：集中式、分布式和混合式，其中集中式主要是在各eNB的上一級匯聚網元上實現相關SON功能，如OAM（operation administration maintenance，操作管理維護）；分布式主要是在各eNB上實現相關SON功能；而混合式是通過集中式和分布式兩種結構實現SON功能。

在3GPP標準中規范了基于 SON的 ANR（automatic neighbour relation，自動鄰區關系）實現方法，即鄰區關系不是通過人工規劃獲得，而是通過UE（user equipment，用戶設備）測量上報方式實現，當UE測量到鄰區信號強度較強時，將鄰區PCI上報到所在eNB，由eNB判決是否加入鄰區列表中，如果加入，則請求UE返回該鄰區的全局扇區標識給eNB，這一過程中，默認新部署的eNB已經分配好PCI資源。

針對LTE的PCI分配方法有很多，可以基于傳統的規劃法和分組取模法，前者根據網絡拓撲結構，通過統一的人工規劃來確保每個扇區的PCI與鄰區PCI不同，并手工配置；后者依賴于基站標識，首先對PCI資源進行分組，并對各組資源進行編號，基站具體配置哪組PCI資源需要對基站標識取模，由于基站數量較多，這種分配方法不能完全避免鄰區PCI沖突；如果直接采用eNB自動分配PCI方法，由于新部署的eNB與相鄰eNB之間的接口還沒有建立，并不知道鄰區PCI，很容易導致與鄰區PCI沖突。

針對LTE基站系統的PCI分配，提出一種基于SON的自配置PCI配置方法，在減少人工干預的情況下，低成本、高效率地自動配置PCI資源，提高LTE基站系統的自組織和自操作能力。

2 LTE基站系統的PCI自配置SON架構及其分配方法

LTE基站系統的PCI自配置SON架構可以有兩種，分別是集中式和混合式，如圖1所示。在集中式架構中，PCI自配置功能集中在OAM，由OAM負責為eNB自動配置PCI；在混合式架構中，PCI自配置功能分布在OAM和各個eNB上，兩種網元都參與PCI的自配置過程。

LTE基站系統的PCI自配置分配方法是將504個PCI資源分為兩部分，其中較少的一部分PCI資源為臨時PCI，較多的PCI資源為應用PCI，兩部分PCI資源不重疊，即兩部分PCI值完全不同，一個PCI只能屬于臨時PCI或者只屬于應用PCI。新部署的eNB上電后執行自建立流程，使該eNB與OAM建立物理鏈路連接后，首先OAM為新eNB分配臨時PCI，確保新eNB能正常運行，根據ANR流程，UE自動監測相鄰扇區信號（鄰區所在eNB為已部署基站，使用的PCI為應用PCI），并將鄰區PCI上報給新eNB，如果采用集中式架構，新eNB將鄰區PCI再上報給OAM，OAM根據鄰區PCI值，從應用PCI資源中選擇不同的PCI資源分配給新eNB，新eNB使用應用PCI作為后續商用階段使用的PCI，并釋放最初使用的臨時PCI資源；如果采用混合式架構，新eNB獲得UE上報的鄰區PCI后，從應用PCI中選擇與鄰區PCI不同的值作為新eNB的PCI，并釋放最初使用的臨時PCI。在混合式架構中，OAM負責分配臨時PCI資源，eNB負責為自身分配與鄰區PCI不同的應用PCI資源。臨時PCI資源釋放后，可以繼續分配給下個新部署的eNB。

針對一些特殊的LTE基站系統部署場景，可以簡化分配過程，如LTE網絡中部署第一個eNB或者部署無鄰區的孤島站，則可以采用集中式架構通過OAM直接分配應用PCI資源；如果新部署的eNB所有扇區數量小于應用PCI資源數量，則采用集中式架構統一由OAM直接分配應用PCI資源，只要不重復分配PCI即可；對于HeNB（home eNB，家庭基站），由于其自身支持掃描周圍扇區信號功能，可以直接獲得相鄰扇區PCI，因此可以從應用PCI資源中為自身分配PCI，不需要OAM來分配PCI，這種SON架構是分布式架構。

由于臨時PCI資源和應用PCI資源不重疊，而相鄰已部署的eNB已使用應用PCI，因此OAM為新部署eNB分配臨時PCI的同時，也保證了與其相鄰已部署的eNB各扇區PCI不同。在PCI資源數量方面，應用PCI資源數量遠大于臨時PCI資源，因此不會影響PCI資源數量限制。臨時PCI數量較少，新eNB分配應用PCI資源后，就釋放最初分配的臨時PCI，可供下個新部署的eNB使用，因此臨時PCI可以不斷地重復分配給新部署的eNB。另外，在LTE網絡部署過程中，如果同時部署新eNB數量小于或等于臨時PCI數量，那么臨時PCI資源能保證新eNB之間的PCI不同；如果同時部署eNB數量大于臨時PCI數量，那么根據實際需求通過調整分配策略來增加臨時PCI數量，一方面保證應用PCI數量，另一方面提高eNB部署效率。當然，臨時PCI資源也可以根據實際情況部分轉為應用PCI資源。

這種將PCI資源分為臨時PCI和應用PCI的分配PCI方法，在保證新部署的eNB正常運行的同時，也保證了不會因PCI分配因素與鄰區產生干擾，為LTE基站系統自動分配PCI資源提供便利的客觀條件。

3 LTE基站系統的PCI自配置控制流程

LTE基站系統的PCI自配置過程的前提是不需要人參與，同時保證PCI分配的高效和網絡性能，其實現的SON架構可以采用集中式或混合式，前者由OAM完成PCI的自配置，后者由OAM和eNB共同完成PCI的自配置，其實現流程如圖2所示。

圖2 LTE基站系統的PCI自配置控制流程

具體的實施步驟如下。

步驟1 LTE基站系統的PCI分配策略通過OAM設置，涉及自配置PCI采用的SON架構和PCI資源劃分，其中SON架構可以采用集中式架構或混合式架構，PCI資源劃分為臨時PCI和應用PCI，二者數值不重復，在數量方面，應用PCI資源數量遠遠大于臨時PCI資源數量。

步驟2 新部署的eNB上電后，基于自發現、自建立SON流程，eNB分別與OAM和EPC（envoled packet core，演進分組核心網）建立物理通信鏈路連接。

步驟3 如果PCI自配置流程采用集中式SON架構，那么臨時PCI和應用PCI都通過OAM分配。首先OAM通過與eNB的南向接口為新部署的eNB分配臨時PCI資源，以確保新部署的eNB能正常運行；基于ANR流程，通過UE在扇區邊緣測量相鄰已部署的eNode信號，獲得鄰區所使用的應用PCI，并將其上報到新部署的eNB，eNB再將鄰區PCI上報到OAM，OAM從應用PCI資源中選擇與鄰區PCI不同的資源分配給新部署的eNB各扇區，新eNB釋放臨時PCI資源并通知OAM，進一步轉入步驟5。

步驟4 如果PCI自配置流程采用混合式SON架構，那么臨時PCI由OAM負責分配，而應用PCI由新部署的eNB負責為自身分配。首先OAM通過與eNB的南向接口為新部署的eNB分配臨時PCI資源，以保證新部署的eNB能正常運行，并同步應用PCI資源列表；基于ANR流程，通過UE在扇區邊緣測量相鄰已部署的eNode信號，獲得鄰區所使用的應用PCI，并將其上報到新部署的eNB，eNB從應用PCI資源列表中選擇與鄰區PCI不同的資源為自身的各個扇區分配PCI，新eNB釋放臨時PCI資源并通知OAM所采用的應用PCI，進一步轉入步驟5。

步驟5 鄰區數據一致性操作，涉及網元包括OAM、最新已部署的eNB及其相鄰eNB，以確保鄰區列表中配置的PCI數值在相關網元中保持一致。

PCI自配置過程中，出現鏈路或設備異常導致PCI資源分配失敗，則基站系統、OAM檢測系統及時輸出告警通知信息。針對特殊eNB部署場景，根據PCI自建立分配策略分配應用PCI資源。

4 LTE基站系統的PCI資源規劃及分配策略

LTE基站系統的PCI資源規劃和分配策略要合理，提高分配效率，并降低算法和實施復雜度，同時還要不影響已部署網絡性能。在移動蜂窩組網中，無論是2G、3G，還是LTE，都以每個基站對應覆蓋3個扇區為主，當然在少數的特殊覆蓋場景中，每個基站對可以覆蓋1個扇區、2個扇區或超過3個扇區。為了提高PCI資源的分配效率，將504個PCI資源按照每組3個PCI劃分為168組并編號，如組 1的 PCI對應為 [1，2，3]，組 2的 PCI對應為[4，5，6]等，組 168 的 PCI對應為[502，503，504]，那么 PCI資源分配則以“組”為單位。

進一步將168個PCI組劃分為臨時PCI組和應用PCI組，資源不重疊，并且后者PCI組數量遠遠大于前者，使更多的PCI資源應用于實際網絡中。太多臨時PCI組資源使應用PCI組資源數量減少，是一種資源浪費。至于預留多少PCI組資源作為臨時PCI資源，需要根據LTE網絡部署的實際需求，如同時部署兩個eNB，臨時PCI資源要大于或等于兩組PCI。當然，臨時PCI組資源可以根據實際情況轉為應用PCI組資源。

如圖3所示為PCI資源組分配原則，無論是臨時PCI組還是應用PCI組，為每個eNB分配的數量與該eNB支持的扇區數量有關，當新部署的eNB支持的扇區數量小于或等于3時，就分配1組PCI資源，否則分配PCI組資源就等于扇區數量除3，如有余數則再加1，如4扇區，就分配2組PCI資源。

圖3 PCI資源組分配原則

針對eNB不同的部署場景，PCI資源的分配策略也不同，在不影響LTE網絡整體性能的前提下，其原則是盡可能簡化分配流程，以提高資源分配效率，降低網絡建設工程成本。LTE基站不同部署場景中PCI資源的分配策略見表1。

5 結束語

當前，在全球運營商都在緊鑼密鼓地部署LTE網絡的同時，SON技術的重要作用也日益凸顯，而PCI作為LTE網絡部署時的重要參數，對網絡的合理規劃和提升性能起著重要作用。本文提出的PCI自動分配方法能確保為eNB分配的PCI資源在各階段都與鄰區的PCI不同，有效完成PCI的自配置，與其他PCI分配方法比較，在實際操作中簡單、靈活、高效，在保證網絡性能的同時，對LTE系統的影響小。

表1 不同部署場景中PCI資源的分配策略

1 3GPP TS 36.300.E-UTRA and E-UTRAN,Overall Description;Stage 2,2014

2 謝大雄,朱曉光,江華.移動寬帶技術——LTE.北京：人民郵電出版社,2012

3 NGMN.NGMN Recommendation on SON and O&M Requirements,2008

4 孫成舟,張洪巖,魏垚等.LTE-Advanced系統中PCI自配置仿真研究.電信科學,2013,29(7):30～35

5 3GPP TS 32.500.Telecommunication Management;Self-Organizing Networks(SON);Concepts and Requirements,2009