LTE與eHRPD互操作研究

章毅　張少聰　鄭錦然　王棉兒

【摘要】 在LTE網(wǎng)絡(luò)部署初期，由于網(wǎng)絡(luò)覆蓋的不足會(huì)影響到用戶(hù)的感知體驗(yàn)。在LTE覆蓋不完善的情況下，采用LTE與3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)互操作解決方案，可保證用戶(hù)在4G與3G網(wǎng)絡(luò)之間的平滑切換。對(duì)C/L互操作原理進(jìn)行了研究，探索C/L互操作的實(shí)現(xiàn)原理、交互流程以及分類(lèi)。

【關(guān)鍵詞】 LTE eHRPD 互操作

Abstract：At the initial stage of LTE network deployment， the users perception and experience will be influenced by the deficiency of network coverage. By adopting the interoperation solutions of the data service between LTE and 3G under the condition of imperfect coverage of LTE， the users smooth handoff between 4G and 3G networks can be guaranteed. Starting from the research on the C/L interoperation theory， the article has an exploration on the theory-realization， interactive process and classification of the C/L interoperation.

Key words： LTE， eHRPD， interoperation

一、概述

根據(jù)目前中國(guó)電信LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的統(tǒng)一部署，LTE網(wǎng)絡(luò)是依托現(xiàn)有CDMA網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建設(shè)，實(shí)現(xiàn)快速網(wǎng)絡(luò)布置。這一舉措造成LTE與CDMA網(wǎng)絡(luò)之間出現(xiàn)頻繁的業(yè)務(wù)交互，并且目前LTE網(wǎng)絡(luò)不具備支持VOIP業(yè)務(wù)，只承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，不承載語(yǔ)音業(yè)務(wù)，LTE與CDMA網(wǎng)絡(luò)之間的業(yè)務(wù)互操作研究工程成為當(dāng)前LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期熱點(diǎn)問(wèn)題，在今后的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作中也將是一個(gè)不容忽視的優(yōu)化方向。

對(duì)于語(yǔ)音業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)，CDMA 1x和LTE雙模手機(jī)采用的是雙模雙待，在LTE覆蓋區(qū)域需要開(kāi)展語(yǔ)音業(yè)務(wù)時(shí)不涉及互操作進(jìn)程，手機(jī)不會(huì)斷開(kāi)LTE連接，直接采用CDMA 1X模塊進(jìn)入CDMA 1X建鏈通話(huà)。當(dāng)有短消息業(yè)務(wù)到來(lái)時(shí)，終端不需要回落到CDMA網(wǎng)絡(luò)，而是直接利用E-UTRA網(wǎng)絡(luò)的MME作為中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)完成終端和MSC消息的轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)短消息功能。

而對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)，在目前LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況還不夠完善的區(qū)域當(dāng)中，當(dāng)用戶(hù)在一個(gè)LTE和CDMA共存的網(wǎng)絡(luò)中使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)，不可避免的將會(huì)出現(xiàn)從LTE網(wǎng)絡(luò)到CDMA網(wǎng)絡(luò)，或者從CDMA網(wǎng)絡(luò)到LTE網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行切換，這種切換就是本文研究的LTE與eHRPD（evoled High Rate Packet Data）網(wǎng)絡(luò)之間的互操作過(guò)程。

eHRPD是演進(jìn)的高速分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，是通過(guò)對(duì)現(xiàn)有CDMA2000 EVDO網(wǎng)絡(luò)的硬件及軟件進(jìn)行升級(jí)，將AN升級(jí)為eAN，PDSN升級(jí)為HSGW，并且在LTE核心網(wǎng)與CDMA2000 EVDO核心網(wǎng)之間搭建新鏈路，實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的信令及業(yè)務(wù)的交互。具體系統(tǒng)搭建示意圖如圖1。

為了實(shí)現(xiàn)C/L互操作功能，eHRPD系統(tǒng)到LTE系統(tǒng)新增了5個(gè)接口，其中包括eAN到MME的S101接口，HSGW分別到SGW的S103接口，到PCRF的Gxa接口，到PGW的S2a接口以及到3GPP AAA的STa接口。在上述新增接口中，S101和S103是可選的。

二、C/L互操作的步驟

目前中國(guó)電信LTE系統(tǒng)中，切換到異系統(tǒng)（eHRPD系統(tǒng)）采用的基于覆蓋切換，其原理與異頻切換相似。整個(gè)異系統(tǒng)切換包含了測(cè)量觸發(fā)、測(cè)量階段、決策階段和執(zhí)行階段四個(gè)步驟。

2.1測(cè)量觸發(fā)

在基于覆蓋的異系統(tǒng)切換當(dāng)中，當(dāng)UE處于激活態(tài)時(shí)，一旦服務(wù)小區(qū)的質(zhì)量低于一定門(mén)限，將觸發(fā)eNodeB下發(fā)異系統(tǒng)測(cè)量配置，UE開(kāi)始進(jìn)行異系統(tǒng)測(cè)量。當(dāng)服務(wù)小區(qū)的質(zhì)量高于一定門(mén)限時(shí)，UE將停止異系統(tǒng)測(cè)量。根據(jù)3GPP 36.331中的定義，事件A2與事件A1作為觸發(fā)與停止基于覆蓋異系統(tǒng)測(cè)量的兩個(gè)事件。事件A2門(mén)限滿(mǎn)足觸發(fā)測(cè)量，事件A1門(mén)限滿(mǎn)足停止測(cè)量。

1）A2事件觸發(fā)機(jī)制

觸發(fā)條件：MS+Hys<特定A2門(mén)限

取消條件：MS-Hys>特定A2門(mén)限

MS是服務(wù)小區(qū)的測(cè)量結(jié)果

Hys是事件A2遲滯參數(shù)

Thresh是事件A2的門(mén)限參數(shù)

當(dāng)服務(wù)小區(qū)質(zhì)量在Time to Tigger的時(shí)間內(nèi)一直低于相應(yīng)的門(mén)限值，并滿(mǎn)足事件的上報(bào)事件，將上報(bào)事件A2。

2）A1事件觸發(fā)機(jī)制

觸發(fā)條件：MS-Hys>特定A1門(mén)限

取消條件：MS+Hys<特定A1門(mén)限

在基于覆蓋的異系統(tǒng)切換中，事件A1用于停止測(cè)量，表示服務(wù)小區(qū)的質(zhì)量已經(jīng)高于一定門(mén)限值。當(dāng)事件A1滿(mǎn)足上報(bào)條件并上報(bào)eNodeB后，將觸發(fā)異系統(tǒng)測(cè)量的停止。為了保證事件A1能正常觸發(fā)，它的門(mén)限應(yīng)該高于事件A2的門(mén)限，且不能小于事件A2門(mén)限與偏置參數(shù)的和。

基于覆蓋的異系統(tǒng)切換還有另外一種事件觸發(fā)測(cè)量，那就是事件B1/B2，它的原理跟A1/A2相似，不同的是在判定條件里頭增加了參數(shù)頻率偏置Ofn，其他跟A1/A2保持一致。由于目前中國(guó)電信LTE網(wǎng)絡(luò)不采用事件B1/B2觸發(fā)，在此不做詳細(xì)介紹。

2.2測(cè)量階段

在衡量信號(hào)質(zhì)量情況方面，由于RSRQ的值受負(fù)載影響較大，不能真實(shí)反映目前中國(guó)電信LTE網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)質(zhì)量。因此基于覆蓋的異系統(tǒng)測(cè)量目前使用測(cè)量RSRP作為衡量信號(hào)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)事件A2觸發(fā)測(cè)量后，事件A1未觸發(fā)之前，事件觸發(fā)周期性報(bào)告。UE每間隔320ms都會(huì)采用GAP輔助測(cè)量去檢測(cè)異系統(tǒng)的信號(hào)強(qiáng)度，并上報(bào)給eNodeB。

2.3決策階段

eNodeB根據(jù)事件轉(zhuǎn)周期報(bào)告進(jìn)行決策判決，判決因素包括LTE網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前服務(wù)小區(qū)的RSRP，eHRPD網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)小區(qū)的EcIo，但滿(mǎn)足設(shè)定門(mén)限時(shí)，進(jìn)入切換執(zhí)行階段。

2.4執(zhí)行階段

進(jìn)入切換執(zhí)行階段時(shí)，eNodeB會(huì)啟動(dòng)準(zhǔn)入流程與信令執(zhí)行流程，如果準(zhǔn)入或切換失敗，則重試其他目標(biāo)小區(qū)，在測(cè)量報(bào)告列表中嘗試下一個(gè)目標(biāo)小區(qū)。

三、互操作的分類(lèi)

3.1基于終端狀態(tài)的互操作分類(lèi)

終端與LTE網(wǎng)絡(luò)之間的無(wú)線(xiàn)連接稱(chēng)為RRC連接，根據(jù)RRC的連接狀態(tài)，我們可以將終端的狀態(tài)分為空閑態(tài)和激活態(tài)兩種。終端在空閑態(tài)和激活態(tài)時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)LTE與eHRPD網(wǎng)絡(luò)之間互操作，它們是根據(jù)不同的原理流程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此基于終端狀態(tài)的互操作可以分為空閑態(tài)互操作與激活態(tài)互操作兩種。

3.1.1空閑態(tài)的互操作

1）空閑態(tài)LTE到eHRPD的重選流程

LTE空閑態(tài)中，終端會(huì)檢索網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的參數(shù)，在當(dāng)前小區(qū)RSRP的值低于異系統(tǒng)搜索啟動(dòng)門(mén)限時(shí)，終端會(huì)啟動(dòng)對(duì)eHRPD系統(tǒng)測(cè)量，但不會(huì)立即重選，當(dāng)RSRP低于重選啟動(dòng)門(mén)限時(shí)，終端才會(huì)發(fā)起異系統(tǒng)重選流程。

2）空閑態(tài)eHRPD到LTE的重選流程

空閑態(tài)eHRPD到LTE的重選流程有兩種方案：終端方案和標(biāo)準(zhǔn)方案。

在終端方案中，重選完全是由終端進(jìn)行主導(dǎo)，系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行干預(yù)。其基本原理是這樣的：終端在eHRPD的空閑態(tài)（含休眠態(tài)）下，每隔一段時(shí)間去自動(dòng)搜索一次LTE系統(tǒng)，如果能夠搜索到LTE系統(tǒng)的有效信號(hào)，就重選過(guò)去。從上述原理可以看出，這種重選方案的確是比較簡(jiǎn)單，將大量復(fù)雜的配置、搜索、判決等工作都全部托付給終端側(cè)來(lái)完成，對(duì)于無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)而言，省下了很多事情，因此除去最初eHRPD的升級(jí)和調(diào)測(cè)之外，不需要額外配置參數(shù)。

但終端方案由于沒(méi)有系統(tǒng)協(xié)助，增加了重選的時(shí)延，時(shí)延高達(dá)10s或以上，影響用戶(hù)感知。

在標(biāo)準(zhǔn)方案中，eHRPD系統(tǒng)將會(huì)下發(fā)新的開(kāi)銷(xiāo)消息，即other rat neighbor list message，在這個(gè)消息中，將會(huì)攜帶異系統(tǒng)的信息，主要包括：

當(dāng)前eHRPD系統(tǒng)的優(yōu)先級(jí)

異系統(tǒng)（LTE）的優(yōu)先級(jí)

LTE作為重選目標(biāo)系統(tǒng)時(shí)候的重選門(mén)限（ThreshX）

LTE作為低優(yōu)先級(jí)時(shí)候的重選門(mén)限（ThreshX）

eHRPD重選門(mén)限（ThreshServing）

具體的頻點(diǎn)信息等

終端在收到開(kāi)銷(xiāo)消息后，會(huì)自動(dòng)周期性去搜索LTE的系統(tǒng)信號(hào)。當(dāng)eHRPD小區(qū)的導(dǎo)頻Ec/Io小于ThreshServing，并且LTE參考信號(hào)強(qiáng)度（RSRP）高于LTE門(mén)限（ ThreshX ）時(shí)，則終端空閑重選到LTE。

目前現(xiàn)網(wǎng)中空閑態(tài)eHRPD到LTE重選優(yōu)先采用標(biāo)準(zhǔn)方案。

3.1.2激活態(tài)的互操作

1）激活態(tài)eHRPD到LTE的切換

由于激活態(tài)eHRPD到LTE的切換目前業(yè)界尚未有清晰定義，短期內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)網(wǎng)中無(wú)法開(kāi)展研究。

2）激活態(tài)LTE到eHRPD的切換

基于覆蓋切換

按服務(wù)小區(qū)的信號(hào)質(zhì)量作為判決條件發(fā)起切換。

基于負(fù)載切換

按服務(wù)小區(qū)的負(fù)載平衡門(mén)限作為判決條件，激活GAP測(cè)量，并發(fā)起切換。

基于距離切換

由eNodeB對(duì)于UE距離的判定來(lái)觸發(fā)條件。

基于上下行鏈路質(zhì)量切換

eNodeB對(duì)上行的MCS和IBER進(jìn)行評(píng)估，觸發(fā)測(cè)量并切換。

基于業(yè)務(wù)切換

在基于業(yè)務(wù)切換中，eNodeB根據(jù)某QCI的業(yè)務(wù)配置來(lái)決定該業(yè)務(wù)是否必須切換、不能切換以及允許切換。

在現(xiàn)網(wǎng)中激活態(tài)LTE到eHRPD的切換采用基于覆蓋切換類(lèi)型。

3.2基于LTE-eHRPD網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的互操作分類(lèi)

按照網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)我們可以將激活態(tài)LTE-eHRPD互操作分為：優(yōu)化切換與非優(yōu)化切換，其中優(yōu)化切換是指LTE-eHRPD按照上圖的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行搭建，具備各個(gè)互連接口，在實(shí)現(xiàn)互操作時(shí)各個(gè)關(guān)聯(lián)網(wǎng)元都是通過(guò)直接路徑進(jìn)行信令及業(yè)務(wù)的交互；而非優(yōu)化切換是指缺少了eAN-MME之間的S101接口、HSWG-SGW之間的S103接口而搭建而成的網(wǎng)絡(luò)，在實(shí)現(xiàn)互操作時(shí)這些網(wǎng)元的信令及業(yè)務(wù)是通過(guò)迂回路由進(jìn)行交互。非優(yōu)化切換的時(shí)延相對(duì)較長(zhǎng)。

3.3互操作分類(lèi)的總體架圖

根據(jù)上述的類(lèi)別劃分，我們可以將互操作劃分的總體架圖勾劃如下：

在現(xiàn)網(wǎng)當(dāng)中，實(shí)際上的C/L互操作主要包括L/C數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)激活態(tài)非優(yōu)化切換、L/C數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)空閑態(tài)重選以及C/L數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)空閑態(tài)標(biāo)準(zhǔn)方案重選這三種流程。其他流程由于無(wú)法實(shí)現(xiàn)、終端原因或者協(xié)議未規(guī)定等原因而不存在。

四、C/L互操作之終端能力

終端能力也可以說(shuō)終端特性，在LTE系統(tǒng)中，終端的能力體現(xiàn)了終端的等級(jí)以及終端所支持系統(tǒng)的能力等信息。LTE系統(tǒng)會(huì)在附著（Attach）過(guò)程、跨設(shè)備商的切換過(guò)程等都會(huì)發(fā)生UE能力查詢(xún)。e-NodB向UE下發(fā)UE能力查詢(xún)的命令，UE將自己的能力在L3信令”UE Capability Information Indication”反饋。

協(xié)議TS36.331規(guī)定了UE FGI（Feature Group Indicators）有32位，其中第12位定義為是否具備激活態(tài)異頻/eHRPD系統(tǒng)檢測(cè)能力，第26位為激活態(tài)異頻/eHRPD支持B2事件能力。

只有這兩位都置為“1”的終端才具備異頻異系統(tǒng)的檢測(cè)能力，能實(shí)現(xiàn)C/L互操作的能力。

五、結(jié)束語(yǔ)

C/L互操作在現(xiàn)階段LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋不完善的情況下我們是允許出現(xiàn)的。在LTE與eHRPD互操作中，一個(gè)總體大原則就是，盡量讓4G用戶(hù)停留在LTE網(wǎng)絡(luò)上，不要輕易到eHRPD網(wǎng)絡(luò)上，除非覆蓋特別差了，再不切換/重選到eHRPD去就會(huì)嚴(yán)重影響用戶(hù)感知了，所以通常LTE網(wǎng)絡(luò)上對(duì)于向eHRPD互操作的門(mén)限都比較苛刻，并且如果下切到3G網(wǎng)絡(luò)，我們?nèi)绾蝸?lái)讓它盡快的回到4G來(lái)，規(guī)劃好相關(guān)參數(shù)以規(guī)避可能出現(xiàn)的乒乓重選。

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