高速場景下LTE與eHRPD非優化切換策略

饒海　鄧志勇　侯舜生　鄭錦鵬

摘要：隨著LTE技術發展，LTE網絡運用于各種場景，在建設過程中由于覆蓋不足會影響用戶的感知效果，為了研究高速場景下LTE與eHRPD非優化切換策略，主要介紹了非優化切換技術原理，通過實測分析，對高速場景下的LTE與eHRPD非優化切換進行切換策略研究驗證，進而提升網絡的服務質量，為優化者提供非優化切換操作建議。

關鍵詞：LTE eHRPD 高速場景 非優化切換

1 引言

目前LTE網絡建設如火如荼，網絡覆蓋已經日趨成熟，高速場景下的LTE網絡覆蓋已成為建設的重要組成部分。按照國際電聯定義的4G網絡，在高速移動的場景下下行速率應達到100 Mbps，如何在高速場景下為移動用戶提供更快的數據體驗速率和無縫非優化切換，已經成為運營商運營移動通信網的重大挑戰之一[1]。

本文對LTE網絡建設初期在高速場景下的LTE與eHRPD切換優化進行研究論證，通過提升切換成功率和LTE網絡上駐留時長等手段來提升高速場景下用戶的高速數據業務感知。

2 非優化切換技術原理

在3GPP協議標準中，LTE和eHRPD網絡之間的切換分為非優化切換和優化切換[2-4]。優化切換方式的切換時延可以小于1 s，但需要在原有的網絡架構中新增信令接口S101和數據接口S103，由于投資變大，運營商沒有采用，目前的大部分設備都不支持優化切換方式。非優化切換方式由于不需要增加其他接口與硬件設備，對網絡變動較小，且切換時延約6～7 s，大致能滿足目前大多數的非實時業務需求，所以被運營商普遍采用。

eHRPD與LTE的非優化互操作當前階段主要支持的場景有：LTE激活態向eHRPD系統切換；LTE空閑態重選到eHRPD；eHRPD空閑態（Dormant）重選到LTE。目前暫不支持eHPRD激活態主動發起向LTE的切換。本文主要討論非優化切換方案中LTE激活態向eHRPD系統切換優化的研究論證[5-7]。

2.1 LTE到eHRPD非優化激活切換原理及參數

LTE到eHRPD的非優化激活切換有基于A2事件和基于B2事件兩種，中興和愛立信廠家的LTE設備支持A2和B2事件兩種切換，華為廠家的LTE設備僅支持A2事件切換。

（1）基于A2事件的LTE激活態向eHRPD非優化切換原理：當UE測量LTE網絡的RS信號強度（RSRP值）低于A2事件門限值時（建議：-121 dBm），UE將上報A2事件，eNodeB收到UE上報的A2事件后會下發RRC Connection Release消息觸發LTE激活態到eHRPD的非優化切換。如圖1所示：

（2）基于B2事件的LTE激活態向eHRPD非優化切換原理：當UE測量LTE網絡的RS信號強度（RSRP值）低于B2門限值1（b2-Threshold 1）且eHRPD的導頻信號強度（Ec/Io）高于B2門限值2（b2-Threshold 2）時，UE將上報B2事件，eNodeB收到B2事件后會下發RRC Connection Release消息觸發LTE激活態到eHRPD的非優化切換[8]。

LTE到eHRPD激活態切換參數的設置直接影響切換快慢和切換成功率。基于A2或B2事件非優化切換的主要參數如表1所示：

2.2 高速場景非優化切換操作策略

（1）影響高速場景非優化切換因素

高速環境的移動網絡建設基本沿著高速公路/鐵路，現網LTE采用1.8G建設，eHRPD采用800M建設，所以初期高速場景下eHRPD覆蓋要比LTE更好，特別是車廂內易產生非優化切換。在高速行駛環境下，影響高速場景網絡質量的主要因素包括以下3點：

1）多普勒效應。由于高速沿路周邊山體和樹木較多，易發生反射、折射和散射等現象，造成多徑傳輸LTE無線信號，達到UE接收端信號之間相互疊加，信號幅度快速地起伏變化。由于高速移動UE與LTE基站的相對運動，使得每個多徑信號都會產生明顯的頻率移動，將降低接收機的解調性能。

按照最大頻偏考慮：

f=v/λ×cosα （1）

其中，f表示多普勒頻移；v為UE的移動速率；λ為無線信號波長；α為無線信號和UE運動的夾角。

2）車體穿透損耗。高速行使車輛一般都是車窗較厚且緊閉，LTE無線信號穿透車體的損耗較大，給車體內的無線覆蓋帶來較大困難。

3）小區重疊及切換頻繁。由于高速運動，會使得UE頻繁跨越不同基站間的小區不斷發生重選或切換。加上多普勒效應，無線鏈路的質量較差，UE需要花費更長時間進行小區駐留、接入、重選和切換等操作。時延較大的接入、重選和切換等操作一般無法在同一個基站覆蓋范圍內全部完成，容易導致業務掉線和脫網，從而導致用戶感知下降[9-10]。

（2）高速場景非優化切換解決方案

為了保證高速場景下用戶的高速率的數據業務感知，由于LTE網絡的速率明顯優于eHRPD網絡，應盡可能讓UE駐留在LTE網絡上。但在無LTE網絡區域時，順利切換至eHRPD網絡。因此需要提高LTE網絡的覆蓋質量和非優化切換成功率。根據當前建設優化經驗，提高高速場景下的非優化切換操作主要有工程覆蓋優化和切換參數優化兩種。

1）工程覆蓋優化：首先利用多小區合并的組網技術，加大單小區覆蓋范圍，擴大重選或切換帶，滿足高速沿線LTE覆蓋的連續性。同時結合周邊特殊地理環境，交錯站點布局（如圖2所示），調整射頻天線的方位角、下傾角和發射功率來提升RSRP和SINR的信號質量；利用窄波瓣高增益天線增大發射功率，加強信號的覆蓋質量，保證無縫切換，最終提升終端小區重選、小區切換成功率和降低終端掉話率。

2）切換參數優化：通過上一節“LTE到eHRPD激活態切換主要參數”可以看出，當動態調整基于RSRP測量門限值a2-threshold變小或幅度遲滯Hysteresis變大時，可以增加UE駐留在LTE網絡的時長，減少不必要的切換。通過調整時間遲滯Time To Trig變小，加快UE切換到eHRPD網絡，這種措施主要用于UE運動速度變化的場景。高速運動UE切換的最佳時機總是轉瞬即逝，提前和延后觸發切換都可能引起UE的掉話，動態調整幅度或時間遲滯門限，依據UE的運動速率匹配切換的最佳時機，提升切換成功率，使用戶保持在良好的服務狀態。

3 高速場景非優化切換操作策略驗證

某地市LTE網絡的非優化切換參數均采用默認設置。在高速場景下，由于移動速率較快，切換頻繁，用戶體驗下降。為讓用戶更多地停留在LTE網絡中，且同時保證掉線率和切換成功率等指標穩定，能更好保證用戶感知。選取了該地市一條高速公路，在完成工程覆蓋優化的基礎上，通過對非優化切換參數RSRP門限值分別為-120、-125和-130時的覆蓋情況進行驗證，從而選取合理的取值進行推廣性設置。測試使用1部測試手機和2部測試終端進行拉測，其中1部測試手機驗證LTE下切eHRPD情況，而另外2部測試終端驗證LTE網絡之間情況。具體測試結果顯示如圖3和表2所示：

（1）當A2門限設置越小時，手機停留在LTE網越長，特別是當設置為-130時尤為明顯，基本保持在LTE網絡駐留。設置為-125時駐留LTE網絡時長介于-130和-120之間。

（2）當A2門限設置越小時，越容易引起LTE信號脫網臨界點的觸發，切換電平過低未能及時切換到eHRPD而導致脫網掉話。根據測試結果統計設置為-130或-125時比-120的脫網掉話次數增加。

通過上述驗證說明，為保證用戶不掉線基礎上，RSRP門限參數設置20 dBm（實際值為20-140=-120）時為佳，但用戶會非優化切換至eHRPD網絡，速率感知會下降。而將RSRP門限參數設置為10 dBm（實際值為10-140=-130）時，用戶停留在LTE網絡時間更長，但會出現網絡中斷現象。為了根本解決上述問題：其一，可以在-120與-125之間繼續驗證更佳值，延長用戶在LTE網絡時長。繼續在-121、-122、-123和124測試驗證，均會出現網絡中斷現象，所以RSRP門限參數設置20最佳；其二，在弱覆蓋區域新增資源徹底解決覆蓋問題，同時在不掉線情況下可以將非優化切換RSRP門限值設置到-125或更低，讓用戶一直在LTE網絡上。

4 結束語

在LTE與eHRPD非優化切換中，總體原則是盡量讓4G用戶停留在LTE網絡上，不要輕易切換到eHRPD網絡上，除非覆蓋特別差，再不切換/重選到eHRPD去就會嚴重影響用戶感知。本文提出工程覆蓋優化和切換參數優化手段，提升高速場景的覆蓋連續性和質量，保證用戶感知體驗，通過對高速場景下的LTE向eHRPD互操作的門限值設置進行實際測試研究驗證，找到最佳合理設置值，為后續的網絡建設和網絡優化積累了經驗。

參考文獻：

[1] 徐曉，戎璐. 基于業務自適應的LTE切換優化機制[J]. 計算機應用研究， 2009（11）： 4240-4244.

[2] 沈嘉，索士強. 3GPP長期演進（LTE）技術原理與系統設計[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2009.

[3] 張普，王軍選. LTE系統中切換算法的研究[J]. 西安郵電學院學報， 2010，15（3）： 1-5.

[4] 周祥娟，方旭明，吳帆. 一種高移動場景下基于CoMP的切換方案及性能分析[J]. 鐵道學報， 2013（4）： 57-65.

[5] 愛立信公司. 無線網絡規劃與優化高級培訓第三冊[Z]. 2014： 148-170.

[6] 原燕斌. 高速鐵路環境下LTE切換技術的研究[D]. 北京： 北京郵電大學， 2012.

[7] 朱武. LTE系統的切換及高速鐵路環境下的改進研究[D]. 西安： 西安電子科技大學， 2013.

[8] 趙鑫彥. LTE FDD與EVDO互操作原理及參數配置研究[J]. 電信快報， 2014（10）： 29-32.

[9] 于明，林興. 高速公路場景TD-LTE網絡建設及優化[J]. 移動通信， 2012，36（17）： 57-59.

[10] 詹強. 高鐵環境下LTE切換技術的研究[J]. 信息通信， 2013（10）： 172-174. ★