FDD LTE網絡尋呼容量與帶寬關系研究

劉旭東 裴利萌

摘 要：在移動通信系統中，尋呼容量的高低直接影響無線系統的容量，因此，尋呼容量也是網絡規劃和網絡優化的關鍵指標之一。FDD LTE系統具有多種靈活的帶寬。本文以一個5MHz小帶寬小區容量受限問題為切入點，研究小區尋呼容量與帶寬的關系。

關鍵詞：FDD LTE;帶寬;尋呼容量

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）01-0011-03

Study on the Relation between Paging Capacity and Bandwidth

in FDD LTE Network

LIU Xudong PEI Limeng

（Luoyang Branch of China United Network Communications Limited，Luoyang Henan 471000）

Abstract： In mobile communication system， paging capacity directly affects the capacity of wireless system， so paging capacity is also one of the key indicators of network planning and network optimization. FDD LTE system has a variety of flexible bandwidth. This paper studied the relationship between paging capacity and bandwidth of a small 5MHz bandwidth cell.

Keywords： FDDLTE;bandwidth;paging capacity

1 研究背景

在某本地網絡優化過程中，發現某新增的5MHz帶寬小區入網后突然出現了尋呼擁塞（見表1），但是，同站點其他20MHz帶寬小區卻未出現擁塞情況（見表2）。兩小區的尋呼相關參數均為基站級，尋呼參數配置完全一致，統計兩種不同帶寬的理論尋呼容量也相同，兩小區唯一不同之處在于帶寬不同。基于此，本文從尋呼機制和原理方面，尋找尋呼容量和帶寬的關系，找出5MHz帶寬小區容量受限的原因。

2 尋呼機制

在LTE系統中，沒有為UE配置專門的物理尋呼信道，尋呼消息是由物理下行共享信道（PDSCH）承載，而尋呼標識在物理下行信道（PDCCH）上承載。在LTE協議中，承載尋呼信息的邏輯信道（PCCH）、傳輸信道（PCH）和物理信道（PDSCH）的映射關系如圖1所示。

終端需要監聽物理下行控制信道（PDCCH），如果終端從PDCCH信道上解出了尋呼標識（P-RNTI），則表示終端需要接收對應的物理下行共享信道（PDSCH），然后通過尋呼傳輸信道（PCH）的參數去解析從PDSCH上接收到的數據塊，進而獲得尋呼消息[1]。

表1 小區尋呼擁塞統計表

[時間 尋呼擁塞率/% 尋呼記錄擁塞個數 2018-07-05 0.33 8 574 2018-07-06 0.29 7 234 2018-07-07 0.41 11 438 2018-07-08 0.21 4 900 2018-07-09 0.16 3 480 2018-07-10 0.35 9 284 ]

表2 同站其他小區擁塞統計

[小區 尋呼記錄

接收個數 尋呼記錄

丟棄個數 尋呼記錄擁塞個數 Uu口尋呼次數 尋呼信

道容量 1 2 580 900 0 0 5 161 802 138 240 000 2 2 580 900 0 0 5 161 802 138 240 000 3 2 580 900 0 0 5 161 802 138 240 000 4 2 580 900 0 8 607 5 161 802 138 240 000 ]

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（創新驅動）2019年第01期_103595＼Image＼DQQJX_``RCS4S1KEPE～THHN.png>

圖1 LTE下行信道映射圖

對于LTE的終端，在空閑（Idle）模式下，終端需要根據網絡廣播的相關參數（如DRX，nB等），周期性地監聽PDCCH信道，以確認網絡是否有尋呼自己;在連接（Connected）模式下，終端需要根據網絡配置的相關參數（如Short DRX Cycle和Long DRX Cycle等）周期性地去監聽PDCCH信道。

為了實現UE省電，LTE引入了DTX/DRX的設計。這里的DTX主要指eNB不連續發送，DRX主要指UE不連續接收。根據UE所處的RRC狀態不同，又可以分為RRC_IDLE狀態下的尋呼DRX和RRC_Connected狀態下的尋呼DRX。

尋呼DRX是指處在RRC空閑狀態的UE不連續地監測尋呼信道（PCH），其主要要求是能實現低功耗、低延遲和低網絡負荷。

UE使用P-RNTI周期監聽PDCCH來了解PDSCH上是否有尋呼。如果有，則解碼PDSCH上承載PCH的尋呼消息，從解碼后的尋呼信息中查看是否有針對該UE的尋呼記錄。

每個尋呼消息中包含一個尋呼記錄列表（Paging Record List），該列表包含所有此次被尋呼的UE記錄，每條尋呼記錄含有用于尋呼的UE標識P-RNTI。系統可以使用IMSI或者S-TMSI兩種標識進行尋呼，具體尋呼時兩者選其一。其中，IMSI結構圖如圖2所示。

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圖2 IMSI結構圖

從圖2可知，IMSI是一個不超過15位的十進制數的標識，主要由手機國家編碼（MCC 2字節）、手機網絡編碼（MNC 2字節）和手機用戶標識號（MSIN 4字節）三部分組成，即不超過8字節。S-TMSI由MME編碼（MMEC 8bits）和M-TMSI（32bits）組成，因此其長度為5字節。

如果使用S-TMSI進行尋呼，每個尋呼記錄長度約為5字節。

如果使用IMSI尋呼，每個尋呼記錄長度約為8字節。取平均以7個字節作為尋呼一個UE的大小來估算。PCH使用QPSK調制，其通過PDSCH進行傳輸。考慮到尋呼信息的設計方便，將最大尋呼記錄定為16，一次尋呼消息最多可以包含16條UE記錄，也就是說，每次最多16個UE可以被同時尋呼。尋呼消息的內容如下：

-- ASN1START

Paging ：：= SEQUENCE {

pagingRecordList PagingRecordList OPTIONAL，

-- Need ON

systemInfoModification ENUMERATED {true}

OPTIONAL，

-- Need ON

etws-Indication ENUMERATED {true} OPTIONAL，

-- Need ON

nonCriticalExtension SEQUENCE {} OPTIONAL

-- Need OP

}

PagingRecordList ：：= SEQUENCE （SIZE （1..maxPageRec）） OF PagingRecord

PagingRecord ：：= SEQUENCE {

ue-Identity PagingUE-Identity，

cn-Domain ENUMERATED {ps， cs}，

...

}

PagingUE-Identity ：：= CHOICE {

s-TMSI S-TMSI，

imsi IMSI，

...

}

IMSI ：：= SEQUENCE （SIZE （6..21）） OF IMSI-Digit

IMSI-Digit：：= INTEGER （0..9）

-- ASN1STOP

由上可知，如果使用S-TMSI進行尋呼，每個尋呼記錄長度約為5字節。如果使用IMSI尋呼，每個尋呼記錄長度約為8字節。考慮到尋呼消息中的其他比特，取平均以7個字節作為尋呼一個UE的大小來估算。PCH使用QPSK調制，其通過PDSCH進行傳輸。由于PCCH使用RLC透明傳輸模式，RLC和MAC都不加入數據頭。考慮到尋呼信息的設計方便，RAN2中將最大尋呼記錄（maxPageRec）定為16。

3 尋呼容量

3.1 小區理論尋呼容量

小區理論的尋呼能力和nB參數配置有關。1s內尋呼UE個數與nB的關系如表3所示。

表3 1s內尋呼UE個數與nB關系

[nB 每秒最多可尋呼UE個數 4T 400×16 2T 200×16 T 100×16 1/2T 50×16 1/4T 25×16 1/8T 12.5×16 1/16T 6.25×16 1/32T 3.125×16 ]

從表3可以看出，1/2T時可以達到800次/s，1/4T時可以達到400次/s。

3.2 小區實際尋呼容量

上述的僅僅是理論上的尋呼容量，跟之前統計的一樣，5MHz的帶寬和同站點的20MHz帶寬小區因為nB配置一致，所以理論尋呼容量也一致，但是，為什么5MHz帶寬的小區會出現擁塞呢？

進一步深入研究發現，在系統組網帶寬較小時（如5MHz），若干個尋呼記錄可能就填滿了一個子幀，導致沒有空余資源用于傳輸用戶數據，因此，系統中設置了尋呼的TBSIZE來控制一條尋呼消息中最大的尋呼記錄數目，這樣就不會發生整個子幀全部用來承載尋呼消息，而沒有資源承載用戶消息。當在一個PO需要發送的尋呼記錄過多時，超出部分會被延遲到下一個PO發送。不同帶寬下最大尋呼記錄數見表4。

如此一來，在nB配置相同，5MHz及以下小帶寬小區的尋呼容量就會較10MHz以上帶寬的小區小，所以，就出現了本文一開始出現的，理論尋呼容量一致的情況下，只有小帶寬小區會出現擁塞的現象。

為提升尋呼能力，7月11日，將該站點的尋呼重復次數調整為0，尋呼擁塞有所改善，但仍然存在擁塞，7月12日，又繼續將尋呼時機因子T調整為2T[1]，修改后取指標觀察，尋呼擁塞得到明顯改善見表5。

表4 不同帶寬下最大尋呼記錄數

[帶寬/MHz 最大尋呼記錄數 1.4 3 3 4 5 8 10 16 15 16 20 16 ]

表5 尋呼擁塞問題改善

[時間 無線接通率/% 尋呼擁塞率/% 尋呼記錄擁塞個數 2018-07-10 99.81 0.35 9 284 2018-07-11 99.92 0.15 3 848 2018-07-12 99.91 0.00 37 2018-07-13 99.94 0.00 42 2018-07-14 99.92 0.00 40 2018-07-15 99.92 0.00 27 ]

4 結語

尋呼信道容量統計的僅為小區空口尋呼信道容量的理論值，實際的尋呼能力，除了跟nB相關以外，跟帶寬也有很大關系，因為帶寬的大小決定了每個尋呼子幀可以容納的尋呼記錄數目。

商用網絡在開通10MHz以下帶寬的異頻小區之前，應該對小區尋呼能力提前進行預估，如果現有的尋呼量較大，需要提前關閉重復尋呼，或者可以將nB調大，使尋呼時機（PO）更加離散。

參考文獻：

[1]范金寧，鄭旭升.LTE FDD容量規劃研究[J].移動通信，2013（22）：26-28.