一種LTE異頻切換的優化方法

覃道滿，陳雄飛（.中國聯通廣州分公司，廣東廣州 50630；.上海華為技術有限公司，上海 0036）

0 引言

當前異頻切換通常采用A2+A3/A4 來觸發異頻切換流程，對A2、A3/A4 的參數配置即是網絡優化的核心。有很多方法來確定A2的參數配置，其中包括切換成功率最大化、吞吐率最大化等。但切換成功率最大化并不一定能提升用戶感知吞吐率，所以通常通過路測獲取不同頻點對應的RSRP 對應的吞吐率曲線來配置A2。但路測的方法耗時、耗力，并且由于切換時間較短，對吞吐率影響大小評估存在偏差，導致A2 的配置并不理想。

本文提出一個新的方法來指導A2、A3/A4 參數配置，以盡可能使Gap 測量對吞吐率的影響最小化。先從異頻切換流程來分析Gap測量在切換過程中所處的位置，再分析如何減小其影響。

1 異頻切換流程

根據組網的不同，異頻切換的流程也不同，如圖1所示的共站高低頻組網場景，內圈為高頻覆蓋區域，外圈為低頻覆蓋區域。

通常情況下高頻駐留優先級高，中心用戶駐留在高頻區域，用戶由中心向邊緣移動時，高頻覆蓋電平越來越低，當低于某一門限時，UE 將上報A2 事件，在共站同覆蓋情況下，由于低頻覆蓋范圍通常都大于高頻，所以網絡可根據此事件觸發到低頻的盲切換；同樣地，駐留在低頻小區的用戶從邊緣往中心移動時，低頻信號會越來越好，當電平高于某一門限時，UE 將上報A1事件，在共站同覆蓋情況下網絡可根據此事件觸發高頻的盲切換。這種組網場景不需要UE 啟動Gap 測量，所以不受Gap 測量影響，A1、A2 門限可通過高、低頻的帶寬及頻率電平差異對吞吐率的影響來配置，與站間距關系不大。

跨站的異頻切換則相對復雜些，從信令流程看，要經過2 次測量來觸發切換：第1 次測量是當前頻率空口質量差于一門限，第2 次測量是目標異頻空口質量好于一門限。其切換流程如圖2所示。

在協議中，針對LTE 的移動性控制定義了多個事件，例如A1、A2、A3、A4等。對不同組網及切換可利用協議定義的這些事件來完成不同的切換控制。通常用A2 事件來監測當前服務小區的空口質量是否低于一絕對門限，如圖3所示。

按協議定義A2 事件的3 個主要參數是門限（Threshold）、遲滯（hysteresis）、延遲觸發時間（Timeto-trigger）。類似地，A4 事件則是用來監測目標異頻小區的空口質量是否高于一絕對門限。通常跨站的異頻切換如圖4所示。

美國政府制定的可以領取養老金的退休年齡主要從1956年至1961年間，頒布改革法案將男女最早領取養老金的年齡確定為62周歲，并確立了最早退休年齡（Early Retirement Age）和正常退休年齡（Normal Retirement Age）兩個概念。美國人正常的退休年齡為65周歲，并可推遲至70周歲，按照不同的出生年代有其具體的規定。

圖2 跨站的異頻切換信令流程

圖3 進入、離開A2的條件示意圖

圖4 跨站的異頻切換示意圖

在用戶從左往右移動的過程中，服務小區的信號逐漸變差，同時目標異頻鄰區的信號逐漸增強。當服務小區測量信號加遲滯小于門限后，并保持一定時間（不滿足退出事件：服務小區測量信號減遲滯大于門限），則觸發A2 事件上報。由于A2 測量需要時間，并且為了后續對異頻的測量控制下發及切換信令的下發預留時間，通常A2 事件的門限設置不能太低，否則可能會導致過晚切換，即原服務小區的信號太差而不能完成后續異頻測量報告的上報及切換信令的下發。因此如圖4所示，在用戶從左往右移動的過程中，服務小區的信號逐漸變差，在A 點時，需要觸發A2 事件上報，網絡側收到A2 事件報告后，立即啟動對目標異頻的測量（可以是A3 也可以是A4 測量）控制下發，控制UE 立即啟動Gap 測量，對異頻信號進行測量，在C 點測量異頻信號滿足切換條件，則UE 上報相應的事件（A3 或A4 測量報告），網絡側必須在原服務小區覆蓋邊緣D（掉話點）以前成功下發切換命令給UE。同樣，如果用戶從右往左移動時，其過程也類似。但要避免出現某一頻點的A2門限比異頻配置本頻點的A4門限大而出現乒乓切換或過多無效的Gap 測量，如圖5 所示。

圖5 乒乓切換示意圖

2 Gap測量的影響

從異頻切換過程看，從A2事件上報到A3/A4事件上報，這期間有一段時間是讓UE 啟動Gap 測量，來完成對異頻信號的監測的。而UE 啟動Gap 測量則會導致吞吐率下降，根據協議，Gap 測量有2 種周期：40 和80 ms，每個周期有6 ms 不能做數傳，加上兩邊幾個TTI 也不能做上、下行數傳（因為不能做ACK 反饋）導致對吞吐率影響很大，如圖6所示。

圖6 Gap測量對數傳的影響

3 A2門限的優化方法

減小Gap測量對吞吐率的影響關鍵在于A2及A3/A4 測量參數的配置。如果A2 門限偏高觸發得太早，在目標異頻邊界不變的情況下，意味著Gap 測量時間越長，對吞吐率影響也就越大，相反，如果A2觸發得太遲，原小區的空口質量太差，吞吐率也受到影響，甚至可能導致來不及下發A3/A4的測量控制或來不及下發切換命令來完成切換。為此配置合理的A2 門限是十分重要的，配置過低，會導致切換過晚而損失吞吐率；配置過高則導致過早啟動Gap測量而產生吞吐率損失（見圖7）。

所以可以通過控制A2 到A3/A4 測量報告之間的時延，配合過早切換、過晚切換、掉話率等指標來達到一個平衡，并使Gap測量最小化，吞吐率最大化。

以廣州聯通白云區“廣州-H-棠溪祥崗-395065-3-1-OF”小區為測試對象，測試A2 門限修改（保持A4門限不變）對切換時延及吞吐率的影響。

小區為1 800 MHz 小區，配置A2+A4 進行異頻2 100 MHz 切換控制，A2 初始值配置為-91 dBm，第2天修改為-97 dBm，第3 天修改為-101 dBm，統計小區每次切換出的相關數據，比較9 月20 日—9 月22 日3天（16：00—22：00的數據）從A2事件到A4事件Gap測量時延數據變化如圖8～圖10 所示（由于時延跨度較大，把大于5 s的進行了過濾，時間單位：100 ms）。

可以看出，隨著A2的降低，Gap測量時延變小，A2從-91 dBm降低到-97 dBm時，平均Gap測量時延減小105 ms，從-97 dBm 降低到-101 dBm，平均Gap 時延減小102 ms，同時也影響切換次數、過早過晚切換、乒乓切換、邊緣吞吐率等指標，如表1所示。

圖7 A2門限設置對Gap測量時延及吞吐率的影響

圖8 9月20號Gap測量時延，平均值：7.23（即723 ms）

圖9 9月21號Gap測量時延，平均值：6.18（即618 ms）

圖10 9月22號Gap測量時延，平均值：5.16（即516 ms）

表1 A2不同門限配置下的主要無線指標對比

可以看出9 月20 號的切換次數較多，由于總切換次數基數大，導致過早、過晚切換都比較多。9月21號修改到-97 dBm 后，切換次數大幅減少43%，過早、過晚切換也大幅減少，由于避免了不必要的切換以及減小無效Gap 測量，邊緣吞吐率明顯提升（小于1 Mbit/s速率比重下降1.57%），乒乓次數大幅度減小；9 月22號把A2門限修改為-101 dBm后，Gap測量時延繼續減小，異頻切換出次數也繼續減小，但過晚切換迅速增多，乒乓切換也相應增多，帶來負面效果增加，但邊緣吞吐率仍有增益，是因為Gap測量的負增益較大，說明由Gap測量的減少帶來的正增益比延后切換帶來的負增益更多，綜合體現出正增益。從結果看，A2 門限應該選擇在-97～-101 dBm，在-101 dBm 配置時掉話率出現上升，為了不影響掉話率，A2 門限可配置在-100 dBm 左右。如果以吞吐率為主，允許掉話率稍有惡化則可以配置小于-101 dBm。

4 優化總結

在日常網絡優化中，移動性優化是一塊較大內容，其中異頻切換的問題在網絡增頻擴容的過程中更為重要。特別是對于移動性比較高的道路覆蓋，要根據不同移動場景分別優化。對于高速移動場景，需要配置較容易觸發切換的參數，對于慢速移動的場景需要配置慢切換參數。從本次優化可看到，針對一個小區的異頻切換，如果A2 門限配置太高，則容易導致用戶過早啟動異頻測量從而影響吞吐率；如果配置太低，則可能導致異頻測量過晚從而引起重建甚至掉話。為此，在實際網絡中可以采用下面這些方法來判斷是否需要調低異頻切換A2 門限參數來降低異頻Gap測量時延。

a）出現較大比例的過早異頻切換或乒乓切換。

b）小區平均吞吐率或邊緣吞吐率明顯低于相同網絡條件下別的小區的平均值。

c）網絡信令跟蹤數據中，統計的A2 及A4 事件的比例明顯高于相同網絡條件下正常小區。

d）網絡信令跟蹤統計從A2 事件到A4 事件的時延明顯大于相同網絡條件下正常小區。

在降低異頻Gap 測量時延的同時，也需要注意A2門限的過調整，因為過低的A2門限雖然最低限度降低了異頻Gap 測量時延，但容易導致過晚切換從而影響吞吐率，甚至導致重建、掉話的增多。所以在調低A2門限的同時，需要監測下面這些變化。

a）過晚異頻切換的比例增大。

b）小區平均吞吐率或邊緣吞吐率在增大的過程中出現拐點而出現負增益。

c）網絡信令跟蹤數據中，統計的A2 及A4 事件的比例明顯低于相同網絡條件下正常小區。

d）到鄰區的RRC重建次數增加。

實際網絡優化過程中，會發現小區中會同時存在過早、過晚切換，很難找到一個A2 門限配置同時消除過早和過晚切換。其主要原因是因為一個小區只能配置一個A2門限，這個小區的所有用戶都按這個配置的A2 門限來觸發Gap 測量，但小區中的用戶分布不同、移動速度不同，不同用戶的切換緊急度也不同，有些用戶表現過早切換，有些用戶表現過晚切換，網絡優化只不過是調整A2 門限，使它在過早、過晚切換之間做個折中。

5 結束語

本文通過分析影響異頻切換的吞吐率的各種因素，引出一種通過優化Gap 時長來提升切換區吞吐率的方法，并通過現網數據分析得到Gap 時長與異頻切換A2 門限配置的關系，來優化異頻切換門限，達到提升用戶吞吐率和提升頻譜效率的目的。實際操作過程中，還需要根據不同小區及周邊異頻鄰區的實際情況，同時兼顧負載、帶寬、用戶分布、過晚切換、掉話率等指標，配合設置A3/A4的門限，以盡可能最大化切換區吞吐率及頻譜效率。