自組織技術在TD-SCDMA和TD-LTE網絡的引入研究

江 鵬，梁燕萍，丁 丁，王小奇

（中國移動通信研究院 北京 100053）

1 前言

隨著移動通信技術的不斷發展，龐大的網絡規模給網絡維護和優化帶來了很大的挑戰，在采用傳統無線網絡規劃、優化工作方式下，網絡維護和優化人員的工作量大幅提升，巨量的網絡參數幾乎無法由人工來完成操作，網絡規劃、優化和運營成本越來越高。運營商不僅需要關注性能，更加需要關注維護操作的效率，如何降低運維成本成為運營商優先考慮的問題。

面對下一代寬帶移動通信網絡的部署和運營，為了降低網絡維護和優化的復雜度，減少運營成本和維護成本，提升網絡性能，需要更智能化的網絡維護和優化手段。因此，下一代移動網絡的趨勢是 “自配置”、“自優化”、“自治愈”，使人為因素對網絡的影響越來越小。自組織網絡（self-organizing network，SON）技術通過設備自身的自配置和自優化等功能，能夠有效地應對網絡異常，是解決未來網絡維護和優化工作，提高網絡服務質量并降低網絡運營成本的一條有效途徑。

本文分析了SON技術在網絡維護和優化中發揮的重要作用，并結合目前已有的研究和標準化成果[1]，研究了基站自啟動、自動鄰區關系 （automatic neighbor relation，ANR）等SON功能在TD-SCDMA和TD-LTE網絡中的應用解決方案。

2 SON將在網絡維護和優化中發揮重要作用

SON是指自身能夠探測周圍環境信息并能夠由此作出自主決策，并擁有自配置和自優化功能的通信網絡，其組成及其運營過程如圖1所示。

SON通過自配置啟動網絡，然后開啟網絡監控測量并進行網絡性能評估，根據評估結果進行網絡自優化，形成閉環的運營過程，可以根據網絡業務的變化而作出調整。通過集成于網元設備或者網管設備上的這些自主功能，SON可以實現自動維護和優化網絡，出現故障時可以在一定程度上進行“愈合”，從而大大降低運營工作量[2]。

持續不斷地降低網絡運營成本和網絡管理復雜度是無線網絡發展的動力，因此運營商希望通過引進自配置、自優化等機制來降低支出。通過動態的調整，這些自動化功能的目標是通過網絡的自組織行為來提高網絡的性能和質量。這些技術進步表現為更高的處理能力和效率，不僅用來改善終端用戶的感知質量，還用來提高網絡的可維護性。

2.1 SON可降低網絡維護和優化的難度

在未來網絡中的接入網是非常復雜的，主要表現在以下各方面。

·可調參數繁多，而且參數之間的關系十分復雜。為了能夠高效地利用資源和高質量地提供不同的業務，不同小區對應的參數需要個性化配置，這增加了網絡操作維護的復雜度。

·LTE網絡采用高頻段來實現覆蓋，覆蓋能力變弱，因而實現連續覆蓋所需的站點數量眾多，鄰區關系配置復雜，而且需要和現有異構接入網并存和互操作，這使得網絡維護和優化更加復雜。

·性能參數與用戶實際的業務感知之間的關聯性較少，未來網絡的優化將會更加側重于用戶感知質量的提高。

·基站出現故障時需要密集人力，且效果欠佳。

以上原因導致實際網絡優化難度大，涉及的因素多，現有維護和優化方法是以高度密集的人力提供次優的解決方案。SON可利用通信網絡自身探測到的周圍環境信息做出優化決策以自主優化，并獲得更好的解決方案。基站和終端的存儲、處理及根據測量結果進行反應等能力的不斷增強，是SON目標能夠實現的關鍵推動力。

2.2 SON可降低網絡維護和優化的成本

無線接入網絡中引入SON技術帶來的最大收益是運營支出（OPEX）的降低，并能提高性能。通過減少路測、網絡規劃、網絡監測和優化中人員的參與度，實現降低OPEX的目的。

（1）減少路測工作量

當前路測主要用于檢查網絡的性能。這項勞動力密集型工作可被用戶終端和基站提供的測量功能所代替。采用用戶終端測量還有一個優勢就是這些測量可以來自于其他路測不便的區域，如室內等。

（2）減少網絡規劃中的人工勞動

如果小區數量眾多，設置配置參數需要大量的人力，如果采用自規劃，工作量將會大大減少。

（3）減少網絡監測和優化工作量

如果網絡不正常，需要花費大量人力去定位問題的原因并實施調整，SON的“自優化”、“自治愈”會減少該項人力支出。

2.3 SON可提高網絡性能

SON的另一個特性是提升網絡性能，與此同時自組織算法可以通過自適應滿足特定業務特征和需求來提升業務感知質量。下面是2個關鍵的預期可改善的方面。

·許多數據業務需要高帶寬，對無線資源的占用更大，也更易對網絡造成沖擊，現有的人為管理方式難以迅速應對網絡出現的性能惡化，造成網絡性能下降，直接影響用戶體驗，而自組織網絡可以通過探測周圍環境信息并迅速作出自主決策來優化網絡，從而提升網絡性能。

·通過使用自組織，新基站的選址和技術特性的處理會非常簡單，而人工配置工作量也會減少，這會加速網絡規劃和升級的進度，同時網絡的可靠性還能得到保證。

3 SON技術在TD-LTE網絡中的引入

SON技術涉及網絡配置和優化的很多方面，包括基站自啟動、鄰區優化、移動性管理等，而SON也根據網絡配置和優化中存在的不同問題展開研究。目前，廣泛研究的SON關鍵技術主要包括基站自啟動、自動鄰區優化、移動健壯性、基站自治愈[3]等，這些技術根據所解決的問題不同，在網絡建設和運營的不同階段引入，如圖2所示。由于目前TD-LTE網絡處于大規模試驗階段，即商用網絡部署前期，已具備引入條件的SON技術包括基站自啟動和自動鄰區關系等功能。

3.1 基站自啟動

（1）應用場景

傳統的基站開站方式是需要在工程實施后由運維人員上站配置基站啟動所必需的一些基本參數（如OM鏈路相關信息、網元標識等），目的是打通遠程維護通道——OM鏈路，從而實現遠程維護。遠程維護通道的建立對于解決站點分散、距離偏遠等現實問題是非常有效的，但是對于每個站點需要逐一配置和啟動，增加了運維的難度和工作量，因此提出了自啟動的概念。

自啟動的主旨在于在工程實施結束后不需要人工上站，而是通過在網絡中布置1臺DHCP服務器的方法，由各個網元自動向該服務器獲取啟站點所必需的信息從而建立起網元與管理站之間的操作維護通道，通過遠程配置使站點達到可提供服務的目標。“自啟動”的應用將會提高開站的效率，降低運維的成本。

因此，自啟動的應用場景包括但不限于基站開通和基站割接。

（2）解決方案

自啟動過程是涉及多個網絡實體的一個交互過程，自啟動過程是指基站啟動后，自動獲取IP地址，鑒權通過后，主動連接到管理站和FTP Server，完成軟件及配置數據的下載，從而實現基站的自啟動功能。功能實現由自動連接和節點驗證、自動配置eNB、eNB網絡集成等構成，流程如圖3所示。

在基站自啟動過程中，基站上電后，會進行硬件、傳輸連接的自測試，在測試硬件、傳輸連接正常后，基站嘗試建立與OMC的傳輸鏈路并向OMC注冊，當基站納入OMC管理范圍后，管理站向基站下發“創建軟件版本請求命令（包含配置文件版本信息）”，基站側檢查本地是否有管理站要求的軟件版本（包括配置文件版本），如果沒有就主動發起相應文件的下載，根據激活標志決定后續操作（更新版本或按當前版本啟動）。軟件升級后，進行配置數據的更新，從而完成基站的自配置。

基站自啟動功能的引入可以有效地提高基站開通和基站割接的效率，一方面，基站在傳輸連通條件下，上電即能自動進行相關配置并完成啟動，無需人工干預，即插即用，減輕了基站開通維護所需的時間、成本與工作量。另一方面，通過基站啟動時的自測試，及時發現問題，可提高一次安裝成功率。

3.2 自動鄰區關系優化

（1）應用場景

自動鄰區關系（ANR）通過UE向eNB提供測量報告信息或者X2口傳輸的鄰區信息，eNB自適應地發現小區存在的鄰區，并通過受控或者自動的方式將發現的鄰區添加到鄰區關系列表中。綜上所述，ANR功能的主要目的是自動發現并維護鄰區關系列表的完整性、有效性，減少掉話，提高切換成功率；減少網規網優的人力投入，降低運營成本，提供網規工具的有力補充。ANR的主要應用場景如下介紹。

·鄰區關系的自動發現：應用大規模建網的初期，相鄰小區可以借助UE測量自動發現，不再是完全由管理站配置，極大地減少了運營商的配置工作。

·鄰區關系的優化調整：在網絡優化階段，通過相關算法自動發現冗余的鄰區關系，通過調整鄰區關系屬性，提高切換成功率，優化網絡性能。

（2）解決方案

自動鄰區關系優化功能包括3個模塊：鄰區檢測模塊、鄰區刪除模塊以及鄰區關系表管理模塊，其功能架構及接口關系如圖4所示。

基站根據自己的檢測或UE上報的測量信息，找到可能的同頻鄰區、異頻鄰區或系統間鄰區，并依照預配置的策略自動更新鄰小區列表，完成與鄰小區建立X2接口等相關操作，具體步驟如下。

·eNB向UE下發ANR相關的測量配置，可以包括Intra-RAT同頻、異頻測量或Inter-RAT測量，UE收到測量配置后執行鄰區PCI（physical cell ID）的測量，并將測到的鄰區PCI信息按照測量報告的格式上報給eNB。

·eNB收到鄰區的PCI信息后，選取特定的UE下發report CGI（cell global ID）測量配置，UE 收到此測量配置后，讀取鄰區的廣播信息，獲取鄰區的CGI、PLMN和TAC等信息。

·eNB收到 UE上報的鄰區的 CGI、PLMN和 TAC等信息后，將信息上報給OMC，由OMC決策是否添加該鄰區。

ANR技術的引入通過終端測量結合實際情況來優化鄰區關系，幾乎無需人工開銷，可始終處于工作狀態，從而保證不間斷優化，降低漏配鄰區的概率，減少漏配鄰區所導致的低切換成功率以提高網絡性能。同時，對于漏配鄰區可以自動檢測并合理添加，減少了運營商的配置工作，從而顯著提升網絡運維人員的工作效率，提高網絡性能。

4 SON技術在TD-SCDMA網絡中的引入

在TD-SCDMA網絡引入SON技術，需要考慮現網的實際情況，應盡量在現網設備的基礎上引入相應功能，避免對現網設備帶來較大影響。目前，主要針對基站自啟動和ANR功能在TD-SCDMA網絡的引入進行了研究，以期能有效提高網絡配置和優化工作效率。

TD-SCDMA網絡的基站自啟動技術與前述TD-LTE網絡基站自啟動技術相同，在此不再贅述，本文著重介紹TD-SCDMA網絡的ANR功能。

4.1 TD-SCDMA中引入ANR功能的難點

相比TD-LTE系統，在TD-SCDMA網絡中引入ANR功能需要考慮如下2個難點，分別體現在鄰區關系檢測和鄰區關系分析與建立2個階段。

（1）終端測量能力有限

TD-LTE終端測量不需要鄰區列表，在RRC連接模式能持續上報所有檢測到的小區PCI。目前，TD-SCDMA終端的測量依賴于網絡下發的鄰區信息，對未知小區的測量報告無法獲得。對此，可通過對RNC配置“虛擬鄰區”的方式，使終端獲得對未知小區測量的必需信息。

（2）NodeB 處理能力

LTE網絡的eNB可以獲取目標小區的CGI，進一步獲取目標eNB的IP地址，并在切換準備前與之建立鄰區關系。考慮NodeB處理能力，在TD-SCDMA系統中引入ANR技術，鄰區關系的分析和建立功能將借助RNC和后臺分析工具共同完成。

4.2 解決方案

基于§4.1的分析，TD-SCDMA網絡ANR功能的流程示意如圖5所示。后臺處理從網管系統獲取現網鄰區配置，自動生成待測鄰區集合并下發RNC，RNC基于待檢測的漏配鄰區集合，利用現網中的終端對集合中的小區進行測量。如果某一個或某一些小區滿足了一定信號質量條件，導致UE能上報其測量報告，則將其輸出到后臺，通過工具分析確認是否為漏配鄰區或冗余鄰區，最后通過RNC完成鄰區關系的自動調整。

除漏配鄰區集方案外，ANR功能還可基于小區更新機制實現漏配鄰區的檢測。若發生了原因值為“radio link failure”的小區更新事件，且原服務小區和當前小區不同，則分析兩小區可能存在鄰區關系。

自動鄰區優化的主要功能包括鄰區漏配檢測和鄰區關系分析，基于漏配鄰區集方案和小區更新方案的具體步驟如下。

第1步：設某小區已配鄰區集為A，可能漏配的鄰區集為B，將A與B合并形成鄰區列表C。可能漏配鄰區集可基于網管系統的現有鄰區列表，采用“泛洪”方式獲得。具體而言，對某小區C1，若其與小區C2已建立鄰區關系，且存在C2的鄰區C3不為C1的當前鄰區，則將C3列入該小區的可能漏配鄰區集。

第2步：對于合并形成的鄰區列表C，利用本小區內的現有終端，分別下發同頻、異頻及異系統測量控制。

第3步：當UE上報測量報告時，RNC判斷觸發報告的小區是否屬于已配鄰區集A。

·如果屬于A，則按正常流程處理；

·如果不屬于A，則把報告內容輸出到后臺網絡日志中，不作后續的流程處理。

第4步：當 UE執行原因值為“radio link failure”的小區更新過程，且原小區與目標小區不同，RNC將該事件輸出到后臺網絡日志。

第5步：后臺定期分析網絡日志數據，包括漏配鄰區分析和冗余鄰區分析。一方面，基于漏配鄰區集的測量報告和小區更新事件，根據鄰近小區的信號強度、測量報告頻度和小區更新頻度，判斷漏配鄰區；另一方面，基于現網實際的切換統計信息，根據服務小區與已配置鄰區間的切換請求次數、切換成功率、信號電平強度等，給出鄰區優先級評分，分析冗余鄰區。

第6步，由RNC根據鄰區調整建議完成鄰區關系的自動優化。

通過在TD-SCDMA網絡中引入ANR技術，可以把以往1～2個月的鄰區列表優化周期縮短為1～2周，并節約了路測和數據處理的工作量，從而有效地提高鄰區優化的工作效率，降低成本。并且，ANR功能對UE和NodeB而言都是透明的，無需增加現有商用終端和NodeB的功能要求，避免了對現網設備的較大改造。

5 結束語

隨著網絡技術的不斷發展以及對無線通信需求的不斷增加，未來網絡維護和優化的難度和復雜度變得更大，維護和優化的成本也隨之增大。SON技術通過設備自身的自配置和自優化等功能，能夠有效地應對網絡異常，是解決未來網絡維護和優化工作，提高網絡服務質量并降低網絡運營成本的一條有效途徑。

基站自啟動和ANR是SON技術的重要功能，均已具備引入網絡運營的條件。基站自啟動功能的引入應用于基站開通和基站割接的場景，能有效提高開站效率，降低運維成本。ANR技術的引入可實現自動配置鄰區及合理優化鄰區關系，減少了運營商的配置和優化工作，從而提高網絡運維人員的工作效率，提升網絡性能。

持續不斷地降低網絡運營成本和網絡管理復雜度是無線網絡發展的動力，隨著SON技術的不斷深入研究，將會有更多的SON技術應用到實際網絡中，這將有效地改善終端用戶的感知質量，提高網絡的可維護性。

1 3GPP TS 36.902.Evolved universal terrestrial radio access network (E-UTRAN). Self-configuring and self-optimizing network(SON)use cases and solutions

2 An annex deliverable by the NGMN alliance.NGMN Recommendations on SON and OAM Requirements,Dec 2008

3 Socrates deliverable D2.1.Use Cases for Self-Organising Networks,March 2008