LTE-CDMA自組織網絡方案研究

吳錦蓮，熊尚坤，王慶揚

（中國電信股份有限公司廣東研究院 廣州 510630）

1 引言

相對于傳統2G移動通信系統而言，3G/LTE系統的無線網絡參數更為復雜，同時異構網（HetNet）的引入使LTE無線接入網面臨宏蜂窩、微蜂窩、家庭基站（HeNB）等多種站型協同工作的挑戰，采用傳統的人工方法進行參數配置、網絡測量和優化需要投入大量的人力物力，所以，降低網絡建設和維護優化的難度和復雜性是LTE發展的重要任務之一。LTE自組織網絡 （SON）技術支持基站自動配置、自動優化、自我修復，對提升網絡建設與維護的效率，降低OPEX具有重要意義。

LTE與傳統2G/3G系統將長期共存，LTE與2G/3G系統的互操作是傳統移動運營商必須解決的問題。跨接入網的自組織網絡（inter RAT SON）功能通過自適應調整不同接入網的資源，可以實現不同接入網的優勢互補，提高網絡整體效率，改善不同系統之間的互操作性能，有效提升LTE網絡部署速度，因此Inter RAT SON在R10以后成為3GPP SON研究的重要議題。

目前3GPP2已開始制定CDMA SON標準，包括LTE-CDMA SON場景(以下簡稱C-L SON)，在中國電信的推動下，3GPP于2012年 3月成立了 LTE-HRPD SON研究項目[1]，以制定相關標準。本文將對C-L SON的主要功能，包括自動鄰區關系（ANR）、移動負載均衡（MLB）、移動頑健性優化（MRO）進行研究和分析，并探討可能的技術方案。

2 需求場景

2.1 自動鄰區關系

為實現LTE與CDMA（主要是eHRPD)兩網之間的相互切換，需要在LTE小區與eHRPD小區之間建立鄰區關系。ANR功能可以實現兩個網絡之間的自動鄰區添加、刪除和優化，從而減少人工配置的工作量，優化鄰區關系。

一般情況下，ANR應該是雙向的，即包括LTE小區自動添加eHPRD鄰區、eHRPD小區自動添加LTE鄰區。前者目前已有較為成熟的方案，后者由于目前eHRPD到LTE只支持非優化切換，包括空閑態的小區重選及激活態的重定向，不需要預先建立鄰區關系，所以暫未考慮。

按3GPP標準方案，為實現LTE自動添加eHRPD鄰區，LTE需管理3個列表：黑名單、白名單及搜索列表，其中搜索列表就是列出需要搜索的接入網（RAT）和頻點。LTE對eHRPD的自動鄰區管理在UE連接模式下進行，其實現過程如圖1所示[2]。

（1）eNode B控制 UE在 eHRPD鄰區執行相關的測量，探測相關的小區。UE上報探測到的小區PCI給eNode B，對于eHRPD來說，PCI根據PN偏置定義。

（2）eNode B收到PCI后，如PCI不在鄰區關系表中，則要求終端上報PCI對應的小區全球唯一標識（CGI）。

（2b）UE從eHRPD的廣播信道BCCH中讀取小區全球唯一標識。

（3）UE給eNode B上報 eHRPD小區的CGI及相關信息，eNode B更新與eHRPD系統間的鄰區關系表。

在（1）中，為在連接態中進行異系統測量，eNode B需要調度UE進入一小段空閑周期，以便UE可以遍歷目標網絡eHRPD的所有小區。在（2b）中，為在連接態中讀取BCCH廣播信道，同樣需要調度UE進入一小段空閑周期。該過程對eHRPD系統沒有額外要求，LTE系統及終端需遵循3GPP規范相關要求，對于終端來說，需支持按照eNode B的指示進行eHRPD系統測量、讀取BCCH信道的CGI值并上報。

另外，關于inter-RAT鄰區關系列表（NRL）信息交互的問題，最近3GPP在RAN3工作組進行了討論，R11階段暫不考慮LTE與其他接入網之間的NRL信息交互，由于目前eHRPD到LTE的非優切換暫不需要鄰區列表，所以該決定對LTE-eHRPD的自動鄰區關系以及切換功能影響不大，將來如有需要可在R12階段討論。

2.2 負載均衡

負載均衡通過智能地將用戶流量分攤到網絡的無線資源上，提供較好的終端用戶體驗，同時優化系統容量。負載均衡的效果與小區間的覆蓋關系密切相關。一般來說小區間的重疊程度越高，負載均衡的效果越明顯。LTE將與eHRPD系統重疊部署，所以相對于LTE系統內的負載均衡，LTE與eHRPD之間的負載均衡更值得關注。

負載均衡的目標是盡可能使業務在多個小區間均勻分布，或在發生業務擁塞時把部分業務從負載高的小區轉移到負載低的小區，通常通過優化移動性參數或采取切換動作來實現[2]。由以下一個或多個功能組成。

·負載報告。即需要在小區之間進行負載信息交互，以判斷是否有必要或是否可以實施負載均衡。

·基于切換的負載均衡。即通過切換動作將用戶從負載高的小區切換到負載低的小區，避免小區過載。如當eHRPD網絡負載較高，LTE網絡負載較低且信號質量滿足要求時，將部分用戶強制切換至LTE小區，起到分擔負荷的作用。

·切換/重選參數的自動調整。通過調整切換/重選參數讓用戶優先切換/駐留到負載低的小區。

每個功能的觸發機制取決于設備的實現，標準化的重點是如何實現基站間的負載報告，即負載信息交互。在LTE系統內，主要通過X2接口實現相鄰小區的負載信息交互，在LTE與其他系統之間經過S1接口承載，均對原有協議帶來新的要求。3GPP已確定LTE與UMTS間的負載信息交互基于 RIM（RAN informaton management）協議，并在R10階段完成了RIM協議的擴展，主要包括單小區報告及多小區報告，可根據負載報告門限來觸發MLB事件[3]。R11階段將引入LTE與eHRPD互操作場景，已確定需要在LTE與eHRPD之間交互負載信息報告，目前正在討論負載報告的傳遞方案。

在獲取eHRPD負載報告后，考慮到LTE與eHRPD重疊覆蓋，需要一種算法來評估是否需要調整切換參數的設置，除通過調整小區的切換參數設置來實現負載均衡外，也可以通過給終端下發參數，讓終端通過一定的優先級來選擇網絡[2],這種優先級可以針對整個小區的所有終端，也可以針對小區中的部分終端，讓部分用戶優先選擇負載較輕的網絡接入。

2.3 移動頑健性優化

手動配置和調整切換參數是一件非常耗費時間的事情，移動頑健性優化的主要目的是通過測量與性能統計，發現網絡在移動性方面存在的問題，通過調整切換/小區重選參數，減少與切換相關的無線鏈路失敗（RLF），并避免不必要錯切、漏切對網絡資源的浪費，也稱為切換優化。

切換優化要基于長期的切換性能搜集和分析，如何判斷切換事件是切換優化實現的關鍵。3GPP定義的主要事件包括以下方面。

·過晚切換：用戶在源基站掉話，并選擇一個不同的基站重新建立連接，即RLF發生在切換之前。

·過早切換：UE成功切換到目標小區后很快發生RLF，然后試圖在源小區重新建立連接；或者UE在嘗試切換到目標小區的過程中在源小區發生RLF，然后試圖在源小區重新建立連接。

·切換至錯誤小區：UE在切換過程中或在成功切換到目標小區后很快發生RLF，然后在目標小區和源小區以外的其他小區重新建立連接。

·震蕩切換：UE從上一個小區駐留到這次切換的時間過短。

3GPP在R10階段主要關注前3種，雖然震蕩切換不一定會造成掉話，但由于其在實際網絡中存在更普遍且對網絡資源消耗大，將是下一步關注的重點。

切換優化對UE和eNode B均有要求。過早切換、過晚切換、切換至錯誤小區都需要依賴UE上報RLF報告，目前在3GPP標準中RLF報告對UE來說是可選功能，相應的產品實現會相對較晚。同時也需要X2接口支持在相鄰eNode B間傳遞RLF指示及切換報告消息[4]。

在inter-RAT場景下，由于用戶在不同RAT間移動，RLF報告消息的上報會變得復雜，且不同RAT之間缺乏類似X2的直連接口，RLF指示及切換報告消息的傳遞也需要相應的機制支持。考慮到一般情況下LTE覆蓋范圍比eHRPD小，如用戶從LTE移動到eHRPD網絡的過程中沒有及時發生切換，將會導致掉話。因此，從LTE到eHRPD過晚切換的優化是inter-RAT MRO的重點。

3 技術方案

LTE與eHRPD的負載均衡及移動性優化均需重點解決基站間的信息交互問題。交互的信息主要包括以下方面。

·負載報告：即LTE在進行負載均衡之前需要獲取周圍eHRPD小區的負載信息。

·移動性優化相關信息：如RLF指示、切換報告等，需要哪些信息取決于MRO類型。

信息交互的潛在方案主要包括[5]：

·基于RIM接口；

·基于LTE與eHRPD之間的直連接口；

·基于切換的接口；

·基于網管接口。

RIM主要由3GPP GREAN工作組制定，允許兩個無線接入網（RAN）節點之間通過核心網來請求和傳輸RAN系統信息，原來用于GREAN與UTRAN之間的信息交互，后來經過擴展支持 LTE與UTRAN之間的信息交換[6]，如圖2所示。目前在LTE側EUTRAN已支持inter-RAT SON相關的RIM流程與信息。理論上RIM也可以通過類似的擴展，支持LTE與eHRPD之間的信息交互，只需要增加eHRPD相應的字段即可,如圖3所示。因為如果不采用RIM而是其他協議，也要采用類似RIM的信息請求/反饋機制，反而增加了信令開銷。但本方案涉及eHRPD側對RIM的支持以及RIM協議的修改，需要3GPP與3GPP2共同確定，目前正在研究當中。

在LTE與eHRPD優化切換的系統架構中，MME與eAN之間在信令面已經定義了S101接口，支持EUTRAN接入網與eHRPD接入網之間的互操作。理論上S101可以作為承載上述RIM協議的接口，但目前S101接口主要用于處理LTE與eHRPD之間的優化切換的相關過程，包括預注冊、切換信令交互等，且主要處理與UE相關的信令，而inter-RAT SON涉及小區相關的信令。

所以，從簡化接口功能角度出發，在S101接口之外為inter-RAT SON設置一個專門的接口也是有可能的，即基于LTE與eHRPD之間的新的直連接口[7]。

基于網管的接口是指eURTAN與eHRPD之間通過網管接口進行SON相關信息交互，其好處是可以減少inter-RAT SON引入對已定義網元及接口功能的影響，不需要對S1接口、A接口等進行修改。對于LTE與eHRPD設備為同一廠商的情況，可以考慮通過統一網管解決，但對于存在更為普遍的不同設備廠商之間的互操作場景，網管互通實現起來是非常困難的。

綜合上述分析，通過擴展已有RIM協議支持inter-RAT SON相關信息交互是較為理想的方案，而RIM協議是通過已有S101接口還是引入一個新的直連接口來承載，是需要進一步研究的問題。

信息交互接口和協議一旦確定，不僅可以用于承載與LTE-CDMA SON功能相關的信息，還可以用于承載與LTE-CDMA節能 （ES）相關的信息，將大大提高LTE與CDMA接入網間互操作的靈活性。

4 結束語

在LTE與CDMA網絡共存的情況下，跨LTE與CDMA網絡的inter-RAT SON是一個值得研究的課題，相關功能包括自動鄰區關系、負載均衡、切換優化等。其中從LTE到CDMA的自動鄰區關系功能已基本具備。負載均衡在LTE與CDMA重疊覆蓋場景中，對于均衡兩個網絡的數據流量、提升網絡整體性能具有重要意義。跨接入網的切換優化包括很多場景，綜合考慮需求和實現難度，可優先解決從LTE到eHRPD的過晚切換問題。負載均衡和切換優化需重點解決兩種制式基站間的信息交互問題，技術方案需綜合考慮實現難度、對已有標準的影響等因素，并從3GPP、3GPP2兩方面來推動相關標準的制定。

1 3GPP RP-120380.New SID Proposal:LTE-HRPD Inter RAT SON,2012

2 3GPP TS 36.300 V9.7.0.E-UTRA and E-UTRAN;Overall Description;Stage 2,(Release 10)

3 3GPP R3-102269 Release 10.Enhancements for Inter-RAT Cell Load Reporting,2010

4 3GPP TS 36.423 V10.1.0.X2 Application Protocol(X2AP),2011

5 3GPP.Report of 3GPP TSG RAN WG3 Meeting#77,2012

6 3GPP TS 23.401.GeneralPacketRadio Service (GPRS)Enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network(E-UTRAN)Access(Release 8)

7 3GPP R3-121754.Proposed Architecture for LTE-HRPD iRAT SON,2012