LTE與eHRPD系統(tǒng)間空閑態(tài)負(fù)荷均衡方案研究*

李路鵬，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

對于CDMA運營商，LTE（long term evolution）是未來網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的方向，在一定時期內(nèi)勢必會同時運營LTE和eHRPD兩張數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，怎樣充分利用這兩張網(wǎng)絡(luò)資源，提高用戶感受是擺在CDMA運營商面前的一個重要課題。

目前3GPP R8和3GPP2都制定了eHRPD和E-UTRAN混合終端空閑重選網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)，此空閑重選的機(jī)制是根據(jù)公共優(yōu)先級和信號強(qiáng)度綜合判斷決定選擇網(wǎng)絡(luò)，由于在eHRPD和E-UTRAN重疊區(qū)域，信號強(qiáng)度通常能滿足要求，因此在重疊區(qū)域?qū)嶋H上僅根據(jù)公共優(yōu)先級重選網(wǎng)絡(luò)，通常運營商會將E-UTRAN公共優(yōu)先級設(shè)置更高，則終端基本上都會空閑重選到E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)上，這樣運營商就無法均衡兩張網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷，充分利用兩張網(wǎng)絡(luò)資源。3GPP在R9版本更新了空閑重選網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)，在公共優(yōu)先級的基礎(chǔ)上增加了專用優(yōu)先級，在eHRPD和E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷不均衡時，eNode B通過在呼叫釋放時對一些用戶下發(fā)eHRPD專用優(yōu)先級，從而將一些用戶重選到eHRPD網(wǎng)絡(luò)，但是目前3GPP2只有公共優(yōu)先級的空閑重選方案，這樣從E-UTRAN重選過來的用戶又會因為E-UTRAN公共優(yōu)先級高而再次重選到E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)上，因此根據(jù)目前標(biāo)準(zhǔn)在eHRPD和E-UTRAN重疊區(qū)域混合終端都會重選到E-UTRAN，運營商將浪費eHRPD網(wǎng)絡(luò)資源。因此對于CDMA運營商，在3GPP2推動下制定優(yōu)化的eHRPD和E-UTRAN空閑重選標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)eHRPD和E-UTRAN系統(tǒng)間空閑態(tài)的負(fù)荷均衡迫在眉睫。

2 負(fù)荷均衡方案

目前主要的eHRPD和E-UTRAN間空閑態(tài)負(fù)荷均衡方案有3種，下面對這3種空閑態(tài)負(fù)荷均衡方案進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.1 方案1原理

3GPP2給終端分配LTE的專用優(yōu)先級，其終端LTE的專用優(yōu)先級高低是根據(jù)用戶簽約屬性或者運營商策略決定的，通常用戶套餐越高，其終端LTE專用優(yōu)先級越高。當(dāng)eAN（evolved access network，演進(jìn)的無線接入網(wǎng)）發(fā)現(xiàn)LTE的負(fù)荷很高時，eHRPD系統(tǒng)下所有激活用戶釋放連接，在ConnectionClose消息中增加LTE的專用優(yōu)先級，使得這些用戶均保留在eHRPD下；當(dāng)eAN發(fā)現(xiàn)LTE的負(fù)荷處于中等負(fù)荷時，對eHRPD系統(tǒng)下普通激活用戶釋放連接，在ConnectionClose消息中增加專用優(yōu)先級，使得這些普通用戶保留在eHRPD下，而對eHRPD系統(tǒng)下重要激活用戶釋放連接時，在ConnectionClose消息中不增加專用優(yōu)先級，使得這些重要用戶處于空閑態(tài)后重選到LTE網(wǎng)絡(luò)下；當(dāng)eAN發(fā)現(xiàn)LTE的負(fù)荷很輕時，對eHRPD系統(tǒng)下所有激活用戶釋放連接，在ConnectionClose消息中均不增加專用優(yōu)先級，使得所有用戶處于空閑態(tài)后均可重選到LTE網(wǎng)絡(luò)下。通過這種機(jī)制可以將終端盡可能地均衡到eHRPD和E-UTRAN兩張網(wǎng)絡(luò)上。但由于該方案只有在釋放連接時終端才能收到LTE專用優(yōu)先級，因此該方案不夠靈活。

2.2 方案2原理

根據(jù)用戶簽約屬性或運營商策略將終端分成8個等級，分別用UEClass 1～UEClass 8表示，UEClass 1等級最低，UEClass 8等級最高，eAN通過不同優(yōu)先級參數(shù)從3GPP2 AAA獲得終端的等級，通常用戶套餐越高，其終端等級越高。在開機(jī)協(xié)商或者重協(xié)商時eAN將終端等級發(fā)給終端。

系統(tǒng)通過下發(fā)UEClass bitmap控制不同等級的終端重選到不同的網(wǎng)絡(luò)上，從而達(dá)到負(fù)荷均衡的目的。eAN通過總體消息將UEClass bitmap發(fā)給終端，eAN用UEClass bitmap綜合指示終端選擇eHRPD還是LTE網(wǎng)絡(luò)，UEClass bitmap共13位，前面8位是網(wǎng)絡(luò)重選指示，后面5位用來隨機(jī)化。假若后5位都置1，就表示沒有隨機(jī)化。在沒有隨機(jī)化時，完全由前面的8位指示終端重選到不同網(wǎng)絡(luò)上。若后5位不全為1時，則由前8位和后5位綜合決定重選到不同的網(wǎng)絡(luò)上。UEClass bitmap如圖1所示。

Bit 13～Bit 6是不同等級終端網(wǎng)絡(luò)選擇指示，現(xiàn)以Bit 13為例（其他比特位跟Bit 13作用一樣，只是指示不同等級終端）。

·Bit 13為0，意味著等級8的終端呆在eHRPD網(wǎng)絡(luò)上，其實現(xiàn)機(jī)制是終端將eHRPD公共優(yōu)先級設(shè)置為最大，從而根據(jù)空閑重選機(jī)制重選到eHRPD網(wǎng)絡(luò)上。

·Bit 13為1，意味著等級8的終端重選到E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)上，其實現(xiàn)機(jī)制是終端將eHRPD公共優(yōu)先級設(shè)置為最小，從而根據(jù)空閑重選機(jī)制重選到E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)上。

若UEClass bitmap只有Bit 13～Bit 6，當(dāng)同一等級終端過于集中在某些基站下時，這些等級終端都會重選到eHRPD網(wǎng)絡(luò)或者E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)，還是起不到將終端均衡到eHRPD和E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)上的目的。因此用Bit 5～Bit 1來隨機(jī)化。

下面對Bit 5～Bit 1的含義加以說明。

Bit 5代表IMSI個位數(shù)為0和1的終端的隨機(jī)因子，Bit 4代表IMSI個位數(shù)為2和3的終端的隨機(jī)因子，以此類推，Bit 1代表IMSI個位數(shù)為8和9的終端的隨機(jī)因子。當(dāng)Bit 5～Bit 1不全為1時，UEClass bitmap的前8位和后5位綜合決定重選到不同的網(wǎng)絡(luò)上，下面以圖2為例加以說明。

圖 2中，Bit 13為 1，但是 Bit 5～Bit 1不全為 1，則表示終端等級為 8 且終端 IMSI個位數(shù)為 0、1、2、3、6、7 的終端重選到E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)上，而終端等級為8且終端IMSI個位數(shù)為 4、5、8、9的終端則不重選到 E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)上，這樣即使基站下都是等級為8的終端，也能將終端均衡到eHRPD和E-UTRAN上。

圖3是沒有UEClass bitmap時的重選示意。

從圖3可以看出，在eHRPD和E-UTRAN重疊網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)3GPP2現(xiàn)有的重選機(jī)制，終端有可能均重選到eHRPD網(wǎng)絡(luò)，也可能均重選到E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)。

圖4是有UEClass bitmap時重的選示意。

從圖4可知，在eHRPD和E-UTRAN重疊網(wǎng)絡(luò)中，在3GPP2現(xiàn)有的重選機(jī)制基礎(chǔ)上增加方案2后，終端可均衡到eHRPD網(wǎng)絡(luò)和E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)上。

2.3 方案3原理

根據(jù)用戶簽約屬性或者運營商策略給終端分配LTE的專用優(yōu)先級，用LTEDedicatedReselectionPriority表示。通常用戶套餐越高，其LTE專用優(yōu)先級越高。在開機(jī)協(xié)商或者重協(xié)商時eAN將每個終端的LTE專用優(yōu)先級發(fā)給終端。

不是任何時候終端的LTE專用優(yōu)先級都起作用，只有當(dāng)eAN發(fā)現(xiàn)eHRPD和E-UTRAN負(fù)荷不均衡或者E-UTRAN負(fù)荷高時，eAN通過廣播消息下發(fā)LTE專用優(yōu)先級起作用指示時終端的LTE專用優(yōu)先級才起作用，專用優(yōu)先級起作用指示用DedicatedPriorityEnabled表示，置1表示終端的LTE專用優(yōu)先級起作用，此時LTE的公共優(yōu)先級就不起作用；置0則表示終端的LTE專用優(yōu)先級不起作用，此時LTE的公共優(yōu)先級就起作用。

在eHRPD和E-UTRAN負(fù)荷不均衡時，eAN通過廣播消息下發(fā)LTE專用優(yōu)先級起作用指示，同時eAN還通過廣播消息下發(fā)LTE專用優(yōu)先級門限，只有終端的LTE專用優(yōu)先級大于專用優(yōu)先級門限的終端才能空閑重選到E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)上，而終端的LTE專用優(yōu)先級小于等于專用優(yōu)先級門限的終端還是在eHRPD網(wǎng)絡(luò)中，通常情況下eAN通過調(diào)整專用優(yōu)先級門限就能較好地將終端均衡到eHRPD和E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)上。但當(dāng)LTE專用優(yōu)先級相同的終端過于集中在某些基站下時，僅僅通過調(diào)整專用優(yōu)先級門限很難將終端均衡到eHRPD和E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)上，此時eAN有必要通過廣播消息下發(fā)每個LTE專用優(yōu)先級的隨機(jī)重選概率，隨機(jī)重選概率用P表示，這時該方案的重選機(jī)制描述如下。

（1）終端的LTE專用優(yōu)先級小于等于專用優(yōu)先級門限，則該終端還是呆在eHRPD網(wǎng)絡(luò)上，除非eHRPD的信號很弱。

（2）終端的LTE專用優(yōu)先級大于專用優(yōu)先級門限，若滿足以下所有條件，則終端重選到E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)上：

（a）LTE專用優(yōu)先級大于eHRPD優(yōu)先級；或者LTE專用優(yōu)先級小于等于eHRPD優(yōu)先級且eHRPD的信號很弱；

（b）終端隨機(jī)產(chǎn)生小于1的隨機(jī)數(shù)小于對應(yīng)專用優(yōu)先級的隨機(jī)重選概率P。

通過以上這種機(jī)制，在某些特殊情況下（LTE專用優(yōu)先級相同的終端過于集中在某些基站下），也能將終端均衡到eHRPD和E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)上。

圖5是沒有專用優(yōu)先級時的重選示意。

從圖5可知，在eHRPD和E-UTRAN重疊網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)3GPP2現(xiàn)有的重選機(jī)制，終端有可能都重選到E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)上。

圖6是有專用優(yōu)先級時的重選示意。

從圖6可知，在eHRPD和E-UTRAN重疊網(wǎng)絡(luò)中，在3GPP2現(xiàn)有的重選機(jī)制基礎(chǔ)上增加方案3后，終端可均衡到eHRPD網(wǎng)絡(luò)和E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)上。

圖7是有專用優(yōu)先級和隨機(jī)重選機(jī)制時的重選示意。

從圖7可知，在eHRPD和E-UTRAN重疊網(wǎng)絡(luò)中，在3GPP2現(xiàn)有的重選機(jī)制基礎(chǔ)上增加方案3后，盡管此時LTE專用優(yōu)先級相同的終端過于集中，但通過隨機(jī)重選機(jī)制后，終端也可均衡到eHRPD網(wǎng)絡(luò)和E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)上。

3 負(fù)荷均衡方案優(yōu)缺點對比

下面對3種方案進(jìn)行對比分析，包括各方案主要技術(shù)特點介紹、各方案優(yōu)點和缺點，具體見表1。

從表1可以看出，方案1簡單，但是由于不能及時將專用優(yōu)先級下發(fā)給終端，因此控制不靈活，另外也沒有考慮隨機(jī)機(jī)制，因此不是最優(yōu)方案。

方案2和方案3都采用廣播方式且考慮了隨機(jī)機(jī)制，

因此均能及時調(diào)整兩系統(tǒng)負(fù)荷，但方案2相比方案3，廣播時需傳輸更多的bit，因此傳輸效率更低，另外方案2的隨機(jī)機(jī)制也比方案3稍差，因此總體來看方案3相對合理一些，建議制定方案3的空閑態(tài)負(fù)荷均衡標(biāo)準(zhǔn)。

表1 方案優(yōu)劣勢對比

4 結(jié)束語

合理的eHRPD和E-UTRAN空閑重選機(jī)制能將終端均衡地附著在eHRPD和E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)上，從而起到負(fù)荷均衡的目的。因此對于CDMA運營商，在3GPP2推動下制定優(yōu)化的eHRPD和E-UTRAN空閑重選標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)eHRPD和E-UTRAN系統(tǒng)間空閑態(tài)的負(fù)荷均衡，這對運營商充分利用兩張網(wǎng)絡(luò)資源，提高用戶感受有非常重要的作用。

1 3GPP2C.S0087-A_V2.0.E-UTRAN—cdma2000HRPD Connectivity and Interworking:Air Interface Specification

2 3GPP TS 36.331.Radio Resource Control(RRC)(Release 9)

3 3GPP TS 36.304.User Equipment(UE)Procedures in Idle Mode(Release 9)