LTE與eHRPD互操作研究

章毅　張少聰　鄭錦然　王棉兒

【摘要】 在LTE網絡部署初期，由于網絡覆蓋的不足會影響到用戶的感知體驗。在LTE覆蓋不完善的情況下，采用LTE與3G數據業務互操作解決方案，可保證用戶在4G與3G網絡之間的平滑切換。對C/L互操作原理進行了研究，探索C/L互操作的實現原理、交互流程以及分類。

【關鍵詞】 LTE eHRPD 互操作

Abstract：At the initial stage of LTE network deployment， the users perception and experience will be influenced by the deficiency of network coverage. By adopting the interoperation solutions of the data service between LTE and 3G under the condition of imperfect coverage of LTE， the users smooth handoff between 4G and 3G networks can be guaranteed. Starting from the research on the C/L interoperation theory， the article has an exploration on the theory-realization， interactive process and classification of the C/L interoperation.

Key words： LTE， eHRPD， interoperation

一、概述

根據目前中國電信LTE網絡建設的統一部署，LTE網絡是依托現有CDMA網絡進行建設，實現快速網絡布置。這一舉措造成LTE與CDMA網絡之間出現頻繁的業務交互，并且目前LTE網絡不具備支持VOIP業務，只承載數據業務，不承載語音業務，LTE與CDMA網絡之間的業務互操作研究工程成為當前LTE網絡建設初期熱點問題，在今后的網絡優化工作中也將是一個不容忽視的優化方向。

對于語音業務來說，CDMA 1x和LTE雙模手機采用的是雙模雙待，在LTE覆蓋區域需要開展語音業務時不涉及互操作進程，手機不會斷開LTE連接，直接采用CDMA 1X模塊進入CDMA 1X建鏈通話。當有短消息業務到來時，終端不需要回落到CDMA網絡，而是直接利用E-UTRA網絡的MME作為中間轉發節點完成終端和MSC消息的轉發，實現短消息功能。

而對于數據業務來說，在目前LTE網絡覆蓋情況還不夠完善的區域當中，當用戶在一個LTE和CDMA共存的網絡中使用數據業務時，不可避免的將會出現從LTE網絡到CDMA網絡，或者從CDMA網絡到LTE網絡之間進行切換，這種切換就是本文研究的LTE與eHRPD（evoled High Rate Packet Data）網絡之間的互操作過程。

eHRPD是演進的高速分組數據網絡，是通過對現有CDMA2000 EVDO網絡的硬件及軟件進行升級，將AN升級為eAN，PDSN升級為HSGW，并且在LTE核心網與CDMA2000 EVDO核心網之間搭建新鏈路，實現這兩個網絡之間的信令及業務的交互。具體系統搭建示意圖如圖1。

為了實現C/L互操作功能，eHRPD系統到LTE系統新增了5個接口，其中包括eAN到MME的S101接口，HSGW分別到SGW的S103接口，到PCRF的Gxa接口，到PGW的S2a接口以及到3GPP AAA的STa接口。在上述新增接口中，S101和S103是可選的。

二、C/L互操作的步驟

目前中國電信LTE系統中，切換到異系統（eHRPD系統）采用的基于覆蓋切換，其原理與異頻切換相似。整個異系統切換包含了測量觸發、測量階段、決策階段和執行階段四個步驟。

2.1測量觸發

在基于覆蓋的異系統切換當中，當UE處于激活態時，一旦服務小區的質量低于一定門限，將觸發eNodeB下發異系統測量配置，UE開始進行異系統測量。當服務小區的質量高于一定門限時，UE將停止異系統測量。根據3GPP 36.331中的定義，事件A2與事件A1作為觸發與停止基于覆蓋異系統測量的兩個事件。事件A2門限滿足觸發測量，事件A1門限滿足停止測量。

1）A2事件觸發機制

觸發條件：MS+Hys<特定A2門限

取消條件：MS-Hys>特定A2門限

MS是服務小區的測量結果

Hys是事件A2遲滯參數

Thresh是事件A2的門限參數

當服務小區質量在Time to Tigger的時間內一直低于相應的門限值，并滿足事件的上報事件，將上報事件A2。

2）A1事件觸發機制

觸發條件：MS-Hys>特定A1門限

取消條件：MS+Hys<特定A1門限

在基于覆蓋的異系統切換中，事件A1用于停止測量，表示服務小區的質量已經高于一定門限值。當事件A1滿足上報條件并上報eNodeB后，將觸發異系統測量的停止。為了保證事件A1能正常觸發，它的門限應該高于事件A2的門限，且不能小于事件A2門限與偏置參數的和。

基于覆蓋的異系統切換還有另外一種事件觸發測量，那就是事件B1/B2，它的原理跟A1/A2相似，不同的是在判定條件里頭增加了參數頻率偏置Ofn，其他跟A1/A2保持一致。由于目前中國電信LTE網絡不采用事件B1/B2觸發，在此不做詳細介紹。

2.2測量階段

在衡量信號質量情況方面，由于RSRQ的值受負載影響較大，不能真實反映目前中國電信LTE網絡的信號質量。因此基于覆蓋的異系統測量目前使用測量RSRP作為衡量信號質量的標準。

當事件A2觸發測量后，事件A1未觸發之前，事件觸發周期性報告。UE每間隔320ms都會采用GAP輔助測量去檢測異系統的信號強度，并上報給eNodeB。

2.3決策階段

eNodeB根據事件轉周期報告進行決策判決，判決因素包括LTE網絡當前服務小區的RSRP，eHRPD網絡目標小區的EcIo，但滿足設定門限時，進入切換執行階段。

2.4執行階段

進入切換執行階段時，eNodeB會啟動準入流程與信令執行流程，如果準入或切換失敗，則重試其他目標小區，在測量報告列表中嘗試下一個目標小區。

三、互操作的分類

3.1基于終端狀態的互操作分類

終端與LTE網絡之間的無線連接稱為RRC連接，根據RRC的連接狀態，我們可以將終端的狀態分為空閑態和激活態兩種。終端在空閑態和激活態時，當出現LTE與eHRPD網絡之間互操作，它們是根據不同的原理流程來實現的，因此基于終端狀態的互操作可以分為空閑態互操作與激活態互操作兩種。

3.1.1空閑態的互操作

1）空閑態LTE到eHRPD的重選流程

LTE空閑態中，終端會檢索網絡下發的參數，在當前小區RSRP的值低于異系統搜索啟動門限時，終端會啟動對eHRPD系統測量，但不會立即重選，當RSRP低于重選啟動門限時，終端才會發起異系統重選流程。

2）空閑態eHRPD到LTE的重選流程

空閑態eHRPD到LTE的重選流程有兩種方案：終端方案和標準方案。

在終端方案中，重選完全是由終端進行主導，系統無法進行干預。其基本原理是這樣的：終端在eHRPD的空閑態（含休眠態）下，每隔一段時間去自動搜索一次LTE系統，如果能夠搜索到LTE系統的有效信號，就重選過去。從上述原理可以看出，這種重選方案的確是比較簡單，將大量復雜的配置、搜索、判決等工作都全部托付給終端側來完成，對于無線系統而言，省下了很多事情，因此除去最初eHRPD的升級和調測之外，不需要額外配置參數。

但終端方案由于沒有系統協助，增加了重選的時延，時延高達10s或以上，影響用戶感知。

在標準方案中，eHRPD系統將會下發新的開銷消息，即other rat neighbor list message，在這個消息中，將會攜帶異系統的信息，主要包括：

當前eHRPD系統的優先級

異系統（LTE）的優先級

LTE作為重選目標系統時候的重選門限（ThreshX）

LTE作為低優先級時候的重選門限（ThreshX）

eHRPD重選門限（ThreshServing）

具體的頻點信息等

終端在收到開銷消息后，會自動周期性去搜索LTE的系統信號。當eHRPD小區的導頻Ec/Io小于ThreshServing，并且LTE參考信號強度（RSRP）高于LTE門限（ ThreshX ）時，則終端空閑重選到LTE。

目前現網中空閑態eHRPD到LTE重選優先采用標準方案。

3.1.2激活態的互操作

1）激活態eHRPD到LTE的切換

由于激活態eHRPD到LTE的切換目前業界尚未有清晰定義，短期內無法實現，現網中無法開展研究。

2）激活態LTE到eHRPD的切換

基于覆蓋切換

按服務小區的信號質量作為判決條件發起切換。

基于負載切換

按服務小區的負載平衡門限作為判決條件，激活GAP測量，并發起切換。

基于距離切換

由eNodeB對于UE距離的判定來觸發條件。

基于上下行鏈路質量切換

eNodeB對上行的MCS和IBER進行評估，觸發測量并切換。

基于業務切換

在基于業務切換中，eNodeB根據某QCI的業務配置來決定該業務是否必須切換、不能切換以及允許切換。

在現網中激活態LTE到eHRPD的切換采用基于覆蓋切換類型。

3.2基于LTE-eHRPD網絡架構的互操作分類

按照網絡架構我們可以將激活態LTE-eHRPD互操作分為：優化切換與非優化切換，其中優化切換是指LTE-eHRPD按照上圖的標準規定進行搭建，具備各個互連接口，在實現互操作時各個關聯網元都是通過直接路徑進行信令及業務的交互；而非優化切換是指缺少了eAN-MME之間的S101接口、HSWG-SGW之間的S103接口而搭建而成的網絡，在實現互操作時這些網元的信令及業務是通過迂回路由進行交互。非優化切換的時延相對較長。

3.3互操作分類的總體架圖

根據上述的類別劃分，我們可以將互操作劃分的總體架圖勾劃如下：

在現網當中，實際上的C/L互操作主要包括L/C數據業務激活態非優化切換、L/C數據業務空閑態重選以及C/L數據業務空閑態標準方案重選這三種流程。其他流程由于無法實現、終端原因或者協議未規定等原因而不存在。

四、C/L互操作之終端能力

終端能力也可以說終端特性，在LTE系統中，終端的能力體現了終端的等級以及終端所支持系統的能力等信息。LTE系統會在附著（Attach）過程、跨設備商的切換過程等都會發生UE能力查詢。e-NodB向UE下發UE能力查詢的命令，UE將自己的能力在L3信令”UE Capability Information Indication”反饋。

協議TS36.331規定了UE FGI（Feature Group Indicators）有32位，其中第12位定義為是否具備激活態異頻/eHRPD系統檢測能力，第26位為激活態異頻/eHRPD支持B2事件能力。

只有這兩位都置為“1”的終端才具備異頻異系統的檢測能力，能實現C/L互操作的能力。

五、結束語

C/L互操作在現階段LTE網絡覆蓋不完善的情況下我們是允許出現的。在LTE與eHRPD互操作中，一個總體大原則就是，盡量讓4G用戶停留在LTE網絡上，不要輕易到eHRPD網絡上，除非覆蓋特別差了，再不切換/重選到eHRPD去就會嚴重影響用戶感知了，所以通常LTE網絡上對于向eHRPD互操作的門限都比較苛刻，并且如果下切到3G網絡，我們如何來讓它盡快的回到4G來，規劃好相關參數以規避可能出現的乒乓重選。

參 考 文 獻

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