LTE系統尋呼機制與尋呼容量分析

劉瑞強　中國電信集團公司網絡運行維護事業部工程師

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LTE系統尋呼機制與尋呼容量分析

劉瑞強中國電信集團公司網絡運行維護事業部工程師

摘要：介紹了LTE系統的尋呼機制及處理過程，分析了影響LTE系統尋呼容量的參數，并給出了尋呼容量的計算方法；最后提出了LTE系統提升尋呼容量的建議。

關鍵詞：LTE；P-RNTI；尋呼；PF；PO

1　引言?

隨著LTE網絡在全球的大規模商用，與之相應的移動數據等各類新業務也更加蓬勃發展，同時對與客戶感知相關的移動通信網絡性能和質量方面的要求也越來越高，可以說數據業務的演進一直朝著提高業務速率、降低時延以及提升QoS的方向邁進。而隨著全球移動互聯網業務的迅猛發展和智能手機的快速普及，對現網信令容量的沖擊日趨明顯，形成信令風暴。國際上，美國AT&T、日本DoCoMo等多個運營商的網絡都曾因為信令風暴導致網絡故障乃至癱瘓的嚴重事故。

信令風暴主要對移動網絡的尋呼容量產生影響，為了更好地提升客戶感知并解決信令風暴所造成的局部區域出現用戶接入困難、業務速率低等問題，本文從理論上介紹了LTE系統的尋呼機制，分析了影響尋呼容量的影響因素，并給出了LTE尋呼容量提升的建議。配置專門的物理尋呼信道，尋呼消息是由物理下行共享信道（PDSCH）承載的，而尋呼標識P-RNTI在物理下行控制信道（PDCCH）上承載。

在LTE協議中，承載尋呼消息的邏輯信道（PCCH）、傳輸信道（PCH）和物理信道（PDSCH）之間的映射關系如圖1所示。

圖1　映射關系示意圖

2　LTE系統尋呼機制

2.1尋呼信道的映射

LTE是3GPP家族中的一員，是GSM、WCDMA、HSPA的后向演進技術，但其尋呼機制跟之前的技術相比有所不同。在LTE中，沒有為UE

2.2尋呼處理過程

按照LTE尋呼的發起方劃分，可分為eNB發起和MME發起兩類，具體的尋呼流程如圖2所示。

圖2　尋呼流程圖

LTE-Advanced的尋呼消息中可以攜帶4類參數：被尋呼的終端ID列表、系統消息改變指示標識、ETWS預警指示標識和CMAS預警指示標識。這4類參數分別指示了尋呼消息的4種不同作用：

（1）向處于RRC_IDLE態的UE發送呼叫請求。

（2）通知處于RRC_IDLE和RRC_CONNECTED狀態的UE，系統信息發生了變化。

（3）通知UE開始接收ETWS Primary通知或ETWSSecondary通知。

（4）通知UE開始接收CMAS通知。Paging消息的后3類參數都是由eNB所發起，第1類參數是由MME所發起。

當小區修改了某些系統信息時，它會先在一個變更周期內通知UE系統信息將發生變化（但并不發送更新后的內容），然后在緊接著的下一個變更周期，小區才會發送更新后的系統信息，具體如圖3所示。

對于在RRC_IDLE或者RRC_CONNECTED狀態下的UE，當收到一個系統信息變更通知（Change Notification）后，會從下一個變更周期的開始處去接收新的系統信息。UE在收到新的系統信息之前，會繼續使用舊的系統信息。小區有2種方式通知UE系統信息發生了變化：

（1）Paging消息包含了一個systemInfo Modification字段，用于指示SI是否發生了變化。

（2）SIB1中包含了一個systemInfoValueTag字段，每當SI消息發生變化時，systemInfoValueTag的值會加1。

網絡還可以通過Paging消息通知終端接收ETWS通知消息或CMAS通知消息，讓用戶能夠及時地獲得一些緊急事件發生的信息。地震和海嘯預警分為兩類：第一類是緊急事件的預警，由SIB10承載；第二類是輔助救援信息的通知，由SIB11承載。商業移動預警信息是由SIB12承載。

在空閑模式下，當UE醒來監聽到PDCCH上攜帶著尋呼標識P-RNTI時，就按照PDCCH上指示的參數去接收PDSCH物理信道上的尋呼消息，尋呼消息包括被尋呼終端的標識（UE_ID）列表。一般來講，在一條尋呼消息中，網絡最多可以攜帶16個UE_ID。如果與尋呼消息中的UE_ID匹配，UE將向上層上報并向MME發送業務建立請求消息。如果不匹配，UE將丟棄接收的信息，并基于DRX周期進入睡眠。利用這種機制，在一個DRX周期內，終端可以只在尋呼出現的子幀去接收PDCCH，然后再根據需要去接收PDSCH，而在其他時間則可以睡眠，以達到省電、延長待機時間的目的。

3　LTE系統尋呼容量

3.1尋呼消息的時頻資源

Paging消息所占的頻域資源是由P-RNTI加擾的PDCCH指定的。而在時域上，UE只會在其Paging周期內的某個特定幀（PF，Paging Frame）的特定子幀（PO，Paging Occasion）去嘗試接收Paging消息。PO （Paging Occasion）是一個子幀，在該子幀上可能會有使用P-RNTI加擾，并指示Paging消息的PDCCH。當使用了DRX，UE在每個DRX Cycle上只需要檢測一個PO，也就是說，對應每個UE，在每個Paging周期內只有一個子幀可用于發送Paging。PF（Paging Frame）是一個無線幀，該幀可能包含一個或多個PO。

與PF和PO相關的兩個參數是T和nB，這兩個參數由系統消息SIB2通知UE。根據公式（1）和（2）計算出PF和PO的具體位置后，UE開始監聽相應子幀的PDCCH，如果發現有P-RNTI，則根據PDCCH指示的RB和調制編碼方式（MCS），從同一子幀的PDSCH上獲取尋呼消息。如果尋呼消息含有本UE_ID，則發起尋呼響應；否則，在間隔T個無線幀后繼續監聽相應子幀的PDCCH。

PF是滿足如下公式的系統幀：

SFNmodT=（TdivN）×（UE_IDmodN）（1）

PO是滿足如下公式的系統子幀：

i_s=floor（UE_ID/N）modNs（2）

圖3　更新后的系統信息圖

T：UE的非連續接收周期，取值范圍是32、64、128和256，單位是無線幀。該值越大，則RRC_IDLE狀態下UE的電力消耗越少，但是尋呼消息在無線信道上的平均延遲越大。

nB：取值范圍是4T、2T、T、T/2、T/ 4、T/8、T/16、T/32，該參數主要表征了尋呼的密度，4T表示每個無線幀有4個子幀用于尋呼，T/4表示每4個無線幀有1個子幀用于尋呼，該值決定了系統的尋呼容量。

N：min（T，nB），實際上N表示在每個尋呼周期內包含了多少個PF

Ns：max（1，nB/T），實際上Ns表示在每個PF內包含了多少個PO

UE_ID：IMSImod1024

FDD中PO占用的子幀號與TDD不同，但數量相同，并且位置是固定的，均勻地分布在時域上，FDD及TDD模式下PO映射關系詳見表1、2。呼指示數）/DRX=16×（N×Ns）/DRX。

不同nB對應的最大尋呼容量如表3所示。

表3　不同nB對應的最大尋呼容量

表1　FDD模式下尋呼子幀映射關系

表2　TDD模式下尋呼子幀映射關系

3.2尋呼容量

按照LTE協議規定，每個TTI只能發送一個Paging消息，最多攜帶16個UE_ID。尋呼容量即一秒鐘最大可以發送的尋呼消息數為：每個尋呼指示中的UE_ID數×（1個DRX中的無線幀×1個無線幀中的尋

由于PDSCH的資源不受限，即尋呼消息不會產生瓶頸，因此LTE尋呼容量主要受PDCCH上的尋呼指示影響。

4　結束語

根據表3可知，當nB=4T，每個尋呼指示中最大放置16個用戶UE_ID的時候，LTE的尋呼容量將達到最大6400用戶/s。對于現網EVDO數據多載頻話務熱點區域，當3G用戶完全遷移到LTE上之后，LTE將可能出現尋呼容量受限。

因此，隨著LTE網絡的成熟和LTE手機終端的豐富，尋呼需求將會增多。為保證LTE的尋呼容量能夠滿足移動互聯網業務需求并使用戶持續得到良好的體驗，一則建議根據網絡的運行情況不斷調整跟蹤區TA列表的大小，做到網絡的高效運行；二則建議LTE可以采用諸如EVDO中激活集尋呼的機制，減輕尋呼負荷，增加尋呼成功率。

參考文獻

［1］3GPPTS 36.213，E-UTRA. Physical Layer Procedures.

［2］3GPPTS 36.214，E-UTRA. Physical Layer Measurements. ［3］3GPP TS 36.304，User Equipment（UE）Procedures in Idle Mode.

［4］3GPP TS 36.331，E- UTRA. Radio Resource Control （RRC）- Protocol Specification.

標準之窗

收稿日期：（2016-01-12）