FDD LTE網(wǎng)絡(luò)尋呼容量與帶寬關(guān)系研究

劉旭東 裴利萌

摘 要：在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，尋呼容量的高低直接影響無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的容量，因此，尋呼容量也是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的關(guān)鍵指標(biāo)之一。FDD LTE系統(tǒng)具有多種靈活的帶寬。本文以一個(gè)5MHz小帶寬小區(qū)容量受限問(wèn)題為切入點(diǎn)，研究小區(qū)尋呼容量與帶寬的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：FDD LTE;帶寬;尋呼容量

中圖分類(lèi)號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）01-0011-03

Study on the Relation between Paging Capacity and Bandwidth

in FDD LTE Network

LIU Xudong PEI Limeng

（Luoyang Branch of China United Network Communications Limited，Luoyang Henan 471000）

Abstract： In mobile communication system， paging capacity directly affects the capacity of wireless system， so paging capacity is also one of the key indicators of network planning and network optimization. FDD LTE system has a variety of flexible bandwidth. This paper studied the relationship between paging capacity and bandwidth of a small 5MHz bandwidth cell.

Keywords： FDDLTE;bandwidth;paging capacity

1 研究背景

在某本地網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)某新增的5MHz帶寬小區(qū)入網(wǎng)后突然出現(xiàn)了尋呼擁塞（見(jiàn)表1），但是，同站點(diǎn)其他20MHz帶寬小區(qū)卻未出現(xiàn)擁塞情況（見(jiàn)表2）。兩小區(qū)的尋呼相關(guān)參數(shù)均為基站級(jí)，尋呼參數(shù)配置完全一致，統(tǒng)計(jì)兩種不同帶寬的理論尋呼容量也相同，兩小區(qū)唯一不同之處在于帶寬不同。基于此，本文從尋呼機(jī)制和原理方面，尋找尋呼容量和帶寬的關(guān)系，找出5MHz帶寬小區(qū)容量受限的原因。

2 尋呼機(jī)制

在LTE系統(tǒng)中，沒(méi)有為UE配置專(zhuān)門(mén)的物理尋呼信道，尋呼消息是由物理下行共享信道（PDSCH）承載，而尋呼標(biāo)識(shí)在物理下行信道（PDCCH）上承載。在LTE協(xié)議中，承載尋呼信息的邏輯信道（PCCH）、傳輸信道（PCH）和物理信道（PDSCH）的映射關(guān)系如圖1所示。

終端需要監(jiān)聽(tīng)物理下行控制信道（PDCCH），如果終端從PDCCH信道上解出了尋呼標(biāo)識(shí)（P-RNTI），則表示終端需要接收對(duì)應(yīng)的物理下行共享信道（PDSCH），然后通過(guò)尋呼傳輸信道（PCH）的參數(shù)去解析從PDSCH上接收到的數(shù)據(jù)塊，進(jìn)而獲得尋呼消息[1]。

表1 小區(qū)尋呼擁塞統(tǒng)計(jì)表

[時(shí)間 尋呼擁塞率/% 尋呼記錄擁塞個(gè)數(shù) 2018-07-05 0.33 8 574 2018-07-06 0.29 7 234 2018-07-07 0.41 11 438 2018-07-08 0.21 4 900 2018-07-09 0.16 3 480 2018-07-10 0.35 9 284 ]

表2 同站其他小區(qū)擁塞統(tǒng)計(jì)

[小區(qū) 尋呼記錄

接收個(gè)數(shù) 尋呼記錄

丟棄個(gè)數(shù) 尋呼記錄擁塞個(gè)數(shù) Uu口尋呼次數(shù) 尋呼信

道容量 1 2 580 900 0 0 5 161 802 138 240 000 2 2 580 900 0 0 5 161 802 138 240 000 3 2 580 900 0 0 5 161 802 138 240 000 4 2 580 900 0 8 607 5 161 802 138 240 000 ]

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圖1 LTE下行信道映射圖

對(duì)于LTE的終端，在空閑（Idle）模式下，終端需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)廣播的相關(guān)參數(shù)（如DRX，nB等），周期性地監(jiān)聽(tīng)PDCCH信道，以確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)是否有尋呼自己;在連接（Connected）模式下，終端需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)配置的相關(guān)參數(shù)（如Short DRX Cycle和Long DRX Cycle等）周期性地去監(jiān)聽(tīng)PDCCH信道。

為了實(shí)現(xiàn)UE省電，LTE引入了DTX/DRX的設(shè)計(jì)。這里的DTX主要指eNB不連續(xù)發(fā)送，DRX主要指UE不連續(xù)接收。根據(jù)UE所處的RRC狀態(tài)不同，又可以分為RRC_IDLE狀態(tài)下的尋呼DRX和RRC_Connected狀態(tài)下的尋呼DRX。

尋呼DRX是指處在RRC空閑狀態(tài)的UE不連續(xù)地監(jiān)測(cè)尋呼信道（PCH），其主要要求是能實(shí)現(xiàn)低功耗、低延遲和低網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。

UE使用P-RNTI周期監(jiān)聽(tīng)PDCCH來(lái)了解PDSCH上是否有尋呼。如果有，則解碼PDSCH上承載PCH的尋呼消息，從解碼后的尋呼信息中查看是否有針對(duì)該UE的尋呼記錄。

每個(gè)尋呼消息中包含一個(gè)尋呼記錄列表（Paging Record List），該列表包含所有此次被尋呼的UE記錄，每條尋呼記錄含有用于尋呼的UE標(biāo)識(shí)P-RNTI。系統(tǒng)可以使用IMSI或者S-TMSI兩種標(biāo)識(shí)進(jìn)行尋呼，具體尋呼時(shí)兩者選其一。其中，IMSI結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

<F：＼歡歡文件夾＼201904＼河南科技201901＼河南科技（創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)）2019年第01期_103595＼Image＼`7JBWG@UECC_O）IVB4（]E@Q.png>

圖2 IMSI結(jié)構(gòu)圖

從圖2可知，IMSI是一個(gè)不超過(guò)15位的十進(jìn)制數(shù)的標(biāo)識(shí)，主要由手機(jī)國(guó)家編碼（MCC 2字節(jié)）、手機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼（MNC 2字節(jié)）和手機(jī)用戶(hù)標(biāo)識(shí)號(hào)（MSIN 4字節(jié)）三部分組成，即不超過(guò)8字節(jié)。S-TMSI由MME編碼（MMEC 8bits）和M-TMSI（32bits）組成，因此其長(zhǎng)度為5字節(jié)。

如果使用S-TMSI進(jìn)行尋呼，每個(gè)尋呼記錄長(zhǎng)度約為5字節(jié)。

如果使用IMSI尋呼，每個(gè)尋呼記錄長(zhǎng)度約為8字節(jié)。取平均以7個(gè)字節(jié)作為尋呼一個(gè)UE的大小來(lái)估算。PCH使用QPSK調(diào)制，其通過(guò)PDSCH進(jìn)行傳輸。考慮到尋呼信息的設(shè)計(jì)方便，將最大尋呼記錄定為16，一次尋呼消息最多可以包含16條UE記錄，也就是說(shuō)，每次最多16個(gè)UE可以被同時(shí)尋呼。尋呼消息的內(nèi)容如下：

-- ASN1START

Paging ：：= SEQUENCE {

pagingRecordList PagingRecordList OPTIONAL，

-- Need ON

systemInfoModification ENUMERATED {true}

OPTIONAL，

-- Need ON

etws-Indication ENUMERATED {true} OPTIONAL，

-- Need ON

nonCriticalExtension SEQUENCE {} OPTIONAL

-- Need OP

}

PagingRecordList ：：= SEQUENCE （SIZE （1..maxPageRec）） OF PagingRecord

PagingRecord ：：= SEQUENCE {

ue-Identity PagingUE-Identity，

cn-Domain ENUMERATED {ps， cs}，

...

}

PagingUE-Identity ：：= CHOICE {

s-TMSI S-TMSI，

imsi IMSI，

...

}

IMSI ：：= SEQUENCE （SIZE （6..21）） OF IMSI-Digit

IMSI-Digit：：= INTEGER （0..9）

-- ASN1STOP

由上可知，如果使用S-TMSI進(jìn)行尋呼，每個(gè)尋呼記錄長(zhǎng)度約為5字節(jié)。如果使用IMSI尋呼，每個(gè)尋呼記錄長(zhǎng)度約為8字節(jié)。考慮到尋呼消息中的其他比特，取平均以7個(gè)字節(jié)作為尋呼一個(gè)UE的大小來(lái)估算。PCH使用QPSK調(diào)制，其通過(guò)PDSCH進(jìn)行傳輸。由于PCCH使用RLC透明傳輸模式，RLC和MAC都不加入數(shù)據(jù)頭。考慮到尋呼信息的設(shè)計(jì)方便，RAN2中將最大尋呼記錄（maxPageRec）定為16。

3 尋呼容量

3.1 小區(qū)理論尋呼容量

小區(qū)理論的尋呼能力和nB參數(shù)配置有關(guān)。1s內(nèi)尋呼UE個(gè)數(shù)與nB的關(guān)系如表3所示。

表3 1s內(nèi)尋呼UE個(gè)數(shù)與nB關(guān)系

[nB 每秒最多可尋呼UE個(gè)數(shù) 4T 400×16 2T 200×16 T 100×16 1/2T 50×16 1/4T 25×16 1/8T 12.5×16 1/16T 6.25×16 1/32T 3.125×16 ]

從表3可以看出，1/2T時(shí)可以達(dá)到800次/s，1/4T時(shí)可以達(dá)到400次/s。

3.2 小區(qū)實(shí)際尋呼容量

上述的僅僅是理論上的尋呼容量，跟之前統(tǒng)計(jì)的一樣，5MHz的帶寬和同站點(diǎn)的20MHz帶寬小區(qū)因?yàn)閚B配置一致，所以理論尋呼容量也一致，但是，為什么5MHz帶寬的小區(qū)會(huì)出現(xiàn)擁塞呢？

進(jìn)一步深入研究發(fā)現(xiàn)，在系統(tǒng)組網(wǎng)帶寬較小時(shí)（如5MHz），若干個(gè)尋呼記錄可能就填滿(mǎn)了一個(gè)子幀，導(dǎo)致沒(méi)有空余資源用于傳輸用戶(hù)數(shù)據(jù)，因此，系統(tǒng)中設(shè)置了尋呼的TBSIZE來(lái)控制一條尋呼消息中最大的尋呼記錄數(shù)目，這樣就不會(huì)發(fā)生整個(gè)子幀全部用來(lái)承載尋呼消息，而沒(méi)有資源承載用戶(hù)消息。當(dāng)在一個(gè)PO需要發(fā)送的尋呼記錄過(guò)多時(shí)，超出部分會(huì)被延遲到下一個(gè)PO發(fā)送。不同帶寬下最大尋呼記錄數(shù)見(jiàn)表4。

如此一來(lái)，在nB配置相同，5MHz及以下小帶寬小區(qū)的尋呼容量就會(huì)較10MHz以上帶寬的小區(qū)小，所以，就出現(xiàn)了本文一開(kāi)始出現(xiàn)的，理論尋呼容量一致的情況下，只有小帶寬小區(qū)會(huì)出現(xiàn)擁塞的現(xiàn)象。

為提升尋呼能力，7月11日，將該站點(diǎn)的尋呼重復(fù)次數(shù)調(diào)整為0，尋呼擁塞有所改善，但仍然存在擁塞，7月12日，又繼續(xù)將尋呼時(shí)機(jī)因子T調(diào)整為2T[1]，修改后取指標(biāo)觀察，尋呼擁塞得到明顯改善見(jiàn)表5。

表4 不同帶寬下最大尋呼記錄數(shù)

[帶寬/MHz 最大尋呼記錄數(shù) 1.4 3 3 4 5 8 10 16 15 16 20 16 ]

表5 尋呼擁塞問(wèn)題改善

[時(shí)間 無(wú)線(xiàn)接通率/% 尋呼擁塞率/% 尋呼記錄擁塞個(gè)數(shù) 2018-07-10 99.81 0.35 9 284 2018-07-11 99.92 0.15 3 848 2018-07-12 99.91 0.00 37 2018-07-13 99.94 0.00 42 2018-07-14 99.92 0.00 40 2018-07-15 99.92 0.00 27 ]

4 結(jié)語(yǔ)

尋呼信道容量統(tǒng)計(jì)的僅為小區(qū)空口尋呼信道容量的理論值，實(shí)際的尋呼能力，除了跟nB相關(guān)以外，跟帶寬也有很大關(guān)系，因?yàn)閹挼拇笮Q定了每個(gè)尋呼子幀可以容納的尋呼記錄數(shù)目。

商用網(wǎng)絡(luò)在開(kāi)通10MHz以下帶寬的異頻小區(qū)之前，應(yīng)該對(duì)小區(qū)尋呼能力提前進(jìn)行預(yù)估，如果現(xiàn)有的尋呼量較大，需要提前關(guān)閉重復(fù)尋呼，或者可以將nB調(diào)大，使尋呼時(shí)機(jī)（PO）更加離散。

參考文獻(xiàn)：

[1]范金寧，鄭旭升.LTE FDD容量規(guī)劃研究[J].移動(dòng)通信，2013（22）：26-28.