基于SINR最優的VoLTE異頻切換優化

陸健賢，黃濟丘，趙旭

（1.中國電信股份有限公司云浮分公司，廣東 云浮 527300；2.中國電信股份有限公司研究院，廣東 廣州 510630）

0 引言

800—900 MHz 頻段具有良好的無線傳播特性，2G 網絡首先采用該頻段作為覆蓋層，而后再利用高頻段建設網絡容量層。在LTE部署初期，因低頻段仍需承載2G/3G 業務，各運營商采用1.8—2.6 GHz 的高頻段建設LTE 網絡，用于承載移動數據業務。近年來，隨著800—900 MHz 頻率重耕，原有2G/3G 站址疊加部署了低頻段LTE 基站。對于國內CDMA 運營商，VoLTE 無法通過SRVCC 在LTE 覆蓋弱區將語音回落到2G/3G 網絡，如何在不新增投資和運營成本的條件下發揮多頻LTE 網絡的最大覆蓋潛力、提高VoLTE服務質量是網絡優化的重要課題。

1 1.8 GHz與800 MHz LTE的現網覆蓋比較

LTE 常用的覆蓋指標主要為RSRP 和SINR。因800 MHz和1.8 GHz 頻段帶寬不同導致RS 功率差異（800 MHz 較1.8 GHz 高約7 dB），為便于分析和論述，本文采用路徑損耗（RS 功率與RSRP 的差值）和SINR 作為覆蓋指標。在市區測試區域，800 MHz 和1.8GHz 頻段LTE 重疊覆蓋，基站數量、密度和站間距如表1 所示：

表1 測試區域的1.8 GHz和800 MHz基站數量及站間距

兩個頻段網絡的路徑損耗和SINR 分布如表2 所示：

表2 1.8 GHz和800 MHz LTE室外和室內覆蓋質量對比

由測試結果得到：

（1）室外區域：1.8 GHz 路徑損耗均值較800 MHz小11 dB，SINR 均值較800 MHz 高2.9 dB。

（2）室內區域：1.8 GHz 路徑損耗均值較800 MHz大3 dB，SINR 均值較800 MHz 的低1 dB。

因1.8 GHz 基站密度是800 MHz 的2.65 倍，1.8 GHz室外覆蓋全面優于800 MHz。但1.8 GHz 的穿透能力較弱，800 MHz 在室內深層區域優于1.8 GHz。與2G 網絡不同，市區800 MHz LTE 網絡并不具備絕對覆蓋優勢，若只使用其承載VoLTE 并不能發揮網絡最大潛力。

2 影響通話質量的關鍵覆蓋因素

VoLTE通話質量采用POLQA[1]算法評估的MOS值表示，覆蓋問題導致的丟包、時延和抖動都會對通話質量產生影響：

（1）路徑損耗對通話質量的影響如圖1 所示，2T2R 基站的MOS 拐點出現在路徑損耗約130 dB 處，此后MOS 均值不斷降低，路徑損耗大于135 dB 時，MOS 均值低于3.5。

圖1 路徑損耗對MOS均值的影響（RoHC功能打開，PDCP丟棄定時器設置為100 ms）

（2）SINR 對通話質量的影響如圖2 所示，當SINR低于0 dB，MOS 均值將低于3.5，其后MOS 均值將隨SINR 降低而急劇下降。

圖2 SINR對MOS均值的影響（路徑損耗約為130 dB）

根據測試結果，不同MOS 區間的路徑損耗、SINR以及切換分布如表3 所示。對比高（大于3.5）低（小于3）MOS 區域，SINR 小于0 dB 占比的差異最大，路徑損耗差異最小（不足5%），切換居中。在低MOS 值區域，SINR 小于0 dB 的占比高于10%，是高MOS 值區域的2倍以上。此外，由于切換發生在小區邊緣，與SINR 具有較強的相關性。因此，從覆蓋角度，低SINR（SINR 小于0 dB）是影響市區MOS 的最關鍵因素。

表3 高低MOS區域的路徑損耗、SINR及切換對比

3 基于SINR最優的異頻切換優化方法

3.1 優化目標及步驟

結合兩個頻段的覆蓋情況及1.8 GHz 帶寬優勢，應將1.8 GHz 作為優選網絡層、800 MHz 作為托底網絡層，SINR最優的異頻切換優化目標為：通過切換實現兩個頻段覆蓋互補，盡可能降低SINR 小于0 dB 的占比，提升通話質量。

LTE 切換過程包括測量、上報、判決和執行4 個步驟[2]，即使在250 km 時速仍可保持良好性能[3]。文獻[4]定義了切換涉及的測量事件，同頻切換一般采用基于A3事件的切換[5-6]，本文主要研究基于A5 的1.8 GHz/800 MHz異頻切換，主要事件包括：

（1）A1：服務小區質量高于一定門限，該事件觸發時停止異頻測量。

（2）A2：服務小區質量低于一定門限，該事件觸發時啟動異頻測量。

（3）A5：服務小區質量低于門限1 并且鄰區質量高于門限2，門限值可根據QCI 類型分別設置，該事件觸發異頻切換。

根據文獻[7]，無線質量的測量指標為RSRP 或RSRQ，但RSRQ 單獨作為異頻切換的測量指標較RSRP并無優勢[8]，現網采用基于RSRP 測量的異頻切換。因SINR 不是可上報的測量指標，為實現RSRP 與SINR 的關聯，基于SINR 最優的異頻切換優化分為2 步：

（1）首先根據測試結果建立從RSRP-＞路徑損耗-＞SINR 的映射關系。

（2）僅當服務小區的SINR 低于一定門限值且異頻相鄰小區的SINR 更優時執行異頻切換。根據（1）得到的映射關系，先設置觸發A5 事件的門限值，再由A5 門限值確定A1 和A2 門限值。

3.2 路徑損耗到SINR的映射

圖3 為路徑損耗對應的SINR 小于0 dB 占比，由該圖可獲得從路徑損耗-＞SINR 的映射關系。在室外路徑損耗小于102 dB 的區域，兩個頻段SINR 小于0 dB 的占比基本一致，若要求SINR 小于0 的占比小于5%，1.8 GHz 對應路徑損耗應小于116 dB、800 MHz 為120 dB。在室內路徑損耗小于116 dB 的區域，1.8 GHz 和800 MHz SINR 小于0 的占比相當，大于116 dB 的區域，800 MHz 優于1.8 GHz，當路徑損耗大于120 dB 后1.8 GHz SINR 逐步上升，路徑損耗大于126 dB 后1.8 GHz SINR 急劇惡化。

圖3 路徑損耗->SINR的映射關系

3.3 基于映射關系的參數設置

因網絡并不知道終端處于室外還是室內，A5 門限1和門限2 應綜合考慮室內外測試結果設置，盡可能確保目標小區SINR 優于當前服務小區。此外，異頻測量的測量間隔會導致15%～25% 的上行吞吐量損失[9]，A1、A2 門限設置應避免過早啟動異頻測量。根據3.2 節路徑損耗-＞SINR 的映射關系和RS 功率，可計算出異頻切換A1、A2 及A5 門限的RSRP 值。

（1）從1.8 GHz 切換到800 MHz：當1.8 GHz SINR 小于0 dB 占比大于5%且800 MHz SINR 優于1.8 GHz 時，執行從1.8 GHz 到800 MHz 的切換。參照圖4，A5 門限1 設置為路徑損耗116 dB 對應的RSRP=15.2（RS 發射功率）-116≈-101 dBm。同時為了保證800 MHz SINR 小于0 dB 的占比優于1.8 GHz，A5 門限2 的路徑損耗應不高于120 dB，對應的RSRP=22.5（RS 發射功率）-120 ≈-98 dBm。A2 門限=A5門限1+3 dB，A1 門限=A2 門限+3 dB。

（2）從800 MHz 切換到1.8 GHz：當800 MHz 路徑損耗大于130 dB（MOS 下降對應的路徑損耗拐點）且1.8 GHz SINR 在穩定范圍時，執行從800 MHz 到1.8 GHz的切換。A5 門限1 對應路徑損耗為130 dB，根據圖3，A5門限2 對應的路徑損耗為120 dB，按照（1）相同的方法計算A5、A1、A2 的RSRP。

圖4 從SINR到路徑損耗到RSRP的切換參數設置過程

A1、A2 及A5 門限參數值如表4 所示。作為對比，表中也列出了網絡中原先使用的基于800 MHz 優先的切換參數，該設置將VoLTE 盡可能使用800 MHz 承載。

表4 基于SINR最優的VoLTE切換參數設置

4 優化前后網絡性能對比

優化后VoLTE 使用的頻段分布如圖5 所示，原來單獨使用800 MHz 的低MOS 區域大部分切換至1.8 GHz 頻段，實現了覆蓋互補。各種設置的MOS 對比如表5 所示。基于SINR 最優的異頻切換獲得的通話質量最優，MOS 顯著高于單獨使用1.8 GHz 及800 MHz。同時，因市區800 MHz 總體覆蓋并無絕對優勢，基于SINR 最優的通話質量較800 MHz 優先具有較大提升，其MOS 均值較800 MHz 優先高0.09，MOS 大于3.5 的占比高5.04 個百分點。

圖5 優化后VoLTE使用頻段及單獨800 MHz低MOS值區域分布對比

表5 各種場景的SINR及主要通話指標對比

從切換次數看，基于SINR 最優的切換次數與單獨使用1.8 GHz 基本相當。雖然該區域內1.8 GHz 基站數量為800 MHz 的2.65 倍，但單獨使用1.8 GHz 的切換次數僅比單獨使用800MHz 高23%，大大低于兩者基站比例。其原因在于，由于無線環境的復雜性，實際網絡的小區并非邊界清晰的六邊形蜂窩，雖然800 MHz 單站覆蓋面積大，但較少基站也導致信號的均勻性較差，更復雜的邊界導致的頻繁切換極大抵消了因單站覆蓋范圍大而減少的切換次數。

5 結束語

覆蓋是影響VoLTE 通話質量的關鍵，基于目前市區800 MHz 及1.8 GHz LTE 網絡均不具備絕對覆蓋優勢的實際情況，通過異頻切換優化充分發揮現有多頻段LTE 網絡的互補覆蓋是提高VoLTE 用戶感知的重要手段。本文根據800 MHz 及1.8GHz 室內外覆蓋數據，提出了基于SINR 最優的異頻切換優化方法，經應用驗證，優化切換參數設置后，VoLTE 用戶感知的MOS 較單獨使用1.8 GHz 或800 MHz 均顯著提高，在不新增投資和成本的情況下挖掘了各覆蓋層的潛力。