LTE移動通信切換性能優(yōu)化

時莉莉 徐銘岳 孫海波

(1.中國人民解放軍94969 部隊 上海市 200137 2.中國人民解放軍61932 部隊 北京市 100071）（3.國家廣播電視總局廣播電視科學研究院 北京市 10086）

通訊運營商最重要的目標是為用戶服務，即為用戶提供高效可靠的通信平臺。隨著社會的發(fā)展，科技的進步，移動通信取得了令人矚目的成就。移動通信技術為用戶提供了一個通話與信息溝通的平臺。無線通信技術正在蓬勃發(fā)展，擴展了數(shù)據(jù)增值業(yè)務的需求。而切換是移動通信的一個關鍵特征。切換指的是連接態(tài)的用戶，在移動過程中，從一個小區(qū)的覆蓋范圍移動到了另一個小區(qū)的覆蓋范圍，此時用戶需要通過一系列的信令流程，來完成整個切換的過程。切換的目的是當源小區(qū)的信號不斷地變弱時，為了保證業(yè)務的持續(xù)性，需要將用戶切換到信號質量好的目的小區(qū)，從而能夠繼續(xù)為用戶提供服務。尤其在用戶在高速移動時，例如乘坐火車高鐵時，良好的切換效果起到了至關重要的作用。隨著LTE 移動通信用戶的不斷增加，高質量的切換能夠在很大程度上提高用戶體驗，與此同時，能夠提升運營商的影響力。

1 LTE切換相關概述

在LTE 通信系統(tǒng)中，假設某一用戶正在通信過程中，該用戶從服務小區(qū)逐漸向鄰區(qū)移動，此時為了保證用戶業(yè)務的連續(xù)性，通信系統(tǒng)中物理層會不停對小區(qū)信號進行檢測，并上報給層3(Layer 3,L3), L3 會根據(jù)接收到的小區(qū)信號強度進行過濾評估，若符合切換條件，則觸發(fā)切換過程[1]。切換過程完成后，在源小區(qū)該用戶的相關信息就會被刪除釋放。簡而言之，切換(handover, HO)即用戶與基站（Evolved Node B,eNodeB）在交互的過程中，隨著用戶的位置變化，該用戶與通信系統(tǒng)的連接發(fā)生變化，如圖1所示。

圖1中首先用戶從源小區(qū)向目標小區(qū)移動；當源小區(qū)與目標小區(qū)的信號質量滿足切換條件時，則用戶將會從源小區(qū)向目標小區(qū)切換，逐步與目標小區(qū)建立連接；最后整個切換過程結束，用戶已經與目標小區(qū)建立連接，并與源小區(qū)斷開連接。當通信系統(tǒng)發(fā)生切換時，需要保證業(yè)務過程不能中斷，也就是說切換的過程要盡可能的平滑，切換時延盡可能地小，這樣才能夠達到用戶對系統(tǒng)變化的無感知體驗。在LTE 移動通信系統(tǒng)中，若頻繁發(fā)生切換過程，可能會降低通信質量。LTE 通信系統(tǒng)是蜂窩移動通信系統(tǒng)，假如用戶的移動速度快，小區(qū)的覆蓋范圍小等，都容易引起切換。因此，對于移動通信來講，提高移動通信切換的性能是非常關鍵的。

切換的測量過程如圖2所示。

圖2所示過程是用戶向eNodeB 上報測量結果的過程，只有在接入層的安全性被激活了之后，用戶才會啟動該過程[2]。對于觸發(fā)測量報告程序的被測件，UE 應在測量報告信息中會對測量結果進行設置。

能夠觸發(fā)測量的事件有：

（1）A1：服務小區(qū)大于某個閾值；

（2）A2：服務小區(qū)低于某個閾值；

（3）A3：鄰區(qū)測量值比服務小區(qū)高，且高于一定門限值；

（4）A4：鄰區(qū)大于某個閾值；

（5）A5：服務小區(qū)小于閾值1，鄰區(qū)大于閾值2。

2 切換問題分析步驟方法

2.1 切換問題分析步驟

圖1：用戶切換示意圖

圖2：切換測量過程

圖3：切換失敗流程

在LTE 移動通信系統(tǒng)中，可以通過以下方法進行切換問題的分析。首先我們需要搜集網絡信息以及確定優(yōu)化目標，然后采集業(yè)務數(shù)據(jù)，收集切換問題，通過分析信令對問題進行定位，繼而進行參數(shù)調整或者問題優(yōu)化，再次進行驗證，如果未達到目標，需要再次重復整個流程直達達到目標為止。

2.2 網絡信息搜集

在進行網絡信息收集時，應該對用戶數(shù)以及用戶的分布情況進行統(tǒng)計，記錄業(yè)務頻發(fā)的時間地點，若需進行數(shù)據(jù)修改，則選擇業(yè)務較空閑的時間段。保存系統(tǒng)的告警信息，有助于出現(xiàn)問題時提供更全面的定位信息。收集關鍵參數(shù)配置表，比如頻點信息、小區(qū)的鄰區(qū)列表包括同頻鄰區(qū)列表和異頻鄰區(qū)列表、功控配置、切換相關參數(shù)的配置。

2.3 切換相關指標

切換成功率定義為切換成功次數(shù)比上切換次數(shù)[3]。切換成功率能夠體現(xiàn)系統(tǒng)切換性能的可靠性。在正常情況下該值應該大于98%。

切換時延分為切換控制面時延和切換用戶面時延。切換控制面時延是指從測量上報開始到目標小區(qū)收到重配完成消息。切換用戶面時延指的是用戶在源小區(qū)接收到最后一個數(shù)據(jù)包到在目的小區(qū)接收到第一個數(shù)據(jù)包的時間。用戶面的切換時延可以采用PDCP 層的中斷時延來統(tǒng)計。

切換比例影響了系統(tǒng)的容量，如果切換比例太高，會增加系統(tǒng)的消耗，增加了財力物力的損耗，將切換比例控制在一定的范圍內，能夠減少運營商的成本。如果切換比例超出了規(guī)定范圍，則需要對切換性能進行優(yōu)化。

2.4 信令分析

為了能夠合理優(yōu)化切換性能，需要進行大量實驗，才能完成切換問題的收集以及優(yōu)化的工作。才進行切換實驗的過程中，需要保存切換的信令以及日志，這樣便于分析切換的過程，查找切換失敗的原因。實驗過程中，最好同時抓取用戶側和基站側的信令和日志，以及告警信息，綜合起來定位問題，將會大大提高效率。

2.5 調整配置參數(shù)

當切換不達標時，不一定是軟件或硬件問題，很可能是配置參數(shù)不合理導致，具體是什么參數(shù)配置不合理，需要依據(jù)上一步驟來確定。通過修改頻率、功控、鄰區(qū)配置等切換相關參數(shù)，在一定程度上能夠起到優(yōu)化切換性能的作用。

3 LTE通信系統(tǒng)中影響切換性能的問題剖析及解決方案

3.1 切換過程用戶掉線

切換設置的門限值太高，則會造成鄰區(qū)即便信號質量很好，依然無法觸發(fā)切換測量，當服務小區(qū)的信號質量逐漸變差，則會導致用戶掉線。切換測量觸發(fā)的時延大，沒有及時觸發(fā)測量上報消息，等服務小區(qū)的信號質量已經很差了，再向eNodeB 發(fā)送測量上報消息，此時空口質量不穩(wěn)定，導致該消息無法正常發(fā)送，此時在服務小區(qū)的終端就很可能掉線；或者觸發(fā)了測量上報，服務小區(qū)需要向用戶發(fā)送重配置消息，此時空口質量很差，用戶接收不到重配消息時，極可能發(fā)生掉線。小區(qū)的覆蓋范圍小，覆蓋范圍小對快速移動的用戶影響較大，由于切換的整個流程即便性能很高，也是會有時延的，此時如果切換的進度無法趕上用戶的移動速度，則會發(fā)生掉話。系統(tǒng)配置問題，如果發(fā)生未給服務小區(qū)配置相應鄰小區(qū)，或者配置的鄰小區(qū)信息有誤時，則無法正常觸發(fā)測量上報過程，從而無法引起切換。

針對以上問題可以采取如下措施：合理地設置系統(tǒng)的切換門限，理論與實踐相結合；減小切換觸發(fā)時延和切換過程時延，增強物理層的穩(wěn)定性，優(yōu)化系統(tǒng)性能，就可減小切換過程時延；合理設置小區(qū)的覆蓋范圍；部署系統(tǒng)時，應對參數(shù)進行多次檢查。

3.2 切換的成功率低

切換成功率如公式（1）所示：

a：切換成功率

b：切換成功次數(shù)

c：切換請求次數(shù)

在正常情況下，切換的成功率應保持在98%以上，如果經過長保統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)該值偏低，即為切換成功率低。

切換過程門限值設置低。在這種情況下，鄰區(qū)的信號在較差的情況下，經切換判決后，可能發(fā)起切換。但是切換過程中，重配完成很可能無法發(fā)送到目標小區(qū)，從而導致切換失敗。如圖3所示。

正常情況下的切換是當滿足了切換條件時，用戶向eNodeB 上報測量報告，基站下發(fā)重配置消息，用戶進行了切換配置，給基站回復重配完成消息。由于此時鄰區(qū)的信號較差，空口質量不穩(wěn)定，空口消息可能無法到達eNodeB，從而導致切換失敗[4]。

GPS 配置的有問題或者GPS 失靈。若果發(fā)生這種情況，切換同步就會失敗。在一般情況下，eNodeB 會配置GPS 時鐘，這樣能夠保證較高的切換成功率。如果發(fā)生GPS 故障的情況，則會在很大程度上降低切換成功率。

小區(qū)同步信道偏移量設置。當進行站內切換時，如果小區(qū)同步信道偏移量設置相同，那么用戶同步不到目標小區(qū)，從而導致切換失敗。在站間切換則不會發(fā)生該問題，不同eNodeB 的小區(qū)可以設置相同的小區(qū)同步信道偏移量。

針對以上問題可以采取如下措施：設置合理地切換門限值，并進行多次實驗驗證；部署系統(tǒng)時，應對GPS 的性能配置進行檢測；應對同一eNodeB 下的不同小區(qū)的同步信道偏移量進行檢查，保證彼此各不相同。

3.3 切換太過頻繁

若發(fā)生頻繁切換，則會大量占用系統(tǒng)資源，該情況會導致系統(tǒng)的整體性能下降，與此同時，也會增加費用，得不償失。切換太過頻繁有以下場景。

切換閾值多低。此時，當鄰區(qū)信號稍好一些，而實際情況并不需要進行切換，由于切換閾值過低，也會觸發(fā)切換過程。因此，會進行多次不必要的切換，即便能夠切換成功，也耗費了大量資源。小區(qū)間重疊覆蓋的區(qū)域較大。小區(qū)的覆蓋范圍設置不合理，從而導致與鄰區(qū)的重疊范圍較大，鄰區(qū)間的干擾也會比較大。移動用戶處于重疊覆蓋范圍的概率會比較大，很容易就會發(fā)生切換。業(yè)務高發(fā)地帶為切換區(qū)域。如果在布網過程不合理，在切換區(qū)經常有用戶做業(yè)務，那么會導致切換頻繁發(fā)生，耗費財力物力。

針對以上各個問題可采取如下措施：對切換閾值進行調優(yōu)，保證切換頻率合理；適當調整天線的方向以及設置功率參數(shù)將小區(qū)的覆蓋范圍限定在合理范圍之內，使各鄰區(qū)間的重疊覆蓋區(qū)域更規(guī)范；在布網之前，應進行實地調研，切換區(qū)域應盡量避開業(yè)務高發(fā)地帶。

4 結語

針對于影響LTE 移動通信切換性能的問題及因素，我們應該做到防患于未然，這樣才能夠保證移動通信的整體性能，避免不必要的資源浪費，節(jié)省一定的人力物力。假設出現(xiàn)切換不達標的現(xiàn)象，可以依據(jù)不同的情況，采取相應的措施。通信技術員應該熟練掌握與切換相關的技術知識，在保證移動通信切換正常運行的前提下，不斷地提高系統(tǒng)性能，精益求精。