TD-LTE系統(tǒng)TA及TA list規(guī)劃原則

呂邦國(guó), 于濤

（長(zhǎng)春電信工程設(shè)計(jì)院股份有限公司, 長(zhǎng)春 150012）

1 TA及TA list概念

跟蹤區(qū)（TA，Tracking Area）是LTE系統(tǒng)為終端（UE）的位置管理設(shè)立的概念。TA功能與3G系統(tǒng)的位置區(qū)(LA)和路由區(qū)(RA)類似。通過(guò)TA信息核心網(wǎng)絡(luò)能夠獲知處于空閑態(tài)的UE的位置，并且在有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求時(shí)，對(duì)UE進(jìn)行尋呼。

一個(gè)TA可包含一個(gè)或多個(gè)小區(qū)，而一個(gè)小區(qū)只能歸屬于一個(gè)TA。

LTE系統(tǒng)引入了TA列表（TA list）的概念，一個(gè)TA list包含1～16個(gè)TA。MME可以為每一個(gè)UE分配一個(gè)TA list，并發(fā)送給UE保存。UE在該TA list內(nèi)移動(dòng)時(shí)不需要執(zhí)行TA更新（TAU）；當(dāng)UE進(jìn)入不在其所注冊(cè)的TA list中的新TA區(qū)域時(shí)，需要執(zhí)行TA更新，此時(shí)MME為UE重新分配一組TA形成新的TA list。在有業(yè)務(wù)需求時(shí)，網(wǎng)絡(luò)會(huì)在TA list所包含的所有小區(qū)內(nèi)向UE發(fā)送尋呼消息。

因此在LTE系統(tǒng)中，尋呼和位置更新都是基于TA list進(jìn)行的。TA list的引入可以避免在TA邊界處由于乒乓效應(yīng)導(dǎo)致的頻繁TA更新。

2 TA及TA list規(guī)劃原則

2.1 TA規(guī)劃原則

TA作為TA list下的基本組成單元，其規(guī)劃直接影響到TA list規(guī)劃質(zhì)量，需要做如下要求。

（1）TA面積不宜過(guò)大。TA面積過(guò)大則TA list包含的TA數(shù)目將受到限制，降低了基于用戶的TA list規(guī)劃的靈活性，TA list引入的目的不能達(dá)到。

（2）TA面積不宜過(guò)小。TA面積過(guò)小則TA list包含的TA數(shù)目就會(huì)過(guò)多，MME維護(hù)開(kāi)銷及位置更新的開(kāi)銷就會(huì)增加。

（3） 應(yīng)設(shè)置在低話務(wù)區(qū)域。為減小位置更新的頻率，TA邊界不應(yīng)設(shè)在高話務(wù)量區(qū)域及高速移動(dòng)等區(qū)域。

在市區(qū)和城郊交界區(qū)域，一般將TA區(qū)的邊界放在外圍一線的基站處，而不是放在話務(wù)密集的城郊結(jié)合部，避免結(jié)合部用戶頻繁位置更新。

同時(shí)，TA劃分盡量不要以街道為界，一般要求TA邊界不與街道平行或垂直，而是斜交。此外，TA邊界應(yīng)該與用戶流的方向垂直而不是平行，避免產(chǎn)生乒乓效應(yīng)的位置或路由更新。

2.2 TA list規(guī)劃原則

由于網(wǎng)絡(luò)的最終位置管理是以TA list為單位的，因此TA list的規(guī)劃要滿足兩個(gè)基本原則。

（1）TA list不能過(guò)大。TA list過(guò)大則TA list中包含的小區(qū)過(guò)多，尋呼負(fù)荷隨之增加，可能造成尋呼滯后，延遲端到端的接續(xù)時(shí)長(zhǎng)，直接影響用戶感知。

（2）TA list不能過(guò)小。TA list過(guò)小則位置更新的頻率會(huì)加大，這不僅會(huì)增加UE的功耗，增加網(wǎng)絡(luò)信令開(kāi)銷，同時(shí)，UE在TA更新過(guò)程中是不可及，用戶感知也會(huì)隨之降低。

（3） 應(yīng)設(shè)置在低話務(wù)區(qū)域。理論上來(lái)講，上面已經(jīng)要求TA邊界不設(shè)置在話務(wù)密集區(qū)域，這里沒(méi)有必要再?gòu)?qiáng)調(diào)；但在實(shí)際TA規(guī)劃中，會(huì)出現(xiàn)TA邊界無(wú)可避免的出現(xiàn)在高話務(wù)區(qū)的情況（比如核心城區(qū)面積非常大），這時(shí)，至少要保證TA list的邊界不在高話務(wù)區(qū)。

（4） 一個(gè)TA list中只設(shè)置一個(gè)TA。TA list的引入，可在一定程度上降低TA更新次數(shù)，為規(guī)劃提供了更多的靈活性，但也會(huì)帶來(lái)很多不可控制的風(fēng)險(xiǎn)，使用稍不得當(dāng)，就有可能造成某些TA內(nèi)的尋呼風(fēng)暴，影響用戶體驗(yàn)。此外LTE系統(tǒng)的尋呼能力較強(qiáng)，不使用TA list也不會(huì)對(duì)尋呼和位置更新造成影響。因此，建議TA list和TA進(jìn)行綁定，每一個(gè)TA list里面只有一個(gè)TA。

在一些特殊的場(chǎng)景，如鐵路，地鐵等，用戶的行為非常的固定，同時(shí)移動(dòng)的用戶數(shù)目也非常的多，這些場(chǎng)景建議將一條線路上的多個(gè)TA綁定成為一個(gè)TA list?；赥A list進(jìn)行尋呼，減小TAU數(shù)目。特殊場(chǎng)景的TA規(guī)劃和TA list規(guī)劃應(yīng)在充分研究和測(cè)試驗(yàn)證的基礎(chǔ)上再進(jìn)一步給出相關(guān)建議。

3 TD-LTE系統(tǒng)中的尋呼機(jī)制

在TD-LTE系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)可以向處于空閑狀態(tài)和連接狀態(tài)的UE發(fā)送尋呼，尋呼過(guò)程主要用于通知某個(gè)UE接收尋呼請(qǐng)求。

在3GPP協(xié)議中，定義了承載尋呼消息的邏輯信道(PCCH)、傳輸信道(PCH)、物理信道(PDSCH)，其映射關(guān)系如圖1所示。

圖1 信道映射關(guān)系

由于PDSCH是下行共享物理信道，其上除了可以承載PCH傳輸信道之外，還可以承載DL-SCH傳輸信道。因此系統(tǒng)尋呼消息數(shù)目不能過(guò)多，否則會(huì)影響數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

在LTE的物理層協(xié)議中，其無(wú)線幀幀號(hào)的重復(fù)周期是1024，每個(gè)無(wú)線幀又被分成10個(gè)子幀。尋呼只能在指定的無(wú)線幀和無(wú)線子幀上發(fā)起。允許發(fā)起尋呼的無(wú)線幀被稱為尋呼幀（PF，Paging Frames），允許發(fā)起尋呼的無(wú)線子幀被稱為尋呼時(shí)隙（PO，Paging Occasions）。每一個(gè)PO最多只能發(fā)送16條尋呼記錄。若在一個(gè)PO需要發(fā)送的尋呼記錄過(guò)多，則部分尋呼會(huì)被延時(shí)到下一個(gè)PO發(fā)送。

終端在一個(gè)DRX的周期內(nèi)，可以只在相應(yīng)的尋呼幀上的尋呼時(shí)刻先去監(jiān)聽(tīng)PDCCH上是否攜帶有P-RNTI（16 bit識(shí)別碼），來(lái)判斷網(wǎng)絡(luò)在本次尋呼周期是否有發(fā)尋呼消息。如果PDCCH上攜帶有P-RNTI，終端就按照PDCCH上指示的PDSCH的參數(shù)去接收PDSCH上的數(shù)據(jù)；如果終端在PDCCH上未解析出P-RNTI，則無(wú)需再去接收PDSCH物理信道，可以依照DRX周期進(jìn)入休眠。利用這種機(jī)制，在一個(gè)DRX周期內(nèi)，終端可以只在PO出現(xiàn)的時(shí)間位置上去接收PDCCH，然后再根據(jù)需要去接收PDSCH，而在其它時(shí)間可以睡眠，以達(dá)到省電的目的。

圖2 TD-LTE幀結(jié)構(gòu)圖

終端接收尋呼的流程如下。

（1） 計(jì)算終端需要監(jiān)聽(tīng)的尋呼幀號(hào)和尋呼時(shí)刻。

（2）監(jiān)聽(tīng)尋呼時(shí)刻上的PDCCH物理信道，若PDCCH物理信道上未攜帶P-RNTI，則終端進(jìn)入休眠，若PDCCH物理信道上攜帶P-RNTI，則進(jìn)入下一步。

（3）接收PDSCH物理信道上的尋呼消息。PDSCH上的尋呼消息中帶有UE ID列表，終端需要用自己的UE ID來(lái)跟尋呼消息中攜帶的UE ID一一進(jìn)行匹配，以判斷此尋呼消息是否是在呼叫自己。

（4）若PDSCH上攜帶有被尋呼UE的ID，UE會(huì)向MME發(fā)送service request消息來(lái)確認(rèn)收到尋呼。如果MME在特定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到尋呼確認(rèn)，會(huì)重新發(fā)送尋呼消息。系統(tǒng)可以設(shè)置MME最多重復(fù)發(fā)送尋呼的次數(shù)。

尋呼相關(guān)參數(shù)及推薦配置總結(jié)如表1所示。

表1 尋呼相關(guān)參數(shù)及推薦配置總結(jié)

4 TA及TA list包含小區(qū)上限計(jì)算

4.1 小區(qū)的尋呼容量

小區(qū)的尋呼容量考慮的因素有PDCCH的尋呼負(fù)荷、PDSCH尋呼負(fù)荷、尋呼阻塞要求、eNB設(shè)備尋呼能力以及MME設(shè)備尋呼能力。

4.1.1 PDCCH的尋呼負(fù)荷

由尋呼引起的PDCCH容量和nB設(shè)置非常相關(guān)，nB的數(shù)值決定了有多少個(gè)子幀（每無(wú)線幀上的PO數(shù)）用于尋呼。

在nB設(shè)置一定的情況下，由尋呼占用的PDCCH上的資源百分比上限是一個(gè)固定值，因PDCCH只表征是否有尋呼消息，并不承載具體的尋呼消息，因此PDCCH的資源并不影響尋呼容量。

4.1.2 PDSCH的尋呼負(fù)荷

根據(jù)PDSCH除了承載尋呼消息外，還需要承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信息，因此為了保證用戶的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)體驗(yàn)，用于承載尋呼消息的資源不能無(wú)限大，一般運(yùn)營(yíng)商會(huì)定義用于承載尋呼消息的資源占PDSCH的總資源的比例不超過(guò)3%。

假設(shè)TD-LTE帶寬為20Mbit/s，上下行配置為1：3，特殊時(shí)隙采用6：6：2，PDCCH占用3個(gè)OFDM符號(hào)，DRX=128，nB=T，則PDSCH的總PRB數(shù)目為：

100×6+100×1×0.3×2 ＝ 660（PRB）。

假設(shè)用于尋呼的PDSCH資源占比為2%，則尋呼可以占用的PRB數(shù)為：

660×2% ＝ 13.2（PRB）。

為了保證網(wǎng)絡(luò)中所有位置的終端都能正確的接收到尋呼消息，建議采用QPSK調(diào)制，0.1碼率的編碼方式，也就是MCS等級(jí)為0。根據(jù)3GPP36.213表7.1.7.2.1-1，可以獲得不同PRB可以承載的傳輸塊的大小，13PRB在MCS等級(jí)為0時(shí)可以承載344 bit的傳輸數(shù)據(jù)塊。

根據(jù)協(xié)議定義，每條尋呼消息信元需要41 bit，每PO尋呼消息的比特?cái)?shù) = 每PO尋呼消息條數(shù)×41＋2。反推得到每個(gè)PO承載的尋呼消息條數(shù)為(344－2)/41=8.3。由于DRX=128，nB=T，則由于PDSCH的限制，小區(qū)尋呼容量不能超過(guò)830（次/秒）。

4.1.3 尋呼阻塞要求

按照用戶尋呼服從泊松分布，根據(jù)如下尋呼擁塞公式（Erl B公式）：

其中，Pblocking,max是尋呼阻塞率，一般要求不超過(guò)2%；Cblocking,PO是每個(gè)PO到達(dá)的尋呼個(gè)數(shù)；Rmax是每個(gè)PO能夠承載的最大尋呼記錄數(shù)，取值1～16。根據(jù)公式可以獲得每個(gè)PO的尋呼容量與尋呼阻塞概率的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線如圖3所示。

從圖3中可以看出當(dāng)Rmax=16時(shí)，允許的的尋呼到達(dá)率Cblocking,PO為11.95，帶入公式得到尋呼容量為：

小區(qū)尋呼容量=每無(wú)線幀中的尋呼子幀數(shù)×每尋呼子幀允許的尋呼到達(dá)率×（1 000 ms/10 ms）=1 195次/秒。

4.1.4 設(shè)備的尋呼能力

由于eNB的硬件處理能力有限，如果尋呼占用CPU過(guò)多，則影響其處理其它業(yè)務(wù)，結(jié)合目前產(chǎn)業(yè)能力建議小區(qū)尋呼容量初步按照600次/秒考慮。

此外，SGSN-MME的能力也會(huì)限制尋呼容量，其能力和SCTP/S1板子數(shù)量相關(guān),目前產(chǎn)業(yè)能力，1塊SCTP/S1板子可以同時(shí)處理6 000個(gè)尋呼消息。

綜合以上4點(diǎn)受限因素，單小區(qū)尋呼容量按照600次尋呼/秒核算。

具體公式＝min（PDCCH限制下尋呼容量，PDSCH限制下尋呼容量，尋呼阻塞限制下尋呼容量，硬件處理限制下尋呼容量)＝min(Infinite，830，1 195，600)＝ 600次尋呼/秒。

4.2 LTE每小區(qū)的活動(dòng)用戶數(shù)目

LTE每小區(qū)的活動(dòng)用戶數(shù)目可以根據(jù)用戶密度計(jì)算獲得，公式如下：

LTE每小區(qū)的活動(dòng)用戶數(shù)目=覆蓋面積×用戶密度×運(yùn)營(yíng)商滲透率×業(yè)務(wù)滲透率。

例如：

4.3 LTE每用戶的尋呼模型

根據(jù)GSM現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析獲得大城市單用戶話務(wù)量約為20 mErl，BHCA約為1次/小時(shí)；數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)產(chǎn)生的尋呼量約為語(yǔ)音產(chǎn)生尋呼量的50%～100%，可以記為1次/小時(shí)。根據(jù)3G現(xiàn)網(wǎng)MSC數(shù)據(jù)分析，獲得大城市單用戶話音尋呼次數(shù)約為1次/小時(shí)。同理，統(tǒng)計(jì)SGSN數(shù)據(jù)，獲得單用戶忙時(shí)數(shù)據(jù)尋呼次數(shù)約為1.7次/小時(shí)。

與2G和3G系統(tǒng)不同，TD-LTE系統(tǒng)只有PS域，沒(méi)有CS域。LTE的尋呼模型需要將2G和3G中的CS域、PS域結(jié)合起來(lái)統(tǒng)一考慮。

對(duì)于現(xiàn)有的移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商而言，其2G和3G現(xiàn)網(wǎng)的高端用戶最有可能構(gòu)成LTE業(yè)務(wù)的初期消費(fèi)群，因此，現(xiàn)有的移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商可以充分參考2G和3G網(wǎng)絡(luò)的話務(wù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，作為初期的業(yè)務(wù)模型和話務(wù)模型的分析依據(jù)。以后隨著經(jīng)營(yíng)策略和業(yè)務(wù)模式的成熟，消費(fèi)群體的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，可結(jié)合充分的市場(chǎng)調(diào)研優(yōu)化設(shè)計(jì)。

LTE每用戶的尋呼模型＝2.5次/小時(shí)=0.000 69次/秒。

4.4 TAL包含的小區(qū)數(shù)目

每TAL中包含的小區(qū)數(shù)目的上限的計(jì)算公式如下：

密集城區(qū)：

一般城區(qū)：

綜上，初步建議密集城區(qū)一個(gè)TA list包含的小區(qū)數(shù)目不超過(guò)682個(gè)，一般城區(qū)一個(gè)TA list包含的小區(qū)數(shù)目不超過(guò)1651個(gè)，并且應(yīng)該根據(jù)小型化基站、室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)的具體情況適當(dāng)調(diào)整。

表2 LTE每小區(qū)活動(dòng)用戶數(shù)

5 總結(jié)

在常規(guī)場(chǎng)景下，TA list和TA進(jìn)行綁定，每一個(gè)TA list里面只有一個(gè)TA。在高鐵、高速等特殊場(chǎng)景下，TA list功能可以開(kāi)啟，具體規(guī)劃方法待充分研究和測(cè)試驗(yàn)證的后再進(jìn)一步給出相關(guān)建議。

TA list的規(guī)劃應(yīng)該充分考慮LTE系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)能力以及LTE設(shè)備的硬件、軟件能力。在目前的產(chǎn)業(yè)狀況下，初步建議密集城區(qū)一個(gè)TA list包含的小區(qū)數(shù)目不超過(guò)682個(gè)，一般城區(qū)一個(gè)TA list包含的小區(qū)數(shù)目不超過(guò)1651個(gè)，并且應(yīng)該根據(jù)小型化基站、室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)的具體情況適當(dāng)調(diào)整。

TA/TA list的規(guī)劃直接影響TD-LTE系統(tǒng)的尋呼質(zhì)量，進(jìn)而影響用戶體驗(yàn)，不論在規(guī)劃中還是后期運(yùn)營(yíng)中都應(yīng)該給予充分的重視。TA/TA list規(guī)劃原則也應(yīng)該根據(jù)各本地網(wǎng)的實(shí)際情況靈活的掌握和調(diào)整，以確保網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。