LTE基站系統(tǒng)的PCI自配置技術(shù)研究

朱曉光，江 華

（中興通訊股份有限公司 深圳 518057）

1 引言

近20年來(lái)，移動(dòng)通信技術(shù)不斷演進(jìn)，從模擬到數(shù)字、從電路域到分組域、從2G到4G，已經(jīng)從窄帶技術(shù)演進(jìn)到了移動(dòng)寬帶技術(shù)，這主要來(lái)自移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的大時(shí)代背景需求的推動(dòng)，移動(dòng)用戶已經(jīng)不滿足傳統(tǒng)的語(yǔ)音和短信等電信服務(wù)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)成為新的移動(dòng)服務(wù)熱點(diǎn)。根據(jù)中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心報(bào)告，截至2013年12月，我國(guó)手機(jī)網(wǎng)民規(guī)模達(dá)5億人。為此，從用戶的角度看，提出了越來(lái)越高的用戶體驗(yàn)需求；從技術(shù)的角度看，要不斷通過(guò)引入新技術(shù)增加移動(dòng)傳輸帶寬，并通過(guò)簡(jiǎn)化系統(tǒng)架構(gòu)降低時(shí)延；從運(yùn)營(yíng)商的角度看，要及時(shí)部署移動(dòng)新技術(shù)，創(chuàng)造新的增長(zhǎng)點(diǎn)，同時(shí)降低運(yùn)維成本。這幾年，我國(guó)三大運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)開始緊鑼密鼓地部署4G網(wǎng)絡(luò)。

蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)演進(jìn)到第4代移動(dòng)寬帶LTE階段后，空口傳輸采用OFDM （orthogonal frequency division multiplexing，正交頻分復(fù)用）技術(shù)進(jìn)行蜂窩組網(wǎng)，并通過(guò)使用PCI（physical cell identity，物理扇區(qū)標(biāo)識(shí)）來(lái)標(biāo)識(shí)扇區(qū)，其功能是區(qū)分扇區(qū)，并作為信道擾碼器輸入的一部分，進(jìn)行信道隔離，但PCI的取值范圍僅是1～504，而LTE網(wǎng)絡(luò)中的扇區(qū)數(shù)量通常要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于504，因此必須通過(guò)復(fù)用機(jī)制來(lái)為新eNB（evolution node B）分配PCI資源，其分配原則是LTE同頻組網(wǎng)時(shí)，相鄰扇區(qū)PCI值必須不同，否則會(huì)有鄰區(qū)干擾；LTE異頻組網(wǎng)時(shí)，相鄰扇區(qū)PCI可以相同。

盡管運(yùn)營(yíng)商通過(guò)部署LTE技術(shù)為用戶提供移動(dòng)寬帶服務(wù)，但一方面移動(dòng)資費(fèi)逐漸呈下降趨勢(shì)，另一方面基于互聯(lián)網(wǎng)的OTT（over the top，過(guò)頂傳球）業(yè)務(wù)正在不斷侵蝕傳統(tǒng)移動(dòng)業(yè)務(wù)，而部署eNB的數(shù)量會(huì)越來(lái)越多，如采用傳統(tǒng)的人工維護(hù)方法，安裝、配置、維護(hù)的工作量極大,成本也會(huì)很高，因此運(yùn)營(yíng)商對(duì)降低運(yùn)維成本和建設(shè)成本越來(lái)越重視。鑒于上述因素，國(guó)際主流運(yùn)營(yíng)商提出了SON（self organizing network，自組織網(wǎng)絡(luò)）的概念，所謂SON是一個(gè)可以提供自動(dòng)安裝、配置、優(yōu)化、維護(hù)功能的網(wǎng)絡(luò)，減少人工參與，使日常運(yùn)維工作更加合理，其目的就是降低OPEX（operating expense，運(yùn)營(yíng)成本），并通過(guò) 3GPP（3rd generation partnership project，第三代伙伴工程）實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)不同的SON需求用例，實(shí)現(xiàn)SON的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要有3種：集中式、分布式和混合式，其中集中式主要是在各eNB的上一級(jí)匯聚網(wǎng)元上實(shí)現(xiàn)相關(guān)SON功能，如OAM（operation administration maintenance，操作管理維護(hù)）；分布式主要是在各eNB上實(shí)現(xiàn)相關(guān)SON功能；而混合式是通過(guò)集中式和分布式兩種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)SON功能。

在3GPP標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)范了基于 SON的 ANR（automatic neighbour relation，自動(dòng)鄰區(qū)關(guān)系）實(shí)現(xiàn)方法，即鄰區(qū)關(guān)系不是通過(guò)人工規(guī)劃獲得，而是通過(guò)UE（user equipment，用戶設(shè)備）測(cè)量上報(bào)方式實(shí)現(xiàn)，當(dāng)UE測(cè)量到鄰區(qū)信號(hào)強(qiáng)度較強(qiáng)時(shí)，將鄰區(qū)PCI上報(bào)到所在eNB，由eNB判決是否加入鄰區(qū)列表中，如果加入，則請(qǐng)求UE返回該鄰區(qū)的全局扇區(qū)標(biāo)識(shí)給eNB，這一過(guò)程中，默認(rèn)新部署的eNB已經(jīng)分配好PCI資源。

針對(duì)LTE的PCI分配方法有很多，可以基于傳統(tǒng)的規(guī)劃法和分組取模法，前者根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)統(tǒng)一的人工規(guī)劃來(lái)確保每個(gè)扇區(qū)的PCI與鄰區(qū)PCI不同，并手工配置；后者依賴于基站標(biāo)識(shí)，首先對(duì)PCI資源進(jìn)行分組，并對(duì)各組資源進(jìn)行編號(hào)，基站具體配置哪組PCI資源需要對(duì)基站標(biāo)識(shí)取模，由于基站數(shù)量較多，這種分配方法不能完全避免鄰區(qū)PCI沖突；如果直接采用eNB自動(dòng)分配PCI方法，由于新部署的eNB與相鄰eNB之間的接口還沒(méi)有建立，并不知道鄰區(qū)PCI，很容易導(dǎo)致與鄰區(qū)PCI沖突。

針對(duì)LTE基站系統(tǒng)的PCI分配，提出一種基于SON的自配置PCI配置方法，在減少人工干預(yù)的情況下，低成本、高效率地自動(dòng)配置PCI資源，提高LTE基站系統(tǒng)的自組織和自操作能力。

2 LTE基站系統(tǒng)的PCI自配置SON架構(gòu)及其分配方法

LTE基站系統(tǒng)的PCI自配置SON架構(gòu)可以有兩種，分別是集中式和混合式，如圖1所示。在集中式架構(gòu)中，PCI自配置功能集中在OAM，由OAM負(fù)責(zé)為eNB自動(dòng)配置PCI；在混合式架構(gòu)中，PCI自配置功能分布在OAM和各個(gè)eNB上，兩種網(wǎng)元都參與PCI的自配置過(guò)程。

LTE基站系統(tǒng)的PCI自配置分配方法是將504個(gè)PCI資源分為兩部分，其中較少的一部分PCI資源為臨時(shí)PCI，較多的PCI資源為應(yīng)用PCI，兩部分PCI資源不重疊，即兩部分PCI值完全不同，一個(gè)PCI只能屬于臨時(shí)PCI或者只屬于應(yīng)用PCI。新部署的eNB上電后執(zhí)行自建立流程，使該eNB與OAM建立物理鏈路連接后，首先OAM為新eNB分配臨時(shí)PCI，確保新eNB能正常運(yùn)行，根據(jù)ANR流程，UE自動(dòng)監(jiān)測(cè)相鄰扇區(qū)信號(hào)（鄰區(qū)所在eNB為已部署基站，使用的PCI為應(yīng)用PCI），并將鄰區(qū)PCI上報(bào)給新eNB，如果采用集中式架構(gòu)，新eNB將鄰區(qū)PCI再上報(bào)給OAM，OAM根據(jù)鄰區(qū)PCI值，從應(yīng)用PCI資源中選擇不同的PCI資源分配給新eNB，新eNB使用應(yīng)用PCI作為后續(xù)商用階段使用的PCI，并釋放最初使用的臨時(shí)PCI資源；如果采用混合式架構(gòu)，新eNB獲得UE上報(bào)的鄰區(qū)PCI后，從應(yīng)用PCI中選擇與鄰區(qū)PCI不同的值作為新eNB的PCI，并釋放最初使用的臨時(shí)PCI。在混合式架構(gòu)中，OAM負(fù)責(zé)分配臨時(shí)PCI資源，eNB負(fù)責(zé)為自身分配與鄰區(qū)PCI不同的應(yīng)用PCI資源。臨時(shí)PCI資源釋放后，可以繼續(xù)分配給下個(gè)新部署的eNB。

針對(duì)一些特殊的LTE基站系統(tǒng)部署場(chǎng)景，可以簡(jiǎn)化分配過(guò)程，如LTE網(wǎng)絡(luò)中部署第一個(gè)eNB或者部署無(wú)鄰區(qū)的孤島站，則可以采用集中式架構(gòu)通過(guò)OAM直接分配應(yīng)用PCI資源；如果新部署的eNB所有扇區(qū)數(shù)量小于應(yīng)用PCI資源數(shù)量，則采用集中式架構(gòu)統(tǒng)一由OAM直接分配應(yīng)用PCI資源，只要不重復(fù)分配PCI即可；對(duì)于HeNB（home eNB，家庭基站），由于其自身支持掃描周圍扇區(qū)信號(hào)功能，可以直接獲得相鄰扇區(qū)PCI，因此可以從應(yīng)用PCI資源中為自身分配PCI，不需要OAM來(lái)分配PCI，這種SON架構(gòu)是分布式架構(gòu)。

由于臨時(shí)PCI資源和應(yīng)用PCI資源不重疊，而相鄰已部署的eNB已使用應(yīng)用PCI，因此OAM為新部署eNB分配臨時(shí)PCI的同時(shí)，也保證了與其相鄰已部署的eNB各扇區(qū)PCI不同。在PCI資源數(shù)量方面，應(yīng)用PCI資源數(shù)量遠(yuǎn)大于臨時(shí)PCI資源，因此不會(huì)影響PCI資源數(shù)量限制。臨時(shí)PCI數(shù)量較少，新eNB分配應(yīng)用PCI資源后，就釋放最初分配的臨時(shí)PCI，可供下個(gè)新部署的eNB使用，因此臨時(shí)PCI可以不斷地重復(fù)分配給新部署的eNB。另外，在LTE網(wǎng)絡(luò)部署過(guò)程中，如果同時(shí)部署新eNB數(shù)量小于或等于臨時(shí)PCI數(shù)量，那么臨時(shí)PCI資源能保證新eNB之間的PCI不同；如果同時(shí)部署eNB數(shù)量大于臨時(shí)PCI數(shù)量，那么根據(jù)實(shí)際需求通過(guò)調(diào)整分配策略來(lái)增加臨時(shí)PCI數(shù)量，一方面保證應(yīng)用PCI數(shù)量，另一方面提高eNB部署效率。當(dāng)然，臨時(shí)PCI資源也可以根據(jù)實(shí)際情況部分轉(zhuǎn)為應(yīng)用PCI資源。

這種將PCI資源分為臨時(shí)PCI和應(yīng)用PCI的分配PCI方法，在保證新部署的eNB正常運(yùn)行的同時(shí)，也保證了不會(huì)因PCI分配因素與鄰區(qū)產(chǎn)生干擾，為L(zhǎng)TE基站系統(tǒng)自動(dòng)分配PCI資源提供便利的客觀條件。

3 LTE基站系統(tǒng)的PCI自配置控制流程

LTE基站系統(tǒng)的PCI自配置過(guò)程的前提是不需要人參與，同時(shí)保證PCI分配的高效和網(wǎng)絡(luò)性能，其實(shí)現(xiàn)的SON架構(gòu)可以采用集中式或混合式，前者由OAM完成PCI的自配置，后者由OAM和eNB共同完成PCI的自配置，其實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示。

圖2 LTE基站系統(tǒng)的PCI自配置控制流程

具體的實(shí)施步驟如下。

步驟1 LTE基站系統(tǒng)的PCI分配策略通過(guò)OAM設(shè)置，涉及自配置PCI采用的SON架構(gòu)和PCI資源劃分，其中SON架構(gòu)可以采用集中式架構(gòu)或混合式架構(gòu)，PCI資源劃分為臨時(shí)PCI和應(yīng)用PCI，二者數(shù)值不重復(fù)，在數(shù)量方面，應(yīng)用PCI資源數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于臨時(shí)PCI資源數(shù)量。

步驟2 新部署的eNB上電后，基于自發(fā)現(xiàn)、自建立SON流程，eNB分別與OAM和EPC（envoled packet core，演進(jìn)分組核心網(wǎng)）建立物理通信鏈路連接。

步驟3 如果PCI自配置流程采用集中式SON架構(gòu)，那么臨時(shí)PCI和應(yīng)用PCI都通過(guò)OAM分配。首先OAM通過(guò)與eNB的南向接口為新部署的eNB分配臨時(shí)PCI資源，以確保新部署的eNB能正常運(yùn)行；基于ANR流程，通過(guò)UE在扇區(qū)邊緣測(cè)量相鄰已部署的eNode信號(hào)，獲得鄰區(qū)所使用的應(yīng)用PCI，并將其上報(bào)到新部署的eNB，eNB再將鄰區(qū)PCI上報(bào)到OAM，OAM從應(yīng)用PCI資源中選擇與鄰區(qū)PCI不同的資源分配給新部署的eNB各扇區(qū)，新eNB釋放臨時(shí)PCI資源并通知OAM，進(jìn)一步轉(zhuǎn)入步驟5。

步驟4 如果PCI自配置流程采用混合式SON架構(gòu)，那么臨時(shí)PCI由OAM負(fù)責(zé)分配，而應(yīng)用PCI由新部署的eNB負(fù)責(zé)為自身分配。首先OAM通過(guò)與eNB的南向接口為新部署的eNB分配臨時(shí)PCI資源，以保證新部署的eNB能正常運(yùn)行，并同步應(yīng)用PCI資源列表；基于ANR流程，通過(guò)UE在扇區(qū)邊緣測(cè)量相鄰已部署的eNode信號(hào)，獲得鄰區(qū)所使用的應(yīng)用PCI，并將其上報(bào)到新部署的eNB，eNB從應(yīng)用PCI資源列表中選擇與鄰區(qū)PCI不同的資源為自身的各個(gè)扇區(qū)分配PCI，新eNB釋放臨時(shí)PCI資源并通知OAM所采用的應(yīng)用PCI，進(jìn)一步轉(zhuǎn)入步驟5。

步驟5 鄰區(qū)數(shù)據(jù)一致性操作，涉及網(wǎng)元包括OAM、最新已部署的eNB及其相鄰eNB，以確保鄰區(qū)列表中配置的PCI數(shù)值在相關(guān)網(wǎng)元中保持一致。

PCI自配置過(guò)程中，出現(xiàn)鏈路或設(shè)備異常導(dǎo)致PCI資源分配失敗，則基站系統(tǒng)、OAM檢測(cè)系統(tǒng)及時(shí)輸出告警通知信息。針對(duì)特殊eNB部署場(chǎng)景，根據(jù)PCI自建立分配策略分配應(yīng)用PCI資源。

4 LTE基站系統(tǒng)的PCI資源規(guī)劃及分配策略

LTE基站系統(tǒng)的PCI資源規(guī)劃和分配策略要合理，提高分配效率，并降低算法和實(shí)施復(fù)雜度，同時(shí)還要不影響已部署網(wǎng)絡(luò)性能。在移動(dòng)蜂窩組網(wǎng)中，無(wú)論是2G、3G，還是LTE，都以每個(gè)基站對(duì)應(yīng)覆蓋3個(gè)扇區(qū)為主，當(dāng)然在少數(shù)的特殊覆蓋場(chǎng)景中，每個(gè)基站對(duì)可以覆蓋1個(gè)扇區(qū)、2個(gè)扇區(qū)或超過(guò)3個(gè)扇區(qū)。為了提高PCI資源的分配效率，將504個(gè)PCI資源按照每組3個(gè)PCI劃分為168組并編號(hào)，如組 1的 PCI對(duì)應(yīng)為 [1，2，3]，組 2的 PCI對(duì)應(yīng)為[4，5，6]等，組 168 的 PCI對(duì)應(yīng)為[502，503，504]，那么 PCI資源分配則以“組”為單位。

進(jìn)一步將168個(gè)PCI組劃分為臨時(shí)PCI組和應(yīng)用PCI組，資源不重疊，并且后者PCI組數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于前者，使更多的PCI資源應(yīng)用于實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中。太多臨時(shí)PCI組資源使應(yīng)用PCI組資源數(shù)量減少，是一種資源浪費(fèi)。至于預(yù)留多少PCI組資源作為臨時(shí)PCI資源，需要根據(jù)LTE網(wǎng)絡(luò)部署的實(shí)際需求，如同時(shí)部署兩個(gè)eNB，臨時(shí)PCI資源要大于或等于兩組PCI。當(dāng)然，臨時(shí)PCI組資源可以根據(jù)實(shí)際情況轉(zhuǎn)為應(yīng)用PCI組資源。

如圖3所示為PCI資源組分配原則，無(wú)論是臨時(shí)PCI組還是應(yīng)用PCI組，為每個(gè)eNB分配的數(shù)量與該eNB支持的扇區(qū)數(shù)量有關(guān)，當(dāng)新部署的eNB支持的扇區(qū)數(shù)量小于或等于3時(shí)，就分配1組PCI資源，否則分配PCI組資源就等于扇區(qū)數(shù)量除3，如有余數(shù)則再加1，如4扇區(qū)，就分配2組PCI資源。

圖3 PCI資源組分配原則

針對(duì)eNB不同的部署場(chǎng)景，PCI資源的分配策略也不同，在不影響LTE網(wǎng)絡(luò)整體性能的前提下，其原則是盡可能簡(jiǎn)化分配流程，以提高資源分配效率，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工程成本。LTE基站不同部署場(chǎng)景中PCI資源的分配策略見表1。

5 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，在全球運(yùn)營(yíng)商都在緊鑼密鼓地部署LTE網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，SON技術(shù)的重要作用也日益凸顯，而PCI作為L(zhǎng)TE網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)的重要參數(shù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的合理規(guī)劃和提升性能起著重要作用。本文提出的PCI自動(dòng)分配方法能確保為eNB分配的PCI資源在各階段都與鄰區(qū)的PCI不同，有效完成PCI的自配置，與其他PCI分配方法比較，在實(shí)際操作中簡(jiǎn)單、靈活、高效，在保證網(wǎng)絡(luò)性能的同時(shí)，對(duì)LTE系統(tǒng)的影響小。

表1 不同部署場(chǎng)景中PCI資源的分配策略

1 3GPP TS 36.300.E-UTRA and E-UTRAN,Overall Description;Stage 2,2014

2 謝大雄,朱曉光,江華.移動(dòng)寬帶技術(shù)——LTE.北京：人民郵電出版社,2012

3 NGMN.NGMN Recommendation on SON and O&M Requirements,2008

4 孫成舟,張洪巖,魏垚等.LTE-Advanced系統(tǒng)中PCI自配置仿真研究.電信科學(xué),2013,29(7):30～35

5 3GPP TS 32.500.Telecommunication Management;Self-Organizing Networks(SON);Concepts and Requirements,2009