LTE系統(tǒng)尋呼機(jī)制與尋呼容量分析

劉瑞強(qiáng)　中國電信集團(tuán)公司網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)事業(yè)部工程師

?

LTE系統(tǒng)尋呼機(jī)制與尋呼容量分析

劉瑞強(qiáng)中國電信集團(tuán)公司網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)事業(yè)部工程師

摘要：介紹了LTE系統(tǒng)的尋呼機(jī)制及處理過程，分析了影響LTE系統(tǒng)尋呼容量的參數(shù)，并給出了尋呼容量的計(jì)算方法；最后提出了LTE系統(tǒng)提升尋呼容量的建議。

關(guān)鍵詞：LTE；P-RNTI；尋呼；PF；PO

1　引言?

隨著LTE網(wǎng)絡(luò)在全球的大規(guī)模商用，與之相應(yīng)的移動(dòng)數(shù)據(jù)等各類新業(yè)務(wù)也更加蓬勃發(fā)展，同時(shí)對(duì)與客戶感知相關(guān)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)性能和質(zhì)量方面的要求也越來越高，可以說數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的演進(jìn)一直朝著提高業(yè)務(wù)速率、降低時(shí)延以及提升QoS的方向邁進(jìn)。而隨著全球移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展和智能手機(jī)的快速普及，對(duì)現(xiàn)網(wǎng)信令容量的沖擊日趨明顯，形成信令風(fēng)暴。國際上，美國AT&T、日本DoCoMo等多個(gè)運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)都曾因?yàn)樾帕铒L(fēng)暴導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)故障乃至癱瘓的嚴(yán)重事故。

信令風(fēng)暴主要對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的尋呼容量產(chǎn)生影響，為了更好地提升客戶感知并解決信令風(fēng)暴所造成的局部區(qū)域出現(xiàn)用戶接入困難、業(yè)務(wù)速率低等問題，本文從理論上介紹了LTE系統(tǒng)的尋呼機(jī)制，分析了影響尋呼容量的影響因素，并給出了LTE尋呼容量提升的建議。配置專門的物理尋呼信道，尋呼消息是由物理下行共享信道（PDSCH）承載的，而尋呼標(biāo)識(shí)P-RNTI在物理下行控制信道（PDCCH）上承載。

在LTE協(xié)議中，承載尋呼消息的邏輯信道（PCCH）、傳輸信道（PCH）和物理信道（PDSCH）之間的映射關(guān)系如圖1所示。

圖1　映射關(guān)系示意圖

2　LTE系統(tǒng)尋呼機(jī)制

2.1尋呼信道的映射

LTE是3GPP家族中的一員，是GSM、WCDMA、HSPA的后向演進(jìn)技術(shù)，但其尋呼機(jī)制跟之前的技術(shù)相比有所不同。在LTE中，沒有為UE

2.2尋呼處理過程

按照LTE尋呼的發(fā)起方劃分，可分為eNB發(fā)起和MME發(fā)起兩類，具體的尋呼流程如圖2所示。

圖2　尋呼流程圖

LTE-Advanced的尋呼消息中可以攜帶4類參數(shù)：被尋呼的終端ID列表、系統(tǒng)消息改變指示標(biāo)識(shí)、ETWS預(yù)警指示標(biāo)識(shí)和CMAS預(yù)警指示標(biāo)識(shí)。這4類參數(shù)分別指示了尋呼消息的4種不同作用：

（1）向處于RRC_IDLE態(tài)的UE發(fā)送呼叫請(qǐng)求。

（2）通知處于RRC_IDLE和RRC_CONNECTED狀態(tài)的UE，系統(tǒng)信息發(fā)生了變化。

（3）通知UE開始接收ETWS Primary通知或ETWSSecondary通知。

（4）通知UE開始接收CMAS通知。Paging消息的后3類參數(shù)都是由eNB所發(fā)起，第1類參數(shù)是由MME所發(fā)起。

當(dāng)小區(qū)修改了某些系統(tǒng)信息時(shí)，它會(huì)先在一個(gè)變更周期內(nèi)通知UE系統(tǒng)信息將發(fā)生變化（但并不發(fā)送更新后的內(nèi)容），然后在緊接著的下一個(gè)變更周期，小區(qū)才會(huì)發(fā)送更新后的系統(tǒng)信息，具體如圖3所示。

對(duì)于在RRC_IDLE或者RRC_CONNECTED狀態(tài)下的UE，當(dāng)收到一個(gè)系統(tǒng)信息變更通知（Change Notification）后，會(huì)從下一個(gè)變更周期的開始處去接收新的系統(tǒng)信息。UE在收到新的系統(tǒng)信息之前，會(huì)繼續(xù)使用舊的系統(tǒng)信息。小區(qū)有2種方式通知UE系統(tǒng)信息發(fā)生了變化：

（1）Paging消息包含了一個(gè)systemInfo Modification字段，用于指示SI是否發(fā)生了變化。

（2）SIB1中包含了一個(gè)systemInfoValueTag字段，每當(dāng)SI消息發(fā)生變化時(shí)，systemInfoValueTag的值會(huì)加1。

網(wǎng)絡(luò)還可以通過Paging消息通知終端接收ETWS通知消息或CMAS通知消息，讓用戶能夠及時(shí)地獲得一些緊急事件發(fā)生的信息。地震和海嘯預(yù)警分為兩類：第一類是緊急事件的預(yù)警，由SIB10承載；第二類是輔助救援信息的通知，由SIB11承載。商業(yè)移動(dòng)預(yù)警信息是由SIB12承載。

在空閑模式下，當(dāng)UE醒來監(jiān)聽到PDCCH上攜帶著尋呼標(biāo)識(shí)P-RNTI時(shí)，就按照PDCCH上指示的參數(shù)去接收PDSCH物理信道上的尋呼消息，尋呼消息包括被尋呼終端的標(biāo)識(shí)（UE_ID）列表。一般來講，在一條尋呼消息中，網(wǎng)絡(luò)最多可以攜帶16個(gè)UE_ID。如果與尋呼消息中的UE_ID匹配，UE將向上層上報(bào)并向MME發(fā)送業(yè)務(wù)建立請(qǐng)求消息。如果不匹配，UE將丟棄接收的信息，并基于DRX周期進(jìn)入睡眠。利用這種機(jī)制，在一個(gè)DRX周期內(nèi)，終端可以只在尋呼出現(xiàn)的子幀去接收PDCCH，然后再根據(jù)需要去接收PDSCH，而在其他時(shí)間則可以睡眠，以達(dá)到省電、延長待機(jī)時(shí)間的目的。

3　LTE系統(tǒng)尋呼容量

3.1尋呼消息的時(shí)頻資源

Paging消息所占的頻域資源是由P-RNTI加擾的PDCCH指定的。而在時(shí)域上，UE只會(huì)在其Paging周期內(nèi)的某個(gè)特定幀（PF，Paging Frame）的特定子幀（PO，Paging Occasion）去嘗試接收Paging消息。PO （Paging Occasion）是一個(gè)子幀，在該子幀上可能會(huì)有使用P-RNTI加擾，并指示Paging消息的PDCCH。當(dāng)使用了DRX，UE在每個(gè)DRX Cycle上只需要檢測(cè)一個(gè)PO，也就是說，對(duì)應(yīng)每個(gè)UE，在每個(gè)Paging周期內(nèi)只有一個(gè)子幀可用于發(fā)送Paging。PF（Paging Frame）是一個(gè)無線幀，該幀可能包含一個(gè)或多個(gè)PO。

與PF和PO相關(guān)的兩個(gè)參數(shù)是T和nB，這兩個(gè)參數(shù)由系統(tǒng)消息SIB2通知UE。根據(jù)公式（1）和（2）計(jì)算出PF和PO的具體位置后，UE開始監(jiān)聽相應(yīng)子幀的PDCCH，如果發(fā)現(xiàn)有P-RNTI，則根據(jù)PDCCH指示的RB和調(diào)制編碼方式（MCS），從同一子幀的PDSCH上獲取尋呼消息。如果尋呼消息含有本UE_ID，則發(fā)起尋呼響應(yīng)；否則，在間隔T個(gè)無線幀后繼續(xù)監(jiān)聽相應(yīng)子幀的PDCCH。

PF是滿足如下公式的系統(tǒng)幀：

SFNmodT=（TdivN）×（UE_IDmodN）（1）

PO是滿足如下公式的系統(tǒng)子幀：

i_s=floor（UE_ID/N）modNs（2）

圖3　更新后的系統(tǒng)信息圖

T：UE的非連續(xù)接收周期，取值范圍是32、64、128和256，單位是無線幀。該值越大，則RRC_IDLE狀態(tài)下UE的電力消耗越少，但是尋呼消息在無線信道上的平均延遲越大。

nB：取值范圍是4T、2T、T、T/2、T/ 4、T/8、T/16、T/32，該參數(shù)主要表征了尋呼的密度，4T表示每個(gè)無線幀有4個(gè)子幀用于尋呼，T/4表示每4個(gè)無線幀有1個(gè)子幀用于尋呼，該值決定了系統(tǒng)的尋呼容量。

N：min（T，nB），實(shí)際上N表示在每個(gè)尋呼周期內(nèi)包含了多少個(gè)PF

Ns：max（1，nB/T），實(shí)際上Ns表示在每個(gè)PF內(nèi)包含了多少個(gè)PO

UE_ID：IMSImod1024

FDD中PO占用的子幀號(hào)與TDD不同，但數(shù)量相同，并且位置是固定的，均勻地分布在時(shí)域上，F(xiàn)DD及TDD模式下PO映射關(guān)系詳見表1、2。呼指示數(shù)）/DRX=16×（N×Ns）/DRX。

不同nB對(duì)應(yīng)的最大尋呼容量如表3所示。

表3　不同nB對(duì)應(yīng)的最大尋呼容量

表1　FDD模式下尋呼子幀映射關(guān)系

表2　TDD模式下尋呼子幀映射關(guān)系

3.2尋呼容量

按照LTE協(xié)議規(guī)定，每個(gè)TTI只能發(fā)送一個(gè)Paging消息，最多攜帶16個(gè)UE_ID。尋呼容量即一秒鐘最大可以發(fā)送的尋呼消息數(shù)為：每個(gè)尋呼指示中的UE_ID數(shù)×（1個(gè)DRX中的無線幀×1個(gè)無線幀中的尋

由于PDSCH的資源不受限，即尋呼消息不會(huì)產(chǎn)生瓶頸，因此LTE尋呼容量主要受PDCCH上的尋呼指示影響。

4　結(jié)束語

根據(jù)表3可知，當(dāng)nB=4T，每個(gè)尋呼指示中最大放置16個(gè)用戶UE_ID的時(shí)候，LTE的尋呼容量將達(dá)到最大6400用戶/s。對(duì)于現(xiàn)網(wǎng)EVDO數(shù)據(jù)多載頻話務(wù)熱點(diǎn)區(qū)域，當(dāng)3G用戶完全遷移到LTE上之后，LTE將可能出現(xiàn)尋呼容量受限。

因此，隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的成熟和LTE手機(jī)終端的豐富，尋呼需求將會(huì)增多。為保證LTE的尋呼容量能夠滿足移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求并使用戶持續(xù)得到良好的體驗(yàn)，一則建議根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況不斷調(diào)整跟蹤區(qū)TA列表的大小，做到網(wǎng)絡(luò)的高效運(yùn)行；二則建議LTE可以采用諸如EVDO中激活集尋呼的機(jī)制，減輕尋呼負(fù)荷，增加尋呼成功率。

參考文獻(xiàn)

［1］3GPPTS 36.213，E-UTRA. Physical Layer Procedures.

［2］3GPPTS 36.214，E-UTRA. Physical Layer Measurements. ［3］3GPP TS 36.304，User Equipment（UE）Procedures in Idle Mode.

［4］3GPP TS 36.331，E- UTRA. Radio Resource Control （RRC）- Protocol Specification.

標(biāo)準(zhǔn)之窗

收稿日期：（2016-01-12）