高速場景下LTE與eHRPD非優(yōu)化切換策略

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摘要：隨著LTE技術(shù)發(fā)展，LTE網(wǎng)絡(luò)運用于各種場景，在建設(shè)過程中由于覆蓋不足會影響用戶的感知效果，為了研究高速場景下LTE與eHRPD非優(yōu)化切換策略，主要介紹了非優(yōu)化切換技術(shù)原理，通過實測分析，對高速場景下的LTE與eHRPD非優(yōu)化切換進行切換策略研究驗證，進而提升網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量，為優(yōu)化者提供非優(yōu)化切換操作建議。

關(guān)鍵詞：LTE eHRPD 高速場景 非優(yōu)化切換

1 引言

目前LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)如火如荼，網(wǎng)絡(luò)覆蓋已經(jīng)日趨成熟，高速場景下的LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋已成為建設(shè)的重要組成部分。按照國際電聯(lián)定義的4G網(wǎng)絡(luò)，在高速移動的場景下下行速率應(yīng)達到100 Mbps，如何在高速場景下為移動用戶提供更快的數(shù)據(jù)體驗速率和無縫非優(yōu)化切換，已經(jīng)成為運營商運營移動通信網(wǎng)的重大挑戰(zhàn)之一[1]。

本文對LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期在高速場景下的LTE與eHRPD切換優(yōu)化進行研究論證，通過提升切換成功率和LTE網(wǎng)絡(luò)上駐留時長等手段來提升高速場景下用戶的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)感知。

2 非優(yōu)化切換技術(shù)原理

在3GPP協(xié)議標準中，LTE和eHRPD網(wǎng)絡(luò)之間的切換分為非優(yōu)化切換和優(yōu)化切換[2-4]。優(yōu)化切換方式的切換時延可以小于1 s，但需要在原有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中新增信令接口S101和數(shù)據(jù)接口S103，由于投資變大，運營商沒有采用，目前的大部分設(shè)備都不支持優(yōu)化切換方式。非優(yōu)化切換方式由于不需要增加其他接口與硬件設(shè)備，對網(wǎng)絡(luò)變動較小，且切換時延約6～7 s，大致能滿足目前大多數(shù)的非實時業(yè)務(wù)需求，所以被運營商普遍采用。

eHRPD與LTE的非優(yōu)化互操作當前階段主要支持的場景有：LTE激活態(tài)向eHRPD系統(tǒng)切換；LTE空閑態(tài)重選到eHRPD；eHRPD空閑態(tài)（Dormant）重選到LTE。目前暫不支持eHPRD激活態(tài)主動發(fā)起向LTE的切換。本文主要討論非優(yōu)化切換方案中LTE激活態(tài)向eHRPD系統(tǒng)切換優(yōu)化的研究論證[5-7]。

2.1 LTE到eHRPD非優(yōu)化激活切換原理及參數(shù)

LTE到eHRPD的非優(yōu)化激活切換有基于A2事件和基于B2事件兩種，中興和愛立信廠家的LTE設(shè)備支持A2和B2事件兩種切換，華為廠家的LTE設(shè)備僅支持A2事件切換。

（1）基于A2事件的LTE激活態(tài)向eHRPD非優(yōu)化切換原理：當UE測量LTE網(wǎng)絡(luò)的RS信號強度（RSRP值）低于A2事件門限值時（建議：-121 dBm），UE將上報A2事件，eNodeB收到UE上報的A2事件后會下發(fā)RRC Connection Release消息觸發(fā)LTE激活態(tài)到eHRPD的非優(yōu)化切換。如圖1所示：

（2）基于B2事件的LTE激活態(tài)向eHRPD非優(yōu)化切換原理：當UE測量LTE網(wǎng)絡(luò)的RS信號強度（RSRP值）低于B2門限值1（b2-Threshold 1）且eHRPD的導頻信號強度（Ec/Io）高于B2門限值2（b2-Threshold 2）時，UE將上報B2事件，eNodeB收到B2事件后會下發(fā)RRC Connection Release消息觸發(fā)LTE激活態(tài)到eHRPD的非優(yōu)化切換[8]。

LTE到eHRPD激活態(tài)切換參數(shù)的設(shè)置直接影響切換快慢和切換成功率?；贏2或B2事件非優(yōu)化切換的主要參數(shù)如表1所示：

2.2 高速場景非優(yōu)化切換操作策略

（1）影響高速場景非優(yōu)化切換因素

高速環(huán)境的移動網(wǎng)絡(luò)建設(shè)基本沿著高速公路/鐵路，現(xiàn)網(wǎng)LTE采用1.8G建設(shè)，eHRPD采用800M建設(shè)，所以初期高速場景下eHRPD覆蓋要比LTE更好，特別是車廂內(nèi)易產(chǎn)生非優(yōu)化切換。在高速行駛環(huán)境下，影響高速場景網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的主要因素包括以下3點：

1）多普勒效應(yīng)。由于高速沿路周邊山體和樹木較多，易發(fā)生反射、折射和散射等現(xiàn)象，造成多徑傳輸LTE無線信號，達到UE接收端信號之間相互疊加，信號幅度快速地起伏變化。由于高速移動UE與LTE基站的相對運動，使得每個多徑信號都會產(chǎn)生明顯的頻率移動，將降低接收機的解調(diào)性能。

按照最大頻偏考慮：

f=v/λ×cosα （1）

其中，f表示多普勒頻移；v為UE的移動速率；λ為無線信號波長；α為無線信號和UE運動的夾角。

2）車體穿透損耗。高速行使車輛一般都是車窗較厚且緊閉，LTE無線信號穿透車體的損耗較大，給車體內(nèi)的無線覆蓋帶來較大困難。

3）小區(qū)重疊及切換頻繁。由于高速運動，會使得UE頻繁跨越不同基站間的小區(qū)不斷發(fā)生重選或切換。加上多普勒效應(yīng)，無線鏈路的質(zhì)量較差，UE需要花費更長時間進行小區(qū)駐留、接入、重選和切換等操作。時延較大的接入、重選和切換等操作一般無法在同一個基站覆蓋范圍內(nèi)全部完成，容易導致業(yè)務(wù)掉線和脫網(wǎng)，從而導致用戶感知下降[9-10]。

（2）高速場景非優(yōu)化切換解決方案

為了保證高速場景下用戶的高速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)感知，由于LTE網(wǎng)絡(luò)的速率明顯優(yōu)于eHRPD網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)盡可能讓UE駐留在LTE網(wǎng)絡(luò)上。但在無LTE網(wǎng)絡(luò)區(qū)域時，順利切換至eHRPD網(wǎng)絡(luò)。因此需要提高LTE網(wǎng)絡(luò)的覆蓋質(zhì)量和非優(yōu)化切換成功率。根據(jù)當前建設(shè)優(yōu)化經(jīng)驗，提高高速場景下的非優(yōu)化切換操作主要有工程覆蓋優(yōu)化和切換參數(shù)優(yōu)化兩種。

1）工程覆蓋優(yōu)化：首先利用多小區(qū)合并的組網(wǎng)技術(shù)，加大單小區(qū)覆蓋范圍，擴大重選或切換帶，滿足高速沿線LTE覆蓋的連續(xù)性。同時結(jié)合周邊特殊地理環(huán)境，交錯站點布局（如圖2所示），調(diào)整射頻天線的方位角、下傾角和發(fā)射功率來提升RSRP和SINR的信號質(zhì)量；利用窄波瓣高增益天線增大發(fā)射功率，加強信號的覆蓋質(zhì)量，保證無縫切換，最終提升終端小區(qū)重選、小區(qū)切換成功率和降低終端掉話率。

2）切換參數(shù)優(yōu)化：通過上一節(jié)“LTE到eHRPD激活態(tài)切換主要參數(shù)”可以看出，當動態(tài)調(diào)整基于RSRP測量門限值a2-threshold變小或幅度遲滯Hysteresis變大時，可以增加UE駐留在LTE網(wǎng)絡(luò)的時長，減少不必要的切換。通過調(diào)整時間遲滯Time To Trig變小，加快UE切換到eHRPD網(wǎng)絡(luò)，這種措施主要用于UE運動速度變化的場景。高速運動UE切換的最佳時機總是轉(zhuǎn)瞬即逝，提前和延后觸發(fā)切換都可能引起UE的掉話，動態(tài)調(diào)整幅度或時間遲滯門限，依據(jù)UE的運動速率匹配切換的最佳時機，提升切換成功率，使用戶保持在良好的服務(wù)狀態(tài)。

3 高速場景非優(yōu)化切換操作策略驗證

某地市LTE網(wǎng)絡(luò)的非優(yōu)化切換參數(shù)均采用默認設(shè)置。在高速場景下，由于移動速率較快，切換頻繁，用戶體驗下降。為讓用戶更多地停留在LTE網(wǎng)絡(luò)中，且同時保證掉線率和切換成功率等指標穩(wěn)定，能更好保證用戶感知。選取了該地市一條高速公路，在完成工程覆蓋優(yōu)化的基礎(chǔ)上，通過對非優(yōu)化切換參數(shù)RSRP門限值分別為-120、-125和-130時的覆蓋情況進行驗證，從而選取合理的取值進行推廣性設(shè)置。測試使用1部測試手機和2部測試終端進行拉測，其中1部測試手機驗證LTE下切eHRPD情況，而另外2部測試終端驗證LTE網(wǎng)絡(luò)之間情況。具體測試結(jié)果顯示如圖3和表2所示：

（1）當A2門限設(shè)置越小時，手機停留在LTE網(wǎng)越長，特別是當設(shè)置為-130時尤為明顯，基本保持在LTE網(wǎng)絡(luò)駐留。設(shè)置為-125時駐留LTE網(wǎng)絡(luò)時長介于-130和-120之間。

（2）當A2門限設(shè)置越小時，越容易引起LTE信號脫網(wǎng)臨界點的觸發(fā)，切換電平過低未能及時切換到eHRPD而導致脫網(wǎng)掉話。根據(jù)測試結(jié)果統(tǒng)計設(shè)置為-130或-125時比-120的脫網(wǎng)掉話次數(shù)增加。

通過上述驗證說明，為保證用戶不掉線基礎(chǔ)上，RSRP門限參數(shù)設(shè)置20 dBm（實際值為20-140=-120）時為佳，但用戶會非優(yōu)化切換至eHRPD網(wǎng)絡(luò)，速率感知會下降。而將RSRP門限參數(shù)設(shè)置為10 dBm（實際值為10-140=-130）時，用戶停留在LTE網(wǎng)絡(luò)時間更長，但會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中斷現(xiàn)象。為了根本解決上述問題：其一，可以在-120與-125之間繼續(xù)驗證更佳值，延長用戶在LTE網(wǎng)絡(luò)時長。繼續(xù)在-121、-122、-123和124測試驗證，均會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中斷現(xiàn)象，所以RSRP門限參數(shù)設(shè)置20最佳；其二，在弱覆蓋區(qū)域新增資源徹底解決覆蓋問題，同時在不掉線情況下可以將非優(yōu)化切換RSRP門限值設(shè)置到-125或更低，讓用戶一直在LTE網(wǎng)絡(luò)上。

4 結(jié)束語

在LTE與eHRPD非優(yōu)化切換中，總體原則是盡量讓4G用戶停留在LTE網(wǎng)絡(luò)上，不要輕易切換到eHRPD網(wǎng)絡(luò)上，除非覆蓋特別差，再不切換/重選到eHRPD去就會嚴重影響用戶感知。本文提出工程覆蓋優(yōu)化和切換參數(shù)優(yōu)化手段，提升高速場景的覆蓋連續(xù)性和質(zhì)量，保證用戶感知體驗，通過對高速場景下的LTE向eHRPD互操作的門限值設(shè)置進行實際測試研究驗證，找到最佳合理設(shè)置值，為后續(xù)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化積累了經(jīng)驗。

參考文獻：

[1] 徐曉，戎璐. 基于業(yè)務(wù)自適應(yīng)的LTE切換優(yōu)化機制[J]. 計算機應(yīng)用研究， 2009（11）： 4240-4244.

[2] 沈嘉，索士強. 3GPP長期演進（LTE）技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2009.

[3] 張普，王軍選. LTE系統(tǒng)中切換算法的研究[J]. 西安郵電學院學報， 2010，15（3）： 1-5.

[4] 周祥娟，方旭明，吳帆. 一種高移動場景下基于CoMP的切換方案及性能分析[J]. 鐵道學報， 2013（4）： 57-65.

[5] 愛立信公司. 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化高級培訓第三冊[Z]. 2014： 148-170.

[6] 原燕斌. 高速鐵路環(huán)境下LTE切換技術(shù)的研究[D]. 北京： 北京郵電大學， 2012.

[7] 朱武. LTE系統(tǒng)的切換及高速鐵路環(huán)境下的改進研究[D]. 西安： 西安電子科技大學， 2013.

[8] 趙鑫彥. LTE FDD與EVDO互操作原理及參數(shù)配置研究[J]. 電信快報， 2014（10）： 29-32.

[9] 于明，林興. 高速公路場景TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及優(yōu)化[J]. 移動通信， 2012，36（17）： 57-59.

[10] 詹強. 高鐵環(huán)境下LTE切換技術(shù)的研究[J]. 信息通信， 2013（10）： 172-174. ★