一種LTE異頻切換的優(yōu)化方法

覃道滿，陳雄飛（.中國聯(lián)通廣州分公司，廣東廣州 50630；.上海華為技術(shù)有限公司，上海 0036）

0 引言

當(dāng)前異頻切換通常采用A2+A3/A4 來觸發(fā)異頻切換流程，對A2、A3/A4 的參數(shù)配置即是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的核心。有很多方法來確定A2的參數(shù)配置，其中包括切換成功率最大化、吞吐率最大化等。但切換成功率最大化并不一定能提升用戶感知吞吐率，所以通常通過路測獲取不同頻點(diǎn)對應(yīng)的RSRP 對應(yīng)的吞吐率曲線來配置A2。但路測的方法耗時(shí)、耗力，并且由于切換時(shí)間較短，對吞吐率影響大小評估存在偏差，導(dǎo)致A2 的配置并不理想。

本文提出一個(gè)新的方法來指導(dǎo)A2、A3/A4 參數(shù)配置，以盡可能使Gap 測量對吞吐率的影響最小化。先從異頻切換流程來分析Gap測量在切換過程中所處的位置，再分析如何減小其影響。

1 異頻切換流程

根據(jù)組網(wǎng)的不同，異頻切換的流程也不同，如圖1所示的共站高低頻組網(wǎng)場景，內(nèi)圈為高頻覆蓋區(qū)域，外圈為低頻覆蓋區(qū)域。

通常情況下高頻駐留優(yōu)先級高，中心用戶駐留在高頻區(qū)域，用戶由中心向邊緣移動時(shí)，高頻覆蓋電平越來越低，當(dāng)?shù)陀谀骋婚T限時(shí)，UE 將上報(bào)A2 事件，在共站同覆蓋情況下，由于低頻覆蓋范圍通常都大于高頻，所以網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)此事件觸發(fā)到低頻的盲切換；同樣地，駐留在低頻小區(qū)的用戶從邊緣往中心移動時(shí)，低頻信號會越來越好，當(dāng)電平高于某一門限時(shí)，UE 將上報(bào)A1事件，在共站同覆蓋情況下網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)此事件觸發(fā)高頻的盲切換。這種組網(wǎng)場景不需要UE 啟動Gap 測量，所以不受Gap 測量影響，A1、A2 門限可通過高、低頻的帶寬及頻率電平差異對吞吐率的影響來配置，與站間距關(guān)系不大。

跨站的異頻切換則相對復(fù)雜些，從信令流程看，要經(jīng)過2 次測量來觸發(fā)切換：第1 次測量是當(dāng)前頻率空口質(zhì)量差于一門限，第2 次測量是目標(biāo)異頻空口質(zhì)量好于一門限。其切換流程如圖2所示。

在協(xié)議中，針對LTE 的移動性控制定義了多個(gè)事件，例如A1、A2、A3、A4等。對不同組網(wǎng)及切換可利用協(xié)議定義的這些事件來完成不同的切換控制。通常用A2 事件來監(jiān)測當(dāng)前服務(wù)小區(qū)的空口質(zhì)量是否低于一絕對門限，如圖3所示。

按協(xié)議定義A2 事件的3 個(gè)主要參數(shù)是門限（Threshold）、遲滯（hysteresis）、延遲觸發(fā)時(shí)間（Timeto-trigger）。類似地，A4 事件則是用來監(jiān)測目標(biāo)異頻小區(qū)的空口質(zhì)量是否高于一絕對門限。通?？缯镜漠愵l切換如圖4所示。

美國政府制定的可以領(lǐng)取養(yǎng)老金的退休年齡主要從1956年至1961年間，頒布改革法案將男女最早領(lǐng)取養(yǎng)老金的年齡確定為62周歲，并確立了最早退休年齡（Early Retirement Age）和正常退休年齡（Normal Retirement Age）兩個(gè)概念。美國人正常的退休年齡為65周歲，并可推遲至70周歲，按照不同的出生年代有其具體的規(guī)定。

圖2 跨站的異頻切換信令流程

圖3 進(jìn)入、離開A2的條件示意圖

圖4 跨站的異頻切換示意圖

在用戶從左往右移動的過程中，服務(wù)小區(qū)的信號逐漸變差，同時(shí)目標(biāo)異頻鄰區(qū)的信號逐漸增強(qiáng)。當(dāng)服務(wù)小區(qū)測量信號加遲滯小于門限后，并保持一定時(shí)間（不滿足退出事件：服務(wù)小區(qū)測量信號減遲滯大于門限），則觸發(fā)A2 事件上報(bào)。由于A2 測量需要時(shí)間，并且為了后續(xù)對異頻的測量控制下發(fā)及切換信令的下發(fā)預(yù)留時(shí)間，通常A2 事件的門限設(shè)置不能太低，否則可能會導(dǎo)致過晚切換，即原服務(wù)小區(qū)的信號太差而不能完成后續(xù)異頻測量報(bào)告的上報(bào)及切換信令的下發(fā)。因此如圖4所示，在用戶從左往右移動的過程中，服務(wù)小區(qū)的信號逐漸變差，在A 點(diǎn)時(shí)，需要觸發(fā)A2 事件上報(bào)，網(wǎng)絡(luò)側(cè)收到A2 事件報(bào)告后，立即啟動對目標(biāo)異頻的測量（可以是A3 也可以是A4 測量）控制下發(fā)，控制UE 立即啟動Gap 測量，對異頻信號進(jìn)行測量，在C 點(diǎn)測量異頻信號滿足切換條件，則UE 上報(bào)相應(yīng)的事件（A3 或A4 測量報(bào)告），網(wǎng)絡(luò)側(cè)必須在原服務(wù)小區(qū)覆蓋邊緣D（掉話點(diǎn)）以前成功下發(fā)切換命令給UE。同樣，如果用戶從右往左移動時(shí)，其過程也類似。但要避免出現(xiàn)某一頻點(diǎn)的A2門限比異頻配置本頻點(diǎn)的A4門限大而出現(xiàn)乒乓切換或過多無效的Gap 測量，如圖5 所示。

圖5 乒乓切換示意圖

2 Gap測量的影響

從異頻切換過程看，從A2事件上報(bào)到A3/A4事件上報(bào)，這期間有一段時(shí)間是讓UE 啟動Gap 測量，來完成對異頻信號的監(jiān)測的。而UE 啟動Gap 測量則會導(dǎo)致吞吐率下降，根據(jù)協(xié)議，Gap 測量有2 種周期：40 和80 ms，每個(gè)周期有6 ms 不能做數(shù)傳，加上兩邊幾個(gè)TTI 也不能做上、下行數(shù)傳（因?yàn)椴荒茏鯝CK 反饋）導(dǎo)致對吞吐率影響很大，如圖6所示。

圖6 Gap測量對數(shù)傳的影響

3 A2門限的優(yōu)化方法

減小Gap測量對吞吐率的影響關(guān)鍵在于A2及A3/A4 測量參數(shù)的配置。如果A2 門限偏高觸發(fā)得太早，在目標(biāo)異頻邊界不變的情況下，意味著Gap 測量時(shí)間越長，對吞吐率影響也就越大，相反，如果A2觸發(fā)得太遲，原小區(qū)的空口質(zhì)量太差，吞吐率也受到影響，甚至可能導(dǎo)致來不及下發(fā)A3/A4的測量控制或來不及下發(fā)切換命令來完成切換。為此配置合理的A2 門限是十分重要的，配置過低，會導(dǎo)致切換過晚而損失吞吐率；配置過高則導(dǎo)致過早啟動Gap測量而產(chǎn)生吞吐率損失（見圖7）。

所以可以通過控制A2 到A3/A4 測量報(bào)告之間的時(shí)延，配合過早切換、過晚切換、掉話率等指標(biāo)來達(dá)到一個(gè)平衡，并使Gap測量最小化，吞吐率最大化。

以廣州聯(lián)通白云區(qū)“廣州-H-棠溪祥崗-395065-3-1-OF”小區(qū)為測試對象，測試A2 門限修改（保持A4門限不變）對切換時(shí)延及吞吐率的影響。

小區(qū)為1 800 MHz 小區(qū)，配置A2+A4 進(jìn)行異頻2 100 MHz 切換控制，A2 初始值配置為-91 dBm，第2天修改為-97 dBm，第3 天修改為-101 dBm，統(tǒng)計(jì)小區(qū)每次切換出的相關(guān)數(shù)據(jù)，比較9 月20 日—9 月22 日3天（16：00—22：00的數(shù)據(jù)）從A2事件到A4事件Gap測量時(shí)延數(shù)據(jù)變化如圖8～圖10 所示（由于時(shí)延跨度較大，把大于5 s的進(jìn)行了過濾，時(shí)間單位：100 ms）。

可以看出，隨著A2的降低，Gap測量時(shí)延變小，A2從-91 dBm降低到-97 dBm時(shí)，平均Gap測量時(shí)延減小105 ms，從-97 dBm 降低到-101 dBm，平均Gap 時(shí)延減小102 ms，同時(shí)也影響切換次數(shù)、過早過晚切換、乒乓切換、邊緣吞吐率等指標(biāo)，如表1所示。

圖7 A2門限設(shè)置對Gap測量時(shí)延及吞吐率的影響

圖8 9月20號Gap測量時(shí)延，平均值：7.23（即723 ms）

圖9 9月21號Gap測量時(shí)延，平均值：6.18（即618 ms）

圖10 9月22號Gap測量時(shí)延，平均值：5.16（即516 ms）

表1 A2不同門限配置下的主要無線指標(biāo)對比

可以看出9 月20 號的切換次數(shù)較多，由于總切換次數(shù)基數(shù)大，導(dǎo)致過早、過晚切換都比較多。9月21號修改到-97 dBm 后，切換次數(shù)大幅減少43%，過早、過晚切換也大幅減少，由于避免了不必要的切換以及減小無效Gap 測量，邊緣吞吐率明顯提升（小于1 Mbit/s速率比重下降1.57%），乒乓次數(shù)大幅度減小；9 月22號把A2門限修改為-101 dBm后，Gap測量時(shí)延繼續(xù)減小，異頻切換出次數(shù)也繼續(xù)減小，但過晚切換迅速增多，乒乓切換也相應(yīng)增多，帶來負(fù)面效果增加，但邊緣吞吐率仍有增益，是因?yàn)镚ap測量的負(fù)增益較大，說明由Gap測量的減少帶來的正增益比延后切換帶來的負(fù)增益更多，綜合體現(xiàn)出正增益。從結(jié)果看，A2 門限應(yīng)該選擇在-97～-101 dBm，在-101 dBm 配置時(shí)掉話率出現(xiàn)上升，為了不影響掉話率，A2 門限可配置在-100 dBm 左右。如果以吞吐率為主，允許掉話率稍有惡化則可以配置小于-101 dBm。

4 優(yōu)化總結(jié)

在日常網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中，移動性優(yōu)化是一塊較大內(nèi)容，其中異頻切換的問題在網(wǎng)絡(luò)增頻擴(kuò)容的過程中更為重要。特別是對于移動性比較高的道路覆蓋，要根據(jù)不同移動場景分別優(yōu)化。對于高速移動場景，需要配置較容易觸發(fā)切換的參數(shù)，對于慢速移動的場景需要配置慢切換參數(shù)。從本次優(yōu)化可看到，針對一個(gè)小區(qū)的異頻切換，如果A2 門限配置太高，則容易導(dǎo)致用戶過早啟動異頻測量從而影響吞吐率；如果配置太低，則可能導(dǎo)致異頻測量過晚從而引起重建甚至掉話。為此，在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中可以采用下面這些方法來判斷是否需要調(diào)低異頻切換A2 門限參數(shù)來降低異頻Gap測量時(shí)延。

a）出現(xiàn)較大比例的過早異頻切換或乒乓切換。

b）小區(qū)平均吞吐率或邊緣吞吐率明顯低于相同網(wǎng)絡(luò)條件下別的小區(qū)的平均值。

c）網(wǎng)絡(luò)信令跟蹤數(shù)據(jù)中，統(tǒng)計(jì)的A2 及A4 事件的比例明顯高于相同網(wǎng)絡(luò)條件下正常小區(qū)。

d）網(wǎng)絡(luò)信令跟蹤統(tǒng)計(jì)從A2 事件到A4 事件的時(shí)延明顯大于相同網(wǎng)絡(luò)條件下正常小區(qū)。

在降低異頻Gap 測量時(shí)延的同時(shí)，也需要注意A2門限的過調(diào)整，因?yàn)檫^低的A2門限雖然最低限度降低了異頻Gap 測量時(shí)延，但容易導(dǎo)致過晚切換從而影響吞吐率，甚至導(dǎo)致重建、掉話的增多。所以在調(diào)低A2門限的同時(shí)，需要監(jiān)測下面這些變化。

a）過晚異頻切換的比例增大。

b）小區(qū)平均吞吐率或邊緣吞吐率在增大的過程中出現(xiàn)拐點(diǎn)而出現(xiàn)負(fù)增益。

c）網(wǎng)絡(luò)信令跟蹤數(shù)據(jù)中，統(tǒng)計(jì)的A2 及A4 事件的比例明顯低于相同網(wǎng)絡(luò)條件下正常小區(qū)。

d）到鄰區(qū)的RRC重建次數(shù)增加。

實(shí)際網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程中，會發(fā)現(xiàn)小區(qū)中會同時(shí)存在過早、過晚切換，很難找到一個(gè)A2 門限配置同時(shí)消除過早和過晚切換。其主要原因是因?yàn)橐粋€(gè)小區(qū)只能配置一個(gè)A2門限，這個(gè)小區(qū)的所有用戶都按這個(gè)配置的A2 門限來觸發(fā)Gap 測量，但小區(qū)中的用戶分布不同、移動速度不同，不同用戶的切換緊急度也不同，有些用戶表現(xiàn)過早切換，有些用戶表現(xiàn)過晚切換，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化只不過是調(diào)整A2 門限，使它在過早、過晚切換之間做個(gè)折中。

5 結(jié)束語

本文通過分析影響異頻切換的吞吐率的各種因素，引出一種通過優(yōu)化Gap 時(shí)長來提升切換區(qū)吞吐率的方法，并通過現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析得到Gap 時(shí)長與異頻切換A2 門限配置的關(guān)系，來優(yōu)化異頻切換門限，達(dá)到提升用戶吞吐率和提升頻譜效率的目的。實(shí)際操作過程中，還需要根據(jù)不同小區(qū)及周邊異頻鄰區(qū)的實(shí)際情況，同時(shí)兼顧負(fù)載、帶寬、用戶分布、過晚切換、掉話率等指標(biāo)，配合設(shè)置A3/A4的門限，以盡可能最大化切換區(qū)吞吐率及頻譜效率。