LTE移動通信切換性能優(yōu)化

時莉莉 徐銘岳 孫海波

(1.中國人民解放軍94969 部隊 上海市 200137 2.中國人民解放軍61932 部隊 北京市 100071）（3.國家廣播電視總局廣播電視科學(xué)研究院 北京市 10086）

通訊運營商最重要的目標是為用戶服務(wù)，即為用戶提供高效可靠的通信平臺。隨著社會的發(fā)展，科技的進步，移動通信取得了令人矚目的成就。移動通信技術(shù)為用戶提供了一個通話與信息溝通的平臺。無線通信技術(shù)正在蓬勃發(fā)展，擴展了數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù)的需求。而切換是移動通信的一個關(guān)鍵特征。切換指的是連接態(tài)的用戶，在移動過程中，從一個小區(qū)的覆蓋范圍移動到了另一個小區(qū)的覆蓋范圍，此時用戶需要通過一系列的信令流程，來完成整個切換的過程。切換的目的是當源小區(qū)的信號不斷地變?nèi)鯐r，為了保證業(yè)務(wù)的持續(xù)性，需要將用戶切換到信號質(zhì)量好的目的小區(qū)，從而能夠繼續(xù)為用戶提供服務(wù)。尤其在用戶在高速移動時，例如乘坐火車高鐵時，良好的切換效果起到了至關(guān)重要的作用。隨著LTE 移動通信用戶的不斷增加，高質(zhì)量的切換能夠在很大程度上提高用戶體驗，與此同時，能夠提升運營商的影響力。

1 LTE切換相關(guān)概述

在LTE 通信系統(tǒng)中，假設(shè)某一用戶正在通信過程中，該用戶從服務(wù)小區(qū)逐漸向鄰區(qū)移動，此時為了保證用戶業(yè)務(wù)的連續(xù)性，通信系統(tǒng)中物理層會不停對小區(qū)信號進行檢測，并上報給層3(Layer 3,L3), L3 會根據(jù)接收到的小區(qū)信號強度進行過濾評估，若符合切換條件，則觸發(fā)切換過程[1]。切換過程完成后，在源小區(qū)該用戶的相關(guān)信息就會被刪除釋放。簡而言之，切換(handover, HO)即用戶與基站（Evolved Node B,eNodeB）在交互的過程中，隨著用戶的位置變化，該用戶與通信系統(tǒng)的連接發(fā)生變化，如圖1所示。

圖1中首先用戶從源小區(qū)向目標小區(qū)移動；當源小區(qū)與目標小區(qū)的信號質(zhì)量滿足切換條件時，則用戶將會從源小區(qū)向目標小區(qū)切換，逐步與目標小區(qū)建立連接；最后整個切換過程結(jié)束，用戶已經(jīng)與目標小區(qū)建立連接，并與源小區(qū)斷開連接。當通信系統(tǒng)發(fā)生切換時，需要保證業(yè)務(wù)過程不能中斷，也就是說切換的過程要盡可能的平滑，切換時延盡可能地小，這樣才能夠達到用戶對系統(tǒng)變化的無感知體驗。在LTE 移動通信系統(tǒng)中，若頻繁發(fā)生切換過程，可能會降低通信質(zhì)量。LTE 通信系統(tǒng)是蜂窩移動通信系統(tǒng)，假如用戶的移動速度快，小區(qū)的覆蓋范圍小等，都容易引起切換。因此，對于移動通信來講，提高移動通信切換的性能是非常關(guān)鍵的。

切換的測量過程如圖2所示。

圖2所示過程是用戶向eNodeB 上報測量結(jié)果的過程，只有在接入層的安全性被激活了之后，用戶才會啟動該過程[2]。對于觸發(fā)測量報告程序的被測件，UE 應(yīng)在測量報告信息中會對測量結(jié)果進行設(shè)置。

能夠觸發(fā)測量的事件有：

（1）A1：服務(wù)小區(qū)大于某個閾值；

（2）A2：服務(wù)小區(qū)低于某個閾值；

（3）A3：鄰區(qū)測量值比服務(wù)小區(qū)高，且高于一定門限值；

（4）A4：鄰區(qū)大于某個閾值；

（5）A5：服務(wù)小區(qū)小于閾值1，鄰區(qū)大于閾值2。

2 切換問題分析步驟方法

2.1 切換問題分析步驟

圖1：用戶切換示意圖

圖2：切換測量過程

圖3：切換失敗流程

在LTE 移動通信系統(tǒng)中，可以通過以下方法進行切換問題的分析。首先我們需要搜集網(wǎng)絡(luò)信息以及確定優(yōu)化目標，然后采集業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，收集切換問題，通過分析信令對問題進行定位，繼而進行參數(shù)調(diào)整或者問題優(yōu)化，再次進行驗證，如果未達到目標，需要再次重復(fù)整個流程直達達到目標為止。

2.2 網(wǎng)絡(luò)信息搜集

在進行網(wǎng)絡(luò)信息收集時，應(yīng)該對用戶數(shù)以及用戶的分布情況進行統(tǒng)計，記錄業(yè)務(wù)頻發(fā)的時間地點，若需進行數(shù)據(jù)修改，則選擇業(yè)務(wù)較空閑的時間段。保存系統(tǒng)的告警信息，有助于出現(xiàn)問題時提供更全面的定位信息。收集關(guān)鍵參數(shù)配置表，比如頻點信息、小區(qū)的鄰區(qū)列表包括同頻鄰區(qū)列表和異頻鄰區(qū)列表、功控配置、切換相關(guān)參數(shù)的配置。

2.3 切換相關(guān)指標

切換成功率定義為切換成功次數(shù)比上切換次數(shù)[3]。切換成功率能夠體現(xiàn)系統(tǒng)切換性能的可靠性。在正常情況下該值應(yīng)該大于98%。

切換時延分為切換控制面時延和切換用戶面時延。切換控制面時延是指從測量上報開始到目標小區(qū)收到重配完成消息。切換用戶面時延指的是用戶在源小區(qū)接收到最后一個數(shù)據(jù)包到在目的小區(qū)接收到第一個數(shù)據(jù)包的時間。用戶面的切換時延可以采用PDCP 層的中斷時延來統(tǒng)計。

切換比例影響了系統(tǒng)的容量，如果切換比例太高，會增加系統(tǒng)的消耗，增加了財力物力的損耗，將切換比例控制在一定的范圍內(nèi)，能夠減少運營商的成本。如果切換比例超出了規(guī)定范圍，則需要對切換性能進行優(yōu)化。

2.4 信令分析

為了能夠合理優(yōu)化切換性能，需要進行大量實驗，才能完成切換問題的收集以及優(yōu)化的工作。才進行切換實驗的過程中，需要保存切換的信令以及日志，這樣便于分析切換的過程，查找切換失敗的原因。實驗過程中，最好同時抓取用戶側(cè)和基站側(cè)的信令和日志，以及告警信息，綜合起來定位問題，將會大大提高效率。

2.5 調(diào)整配置參數(shù)

當切換不達標時，不一定是軟件或硬件問題，很可能是配置參數(shù)不合理導(dǎo)致，具體是什么參數(shù)配置不合理，需要依據(jù)上一步驟來確定。通過修改頻率、功控、鄰區(qū)配置等切換相關(guān)參數(shù)，在一定程度上能夠起到優(yōu)化切換性能的作用。

3 LTE通信系統(tǒng)中影響切換性能的問題剖析及解決方案

3.1 切換過程用戶掉線

切換設(shè)置的門限值太高，則會造成鄰區(qū)即便信號質(zhì)量很好，依然無法觸發(fā)切換測量，當服務(wù)小區(qū)的信號質(zhì)量逐漸變差，則會導(dǎo)致用戶掉線。切換測量觸發(fā)的時延大，沒有及時觸發(fā)測量上報消息，等服務(wù)小區(qū)的信號質(zhì)量已經(jīng)很差了，再向eNodeB 發(fā)送測量上報消息，此時空口質(zhì)量不穩(wěn)定，導(dǎo)致該消息無法正常發(fā)送，此時在服務(wù)小區(qū)的終端就很可能掉線；或者觸發(fā)了測量上報，服務(wù)小區(qū)需要向用戶發(fā)送重配置消息，此時空口質(zhì)量很差，用戶接收不到重配消息時，極可能發(fā)生掉線。小區(qū)的覆蓋范圍小，覆蓋范圍小對快速移動的用戶影響較大，由于切換的整個流程即便性能很高，也是會有時延的，此時如果切換的進度無法趕上用戶的移動速度，則會發(fā)生掉話。系統(tǒng)配置問題，如果發(fā)生未給服務(wù)小區(qū)配置相應(yīng)鄰小區(qū)，或者配置的鄰小區(qū)信息有誤時，則無法正常觸發(fā)測量上報過程，從而無法引起切換。

針對以上問題可以采取如下措施：合理地設(shè)置系統(tǒng)的切換門限，理論與實踐相結(jié)合；減小切換觸發(fā)時延和切換過程時延，增強物理層的穩(wěn)定性，優(yōu)化系統(tǒng)性能，就可減小切換過程時延；合理設(shè)置小區(qū)的覆蓋范圍；部署系統(tǒng)時，應(yīng)對參數(shù)進行多次檢查。

3.2 切換的成功率低

切換成功率如公式（1）所示：

a：切換成功率

b：切換成功次數(shù)

c：切換請求次數(shù)

在正常情況下，切換的成功率應(yīng)保持在98%以上，如果經(jīng)過長保統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)該值偏低，即為切換成功率低。

切換過程門限值設(shè)置低。在這種情況下，鄰區(qū)的信號在較差的情況下，經(jīng)切換判決后，可能發(fā)起切換。但是切換過程中，重配完成很可能無法發(fā)送到目標小區(qū)，從而導(dǎo)致切換失敗。如圖3所示。

正常情況下的切換是當滿足了切換條件時，用戶向eNodeB 上報測量報告，基站下發(fā)重配置消息，用戶進行了切換配置，給基站回復(fù)重配完成消息。由于此時鄰區(qū)的信號較差，空口質(zhì)量不穩(wěn)定，空口消息可能無法到達eNodeB，從而導(dǎo)致切換失敗[4]。

GPS 配置的有問題或者GPS 失靈。若果發(fā)生這種情況，切換同步就會失敗。在一般情況下，eNodeB 會配置GPS 時鐘，這樣能夠保證較高的切換成功率。如果發(fā)生GPS 故障的情況，則會在很大程度上降低切換成功率。

小區(qū)同步信道偏移量設(shè)置。當進行站內(nèi)切換時，如果小區(qū)同步信道偏移量設(shè)置相同，那么用戶同步不到目標小區(qū)，從而導(dǎo)致切換失敗。在站間切換則不會發(fā)生該問題，不同eNodeB 的小區(qū)可以設(shè)置相同的小區(qū)同步信道偏移量。

針對以上問題可以采取如下措施：設(shè)置合理地切換門限值，并進行多次實驗驗證；部署系統(tǒng)時，應(yīng)對GPS 的性能配置進行檢測；應(yīng)對同一eNodeB 下的不同小區(qū)的同步信道偏移量進行檢查，保證彼此各不相同。

3.3 切換太過頻繁

若發(fā)生頻繁切換，則會大量占用系統(tǒng)資源，該情況會導(dǎo)致系統(tǒng)的整體性能下降，與此同時，也會增加費用，得不償失。切換太過頻繁有以下場景。

切換閾值多低。此時，當鄰區(qū)信號稍好一些，而實際情況并不需要進行切換，由于切換閾值過低，也會觸發(fā)切換過程。因此，會進行多次不必要的切換，即便能夠切換成功，也耗費了大量資源。小區(qū)間重疊覆蓋的區(qū)域較大。小區(qū)的覆蓋范圍設(shè)置不合理，從而導(dǎo)致與鄰區(qū)的重疊范圍較大，鄰區(qū)間的干擾也會比較大。移動用戶處于重疊覆蓋范圍的概率會比較大，很容易就會發(fā)生切換。業(yè)務(wù)高發(fā)地帶為切換區(qū)域。如果在布網(wǎng)過程不合理，在切換區(qū)經(jīng)常有用戶做業(yè)務(wù)，那么會導(dǎo)致切換頻繁發(fā)生，耗費財力物力。

針對以上各個問題可采取如下措施：對切換閾值進行調(diào)優(yōu)，保證切換頻率合理；適當調(diào)整天線的方向以及設(shè)置功率參數(shù)將小區(qū)的覆蓋范圍限定在合理范圍之內(nèi)，使各鄰區(qū)間的重疊覆蓋區(qū)域更規(guī)范；在布網(wǎng)之前，應(yīng)進行實地調(diào)研，切換區(qū)域應(yīng)盡量避開業(yè)務(wù)高發(fā)地帶。

4 結(jié)語

針對于影響LTE 移動通信切換性能的問題及因素，我們應(yīng)該做到防患于未然，這樣才能夠保證移動通信的整體性能，避免不必要的資源浪費，節(jié)省一定的人力物力。假設(shè)出現(xiàn)切換不達標的現(xiàn)象，可以依據(jù)不同的情況，采取相應(yīng)的措施。通信技術(shù)員應(yīng)該熟練掌握與切換相關(guān)的技術(shù)知識，在保證移動通信切換正常運行的前提下，不斷地提高系統(tǒng)性能，精益求精。