LTE中一种基于负载均衡的自优化切换算法
查看: 410|
摘要: 在3GPP LTE自组织网络(SON)中，面向整体切换性能的自优化算法明显优于面向个别性能的算法．本
文针对EWPI-IPO算法无法对小区负载进行动态调整，也无法对单个过载小区的切换参数进行及时调整，从而导致掉
话率等指标不能得到有效控制的问题，提出了兼顾整体切换性能和负载均衡的WPLBHO算法．通过仿真并与EWPHPO
算法在相同环境下的仿真结果进行比较，我们的算法在保持切换失败率基本不变的情况下，使掉话率降低约20％ 、乒
乓效应降低约5％ ，从而使系统整体切换性能(HP)提升约25％；同时，
2o13年11月
电 子 学 报
ACrA EI CTR0NICA SINICA
Vo1．41 No．11
NOV． 2O13
LTE中一种基于负载均衡的自优化切换算法
刘俊 ，张博 ，谭盛彪 ，李云
(1．重庆邮电大学数理学院，重庆．重庆邮电大学无线网络技术研究所，重庆400065)
摘要： 在3GPP LTE自组织网络(SON)中，面向整体切换性能的自优化算法明显优于面向个别性能的算法．本
文针对EWPI-IPO算法无法对小区负载进行动态调整，也无法对单个过载小区的切换参数进行及时调整，从而导致掉
话率等指标不能得到有效控制的问题，提出了兼顾整体切换性能和负载均衡的WPLBHO算法．通过仿真并与EWPHPO
算法在相同环境下的仿真结果进行比较，我们的算法在保持切换失败率基本不变的情况下，使掉话率降低约20％ 、乒
乓效应降低约5％ ，从而使系统整体切换性能(HP)提升约25％；同时，使系统平均过载时间下降近50％．因此我们的算
法使系统整体性能得到了明显改善．
关键词： 长期演进；自优化；切换；负载均衡
中图分类号： TN911．22 文献标识码： A 文章编号： (44．05
电子学报URL：http：／／www．ejou~ ．org．cn DOI：10．3969／j．issn．．5
A Self-Optimization Handover Algorithm Based
on Load Balanci ng for LTE Networks
LIU Jun ，ZHANG Bo2，TAN Sheng．biao2，LI Yun2
(1．College ofMathematics and Physics，Chongqing University ofPost and Teleco~ ications，Chongqing 400065，China；
2．Wireless Network TechnologyLaboratory，Chongqing Universay ofPost and Telecommunications，Chongqing 400065．China )
Abstract： In the self-organizing network(SON)of 3GPP LTE，the algorithms dynamically adjusting many parameters to—
gether are better than those adjusting only one parameter．ENVPHPO algorithm carl not dynamically adjust the handover parameters
and the load of the individual cell timely，which causes the dropping probability not to be controlled efectively．In this paper，the
WPLBHO algorithm was suggested to improvetheEW I-IPO algorithm in orderto solvethese problems．The numerical resultswere
given and compared with those from the EW PHPO algorithm under the satlle simulation conditions．It is shown that the dropping
probability andthe ping-pang ratio decrease about 20％ and5％ ，respectively，but the handoffailure ratehardly vary．Th enthetotal
performance ofthe system increases abo ut 25％ ．On the other hand．the average load time decreases abo ut 50％ ．These show that
the total pe rformance of the system is evidently improved through Our ~gorithrn．
Key words： long term evolution(LTE)；self-optimization；handover load balance
3GPP LTE(Long Term Evolution)项目是3G的演
进_l J，这种以OFDM(正交频分复用)为核心的技术使蜂
窝系统性能得到大幅度提升 2J．移动运营商在网络标准
化阶段为节约成本又提出SON[3 J(Self-organizing Net—
work)的概念，LTE切换自优化是SON概念中的重要组
成部分_4．5 J．系统掉话率、切换失败率以及乒乓效应发
生概率是切换过程中重要的性能指标，自优化的目的是
使这三个参数尽量减小，但不当的切换参数选择会使其
增加l6 J．同时，如果过多用户切换到相同小区，使小区发
生过载，同样会导致以上性能指标的明显增加．
由于不同系统性能指标总是相互关联或影响，最佳
的设计角度应从系统整体性能出发，有侧重地降低一些
能够降低系统通话质量的指标．文献[7]中提出切换参
数优化的加权性能提升算法(Enhanced Weighted Perfor—
mance Based Handover Parameter Optimization Algorithm，以
下简称EWPHPO)．该算法是多性能优化机制，从系统整
体角度出发，规定优化区域包括若干小区，可以根据不
同的系统需求，设置参数门限，动态调整切换参数，降低
收稿日期：；修回日期：；责任编辑：马兰英
基金项目：国家自然科学基金(No．，No．)；重庆市自然科学基金(No．cstcjjA40039，No．cstc)
第 l1 期 刘俊：LTE中一种基于负载均衡的自优化切换算法 2145
掉话率、切换失败率及乒乓效应发生率．但EWPI-I~ 有
明显的缺陷，比如在个别小区发生过载时，如果系统还
是从整体性能指标出发，就不能对该小区进行负载调
整，该小区有限的系统资源无法满足大量的用户需求，
造成掉话率的升高以及切换失败次数的增加，而邻近
小区可能存在资源的空闲，造成资源浪费．
基于以上原因，本文在EWPHt~算法基础上，提出
基于负载均衡机制的切换自优化算法——WPIBH0
(Weighted Performance Algorithm Based on Load Balance for
Handover Optimization)算法，兼顾整体和各优化小区的
实际负载情况，达到进一步更优化的目的．
2 系统性能指标
环境的变化或者发生过早或过晚切换会导致上述现
象，当切换失败发生时，用户会尝试接回源eNB．如果无
法回接，则又会造成用户的掉话(RLF)．如果两个eNB
之间迟滞因子太小或者信号强度不稳定又会造成用户
在两个eNB之间的反复切换，即乒乓效应(rwP)．乒乓
效应也是导致系统掉话率升高的重要原因之一_8j．
掉话是指无线链路连接失败引起的通话终止，是
衡量系统切换性能的重要指标，如何降低掉话率一直
是各种优化方案的首要目标．引起掉话的原因很多，比
如信号强度因为环境原因不能满足通信需要，切换过
程中发生回切失败等，在这里只讨论由于切换所引起
的掉话．通常我们用以下公式计算上述系统性能指标，
其中切换失败数包括过早、过晚切换发生的掉话次数
在切换过程中，如果目标eNB(演进型NodeB，E一 和切换过程因系统资源不能满足接入发生的回切数，
volved NodeB)信号质量发生变化，即SINR(信干噪比， 乒乓切换的判定是根据在判定时间内是否发生回切，
Signal to Interference plus Noise Ratio)低于最低要求，使用 后文仿真涉及到的判定时间为5s，系统整体切换性能
户无法接人目标eNB，就会造成切换失败(HOF)．通信HP(Hand。、，。 performance)如下：
掉话次数 ． 切换失败数． 乒乓切换发生数
通话接通次数1。 H0 切换总数 切换总数 ⋯
Iu 一 ~ORLF+ 十 ~．OHOF+ 02HPP l，
其中~ORLF、cuHo 6OHpp分别为掉话率，切换失败率， teresis)起到减少乒乓切换发生的缓冲作用；触发时延
乒乓效应发生概率的加权系数．三者可以根据操作者 (Trr)在切换过程中决定了切换的时机．EWPI-IPO算法
要求进行配置．通常最侧重的优化指标系数设置为最 中，迟滞因子设置在0到10dB之间，以步长0．5dB进行
大，侧重级别较低的指标系数最小，中间级别指标系数 变化．根据3GPP协议规定，共有16个参考值：0、0．040、
为1．需指出，三个加权系数不能差别过大，如果单纯追 0．O64、0．080、0．100、0．128、0．160、0．256、O．320，0．480、
求一项的过渡优化，可能会导致其他两项的升高，即使0．512、0．640、1．024、1．280、2．560、5．120s．因此，由迟滞
系数较小，会造成HP整体上居高不下，不利于系统整 因子和触发时延组成的参数优化选择就有336组(以下
体切换性能的改善．以建议值2、1、0．5分别对∞ 用HOP表示一组组合)．如图1所示，通过仿真遍历这
60HOF、∞HPP三者进行赋值为例，这种赋值表明优化侧重 些组合可以看出，不同HOP的组合对整个切换性能HP
于降低掉话率，切换失败率可以得到抑制，对降低乒乓 的影响很大，主要原因是由于不同系统间的通信环境
效应发生概率要求较低[ ．切换失败率，乒乓效应发生 是不同的，即使在同一系统下用户移动情况都是时刻
率，掉话率三者不仅都和触发时延及迟滞因子密切相 改变的_1 ，邢设置过小，会造成系统的过早切换，过
关，而且又相互影响．比如降低Trr(触发时延，Time to 大则又会造成过晚切换，而迟滞因子的设置大小又直
trigger)虽然可以减少由过晚切换引起的掉话，但是却可 接影响到乒乓效应的发生情况，图1中峰值较高的部分
能使乒乓效应发生率升高，导致系统掉话率升高．对三 即为HOP组合不合理所引起，最优的HOP组合往往是
者的优化必须根据不同网络的系统要求进行调整． 在几个HOP之间选择，形成一个HOP的集合，如图1
在进行优化的同时，还需同时关注整个系统过载
时间，长期过载会造成整个系统的性能下降 I ，通过统
计系统平均过载时间 来检测系统负载分配情况，本
文优化的目标是使系统HP能够尽可能降低的同时，使
尽可能减小． 表达式为：
系统检测小区整体过载时间 ⋯
P一 检测小区数
3 WPLBHO算法
在因A3事件发生切换的过程中，迟滞因子(hys．
图1 不同HOP组合对系统性能I-IP的影响仿真结果
2146 电 子 学 报 2013定
中峰值较低区域，动态调整HOP使其能够持续保持在
这个集合中是本算法的主要思想之一．
如图2所示，在EWPHPO算法优化过程中HOP是
不断有方向性更新的，两个参数可以分别按步长0或1
同时进行更新，但必须同方向，目的是找出一组最接近
理想的参数组合能使系统的HP始终保持减小的趋势，
其中更新的路线可能是斜线方式或者折线方式，斜线
方式的优点在于对系统的影响较快，但由于起始点的
选择可能有偏差导致系统无法达到最优点；折线方式
可以遍历整个区域，但是整个优化需要时间过长．为了
方便与EWPHPO算法进行比较，以下讨论和仿真过程
以斜线优化方式为例，初始点为整个待选区域中心点
(5，0．32)．
迟滞因子／dB ·供选择HOP
图2 EWPI-IPO算法HOP优化路径方式
关于方向的选择，如图3所示，迟滞因子，触发时延
可以分别左右双向选择．选择好初始HOP组合后(这里
以(5，0．32)为例)．HOP会以向左或向右同向更新，每次
更新可以选择两者同时更新一个步长，更新方向会在
特定条件下发生改变：依据不断统计HP值，当更新后
的liP值大于前一IIP值一个百分比时，HOP更新方向
进行改变．这个百分比称为Performance Degradation Per—
centage(PDP)l j，即
迟滞因子／dB
6 7 8 9 1O
● ● ● ● ● ● ● ● l●l● ● ● ● ● ● ●
0．04 0．080．1280．2 __________________________________●___-●●一 II 0．48 0．641．28 5．1II2 ●
0 0．064 0．1 0．16 032 0．5121．O242．56
触发时延／s
图3 斜线优化方式示意图，中心点(5，0．32)
针对EWPHPO算法的缺点，本文提出一种新的优
化算法——wPLBH0算法．在利用EWPHPO算法进行
切换优化的同时，结合负载均衡算法．不但可以从系统
整体角度调整切换参数，而且可以兼顾各小区负载状
况，避免因小区过载引起的掉话率和切换失败率的升
高．具体算法流程如图4．
如图4所示，优化算法开始后，在规定间隔时间内
对各切换性能指标进行采样处理_l ，并判断各小区是
否过载．若过载，则启动负载均衡算法，开始算法循环
计时COUNTER，如果在计时过程中有三次连续未过载，
即NEVER—OVER[DAD—COUNTER=3，则结束负载均衡
图4 W-PLBHO算法流程图
在负载均衡算法中，首先统计过载小区的邻近小
区负载情况生成列表nbr—listEH， J，取负载最小的邻近
小区作为目标小区，然后统计可切换到该目标小区的
用户列表He—list，取接收信号功率最佳的ue作为首选
切换用户进行切换，结束后重新检测源小区负载情况，
如果继续过载，则从ue—list中选择下一个接收信号最
佳ue进行切换；如果ue—list已经遍历，则选择nbr—list
中下一个负载最小小区作为目标小区，重复上述过程；
住z∞ 鹅 坦北ns； {}；侣叫孙 ¨0∞ 鲋 n 0
第11 期 刘俊：LTE中一种基于负载均衡的自优化切换算法 2147
如果nbr—list已经遍历，则重新统计邻近小区负载情况
生成新的nbr—list，重复上述过程，直到源小区负载低于
设计门限，则完成一个COUNTER周期．当COUNTER=5
时，结束负载均衡算法_1 ．
在对各小区切换性能指标采样处理后，计算lip，并
与上一周期内liP做比较，若大于PDP％，则改变HOP
更新方向，否则继续保持原方向进行更新．
4 仿真结果及分析
如图5所示，首先建立l9个eNB，让150个用户在仿
真范围内自由移动，在20s内取随机时长设定呼叫等待
或通话服务时间，每10s统计一次HP更新值，为方便与
文献[7]中EWPI-It~算法进行比较，OgRLF、~OHOF、O)Hpp分别
取值2、1、0．5．初始HOP取图1中心点(5，0．32)，初始
HOP会影响系统起始性能，但随着优化的继续HOP不会
影响整个仿真结果．同时统计各小区过载r，p时间．
cell xlabel：m
图5 仿真拓扑
设定小区带宽为5MHz，当呼叫遇到eNB资源不足
时转为等待状态，当用户接受服务eNB的SINR小于
一8dB超过1s时，判定为掉话；当用户完成切换后5s内
又切回上一服务eNB时，判定为产生乒乓．当各小区负
载超过资源块75％时判定为过载状态，仿真时间为
1000s，采用Hata衰落模型l1 ．
下面分别用EWPHPO算法和WPLBHO算法对系统
进行优化仿真并比较相应的仿真结果．
图6 EWPFIPO算法和WPLBHO算法对应的掉话率
宙：踅0 南 南1荔 荔 扬 古6 。
由于O3RLF、03H【】F、(／)HPP分别取2、1、0．5，因此两种算
法均侧重考虑掉话率．从图6中可以看出，在仿真开始
阶段，由于HOP初始更新方向不准确，在WPLBHO算法
下，掉话率前期略高于EWPHt~算法，且二者因为初始
呼叫用户的过于集中在1号小区，无线资源受限导致掉
话率分别为0．04，0．075；当100s后，由于负载均衡算法
的启动，WPLBHO算法对应的掉话率明显低于EWPHPO
算法；400s后系统吞吐量达到稳定，掉话率开始趋于平
稳，且始终低于EWPI-II~；至仿真结束阶段WPLBHO算
法对应的掉话率约为0．190，低于EWPI-IPO算法的
0．235近20％．这表明掉话率权重系数在2附近增大或
缩小都不影响优化目的，即系数的可调整性良好．
从图7，仿真结束时WPLBHO算法对应的切换失败
率略高于EWPHt~算法约0．025，即基本保持不变；EW一
删算法对应的乒乓效应在起始阶段出现一个明显
峰值．原因在于仿真初始阶段呼叫用户过于集中造成
了用户的接人拥塞，HOP初始方向的不准确及仿真初
始阶段的掉话率，导致了HOP更新方向的频繁调整．由
于乒乓效应对迟滞因子的取值极为敏感，从而导致了
峰值的出现．而WPLBHO算法下乒乓效应明显降低约
5％且始终保持平稳，表明WPLBHO算法可及时调整过
载小区的无线资源且在极端环境下具有更好的稳定
性．在实际通信中，一般更强调掉话率的改善，因此这
两种算法中掉话率的权重均稍高为2．综合考虑上述因
素，WPLBHO算法与EWPHPO算法相比更能改善系统
的整体切换性能．原因在于，由式(1)，整个优化仿真阶
段的表征整体切换性能的liP基本全部低于EWPHPO
算法．约在400S后系统趋于稳定，HP分别约为0．16和
0．12，即优化幅度约为25％；另一方面，从统计得出的
各小区平均过载时间 来看，EWPHPO算法下检测的
小区内平均过载时间为85．14s，而WPLBHO算法下仅为
43．57s．因此，采用WPLBHO算法，系统小区平均过载时
间下降了近50％，极大地优化了系统负载分配，从而提
升了系统性能．
目 aqBI^juu
2148 电 子 学 报 2013拄
本文的WPLBHO算法在考虑系统整体性能的同
时，兼顾了小区负载及其均衡状况．与EWPI-IPO算法相
比，WPIBHO算法在保持系统切换失败率基本不变的情
况下，明显降低了掉话率和乒乓发生率，因此使系统整
体切换性能指标HP下降约25％ ，从而明显改善了系统
的整体切换性能．同时，基于本算法，系统的平均过载
时间下载近50％ ．因此，本文提出的WPLBHO算法既可
明显改善系统的整体切换性能，也能明显降低系统的
过载时间，从而明显地改善了系统的整体性能．
[1]刘宝玲，陶小峰，张平．同频分布式FUTURE TDD第四代
移动通信系统[J]．电子学报，A)：13l一135．
Uu B L，Tao X F，Zhang P．Single frequency dislributed FU—
TURE 4G TDD mobile communication system[J]．Acta Elec—
tronica Sinica，A)：131—135．(in Chinese)
[2]朱近康．未来移动通信的技术挑战和解决方案[J]．电子
学报，2O04，32(S1)：6—10．
Zhu J K．Technical challenge and revolution of future mobile
communications[JJ．Acta Electronica Sinica，)：6
— 10．(in Chinese)
[3]3GPP．TS 32．500，Self-organizing networks(SON)concepts
and requirements[S]．2009．
[4]Hu H L，Zhang J，Zheng X Y．Self-configuration and self-opfi—
mization for LTE networks [J]．Communications magazine，
IEEE，)：94—100．
[5]3GPP．TR36．902，Self-configuring and self-optimizing network
use cases and solutions[S]．2010．
[6]Lin C C，Sandrasegaran K，Reeves S．Handover algorithm with
joint processing in LTE-advanced lA]．—IEE—E 2012 9th ECTICON[
C]．New York：皿E Press，2012．t一4．
[7]Balann I，Jansen T，Sas B，et a1．Enhanced weighted perfor—
iElance based handover optimization in LTE[A]．Future Net—
work&Mobile Summit[C]．New York：IEEE Press，2011．1—
[8]贾宗璞，王红梅，刘淑芬．乒乓切换在移动IPv6扩展协议
中的性能分析[J]．电子学报，)：592—597．
W u Z P，W ang H M ，Liu S F．Performance an alysis of ping—
pong handover for mobile I1％6 extensions lJ]．ActaElec~'onica
Sinica，)：592—597．(in Chinese)
[9]Jansen T，Balan I，Turk J，et a1．Handover parameter optimiza—
tion in LTE self-organizing networkslAJ．Vehicular Tectmolo—
gY Conference Fall(VTC 2010-Fal1)，2010—IEF—,E 72nd[C]．
New York：—IEE—E Press．．
[10]盛沽，唐良瑞，郝建红．异构无线网络中基于业务转移和
接入控制的混合负载均衡[J]．电子学报，)：
321—328．
Sheng J，Tang L G，Hao J H ．Hybrid load balancing algorithm
based on service transformation an d admission control in het—
erogeneous wireless networks l Jj．Acta Electronica Sinica，
)：321—328．(inChinese)
[11]Cheng M，Fang X，Luo W．Beamforming and positioning-as—
sisted handover scheme for long-term evolution system in
high-speed railway[J J．IET Communications，)：
112j Balan IM，Sas B，JansenT，eta1．An enhancedweighted per—
formance based han dover parameter optimizationalgorithm for
LTE networks[J]．EURASIP Journal 0n wireless conltIlklilic,ations
and networking，(1)：98．
[13]王志国．LTE中的负载均衡研究ED]．北京：北京邮电大
[14]Yuan S，Tao L，wjn M Z．Neighboring cell search for LTE
systems[J]．I—EE—F,transactions on wireless com unications，
)：908—919．
[15]Lim J，Hong D．Management of neighbor cel lists and physi—
cal cell identifie~ in self-organizing heterogeneous netw orks
[J]．Journal of Communications and Networks，)：
367—376．
[16]梁楚．LTE系统中负载均衡机制的研究[D]．武汉：武汉
邮电科学研究院，20l1．28—39．
117]Piro G，Grieco L A，Boggia，et a1．Simulating LTE celular
systems：An open-source framework l J J．IEEE Transactions
onVehicularTechnology，)：498—513．
刘俊男，1974年8月出生于贵州省毕
节市．重庆邮电大学教授、博士、硕士生导师．主
要从事物理电子学方面研究．
E—mail：liujun@cqupt．edu．cn
张博男，硕士，1986年12月出生于吉林
省梅河口市．毕业于重庆邮电大学通信与信息工
程学院．主要研究方向为无线网络技术．
E—mail：xuan7xuan—lg@yahoo．coin．cn优领域
Copyright &当前所在位置： >
热门微信号：
史上最全的LTE葵花宝典(二)
作者： 浏览数：0 用手机扫描二维码
阅读，只需一秒。精彩，尽在掌握！▊40 LTE如何进行功率配比?LTE网络中基站的发射功率是平均到每个子载波,即子载波均分基站的发射功率,因此,每个子载波的发...
▊40 LTE如何进行功率配比？LTE网络中基站的发射功率是平均到每个子载波，即子载波均分基站的发射功率，因此，每个子载波的发射功率受到配置的系统带宽的影响（5M,10M,…），带宽越大， 每个子载波的功率越小。LTE通过配置PA,PB两个功率相关参数进行功率调整，PA,PB与ρA，ρB的关系如下：其中：ρA：表征没有导频的OFDM symbol的数据子载波功率和导频子载波功率的比值;ρB：表征有导频的OFDM symbol的数据子载波功率和导频子载波功率的比值。1）业务信道功率配比（由参考信号功率计算PDSCH功率）目前推荐使用PA=-3dB，PB=1（ PA,PB都通过RRC信令下发，两天线时PA= ρA， ρB使用上表计算，便可计算出PDSCH功率）的方案（即有导频的符号上，导频的功率占1/3）能够使得网络性能最优，并且能够使得Type A和Type B两类符号上的导频功率与业务信道功率相当。对于有特殊要求的场景，如边缘速率要求较低的农村场景，可以考虑使用PB=2或3，来增强覆盖，达到动态控制覆盖半径的目的。2）控制信道功率配比PDCCH,PHICH,PCFICH,PBCH,主同步信道，辅同步信道 功率是通过配置与参考信号的偏移进行设置。在20Mhz带宽，2*20w天线配置的情况下，下行功率默认配置为：PA=-3,PB=1,RS=15dBm。▊41 什么是LTE的ANR（Automatic Neighbor Relationship）功能？启用ANR功能是否可以不做邻区规划？随着无线网络的不断发展，网络的管理维护面临着海量网元、异系统、多厂商等多重挑战，网络运营商维护的复杂度、技术要求和成本大幅上升。为应对这一局面，业界提出了SON（Self-Organization Network）的构想。SON包括自配置（Self-Configuration）、自优化（Self-Optimization）、自诊断（Self-Healing）等方面。邻区关系是网络自配置和自优化的重点工作，包括两大类：正常邻区关系和非正常邻区关系。非正常邻区关系存在的问题多表现在邻区漏配，PCI冲突和非正常邻区覆盖。ANR（Automatic Neighbor Relationship）功能能自动发现漏配邻区，并自动检测PCI冲突和自动评估非正常邻区覆盖，维护邻区列表的完整性和有效性，减少非正常邻区切换，从而提高网络性能，还可以避免人工操作，减少网络的运维成本。ANR功能并不能完全取代初始网络的邻区规划。因此，即使确认要开启ANR功能，在初始网络设计阶段，邻区规划工作还是必须要完成的。▊42 LTE的小区搜索小区搜索是UE实现与E-UTRAN下行时频同步并获得服务小区的过程。小区搜索分两个步骤：第一步：UE解调主同步信号实现符号同步，并获得小区组内ID；第二步：UE解调次同步信号实现符号同步，并获得小区组ID。初始化小区搜索过程如下：1）UE上电后开始进行初始化小区搜索，搜寻网络。一般而言，UE第一次开机时并不知道网络的带宽和频点。2）UE会重复基本的小区搜索过程，遍历整个频带的各个频点尝试解调同步信号。（这个过程比较耗时，但一般对此的时间要求并不严格，可以通过一些方法缩短以后的UE初始化时间，如UE储存以前的可用网络信息，开机后优先搜索这些网络）。3）一旦UE搜寻到可用网络并与网络实现时频同步，获得服务小区ID，即完成小区搜索。UE将解调下行广播信道PBCH，获得系统带宽，发射天线数等信息。完成以上过程后，UE解调下行控制信道PDCCH，获得网络指配给这个UE的寻呼周期。然后在固定的寻呼周期中从IDLE态醒来解调PDCCH，监听寻呼。如果有属于该UE的寻呼，则解调指定的下行共享信道PDSCH资源，接收寻呼。▊43 LTE 的KPI体系架构LTE的KPI包括Radio Network KPI和Service KPI两大类。1）Radio Network KPI关注于无线网络性能。2）Service KPI关注于终端用户感受。LTE的KPI体系架构如下图：▊44 LTE的切换种类一、根据切换触发的原因，LTE的切换可分为：基于覆盖的切换、基于负载的切换和基于业务的切换。1）基于覆盖的切换：用来保证移动期间业务的连续性，这是切换的最基本作用，每种通信制式都类似。2）基于负载的切换：考虑到实际环境中由于用户及业务分布不均匀，导致有的小区负载很重，但周边小区负载较轻，这时就可以通过基于负载的切换，把业务分担到周边负载较轻的小区，实现负荷的分担。这一点和UMTS有些不同，在UMTS中，基本不用同频负载平衡功能，更多的是通过异系统和异频负载均衡来进行负荷分担。当然，在存在异频和异系统情况下，LTE也可以支持异频异系统的负荷分担功能。3）假设UMTS和LTE共存，为了保证LTE系统为高速率数据业务服务，可以采用基于业务切换的功能，把语音用户切换到UMTS网络。这个功能在UMTS中也支持，可以把语音用户切换到GSM，而UMTS主要提供数据业务功能。二、根据切换间小区频点不同与小区系统属性不同，LTE切换可分为：同频切换、异频切换、异系统切换（协议支持向UMTS、GSM/GPRS/EDGE以及CDMA2000/EvDo的切换）。▊45 LTE中有哪些类型测量报告？LTE主要有下面几种类型测量报告：1.Event A1 (Serving becomes better than threshold)：表示服务小区信号质量高于一定门限，满足此条件的事件被上报时，eNodeB停止异频/异系统测量；类似于UMTS里面的2F事件；2.Event A2 (Serving becomes worse than threshold)：表示服务小区信号质量低于一定门限，满足此条件的事件被上报时，eNodeB启动异频/异系统测量；类似于UMTS里面的2D事件；3.Event A3 (Neighbour becomes offset better than serving)：表示同频邻区质量高于服务小区质量，满足此条件的事件被上报时，源eNodeB启动同频切换请求；4.Event A4 (Neighbour becomes better than threshold)：表示异频邻区质量高于一定门限量，满足此条件的事件被上报时，源eNodeB启动异频切换请求；5.Event A5 (Serving becomes worse than threshold1 and neighbour becomes better than threshold2)：表示服务小区质量低于一定门限并且邻区质量高于一定门限；类似于UMTS里的2B事件；6.Event B1 (Inter RAT neighbour becomes better than threshold)：表示异系统邻区质量高于一定门限，满足此条件事件被上报时，源eNodeB启动异系统切换请求；类似于UMTS里的3C事件；7.Event B2 (Serving becomes worse than threshold1 and inter RAT neighbour becomes better than threshold2)：表示服务小区质量低于一定门限并且异系统邻区质量高于一定门限，类似于UMTS里进行异系统切换的3A事件。▊46 LTE同频切换触发判决条件是什么？LTE同频切换通过A3事件进行触发，即邻区质量高于服务小区一定偏置。参照3GPP 36.331规定的A3事件的判决公式为：触发条件：Mn + Ofn + Ocn – Hys & Ms + Ofs + Ocs + Off；取消条件：Mn + Ofn + Ocn + Hys﹤Ms + Ofs + Ocs + Off；其中：Mn是邻区测量结果；Ofn是邻区的特定频率偏置；Ocn是邻区的特定小区偏置，也即CIO。该值不为0，此参数在测量控制消息中下发。eNodeB将根据小区负载情况临时修改邻区与服务小区的CIO，触发基于负载的同频切换；Ms是服务小区的测量结果；Ofs是服务小区的特定频率偏置；Ocs是服务小区的特定小区偏置；Hys是迟滞参数；Off是A3事件的偏置参数，用于调节切换的难易程度，取正值时增加事件触发的难度，延迟切换；取负值时，降低事件触发的难度，提前进行切换；触发A3事件的测量量可以是RSRP或RSRQ。下图给出了A3事件触发过程中的一个示意图：▊47 LTE同频切换的信令流程LTE同频切换可分为：(1) eNodeB内切换；(2) 同MME内异eNodeB通过X2切换；(3) 同MME内异eNodeB通过S1口切换；(4) 跨MME异eNodeB通过X2口切换；(5) 跨MME异eNodeB通过S1口切换。同MME异eNodeB间的同频切换信令流程如下：1. 在无线承载建立时，源eNodeB下发RRC Connection Reconfiguration至UE，其中包含Measurement Configuration消息，用于控制UE连接态的测量过程；2. UE根据测量结果上报Measurement Report；3. 源eNodeB根据测量报告进行切换决策；4. 当源eNodeB决定切换后，源eNodeB发布Handover Request消息给目标eNodeB，通知目标eBodeB准备切换；5. 目标eNodeB进行准入判决，若判断为资源准入，再由目标eNodeB根据EPS(Evolved Packet Sysytem)的QoS信息执行准入控制；6. 目标eNodeB准备切换并对源eNodeB发送Handover Request Acknowledge消息；7. 源eNodeB下发RRC Connection Reconfiguration包含mobilitycontrolInformation至UE，指示切换开始；8. UE进行目标eNodeB的随机接入过程，完成UE与目标eNodeB之间的上行同步；9. 当UE成功接入目标小区时，UE发送RRC Connection Reconfiguration Complete给目标eNodeB，指示切换流程已经结束，目标eNodeB可以发送数据给UE了；10. 执行下行路径数据转换过程；11. 目标eNodeB通过发送UE Context Release消息通知源eNodeB切换成功，并触发源eNodeB的资源释放；12. 收到UE Context Release消息，源eNodeB将释放UE上下文相关的无线资源与控制面资源，至此切换结束。下图是同MME异eNodeB间的同频切换信令流程图：对于无X2接口的同MME的异eNodeB切换，上图中两eNodeB间的交互信令以及缓存的转发数据通过间接通道S1接口进行传输；对于有X2接口的跨MME的异eNodeB切换，上图中两eNodeB间的交互信令将由S1接口和核心网间接传输，数据转发由X2接口进行；对于无X2接口的跨MME的异eNodeB切换，上图中两eNodeB间的交互信令以及转发数据将通过S1接口以及核心网间接进行传输。▊48
LTE的测量GAP介绍测量GAP就是让UE离开当前的频点到其它频点测量的时间段，主要用于异频异系统测量。由于UE通常都只有一个接收机，同一时刻只能在一个频点上接收信号。在进行异频异系统切换之前，首先要进行异频异系统测量。在3G里这种情况称作起压模。其实这二者道理是一样的，都是留出一段时间让UE去其它频点进行测量，不同的是对于3G，在压模情况下，采用扩频因子减半和高层调度的方式来避免对业务的影响，在LTE中则是通过良好的调度设计来避免。当异频或异系统测量被触发后，eNodeB将下发测量GAP相关配置，UE按照eNodeB的配置指示启动测量GAP，如下图所示。当基于覆盖或基于业务的测量GAP同时存在时，eNodeB会根据不同的触发原因，记录这些不同的测量，这些不同的测量成为测量GAP成员。测量GAP的成员可共用测量GAP配置。只有当测量GAP的成员全部停止时，UE才会停止测量GAP。LTE测量GAP图示如下：▊49 LTE中有那些场景触发随机接入？随机接入是UE开始与网络通信之前的接入过程，由UE向系统请求接入，收到系统的响应并分配随机接入信道的过程。随机接入的目的是建立和网络上行同步关系以及请求网络分配给UE专用资源，进行正常的业务传输。在LTE中，以下场景会触发随机接入：场景1: 初始RRC连接建立，当UE从空闲态转到连接态时，UE会发起随机接入。场景2: RRC连接重建，当无线链接失败后，UE需要重新建立RRC连接时，UE会发起随机接入。场景3: 当UE进行切换时，UE会在目标小区发起随机接入。场景4: 下行数据到达，当UE处于连接态，eNodeB有下行数据需要传输给UE，却发现UE上行失步状态（eNodeB侧维护一个上行定时器，如果上行定时器超时，eNodeB没有收到UE的sounding信号，则eNodeB认为UE上行失步）,eNodeB将控制UE发起随机接入。场景5: 上行数据到达，当UE处于连接态，UE有上行数据需要传输给eNodeB，却发现自己处于上行失步状态(UE侧维护一个上行定时器，如果上行定时器超时，UE没有收到eNodeB调整TA的命令，则UE认为自己上行失步)，UE将发起随机接入。▊50 LTE的随机接入基本流程1、LTE的随机接入分为竞争的随机接入和非竞争的随机接入。1）基于竞争的随机接入接入前导由UE产生，不同UE产生的前导可能冲突，eNodeB需要通过竞争解决不同UE的接入（适用于触发随机接入的所有五种场景情况）。2）基于非竞争的随机接入接入前导由eNodeB分配给UE，这些接入前导属于专用前导。此时，UE不会发生前导冲突。但在eNodeB的专用前导用完时，非竞争的随机接入就变成基于竞争的随机接入（仅适用于触发随机接入的场景3、场景4两种情况）。2、随机接入的基本流程如下：1）UE将自身的随机接入次数置为1。2）UE获得小区的PRACH配置。基于竞争的随机接入。UE读取系统消息SIB2中的Prach-ConfigurationIndex消息得到小区PRACH配置。基于非竞争的随机接入。由eNodeB通过RRC信令告知UE小区的PRACH配置。3）UE向eNodeB上报随机接入前导。4）eNodeB给UE发过随机接入响应。3、基于竞争的随机接入基于竞争的随机接入，接入前导由UE产生，不同UE产生前导可以冲突，eNodeB需要通过竞争解决不同UE的接入。基于竞争的随机接入流程图:4、基于非竞争的随机接入与基于竞争的随机接入过程相比，基于非竞争的接入过程最大差别在于接入前导的分配是由网络侧分配的，而不是由UE侧产生的，这样也就减少了竞争和冲突解决过程。但在eNodeB专用前导用完时，非竞争的随机接入就变成了基于竞争的随机接入。基于非竞争的随机接入流程图:5、随机接入回退在LTE系统中，RACH的过载控制要求相对于以前的移动通信系统要宽松，这是因为在LTE中，随机接入占用单独的时频资源，不会对其它上行信道产干扰。一般情况下RACH的碰撞概率处在一个相对较低的水平，但也会因为在一个PRACH上接入的UE过多，导致UE发生前导碰撞而接入失败。为了降低这种情况发生的可能性，LTE中引入回退机制，控制UE进行前导重传的时间。eNodeB通过随机接入响应告知UE一个回退值，UE如果需要进行前导重传，则在0到这个回退值之间随机选择一个值作为退避时间，在退避时间结束后再进行前导重传。但以下两种情况不会执行回退机制：UE在首次进行前导传输时，不会执行回退机制；基于非竞争随机接入的UE在进行前导重传时也不会执行回退机制。▊51 RA-RNTI和C-RNTI的区别RA-RNTI - Random Access Radio Network Temporary IdentifierC-RNTI – Cell Radio Network Temporary IdentifierUE发起随机接入时，UE本身可能在RRC_Connected状态或者开始从RRC_IDLE状态到RRC_Connected的迁移。对于前者网络侧已经为UE分配了固定的C-RNTI，而后者网络侧还未分配任何RNTI给UE。这样对于随机接入Preamble后的网络响应，在分配给UE TA和UL Grant之外，还需要分配给UE相关的RNTI。考虑到UE状态的不同，网络在此时为随机接入的UE分配了RA-RNTI，并不考虑UE此时的状态。随机接入的RA-RNTI在网络侧对UE Preamble的响应时发出，UE在之后的上行消息发送中使用RA-RNTI，网络侧通过RA-RNTI识别区分不同UE发送的消息。▊52 LTE RRC连接建立的原因分类与UMTS类似，LTE在建立RRC连接时，RRC Connection Request消息中会携带具体建立原因。与UMTS的十几种原因相比，LTE中协议目前只规定了下面5种原因：I. MO (Mobile Originating) – signaling；II. MO – data；III. MT (Mobile Terminating) – access；IV. Emergency；V. highPriorityAccess。下表给出了NAS过程以及NAS呼叫类型与RRC连接建立原因的关系：▊53 LTE 无线承载介绍在LTE系统中，一个UE到一个P-GW(PDN-Gateway)之间，具有相同QoS待遇的业务流称为一个EPS (Evolved Packet System)承载，如下图所示。EPS承载中UE到eNodeB空口之间的一段成为无线承载RB；eNodeB到S-GW (Serving Gateway)之间的一段称为S1承载。无线承载与S1承载统称为E-RAB （Evolved Radio Access Bearer）。无线承载根据承载的内容不同分为SRB (Signaling Radio Bearer)和DRB (Data Radio Bearer)。SRB承载控制面（信令）数据，根据承载的信令不同分为以下三类SRB：I. SRB0承载RRC连接建立之前的RRC信令，通过CCCH逻辑信道传输，在RLC层采用TM模式；II. SRB1承载RRC信令(可能携带一些NAS信令)和SRB2建立之前的NAS信令，通过DCCH逻辑信道传输，在RLC层采用AM模式；III. SRB2承载NAS信令，通过DCCH逻辑信道传输，在RLC层采用AM模式。SRB2优先级低于SRB1，在安全模式完成后才能建立SRB2。DRB承载用户面数据，根据QoS不同，UE与eNodeB之间可同时最多建立8个DRB。▊54 LTE功率控制的作用和目的简单来讲，功率控制就是在一定范围内，用无线方式来改变UE或者eNodeB的传输功率，用于补偿信道的路径损耗和阴影衰落，并抑制小区间干扰。LTE功率控制的主要作用和目的如下所述：1. 保证业务质量功率控制通过调整发射功率，使业务质量刚好满足BLER(Block Error Rate)要求，避免功率浪费。2. 降低干扰LTE干扰主要来自邻区，功率控制可减小对邻区的干扰。3. 降低能耗上行功率控制减少UE 电源消耗，下行功率控制减少eNodeB 电源消耗。4. 提升覆盖与容量下行功率控制为不同UE 分配不同功率来满足系统覆盖要求，扩展小区覆盖范围；另外，通过最小化分配在每个UE 上的发射功率使其刚好满足SINR（Signal to Interference plus Noise Ratio）要求，提高系统容量。
由于对邻区的干扰主要来自边缘用户，上行功率控制采用部分路损补偿FPC（Fraction Power Compensate）降低对邻区干扰，提升网络容量。▊55 LTE功率控制的分类简介从范围来看，LTE的功控可以分为小区间功控和小区内功控。从控制方向看，LTE的功控可以分为上行功控和下行功控。其中上行功率控制用于上行物理信号和信道的功率，包括：1. Sounding reference signal2. PRACH（Physical Random Access Channel）3. PUSCH（Physical Uplink Shared Channel）4. PUCCH（Physical Uplink Control Channel）而下行功率控制则用于下行物理信号和信道的功率，包括：1. Cell-specific Reference Signal2. Synchronization Signal3. PBCH（Physical Broadcast Channel）4. PCFICH（Physical Control Format Indicator Channel）5. PDCCH（Physical Downlink Control Channel）6. PDSCH（Physical Downlink Shared Channel）7. PHICH（Physical HARQ Indication Channel）LTE在实现功率控制时，可采用以下两种方式：1.均匀分配功率（下行）：对所有UE， PDSCH （PDCCH、PHICH）的EPRE相同；2.非均匀分配功率（上行/下行）：以一定准则调节eNodeB或UE的发射功率。▊56 简述LTE上行PUSCH功率控制实现机制PUSCH功控可以降低对邻区的干扰和提高小区吞吐量，保证小区边缘用户的速率。每个UE的PUSCH发射功率计算公式如下：i：第i个上行子帧：UE最大发射功率：调度器分配给PUSCH的RB个数，即第i个上行子帧的PUSCH传输带宽：PUSCH参考TF格式，eNodeB所期望的目标信号功率：功率补偿因子：UE 估计的下行路径损耗，通过RSRP 测量值和Cell-specific RS 发射功率获得：为不同的MCS 格式相对于参考MCS 格式的功率偏置值： 为UE 的PUSCH 发射功率的调整量，由PDCCH 中的TPC 信息映射获得。由eNodeB 决定，体现了达到PUSCH 解调性能要求时，eNodeB 期望的接收功率水平。=+其中，表示正常进行PUSCH 解调，eNodeB 所期望的PUSCH 发射功率水平。为UE相对于的功率偏置，反映了UE 等级、业务类型以及信道质量对不同UE的PUSCH发射功率的影响。PUSCH初始功率设置在UE 接入或切换入新小区之初，功率控制算法所需的各个测量量可能尚未准备好，这时根据为小区配置的标称功率设置PUSCH发射功率，以保证小区边缘用户成功接入小区。PUSCH功率调整在业务的持续过程中，需要跟踪大尺度衰落（路径损耗、阴影衰落），并周期性地动态调整发射功率，以满足信道质量的要求，这就是PUSCH 功率调整目的。基于PUSCH 上所承载的业务类型不同，PUSCH 上的调度方式分为半静态调度和动态调度。针对这两种调度方式，PUSCH 功率调整采用不同策略。动态调度下的SINR_target调整与半静态调度下的IBLER_target调整请参考协议[TS36.213]。▊57 简述LTE上行PUCCH功控机制PUCCH发射功率计算公式如下： [dBm]i ：第i个上行子帧：UE最大发射功率：eNodeB所期望的目标信号功率：UE 估计的下行路径损耗，通过RSRP 测量值和Cell-specific RS 发射功率获得：由PUCCH 格式决定。nCQI 为CQI 的信息比特数，nHARQ 为HARQ的信息比特数。反映PUCCH 上的CQI 比特数以及HARQ 信令比特数对功率的影响。：反映PUCCH 不同的传输格式对发射功率的影响。：为UE 的PUCCH发射功率的调整量，由PDCCH 中的TPC 信息映射获得由eNodeB 决定，体现了达到PUCCH 解调性能要求时，eNodeB 期望的接收： =
+功率水平，表示对参考TF 格式，eNodeB 期望的目标信号功率水平。为UE 相对（小区级）的功率偏置，反映了UE 等级、业务类型以及信道质量对不同UE 的PUCCH 发射功率的影响。▊58 简述LTE PRACH的功控机制PRACH的发射功率计算公式如下：：UE最大发射功率：表示当PRACH 前导格式为0时，在满足前导检测性能时，eNodeB 所期望的目标功率水平。：UE 估计的下行路径损耗，通过RSRP 测量值和Cell-specific RS 发射功率获得。：表示当前配置的前导格式基于前导格式之间的功率偏置值：表示UE在随机接入过程成功结束之前发送前导的总次数，不能超过最大前导发送次数：表示前导功率攀升步长。基本过程：eNodeB 设置初始值前导的期望接收功率，UE根据RS功率计算路损，eNodeB 通过系统消息将、下发到UE，UE根据这信息以及计算得到随机接入前导发射功率，如果前一个RA过程，UE没有获得RA相应，则增加一个步长，抬升PRACH功率。▊59 LTE SRS是如何实现功率控制的？SRS（Sounding Reference Signal）用于上行信道估计和上行定时。SRS 功率控制目的是提高上行信道估计和上行定时的精度。开环功控：SRS开环参数的设置，等同于PUSCH功控（针对动态调度）；内环功控：SRS闭环命令依赖PUSCH，Sounding RS本身并没有特殊处理。根据Sounding RS相对于PUSCH的功率偏置值和PUSCH的参数设置SRS发射功率（用于eNodeB测量SINR）。SRS功率计算公式：：UE最大发射功率：表示SRS传输带宽：SRS 相对于PUSCH 的功率偏置。根据MCS 格式差异对UE发射功率的影响。：为PUSCH动态调度时的对应值：功率补偿因子：UE 估计的下行路径损耗，通过RSRP 测量值和Cell-specific RS 发射功率获得：为UE 的PUSCH 发射功率的调整量，由PDCCH 中的TPC 信息映射获得。▊60 下行物理信道的功控概念澄清下行功率控制分为下行功率设置和下行功率控制。1.下行功率设置对于Cell-specific Reference Signal、Synchronization Signal、PBCH、PCFICH 以及承载小区公共信息的PDCCH、PDSCH，其发射功率需保证小区的下行覆盖，采用固定功率设置。2.下行功率控制对于PHICH 以及承载UE 专用信息的PDCCH、PDSCH 等信道，其功率控制要在满足用户的QoS 同时，降低干扰、增加小区容量和覆盖，采用动态功率控制。▊61 在PHICH/PDCCH上如何进行功控PDCCH的发射功率由参考DCI格式的发射功率和传输格式的偏置值组成，对不同类型的PDCCH分别设置功率（将PDCCH分为三类：上行授权，下行调度和TPC联合编码）。PDCCH/PHICH的功控：开环功控：初始设置PDCCH/PHICH发射功率内环功控，根据CQI闭环调整功率，适应路径 损耗和阴影衰落的变化外环功控，由PDCCH BLER/PHICH BER测量值,对SINR目标值进行调整如下图所示：本文作者：华为 源于网络编辑/网优雇佣军 微信订阅号：hr_opt通信路上，一起走！
手机版地址：
微信号：hr_opt
移动通信技术第一自媒体.专注技术、关注前沿、分享通信人的生活!
TA的热门文章
推荐互联网微信帐号
热门文章排行
(), All rights reserved 京ICP备号-12