LTE-CDMA自组织网络方案研究

吴锦莲，熊尚坤，王庆扬

（中国电信股份有限公司广东研究院 广州 510630）

1 引言

相对于传统2G移动通信系统而言，3G/LTE系统的无线网络参数更为复杂，同时异构网（HetNet）的引入使LTE无线接入网面临宏蜂窝、微蜂窝、家庭基站（HeNB）等多种站型协同工作的挑战，采用传统的人工方法进行参数配置、网络测量和优化需要投入大量的人力物力，所以，降低网络建设和维护优化的难度和复杂性是LTE发展的重要任务之一。LTE自组织网络 （SON）技术支持基站自动配置、自动优化、自我修复，对提升网络建设与维护的效率，降低OPEX具有重要意义。

LTE与传统2G/3G系统将长期共存，LTE与2G/3G系统的互操作是传统移动运营商必须解决的问题。跨接入网的自组织网络（inter RAT SON）功能通过自适应调整不同接入网的资源，可以实现不同接入网的优势互补，提高网络整体效率，改善不同系统之间的互操作性能，有效提升LTE网络部署速度，因此Inter RAT SON在R10以后成为3GPP SON研究的重要议题。

目前3GPP2已开始制定CDMA SON标准，包括LTE-CDMA SON场景(以下简称C-L SON)，在中国电信的推动下，3GPP于2012年 3月成立了 LTE-HRPD SON研究项目[1]，以制定相关标准。本文将对C-L SON的主要功能，包括自动邻区关系（ANR）、移动负载均衡（MLB）、移动顽健性优化（MRO）进行研究和分析，并探讨可能的技术方案。

2 需求场景

2.1 自动邻区关系

为实现LTE与CDMA（主要是eHRPD)两网之间的相互切换，需要在LTE小区与eHRPD小区之间建立邻区关系。ANR功能可以实现两个网络之间的自动邻区添加、删除和优化，从而减少人工配置的工作量，优化邻区关系。

一般情况下，ANR应该是双向的，即包括LTE小区自动添加eHPRD邻区、eHRPD小区自动添加LTE邻区。前者目前已有较为成熟的方案，后者由于目前eHRPD到LTE只支持非优化切换，包括空闲态的小区重选及激活态的重定向，不需要预先建立邻区关系，所以暂未考虑。

按3GPP标准方案，为实现LTE自动添加eHRPD邻区，LTE需管理3个列表：黑名单、白名单及搜索列表，其中搜索列表就是列出需要搜索的接入网（RAT）和频点。LTE对eHRPD的自动邻区管理在UE连接模式下进行，其实现过程如图1所示[2]。

（1）eNode B控制 UE在 eHRPD邻区执行相关的测量，探测相关的小区。UE上报探测到的小区PCI给eNode B，对于eHRPD来说，PCI根据PN偏置定义。

（2）eNode B收到PCI后，如PCI不在邻区关系表中，则要求终端上报PCI对应的小区全球唯一标识（CGI）。

（2b）UE从eHRPD的广播信道BCCH中读取小区全球唯一标识。

（3）UE给eNode B上报 eHRPD小区的CGI及相关信息，eNode B更新与eHRPD系统间的邻区关系表。

在（1）中，为在连接态中进行异系统测量，eNode B需要调度UE进入一小段空闲周期，以便UE可以遍历目标网络eHRPD的所有小区。在（2b）中，为在连接态中读取BCCH广播信道，同样需要调度UE进入一小段空闲周期。该过程对eHRPD系统没有额外要求，LTE系统及终端需遵循3GPP规范相关要求，对于终端来说，需支持按照eNode B的指示进行eHRPD系统测量、读取BCCH信道的CGI值并上报。

另外，关于inter-RAT邻区关系列表（NRL）信息交互的问题，最近3GPP在RAN3工作组进行了讨论，R11阶段暂不考虑LTE与其他接入网之间的NRL信息交互，由于目前eHRPD到LTE的非优切换暂不需要邻区列表，所以该决定对LTE-eHRPD的自动邻区关系以及切换功能影响不大，将来如有需要可在R12阶段讨论。

2.2 负载均衡

负载均衡通过智能地将用户流量分摊到网络的无线资源上，提供较好的终端用户体验，同时优化系统容量。负载均衡的效果与小区间的覆盖关系密切相关。一般来说小区间的重叠程度越高，负载均衡的效果越明显。LTE将与eHRPD系统重叠部署，所以相对于LTE系统内的负载均衡，LTE与eHRPD之间的负载均衡更值得关注。

负载均衡的目标是尽可能使业务在多个小区间均匀分布，或在发生业务拥塞时把部分业务从负载高的小区转移到负载低的小区，通常通过优化移动性参数或采取切换动作来实现[2]。由以下一个或多个功能组成。

·负载报告。即需要在小区之间进行负载信息交互，以判断是否有必要或是否可以实施负载均衡。

·基于切换的负载均衡。即通过切换动作将用户从负载高的小区切换到负载低的小区，避免小区过载。如当eHRPD网络负载较高，LTE网络负载较低且信号质量满足要求时，将部分用户强制切换至LTE小区，起到分担负荷的作用。

·切换/重选参数的自动调整。通过调整切换/重选参数让用户优先切换/驻留到负载低的小区。

每个功能的触发机制取决于设备的实现，标准化的重点是如何实现基站间的负载报告，即负载信息交互。在LTE系统内，主要通过X2接口实现相邻小区的负载信息交互，在LTE与其他系统之间经过S1接口承载，均对原有协议带来新的要求。3GPP已确定LTE与UMTS间的负载信息交互基于 RIM（RAN informaton management）协议，并在R10阶段完成了RIM协议的扩展，主要包括单小区报告及多小区报告，可根据负载报告门限来触发MLB事件[3]。R11阶段将引入LTE与eHRPD互操作场景，已确定需要在LTE与eHRPD之间交互负载信息报告，目前正在讨论负载报告的传递方案。

在获取eHRPD负载报告后，考虑到LTE与eHRPD重叠覆盖，需要一种算法来评估是否需要调整切换参数的设置，除通过调整小区的切换参数设置来实现负载均衡外，也可以通过给终端下发参数，让终端通过一定的优先级来选择网络[2],这种优先级可以针对整个小区的所有终端，也可以针对小区中的部分终端，让部分用户优先选择负载较轻的网络接入。

2.3 移动顽健性优化

手动配置和调整切换参数是一件非常耗费时间的事情，移动顽健性优化的主要目的是通过测量与性能统计，发现网络在移动性方面存在的问题，通过调整切换/小区重选参数，减少与切换相关的无线链路失败（RLF），并避免不必要错切、漏切对网络资源的浪费，也称为切换优化。

切换优化要基于长期的切换性能搜集和分析，如何判断切换事件是切换优化实现的关键。3GPP定义的主要事件包括以下方面。

·过晚切换：用户在源基站掉话，并选择一个不同的基站重新建立连接，即RLF发生在切换之前。

·过早切换：UE成功切换到目标小区后很快发生RLF，然后试图在源小区重新建立连接；或者UE在尝试切换到目标小区的过程中在源小区发生RLF，然后试图在源小区重新建立连接。

·切换至错误小区：UE在切换过程中或在成功切换到目标小区后很快发生RLF，然后在目标小区和源小区以外的其他小区重新建立连接。

·震荡切换：UE从上一个小区驻留到这次切换的时间过短。

3GPP在R10阶段主要关注前3种，虽然震荡切换不一定会造成掉话，但由于其在实际网络中存在更普遍且对网络资源消耗大，将是下一步关注的重点。

切换优化对UE和eNode B均有要求。过早切换、过晚切换、切换至错误小区都需要依赖UE上报RLF报告，目前在3GPP标准中RLF报告对UE来说是可选功能，相应的产品实现会相对较晚。同时也需要X2接口支持在相邻eNode B间传递RLF指示及切换报告消息[4]。

在inter-RAT场景下，由于用户在不同RAT间移动，RLF报告消息的上报会变得复杂，且不同RAT之间缺乏类似X2的直连接口，RLF指示及切换报告消息的传递也需要相应的机制支持。考虑到一般情况下LTE覆盖范围比eHRPD小，如用户从LTE移动到eHRPD网络的过程中没有及时发生切换，将会导致掉话。因此，从LTE到eHRPD过晚切换的优化是inter-RAT MRO的重点。

3 技术方案

LTE与eHRPD的负载均衡及移动性优化均需重点解决基站间的信息交互问题。交互的信息主要包括以下方面。

·负载报告：即LTE在进行负载均衡之前需要获取周围eHRPD小区的负载信息。

·移动性优化相关信息：如RLF指示、切换报告等，需要哪些信息取决于MRO类型。

信息交互的潜在方案主要包括[5]：

·基于RIM接口；

·基于LTE与eHRPD之间的直连接口；

·基于切换的接口；

·基于网管接口。

RIM主要由3GPP GREAN工作组制定，允许两个无线接入网（RAN）节点之间通过核心网来请求和传输RAN系统信息，原来用于GREAN与UTRAN之间的信息交互，后来经过扩展支持 LTE与UTRAN之间的信息交换[6]，如图2所示。目前在LTE侧EUTRAN已支持inter-RAT SON相关的RIM流程与信息。理论上RIM也可以通过类似的扩展，支持LTE与eHRPD之间的信息交互，只需要增加eHRPD相应的字段即可,如图3所示。因为如果不采用RIM而是其他协议，也要采用类似RIM的信息请求/反馈机制，反而增加了信令开销。但本方案涉及eHRPD侧对RIM的支持以及RIM协议的修改，需要3GPP与3GPP2共同确定，目前正在研究当中。

在LTE与eHRPD优化切换的系统架构中，MME与eAN之间在信令面已经定义了S101接口，支持EUTRAN接入网与eHRPD接入网之间的互操作。理论上S101可以作为承载上述RIM协议的接口，但目前S101接口主要用于处理LTE与eHRPD之间的优化切换的相关过程，包括预注册、切换信令交互等，且主要处理与UE相关的信令，而inter-RAT SON涉及小区相关的信令。

所以，从简化接口功能角度出发，在S101接口之外为inter-RAT SON设置一个专门的接口也是有可能的，即基于LTE与eHRPD之间的新的直连接口[7]。

基于网管的接口是指eURTAN与eHRPD之间通过网管接口进行SON相关信息交互，其好处是可以减少inter-RAT SON引入对已定义网元及接口功能的影响，不需要对S1接口、A接口等进行修改。对于LTE与eHRPD设备为同一厂商的情况，可以考虑通过统一网管解决，但对于存在更为普遍的不同设备厂商之间的互操作场景，网管互通实现起来是非常困难的。

综合上述分析，通过扩展已有RIM协议支持inter-RAT SON相关信息交互是较为理想的方案，而RIM协议是通过已有S101接口还是引入一个新的直连接口来承载，是需要进一步研究的问题。

信息交互接口和协议一旦确定，不仅可以用于承载与LTE-CDMA SON功能相关的信息，还可以用于承载与LTE-CDMA节能 （ES）相关的信息，将大大提高LTE与CDMA接入网间互操作的灵活性。

4 结束语

在LTE与CDMA网络共存的情况下，跨LTE与CDMA网络的inter-RAT SON是一个值得研究的课题，相关功能包括自动邻区关系、负载均衡、切换优化等。其中从LTE到CDMA的自动邻区关系功能已基本具备。负载均衡在LTE与CDMA重叠覆盖场景中，对于均衡两个网络的数据流量、提升网络整体性能具有重要意义。跨接入网的切换优化包括很多场景，综合考虑需求和实现难度，可优先解决从LTE到eHRPD的过晚切换问题。负载均衡和切换优化需重点解决两种制式基站间的信息交互问题，技术方案需综合考虑实现难度、对已有标准的影响等因素，并从3GPP、3GPP2两方面来推动相关标准的制定。

1 3GPP RP-120380.New SID Proposal:LTE-HRPD Inter RAT SON,2012

2 3GPP TS 36.300 V9.7.0.E-UTRA and E-UTRAN;Overall Description;Stage 2,(Release 10)

3 3GPP R3-102269 Release 10.Enhancements for Inter-RAT Cell Load Reporting,2010

4 3GPP TS 36.423 V10.1.0.X2 Application Protocol(X2AP),2011

5 3GPP.Report of 3GPP TSG RAN WG3 Meeting#77,2012

6 3GPP TS 23.401.GeneralPacketRadio Service (GPRS)Enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network(E-UTRAN)Access(Release 8)

7 3GPP R3-121754.Proposed Architecture for LTE-HRPD iRAT SON,2012