LTE系统切换问题研究

杨学辉，黄丹，江志军

（中兴新思教育，深圳518000）

LTE系统切换问题研究

杨学辉，黄丹，江志军

（中兴新思教育，深圳518000）

【摘要】随着LTE无线网络的逐步规模化，未来几年，我国移动通信将全面进入LTE时代。在此背景下，需要加强针对LTE网络优化方面的研究，为即将到来的LTE大规模网络建设做好技术准备，而切换性能的优化是网络优化中的重要工作之一。文章研究了LTE系统的切换方式、切换流程及切换的相关参数，并对LTE网络优化中关于切换工程案例的问题进行了简析。

【关键词】LTE；网络优化；切换；MME

1　LTE切换概述

LTE系统可以采用快速硬切换方法实现不同频段之间以及各系统间的切换，从而更好地实现地域覆盖和无缝切换，并且实现与现有3GPP和非3GPP的兼容。软切换由于设备复杂度高、定时难度大，会带来较高处理能力的需求，因而未被采用。[1]

切换过程一般分为4个步骤：测量、上报、判决和执行，且接收功率、误比特率和链路距离等参数作为测量标准来进行理论上的估计和相应的处理。[2]LTE系统的切换是UE辅助的硬切换，在TD-LTE切换中导频信号在一个特殊的时隙上进行传输，而FDD-LTE系统中导频信道则占用一整个帧长度。基于导频信道的测量标准对于TD-LTE来说并不是那么精确，因此还需要结合信道质量、UE的位置和导频信号强度来进行。

2　LTE系统切换类型

LTE系统中的切换均为硬切换，与CDMA系统的软切换不同，在LTE系统中不存在空闲切换和接入切换的概念，统一称为小区重选。LTE系统切换的类型主要可以分为如下几类，如图1所示。

图1　LTE切换分类

1）LTE系统的切换方式根据组网形式可以分为：

（1）频内切换：同频组网时，切换的目标小区与服务小区位于相同的频段。启动频内切换测量，不需要Gap测量。可能同站，也可能异站。

（2）频间切换：异频组网时，切换的目标小区与服务小区位于不同的频段，可能是EUTRAN内的切换（站内切换、同一MME下的站间、不同MME下的站间），也可能是系统间的切换。需要启动频间切换测量，需要Gap测量。

2）根据触发原因：

（1）基于覆盖的切换：如下图2（a）和2（b），A为源小区，B为邻区，A的覆盖范围不包括B。UE从A小区移向B小区时发生的切换，此时源小区信号质量越来越差，邻区信号质量越来越好，如图3所示。图2（a）中A和B可以异频，也可以同频组网。图2（b）中A和B要异频组网，应用场景如A为室外宏小区，B为家庭基站，A不能切入B，B可以切入A。

图2　（a）覆盖区域在地理上相交的相邻关系示意图

图2　（b）覆盖区域在地理上包含的相邻关系示意图

图3　基于覆盖的切换信号强度示意图

（2）基于负荷的切换：负荷控制触发的强制切换、负荷均衡触发的切换，与覆盖区域信号质量无关，一般在密集城区高吞吐量场景下增加覆盖区域的容量而设计的，如图4（a）、4（b）、4（c）所示，此时小区A与小区B必须要异频组网。

图4　（a）同覆盖关系示意图

图4　（b）包含关系示意图

图4　（c）被包含关系示意图

（3）基于业务的切换：对于某些特殊业务，LTE建网初期可能无法满足，比如核心网没有IMS，不能提供语音服务，那么可以切换到2G或3G网络中。

（4）基于UE移动速度的切换：LTE专门针对高速移动用户，设计高速小区。高速移动用户需要高速小区提供有保证的服务，移动终端在高铁等高速移动场景下，可以切换到周围的高速小区中。

3）根据网络拓扑结构：

（1）eNB之内：站内多小区时，在地理上连续覆盖，彼此应该互为邻区。UE在同站小区间移动发生的切换信令流程比较简单，时延自然较小。不需要通过X2口发送切换准备消息，也不用在核心网和基站间发送切换相关的一系列消息，小区间的信息交互如切换请求、应答、下行数据转发都在基站内部的板间进行。

（2）同一MME不同eNB间：需要X2口完成站间信息交互，需要S1口完成路径改变相应消息的传递。

（3）不同MME不同eNB间：切换准备消息不是通过站间X2口交互，而是各站与自己所属的MME交互，然后源MME与目标MME间交互切换请求和应答。[3]

4）根据是否下发测量：

（1）基于测量事件的切换：基站依据UE测量上报的邻区信息发起切换。

（2）盲切换：UE收到来自核心网的“MobilityFrom EUTRACommand”如果用于切换目的，UE按照该消息中指定的目标网络类型，切换到GERAN或者UTRA。基站不需要UE提供测量报告。

3　LTE系统切换流程

基于上述对LTE系统切换的描述，按照网络拓扑结构的切换方式分类，切换的流程在网元交互部分会有所区别，具体切换流程有如下三种方式：

1）同站切换与异站切换方式

同站切换与异站切换流程大致相同。只是异站切换时源站点与目标站点之间的切换准备消息在同站切换时不再通过X2口传输，而是站内的板间信息交互，源eNB与核心网的路径改为目标eNB与核心网之间，具体流程见图5。[4]

图5　同站切换流程图

2）同一MME下同频异站切换方式

同一MME下同频不同基站之间的切换控制信令由源基站与目标基站之间交互实现，MME不参与切换控制，具体流程见图6。

图6　同一MME下同频异站切换协议流程

3）不同MME下同频异站切换方式

跨MME同频异站切换控制信令需要源MME与目标MME交互实现，具体流程见图7。

图7　不同MME下同频异站切换的协议流程

4　LTE切换参数解析

图8是基于覆盖的异站切换测量的信号强度变化示意图。

图8　基于覆盖的异站切换信号强度变化示意图

基于覆盖切换相关参数可分为3类：门限、迟滞及定时器、个性化切换补偿。其具体功能如下：

门限：评价信号质量好坏的基础和门槛。A5事件

用的是绝对门限，A3事件用的是相对门限。

迟滞及定时器：对于事件判决（无论是进入还是退出）起作用。迟滞总是从比较判决的不等式上起到延缓事件进入或退出的作用，提高判决的可靠性，与门限配合使用。而定时器所起的延缓作用与门限值无关，是从时间上考察保持某种状态的持久性，包括进入和退出事件，以提高事件上报的可靠性和准确性。

个性化切换补偿：直接对服务小区或者邻小区的补偿，补偿量为正值时，加在服务小区测量值上起到限制切换发生的目的，加在邻小区测量值上起到促进切换发生的目的。另外个性化切换补偿可以设为与特定频率、特定小区相关。例如Ofs、Ofn和Ocs、Ocn。服务小区可以与某些特定小区配置个性化的Ocn和Ofn，Ocn和Ofn取正值时促进UE更容易切换到这些小区。

小区一旦部署好，Ocs、Ocn就是确定的值。如果在网络规划时将当前服务小区的Ofs、Ocs值和邻区的Ofn、Ocn值设置成相同值，那么A3事件进入的公式就可以简化为：

如果发生乒乓切换的频率比较大就应该调整Off 和Hys的值。这样只有邻区信号条件非常好的时候才能发生切换。同样，如果这两个参数的值太大，那么邻区很难满足切换条件发生切换，那么就会对业务质量产生影响，如数据率下降、容易掉话等。[5]

根据以上分析，对于同频测量参数调整的顺序是，首先确定Ocs、Ocn的值。之后UE在切换区域移动：a.如果发生乒乓切换的频率比较高，那么调大Off的值，Off的值调到最大之后可以调整Hys的值（或者同时增大Off、Hys的值），或者同时调大timetotrigger。b.如果UE的信道质量比较差但是很难发生切换就应该调小Off、Hys的值，或者同时调小timetotrigger。重复进行上面的过程找到合适的参数取值。频内基于覆盖的切换配置中A3门限的配置需要避免过早、过晚切换的问题。基本考虑因素包括相邻小区重叠覆盖区域的大小、UE移动速度等。普通低速场景下，A3门限为正值，高速场景下A3门限甚至可以为负值。

对于A5事件的触发，两个门限值的影响更大一些，应该先确定一个较低的Thresh1和一个较高的Thresh2。在此基础之上再调整其他参数。其他接着按照A3参数调整的方法进行。对于覆盖状况较好的地区，如果希望服务小区尽量为用户提供持续服务，可以采用A5事件作为切换的测试配置事件，这样可以减少乒乓切换的次数，同时也降低因频繁切换对流量的负面影响。

1）门限

2）其他相关参数

表1　事件判断门限

5　LTE切换问题案例分析

1）切换参数优化

【问题描述】

在某地区做路段测试时，UE在小区间频繁切换，业务速率明显降低，切换的小区顺序如下：信访局_3→人民路_1→信访局_3→师大公寓_3→师大食堂_1→信访局_3→师大食堂_1→信访局_3→师大食堂_1，如图9所示。

图9　测试数据分析图（优化前）

【问题分析】

该路段存在如下5个小区信号：信访局_1 （RSRP=-101dBm）、信访局_3（RSRP=-102dBm）、人民路_1（RSRP=-105dBm）、师大食堂_1（RSRP= -103dBm）以及师大公寓_3（RSRP=-103dBm），小区之间的信号电平相当，无主覆盖小区，导致切换频繁。

【解决措施】

在不能新增站点的情况下，修改了切换的相关参数以达到减少切换的目的：

（1）a3-Offset（A3事件测量偏置）；

（2）HysteresisA3（A3事件测量迟滞）；

（3）TimeToTriggerA3（A3事件触发时延）；

（4）Cell Individual OffsetEUtran（切换个性化偏置）。

本案例中，将CellIndividualOffsetEUtran由默认0改为-3，延迟A3事件的触发，以此减少切换次数。

【处理效果】

修改参数之后，切换次数减少1次（不再切换到师大公寓_3）：信访局_3→人民路_1→信访局_3→师大食堂_1→信访局_3→师大食堂_1→信访局_3→师大食堂_1，如表3所示。

表3　优化前后参数对比

6　结束语

目前中国运营商大规模的LTE网络基本建成，组网结构也越来越复杂，在建网初期和工程维护期间不可避免的存在参数配置的问题，从而导致LTE网络的部分区域存在切换相关的问题，如在后期的LTE无线网络优化过程中经常碰到由切换引起的上网速率慢，甚至掉话的情况。尤其在日常优化问题处理的过程中，可能碰到的切换问题形式多种多样，但只要掌握切换的要旨，理解切换的参数及流程，就能拨开云雾，抓住本质，去发现问题、分析问题、解决问题。

【参考文献】

[1]姜敏敏，韩晟.TD-LTE切换问题分析与解决[J].电信工程技术与标准化，2015(28).

[2]张博，刘俊.LTE切换方法的研究概况[J].广东通信技术，2013（1）.

[3]郎为民，焦巧，王逢东.LTE内部切换研究[J].新技术，2010 (5).

[4]杨琳琳.3GPP LTE系统的切换机制研究[J].通信技术，2008(8).

[5]王映民，孙韶辉，等.TD-LTE技术原理与系统设计[M].北京:人民邮电出版社，2010.

Research on handoff problem in LTE

YANG Xue-hui, HUANG Dan, JIANG Zhi-jun
(ZTE Xinsi Education, Shenzhen, China 518000)

Abstract：With the gradual scale development of LTE wireless network, the Chinese mobile telecommunication will be the era of LTE in the coming few years. Under this background, we need to strengthen the research of LTE network optimization to make technological preparation for the coming large-scale LTE network construction. And the optimization of handoff performance is one of the important tasks in network optimization. This paper analyzes the handoff mode, process and related parameters of LTE system, and a brief analysis of the existing problems in the case.

Keywords：LTE; network optimization; handoff; MME

[作者简介]杨学辉（1980-），男，湖南永州人，中兴新思教育高级工程师，研究方向：移动通信、3G/4G技术、3G/4G无线网络优化。

[收稿日期]2015-10-25

【中图分类号】TN929.5

【文献标识码】A

【文章编号】2095-7661（2015）04-0001-06

【doi:10.3969/j.issn.2095-7661.2015.04.001】