高速场景下LTE与eHRPD非优化切换策略

饶海　邓志勇　侯舜生　郑锦鹏

摘要：随着LTE技术发展，LTE网络运用于各种场景，在建设过程中由于覆盖不足会影响用户的感知效果，为了研究高速场景下LTE与eHRPD非优化切换策略，主要介绍了非优化切换技术原理，通过实测分析，对高速场景下的LTE与eHRPD非优化切换进行切换策略研究验证，进而提升网络的服务质量，为优化者提供非优化切换操作建议。

关键词：LTE eHRPD 高速场景 非优化切换

1 引言

目前LTE网络建设如火如荼，网络覆盖已经日趋成熟，高速场景下的LTE网络覆盖已成为建设的重要组成部分。按照国际电联定义的4G网络，在高速移动的场景下下行速率应达到100 Mbps，如何在高速场景下为移动用户提供更快的数据体验速率和无缝非优化切换，已经成为运营商运营移动通信网的重大挑战之一[1]。

本文对LTE网络建设初期在高速场景下的LTE与eHRPD切换优化进行研究论证，通过提升切换成功率和LTE网络上驻留时长等手段来提升高速场景下用户的高速数据业务感知。

2 非优化切换技术原理

在3GPP协议标准中，LTE和eHRPD网络之间的切换分为非优化切换和优化切换[2-4]。优化切换方式的切换时延可以小于1 s，但需要在原有的网络架构中新增信令接口S101和数据接口S103，由于投资变大，运营商没有采用，目前的大部分设备都不支持优化切换方式。非优化切换方式由于不需要增加其他接口与硬件设备，对网络变动较小，且切换时延约6～7 s，大致能满足目前大多数的非实时业务需求，所以被运营商普遍采用。

eHRPD与LTE的非优化互操作当前阶段主要支持的场景有：LTE激活态向eHRPD系统切换；LTE空闲态重选到eHRPD；eHRPD空闲态（Dormant）重选到LTE。目前暂不支持eHPRD激活态主动发起向LTE的切换。本文主要讨论非优化切换方案中LTE激活态向eHRPD系统切换优化的研究论证[5-7]。

2.1 LTE到eHRPD非优化激活切换原理及参数

LTE到eHRPD的非优化激活切换有基于A2事件和基于B2事件两种，中兴和爱立信厂家的LTE设备支持A2和B2事件两种切换，华为厂家的LTE设备仅支持A2事件切换。

（1）基于A2事件的LTE激活态向eHRPD非优化切换原理：当UE测量LTE网络的RS信号强度（RSRP值）低于A2事件门限值时（建议：-121 dBm），UE将上报A2事件，eNodeB收到UE上报的A2事件后会下发RRC Connection Release消息触发LTE激活态到eHRPD的非优化切换。如图1所示：

（2）基于B2事件的LTE激活态向eHRPD非优化切换原理：当UE测量LTE网络的RS信号强度（RSRP值）低于B2门限值1（b2-Threshold 1）且eHRPD的导频信号强度（Ec/Io）高于B2门限值2（b2-Threshold 2）时，UE将上报B2事件，eNodeB收到B2事件后会下发RRC Connection Release消息触发LTE激活态到eHRPD的非优化切换[8]。

LTE到eHRPD激活态切换参数的设置直接影响切换快慢和切换成功率。基于A2或B2事件非优化切换的主要参数如表1所示：

2.2 高速场景非优化切换操作策略

（1）影响高速场景非优化切换因素

高速环境的移动网络建设基本沿着高速公路/铁路，现网LTE采用1.8G建设，eHRPD采用800M建设，所以初期高速场景下eHRPD覆盖要比LTE更好，特别是车厢内易产生非优化切换。在高速行驶环境下，影响高速场景网络质量的主要因素包括以下3点：

1）多普勒效应。由于高速沿路周边山体和树木较多，易发生反射、折射和散射等现象，造成多径传输LTE无线信号，达到UE接收端信号之间相互叠加，信号幅度快速地起伏变化。由于高速移动UE与LTE基站的相对运动，使得每个多径信号都会产生明显的频率移动，将降低接收机的解调性能。

按照最大频偏考虑：

f=v/λ×cosα （1）

其中，f表示多普勒频移；v为UE的移动速率；λ为无线信号波长；α为无线信号和UE运动的夹角。

2）车体穿透损耗。高速行使车辆一般都是车窗较厚且紧闭，LTE无线信号穿透车体的损耗较大，给车体内的无线覆盖带来较大困难。

3）小区重叠及切换频繁。由于高速运动，会使得UE频繁跨越不同基站间的小区不断发生重选或切换。加上多普勒效应，无线链路的质量较差，UE需要花费更长时间进行小区驻留、接入、重选和切换等操作。时延较大的接入、重选和切换等操作一般无法在同一个基站覆盖范围内全部完成，容易导致业务掉线和脱网，从而导致用户感知下降[9-10]。

（2）高速场景非优化切换解决方案

为了保证高速场景下用户的高速率的数据业务感知，由于LTE网络的速率明显优于eHRPD网络，应尽可能让UE驻留在LTE网络上。但在无LTE网络区域时，顺利切换至eHRPD网络。因此需要提高LTE网络的覆盖质量和非优化切换成功率。根据当前建设优化经验，提高高速场景下的非优化切换操作主要有工程覆盖优化和切换参数优化两种。

1）工程覆盖优化：首先利用多小区合并的组网技术，加大单小区覆盖范围，扩大重选或切换带，满足高速沿线LTE覆盖的连续性。同时结合周边特殊地理环境，交错站点布局（如图2所示），调整射频天线的方位角、下倾角和发射功率来提升RSRP和SINR的信号质量；利用窄波瓣高增益天线增大发射功率，加强信号的覆盖质量，保证无缝切换，最终提升终端小区重选、小区切换成功率和降低终端掉话率。

2）切换参数优化：通过上一节“LTE到eHRPD激活态切换主要参数”可以看出，当动态调整基于RSRP测量门限值a2-threshold变小或幅度迟滞Hysteresis变大时，可以增加UE驻留在LTE网络的时长，减少不必要的切换。通过调整时间迟滞Time To Trig变小，加快UE切换到eHRPD网络，这种措施主要用于UE运动速度变化的场景。高速运动UE切换的最佳时机总是转瞬即逝，提前和延后触发切换都可能引起UE的掉话，动态调整幅度或时间迟滞門限，依据UE的运动速率匹配切换的最佳时机，提升切换成功率，使用户保持在良好的服务状态。

3 高速場景非优化切换操作策略验证

某地市LTE网络的非优化切换参数均采用默认设置。在高速场景下，由于移动速率较快，切换频繁，用户体验下降。为让用户更多地停留在LTE网络中，且同时保证掉线率和切换成功率等指标稳定，能更好保证用户感知。选取了该地市一条高速公路，在完成工程覆盖优化的基础上，通过对非优化切换参数RSRP门限值分别为-120、-125和-130时的覆盖情况进行验证，从而选取合理的取值进行推广性设置。测试使用1部测试手机和2部测试终端进行拉测，其中1部测试手机验证LTE下切eHRPD情况，而另外2部测试终端验证LTE网络之间情况。具体测试结果显示如图3和表2所示：

（1）当A2门限设置越小时，手机停留在LTE网越长，特别是当设置为-130时尤为明显，基本保持在LTE网络驻留。设置为-125时驻留LTE网络时长介于-130和-120之间。

（2）当A2门限设置越小时，越容易引起LTE信号脱网临界点的触发，切换电平过低未能及时切换到eHRPD而导致脱网掉话。根据测试结果统计设置为-130或-125时比-120的脱网掉话次数增加。

通过上述验证说明，为保证用户不掉线基础上，RSRP门限参数设置20 dBm（实际值为20-140=-120）时为佳，但用户会非优化切换至eHRPD网络，速率感知会下降。而将RSRP门限参数设置为10 dBm（实际值为10-140=-130）时，用户停留在LTE网络时间更长，但会出现网络中断现象。为了根本解决上述问题：其一，可以在-120与-125之间继续验证更佳值，延长用户在LTE网络时长。继续在-121、-122、-123和124测试验证，均会出现网络中断现象，所以RSRP门限参数设置20最佳；其二，在弱覆盖区域新增资源彻底解决覆盖问题，同时在不掉线情况下可以将非优化切换RSRP门限值设置到-125或更低，让用户一直在LTE网络上。

4 结束语

在LTE与eHRPD非优化切换中，总体原则是尽量让4G用户停留在LTE网络上，不要轻易切换到eHRPD网络上，除非覆盖特别差，再不切换/重选到eHRPD去就会严重影响用户感知。本文提出工程覆盖优化和切换参数优化手段，提升高速场景的覆盖连续性和质量，保证用户感知体验，通过对高速场景下的LTE向eHRPD互操作的门限值设置进行实际测试研究验证，找到最佳合理设置值，为后续的网络建设和网络优化积累了经验。

参考文献：

[1] 徐晓，戎璐. 基于业务自适应的LTE切换优化机制[J]. 计算机应用研究， 2009（11）： 4240-4244.

[2] 沈嘉，索士强. 3GPP长期演进（LTE）技术原理与系统设计[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2009.

[3] 张普，王军选. LTE系统中切换算法的研究[J]. 西安邮电学院学报， 2010，15（3）： 1-5.

[4] 周祥娟，方旭明，吴帆. 一种高移动场景下基于CoMP的切换方案及性能分析[J]. 铁道学报， 2013（4）： 57-65.

[5] 爱立信公司. 无线网络规划与优化高级培训第三册[Z]. 2014： 148-170.

[6] 原燕斌. 高速铁路环境下LTE切换技术的研究[D]. 北京： 北京邮电大学， 2012.

[7] 朱武. LTE系统的切换及高速铁路环境下的改进研究[D]. 西安： 西安电子科技大学， 2013.

[8] 赵鑫彦. LTE FDD与EVDO互操作原理及参数配置研究[J]. 电信快报， 2014（10）： 29-32.

[9] 于明，林兴. 高速公路场景TD-LTE网络建设及优化[J]. 移动通信， 2012，36（17）： 57-59.

[10] 詹强. 高铁环境下LTE切换技术的研究[J]. 信息通信， 2013（10）： 172-174. ★