FDD LTE网络寻呼容量与带宽关系研究

刘旭东 裴利萌

摘 要：在移动通信系统中，寻呼容量的高低直接影响无线系统的容量，因此，寻呼容量也是网络规划和网络优化的关键指标之一。FDD LTE系统具有多种灵活的带宽。本文以一个5MHz小带宽小区容量受限问题为切入点，研究小区寻呼容量与带宽的关系。

关键词：FDD LTE;带宽;寻呼容量

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）01-0011-03

Study on the Relation between Paging Capacity and Bandwidth

in FDD LTE Network

LIU Xudong PEI Limeng

（Luoyang Branch of China United Network Communications Limited，Luoyang Henan 471000）

Abstract： In mobile communication system， paging capacity directly affects the capacity of wireless system， so paging capacity is also one of the key indicators of network planning and network optimization. FDD LTE system has a variety of flexible bandwidth. This paper studied the relationship between paging capacity and bandwidth of a small 5MHz bandwidth cell.

Keywords： FDDLTE;bandwidth;paging capacity

1 研究背景

在某本地网络优化过程中，发现某新增的5MHz带宽小区入网后突然出现了寻呼拥塞（见表1），但是，同站点其他20MHz带宽小区却未出现拥塞情况（见表2）。两小区的寻呼相关参数均为基站级，寻呼参数配置完全一致，统计两种不同带宽的理论寻呼容量也相同，两小区唯一不同之处在于带宽不同。基于此，本文从寻呼机制和原理方面，寻找寻呼容量和带宽的关系，找出5MHz带宽小区容量受限的原因。

2 寻呼机制

在LTE系统中，没有为UE配置专门的物理寻呼信道，寻呼消息是由物理下行共享信道（PDSCH）承载，而寻呼标识在物理下行信道（PDCCH）上承载。在LTE协议中，承载寻呼信息的逻辑信道（PCCH）、传输信道（PCH）和物理信道（PDSCH）的映射关系如图1所示。

终端需要监听物理下行控制信道（PDCCH），如果终端从PDCCH信道上解出了寻呼标识（P-RNTI），则表示终端需要接收对应的物理下行共享信道（PDSCH），然后通过寻呼传输信道（PCH）的参数去解析从PDSCH上接收到的数据块，进而获得寻呼消息[1]。

表1 小区寻呼拥塞统计表

[时间 寻呼拥塞率/% 寻呼记录拥塞个数 2018-07-05 0.33 8 574 2018-07-06 0.29 7 234 2018-07-07 0.41 11 438 2018-07-08 0.21 4 900 2018-07-09 0.16 3 480 2018-07-10 0.35 9 284 ]

表2 同站其他小區拥塞统计

[小区 寻呼记录

接收个数 寻呼记录

丢弃个数 寻呼记录拥塞个数 Uu口寻呼次数 寻呼信

道容量 1 2 580 900 0 0 5 161 802 138 240 000 2 2 580 900 0 0 5 161 802 138 240 000 3 2 580 900 0 0 5 161 802 138 240 000 4 2 580 900 0 8 607 5 161 802 138 240 000 ]

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（创新驱动）2019年第01期_103595＼Image＼DQQJX_``RCS4S1KEPE～THHN.png>

图1 LTE下行信道映射图

对于LTE的终端，在空闲（Idle）模式下，终端需要根据网络广播的相关参数（如DRX，nB等），周期性地监听PDCCH信道，以确认网络是否有寻呼自己;在连接（Connected）模式下，终端需要根据网络配置的相关参数（如Short DRX Cycle和Long DRX Cycle等）周期性地去监听PDCCH信道。

为了实现UE省电，LTE引入了DTX/DRX的设计。这里的DTX主要指eNB不连续发送，DRX主要指UE不连续接收。根据UE所处的RRC状态不同，又可以分为RRC_IDLE状态下的寻呼DRX和RRC_Connected状态下的寻呼DRX。

寻呼DRX是指处在RRC空闲状态的UE不连续地监测寻呼信道（PCH），其主要要求是能实现低功耗、低延迟和低网络负荷。

UE使用P-RNTI周期监听PDCCH来了解PDSCH上是否有寻呼。如果有，则解码PDSCH上承载PCH的寻呼消息，从解码后的寻呼信息中查看是否有针对该UE的寻呼记录。

每个寻呼消息中包含一个寻呼记录列表（Paging Record List），该列表包含所有此次被寻呼的UE记录，每条寻呼记录含有用于寻呼的UE标识P-RNTI。系统可以使用IMSI或者S-TMSI两种标识进行寻呼，具体寻呼时两者选其一。其中，IMSI结构图如图2所示。

<F：＼欢欢文件夹＼201904＼河南科技201901＼河南科技（创新驱动）2019年第01期_103595＼Image＼`7JBWG@UECC_O）IVB4（]E@Q.png>

图2 IMSI结构图

从图2可知，IMSI是一个不超过15位的十进制数的标识，主要由手机国家编码（MCC 2字节）、手机网络编码（MNC 2字节）和手机用户标识号（MSIN 4字节）三部分组成，即不超过8字节。S-TMSI由MME编码（MMEC 8bits）和M-TMSI（32bits）组成，因此其长度为5字节。

如果使用S-TMSI进行寻呼，每个寻呼记录长度约为5字节。

如果使用IMSI寻呼，每个寻呼记录长度约为8字节。取平均以7个字节作为寻呼一个UE的大小来估算。PCH使用QPSK调制，其通过PDSCH进行传输。考虑到寻呼信息的设计方便，将最大寻呼记录定为16，一次寻呼消息最多可以包含16条UE记录，也就是说，每次最多16个UE可以被同时寻呼。寻呼消息的内容如下：

-- ASN1START

Paging ：：= SEQUENCE {

pagingRecordList PagingRecordList OPTIONAL，

-- Need ON

systemInfoModification ENUMERATED {true}

OPTIONAL，

-- Need ON

etws-Indication ENUMERATED {true} OPTIONAL，

-- Need ON

nonCriticalExtension SEQUENCE {} OPTIONAL

-- Need OP

}

PagingRecordList ：：= SEQUENCE （SIZE （1..maxPageRec）） OF PagingRecord

PagingRecord ：：= SEQUENCE {

ue-Identity PagingUE-Identity，

cn-Domain ENUMERATED {ps， cs}，

...

}

PagingUE-Identity ：：= CHOICE {

s-TMSI S-TMSI，

imsi IMSI，

...

}

IMSI ：：= SEQUENCE （SIZE （6..21）） OF IMSI-Digit

IMSI-Digit：：= INTEGER （0..9）

-- ASN1STOP

由上可知，如果使用S-TMSI进行寻呼，每个寻呼记录长度约为5字节。如果使用IMSI寻呼，每个寻呼记录长度约为8字节。考虑到寻呼消息中的其他比特，取平均以7个字节作为寻呼一个UE的大小来估算。PCH使用QPSK调制，其通过PDSCH进行传输。由于PCCH使用RLC透明传输模式，RLC和MAC都不加入数据头。考虑到寻呼信息的设计方便，RAN2中将最大寻呼记录（maxPageRec）定为16。

3 寻呼容量

3.1 小区理论寻呼容量

小区理论的寻呼能力和nB参数配置有关。1s内寻呼UE个数与nB的关系如表3所示。

表3 1s内寻呼UE个数与nB关系

[nB 每秒最多可寻呼UE个数 4T 400×16 2T 200×16 T 100×16 1/2T 50×16 1/4T 25×16 1/8T 12.5×16 1/16T 6.25×16 1/32T 3.125×16 ]

从表3可以看出，1/2T時可以达到800次/s，1/4T时可以达到400次/s。

3.2 小区实际寻呼容量

上述的仅仅是理论上的寻呼容量，跟之前统计的一样，5MHz的带宽和同站点的20MHz带宽小区因为nB配置一致，所以理论寻呼容量也一致，但是，为什么5MHz带宽的小区会出现拥塞呢？

进一步深入研究发现，在系统组网带宽较小时（如5MHz），若干个寻呼记录可能就填满了一个子帧，导致没有空余资源用于传输用户数据，因此，系统中设置了寻呼的TBSIZE来控制一条寻呼消息中最大的寻呼记录数目，这样就不会发生整个子帧全部用来承载寻呼消息，而没有资源承载用户消息。当在一个PO需要发送的寻呼记录过多时，超出部分会被延迟到下一个PO发送。不同带宽下最大寻呼记录数见表4。

如此一来，在nB配置相同，5MHz及以下小带宽小区的寻呼容量就会较10MHz以上带宽的小区小，所以，就出现了本文一开始出现的，理论寻呼容量一致的情况下，只有小带宽小区会出现拥塞的现象。

为提升寻呼能力，7月11日，将该站点的寻呼重复次数调整为0，寻呼拥塞有所改善，但仍然存在拥塞，7月12日，又继续将寻呼时机因子T调整为2T[1]，修改后取指标观察，寻呼拥塞得到明显改善见表5。

表4 不同带宽下最大寻呼记录数

[带宽/MHz 最大寻呼记录数 1.4 3 3 4 5 8 10 16 15 16 20 16 ]

表5 寻呼拥塞问题改善

[时间 无线接通率/% 寻呼拥塞率/% 寻呼记录拥塞个数 2018-07-10 99.81 0.35 9 284 2018-07-11 99.92 0.15 3 848 2018-07-12 99.91 0.00 37 2018-07-13 99.94 0.00 42 2018-07-14 99.92 0.00 40 2018-07-15 99.92 0.00 27 ]

4 结语

寻呼信道容量统计的仅为小区空口寻呼信道容量的理论值，实际的寻呼能力，除了跟nB相关以外，跟带宽也有很大关系，因为带宽的大小决定了每个寻呼子帧可以容纳的寻呼记录数目。

商用网络在开通10MHz以下带宽的异频小区之前，应该对小区寻呼能力提前进行预估，如果现有的寻呼量较大，需要提前关闭重复寻呼，或者可以将nB调大，使寻呼时机（PO）更加离散。

参考文献：

[1]范金宁，郑旭升.LTE FDD容量规划研究[J].移动通信，2013（22）：26-28.