一种LTE异频切换的优化方法

覃道满，陈雄飞（.中国联通广州分公司，广东广州 50630；.上海华为技术有限公司，上海 0036）

0 引言

当前异频切换通常采用A2+A3/A4 来触发异频切换流程，对A2、A3/A4 的参数配置即是网络优化的核心。有很多方法来确定A2的参数配置，其中包括切换成功率最大化、吞吐率最大化等。但切换成功率最大化并不一定能提升用户感知吞吐率，所以通常通过路测获取不同频点对应的RSRP 对应的吞吐率曲线来配置A2。但路测的方法耗时、耗力，并且由于切换时间较短，对吞吐率影响大小评估存在偏差，导致A2 的配置并不理想。

本文提出一个新的方法来指导A2、A3/A4 参数配置，以尽可能使Gap 测量对吞吐率的影响最小化。先从异频切换流程来分析Gap测量在切换过程中所处的位置，再分析如何减小其影响。

1 异频切换流程

根据组网的不同，异频切换的流程也不同，如图1所示的共站高低频组网场景，内圈为高频覆盖区域，外圈为低频覆盖区域。

通常情况下高频驻留优先级高，中心用户驻留在高频区域，用户由中心向边缘移动时，高频覆盖电平越来越低，当低于某一门限时，UE 将上报A2 事件，在共站同覆盖情况下，由于低频覆盖范围通常都大于高频，所以网络可根据此事件触发到低频的盲切换；同样地，驻留在低频小区的用户从边缘往中心移动时，低频信号会越来越好，当电平高于某一门限时，UE 将上报A1事件，在共站同覆盖情况下网络可根据此事件触发高频的盲切换。这种组网场景不需要UE 启动Gap 测量，所以不受Gap 测量影响，A1、A2 门限可通过高、低频的带宽及频率电平差异对吞吐率的影响来配置，与站间距关系不大。

跨站的异频切换则相对复杂些，从信令流程看，要经过2 次测量来触发切换：第1 次测量是当前频率空口质量差于一门限，第2 次测量是目标异频空口质量好于一门限。其切换流程如图2所示。

在协议中，针对LTE 的移动性控制定义了多个事件，例如A1、A2、A3、A4等。对不同组网及切换可利用协议定义的这些事件来完成不同的切换控制。通常用A2 事件来监测当前服务小区的空口质量是否低于一绝对门限，如图3所示。

按协议定义A2 事件的3 个主要参数是门限（Threshold）、迟滞（hysteresis）、延迟触发时间（Timeto-trigger）。类似地，A4 事件则是用来监测目标异频小区的空口质量是否高于一绝对门限。通常跨站的异频切换如图4所示。

美国政府制定的可以领取养老金的退休年龄主要从1956年至1961年间，颁布改革法案将男女最早领取养老金的年龄确定为62周岁，并确立了最早退休年龄（Early Retirement Age）和正常退休年龄（Normal Retirement Age）两个概念。美国人正常的退休年龄为65周岁，并可推迟至70周岁，按照不同的出生年代有其具体的规定。

图2 跨站的异频切换信令流程

图3 进入、离开A2的条件示意图

图4 跨站的异频切换示意图

在用户从左往右移动的过程中，服务小区的信号逐渐变差，同时目标异频邻区的信号逐渐增强。当服务小区测量信号加迟滞小于门限后，并保持一定时间（不满足退出事件：服务小区测量信号减迟滞大于门限），则触发A2 事件上报。由于A2 测量需要时间，并且为了后续对异频的测量控制下发及切换信令的下发预留时间，通常A2 事件的门限设置不能太低，否则可能会导致过晚切换，即原服务小区的信号太差而不能完成后续异频测量报告的上报及切换信令的下发。因此如图4所示，在用户从左往右移动的过程中，服务小区的信号逐渐变差，在A 点时，需要触发A2 事件上报，网络侧收到A2 事件报告后，立即启动对目标异频的测量（可以是A3 也可以是A4 测量）控制下发，控制UE 立即启动Gap 测量，对异频信号进行测量，在C 点测量异频信号满足切换条件，则UE 上报相应的事件（A3 或A4 测量报告），网络侧必须在原服务小区覆盖边缘D（掉话点）以前成功下发切换命令给UE。同样，如果用户从右往左移动时，其过程也类似。但要避免出现某一频点的A2门限比异频配置本频点的A4门限大而出现乒乓切换或过多无效的Gap 测量，如图5 所示。

图5 乒乓切换示意图

2 Gap测量的影响

从异频切换过程看，从A2事件上报到A3/A4事件上报，这期间有一段时间是让UE 启动Gap 测量，来完成对异频信号的监测的。而UE 启动Gap 测量则会导致吞吐率下降，根据协议，Gap 测量有2 种周期：40 和80 ms，每个周期有6 ms 不能做数传，加上两边几个TTI 也不能做上、下行数传（因为不能做ACK 反馈）导致对吞吐率影响很大，如图6所示。

图6 Gap测量对数传的影响

3 A2门限的优化方法

减小Gap测量对吞吐率的影响关键在于A2及A3/A4 测量参数的配置。如果A2 门限偏高触发得太早，在目标异频边界不变的情况下，意味着Gap 测量时间越长，对吞吐率影响也就越大，相反，如果A2触发得太迟，原小区的空口质量太差，吞吐率也受到影响，甚至可能导致来不及下发A3/A4的测量控制或来不及下发切换命令来完成切换。为此配置合理的A2 门限是十分重要的，配置过低，会导致切换过晚而损失吞吐率；配置过高则导致过早启动Gap测量而产生吞吐率损失（见图7）。

所以可以通过控制A2 到A3/A4 测量报告之间的时延，配合过早切换、过晚切换、掉话率等指标来达到一个平衡，并使Gap测量最小化，吞吐率最大化。

以广州联通白云区“广州-H-棠溪祥岗-395065-3-1-OF”小区为测试对象，测试A2 门限修改（保持A4门限不变）对切换时延及吞吐率的影响。

小区为1 800 MHz 小区，配置A2+A4 进行异频2 100 MHz 切换控制，A2 初始值配置为-91 dBm，第2天修改为-97 dBm，第3 天修改为-101 dBm，统计小区每次切换出的相关数据，比较9 月20 日—9 月22 日3天（16：00—22：00的数据）从A2事件到A4事件Gap测量时延数据变化如图8～图10 所示（由于时延跨度较大，把大于5 s的进行了过滤，时间单位：100 ms）。

可以看出，随着A2的降低，Gap测量时延变小，A2从-91 dBm降低到-97 dBm时，平均Gap测量时延减小105 ms，从-97 dBm 降低到-101 dBm，平均Gap 时延减小102 ms，同时也影响切换次数、过早过晚切换、乒乓切换、边缘吞吐率等指标，如表1所示。

图7 A2门限设置对Gap测量时延及吞吐率的影响

图8 9月20号Gap测量时延，平均值：7.23（即723 ms）

图9 9月21号Gap测量时延，平均值：6.18（即618 ms）

图10 9月22号Gap测量时延，平均值：5.16（即516 ms）

表1 A2不同门限配置下的主要无线指标对比

可以看出9 月20 号的切换次数较多，由于总切换次数基数大，导致过早、过晚切换都比较多。9月21号修改到-97 dBm 后，切换次数大幅减少43%，过早、过晚切换也大幅减少，由于避免了不必要的切换以及减小无效Gap 测量，边缘吞吐率明显提升（小于1 Mbit/s速率比重下降1.57%），乒乓次数大幅度减小；9 月22号把A2门限修改为-101 dBm后，Gap测量时延继续减小，异频切换出次数也继续减小，但过晚切换迅速增多，乒乓切换也相应增多，带来负面效果增加，但边缘吞吐率仍有增益，是因为Gap测量的负增益较大，说明由Gap测量的减少带来的正增益比延后切换带来的负增益更多，综合体现出正增益。从结果看，A2 门限应该选择在-97～-101 dBm，在-101 dBm 配置时掉话率出现上升，为了不影响掉话率，A2 门限可配置在-100 dBm 左右。如果以吞吐率为主，允许掉话率稍有恶化则可以配置小于-101 dBm。

4 优化总结

在日常网络优化中，移动性优化是一块较大内容，其中异频切换的问题在网络增频扩容的过程中更为重要。特别是对于移动性比较高的道路覆盖，要根据不同移动场景分别优化。对于高速移动场景，需要配置较容易触发切换的参数，对于慢速移动的场景需要配置慢切换参数。从本次优化可看到，针对一个小区的异频切换，如果A2 门限配置太高，则容易导致用户过早启动异频测量从而影响吞吐率；如果配置太低，则可能导致异频测量过晚从而引起重建甚至掉话。为此，在实际网络中可以采用下面这些方法来判断是否需要调低异频切换A2 门限参数来降低异频Gap测量时延。

a）出现较大比例的过早异频切换或乒乓切换。

b）小区平均吞吐率或边缘吞吐率明显低于相同网络条件下别的小区的平均值。

c）网络信令跟踪数据中，统计的A2 及A4 事件的比例明显高于相同网络条件下正常小区。

d）网络信令跟踪统计从A2 事件到A4 事件的时延明显大于相同网络条件下正常小区。

在降低异频Gap 测量时延的同时，也需要注意A2门限的过调整，因为过低的A2门限虽然最低限度降低了异频Gap 测量时延，但容易导致过晚切换从而影响吞吐率，甚至导致重建、掉话的增多。所以在调低A2门限的同时，需要监测下面这些变化。

a）过晚异频切换的比例增大。

b）小区平均吞吐率或边缘吞吐率在增大的过程中出现拐点而出现负增益。

c）网络信令跟踪数据中，统计的A2 及A4 事件的比例明显低于相同网络条件下正常小区。

d）到邻区的RRC重建次数增加。

实际网络优化过程中，会发现小区中会同时存在过早、过晚切换，很难找到一个A2 门限配置同时消除过早和过晚切换。其主要原因是因为一个小区只能配置一个A2门限，这个小区的所有用户都按这个配置的A2 门限来触发Gap 测量，但小区中的用户分布不同、移动速度不同，不同用户的切换紧急度也不同，有些用户表现过早切换，有些用户表现过晚切换，网络优化只不过是调整A2 门限，使它在过早、过晚切换之间做个折中。

5 结束语

本文通过分析影响异频切换的吞吐率的各种因素，引出一种通过优化Gap 时长来提升切换区吞吐率的方法，并通过现网数据分析得到Gap 时长与异频切换A2 门限配置的关系，来优化异频切换门限，达到提升用户吞吐率和提升频谱效率的目的。实际操作过程中，还需要根据不同小区及周边异频邻区的实际情况，同时兼顾负载、带宽、用户分布、过晚切换、掉话率等指标，配合设置A3/A4的门限，以尽可能最大化切换区吞吐率及频谱效率。