吳錦蓮,熊尚坤,王慶揚(yáng)
(中國電信股份有限公司廣東研究院 廣州 510630)
相對于傳統(tǒng)2G移動(dòng)通信系統(tǒng)而言,3G/LTE系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)更為復(fù)雜,同時(shí)異構(gòu)網(wǎng)(HetNet)的引入使LTE無線接入網(wǎng)面臨宏蜂窩、微蜂窩、家庭基站(HeNB)等多種站型協(xié)同工作的挑戰(zhàn),采用傳統(tǒng)的人工方法進(jìn)行參數(shù)配置、網(wǎng)絡(luò)測量和優(yōu)化需要投入大量的人力物力,所以,降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù)優(yōu)化的難度和復(fù)雜性是LTE發(fā)展的重要任務(wù)之一。LTE自組織網(wǎng)絡(luò) (SON)技術(shù)支持基站自動(dòng)配置、自動(dòng)優(yōu)化、自我修復(fù),對提升網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與維護(hù)的效率,降低OPEX具有重要意義。
LTE與傳統(tǒng)2G/3G系統(tǒng)將長期共存,LTE與2G/3G系統(tǒng)的互操作是傳統(tǒng)移動(dòng)運(yùn)營商必須解決的問題??缃尤刖W(wǎng)的自組織網(wǎng)絡(luò)(inter RAT SON)功能通過自適應(yīng)調(diào)整不同接入網(wǎng)的資源,可以實(shí)現(xiàn)不同接入網(wǎng)的優(yōu)勢互補(bǔ),提高網(wǎng)絡(luò)整體效率,改善不同系統(tǒng)之間的互操作性能,有效提升LTE網(wǎng)絡(luò)部署速度,因此Inter RAT SON在R10以后成為3GPP SON研究的重要議題。
目前3GPP2已開始制定CDMA SON標(biāo)準(zhǔn),包括LTE-CDMA SON場景(以下簡稱C-L SON),在中國電信的推動(dòng)下,3GPP于2012年 3月成立了 LTE-HRPD SON研究項(xiàng)目[1],以制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。本文將對C-L SON的主要功能,包括自動(dòng)鄰區(qū)關(guān)系(ANR)、移動(dòng)負(fù)載均衡(MLB)、移動(dòng)頑健性優(yōu)化(MRO)進(jìn)行研究和分析,并探討可能的技術(shù)方案。
為實(shí)現(xiàn)LTE與CDMA(主要是eHRPD)兩網(wǎng)之間的相互切換,需要在LTE小區(qū)與eHRPD小區(qū)之間建立鄰區(qū)關(guān)系。ANR功能可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的自動(dòng)鄰區(qū)添加、刪除和優(yōu)化,從而減少人工配置的工作量,優(yōu)化鄰區(qū)關(guān)系。
一般情況下,ANR應(yīng)該是雙向的,即包括LTE小區(qū)自動(dòng)添加eHPRD鄰區(qū)、eHRPD小區(qū)自動(dòng)添加LTE鄰區(qū)。前者目前已有較為成熟的方案,后者由于目前eHRPD到LTE只支持非優(yōu)化切換,包括空閑態(tài)的小區(qū)重選及激活態(tài)的重定向,不需要預(yù)先建立鄰區(qū)關(guān)系,所以暫未考慮。
按3GPP標(biāo)準(zhǔn)方案,為實(shí)現(xiàn)LTE自動(dòng)添加eHRPD鄰區(qū),LTE需管理3個(gè)列表:黑名單、白名單及搜索列表,其中搜索列表就是列出需要搜索的接入網(wǎng)(RAT)和頻點(diǎn)。LTE對eHRPD的自動(dòng)鄰區(qū)管理在UE連接模式下進(jìn)行,其實(shí)現(xiàn)過程如圖1所示[2]。
(1)eNode B控制 UE在 eHRPD鄰區(qū)執(zhí)行相關(guān)的測量,探測相關(guān)的小區(qū)。UE上報(bào)探測到的小區(qū)PCI給eNode B,對于eHRPD來說,PCI根據(jù)PN偏置定義。
(2)eNode B收到PCI后,如PCI不在鄰區(qū)關(guān)系表中,則要求終端上報(bào)PCI對應(yīng)的小區(qū)全球唯一標(biāo)識(CGI)。
(2b)UE從eHRPD的廣播信道BCCH中讀取小區(qū)全球唯一標(biāo)識。
(3)UE給eNode B上報(bào) eHRPD小區(qū)的CGI及相關(guān)信息,eNode B更新與eHRPD系統(tǒng)間的鄰區(qū)關(guān)系表。
在(1)中,為在連接態(tài)中進(jìn)行異系統(tǒng)測量,eNode B需要調(diào)度UE進(jìn)入一小段空閑周期,以便UE可以遍歷目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)eHRPD的所有小區(qū)。在(2b)中,為在連接態(tài)中讀取BCCH廣播信道,同樣需要調(diào)度UE進(jìn)入一小段空閑周期。該過程對eHRPD系統(tǒng)沒有額外要求,LTE系統(tǒng)及終端需遵循3GPP規(guī)范相關(guān)要求,對于終端來說,需支持按照eNode B的指示進(jìn)行eHRPD系統(tǒng)測量、讀取BCCH信道的CGI值并上報(bào)。
另外,關(guān)于inter-RAT鄰區(qū)關(guān)系列表(NRL)信息交互的問題,最近3GPP在RAN3工作組進(jìn)行了討論,R11階段暫不考慮LTE與其他接入網(wǎng)之間的NRL信息交互,由于目前eHRPD到LTE的非優(yōu)切換暫不需要鄰區(qū)列表,所以該決定對LTE-eHRPD的自動(dòng)鄰區(qū)關(guān)系以及切換功能影響不大,將來如有需要可在R12階段討論。
負(fù)載均衡通過智能地將用戶流量分?jǐn)偟骄W(wǎng)絡(luò)的無線資源上,提供較好的終端用戶體驗(yàn),同時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)容量。負(fù)載均衡的效果與小區(qū)間的覆蓋關(guān)系密切相關(guān)。一般來說小區(qū)間的重疊程度越高,負(fù)載均衡的效果越明顯。LTE將與eHRPD系統(tǒng)重疊部署,所以相對于LTE系統(tǒng)內(nèi)的負(fù)載均衡,LTE與eHRPD之間的負(fù)載均衡更值得關(guān)注。
負(fù)載均衡的目標(biāo)是盡可能使業(yè)務(wù)在多個(gè)小區(qū)間均勻分布,或在發(fā)生業(yè)務(wù)擁塞時(shí)把部分業(yè)務(wù)從負(fù)載高的小區(qū)轉(zhuǎn)移到負(fù)載低的小區(qū),通常通過優(yōu)化移動(dòng)性參數(shù)或采取切換動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)[2]。由以下一個(gè)或多個(gè)功能組成。
·負(fù)載報(bào)告。即需要在小區(qū)之間進(jìn)行負(fù)載信息交互,以判斷是否有必要或是否可以實(shí)施負(fù)載均衡。
·基于切換的負(fù)載均衡。即通過切換動(dòng)作將用戶從負(fù)載高的小區(qū)切換到負(fù)載低的小區(qū),避免小區(qū)過載。如當(dāng)eHRPD網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較高,LTE網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較低且信號質(zhì)量滿足要求時(shí),將部分用戶強(qiáng)制切換至LTE小區(qū),起到分擔(dān)負(fù)荷的作用。
·切換/重選參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整。通過調(diào)整切換/重選參數(shù)讓用戶優(yōu)先切換/駐留到負(fù)載低的小區(qū)。
每個(gè)功能的觸發(fā)機(jī)制取決于設(shè)備的實(shí)現(xiàn),標(biāo)準(zhǔn)化的重點(diǎn)是如何實(shí)現(xiàn)基站間的負(fù)載報(bào)告,即負(fù)載信息交互。在LTE系統(tǒng)內(nèi),主要通過X2接口實(shí)現(xiàn)相鄰小區(qū)的負(fù)載信息交互,在LTE與其他系統(tǒng)之間經(jīng)過S1接口承載,均對原有協(xié)議帶來新的要求。3GPP已確定LTE與UMTS間的負(fù)載信息交互基于 RIM(RAN informaton management)協(xié)議,并在R10階段完成了RIM協(xié)議的擴(kuò)展,主要包括單小區(qū)報(bào)告及多小區(qū)報(bào)告,可根據(jù)負(fù)載報(bào)告門限來觸發(fā)MLB事件[3]。R11階段將引入LTE與eHRPD互操作場景,已確定需要在LTE與eHRPD之間交互負(fù)載信息報(bào)告,目前正在討論負(fù)載報(bào)告的傳遞方案。
在獲取eHRPD負(fù)載報(bào)告后,考慮到LTE與eHRPD重疊覆蓋,需要一種算法來評估是否需要調(diào)整切換參數(shù)的設(shè)置,除通過調(diào)整小區(qū)的切換參數(shù)設(shè)置來實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡外,也可以通過給終端下發(fā)參數(shù),讓終端通過一定的優(yōu)先級來選擇網(wǎng)絡(luò)[2],這種優(yōu)先級可以針對整個(gè)小區(qū)的所有終端,也可以針對小區(qū)中的部分終端,讓部分用戶優(yōu)先選擇負(fù)載較輕的網(wǎng)絡(luò)接入。
手動(dòng)配置和調(diào)整切換參數(shù)是一件非常耗費(fèi)時(shí)間的事情,移動(dòng)頑健性優(yōu)化的主要目的是通過測量與性能統(tǒng)計(jì),發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在移動(dòng)性方面存在的問題,通過調(diào)整切換/小區(qū)重選參數(shù),減少與切換相關(guān)的無線鏈路失敗(RLF),并避免不必要錯(cuò)切、漏切對網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi),也稱為切換優(yōu)化。
切換優(yōu)化要基于長期的切換性能搜集和分析,如何判斷切換事件是切換優(yōu)化實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。3GPP定義的主要事件包括以下方面。
·過晚切換:用戶在源基站掉話,并選擇一個(gè)不同的基站重新建立連接,即RLF發(fā)生在切換之前。
·過早切換:UE成功切換到目標(biāo)小區(qū)后很快發(fā)生RLF,然后試圖在源小區(qū)重新建立連接;或者UE在嘗試切換到目標(biāo)小區(qū)的過程中在源小區(qū)發(fā)生RLF,然后試圖在源小區(qū)重新建立連接。
·切換至錯(cuò)誤小區(qū):UE在切換過程中或在成功切換到目標(biāo)小區(qū)后很快發(fā)生RLF,然后在目標(biāo)小區(qū)和源小區(qū)以外的其他小區(qū)重新建立連接。
·震蕩切換:UE從上一個(gè)小區(qū)駐留到這次切換的時(shí)間過短。
3GPP在R10階段主要關(guān)注前3種,雖然震蕩切換不一定會造成掉話,但由于其在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中存在更普遍且對網(wǎng)絡(luò)資源消耗大,將是下一步關(guān)注的重點(diǎn)。
切換優(yōu)化對UE和eNode B均有要求。過早切換、過晚切換、切換至錯(cuò)誤小區(qū)都需要依賴UE上報(bào)RLF報(bào)告,目前在3GPP標(biāo)準(zhǔn)中RLF報(bào)告對UE來說是可選功能,相應(yīng)的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)會相對較晚。同時(shí)也需要X2接口支持在相鄰eNode B間傳遞RLF指示及切換報(bào)告消息[4]。
在inter-RAT場景下,由于用戶在不同RAT間移動(dòng),RLF報(bào)告消息的上報(bào)會變得復(fù)雜,且不同RAT之間缺乏類似X2的直連接口,RLF指示及切換報(bào)告消息的傳遞也需要相應(yīng)的機(jī)制支持。考慮到一般情況下LTE覆蓋范圍比eHRPD小,如用戶從LTE移動(dòng)到eHRPD網(wǎng)絡(luò)的過程中沒有及時(shí)發(fā)生切換,將會導(dǎo)致掉話。因此,從LTE到eHRPD過晚切換的優(yōu)化是inter-RAT MRO的重點(diǎn)。
LTE與eHRPD的負(fù)載均衡及移動(dòng)性優(yōu)化均需重點(diǎn)解決基站間的信息交互問題。交互的信息主要包括以下方面。
·負(fù)載報(bào)告:即LTE在進(jìn)行負(fù)載均衡之前需要獲取周圍eHRPD小區(qū)的負(fù)載信息。
·移動(dòng)性優(yōu)化相關(guān)信息:如RLF指示、切換報(bào)告等,需要哪些信息取決于MRO類型。
信息交互的潛在方案主要包括[5]:
·基于RIM接口;
·基于LTE與eHRPD之間的直連接口;
·基于切換的接口;
·基于網(wǎng)管接口。
RIM主要由3GPP GREAN工作組制定,允許兩個(gè)無線接入網(wǎng)(RAN)節(jié)點(diǎn)之間通過核心網(wǎng)來請求和傳輸RAN系統(tǒng)信息,原來用于GREAN與UTRAN之間的信息交互,后來經(jīng)過擴(kuò)展支持 LTE與UTRAN之間的信息交換[6],如圖2所示。目前在LTE側(cè)EUTRAN已支持inter-RAT SON相關(guān)的RIM流程與信息。理論上RIM也可以通過類似的擴(kuò)展,支持LTE與eHRPD之間的信息交互,只需要增加eHRPD相應(yīng)的字段即可,如圖3所示。因?yàn)槿绻徊捎肦IM而是其他協(xié)議,也要采用類似RIM的信息請求/反饋機(jī)制,反而增加了信令開銷。但本方案涉及eHRPD側(cè)對RIM的支持以及RIM協(xié)議的修改,需要3GPP與3GPP2共同確定,目前正在研究當(dāng)中。
在LTE與eHRPD優(yōu)化切換的系統(tǒng)架構(gòu)中,MME與eAN之間在信令面已經(jīng)定義了S101接口,支持EUTRAN接入網(wǎng)與eHRPD接入網(wǎng)之間的互操作。理論上S101可以作為承載上述RIM協(xié)議的接口,但目前S101接口主要用于處理LTE與eHRPD之間的優(yōu)化切換的相關(guān)過程,包括預(yù)注冊、切換信令交互等,且主要處理與UE相關(guān)的信令,而inter-RAT SON涉及小區(qū)相關(guān)的信令。
所以,從簡化接口功能角度出發(fā),在S101接口之外為inter-RAT SON設(shè)置一個(gè)專門的接口也是有可能的,即基于LTE與eHRPD之間的新的直連接口[7]。
基于網(wǎng)管的接口是指eURTAN與eHRPD之間通過網(wǎng)管接口進(jìn)行SON相關(guān)信息交互,其好處是可以減少inter-RAT SON引入對已定義網(wǎng)元及接口功能的影響,不需要對S1接口、A接口等進(jìn)行修改。對于LTE與eHRPD設(shè)備為同一廠商的情況,可以考慮通過統(tǒng)一網(wǎng)管解決,但對于存在更為普遍的不同設(shè)備廠商之間的互操作場景,網(wǎng)管互通實(shí)現(xiàn)起來是非常困難的。
綜合上述分析,通過擴(kuò)展已有RIM協(xié)議支持inter-RAT SON相關(guān)信息交互是較為理想的方案,而RIM協(xié)議是通過已有S101接口還是引入一個(gè)新的直連接口來承載,是需要進(jìn)一步研究的問題。
信息交互接口和協(xié)議一旦確定,不僅可以用于承載與LTE-CDMA SON功能相關(guān)的信息,還可以用于承載與LTE-CDMA節(jié)能 (ES)相關(guān)的信息,將大大提高LTE與CDMA接入網(wǎng)間互操作的靈活性。
在LTE與CDMA網(wǎng)絡(luò)共存的情況下,跨LTE與CDMA網(wǎng)絡(luò)的inter-RAT SON是一個(gè)值得研究的課題,相關(guān)功能包括自動(dòng)鄰區(qū)關(guān)系、負(fù)載均衡、切換優(yōu)化等。其中從LTE到CDMA的自動(dòng)鄰區(qū)關(guān)系功能已基本具備。負(fù)載均衡在LTE與CDMA重疊覆蓋場景中,對于均衡兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量、提升網(wǎng)絡(luò)整體性能具有重要意義??缃尤刖W(wǎng)的切換優(yōu)化包括很多場景,綜合考慮需求和實(shí)現(xiàn)難度,可優(yōu)先解決從LTE到eHRPD的過晚切換問題。負(fù)載均衡和切換優(yōu)化需重點(diǎn)解決兩種制式基站間的信息交互問題,技術(shù)方案需綜合考慮實(shí)現(xiàn)難度、對已有標(biāo)準(zhǔn)的影響等因素,并從3GPP、3GPP2兩方面來推動(dòng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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