朱曉光，江 華

（中興通訊股份有限公司 深圳 518057）

1 引言

近20年來，移動通信技術(shù)不斷演進(jìn)，從模擬到數(shù)字、從電路域到分組域、從2G到4G，已經(jīng)從窄帶技術(shù)演進(jìn)到了移動寬帶技術(shù)，這主要來自移動互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的大時代背景需求的推動，移動用戶已經(jīng)不滿足傳統(tǒng)的語音和短信等電信服務(wù)，移動互聯(lián)網(wǎng)成為新的移動服務(wù)熱點(diǎn)。根據(jù)中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心報告，截至2013年12月，我國手機(jī)網(wǎng)民規(guī)模達(dá)5億人。為此，從用戶的角度看，提出了越來越高的用戶體驗(yàn)需求；從技術(shù)的角度看，要不斷通過引入新技術(shù)增加移動傳輸帶寬，并通過簡化系統(tǒng)架構(gòu)降低時延；從運(yùn)營商的角度看，要及時部署移動新技術(shù)，創(chuàng)造新的增長點(diǎn)，同時降低運(yùn)維成本。這幾年，我國三大運(yùn)營商已經(jīng)開始緊鑼密鼓地部署4G網(wǎng)絡(luò)。

蜂窩移動通信技術(shù)演進(jìn)到第4代移動寬帶LTE階段后，空口傳輸采用OFDM （orthogonal frequency division multiplexing，正交頻分復(fù)用）技術(shù)進(jìn)行蜂窩組網(wǎng)，并通過使用PCI（physical cell identity，物理扇區(qū)標(biāo)識）來標(biāo)識扇區(qū)，其功能是區(qū)分扇區(qū)，并作為信道擾碼器輸入的一部分，進(jìn)行信道隔離，但PCI的取值范圍僅是1～504，而LTE網(wǎng)絡(luò)中的扇區(qū)數(shù)量通常要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于504，因此必須通過復(fù)用機(jī)制來為新eNB（evolution node B）分配PCI資源，其分配原則是LTE同頻組網(wǎng)時，相鄰扇區(qū)PCI值必須不同，否則會有鄰區(qū)干擾；LTE異頻組網(wǎng)時，相鄰扇區(qū)PCI可以相同。

盡管運(yùn)營商通過部署LTE技術(shù)為用戶提供移動寬帶服務(wù)，但一方面移動資費(fèi)逐漸呈下降趨勢，另一方面基于互聯(lián)網(wǎng)的OTT（over the top，過頂傳球）業(yè)務(wù)正在不斷侵蝕傳統(tǒng)移動業(yè)務(wù)，而部署eNB的數(shù)量會越來越多，如采用傳統(tǒng)的人工維護(hù)方法，安裝、配置、維護(hù)的工作量極大,成本也會很高，因此運(yùn)營商對降低運(yùn)維成本和建設(shè)成本越來越重視。鑒于上述因素，國際主流運(yùn)營商提出了SON（self organizing network，自組織網(wǎng)絡(luò)）的概念，所謂SON是一個可以提供自動安裝、配置、優(yōu)化、維護(hù)功能的網(wǎng)絡(luò)，減少人工參與，使日常運(yùn)維工作更加合理，其目的就是降低OPEX（operating expense，運(yùn)營成本），并通過 3GPP（3rd generation partnership project，第三代伙伴工程）實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)不同的SON需求用例，實(shí)現(xiàn)SON的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要有3種：集中式、分布式和混合式，其中集中式主要是在各eNB的上一級匯聚網(wǎng)元上實(shí)現(xiàn)相關(guān)SON功能，如OAM（operation administration maintenance，操作管理維護(hù)）；分布式主要是在各eNB上實(shí)現(xiàn)相關(guān)SON功能；而混合式是通過集中式和分布式兩種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)SON功能。

在3GPP標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)范了基于 SON的 ANR（automatic neighbour relation，自動鄰區(qū)關(guān)系）實(shí)現(xiàn)方法，即鄰區(qū)關(guān)系不是通過人工規(guī)劃獲得，而是通過UE（user equipment，用戶設(shè)備）測量上報方式實(shí)現(xiàn)，當(dāng)UE測量到鄰區(qū)信號強(qiáng)度較強(qiáng)時，將鄰區(qū)PCI上報到所在eNB，由eNB判決是否加入鄰區(qū)列表中，如果加入，則請求UE返回該鄰區(qū)的全局扇區(qū)標(biāo)識給eNB，這一過程中，默認(rèn)新部署的eNB已經(jīng)分配好PCI資源。

針對LTE的PCI分配方法有很多，可以基于傳統(tǒng)的規(guī)劃法和分組取模法，前者根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過統(tǒng)一的人工規(guī)劃來確保每個扇區(qū)的PCI與鄰區(qū)PCI不同，并手工配置；后者依賴于基站標(biāo)識，首先對PCI資源進(jìn)行分組，并對各組資源進(jìn)行編號，基站具體配置哪組PCI資源需要對基站標(biāo)識取模，由于基站數(shù)量較多，這種分配方法不能完全避免鄰區(qū)PCI沖突；如果直接采用eNB自動分配PCI方法，由于新部署的eNB與相鄰eNB之間的接口還沒有建立，并不知道鄰區(qū)PCI，很容易導(dǎo)致與鄰區(qū)PCI沖突。

針對LTE基站系統(tǒng)的PCI分配，提出一種基于SON的自配置PCI配置方法，在減少人工干預(yù)的情況下，低成本、高效率地自動配置PCI資源，提高LTE基站系統(tǒng)的自組織和自操作能力。

2 LTE基站系統(tǒng)的PCI自配置SON架構(gòu)及其分配方法

LTE基站系統(tǒng)的PCI自配置SON架構(gòu)可以有兩種，分別是集中式和混合式，如圖1所示。在集中式架構(gòu)中，PCI自配置功能集中在OAM，由OAM負(fù)責(zé)為eNB自動配置PCI；在混合式架構(gòu)中，PCI自配置功能分布在OAM和各個eNB上，兩種網(wǎng)元都參與PCI的自配置過程。

LTE基站系統(tǒng)的PCI自配置分配方法是將504個PCI資源分為兩部分，其中較少的一部分PCI資源為臨時PCI，較多的PCI資源為應(yīng)用PCI，兩部分PCI資源不重疊，即兩部分PCI值完全不同，一個PCI只能屬于臨時PCI或者只屬于應(yīng)用PCI。新部署的eNB上電后執(zhí)行自建立流程，使該eNB與OAM建立物理鏈路連接后，首先OAM為新eNB分配臨時PCI，確保新eNB能正常運(yùn)行，根據(jù)ANR流程，UE自動監(jiān)測相鄰扇區(qū)信號（鄰區(qū)所在eNB為已部署基站，使用的PCI為應(yīng)用PCI），并將鄰區(qū)PCI上報給新eNB，如果采用集中式架構(gòu)，新eNB將鄰區(qū)PCI再上報給OAM，OAM根據(jù)鄰區(qū)PCI值，從應(yīng)用PCI資源中選擇不同的PCI資源分配給新eNB，新eNB使用應(yīng)用PCI作為后續(xù)商用階段使用的PCI，并釋放最初使用的臨時PCI資源；如果采用混合式架構(gòu)，新eNB獲得UE上報的鄰區(qū)PCI后，從應(yīng)用PCI中選擇與鄰區(qū)PCI不同的值作為新eNB的PCI，并釋放最初使用的臨時PCI。在混合式架構(gòu)中，OAM負(fù)責(zé)分配臨時PCI資源，eNB負(fù)責(zé)為自身分配與鄰區(qū)PCI不同的應(yīng)用PCI資源。臨時PCI資源釋放后，可以繼續(xù)分配給下個新部署的eNB。

針對一些特殊的LTE基站系統(tǒng)部署場景，可以簡化分配過程，如LTE網(wǎng)絡(luò)中部署第一個eNB或者部署無鄰區(qū)的孤島站，則可以采用集中式架構(gòu)通過OAM直接分配應(yīng)用PCI資源；如果新部署的eNB所有扇區(qū)數(shù)量小于應(yīng)用PCI資源數(shù)量，則采用集中式架構(gòu)統(tǒng)一由OAM直接分配應(yīng)用PCI資源，只要不重復(fù)分配PCI即可；對于HeNB（home eNB，家庭基站），由于其自身支持掃描周圍扇區(qū)信號功能，可以直接獲得相鄰扇區(qū)PCI，因此可以從應(yīng)用PCI資源中為自身分配PCI，不需要OAM來分配PCI，這種SON架構(gòu)是分布式架構(gòu)。

由于臨時PCI資源和應(yīng)用PCI資源不重疊，而相鄰已部署的eNB已使用應(yīng)用PCI，因此OAM為新部署eNB分配臨時PCI的同時，也保證了與其相鄰已部署的eNB各扇區(qū)PCI不同。在PCI資源數(shù)量方面，應(yīng)用PCI資源數(shù)量遠(yuǎn)大于臨時PCI資源，因此不會影響PCI資源數(shù)量限制。臨時PCI數(shù)量較少，新eNB分配應(yīng)用PCI資源后，就釋放最初分配的臨時PCI，可供下個新部署的eNB使用，因此臨時PCI可以不斷地重復(fù)分配給新部署的eNB。另外，在LTE網(wǎng)絡(luò)部署過程中，如果同時部署新eNB數(shù)量小于或等于臨時PCI數(shù)量，那么臨時PCI資源能保證新eNB之間的PCI不同；如果同時部署eNB數(shù)量大于臨時PCI數(shù)量，那么根據(jù)實(shí)際需求通過調(diào)整分配策略來增加臨時PCI數(shù)量，一方面保證應(yīng)用PCI數(shù)量，另一方面提高eNB部署效率。當(dāng)然，臨時PCI資源也可以根據(jù)實(shí)際情況部分轉(zhuǎn)為應(yīng)用PCI資源。

這種將PCI資源分為臨時PCI和應(yīng)用PCI的分配PCI方法，在保證新部署的eNB正常運(yùn)行的同時，也保證了不會因PCI分配因素與鄰區(qū)產(chǎn)生干擾，為LTE基站系統(tǒng)自動分配PCI資源提供便利的客觀條件。

3 LTE基站系統(tǒng)的PCI自配置控制流程

LTE基站系統(tǒng)的PCI自配置過程的前提是不需要人參與，同時保證PCI分配的高效和網(wǎng)絡(luò)性能，其實(shí)現(xiàn)的SON架構(gòu)可以采用集中式或混合式，前者由OAM完成PCI的自配置，后者由OAM和eNB共同完成PCI的自配置，其實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示。

圖2 LTE基站系統(tǒng)的PCI自配置控制流程

具體的實(shí)施步驟如下。

步驟1 LTE基站系統(tǒng)的PCI分配策略通過OAM設(shè)置，涉及自配置PCI采用的SON架構(gòu)和PCI資源劃分，其中SON架構(gòu)可以采用集中式架構(gòu)或混合式架構(gòu)，PCI資源劃分為臨時PCI和應(yīng)用PCI，二者數(shù)值不重復(fù)，在數(shù)量方面，應(yīng)用PCI資源數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于臨時PCI資源數(shù)量。

步驟2 新部署的eNB上電后，基于自發(fā)現(xiàn)、自建立SON流程，eNB分別與OAM和EPC（envoled packet core，演進(jìn)分組核心網(wǎng)）建立物理通信鏈路連接。

步驟3 如果PCI自配置流程采用集中式SON架構(gòu)，那么臨時PCI和應(yīng)用PCI都通過OAM分配。首先OAM通過與eNB的南向接口為新部署的eNB分配臨時PCI資源，以確保新部署的eNB能正常運(yùn)行；基于ANR流程，通過UE在扇區(qū)邊緣測量相鄰已部署的eNode信號，獲得鄰區(qū)所使用的應(yīng)用PCI，并將其上報到新部署的eNB，eNB再將鄰區(qū)PCI上報到OAM，OAM從應(yīng)用PCI資源中選擇與鄰區(qū)PCI不同的資源分配給新部署的eNB各扇區(qū)，新eNB釋放臨時PCI資源并通知OAM，進(jìn)一步轉(zhuǎn)入步驟5。

步驟4 如果PCI自配置流程采用混合式SON架構(gòu)，那么臨時PCI由OAM負(fù)責(zé)分配，而應(yīng)用PCI由新部署的eNB負(fù)責(zé)為自身分配。首先OAM通過與eNB的南向接口為新部署的eNB分配臨時PCI資源，以保證新部署的eNB能正常運(yùn)行，并同步應(yīng)用PCI資源列表；基于ANR流程，通過UE在扇區(qū)邊緣測量相鄰已部署的eNode信號，獲得鄰區(qū)所使用的應(yīng)用PCI，并將其上報到新部署的eNB，eNB從應(yīng)用PCI資源列表中選擇與鄰區(qū)PCI不同的資源為自身的各個扇區(qū)分配PCI，新eNB釋放臨時PCI資源并通知OAM所采用的應(yīng)用PCI，進(jìn)一步轉(zhuǎn)入步驟5。

步驟5 鄰區(qū)數(shù)據(jù)一致性操作，涉及網(wǎng)元包括OAM、最新已部署的eNB及其相鄰eNB，以確保鄰區(qū)列表中配置的PCI數(shù)值在相關(guān)網(wǎng)元中保持一致。

PCI自配置過程中，出現(xiàn)鏈路或設(shè)備異常導(dǎo)致PCI資源分配失敗，則基站系統(tǒng)、OAM檢測系統(tǒng)及時輸出告警通知信息。針對特殊eNB部署場景，根據(jù)PCI自建立分配策略分配應(yīng)用PCI資源。

4 LTE基站系統(tǒng)的PCI資源規(guī)劃及分配策略

LTE基站系統(tǒng)的PCI資源規(guī)劃和分配策略要合理，提高分配效率，并降低算法和實(shí)施復(fù)雜度，同時還要不影響已部署網(wǎng)絡(luò)性能。在移動蜂窩組網(wǎng)中，無論是2G、3G，還是LTE，都以每個基站對應(yīng)覆蓋3個扇區(qū)為主，當(dāng)然在少數(shù)的特殊覆蓋場景中，每個基站對可以覆蓋1個扇區(qū)、2個扇區(qū)或超過3個扇區(qū)。為了提高PCI資源的分配效率，將504個PCI資源按照每組3個PCI劃分為168組并編號，如組 1的 PCI對應(yīng)為 [1，2，3]，組 2的 PCI對應(yīng)為[4，5，6]等，組 168 的 PCI對應(yīng)為[502，503，504]，那么 PCI資源分配則以“組”為單位。

進(jìn)一步將168個PCI組劃分為臨時PCI組和應(yīng)用PCI組，資源不重疊，并且后者PCI組數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于前者，使更多的PCI資源應(yīng)用于實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中。太多臨時PCI組資源使應(yīng)用PCI組資源數(shù)量減少，是一種資源浪費(fèi)。至于預(yù)留多少PCI組資源作為臨時PCI資源，需要根據(jù)LTE網(wǎng)絡(luò)部署的實(shí)際需求，如同時部署兩個eNB，臨時PCI資源要大于或等于兩組PCI。當(dāng)然，臨時PCI組資源可以根據(jù)實(shí)際情況轉(zhuǎn)為應(yīng)用PCI組資源。

如圖3所示為PCI資源組分配原則，無論是臨時PCI組還是應(yīng)用PCI組，為每個eNB分配的數(shù)量與該eNB支持的扇區(qū)數(shù)量有關(guān)，當(dāng)新部署的eNB支持的扇區(qū)數(shù)量小于或等于3時，就分配1組PCI資源，否則分配PCI組資源就等于扇區(qū)數(shù)量除3，如有余數(shù)則再加1，如4扇區(qū)，就分配2組PCI資源。

圖3 PCI資源組分配原則

針對eNB不同的部署場景，PCI資源的分配策略也不同，在不影響LTE網(wǎng)絡(luò)整體性能的前提下，其原則是盡可能簡化分配流程，以提高資源分配效率，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工程成本。LTE基站不同部署場景中PCI資源的分配策略見表1。

5 結(jié)束語

當(dāng)前，在全球運(yùn)營商都在緊鑼密鼓地部署LTE網(wǎng)絡(luò)的同時，SON技術(shù)的重要作用也日益凸顯，而PCI作為LTE網(wǎng)絡(luò)部署時的重要參數(shù)，對網(wǎng)絡(luò)的合理規(guī)劃和提升性能起著重要作用。本文提出的PCI自動分配方法能確保為eNB分配的PCI資源在各階段都與鄰區(qū)的PCI不同，有效完成PCI的自配置，與其他PCI分配方法比較，在實(shí)際操作中簡單、靈活、高效，在保證網(wǎng)絡(luò)性能的同時，對LTE系統(tǒng)的影響小。

表1 不同部署場景中PCI資源的分配策略

1 3GPP TS 36.300.E-UTRA and E-UTRAN,Overall Description;Stage 2,2014

2 謝大雄,朱曉光,江華.移動寬帶技術(shù)——LTE.北京：人民郵電出版社,2012

3 NGMN.NGMN Recommendation on SON and O&M Requirements,2008

4 孫成舟,張洪巖,魏垚等.LTE-Advanced系統(tǒng)中PCI自配置仿真研究.電信科學(xué),2013,29(7):30～35

5 3GPP TS 32.500.Telecommunication Management;Self-Organizing Networks(SON);Concepts and Requirements,2009