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LTE切换研究

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  【摘 要】本文分析了LTE切换的主要流程以及策略。
  【关键词】LTE;切换
  前言
  在世界范围内,很多LTE商用或者试商用网络已开始建设,然而,LTE网络的建设不可能一蹴而就,建设初期无法实现全网覆盖,必须依托现有的GSM网络或TD-SCDMA网络。因此,切换技术不论是在LTE网络内部还是在LTE网络与2G/3G网络之间,都有着非常重要的意义。
  本文主要讨论LTE系统的切换技术,包括LTE系统内部的切换,LTE系统与2G/3G系统间的切换,以及LTE系统间的切换策略。
  1.LTE系统内部的切换
  根据源eBodeB 和目标eNodeB是否连接到同一个MME池(MME Pool)以及他们之间是否存在X2连接。LTE系统内部的切换,可以划分为基于X2的切换和基于S1的切换。LTE系统中,当源eNodeB和目标eNodeB之间不在同一个MME(池)的范围,或者不存在X2连接,亦或源eNodeB已配置成需要进行基于S1的切换这几种情况下,将进行基于X2的切换。
  a) 基于无SGW重定位的X2口切换
  当eNodeB间存在X2接口且不需要更改SGW时,系统内的切换为基于无SGW重定位的X2口切换。
  b) 基于SGW重定位的X2口切换
  当eNodeB之间存在连接且MME认为需要重新定位SGW时,则系统触发基于SGW重定位的X2口切换。
  2.LTE与2G/3G混合网络PS切换
  以下主要分析从E-UTRAN到UTRAN的PS切换过程。该过程用于连接状态下的UE移动性管理,被分为两个阶段:准备阶段和执行阶段。
  在准备阶段eNodeB向MME发起切换请求,MME与目标SGSN进行通信,目标SGSN向目标SGW、目标RNC申请PDP、RAB等承载资源。
  当准备阶段完毕后将进入执行阶段,MME把目标RNC、目标SGW的资源通过切换命令带给UE,UE向UTRAN发起接入过程,期间数据通过GTP隧道缓存到目标RNC。当UE接入到UTRAN后,SGSN向PDN GW发起更新承载请求,UE也会发起RA update过程。切换完成后,MME将释放eNodeB资源及EPS承载。
  3.系统间切换策略
  3.1基于覆盖的切换策略
  考虑到用户对电路域业务和分组域业务的感受不同,所以在跨系统切换的时候必须针对不同的业务采取不同的策略。
  对于CS业务(主要指语音业务),掉话对用户的感受非常明显,所以要求提供比较可靠的CS域业务,需要高的切换成功率,以及完善的覆盖。
  对于PS业务,TD-LTE可提供更大的业务带宽,更好的用户感受,但是用户对PS业务的掉话感受并不明显,且PS业务掉话后会自动重新链接,其主要要求的是整体的平均带宽。
  基于这样的特征,建议在切换中采取如下策略:
  CS域业务:TD-LTE用户采用CSFB切换到UTRAN或GSM网络中,原UTRAN用户尽量驻留在原网络中,这种策略可以充分保证切换成功率,获得语音业务的最大覆盖。
  PS域业务:支持TD-LTE/UTRAN网络进行双向切换,优选UTRAN/GSM用户切换到LTE网络,切换时以尽可能保证用户的带宽为主。
  并发业务:先进行CS业务的切换,然后进行PS业务小区重选,重建PS业务,也就是说,用户从LTE/UTRAN/GSM同覆盖区向UTRAN/GSM覆盖区移动时,CS域切换发生较早,PS域切换发生较晚。
  3.2基于业务的切换策略
  对于业务的切换控制,主要是在发生切换(覆盖原因或负荷原因)时对切换决策产生影响,通过对业务参数的控制,运营商可以针对不同的业务制定不同切换策略。GSM、LTE、TD混合组网的情况或者任意两种系统混合组网,可以根据需要发挥不同网络的优势,控制不同业务的切换策略。
  GSM/LTE网络:GSM只支持GSM和TD间的业务切换控制参数,因此GSM和LTE间无法控制某些业务的切换策略。
  LTE/TD网络:语音业务尽可能基于TD网络提供承载,数据业务优先基于LTE网络提供承载,当然根据TD网络的容量和负荷,可以有选择的将数据业务根据速率、时延等Qos要求进行分类,部分数据业务用LTE承载,另外部分由TD承载。
  LTE/TD/GSM混合组网:语音业务基于TD/GSM的网络承载,数据业务基于LTE网络承载或基于LTE/TD网络承载,TD可以控制某些业务往GSM、LTE的切换策略。
  3.3基于负荷的切换策略
  TD网络和GSM网络同覆盖的情况下,TD网络出现负荷过载,可以选择部分用户,强制均衡到2G网络,TD、LTE、GSM混合组网,同覆盖情况下,特别是LTE提供热点覆盖,TD可以选择部分用户切换到LTE网络,或者对于特定的PS业务,选择在LTE网络进行,LTE负荷较大,可以将部分低速用户强迁到TD网络。根据业务和个人意愿选择发起业务的网络,操作比较复杂。
  基于2G/3G提供语音服务,3G分流2G用户的CS业务,TD和LTE网络分流数据业务,同时LTE网络着重分流TD中具有较高Qos要求的用户,例如大速率、实时性强的媒体业务。LTE网络的引入,使2G、3G间负荷均衡的策略更加复杂。
  基于上述的考虑,先从TD网络着眼,当TD负荷过高时,可以采用下述两种方案:
  a)基于信令重定向
  网络检查RRC建立原因,区分业务类别,对于PS业务,如果此时网络负荷超过一定门限,提前将UE重定向到同覆盖LTE网络,对于CS业务在2G和3G系统间均衡。
  这种方式不确知业务的具体信息情况下,提前分流,可能会造成分流的不准确。
  b)基于负荷的均衡
  TD网络负荷超过一定门限时,对于双模或三模终端接入时,优先选择PS业务切换到LTE网络。
  GSM切换或TD本系统内的切换进入TD小区的PS用户,可以均衡到LTE网络,对于语音业务尽量保证在TD网络提供服务,而有选择性的将PS用户均衡到LTE。
  从GSM侧考虑,小区负荷过高时,可以将部分GPRS用户迁移到LTE网络,不支持LTE的终端迁移到TD网络,对于新接入用户可以采用同样的策略重定向到LTE、TD小区。
  建网初期,LTE网络出现负荷过载可能性不高,其过载策略可以类同于目前TD和GSM的策略,至于均衡到TD或GSM网络,受限于终端类型、网络改造以及TD、GSM小区的负荷情况。
  基于负荷的切换重要前提是获取异系统同覆盖邻区当前的负荷水平,如果均衡的目的小区负荷比较高,可能存在均衡失败或反复切换的问题,造成掉话或业务中断时间较长,影响用户感受。2G、3G间负荷均衡可以通过Iurg接口提前获取,2G/LTE可以通过RIM的方案获取对方的负荷信息,LTE和TD间目前没有获取的方式。
  参考文献:
  [1]赵训威,林辉.3GPP长期演进(LTE)系统架构与技术规范.人民邮电出版社 2010年1月第1版.
  作者简介:
  刘泉,高级工程师,湖北邮电规划设计有限公司无线通信咨询设计院 副院长,主要研究方向无线通信规划与优化。
  罗肖,工程师,湖北邮电规划设计有限公司无线通信咨询设计院 设计经理,主要研究方向无线通信规划与优化。
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