1、TD-LTE无线优化1 概述在信息技术领域，由于移动互联网迅速发展带来的无线数据流量的爆炸性增长，产生了对宽带无线网络的巨大需求。在这种需求的驱动下，国际上以LTE为主流的移动通信网的建设比预期提前几年启动了。国际信息网络的这一趋势，给我国主导的TD-LTE技术在国际上的应用，带来了新的机会。TD-LTE是我国主导的新一代移动通信技术，已经入选成为第四代移动通信的国际标准。TD-LTE是在TD-SCDMA发展基础上研发的新一代移动通信技术，不仅具有技术先进性，与国际最新移动通信同步发展，而且其频率利用率高的特点，在目前频率资源普遍短缺的情况下，更显突出。中国移动将接手TD-LTE技术，推动TD
2、-LTE的国际化。为占领4G发展先机，相关运营商和技术厂商正加紧研发和实验。TD-LTE的实验安排分三个阶段，从2008年第四季度到2009年第三季度是概念验证阶段，从2009年第四季度到2010年第四季度是技术实验阶段，而从2011年一季度开始进行规模技术实验。中国移动已确定在上海、杭州、南京、广州、深圳、厦门、北京等7城市部署TD-LTE规模试验网，并且确定将建设和部署超过1000个TD-LTE基站。TD-LTE网络建设完成后，为了保证网络的正常运营并发挥网络的最大性能以及网络资源的合理应用，我们需要对运行网络进行必要的优化，本文将从无线优化软件应用、常用参数介绍、案例分析、报告输出四个方
3、面全面系统地介绍无线规划在网络建设中的应用。2 TD-LTE基本概念介绍2.1 LTE/EPC Network Elements2.1.1 eNodeB的功能1. 无线资源管理功能：包括无线承载控制，无线接入控制，连接移动性控制，UE的上下行动态资源分配（调度）2. IP头压缩和用户数据流加密3. UE附着时的MME选择4. 路由用户平面数据至S-GW5. 寻呼消息的组织和发送（由MME产生）6. 广播消息的组织和发送（由MME和O&M产生）7. 以移动性或调度为目的的测量和测量报告配置2.1.2 MME处理控制面的功能1. 非接入层信令的处理2. 分发寻呼消息至eNodeB3. 接入层安全控
4、制4. 移动性管理涉及核心网节点之间的信令控制5. 空闲状态移动性控制6. SAE承载控制7. NAS信令的加密和完整性保护8. 跟踪区列表管理9. PDN SW 和 S-GW选择10. 向2/3G切换时的SGSN选择11. 漫游12. 鉴权2.1.3 S-GW处理用户面的功能1. 终止因为寻呼产生的用户平面数据2. 支持UE移动性的用户平面切换3. 合法监听4. 分组数据的路由与转发5. 传输层分组数据的标记6. 运营商间计费的数据统计7. 用户计费2.1.4 S1-MME:（控制面）eNode B与MME之间的控制面接口，提供S1-AP信令的可靠传输，基于IP和SCTP协议，用于完成S1接
5、口的无线接入承载控制、接口专用的操作维护等功能。2.1.5 S1-U: （用户面） E-UTRAN和Serving GW间每个承载的用户平面隧道参考点，基于UDP/IP和GTP-U协议，用于传送用户数据和相应的用户平面控制帧。2.1.6 X2（eNode B和eNode B间接口）：eNode B和eNode B之间的相互连接，分为用户平面和控制平面。X2用户平面接口X2-U在eNode B之间的IP传输层上，采用面向非连接的UDP协议进行用户数据传输，在UDP协议之上承载GTP-U协议，即采用了和S1接口相同的用户平面机制。 X2控制面接口X2-CP,定义于两个eNode B之间，主要功能如
6、下：1. UE激活状态下的Intra LTE移动性支持；2. 上行负载管理；3. 通用X2接口管理与差错处理功能；2.2 LTE帧结构3 LTE需求分析3.1 系统容量需求3.1.1 峰值速率需求 对于下行传输峰值速率，当UE采用2天线接收时，在20M的带宽情况下，瞬时峰值速率应满足100Mb/S（频谱效率为5bit/s/HZ）,对于上行传输峰值速率，当UE采用1天线发送时，瞬时峰值速率应满足50Mb/s(频谱效率为2.5bit/s/HZ)3.1.2 传输时延需求3.1.2.1 控制面时延需求驻留态（camped-state）和激活态（active）之间的转换时间小区100ms 激活态（act
7、ive）和睡眠态（dormant）之间的转换时间小区50ms3.1.2.2 用户面时延需求 用户面时延定义为：UE发送IP层数据包到RAN边缘节点（或者UE）接收IP层数据包的单向传输时延，RAN边缘节点为接入网和核心网的接口节点。要求小于5ms4 切换事件介绍（A1-A5）A1：服务小区测量值（RSRP或RSRQ）大于门限值A2：服务小区测量值（RSRP或RSRQ）小于门限值A3：邻小区测量值优于服务小区测量值一定门限值A4：邻小区测量值大于门限值A5：服务小区测量值小于门限1，同时邻小区信道质量大于门限25.5.4.4事件A3 （邻区比服务区更佳）UE 将：1当满足如下不等式A3-1时，认
8、为满足此事件的进入条件：1当满足如下不等式A3-2时，认为满足此事件的离开条件：不等式A3-1 （进入条件）不等式A3-2 （离开条件）公式中变量的定义如下：Mn为该邻区的测量结果，不考虑计算任何偏置。Ofn 为该邻区频率特定的偏置（即offsetFreq在measObjectEUTRA中被定义为对应于邻区的频率）。Ocn为该邻区的小区特定偏置（即cellIndividualOffset在measObjectEUTRA中被定义为对应于邻区的频率），同时如果没有为邻区配置，则设置为零。Ms 为没有计算任何偏置下的服务小区的测量结果。Ofs 为服务频率上频率特定的偏置（即offsetFreq在me
9、asObjectEUTRA中被定义为对应于服务频率）。.Ocs is 为服务小区的小区特定偏置（即cellIndividualOffset在measObjectEUTRA中被定义为对应于服务频率），并设置为0，如果没有为服务小区配置的话；Hys 为该事件的滞后参数（即hysteresis为reportConfigEUTRA内为该事件定义的参数）。Off 为该事件的偏移参数（即a3-Offset为reportConfigEUTRA内为该事件定义的参数）。Mn, Ms 单位为dBm 当表示 RSRP时，或为dB 当表示RSRQ时。Ofn, Ocn, Ofs, Ocs, Hys, Off 单位为dB
10、。5.5.4.6事件A5 （服务区比threshold1变差而邻区比threshold2更佳）UE 将：1当满足如下不等式A5-1和不等式 A5-2时，认为满足了该事件的进入条件；1当满足如下不等式A5-3或不等式 A5-4时，即至少满足其中之一，认为满足了该事件的离开条件；不等式A5-1 （进入条件1）不等式A5-2 （进入条件2）不等式A5-3 （离开条件1）不等式 A5-4 （离开条件2）公式中变量的定义如下：Ms为该服务小区的测量结果，没有计算任何偏置。Mn 为该邻区的测量结果，没有计算任何偏置。Ofn 为该邻区频率的频率特定偏置（即offsetFreq在measObjectEUTRA
11、中被定义为对应于邻区的频率）。Ocn为该邻区的小区特定偏置（即cellIndividualOffset在measObjectEUTRA中被定义为对应于邻区的频率），同时如果没有为邻区配置，则设置为零。Hys为该事件的滞后参数（即hysteresis为reportConfigEUTRA内为该事件定义的参数）。Thresh1为该事件的门限参数（即a5-Threshold1为reportConfigEUTRA内为该事件定义的参数）。Thresh2为该事件的门限参数（即a5-Threshold2为reportConfigEUTRA内为该事件定义的参数）。Mn, Ms单位为dBm 当表示 RSRP时，或
12、为dB 当表示RSRQ时。Ofn, Ocn, Hys单位为dB。Thresh1单位和Ms 的一样。Thresh2单位和Mn的一样。5 TD-LTE优化流程6 基本测量值介绍6.1 RSRP（参考信号接收功率）参考信号的接收功率由基于小区的参考信号测量得到，其计算方法如下：RSRP = PRS * PathLoss其中，RSRP：在系统接收带宽内，两个时隙上相应的小区参考信号的每个RSRE接收功率的线性平均；PRS：在系统接收带宽内，两个时隙上相应的小区参考信号的每个RSRE发射功率的线性平均；PathLoss: eNodeB与UE之间的路径损耗。取值范围：-44- -140dbm6.2 RSS
13、I（载波接收信号强度指示）载波接收信号强度指示的计算如下（注意UE不向EnodeB报告这个测量值，这个测量值可以通过UE向EnodeB上报的RSRQ和RSRP计算得到）：诺西资料参考如下：RSSI = wideband power= noise（噪声功率） + serving cell power（服务小区功率） + interference power （干扰功率）在不考虑噪声功率和干扰功率的情况下：RSSI (dBm)= RSRP (dBm)+10*log (12*N)N:为整个带宽上的RB占用数外部资料参考如下：RSSI = PPRB * NPRB * PathLoss / NSymbo
14、l其中，RSSI：载波接收信号强度指示； PPRB: 在系统接收带宽内，两个时隙上PRB的平均发射功率； NPRB：下行传输中所需要的PRB总数； PathLoss: eNodeB与UE之间的路径损耗； NSymbol：每个PRB上的OFDM符号数，由CP的配置决定。6.3 RSRQ（参考信号接收质量）参考信号接收质量的计算如下：RSRQ = RSRP * NPRB / RSSI其中, RSRQ：参考信号接收质量； RSRP：参考信号接收功率； NPRB：下行传输中所需要的PRB总数； RSSI：载波接收信号强度指示。取值范围：-3- -19.5DB报告数值和测量真实值的对应关系如下：6.4
15、SINR（有用信号与信噪和干扰比）下行SINR计算：将RB上的功率平均分配到各个RE上。下行RS的SINR = RS接收功率 /（干扰功率 + 噪声功率）= S/(I+N) RS接收功率 = RS发射功率 * 链路损耗干扰功率 = RS所占的RE上接收到的邻小区的功率之和上行SINR计算：每个UE的上行SRS都放置在一个子帧的最后一个块中。SRS的频域间隔为两个等效子载波。所以一个UE的SRS的干扰只来自于其他UE的SRS。SINR = SRS接收功率 /（干扰功率 + 噪声功率）SRS接收功率 = SRS发射功率 * 链路损耗干扰功率 = 邻小区内所有UE的SRS接收功率之和 6.5 CQI
16、 (信道质量指示) CQI用于UE通知系统当前下行信道的质量状况，使系统根据信道质量做出相应的数据传输调整，包括调制方式，编码方式等等,CQI不仅考虑时域，也考虑频域.时域上为1ms，频域为：和一个PRB相一致的带宽。 CQI报告测量分两类：全带宽CQI,子带宽CQI(某一特定RB) CQI测量的上报分两类：周期上报（由PUSCH和PUCCH），和不定期上报(只能由PUSCH)范围：0-150-6 QPSK 7-9 16QAM, 10-15 64QAMLTE TDD系统中调制方式和编码速率的选择由参考信号的测量估计得到，步骤如下：步骤1：获得参考信号的SINR值LTE TDD下行SINR值由C
17、ell-Specific RS测量得到，上行SINR值由SRS测量得到。步骤2：确定SINR对应的等效SNR阈值将参考信号的SINR近似地看为AWGN信道条件下的等效SNR，并通过SINR与调制方式和速率的对应关系表可以确定小于或等于SINR值的最大SNR阈值。步骤3：确定调制方式、编码速率、频谱利用率由表1可以得到等效SNR阈值对应的调制方式、编码速率、频谱效率。表 1 SINR与调制方式和速率的对应关系CQI级数调制方式编码速率*1024频谱效率(bit/s/Hz)等效SNR阈值(BLRE=10%)1QPSK780.1523-6.712QPSK1200.2344-5.113QPSK1930
18、.3770-3.154QPSK3080.6016-0.8795QPSK4490.87700.7016QPSK6021.17582.529716QAM3781.47664.606816QAM4901.91416.431916QAM6162.40638.3261064QAM4662.730510.31164QAM5673.322312.221264QAM6663.902314.011364QAM7724.523415.811464QAM8735.115217.681564QAM9485.554719.616.6 MCS（Modulation and coding scheme）（调整编码方式） 范
19、围：031（29,30,31保留）(1) 下行MCS 0-9 QPSK 10-16 16QAM 17-28 64QAM 29 QPSK,30 16QAM, 31 64QAM.(2) 上行MCS0-10 QPSK 11-20 16QAM 21-28 64QAM.2931保留。6.7 CCE PDCCH（物理下行控制信道）资源映射设计为以控制信道单元CCE(control channel element )为单位，一个CCE有9个REG即36个RE构成，根据承载的DCI比特长度和信道状况，基站可选择使用1,2,4,8个CCE承载一个DCI成为CCE聚合等级.6.8 RB RB：Resource B
20、lock。LTE系统最常见的调度单位，上下行业务信道都以RB为单位进行调度。RB = 84RE。下图即为一个RB。时域上占7个OFDM符号（0.5ms），频域上占12个子载波（15kHZ）， 一个OFDM符号=71.43useNodeB是以一个TTI即2个RB为调度的最小单位7 典型信令流程7.1 系统广播消息7.1.1 主信息块（MIB）MIB的传输周期固定为40ms，一个周期内每10ms重传相同的内容，MIB的传输固定在每个无线帧的0子帧上，首次传输位于SFN Mod4=0的无线帧，如下图： MIB携带的信息如下：7.1.2 系统信息块（SIB）SIB1的传输周期固定为80ms，一个周期内
21、每20ms重传相同的内容，SIB1的传输固定在偶数无线帧的子帧5，首次传输位于SFN Mod8=0的无线帧，如下图： 系统信息块携带的信息如下：7.2 小区搜索过程（诺西版本）小区搜索过程是UE获得时间和频率与小区同步并且检测小区识别号的过程，基于同步信号 (Primary and Secondary) 和BCH同步信号：PSS和SSS许可去获得下行符号时间和频率同步BCCH：获得小区特定信息(e.g. cell bandwidth, # of antenna transmitters, CP length)步骤1: （P_SCH）UE搜索所有可接收到的PSS信号，选取最强扇区与之同步。UE搜
22、索PSS携带的Physical Cell ID index (3个不同的可能：0,1,2)初始同步：频率，时隙和子帧同步步骤2: (S-SCH)根据PSS与SSS的相对位置，解调SSS信号，获取Physical Cell ID group 在LTE中，有504个物理层小区识别号，分成168组，每组包含3个小区识别号获取帧同步(10ms边界)步骤3: (BCH)根据PBCH与PSS/SSS的相对位置，UE可以进一步接收PBCH的系统MIB（master information block）消息，从而获得完整的LTE系统参数和必须的接入信息，在成功完成BCH解码后，UE可以接入系统(RACH pr
23、ocedure)UE得到小区系统消息 7.3 小区搜索小区搜索过程是UE和小区取得时间和频率同步，并检测小区ID的过程。E-UTRA系统的小区搜索过程与UTRA系统的主要区别是她能够支持不同的系统带宽（1.420MHZ）。小区搜索通过若干下行信道实现，包括同步信道（SCH）、广播信道（BCH）和下行参考信号（RS）。SCH又分成主同步信道（PSCH）和辅同步信道（SSCH），BCH又分成主广播信道（PBCH）和动态广播信道（DBCH）。除PBCH是以正式“信道”出现的；PSCH和SSCH是纯粹的L1信道，不用来传送L2/L3控制信令，而只用于同步和小区搜索过程；DBCH最终承载在下行共享传输信
24、道（DL-SCH），没有独立的信道。下图为小区搜索流程：检测PSCH（用于获得5ms时钟，并获得小区ID组内的具体小区ID）检测SSCH（用于获得无线帧时钟、小区ID组、BCH天线配置）检测下行参考信号（用于获得BCH天线配置，是否采用位移导频）读取BCH（用于获得其它小区信息）7.4 随机接入流程随机接入分为基于冲突的随机接入和基于非冲突的随机接入两个流程。其区别为针对两种流程其选择随机接入前缀的方式。前者为UE从基于冲突的随机接入前缀中依照一定算法随机选择一个随机前缀；后者是基站侧通过下行专用信令给UE指派非冲突的随机接入前缀。具体流程如下：基于冲突的随机接入：1) UE在RACH上发送随
25、机接入前缀；2) ENb的MAC层产生随机接入响应，并在DL-SCH上发送；3) UE的RRC层产生RRC Connection Request 并在映射到UL SCH上的CCCH逻辑信道上发送；4) RRC Contention Resolution 由ENb的RRC层产生，并在映射到DL SCH上的CCCH or DCCH(FFS)逻辑信道上发送。基于非冲突的随机接入1) ENb 通过下行专用信令给UE指派非冲突的随机接入前缀（non-contention Random Access Preamble ），这个前缀不在BCH上广播的集合中。2) UE在RACH上发送指派的随机接入前缀。3)
26、 ENb的MAC层产生随机接入响应，并在DL-SCH上发送。7.5 开机附着流程7.5.1 正常流程UE刚开机时，先进行物理下行同步，搜索测量进行小区选择，选择到一个suitable或者acceptable小区后，驻留并进行附着过程。附着流程图如下：说明：1) 步骤15会建立RRC连接，步骤6、9会建立S1连接，完成这些过程即标志着NAS signalling connection建立完成，见24.301。2) 消息7的说明：UE刚开机第一次attach，使用的IMSI，无Identity过程；后续，如果有有效的GUTI，使用GUTI attach，核心网才会发起Identity过程（为上下行
27、直传消息）。3) 消息1012的说明：如果消息9带了UE Radio Capability IE，则eNB不会发送UECapabilityEnquiry消息给UE，即没有1012过程；否则会发送，UE上报无线能力信息后，eNB再发UE Capability Info Indication，给核心网上报UE的无线能力信息。 为了减少空口开销，在IDLE下MME会保存UE Radio Capability信息，在INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息会带给eNB，除非UE在执行attach或者first TAU following GERAN/UTRAN Attach or
28、 UE radio capability update TAU过程（也就是这些过程MME不会带UE Radio Capability信息给eNB，并会把本地保存的UE Radio Capability信息删除，eNB会问UE要能力信息，并报给MME。注：UE radio capability update TAU is only supported for changes of GERAN and UTRAN radio capabilities in ECM-IDLE.）。 在CONNECTED下，eNB会一直保存UE Radio Capability信息。 UE的E_UTRAN无线能力信息
29、如果发生改变，需要先detach，再attach。4) 发起UE上下文释放（即2125）的条件：-eNodeB-initiated with cause e.g. O&M Intervention, Unspecified Failure, User Inactivity, Repeated RRC signalling Integrity Check Failure, Release due to UE generated signalling connection release, etc.; or- MME-initiated with cause e.g. authentication
30、 failure, detach, etc.5) eNB收到msg3以后，DCM给USM配置SRB1，配置完后发送msg4给UE；eNB在发送RRCConnectionReconfiguration前，DCM先给USM配置DRB/SRB2等信息，配置完后发送RRCConnectionReconfiguration给UE，收到RRCConnectionReconfigurationComplete后，控制面再通知用户面资源可用。6) 消息1315的说明：eNB发送完消息13，并不需要等收到消息14，就直接发送消息15。7) 如果发起IMSI attach时，UE的IMSI与另外一个UE的IMSI重复，并且其他UE已经attach，则核心网会释放先前的UE。如果IMSI中的MNC与核心网配置的不一致，则核心网会回复attach reject。8) 消息9的说明：该消息为MME向eNB发起的初始上下文建立请求，请求eNB建立承载资源，同时带安全上下文，可能带用户无线能力、切换限制列表等参数。UE
