LTE与eHRPD互操作研究

【摘要】 在LTE网络部署初期，由于网络覆盖的不足会影响到用户的感知体验。在LTE覆盖不完善的情况下，采用LTE与3G数据业务互操作解决方案，可保证用户在4G与3G网络之间的平滑切换。对C/L互操作原理进行了研究，探索C/L互操作的实现原理、交互流程以及分类。

【关键词】 LTE eHRPD 互操作

Abstract：At the initial stage of LTE network deployment， the users’ perception and experience will be influenced by the deficiency of network coverage. By adopting the interoperation solutions of the data service between LTE and 3G under the condition of imperfect coverage of LTE， the users’ smooth handoff between 4G and 3G networks can be guaranteed. Starting from the research on the C/L interoperation theory， the article has an exploration on the theory-realization， interactive process and classification of the C/L interoperation.

Key words： LTE， eHRPD， interoperation

一、概述

根据目前中国电信LTE网络建设的统一部署，LTE网络是依托现有CDMA网络进行建设，实现快速网络布置。这一举措造成LTE与CDMA网络之间出现频繁的业务交互，并且目前LTE网络不具备支持VOIP业务，只承载数据业务，不承载语音业务，LTE与CDMA网络之间的业务互操作研究工程成为当前LTE网络建设初期热点问题，在今后的网络优化工作中也将是一个不容忽视的优化方向。

对于语音业务来说，CDMA 1x和LTE双模手机采用的是双模双待，在LTE覆盖区域需要开展语音业务时不涉及互操作进程，手机不会断开LTE连接，直接采用CDMA 1X模块进入CDMA 1X建链通话。当有短消息业务到来时，终端不需要回落到CDMA网络，而是直接利用E-UTRA网络的MME作为中间转发节点完成终端和MSC消息的转发，实现短消息功能。

而对于数据业务来说，在目前LTE网络覆盖情况还不够完善的区域当中，当用户在一个LTE和CDMA共存的网络中使用数据业务时，不可避免的将会出现从LTE网络到CDMA网络，或者从CDMA网络到LTE网络之间进行切换，这种切换就是本文研究的LTE与eHRPD（evoled High Rate Packet Data）网络之间的互操作过程。

eHRPD是演进的高速分组数据网络，是通过对现有CDMA2000 EVDO网络的硬件及软件进行升级，将AN升级为eAN，PDSN升级为HSGW，并且在LTE核心网与CDMA2000 EVDO核心网之间搭建新链路，实现这两个网络之间的信令及业务的交互。具体系统搭建示意图如图1。

为了实现C/L互操作功能，eHRPD系统到LTE系统新增了5个接口，其中包括eAN到MME的S101接口，HSGW分别到SGW的S103接口，到PCRF的Gxa接口，到PGW的S2a接口以及到3GPP AAA的STa接口。在上述新增接口中，S101和S103是可选的。

二、C/L互操作的步骤

目前中国电信LTE系统中，切换到异系统（eHRPD系统）采用的基于覆盖切换，其原理与异频切换相似。整个异系统切换包含了测量触发、测量阶段、决策阶段和执行阶段四个步骤。

2.1测量触发

在基于覆盖的异系统切换当中，当UE处于激活态时，一旦服务小区的质量低于一定门限，将触发eNodeB下发异系统测量配置，UE开始进行异系统测量。当服务小区的质量高于一定门限时，UE将停止异系统测量。根据3GPP 36.331中的定义，事件A2与事件A1作为触发与停止基于覆盖异系统测量的两个事件。事件A2门限满足触发测量，事件A1门限满足停止测量。

1）A2事件触发机制

触发条件：MS+Hys

取消条件：MS-Hys>特定A2门限

MS是服务小区的测量结果

Hys是事件A2迟滞参数

Thresh是事件A2的门限参数

当服务小区质量在Time to Tigger的时间内一直低于相应的门限值，并满足事件的上报事件，将上报事件A2。

2）A1事件触发机制

触发条件：MS-Hys>特定A1门限

取消条件：MS+Hys

在基于覆盖的异系统切换中，事件A1用于停止测量，表示服务小区的质量已经高于一定门限值。当事件A1满足上报条件并上报eNodeB后，将触发异系统测量的停止。为了保证事件A1能正常触发，它的门限应该高于事件A2的门限，且不能小于事件A2门限与偏置参数的和。

基于覆盖的异系统切换还有另外一种事件触发测量，那就是事件B1/B2，它的原理跟A1/A2相似，不同的是在判定条件里头增加了参数频率偏置Ofn，其他跟A1/A2保持一致。由于目前中国电信LTE网络不采用事件B1/B2触发，在此不做详细介绍。

2.2测量阶段

在衡量信号质量情况方面，由于RSRQ的值受负载影响较大，不能真实反映目前中国电信LTE网络的信号质量。因此基于覆盖的异系统测量目前使用测量RSRP作为衡量信号质量的标准。

当事件A2触发测量后，事件A1未触发之前，事件触发周期性报告。UE每间隔320ms都会采用GAP辅助测量去检测异系统的信号强度，并上报给eNodeB。

2.3决策阶段

eNodeB根据事件转周期报告进行决策判决，判决因素包括LTE网络当前服务小区的RSRP，eHRPD网络目标小区的EcIo，但满足设定门限时，进入切换执行阶段。

2.4执行阶段

进入切换执行阶段时，eNodeB会启动准入流程与信令执行流程，如果准入或切换失败，则重试其他目标小区，在测量报告列表中尝试下一个目标小区。

三、互操作的分类

3.1基于终端状态的互操作分类

终端与LTE网络之间的无线连接称为RRC连接，根据RRC的连接状态，我们可以将终端的状态分为空闲态和激活态两种。终端在空闲态和激活态时，当出现LTE与eHRPD网络之间互操作，它们是根据不同的原理流程来实现的，因此基于终端状态的互操作可以分为空闲态互操作与激活态互操作两种。

3.1.1空闲态的互操作

1）空闲态LTE到eHRPD的重选流程

LTE空闲态中，终端会检索网络下发的参数，在当前小区RSRP的值低于异系统搜索启动门限时，终端会启动对eHRPD系统测量，但不会立即重选，当RSRP低于重选启动门限时，终端才会发起异系统重选流程。

2）空闲态eHRPD到LTE的重选流程

空闲态eHRPD到LTE的重选流程有两种方案：终端方案和标准方案。

在终端方案中，重选完全是由终端进行主导，系统无法进行干预。其基本原理是这样的：终端在eHRPD的空闲态（含休眠态）下，每隔一段时间去自动搜索一次LTE系统，如果能够搜索到LTE系统的有效信号，就重选过去。从上述原理可以看出，这种重选方案的确是比较简单，将大量复杂的配置、搜索、判决等工作都全部托付给终端侧来完成，对于无线系统而言，省下了很多事情，因此除去最初eHRPD的升级和调测之外，不需要额外配置参数。

但终端方案由于没有系统协助，增加了重选的时延，时延高达10s或以上，影响用户感知。

在标准方案中，eHRPD系统将会下发新的开销消息，即other rat neighbor list message，在这个消息中，将会携带异系统的信息，主要包括：

当前eHRPD系统的优先级

异系统（LTE）的优先级

LTE作为重选目标系统时候的重选门限（ThreshX）

LTE作为低优先级时候的重选门限（ThreshX）

eHRPD重选门限（ThreshServing）

具体的频点信息等

终端在收到开销消息后，会自动周期性去搜索LTE的系统信号。当eHRPD小区的导频Ec/Io小于ThreshServing，并且LTE参考信号强度（RSRP）高于LTE门限（ ThreshX ）时，则终端空闲重选到LTE。

目前现网中空闲态eHRPD到LTE重选优先采用标准方案。

3.1.2激活态的互操作

1）激活态eHRPD到LTE的切换

由于激活态eHRPD到LTE的切换目前业界尚未有清晰定义，短期内无法实现，现网中无法开展研究。

2）激活态LTE到eHRPD的切换

基于覆盖切换

按服务小区的信号质量作为判决条件发起切换。

基于负载切换

按服务小区的负载平衡门限作为判决条件，激活GAP测量，并发起切换。

基于距离切换

由eNodeB对于UE距离的判定来触发条件。

基于上下行链路质量切换

eNodeB对上行的MCS和IBER进行评估，触发测量并切换。

基于业务切换

在基于业务切换中，eNodeB根据某QCI的业务配置来决定该业务是否必须切换、不能切换以及允许切换。

在现网中激活态LTE到eHRPD的切换采用基于覆盖切换类型。

3.2基于LTE-eHRPD网络架构的互操作分类

按照网络架构我们可以将激活态LTE-eHRPD互操作分为：优化切换与非优化切换，其中优化切换是指LTE-eHRPD按照上图的标准规定进行搭建，具备各个互连接口，在实现互操作时各个关联网元都是通过直接路径进行信令及业务的交互；而非优化切换是指缺少了eAN-MME之间的S101接口、HSWG-SGW之间的S103接口而搭建而成的网络，在实现互操作时这些网元的信令及业务是通过迂回路由进行交互。非优化切换的时延相对较长。

3.3互操作分类的总体架图

根据上述的类别划分，我们可以将互操作划分的总体架图勾划如下：

在现网当中，实际上的C/L互操作主要包括L/C数据业务激活态非优化切换、L/C数据业务空闲态重选以及C/L数据业务空闲态标准方案重选这三种流程。其他流程由于无法实现、终端原因或者协议未规定等原因而不存在。

四、C/L互操作之终端能力

终端能力也可以说终端特性，在LTE系统中，终端的能力体现了终端的等级以及终端所支持系统的能力等信息。LTE系统会在附着（Attach）过程、跨设备商的切换过程等都会发生UE能力查询。e-NodB向UE下发UE能力查询的命令，UE将自己的能力在L3信令”UE Capability Information Indication”反馈。

协议TS36.331规定了UE FGI（Feature Group Indicators）有32位，其中第12位定义为是否具备激活态异频/eHRPD系统检测能力，第26位为激活态异频/eHRPD支持B2事件能力。

只有这两位都置为“1”的终端才具备异频异系统的检测能力，能实现C/L互操作的能力。

五、结束语

C/L互操作在现阶段LTE网络覆盖不完善的情况下我们是允许出现的。在LTE与eHRPD互操作中，一个总体大原则就是，尽量让4G用户停留在LTE网络上，不要轻易到eHRPD网络上，除非覆盖特别差了，再不切换/重选到eHRPD去就会严重影响用户感知了，所以通常LTE网络上对于向eHRPD互操作的门限都比较苛刻，并且如果下切到3G网络，我们如何来让它尽快的回到4G来，规划好相关参数以规避可能出现的乒乓重选。

参 考 文 献

[1] 3GPP X.P0057 v0.13.0 E-UTRAN-eHRPD Connectivity and interworking： Core Network Aspects 2008-12.

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[4] 刘娜. LTE-eHRPD网络间切换技术研究[D].北京：北京邮电大学，2009.

[5] 华为技术有限公司.《LTE网络特性算法》. 2013-12-6.

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