LTE小区重选准则分析与研究.doc

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1、LTE 小区重选准则分析与研究熊健翔莫宏波星河亮点通信软件有限责任公司工程师工业和信息化部电信研究院通信标准研究所工程师 工业和信息化部电信研究院通信标准研究所工程师 工业和信息化部电信研究院通信标准研究所工程师果敢王海燕摘要从 LTE 小区选择过程及其相关算法入手，展开对小区重选的讨论。在重选优先级的基础上，介绍不同优先级邻小区的测量启动规则和重选准则，以及 UE 移动状态对小区重选的影响。 并对 LTE 小区重选算法的复杂度问题进行了分析。关键词 LTE E-UTRA 3GPP引言选择”和“基于已存信息的小区选择”两种情况。在第一种情况下 ，UE 将 顺 序 搜 索 E-UTRA 每 个

2、载频上的最强小区，考察其是否符合小区选择的 S 准 则，一旦发现合适的小区，则在该小区进行驻留，小区 搜索停止。在“ 基于已存信息的小区选 择 ” 的 情 况 下 ，UE 将 利用之前存储的载频信息及相关小区参数，仅对特定 频率或特定小区进行搜索。 该方式能够降低小区选择 时间，并减少 UE 的功率消耗。1在蜂窝移动通信系统中，终端成功在小区驻留是网络向用户提供服务的基础。 因此，小区选择及重选 过程在移动通信网络中具有极其重要的意义。 LTE 作 为传统移动通信系统的长期演进性技术，目前已经获 得世界主流运营商和设备商的广泛支持，具有较好的 市场前景。 目前，LTE 的相关标准已接近完成。

3、相对 UTRA 系统而言，LTE 中的小区重选过程和算法更加 灵活，但其带来了网络优化更加困难的问题。 本文将 对 LTE 的小区选择及重选过程及算法进行深入分析。小区重选的关键算法3小区选择过程小区选择过程结束后 ，UE 选 择 一 个 E-UTRA 小区驻留，并开始小区重选评估。 小区重选多与网络环 境变化相关。 当原驻留小区信号变弱，UE 将试图选择 信号质量更好的小区进行驻留。3.1 小区重选优先级小区重选优先级是 UE 进行重选时首先需要考虑 的参数， 由网络侧配置 ， 并通过小 区 广 播 的 方 式 告 知 UE。 小区重选优先级参数 cellReselectionPriorit

4、y 的取 值范围为（07）， 该 参 数 取 值 越 大 ， 表示对应载频上 所有小区的重选优先级越高。 需要注意的是，重选优 先级依据载频划分，而不是依据小区划分。 也就是说， 同一 RAT 下同一载频上的所有小区拥有相等的优先 级，而不同载频的优先级可能相等或不等。 这些参数 散布于 SIB3SIB8 中，具体参见表 2。2小区选择是小区重选的基础，本文首先介绍在小区选择过程中非常关键的 S 准则。S 准 则 ：UE 首 先 计 算 出 小 区 的 Srxlev 值 ， 当 Srxlev 0 时， 该小区将被认为是一个合适的小区，否 则该小区应被忽略。 其中 Srxlev 的计算方法为：S

5、rxlev= Qrxlevmeas - （Qrxlevmin + Qrxlevminoffset） Pcompensation。上式中，Pcompensation = max（PEMAX - PUMAX, 0）。表 1 对上式中的参数进行了简要说明。一个小区的 S 值可被理解为特定 UE 在小区选择 阶段对小区信号质量的评估。 当搜索到合适的 PLMN 后，UE 将启动小区选择过程。 根据 UE 中是否保存有 小区载频的相关信息 ， 可将小区选 择 分 为 “ 初 始 小 区表 2 重选优先级参数分布表须始终对其进行测量。(2) 对于重选优先级等于或低于 服务小区的载频， 分为同频和非同频 两

6、种情况处理：同频测量情况下 当 服 务 小 区 的 Srxlev 值Sintrasearch 时，UE 可自由决定是否进 行 同频测量。除系统广播消 息 外 ， 小区重选优先级也可通过 RRCConnectionRelease 消息告知 UE。 当 UE 收到包含 cellReselectionPriority 的 RRCConnectionRelease 消 息 时 ，UE 将 忽 略 系 统 广 播 消 息 值 ， 并 根 据 RRCConnectionRelease 消息中的小区重选优先级进行 重新配置。 通过该机制，网络能够主动引导 UE 进行系 统间小区重选。 例如，对支持 CS 回

7、退的 UE，此机制可 引导 UE 回退到 UTRAN 网络并发起 CS 域业务。3.2 测量启动规则重选优先级确定之后 ，UE 将针对不同优先级的 小区选用不同的测量启动规则以及重选判决准则。当在某小区驻留时 ，UE 将持续对该小区进行测 当服务小区的 Srxlev 值S， 或系统消intrasearch息中 S为空时，UE 必须进行同频测量。intrasearch非同频（异频和系统间）测量情况下 当服务小区的 Srxlev 值 S时，UE 可nonintrasearch自由决定是否进行异频及系统间测量。 当服务小区 的 Srxlev 值S， 或 系 统nonintrasearch消 息 中

8、S为 空 时 ，UE 必须进行异频及系统间 nonintrasearch测量。3.3 小区重选准则针对不同优先级载频上的小区，重选算法有着明 显的区别： 优先级越低 ， 重选判决准则越苛 刻 ，UE 向 其上发生重选的机会也就越小。 这虽然使得小区重选量。UE 通过 RSRP 测量结果计算 Srxlev，并将该值与的运算复杂度有所增加，侧获得最佳的服务。但却保证了 UE 能够从网络同频 / 非同频测量启动门限 Sintrasearch 和 Snonintrasearch 进行比较，作为是否启动邻小区测量的判决条件之一。Sintrasearch 和 Snonintrasearch 在 SIB3

9、中广播，邻小区测量是 否启动的规则如下：(1) 对于重选优先级高于服务小区的载频，UE 必当存在多个可重选 小 区 时 ，UE 应只选择其中优 先级最高的小区并进行驻留。本节对各种小区重选准则进行详细讨论。(1) 高优先级小区重选准则表 3 R 准则参数说明表对于重选优先级高于当前服务载频的小区，若该务载频的小区，若该邻小区 Rn 大于服务小区 Rs， 并持邻 小 区 Srxlev 高 于 门 限 值 Threshx, high， 并 持 续TreselectionRAT； 同时，UE 已在当前服务小区驻留超过1s 以上。 则 UE 应触发向该邻小区重选的流程。其中，Threshx, high

10、 为重选门限值 ， 针对 E-UTRA 下各个非服务载频以及 inter-RAT 下各个载频， 分别 在 SIB5，SIB6，SIB7，SIB8 中广播， 对应 IE 为 threshX- High。TreselectionRAT 为时间滞后值，针对 E-UTRA 下各个载频以及各个 inter-RAT， 分别在 SIB3，SIB5，SIB6，续 TreselectionRAT；同时，UE 已在当前服务小区驻留超过 1s 以上。 则 UE 应触发向该邻小区重选的流程。可以看到， 同等优先级情况 下 ， 小区重选是以包 括服务小区在内的各小区 R 值为基础展开的，R 值在 一定程度上反映了每个小

11、区的信号质量，但为了避免 发生不必要的和过于频繁的重选，R 值的计算过程中 又带有了对当前驻留小区的偏袒。需要指出的是，Rn 的计算公式也适用于某一优先 级上同时存在多个可重选小区的情况。 此时，UE 应计 算出他们的 Rn 进行排序，并最终选择其中排序最高的 小区。(3) 低优先级小区重选准则相比前两种重选 准 则 ，UE 针对低优先级载频上 小区的重选限制条件较多。 具体准则为：若在高优先 级载频上， 没有任何小区符合高优先 级 小区重选准 则； 在服务载频和其它同等优先 级载 频 上 ， 没 有 任 何中 广 播 ， 对 应为SIB7，SIB8IEt-ReselectionEUTRA，

12、t-ReselectionUTRA， t-ReselectionGERAN，t-ReselectionCDMA2000。在高优先级小区重选 过 程 中 ，UE 无 需 考 虑 服 务 小区信号质量的好坏。 一旦高优先级载频上有小区信 号质量可以接受，就将进行重选。(2) 同等优先级小区重选准则同等优先级小区包括服务载频下的其它小区，也 可以是 E-UTRA 的其它 Inter-frequency 载频， 但不能 是 inter-RAT 小区，这是因为不同 RAT 的小区其重选 优先级也不相同。这里， 我们需要引入小区重选的 R 准则， 用于同 等优先级情况的判决。R 准则是指 UE 应计算出所

13、有符合 S 准则的小区 的 R 值， 并按照 R 大小进行排序， 排在第 1 位的小区 将被认为是最优小区。 R 值计算方法如下：Rs = Qmeas,s + QHyst；Rn = Qmeas,n - ( Qoffsetfrequency + Qoffsetcell )。其 中 ，Rs 和 Rn 分 别代表服务小区和邻小区的 R值。 式中其它参数在表 3 中简要说明。小区符合同等优先级小区重选准则；服务小区 Srxlev Threshx, low， 并 持 续TreselectionRAT（单位：s）；UE 已在当前服务小区驻留超 过 1s 以上。 则 UE 应触发向该邻小区重选的流程。其 中

14、 ，Threshserving, low 在 SIB3 中 广 播 ， 对 应 IE 为 threshServingLow；Threshx, low 在 SIB5，SIB6，SIB7，SIB8 中广播，对应 IE 为 threshX-Low。注意，参数 Threshx 后缀的“high”和“low”并不表示 门限值的“高”和“低”，而是指它被用于高优先级还是 低优先级载频的重选。 对于重选优先级高于当前小区的载频，系统广播消息为其配置的 Threshserving, low 对 UE来说是无意义的；对于低优先级载频 Threshx, high 同样没有意义。 而对于同频，系 统则根本不会为其配

15、置 这两个参数。3.4 移动状态对小区重 选的影响在 实 际 使 用 中 ，UE 的移动状态对小区重选 算法有重要影响。 小区重 选算法中所使用的特定 参数将随 着 移 动 状 态 的不同而发生变化，进而影响到整个重选过程的判决。根据 R 值计算结果，对于重选优先级等于当前服在一定时间内的重选次数来粗略估计移动的快慢。 移动状态分为低、中、高 3 种，分别对应重选次数的 3 个 区间：0，NCR_M，NCR_M，NCR_H，NCR_H，+。当 UE 进入中、高移动状态后，用于计算服务小区Rs 的功率补偿值 Qhyst 以及用于各优先级重选准则的 时间滞后值 TreselectionRAT 都将

16、随之发生变化 ，UE 不 再直接使用系统广播消息中的值，而是根据移动状态 的不同进行相应缩减。 具体变动方法如下：(1) 中等移动状态下。UE 实际使用的 Qhyst 应为原 Qhyst 与补偿功率缩 放因子（取值范围：-6，-4，-2，0，单位 dB）之和。UE 实际使用的各个 TreselectionRAT 应为原 Tre- selectionRAT 与其各自的滞后时间缩放因子（取值范围：0.25，0.5，0.75，1.0）的乘积。(2) 高移动状态下，计算方法与之相同，但缩放因 子取值不同。其中， 补偿功率缩放因子取值由网络侧配置，在 系 统 信 息 块 SIB3 中 进 行 广 播 ，

17、 对 应 IE 为 q-HystSF. sf-Medium 和 q-HystSF.sf-High；EUTRA 各载频的滞后 时间缩放因子位于 SIB3 和 SIB5，对应 IE 为 t-Reselec- tionEUTRA-SF；inter-RAT 的 滞 后 时 间缩放因子位于 SIB6 至 SIB8， 对 应 t-ReselectionUTRA-SF，t-Reselec- tionGERAN-SF 和 t-ReselectionCDMA2000-SF。由于移动状态的影响， 速度越高的 UE 对相对功 率的变化也将越敏感，而衡量是否重选所需要的时间 也会相应减少， 其结果是 UE 能够更快地

18、从一个小区 重选到另一个小区。 因此，移动状态对重选算法产生 影响后， 在一定程度上避免了 UE 由于高速移动而出 现服务小区丢失的情况。区发起重选。通常情况下 ，UE 根据自己对网络的测量结果自 主进行小区重选， 但网络也可间接控制 UE 的小区重 选过程。 例如，网络可通过 RRC 连接释放消息重新分 配特定载频的优先级等。LTE 重选算法具有多样灵活的优势，但其引起的 逻辑复杂度增加也将为网络优化工作带来麻烦。 在几 种特定的小区环境下 ， 网络参数配置稍有 不 慎 ， 便 可 导致 UE 发生乒乓效应和冗余重选。 因此，以当前标准 为基础的 LTE 网络，有必要进行细致的小区重选参数

19、优化。 实际上，只要找到合理的优化方法，LTE 中的小 区重选参数灵活性的优势将越来越多地展 现 在实际 应用中。参考文献13GPP TS 36.304: “User Equipment (UE) Procedures in IdleMode and Procedures for Cell Reselection in ConnectedMode”23GPP TS 36.331: “E-UTRA;(RRC) - Protocol Specification”Radio Resource Control33GPP TS 23.122: “NAS Functions Related to Mobi

20、le Station(MS) in Idle Mode”3GPP TS 36.214: “E-UTRA; Physical Iayer; Measurements”45 3GPP TS 36.101: “Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA); User Equipment (UE) Radio Transmission andReception”6 3GPP TS 36.133: “RequirementsResource Management”for Support of Radio7 3GPP TS 36.508: “Evol

21、ved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRAN); Common Test Environments for User Equipment (UE) Conformance Testing”8 3GPP TS 36.523-1: “Evolved Universal Terrestrial RadioAccess (E-UTRA) and Evolved Packet Core (EPC); UserEquipment (UE) Conf

22、ormance Specification; Part 1: Protocol Confor mance specification”结束语4针对不同优先级载频上 的 小 区 ，UE 依 据 不 同 的重选准则对其进行评估，评估过程受到 UE 移动状态的影响。 当一组小区最终被确认为合适 的 可重选小 Analysis and Study of the Rule of LTE Cell ReselectionAbs tra ct This article starts from discussing LTE cell select procedure. Based on reselection priority, and introduced the rule of measurement and reselection of different priority neighbor cell as well as the effect of UE mobile state. At last, complexity of cell reselection algorithm is also analyzed.（收稿日期：2009-09-01）Ke y words LTE, E-UTRA, 3GPP