TD-LTE系统移动性和无线资源管理

第七章TD-LTE系统移动性和无线资源管理7.1移动性管理7.1.1概述移动性管理是蜂窝移动通信系统必备的机制，能够辅助TD-LTE系统实现负载均衡、提[1]高用户体验以及系统整体性能。移动性管理主要分为两大类：空闲状态下的移动性管理和连接状态下的移动性管理。空闲状态下的移动性管理主要通过小区选择/重选来实现，由UE控制；连接状态下的移动性管理主要通过小区切换来实现，由eNodeB控制。本节对两种状态下的移动性管理分别进行介绍[2~3]。7.1.2小区选择/重选UE处于空闲状态时会驻留在某个小区上。由于UE会在驻留小区内发起接入，因此，为了平衡不同频点之间的随机接入负荷，需要在UE进行小区驻留时尽量使其均匀分布，这是空闲状态下移动性管理的主要目的之一。为了达到这一目的，LTE引入了基于优先级的小区重选过程。空闲状态下的UE需要完成的过程包括公共陆地移动网络（PLMN）选择、小区选择/重选、位置登记等。一旦完成驻留，UE可以进行以下操作。读取系统信息（例如，驻留、接入和重选相关信息，位置区域信息等）；读取寻呼信息；发起连接建立过程。一般来说，UE开机后会首先进行PLMN选择，然后进行小区选择/重选、位置登记等。由于PLMN选择和位置登记主要是NAS的功能，本节不做过多的涉及，下面将介绍小区选择和重选过程。1.小区选择小区选择一般发生在PLMN选择之后，它的目的是使UE在开机后可以尽快选择一个信道质量满足条件的小区进行驻留，小区选择主要包括两大类。(1)初始小区选择这种情况下，UE没有储存任何先验信息可以帮助其辨识具体的TD-LTE系统频率，因此，UE需要根据其自身能力扫描所有的TD-LTE频带，以便找到一个合适的小区进行驻留。在每一个频率上，UE只需用搜索信道质量最好的小区，一旦一个合适的小区出现，UE会选择它并进行驻留。(2)基于存储信息的小区选择这种情况下，UE已经储存了载波频率相关的信息，同时也可能包括一些小区参数信息。UE会优先选择有相关信息的小区，一旦一个合适的小区出现，UE会选择它并进行驻留。如果储存了相关信息的小区都不合适，UE将发起初始小区选择过程。小区选择过程中，UE需要对将要选择的小区进行测量[4~5]，以便进行信道质量评估，判断其是否符合驻留的标准。小区选择的标准被称为S准则。当某个小区的信道质量满足S准[6]则时，就可以被选择为驻留小区。S准则的具体内容如下：Srxlex0其中，SrxlexQrelevmeas(QrelevminQrelevminoffset)Pcompensation。式中各参数的含义见表7-1。表7-1小区选择参数含义Srxlex小区选择S值，单位dBQrelevmeas测量小区的RSRP值，单位dBmQrelevmin小区中RSRP最小接收强度要求，单位dBm，从广播消息中获得QrelevminoffsetSrxlex当驻留在VPLMN上搜索高优先级PLMN的时候，采用评估小区质量，需要对Qrelevmin进行的偏移，用于防止乒乓响应PcompensationMax(PEMaxPUMax,0)，单位dBPEMaxUE在小区中允许的最大上行发送功率，单位dBm，广播消息中获得由UE能力决定的最大上行发送功率，单位dBmPUMaxUE在进行小区选择时，通过测量得到小区的Qrelevmeas值，通过小区的系统信息及自身能力等级获取S准则公式中的其他参数，计算得到Srxlex，然后与0进行比较。如果Srxlex0，则UE认为该小区满足小区选择的信道质量要求，可以选择其作为驻留小区。如果该小区的系统信息中指示其允许驻留，那么UE将选择在此小区上驻留，进入空闲状态。2.小区重选当UE处于空闲状态，在小区选择之后它需要持续地进行小区重选，以便驻留在优先级更高或者信道质量更好的小区。网络通过设置不同频点的优先级，可以达到控制UE驻留的目的；同时，UE在某个频点上将选择信道质量最好的小区，以便提供更好的服务。小区重选可以分为同频小区重选和异频小区重选。同频小区重选，可以解决无线覆盖问题；异频小区重选，不仅可以解决无线覆盖问题，而且还可以通过设定不同频点的优先级来实现负载均衡。(1)同频小区重选测量准则：为了最大化UE电池寿命，UE不需要在所有时刻都进行频繁的邻小区监测（测量），除非服务小区质量下降为低于规定的门限值。具体来说，仅当服务小区的参数S(S值的计算方法与小区选择时一致)大于系统广播参数Sintrasearch时UE才启动同频测量。小区排序：对候选小区根据信道质量高低进行R准则排序（参考文献[5]），选择最优小区。R准则表述如下：RQmeas,sQhystsRQmeas,nQoffsetn表7-2同频小区重选参数含义服务小区的R值（dB）Rs临小区的R值（dB）RnQmeas,s用于小区重选的小区RSRP值（dBm）Qoffset对于同频重选，该参数等于小区间的Qoffset（系统广播中存在小区间Qoffset）或者0（系统广播中没有小区间Qoffset）；对于异频重选，该参数等于“频率间Qoffset和小区间Qoffset”（系统广播中存在小区间Qoffset）或者频率间Qoffset（系统广播中没有小区间Qoffset）小区重选准则：同频小区重选的对象可以是邻小区列表中的小区，也可以是通过重选过程中检测到的小区。排队及选择过程需要满足如下的约束条件。新目标小区的信道质量在排序中要比当前服务小区质量好的持续时间不短于Treselection；如果UE处于非普通移动状态（中速或高速），则需要考虑对参数Treselection与Qhyst进行缩放。UE驻留原小区时间超过1s。(2)异频小区重选在异频小区重选过程中，eNodeB可以通过对各频点设置不同的优先级参数来实现不同频点小区的负载均衡。异频小区重选主要包括以下几个步骤。测量准则：对于系统信息指出的优先级高于当前频率优先级的频率，UE总是执行对这些高优先级频率的测量；对于系统信息指出的优先级等于或低于当前频率优先级的频率，UE的测量准则如下。如果服务小区的S值大于门限值Snonintrasearch，不执行测量；如果服务小区的S值小于或等于门限值Snonintrasearch，执行测量。优先级处理：UE可以通过广播消息获取频点的优先级信息（公共优先级），或者通过RRC连接释放消息获取频点的优先级信息（公共优先级）。如果提供了专用优先级，UE将忽略所有的公共优先级。如果系统信息中没有提供UE当前驻留小区的优先级信息，UE将把该小区所在的频点优先级设置为最低。UE只在系统信息中出现的并提供了优先级的频点之间，按照优先级策略进行小区重选。小区重选准则：对于高优先级频点的小区重选，在满足以下条件后进行。高优先级频率小区的S值大于预设的门限，且持续时间超过Treselection；UE驻留原小区时间超过1s。如果最高优先级上多个相邻小区符合标准，则选择最高优先级频率上的最优小区。对于同等优先级频点/同频，采用同频小区重选的R准则。对于低优先级频率的小区重选，在满足以下条件后进行。没有高优先级频率的小区符合重选要求；没有同等优先级频率的小区符合重选要求；服务小区的S值小于预设的门限，并且低优先级频率小区的S值大于预设的门限，且持续时间超过Treselection；UE驻留原小区时间超过1s。异频小区重选的对象可以是邻小区列表中的小区，也可以是小区重选过程中检测到的小区。如果对UE速率的检测结果表明该小区处于非普通（中速或高速）移动状态，在重选过程中应该使用经过缩放的参数Treselection。7.1.3小区切换LTE系统是蜂窝移动通信系统，当用户从一个小区移动至另一个小区时，与其连接的小区将发生变化，执行切换操作。按照源小区和目标小区的从属关系和位置关系，可以将切换做如下的分类。[7]LTE系统内切换：包括eNodeB内切换、通过X2的eNodeB间切换、通过S1的eNodeB[8]间切换。LTE与异系统之间的切换：由于LTE系统与其他系统在空口技术上的根本不同，从LTE小区切换到其他系统的小区，UE不仅需要支持LTE的OFDM接入技术，还需要支持其他系统的空口接入技术，可能出现的情形包括但不限于以下几类：LTE与GSM之间的切换、LTE与UTRAN之间的切换、LTE与WiMAX之间的切换。下面对切换过程中涉及到的信令以及切换流程进行介绍。一、切换信令分析LTE切换过程中涉及X2接口、S1接口和UU接口。1.X2接口切换相关信令当UE从一个eNodeB的小区切换的另一个eNodeB的小区时，两个eNodeB会通过X2接口发生一系列的信令交互配合切换成功完成，下面将进行详细说明。(1)X2接口切换准备这个信令流程是在eNodeB内为切换作资源建立。通过源eNodeB发送HandoverRequest消息到目标eNodeB开始切换流程。当源eNodeB发送此消息后，启动一个定时器TXRELOCoverall等待目标端响应。源eNodeB向目标eNodeB发起切换请求，请求在目标端建立与MME之间的信令承载SAEbearers，SAEbearers包含SAE承载的ID，承载的业务的QoS参数，服务网关地址等信元。如果请求的SAEbearers中至少有一个在目标端准入通过，则目标eNodeB应该为准入通过的SAEbearers保留必要的资源，并且向原端发送HANDOVERREQUESTACKNOWLEDGE消息（如图7-1所示）。在ACK消息中，目标eNodeB回复资源已经准备好的SAEbearers列表信息（也就是准入通过的SAEbearers）和准入失败的SAEbearers列表信息，并且要包含一个合理的失败原因。源eNodeB收到ACK消息后，停止定时器TRELOCprepl，同时启动定时器TX2RELOCoverall，终止切换准备流程。如果目标eNodeB在切换准备阶段，没有任意一个SAEbearer准入成功或者有其他错误发生，则目标eNodeB应该发送HANDOVERPREPARATIONFAILURE消息到源eNodeB。这个消息应该包含Cause信元并且对其赋值表明相应的失败理由（如图7-2所示）。图7-1切换准备，成功流程图7-2切换准备，失败流程(2)X2接口UE上下文释放释放资源的流程是目标eNodeB通知源eNodeB释放UE在源eNodeB的控制面的上下文资源可以释放了。成功流程如图7-3所示。图7-3UE上下文释放流程释放资源的流程是目标eNodeB发起的。通过发送UECONTEXTRELEASE消息，目标eNodeB通知源eNodeB切换成功，并且触发释放资源的流程。UECONTEXTRELEASE消息携带UE在源eNodeB内的ID（OldeNodeBUEX2APID），当源eNodeB收到该消息后，可以释放与该UE相关的控制面承载的资源。如果一直到定时器TX2RELOCoverall超时，源eNodeB都没有被触发进行释放资源的流程，则eNodeB应该自动释放UE在eNodeB上相关的所有的资源并且向MME请求释放UE在MME上的相关上下文。如果在收到UECONTEXTRELEASE消息或者定时器TX2RELOCoverall超时之前UE回到源eNodeB，则源eNodeB停止定时器TX2RELOCoverall并继续后续流程。(3)切换取消该流程是源eNodeB向目标eNodeB发送的消息，指示目标eNodeB取消一个正在进行的切换，如图7-4所示。切换取消流程通过源eNodeB发送HANDOVERCANCEL消息触发。源eNodeB应该给出一个合理的HANDOVERCANCEL的原因。收到HANDOVERCANCEL消息后，目标eNodeB应该移除所有相关的UE的上下文信息，并且释放先前在切换准备流程中为UE所保留的资源。如果某个eNodeB收到一个HANDOVERCANCEL消息，其中包含的上下文信息在本eNodeB并不存在，则eNodeB获略此消息。图7-4切换取消流程2.S1接口切换相关信令当UE