电信LTE与CDMA网络混合组网研究

PAGEPAGE22电信LTE与CDMA网络混合组网研究[摘要] 在中国电信的网络升级中，LTE作为重中之重已经开始加速布局，但因网络覆盖是一个长时间的工程，在其覆盖范围还小于原有CDMA的场景下，用户从LTE网络区域移动到无LTE覆盖但有CDMA覆盖的区域时，为避免业务掉线/掉话问题保证用户的持续体验，就会涉及LTE与CDMA网络的互操作。同时，为了响应国家政策，在LTE网络建设，中国电信的LTE网络以FDD与TDD混合组网进行建设。如何实现CDMA与LTE的互操作成为中国电信CDMA向LTE演进的关键问题，其中数据、语音业务互操作关键技术选择至关重要。[关键词]互操作，非优化切换，SingleRadioCSFB，DualRxCSFB目录1 概述 42 混合组网方案 42.1 空闲模式下参数配置策略 42.1.1空闲态互操作策略 42.1.2空闲态参数设置 52.2 连接模式下参数配置策略 62.2.1连接态策略 62.2.2连接态参数配置 73 FDD与TDD互操作 73.1 FDD与TDD组网结构 73.1.1FDD-TDD同层连续组网 83.1.2FDD-TDD同层插花组网 83.1.3FDD-TDD双层组网 83.2 FDD与TDD切换测试 83.2.1网络拓扑图 93.2.2基站参数设置 93.2.3切换时延定义 103.2.4切换信令流程图 103.2.5FDD与TDD切换试验 124 LTE与CDMA互操作 134.1 LTE与eHRPD互操作 144.1.1LTE与eHRPD切换方式 144.1.2非优化切换分类 154.1.3非优化试验 154.2 LTE与1xRTT互操作 204.2.1LTE语音方案 204.2.2CSFBto1xRTT 225 总结 25概述当前，国内三大运营商都已陆续开启了4GLTE网络的商用，LTE网络的布局建设仍在加速进行中，但在短期内还无法达到传统的2、3G的覆盖程度，LTE网络与2、3G网络的互操作显得极为重要。特别是对于中国电信来说，其原有的CDMA网络属于3gpp2协议架构，不能像移动、联通的GSM/UMTS网络可以平滑过渡到LTE。本文介绍了中国电信LTE与CDMA互操作的策略研究。混合组网方案空闲模式下参数配置策略空闲态互操作策略FDD与eHRPD间允许空闲态重选FDD与TD-L间允许空闲态重选TD-L与eHRPD间不允许空闲态重选FDD空闲态eHRPD切换功能开启：actImmHRPD=true异频异系统测量门限：sNonintrsearchFDD：sNonintrsearch=-118dBm（建议改为-110）TD-L:sNonintrsearch=-110dBmFDD,TD-L设置为同优先级eHRPD设置为低优先级threshSrvLow=-118，hrpdFrqThrL=13FDD<>TD-L可以考虑的偏置FDD:IRFIM/QoffFrq(正值增大去TD-L的难度，+5:避免乒乓)TD-L:IRFIM/QoffFrq(负值增大去FDD的attractancy,-3)空闲态参数设置FDD>eHRPD参数CL互操作场景NSN参数OMClass参数含义建议值单位LTE到eHRPD空闲态切换actImmHRPDLNBTS空闲CDMA/eHRPD移动管理激活true(1)hrpdBdClBclCDFIM服务小区测量的BANDbc0==>0hrpdArfcnCDFIMeHRPD邻区的Arfcn37hrpdBdClNclCDFIMeHRPD邻区BANDbc0==>0hrpdCellIdCDFIMeHRPD邻区ID各小区设置tResHrpdCDFIMeHRPD重选计时器2scellReSelPrioLNCELLTE优先级5hrpdCResPrioCDFIMeHRPD优先级0qrxlevminLNCELUE所需的最小接收功率-130dBmqRxLevMinOffsetLNCEL最低接收电平偏置0dBmsNonintrsearchLNCEL异系统测量启动门限12(-118)dBmthreshSrvLowLNCELLTE重选门限12(-118)dBmhrpdFrqThrLCDFIMeHRPD优先级低eHRPD重选门限13EcIo=-13FDD<>TD-L参数OMClass参数名称参数含义建议值场景FDDIRFIMqOffFrqEUTRAfrequencyspecificoffset5dB同优先级异频TD-LIRFIMqOffFrqEUTRAfrequencyspecificoffset-3dB同优先级异频TD-LLNCELsNonintrsearchInter-frequencyandinter-RATmeasurementsthreshold20异频异系统连接模式下参数配置策略连接态策略支持FDD到eHRPD的连接态切换(A2)eHRPD不支持到LTE(FDD,TD-L)连接态切换FDD与TD-L间允许常规切换(A3,A5)TD-L到eHRPD间不启动连接态切换(A2)FDD向TD-L和eHRPD切换的主要控制点RSRP=-110启动测量；低于-110，可能发生A3切换；低于-115，可能发生A3或A5切换；低于-120，发生eHRPD切换。FDD较难向TD-L发起切换，UE尽量留在FDD,避免乒乓a3OffsetRsrpInterFreq=5；A5的电平差为3dBTD-L只能向FDD发起切换RSRP=-100启动测量；低于-100，可能发生A3切换；低于-120，可能发生A3或A5切换；TD-L较易向FDD发起切换a3OffsetRsrpInterFreq=2；A5的电平差为1dB连接态参数配置FDD>eHRPD参数CL互操作场景NSN参数OMClass参数含义建议值单位LTE到eHRPD激活态切换actRedirectLNBTS重定向激活enabled(1)redirRatMODREDRAT重定向指示cdma2000HRPD==>4redirBandCdmaMODREDcdma2000bandclassbc0==>0redirFreqCdmaMODREDcdma2000ARFCN37threshold4LNCELA2事件切换门限20(-120)dBma2TimeToTriggerRedirectLNCEL迟滞40ms==>1FDD<>TD-L参数MOClass参数名称参数全称建议值备注FDD/TD-LLNCELactIfHoEnableinterFrequencyhandoverenabled(1)FDDLNCELthreshold2InterFreqThresholdth2interFreqforRSRP30(-110)开始测量LNCELthreshold2aThresholdth2aforRSRP33(-107)停止测量LNHOIFeutraCarrierInfoEutracarrierinfo异频频点LNHOIFmeasQuantInterFreqMeasurementquantityinterfrequencyRSRPLNHOIFa3OffsetRsrpInterFreqA3offsetRSRPinterfrequency5A3切换判决门限LNHOIFthreshold3InterFreqThresholdth3forRSRPinterfrequency25(-115)A5切换判决门限LNHOIFthreshold3aInterFreqThresholdth3aforRSRPinterfrequency28(-112)A5切换判决门限TD-LLNCELthreshold2InterFreqThresholdth2interFreqforRSRP40(-100)开始测量LNCELthreshold2aThresholdth2aforRSRP43(-97)停止测量LNHOIFeutraCarrierInfoEutracarrierinfo异频频点LNHOIFmeasQuantInterFreqMeasurementquantityinterfrequencyRSRPLNHOIFa3OffsetRsrpInterFreqA3offsetRSRPinterfrequency2A3切换判决门限LNHOIFthreshold3InterFreqThresholdth3forRSRPinterfrequency20(-120)A5切换判决门限LNHOIFthreshold3aInterFreqThresholdth3aforRSRPinterfrequency21(-119)A5切换判决门限LNCELthreshold4Thresholdth4forRSRP-139FDD与TDD互操作FDD与TDD组网结构FDD与TDD组网结构主要有三种方式：同层连续组网、同层插花组网、双层组网。目前中国电信的FDD与TDD的组网策略是双层组网，其中FDD作为广域覆盖，TDD作为热点补充，主要覆盖校园区等一些用户比较集中的区域。FDD-TDD同层连续组网两张网络有清晰的边界市区、密集市区使用TDD郊区、乡村使用FDD或者相反。组网结构示意图如下图所示。FDD-TDD同层插花组网两张网络存在部分重叠覆盖，FDD插花用以补盲，或者室分建设。组网结构示意图如下图所示。FDD-TDD双层组网FDD作为广域覆盖网，大规模连续覆盖部署先行。TDD作为容量层，小范围部署逐步扩大。组网结构示意图如下图所示。FDD与TDD切换测试FDD与TDD混合组网，无论采用哪种组网模式，两个网络之前的切换都是不可避免的，从目前测试情况看，FDD与TDD之间的切换十分顺畅。对于终端来说，几乎是无感知切换时延。为了验证FDD与TDD之间的切换功能以及统计切换时延，进行相关切换试验测试。为了便于测试及相关参数的配置，测试场景选择在有NOKIAFDD及TDDLTE的场景下进行测试。网络拓扑图基站参数设置FDD基站基本配置如下：参数描述中心频率上行：1765MHz下行：1860MHz中心频点号1750/19750信道带宽20MHz工作频段上行：1755-1775MHz下行：1850-1870MHz双工方式FDD子载波宽度15kHz循环前缀(CP)NormalCP多天线模式下行MIMO，上行SIMO编码调制方式下行：QPSK～64QAM自适应调制编码上行：QPSK～16QAM自适应调制编码phyCellID386prachConfIndex3(PreambleFormat0,density=1)PrachCs8（5.5Km）PDCCH3个符号系统侧天线形态设定单根双极化天线系统侧功率设定20W/端口功控上行：开环+闭环；下行：平均功率分配AMC开启HARQ开启dlMimoMode自适应（动态）开环2X2TD-LTE基站基本配置如下：参数描述中心频率2645MHz中心频点号41140工作频段2635-2655MHz信道带宽20MHz双工方式TD-LTE子载波宽度15kHz循环前缀(CP)NormalCP多天线模式下行MIMO，上行SIMO编码调制方式下行：QPSK～64QAM自适应调制编码上行：QPSK～16QAM自适应调制编码phyCellID2prachConfIndex3(PreambleFormat0,density=1)PrachCs8（5.5Km）PDCCH3个符号系统侧天线形态设定2根单极化天线系统侧功率设定20W/端口功控上行：开环+闭环；下行：平均功率分配AMC开启HARQ开启dlMimoMode自适应（动态）开环2X2切换时延定义切换时延的定义方式：用户面时延定义UE从源小区接收到的最后一个PDU到目标小区接收到的第一个PDU时间差。切换控制面时延的统计方式：UE发出MR准备切换，到UE发出ConnectionReconfigurationComplete之间的时间间隔；切换信令流程图LTE中的切换主要分为X2切换和S1切换。X2切换信令流程图如下：S1切换信令流程图如下：FDD与TDD切换试验X2切换时延统计切换类型次数切换点无线指标控制面时延用户面时延CRSRSRPCRSSINRHandoverDelay(s)MR->RecfgCmpPDCPDelay(s）FDD->TDD

X2切换1-912279442-892180503-902080474-882280465-902090526-902291547-902082518-872279469-8824834810-85237744平均-892282.148.2TDD->FDD

X2切换1-922671612-942558443-942564454-851572475-942687516-962576557-902291528-912269549-9226654910-95236750平均-92247250.8切换类型次数切换点无线指标控制面时延用户面时延CRSRSRPCRSSINRHandoverDelay(s)MR->RecfgCmpPDCPDelay(sFDD->TDD

S1切换1-8925117482-8922102483-8924112514-8922106465-8923115516-9223102487-9121109488-8821112479-89221074610-902311858平均-902311049.1TDD->FDD

S1切换1-8928108492-882188453-892296464-9724110445-952393476-932598517-8922103648-902198459-93261115110-902110751平均-912310149.3LTE与CDMA互操作LTE作为新一代移动通信技术，能够提供更高的用户速率和更低的时延，提供更丰富的业务。但LTE网络的建设必然存在一个较长的过程，在这个过程中，会存在LTE覆盖小于2G/3G网络的场景，当用户从有LTE覆盖的区域，移动到没有LTE覆盖但有2G/3G网络覆盖的区域，会出现业务掉线/掉话的问题。

为确保现有移动用户良好的业务体验感知，LTE标准在制定过程中，把与现有系统间的互操作作为一个非常重要的特性来研究，并制定相应的方案。但标准中只定义一些框架和接口，而且LTE和CDMA2000分属于不同的标准体系，也不能预见产业的发展情况，因此标准并未能涵盖所有的互操作方案。

LTE和CDMA2000互操作可以从两方面来分析:分组数据业务的互操作和电路业务（主要是语音）的互操作。LTE与eHRPD互操作LTE和CDMA2000的数据业务互操作主要是考虑LTE和HRPD之间的分组数据切换。HRPD属于3GPP2标准体系，标准制定早于属于3GPP的LTE，因此要支持LTE和HRPD之间的分组数据切换，需要将HRPD网络升级为eHRPD网络。LTE与eHRPD切换方式终端由LTE向eHRPD的分组数据切换，目前有两种切换方式：非优化切换和优化切换。非优化切换的为常规流程，其过程可以分为4个部分：eHRPD的测量、LTE连接释放、eHRPD网络搜索和锁定、eHRPD网络的连接建立。

而优化切换通过S101接口在LTE建立一个终端和eHRPD网络的隧道，终端可以通过LTE网络与eHRPD网络进行信令交互，提前进行eHRPD网络的资源分配、建立等操作，以加快切换的速度。其过程可以分为：eHRPD网络的预登记、eHRPD的测量、通过隧道方式进行eHRPD资源分配、完成eHRPD网络的连接建立、LTE连接释放。如下图所示，优化切换需要支持eAN到MME的S101接口，以及PDSN到SGW的S103接口，需要网络进行改动，同时S101和S103接口都是跨标准体系的接口，在接口定义上也容易模糊（如S101接口框架由3GPP定义，但接口内容由3GPP2定义），会增加不同设备商之间对接的难度。非优化切换实现简单，无需新增网元和接口，其切换时延约6-7s，可以基本满足大部分的非实时业务的需求，并且支持CDMA2000和LTE的双模终端都支持非优化切换方式，因此，在LTE前往初期，中国电信的LTE和eHRPD的互操作采用的是非优化切换方式。非优化切换分类3GPP2将非优化切换方式流程又细分了3中，即，部分上下文场景（partialHSGWcontext）、无上下文场景（nullHSGWcontext）、无eHRPD会话场景（noexistingeHRPDsession）。部分上下文场景（partialHSGWcontext），是指终端曾经在eHRPD网络上进行过注册，且HSGW上的UE上下文维护定时器未超时，同时eAN/ePCF上还保存着终端的eHRPD空中接口会话信息，就可以继续之前的eHRPD会话，从而省略掉eHRPD空中接口会话协商，LCP会话，鉴权等流程。无上下文场景（nullHSGWcontext），是指终端曾经在eHRPD网络上进行过注册，eAN/ePCF上还保存着终端的eHRPD空中接口会话信息，但是HSGW上该终端的上下文信息已经不存在，这是终端从LTE网络回到eHRPD网络是，只能省略掉空中接口的会话协商过程。无eHRPD会话场景（noexistingeHRPDsession），是指终端在eHRPD系统中无eHRPD空中接口会话、LCP会话，鉴权等信息缓存，需要重新做完整的eHRPD附着流程。非优化试验测试系统配置设备名称数量厂家/版本备注eNodeB1NSN/RL50eNodeB配置3小区，PCI分别为9,10,11，带宽20MeAN1阿朗/阿朗eAN现网商用配置UE1三星/N719U/指标情况备注LTE频段1.8GBand3LTE系统带宽20MHzLTE基站总功率20W下行工作频点EARFCNDL:1750上行工作频点EARFCNUL:19750eHRPD频段800MeHRPD频点37测试结果统计测试类型：A2事件LTE->eHRPD（激活）切换尝试次数切换成功次数平均切换时延（s）激活态-partialHSGWcontext（终端Hybrid模式开启）330:00:06.146激活态-nullHSGWcontext（终端Hybrid模式开启）330:00:07.006激活态-noexistingeHRPDsession（终端Hybrid模式开启）330:00:09.415测试类型：LTE->eHRPD（空闲）重选尝试次数重选成功次数平均空闲重选时延（s）空闲态-partialHSGWcontext（终端Hybrid模式开启）330:00:02.052空闲态-nullHSGWcontext（终端Hybrid模式开启）330:00:01.291空闲态-noexistingeHRPDsession（终端Hybrid模式开启）330:00:12.343非优化切换测试以激活态部分上下文场景（partialHSGWcontext）为例，验证终端存在eHRPDSession及HSGW上下文的场景下，从LTERRC连接态非优化切换到eHRPD的功能是否正常，并统计切换时延。先进入eHRPD，Dormant状态下重选到LTE网络（此操作目的是让终端回到LTE网络同时保持eHRPDSession，如果是直接开机进入LTE就没session了）eHRPD采用现网配置，LTE基本采用后台默认配置，A2事件RSRP门限可根据现场情况适当调整，本例中配置为-70dbm。以RL50版本为例，非优化切换的盲重定向方式由A2事件触发，A2门限如下：切换信令流程测试信令分析配置LTE到eHRPD切换A2门限为-70dBm,并在RRC重配消息中带给终端:UE事先在eHRPD网络获得session，移动至LTE网络信号强度差的地区，UE检测到RSRP低于阈值a2-threshold，向eNB发送measurereport并触发A2事件：eNodeB下行向UE发送RRCRelease消息，要求UERedirect至eHRPD网络RRCRelease消息中携带目标eHRPD小区的频点和band信息：然后UE离开LTE网络，捕获eHRPD网络并与eAN建立业务信道，由于存在Session，在eAN不会重新协商session：切换时延结果分析LTE到eHRPD切换时延定义：从LTE系统下发携带eHRPD的切换目标载频和Bandclass的RRCRelease消息开始，到最后一个VSNCPconfigurationACK（协议号0x805b）之间的时长，举例如下：打开log，选择replayitem，把log完整reply一遍，注意观察FilterView3窗口（需使用给定QXDMlogmask）：激活切换时延的消息时间点记录：RRCConnectionRelease2.找最后一条TrafficChannelComplete3.第一条LCPRequest(QXDM没有直接解析出来，看第一条带LCP的FramedUMTransmitted消息)4.VSNCPAck(QXDM没有直接解析，找最后一条带0x805B的FramedUMTransmitted)总切换时延为RRCConnectionRelease到最后一条VSNCPAck时长。从多次测试的结果来看，切换时延波动区间较大，时延差异主要表现在UE在LTE网络上INACTIVE后，捕获eHRPD网络的时间，若能及时捕获网络则时延为2S左右，若未能及时捕获则时延达到6-8S时间。LTE与1xRTT互操作LTE和CDMA2000的1xRTT（电路域业务）互操作需求场景相对比较简单：确保电路业务（包括语音）在任何时候的连续性。但实际以语音为主的电路业务的互操作方式比数据业务的要复杂，出现这个情况的主要原因是终端的多样性，这是协议标准制定之初未预料到的。协议标准制定之初主要考虑单射频系统（SingleRadio）的终端，这是从终端的成本及耗电因素来考虑的，认为后续的LTE商用终端主要都是单射频系统。

LTE语音方案基于LTE网络不同的语音业务类型，目前有不同的解决方案。下面就具体分析下各种语音解决方案。电路域语音方案电路域语音方案，目前有四种解决方案。这些解决方案的共同点都是使用LTE网络承载高速数据业务，CS域网络承载语音业务。第一种，CSFB（电路域回落）方案。对于WCDMA/GSM网络来说，语音回落到WCDMACS域或GSM网络；对于CDMA网络来说，语音回落到cdma1xCS域。为了区别，通常回落到WCDMA/GSM网络的方案称为CSFB，回落到cdma1x网络的方案称为1xCSFB。这种方案的终端是单收单发的LTE和CS域的多模终端，LTE和CS域只有一套收发信机，终端只能在一个网络待机，只和LTE网络或CS域网络进行通信，因此。LTE网络和CS域网络之间要增加互通网元或接口，通过LTE网络隧道传递CS域网络的消息，达到终端即使驻留在LTE网络待机或数据业务时依然可以感知CS域网络的要求、进行CS域的语音主、被叫业务以及短信业务的目的。由于WCDMA/GSM和LTE都是3GPP标准组织制定的通信技术，因此，LTE网络和WCDMA/GSM网络之间的接口和互操作流程浑然天成，对网络的要求不高。另一方面，WCDMA网络的CS域和PS域可以支持语音和数据业务的并发，因此当有语音需要从LTE回落到CS域时，数据业务也可以同时切换到PS域，依然可以保证数据业务的连续性，保证语音和数据业务的并发。终端方面，因为只有一套收发信机和射频芯片，对终端的物料成本、功耗等要求都适中。从这几个方面来说，WCDMA/GSM阵营的运营商基本都选择的是CSFB方案，包括苹果的iPhone终端。由于终端方面的优势，比如硬器件少可以减少终端成本、减少干扰、减小终端体积和重量，单网待机减少终端功耗等，因此有部分CDMA运营商也选择了CSFB方案，如KDDI。为了支持这种语音回落方案，NOKIA设备有相关的Feature需要打开，即LTE1441

EnhancedCSfallbacktoCDMA/1xRTT(e1xCSFB)。针对该Featrue功能的支持，NOKIAeNB需要升级至相应的版本，FDDeNB需要升级至RL60，TDDeNB需要升级至RL35。第二种，SVLTE（语音和LTE并发）方案。这种方案的终端是双收双发的LTE和CS域的多模终端，LTE和CS域各有一套收发信机，终端能同时在两个网络待机，实现双待，也可以同时和LTE网络、CS域网络进行通信。由于通过终端就实现了和两个网络的交互，因此该方案对LTE网络和CS域网络都没有任何要求，属于纯终端的方案。对于CDMA运营商来说，由于CDMA和LTE是不同标准组织的通信技术，使用1xCSFB方案对网络有一定的改造要求，而且由于CDMA网络不支持语音和数据业务的并发，使用1xCSFB方案也不能解决业务并发问题。从发展的要求看，CDMA运营商的最终目标是能摆脱CDMA产业链，同时为了考虑和对手的竞争要提供业务并发能力，因此CDMA运营商大部分选择的是SVLTE方案，特别是CDMA阵营中最具有影响力的Verizon。对于选择了CSFB的CDMA运营商，为了业务并发的需求，同时也提供SVLTE终端。对于该方案的支持，eNB侧不需要特殊的功能支持。第三种，CSFBwithDualRx（双收CSFB）方案。这个方案是CDMA运营商候选的一种方案，对于WCDMA/GSM运营商来说，3GPP规范是没定义的。该方案的初衷也是因为CDMA运营商选择SVLTE方案，又发现SVLTE方案对终端要求太高，因此提出的一种折中方案。该方案与前面两种方案的差异在于终端是双收单发的LTE和CS域多模终端，同SVLTE方案，终端在LTE和CS域各有一套接收信机，终端能同时在两个网络待机，实现双待；不同于SVLTE方案，终端只开启一套发射信机，只能和LTE网络或CS域网络进行通信。该方案可以同时接收LTE网络和CS域网络的信息，因此不需要像1xCSFB方案那样在网络侧增加网元和接口；终端离开LTE回落到CS域进行语音业务时，需要像1xCSFB方案那样通知LTE网络。为了支持这种语音回落方案，NOKIA设备有相关的Feature需要打开，即LTE874:CSFBtoCDMA/1xRTTfordualRXUEs。针对该Featrue功能的支持，NOKIAeNB需要升级至相应的版本，FDDeNB需要升级至RL60，TDDeNB需要升级至RL45。第四种，iPhone语音方案。这是苹果公司的终端方案，主要应用于CDMA运营商的LTE网络中。终端上只有一套收发信机，可以同时接收LTE网络和CS域网络的信息，在两个网络待机，实现双待，但是只能和LTE网络或CS域网络进行通信。终端在离开LTE回落到CS域进行语音业务时，需要像1xCSFB方案那样通知LTE网络。可以看到，iPhone方案其实和CSFBwithDualRx方案非常相似，不同的只是苹果公司在终端上的私有化处理，减少了一些硬器件，使得终端更小巧轻便些。因此，这两种方案，现在业界有一个统一的名称，称为SRLTE（SingleRadioLTE）方案。对于该语音方案的支持，NOKIAeNB同样需要支持LTE874。VoLTE语音方案VoLTE即VoiceoverLTE，是一种IP数据传输技术，无需2G/3G网，全部业务承载于4G网络上，可实现数据与语音业务在同一网络下的统一。换言之