TD-LTE系统TA及TA list规划原则

吕邦国, 于涛

（长春电信工程设计院股份有限公司, 长春 150012）

1 TA及TA list概念

跟踪区（TA，Tracking Area）是LTE系统为终端（UE）的位置管理设立的概念。TA功能与3G系统的位置区(LA)和路由区(RA)类似。通过TA信息核心网络能够获知处于空闲态的UE的位置，并且在有数据业务需求时，对UE进行寻呼。

一个TA可包含一个或多个小区，而一个小区只能归属于一个TA。

LTE系统引入了TA列表（TA list）的概念，一个TA list包含1～16个TA。MME可以为每一个UE分配一个TA list，并发送给UE保存。UE在该TA list内移动时不需要执行TA更新（TAU）；当UE进入不在其所注册的TA list中的新TA区域时，需要执行TA更新，此时MME为UE重新分配一组TA形成新的TA list。在有业务需求时，网络会在TA list所包含的所有小区内向UE发送寻呼消息。

因此在LTE系统中，寻呼和位置更新都是基于TA list进行的。TA list的引入可以避免在TA边界处由于乒乓效应导致的频繁TA更新。

2 TA及TA list规划原则

2.1 TA规划原则

TA作为TA list下的基本组成单元，其规划直接影响到TA list规划质量，需要做如下要求。

（1）TA面积不宜过大。TA面积过大则TA list包含的TA数目将受到限制，降低了基于用户的TA list规划的灵活性，TA list引入的目的不能达到。

（2）TA面积不宜过小。TA面积过小则TA list包含的TA数目就会过多，MME维护开销及位置更新的开销就会增加。

（3） 应设置在低话务区域。为减小位置更新的频率，TA边界不应设在高话务量区域及高速移动等区域。

在市区和城郊交界区域，一般将TA区的边界放在外围一线的基站处，而不是放在话务密集的城郊结合部，避免结合部用户频繁位置更新。

同时，TA划分尽量不要以街道为界，一般要求TA边界不与街道平行或垂直，而是斜交。此外，TA边界应该与用户流的方向垂直而不是平行，避免产生乒乓效应的位置或路由更新。

2.2 TA list规划原则

由于网络的最终位置管理是以TA list为单位的，因此TA list的规划要满足两个基本原则。

（1）TA list不能过大。TA list过大则TA list中包含的小区过多，寻呼负荷随之增加，可能造成寻呼滞后，延迟端到端的接续时长，直接影响用户感知。

（2）TA list不能过小。TA list过小则位置更新的频率会加大，这不仅会增加UE的功耗，增加网络信令开销，同时，UE在TA更新过程中是不可及，用户感知也会随之降低。

（3） 应设置在低话务区域。理论上来讲，上面已经要求TA边界不设置在话务密集区域，这里没有必要再强调；但在实际TA规划中，会出现TA边界无可避免的出现在高话务区的情况（比如核心城区面积非常大），这时，至少要保证TA list的边界不在高话务区。

（4） 一个TA list中只设置一个TA。TA list的引入，可在一定程度上降低TA更新次数，为规划提供了更多的灵活性，但也会带来很多不可控制的风险，使用稍不得当，就有可能造成某些TA内的寻呼风暴，影响用户体验。此外LTE系统的寻呼能力较强，不使用TA list也不会对寻呼和位置更新造成影响。因此，建议TA list和TA进行绑定，每一个TA list里面只有一个TA。

在一些特殊的场景，如铁路，地铁等，用户的行为非常的固定，同时移动的用户数目也非常的多，这些场景建议将一条线路上的多个TA绑定成为一个TA list。基于TA list进行寻呼，减小TAU数目。特殊场景的TA规划和TA list规划应在充分研究和测试验证的基础上再进一步给出相关建议。

3 TD-LTE系统中的寻呼机制

在TD-LTE系统中，网络可以向处于空闲状态和连接状态的UE发送寻呼，寻呼过程主要用于通知某个UE接收寻呼请求。

在3GPP协议中，定义了承载寻呼消息的逻辑信道(PCCH)、传输信道(PCH)、物理信道(PDSCH)，其映射关系如图1所示。

图1 信道映射关系

由于PDSCH是下行共享物理信道，其上除了可以承载PCH传输信道之外，还可以承载DL-SCH传输信道。因此系统寻呼消息数目不能过多，否则会影响数据业务体验。

在LTE的物理层协议中，其无线帧帧号的重复周期是1024，每个无线帧又被分成10个子帧。寻呼只能在指定的无线帧和无线子帧上发起。允许发起寻呼的无线帧被称为寻呼帧（PF，Paging Frames），允许发起寻呼的无线子帧被称为寻呼时隙（PO，Paging Occasions）。每一个PO最多只能发送16条寻呼记录。若在一个PO需要发送的寻呼记录过多，则部分寻呼会被延时到下一个PO发送。

终端在一个DRX的周期内，可以只在相应的寻呼帧上的寻呼时刻先去监听PDCCH上是否携带有P-RNTI（16 bit识别码），来判断网络在本次寻呼周期是否有发寻呼消息。如果PDCCH上携带有P-RNTI，终端就按照PDCCH上指示的PDSCH的参数去接收PDSCH上的数据；如果终端在PDCCH上未解析出P-RNTI，则无需再去接收PDSCH物理信道，可以依照DRX周期进入休眠。利用这种机制，在一个DRX周期内，终端可以只在PO出现的时间位置上去接收PDCCH，然后再根据需要去接收PDSCH，而在其它时间可以睡眠，以达到省电的目的。

图2 TD-LTE帧结构图

终端接收寻呼的流程如下。

（1） 计算终端需要监听的寻呼帧号和寻呼时刻。

（2）监听寻呼时刻上的PDCCH物理信道，若PDCCH物理信道上未携带P-RNTI，则终端进入休眠，若PDCCH物理信道上携带P-RNTI，则进入下一步。

（3）接收PDSCH物理信道上的寻呼消息。PDSCH上的寻呼消息中带有UE ID列表，终端需要用自己的UE ID来跟寻呼消息中携带的UE ID一一进行匹配，以判断此寻呼消息是否是在呼叫自己。

（4）若PDSCH上携带有被寻呼UE的ID，UE会向MME发送service request消息来确认收到寻呼。如果MME在特定时间内没有收到寻呼确认，会重新发送寻呼消息。系统可以设置MME最多重复发送寻呼的次数。

寻呼相关参数及推荐配置总结如表1所示。

表1 寻呼相关参数及推荐配置总结

4 TA及TA list包含小区上限计算

4.1 小区的寻呼容量

小区的寻呼容量考虑的因素有PDCCH的寻呼负荷、PDSCH寻呼负荷、寻呼阻塞要求、eNB设备寻呼能力以及MME设备寻呼能力。

4.1.1 PDCCH的寻呼负荷

由寻呼引起的PDCCH容量和nB设置非常相关，nB的数值决定了有多少个子帧（每无线帧上的PO数）用于寻呼。

在nB设置一定的情况下，由寻呼占用的PDCCH上的资源百分比上限是一个固定值，因PDCCH只表征是否有寻呼消息，并不承载具体的寻呼消息，因此PDCCH的资源并不影响寻呼容量。

4.1.2 PDSCH的寻呼负荷

根据PDSCH除了承载寻呼消息外，还需要承载数据业务信息，因此为了保证用户的数据业务体验，用于承载寻呼消息的资源不能无限大，一般运营商会定义用于承载寻呼消息的资源占PDSCH的总资源的比例不超过3%。

假设TD-LTE带宽为20Mbit/s，上下行配置为1：3，特殊时隙采用6：6：2，PDCCH占用3个OFDM符号，DRX=128，nB=T，则PDSCH的总PRB数目为：

100×6+100×1×0.3×2 ＝ 660（PRB）。

假设用于寻呼的PDSCH资源占比为2%，则寻呼可以占用的PRB数为：

660×2% ＝ 13.2（PRB）。

为了保证网络中所有位置的终端都能正确的接收到寻呼消息，建议采用QPSK调制，0.1码率的编码方式，也就是MCS等级为0。根据3GPP36.213表7.1.7.2.1-1，可以获得不同PRB可以承载的传输块的大小，13PRB在MCS等级为0时可以承载344 bit的传输数据块。

根据协议定义，每条寻呼消息信元需要41 bit，每PO寻呼消息的比特数 = 每PO寻呼消息条数×41＋2。反推得到每个PO承载的寻呼消息条数为(344－2)/41=8.3。由于DRX=128，nB=T，则由于PDSCH的限制，小区寻呼容量不能超过830（次/秒）。

4.1.3 寻呼阻塞要求

按照用户寻呼服从泊松分布，根据如下寻呼拥塞公式（Erl B公式）：

其中，Pblocking,max是寻呼阻塞率，一般要求不超过2%；Cblocking,PO是每个PO到达的寻呼个数；Rmax是每个PO能够承载的最大寻呼记录数，取值1～16。根据公式可以获得每个PO的寻呼容量与寻呼阻塞概率的对应关系曲线如图3所示。

从图3中可以看出当Rmax=16时，允许的的寻呼到达率Cblocking,PO为11.95，带入公式得到寻呼容量为：

小区寻呼容量=每无线帧中的寻呼子帧数×每寻呼子帧允许的寻呼到达率×（1 000 ms/10 ms）=1 195次/秒。

4.1.4 设备的寻呼能力

由于eNB的硬件处理能力有限，如果寻呼占用CPU过多，则影响其处理其它业务，结合目前产业能力建议小区寻呼容量初步按照600次/秒考虑。

此外，SGSN-MME的能力也会限制寻呼容量，其能力和SCTP/S1板子数量相关,目前产业能力，1块SCTP/S1板子可以同时处理6 000个寻呼消息。

综合以上4点受限因素，单小区寻呼容量按照600次寻呼/秒核算。

具体公式＝min（PDCCH限制下寻呼容量，PDSCH限制下寻呼容量，寻呼阻塞限制下寻呼容量，硬件处理限制下寻呼容量)＝min(Infinite，830，1 195，600)＝ 600次寻呼/秒。

4.2 LTE每小区的活动用户数目

LTE每小区的活动用户数目可以根据用户密度计算获得，公式如下：

LTE每小区的活动用户数目=覆盖面积×用户密度×运营商渗透率×业务渗透率。

例如：

4.3 LTE每用户的寻呼模型

根据GSM现网数据分析获得大城市单用户话务量约为20 mErl，BHCA约为1次/小时；数据业务产生的寻呼量约为语音产生寻呼量的50%～100%，可以记为1次/小时。根据3G现网MSC数据分析，获得大城市单用户话音寻呼次数约为1次/小时。同理，统计SGSN数据，获得单用户忙时数据寻呼次数约为1.7次/小时。

与2G和3G系统不同，TD-LTE系统只有PS域，没有CS域。LTE的寻呼模型需要将2G和3G中的CS域、PS域结合起来统一考虑。

对于现有的移动运营商而言，其2G和3G现网的高端用户最有可能构成LTE业务的初期消费群，因此，现有的移动运营商可以充分参考2G和3G网络的话务统计结果，作为初期的业务模型和话务模型的分析依据。以后随着经营策略和业务模式的成熟，消费群体的结构会发生变化，可结合充分的市场调研优化设计。

LTE每用户的寻呼模型＝2.5次/小时=0.000 69次/秒。

4.4 TAL包含的小区数目

每TAL中包含的小区数目的上限的计算公式如下：

密集城区：

一般城区：

综上，初步建议密集城区一个TA list包含的小区数目不超过682个，一般城区一个TA list包含的小区数目不超过1651个，并且应该根据小型化基站、室内分布系统建设的具体情况适当调整。

表2 LTE每小区活动用户数

5 总结

在常规场景下，TA list和TA进行绑定，每一个TA list里面只有一个TA。在高铁、高速等特殊场景下，TA list功能可以开启，具体规划方法待充分研究和测试验证的后再进一步给出相关建议。

TA list的规划应该充分考虑LTE系统的网络能力以及LTE设备的硬件、软件能力。在目前的产业状况下，初步建议密集城区一个TA list包含的小区数目不超过682个，一般城区一个TA list包含的小区数目不超过1651个，并且应该根据小型化基站、室内分布系统建设的具体情况适当调整。

TA/TA list的规划直接影响TD-LTE系统的寻呼质量，进而影响用户体验，不论在规划中还是后期运营中都应该给予充分的重视。TA/TA list规划原则也应该根据各本地网的实际情况灵活的掌握和调整，以确保网络质量。