TD-LTE同频异频切换性能研究

（中国移动通信集团设计院有限公司， 北京 100080）

TD-LTE同频异频切换性能研究

马宁， 李春明， 万仁辉， 武琳栋

（中国移动通信集团设计院有限公司， 北京 100080）

中国移动TD-LTE网络宏站覆盖有D频段和F频段两个频段，对应有同频切换和异频切换两种方式，两种切换过程基本相同。同频切换前SINR会比较差，切换后SINR提升比较明显，异频切换时由于有频率隔离，SINR值一直比较趋于稳定，切换后SINR值也会有所提升，但是会有异频测量GAP时间占用。两种切换方式都会提升速率，但从大量测试数据分析来看，异频切换速率提升幅度高于同频切换。

TD-LTE； D频段； F频段； 同频切换； 异频切换； RSRP； SINR； 速率

TD-LTE目前主要是同频组网，有部分区域为D和F频段共站双层组网或插花组网建设方式。随着覆盖和容量的需求增加，市区D和F共站双层网将会成为主要组网方式，随之将会产生较多的异频切换，因此，需要研究同频组网和异频组网在切换方面的性能差异，通过大量测试数据分析验证，对比两者对网络性能的影响，为后续组网策略的确定和网络优化提供参考。

本文主要研究同频切换和异频切换对网络性能和速率的影响。

1 切换过程

TD-LTE系统中的切换过程划分为以下3个步骤：

(1）切换测量（包括测量滤波、算法触发测量报告）；(2）切换判决；(3）切换执行。

其中切换测量由UE和eNode B完成；切换判决在eNode B中进行；切换执行是在UE、eNode B和 MME共同协作下完成。

1.1 切换测量

在TD-LTE系统中，UE是按照E-UTRAN提供的“测量控制”信息来进行测量和报告测量消息的。E-UTRAN向UE下达“测量控制”信息，它又是E-UTRAN下发给UE的测量要求，会在此信息中包含对同频和异频的测量要求；UE收到“测量控制”信息后，会按照测量要求进行测量，将测量结果以测量报告的形式上报给E-UTRAN。

测量报告消息包括了测量标识，服务小区和待切换的小区相关信息。E-UTRAN 规定了A1、A2、A3、A4、A5、B1、B2 等 7 种测量报告种类：

A1事件用于异频、异系统测量的停止；A2事件用于异频、异系统测量的启动；A3事件用于启动同频切换；A4事件用于指示邻区小区质量高于指定的绝对门限；A5事件用于指示服务小区质量低于指定的绝对门限，同时相邻小区的小区质量高于指定的绝对门限；

B1事件用于指示异系统邻区小区质量高于指定的绝对门限；

B2事件用于指示服务小区质量低于指定的绝对门限，同时异系统相邻小区的小区质量高于指定的绝对门限。

以上事件所涉及的参数基本上在网络端发给UE端的测量控制消息里面，即RRC连接重配置消息里。

1.2 切换判决

eNode B接收到测量报告事件后，根据切换算法和事件报告类型决定是否需要进行小区切换，如需切换还需判决切换是属于同频切换、异频切换还是异系统切换。

1．2．1 同频切换

同频切换判决事件准则采用A3事件(如图1所示)，即相邻小区质量好于服务小区且差值超过指定门限即切换迟滞（HOM），且此状态持续一段时间（TTT）后，UE向网络侧上报A3事件报告。网络侧收到该报告后就立刻进行切换判决，判决成功后就开始向邻小区切换。由于同一时刻可能有多个邻小区同时满足A3事件报告，因此，A3报告中可以同时包含多个信号质量满足条件的邻小区。

A3-1（触发条件)： Mn+Ofn+Ocn-Hys＞Ms+ Ofs+Ocs+Off

A3-2（取消条件)： Mn+Ofn+Ocn-Hys＜Ms+ Ofs+Ocs+Off

1．2．2 异频切换

异频切换需要额外对系统进行配置。配置A1/A2事件来停止或开始对异频邻区的测量。

RRC重配中配置异频的频点测量相关信息，包括Measurement GAP相关信息。所谓GAP就是说UE在GAP这段时间里不在服务小区收发数据，而是将接收机的频点转换到异频/异系统邻区的频点上，去测量异频/异系统邻区的信号强度信息。对于TD-LTE异频切换，就是测量异频邻区的PCI和RSRP信息。这种GAP的设置是系统侧完全控制的，UE被动接收。当然系统的设计时也得考虑停止在GAP期间对UE进行下行调度和上行Grant的分配。在GAP测量时间(6 ms)到达后，又转回去原来服务小区的频点进行正常收发数据。重复周期可设置为40 ms或80 ms。

Measurement GAP目前有两种配置，一般配置为gp0，gp0的GAP长度为6 ms，重复周期为40 ms。

从对UE性能的影响方面来看，从A2事件触发异频测量后才会开始，而这个和A2事件的配置相关。在进行异频测量时，若配置为gp0，则40 ms中有6 ms是不能用的。如果当时UE不是占用了全部的RB，系统侧应该能够错开那6 ms调度，对用户吞吐量性能影响很小。如果UE当时占用了全部下行RB，用户在有异频测量的情况下，上下行综合的吞吐量损失不到15%(6 ms/40 ms)，考虑到6 ms中上行时隙占用的情况，可能下行吞吐量损失不到8%。A2和A4事件图解如图2。

图1 A3事件图解

图2 A2和A4事件图解

A2事件：服务小区质量低于某个阀值

A2-1（触发条件）： Ms-Hys＞Thresh

A2-2（取消条件）： Ms+Hys＜Thresh

A4事件：异频邻区质量高于某个阀值

A4-1（触发条件）： Mn+Ofn+Ocn-Hys＞Thresh

A4-2（取消条件）： Mn+Ofn+Ocn+Hys＜Thresh

2 切换性能数据分析

A3触发的同频切换，属于功率裕量切换，切换前相邻小区的RSRP已经差于服务小区RSRP，所以切换前的SINR必将出现恶化，随之下载速率下降。切换完成后，服务小区的RSRP增强，SINR也有明显的改善，同频切换有效保证了业务持续性。

相对于同频切换，异频切换由于频率隔离的作用，在A4切换前SINR保持在一个平稳的状态，切换后由于服务小区的RSRP电平的升高，SINR的改善更加明显，下载速率在切换前后保持在平稳的状态。同频切换和异频切换前后性能对比如图3所示。

从大量的切换统计数据分析结果来看，异频切换明显优于同频切换性能。

为了比对同异频切换的差异，选取多个异频组网城市的商用终端测试数据，测试时网络近似空载（是否加载对基于RSRP的切换影响可以忽略），组网方式为D/ F共址双层组网和D、F局部插花组网，如图4所示。

图3 同频切换和异频切换前后性能对比

分析结果分为同频和异频切换两个部分，统计了切换前后5 s、3 s和1 s的RSRP、SINR、DL PDCP THR（PDCP层速率）、DL PHY THR（物理层速率）四个指标，具体结果如表1所示。

从统计结果来看，同频切换前5 s比切换前1 s物理层吞吐量下降18%，而异频切换只下降1%。同频切换前5 s比切换前1 s SINR下降35%，而异频切换只下降11%。切换前后1 s异频切换的RSRP改善好于同频切换，主要是同异频切换的偏置和迟滞值有所差异，切换难度不同。

从以上性能统计数据来看，在承载较小的情况下，异频切换在下载速率和SINR两个指标上，明显优于同频切换。随着业务承载的增加，这种差异将会进一步扩大。

2.1 同异频切换物理层下载速率对比

切换对业务速率也会产生一定影响，通过数据对同频切换和异频切换对速率影响进行观察，如表2所示。

表1 同频切换和异频切换性能统计

图4 组网方式图

同频切换前1 s物理层吞吐量较同频切换前5 s物理层吞吐量下降18%左右，变化幅度剧烈，异频频切换前1 s物理层吞吐量较异频切换前5 s物理层吞吐量下降1%左右，变化幅度很小。

同频切换后5 s的物理层吞吐量较切换前5 s的物理层吞吐量提升29%，异频切换后5 s的物理层吞吐量较切换前5 s的物理层吞吐量提升43%。

也就是说同频切换前，速率下降快，切换后，速率提升慢，而异频切换相反。说明异频切换有更好的用户感知。

2.2 同异频切换RSRP对比

从图5可以看出，同频切换前后RSRP有一定跃升，但是变化不明显，趋势线很相近。而异频切换前后1 s RSRP差异较大，趋势线相距较远。主要是同异频切换的偏置、迟滞值以及门限有所差异，切换难度不同，异频切换需要进行两次测量，即A2和A4测量，A4切换门限相对于A3切换门限更低一些，所以切换前RSRP更低，切换后RSRP改善更加明显的原因。

2.3 同异频切换SINR对比

同频切换前5 s比切换前1 s SINR下降35%，而异频切换只下降11%。从图6可以看出，同频切换时由于同频干扰的存在，进入切换区域时SINR必然会恶化，切换完成后会有SINR值的跃升。异频切换前后1 s SINR值变化不如同频切换变化剧烈，是由于不同频段的隔离，切换前后SINR值一直处于一个较好的范围。

3 结论

从测试结果来看，同频切换前速率下降幅度较大，切换完成后速率提升幅度较小，而异频切换前速率变化幅度很小，切换完成后速率提升幅度较大。

一般来说，同频切换无需启动异频测量，所以无需GAP时间占用，但是由于同频的干扰，会在切换区域恶化SINR，速率下降明显，切换完成后仍处于小区边缘，同频干扰仍存在，速率提升幅度较小。异频切换前由于需要异频测量的GAP时间，会浪费时间资源，但是GAP时间较短，对速率影响不大（理论值小于8%），而且切换前后的SINR由于频率的隔离一直处于较好的范围，且切换完成后SINR会有提升，所以切换完成后速率提升幅度较大。

表2 同频切换和异频切换对速率影响对比

图6 同频切换异频切换前后1 s的SINR散点图

所以，异频切换不仅在切换前对速率影响很小，而且切换完成后速率提升幅度较大，总体性能优于同频切换。

因此，D/F分区域组网和D/F局部插花的组网方式，异频切换性能优于同频切换性能，并且，D/F共址双层组网是今后组网方式的趋势。

4 结束语

网络建设只是网络运营的基础，网络性能是保持中国移动领先地位的关键，网络质量是通信企业的生命线。我们要不不断研究网络建设的新策略、新方法，不断探索提升网络性能的新技术、新手段，继续保持中国移动的领先地位，扩大竞争优势。

[1] 王映民， 孙韶辉等． TD-LTE-Advanced移动通信系统设计[M]．北京：人民邮电出版社， 2012．

[2] Eri Dahlman，Stefan Parkvall，Johan Skold． 4G移动通信技术权威指南[M]． 堵久辉，缪庆育译． 北京：人民邮电出版社，2012．

The study of handover performance with intra- frequency and inter-frequency

MA Ning, LI Chun-ming, WAN Ren-hui, WU Lin-dong
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China)

Macro station of CMCC TD-LTE network is deployed in band D and band F. There are two kinds of handover: intra-frequency handover and inter-frequency handover, which are similar in handover progress. In intra-freqnency handover, SINR is relatively poor before handover while SINR improves greatly after handover. In inter-freqnency handover, because of frequency isolation, SINR is relatively stable and improves a little after handover, but the GAP of inter-freqnency measurement will take up some time. Both kinds of handover can improve the speed , but juding from a large number of test data, inter-freqnency handover show more speed improvement than intra-freqnency handover.

TD-LTE; band D; band F; intra-freqnency handover; inter-freqnency handover; RSRP; SINR; speed

TN929.5

A

1008-5599（2014）07-0067－05

2014-04-01