LTE基站系统的PCI自配置技术研究

朱晓光，江 华

（中兴通讯股份有限公司 深圳 518057）

1 引言

近20年来，移动通信技术不断演进，从模拟到数字、从电路域到分组域、从2G到4G，已经从窄带技术演进到了移动宽带技术，这主要来自移动互联网飞速发展的大时代背景需求的推动，移动用户已经不满足传统的语音和短信等电信服务，移动互联网成为新的移动服务热点。根据中国互联网络信息中心报告，截至2013年12月，我国手机网民规模达5亿人。为此，从用户的角度看，提出了越来越高的用户体验需求；从技术的角度看，要不断通过引入新技术增加移动传输带宽，并通过简化系统架构降低时延；从运营商的角度看，要及时部署移动新技术，创造新的增长点，同时降低运维成本。这几年，我国三大运营商已经开始紧锣密鼓地部署4G网络。

蜂窝移动通信技术演进到第4代移动宽带LTE阶段后，空口传输采用OFDM （orthogonal frequency division multiplexing，正交频分复用）技术进行蜂窝组网，并通过使用PCI（physical cell identity，物理扇区标识）来标识扇区，其功能是区分扇区，并作为信道扰码器输入的一部分，进行信道隔离，但PCI的取值范围仅是1～504，而LTE网络中的扇区数量通常要远远大于504，因此必须通过复用机制来为新eNB（evolution node B）分配PCI资源，其分配原则是LTE同频组网时，相邻扇区PCI值必须不同，否则会有邻区干扰；LTE异频组网时，相邻扇区PCI可以相同。

尽管运营商通过部署LTE技术为用户提供移动宽带服务，但一方面移动资费逐渐呈下降趋势，另一方面基于互联网的OTT（over the top，过顶传球）业务正在不断侵蚀传统移动业务，而部署eNB的数量会越来越多，如采用传统的人工维护方法，安装、配置、维护的工作量极大,成本也会很高，因此运营商对降低运维成本和建设成本越来越重视。鉴于上述因素，国际主流运营商提出了SON（self organizing network，自组织网络）的概念，所谓SON是一个可以提供自动安装、配置、优化、维护功能的网络，减少人工参与，使日常运维工作更加合理，其目的就是降低OPEX（operating expense，运营成本），并通过 3GPP（3rd generation partnership project，第三代伙伴工程）实现标准化。根据不同的SON需求用例，实现SON的网络架构主要有3种：集中式、分布式和混合式，其中集中式主要是在各eNB的上一级汇聚网元上实现相关SON功能，如OAM（operation administration maintenance，操作管理维护）；分布式主要是在各eNB上实现相关SON功能；而混合式是通过集中式和分布式两种结构实现SON功能。

在3GPP标准中规范了基于 SON的 ANR（automatic neighbour relation，自动邻区关系）实现方法，即邻区关系不是通过人工规划获得，而是通过UE（user equipment，用户设备）测量上报方式实现，当UE测量到邻区信号强度较强时，将邻区PCI上报到所在eNB，由eNB判决是否加入邻区列表中，如果加入，则请求UE返回该邻区的全局扇区标识给eNB，这一过程中，默认新部署的eNB已经分配好PCI资源。

针对LTE的PCI分配方法有很多，可以基于传统的规划法和分组取模法，前者根据网络拓扑结构，通过统一的人工规划来确保每个扇区的PCI与邻区PCI不同，并手工配置；后者依赖于基站标识，首先对PCI资源进行分组，并对各组资源进行编号，基站具体配置哪组PCI资源需要对基站标识取模，由于基站数量较多，这种分配方法不能完全避免邻区PCI冲突；如果直接采用eNB自动分配PCI方法，由于新部署的eNB与相邻eNB之间的接口还没有建立，并不知道邻区PCI，很容易导致与邻区PCI冲突。

针对LTE基站系统的PCI分配，提出一种基于SON的自配置PCI配置方法，在减少人工干预的情况下，低成本、高效率地自动配置PCI资源，提高LTE基站系统的自组织和自操作能力。

2 LTE基站系统的PCI自配置SON架构及其分配方法

LTE基站系统的PCI自配置SON架构可以有两种，分别是集中式和混合式，如图1所示。在集中式架构中，PCI自配置功能集中在OAM，由OAM负责为eNB自动配置PCI；在混合式架构中，PCI自配置功能分布在OAM和各个eNB上，两种网元都参与PCI的自配置过程。

LTE基站系统的PCI自配置分配方法是将504个PCI资源分为两部分，其中较少的一部分PCI资源为临时PCI，较多的PCI资源为应用PCI，两部分PCI资源不重叠，即两部分PCI值完全不同，一个PCI只能属于临时PCI或者只属于应用PCI。新部署的eNB上电后执行自建立流程，使该eNB与OAM建立物理链路连接后，首先OAM为新eNB分配临时PCI，确保新eNB能正常运行，根据ANR流程，UE自动监测相邻扇区信号（邻区所在eNB为已部署基站，使用的PCI为应用PCI），并将邻区PCI上报给新eNB，如果采用集中式架构，新eNB将邻区PCI再上报给OAM，OAM根据邻区PCI值，从应用PCI资源中选择不同的PCI资源分配给新eNB，新eNB使用应用PCI作为后续商用阶段使用的PCI，并释放最初使用的临时PCI资源；如果采用混合式架构，新eNB获得UE上报的邻区PCI后，从应用PCI中选择与邻区PCI不同的值作为新eNB的PCI，并释放最初使用的临时PCI。在混合式架构中，OAM负责分配临时PCI资源，eNB负责为自身分配与邻区PCI不同的应用PCI资源。临时PCI资源释放后，可以继续分配给下个新部署的eNB。

针对一些特殊的LTE基站系统部署场景，可以简化分配过程，如LTE网络中部署第一个eNB或者部署无邻区的孤岛站，则可以采用集中式架构通过OAM直接分配应用PCI资源；如果新部署的eNB所有扇区数量小于应用PCI资源数量，则采用集中式架构统一由OAM直接分配应用PCI资源，只要不重复分配PCI即可；对于HeNB（home eNB，家庭基站），由于其自身支持扫描周围扇区信号功能，可以直接获得相邻扇区PCI，因此可以从应用PCI资源中为自身分配PCI，不需要OAM来分配PCI，这种SON架构是分布式架构。

由于临时PCI资源和应用PCI资源不重叠，而相邻已部署的eNB已使用应用PCI，因此OAM为新部署eNB分配临时PCI的同时，也保证了与其相邻已部署的eNB各扇区PCI不同。在PCI资源数量方面，应用PCI资源数量远大于临时PCI资源，因此不会影响PCI资源数量限制。临时PCI数量较少，新eNB分配应用PCI资源后，就释放最初分配的临时PCI，可供下个新部署的eNB使用，因此临时PCI可以不断地重复分配给新部署的eNB。另外，在LTE网络部署过程中，如果同时部署新eNB数量小于或等于临时PCI数量，那么临时PCI资源能保证新eNB之间的PCI不同；如果同时部署eNB数量大于临时PCI数量，那么根据实际需求通过调整分配策略来增加临时PCI数量，一方面保证应用PCI数量，另一方面提高eNB部署效率。当然，临时PCI资源也可以根据实际情况部分转为应用PCI资源。

这种将PCI资源分为临时PCI和应用PCI的分配PCI方法，在保证新部署的eNB正常运行的同时，也保证了不会因PCI分配因素与邻区产生干扰，为LTE基站系统自动分配PCI资源提供便利的客观条件。

3 LTE基站系统的PCI自配置控制流程

LTE基站系统的PCI自配置过程的前提是不需要人参与，同时保证PCI分配的高效和网络性能，其实现的SON架构可以采用集中式或混合式，前者由OAM完成PCI的自配置，后者由OAM和eNB共同完成PCI的自配置，其实现流程如图2所示。

图2 LTE基站系统的PCI自配置控制流程

具体的实施步骤如下。

步骤1 LTE基站系统的PCI分配策略通过OAM设置，涉及自配置PCI采用的SON架构和PCI资源划分，其中SON架构可以采用集中式架构或混合式架构，PCI资源划分为临时PCI和应用PCI，二者数值不重复，在数量方面，应用PCI资源数量远远大于临时PCI资源数量。

步骤2 新部署的eNB上电后，基于自发现、自建立SON流程，eNB分别与OAM和EPC（envoled packet core，演进分组核心网）建立物理通信链路连接。

步骤3 如果PCI自配置流程采用集中式SON架构，那么临时PCI和应用PCI都通过OAM分配。首先OAM通过与eNB的南向接口为新部署的eNB分配临时PCI资源，以确保新部署的eNB能正常运行；基于ANR流程，通过UE在扇区边缘测量相邻已部署的eNode信号，获得邻区所使用的应用PCI，并将其上报到新部署的eNB，eNB再将邻区PCI上报到OAM，OAM从应用PCI资源中选择与邻区PCI不同的资源分配给新部署的eNB各扇区，新eNB释放临时PCI资源并通知OAM，进一步转入步骤5。

步骤4 如果PCI自配置流程采用混合式SON架构，那么临时PCI由OAM负责分配，而应用PCI由新部署的eNB负责为自身分配。首先OAM通过与eNB的南向接口为新部署的eNB分配临时PCI资源，以保证新部署的eNB能正常运行，并同步应用PCI资源列表；基于ANR流程，通过UE在扇区边缘测量相邻已部署的eNode信号，获得邻区所使用的应用PCI，并将其上报到新部署的eNB，eNB从应用PCI资源列表中选择与邻区PCI不同的资源为自身的各个扇区分配PCI，新eNB释放临时PCI资源并通知OAM所采用的应用PCI，进一步转入步骤5。

步骤5 邻区数据一致性操作，涉及网元包括OAM、最新已部署的eNB及其相邻eNB，以确保邻区列表中配置的PCI数值在相关网元中保持一致。

PCI自配置过程中，出现链路或设备异常导致PCI资源分配失败，则基站系统、OAM检测系统及时输出告警通知信息。针对特殊eNB部署场景，根据PCI自建立分配策略分配应用PCI资源。

4 LTE基站系统的PCI资源规划及分配策略

LTE基站系统的PCI资源规划和分配策略要合理，提高分配效率，并降低算法和实施复杂度，同时还要不影响已部署网络性能。在移动蜂窝组网中，无论是2G、3G，还是LTE，都以每个基站对应覆盖3个扇区为主，当然在少数的特殊覆盖场景中，每个基站对可以覆盖1个扇区、2个扇区或超过3个扇区。为了提高PCI资源的分配效率，将504个PCI资源按照每组3个PCI划分为168组并编号，如组 1的 PCI对应为 [1，2，3]，组 2的 PCI对应为[4，5，6]等，组 168 的 PCI对应为[502，503，504]，那么 PCI资源分配则以“组”为单位。

进一步将168个PCI组划分为临时PCI组和应用PCI组，资源不重叠，并且后者PCI组数量远远大于前者，使更多的PCI资源应用于实际网络中。太多临时PCI组资源使应用PCI组资源数量减少，是一种资源浪费。至于预留多少PCI组资源作为临时PCI资源，需要根据LTE网络部署的实际需求，如同时部署两个eNB，临时PCI资源要大于或等于两组PCI。当然，临时PCI组资源可以根据实际情况转为应用PCI组资源。

如图3所示为PCI资源组分配原则，无论是临时PCI组还是应用PCI组，为每个eNB分配的数量与该eNB支持的扇区数量有关，当新部署的eNB支持的扇区数量小于或等于3时，就分配1组PCI资源，否则分配PCI组资源就等于扇区数量除3，如有余数则再加1，如4扇区，就分配2组PCI资源。

图3 PCI资源组分配原则

针对eNB不同的部署场景，PCI资源的分配策略也不同，在不影响LTE网络整体性能的前提下，其原则是尽可能简化分配流程，以提高资源分配效率，降低网络建设工程成本。LTE基站不同部署场景中PCI资源的分配策略见表1。

5 结束语

当前，在全球运营商都在紧锣密鼓地部署LTE网络的同时，SON技术的重要作用也日益凸显，而PCI作为LTE网络部署时的重要参数，对网络的合理规划和提升性能起着重要作用。本文提出的PCI自动分配方法能确保为eNB分配的PCI资源在各阶段都与邻区的PCI不同，有效完成PCI的自配置，与其他PCI分配方法比较，在实际操作中简单、灵活、高效，在保证网络性能的同时，对LTE系统的影响小。

表1 不同部署场景中PCI资源的分配策略

1 3GPP TS 36.300.E-UTRA and E-UTRAN,Overall Description;Stage 2,2014

2 谢大雄,朱晓光,江华.移动宽带技术——LTE.北京：人民邮电出版社,2012

3 NGMN.NGMN Recommendation on SON and O&M Requirements,2008

4 孙成舟,张洪岩,魏垚等.LTE-Advanced系统中PCI自配置仿真研究.电信科学,2013,29(7):30～35

5 3GPP TS 32.500.Telecommunication Management;Self-Organizing Networks(SON);Concepts and Requirements,2009