LTE系统寻呼机制与寻呼容量分析

刘瑞强　中国电信集团公司网络运行维护事业部工程师



LTE系统寻呼机制与寻呼容量分析

刘瑞强中国电信集团公司网络运行维护事业部工程师

摘要：介绍了LTE系统的寻呼机制及处理过程，分析了影响LTE系统寻呼容量的参数，并给出了寻呼容量的计算方法；最后提出了LTE系统提升寻呼容量的建议。

关键词：LTE；P-RNTI；寻呼；PF；PO

1　引言?

随着LTE网络在全球的大规模商用，与之相应的移动数据等各类新业务也更加蓬勃发展，同时对与客户感知相关的移动通信网络性能和质量方面的要求也越来越高，可以说数据业务的演进一直朝着提高业务速率、降低时延以及提升QoS的方向迈进。而随着全球移动互联网业务的迅猛发展和智能手机的快速普及，对现网信令容量的冲击日趋明显，形成信令风暴。国际上，美国AT&T、日本DoCoMo等多个运营商的网络都曾因为信令风暴导致网络故障乃至瘫痪的严重事故。

信令风暴主要对移动网络的寻呼容量产生影响，为了更好地提升客户感知并解决信令风暴所造成的局部区域出现用户接入困难、业务速率低等问题，本文从理论上介绍了LTE系统的寻呼机制，分析了影响寻呼容量的影响因素，并给出了LTE寻呼容量提升的建议。配置专门的物理寻呼信道，寻呼消息是由物理下行共享信道（PDSCH）承载的，而寻呼标识P-RNTI在物理下行控制信道（PDCCH）上承载。

在LTE协议中，承载寻呼消息的逻辑信道（PCCH）、传输信道（PCH）和物理信道（PDSCH）之间的映射关系如图1所示。

图1　映射关系示意图

2　LTE系统寻呼机制

2.1寻呼信道的映射

LTE是3GPP家族中的一员，是GSM、WCDMA、HSPA的后向演进技术，但其寻呼机制跟之前的技术相比有所不同。在LTE中，没有为UE

2.2寻呼处理过程

按照LTE寻呼的发起方划分，可分为eNB发起和MME发起两类，具体的寻呼流程如图2所示。

图2　寻呼流程图

LTE-Advanced的寻呼消息中可以携带4类参数：被寻呼的终端ID列表、系统消息改变指示标识、ETWS预警指示标识和CMAS预警指示标识。这4类参数分别指示了寻呼消息的4种不同作用：

（1）向处于RRC_IDLE态的UE发送呼叫请求。

（2）通知处于RRC_IDLE和RRC_CONNECTED状态的UE，系统信息发生了变化。

（3）通知UE开始接收ETWS Primary通知或ETWSSecondary通知。

（4）通知UE开始接收CMAS通知。Paging消息的后3类参数都是由eNB所发起，第1类参数是由MME所发起。

当小区修改了某些系统信息时，它会先在一个变更周期内通知UE系统信息将发生变化（但并不发送更新后的内容），然后在紧接着的下一个变更周期，小区才会发送更新后的系统信息，具体如图3所示。

对于在RRC_IDLE或者RRC_CONNECTED状态下的UE，当收到一个系统信息变更通知（Change Notification）后，会从下一个变更周期的开始处去接收新的系统信息。UE在收到新的系统信息之前，会继续使用旧的系统信息。小区有2种方式通知UE系统信息发生了变化：

（1）Paging消息包含了一个systemInfo Modification字段，用于指示SI是否发生了变化。

（2）SIB1中包含了一个systemInfoValueTag字段，每当SI消息发生变化时，systemInfoValueTag的值会加1。

网络还可以通过Paging消息通知终端接收ETWS通知消息或CMAS通知消息，让用户能够及时地获得一些紧急事件发生的信息。地震和海啸预警分为两类：第一类是紧急事件的预警，由SIB10承载；第二类是辅助救援信息的通知，由SIB11承载。商业移动预警信息是由SIB12承载。

在空闲模式下，当UE醒来监听到PDCCH上携带着寻呼标识P-RNTI时，就按照PDCCH上指示的参数去接收PDSCH物理信道上的寻呼消息，寻呼消息包括被寻呼终端的标识（UE_ID）列表。一般来讲，在一条寻呼消息中，网络最多可以携带16个UE_ID。如果与寻呼消息中的UE_ID匹配，UE将向上层上报并向MME发送业务建立请求消息。如果不匹配，UE将丢弃接收的信息，并基于DRX周期进入睡眠。利用这种机制，在一个DRX周期内，终端可以只在寻呼出现的子帧去接收PDCCH，然后再根据需要去接收PDSCH，而在其他时间则可以睡眠，以达到省电、延长待机时间的目的。

3　LTE系统寻呼容量

3.1寻呼消息的时频资源

Paging消息所占的频域资源是由P-RNTI加扰的PDCCH指定的。而在时域上，UE只会在其Paging周期内的某个特定帧（PF，Paging Frame）的特定子帧（PO，Paging Occasion）去尝试接收Paging消息。PO （Paging Occasion）是一个子帧，在该子帧上可能会有使用P-RNTI加扰，并指示Paging消息的PDCCH。当使用了DRX，UE在每个DRX Cycle上只需要检测一个PO，也就是说，对应每个UE，在每个Paging周期内只有一个子帧可用于发送Paging。PF（Paging Frame）是一个无线帧，该帧可能包含一个或多个PO。

与PF和PO相关的两个参数是T和nB，这两个参数由系统消息SIB2通知UE。根据公式（1）和（2）计算出PF和PO的具体位置后，UE开始监听相应子帧的PDCCH，如果发现有P-RNTI，则根据PDCCH指示的RB和调制编码方式（MCS），从同一子帧的PDSCH上获取寻呼消息。如果寻呼消息含有本UE_ID，则发起寻呼响应；否则，在间隔T个无线帧后继续监听相应子帧的PDCCH。

PF是满足如下公式的系统帧：

SFNmodT=（TdivN）×（UE_IDmodN）（1）

PO是满足如下公式的系统子帧：

i_s=floor（UE_ID/N）modNs（2）

图3　更新后的系统信息图

T：UE的非连续接收周期，取值范围是32、64、128和256，单位是无线帧。该值越大，则RRC_IDLE状态下UE的电力消耗越少，但是寻呼消息在无线信道上的平均延迟越大。

nB：取值范围是4T、2T、T、T/2、T/ 4、T/8、T/16、T/32，该参数主要表征了寻呼的密度，4T表示每个无线帧有4个子帧用于寻呼，T/4表示每4个无线帧有1个子帧用于寻呼，该值决定了系统的寻呼容量。

N：min（T，nB），实际上N表示在每个寻呼周期内包含了多少个PF

Ns：max（1，nB/T），实际上Ns表示在每个PF内包含了多少个PO

UE_ID：IMSImod1024

FDD中PO占用的子帧号与TDD不同，但数量相同，并且位置是固定的，均匀地分布在时域上，FDD及TDD模式下PO映射关系详见表1、2。呼指示数）/DRX=16×（N×Ns）/DRX。

不同nB对应的最大寻呼容量如表3所示。

表3　不同nB对应的最大寻呼容量

表1　FDD模式下寻呼子帧映射关系

表2　TDD模式下寻呼子帧映射关系

3.2寻呼容量

按照LTE协议规定，每个TTI只能发送一个Paging消息，最多携带16个UE_ID。寻呼容量即一秒钟最大可以发送的寻呼消息数为：每个寻呼指示中的UE_ID数×（1个DRX中的无线帧×1个无线帧中的寻

由于PDSCH的资源不受限，即寻呼消息不会产生瓶颈，因此LTE寻呼容量主要受PDCCH上的寻呼指示影响。

4　结束语

根据表3可知，当nB=4T，每个寻呼指示中最大放置16个用户UE_ID的时候，LTE的寻呼容量将达到最大6400用户/s。对于现网EVDO数据多载频话务热点区域，当3G用户完全迁移到LTE上之后，LTE将可能出现寻呼容量受限。

因此，随着LTE网络的成熟和LTE手机终端的丰富，寻呼需求将会增多。为保证LTE的寻呼容量能够满足移动互联网业务需求并使用户持续得到良好的体验，一则建议根据网络的运行情况不断调整跟踪区TA列表的大小，做到网络的高效运行；二则建议LTE可以采用诸如EVDO中激活集寻呼的机制，减轻寻呼负荷，增加寻呼成功率。

参考文献

［1］3GPPTS 36.213，E-UTRA. Physical Layer Procedures.

［2］3GPPTS 36.214，E-UTRA. Physical Layer Measurements. ［3］3GPP TS 36.304，User Equipment（UE）Procedures in Idle Mode.

［4］3GPP TS 36.331，E- UTRA. Radio Resource Control （RRC）- Protocol Specification.

标准之窗

收稿日期：（2016-01-12）