LTE移动通信切换性能优化

时莉莉 徐铭岳 孙海波

(1.中国人民解放军94969 部队 上海市 200137 2.中国人民解放军61932 部队 北京市 100071）（3.国家广播电视总局广播电视科学研究院 北京市 10086）

通讯运营商最重要的目标是为用户服务，即为用户提供高效可靠的通信平台。随着社会的发展，科技的进步，移动通信取得了令人瞩目的成就。移动通信技术为用户提供了一个通话与信息沟通的平台。无线通信技术正在蓬勃发展，扩展了数据增值业务的需求。而切换是移动通信的一个关键特征。切换指的是连接态的用户，在移动过程中，从一个小区的覆盖范围移动到了另一个小区的覆盖范围，此时用户需要通过一系列的信令流程，来完成整个切换的过程。切换的目的是当源小区的信号不断地变弱时，为了保证业务的持续性，需要将用户切换到信号质量好的目的小区，从而能够继续为用户提供服务。尤其在用户在高速移动时，例如乘坐火车高铁时，良好的切换效果起到了至关重要的作用。随着LTE 移动通信用户的不断增加，高质量的切换能够在很大程度上提高用户体验，与此同时，能够提升运营商的影响力。

1 LTE切换相关概述

在LTE 通信系统中，假设某一用户正在通信过程中，该用户从服务小区逐渐向邻区移动，此时为了保证用户业务的连续性，通信系统中物理层会不停对小区信号进行检测，并上报给层3(Layer 3,L3), L3 会根据接收到的小区信号强度进行过滤评估，若符合切换条件，则触发切换过程[1]。切换过程完成后，在源小区该用户的相关信息就会被删除释放。简而言之，切换(handover, HO)即用户与基站（Evolved Node B,eNodeB）在交互的过程中，随着用户的位置变化，该用户与通信系统的连接发生变化，如图1所示。

图1中首先用户从源小区向目标小区移动；当源小区与目标小区的信号质量满足切换条件时，则用户将会从源小区向目标小区切换，逐步与目标小区建立连接；最后整个切换过程结束，用户已经与目标小区建立连接，并与源小区断开连接。当通信系统发生切换时，需要保证业务过程不能中断，也就是说切换的过程要尽可能的平滑，切换时延尽可能地小，这样才能够达到用户对系统变化的无感知体验。在LTE 移动通信系统中，若频繁发生切换过程，可能会降低通信质量。LTE 通信系统是蜂窝移动通信系统，假如用户的移动速度快，小区的覆盖范围小等，都容易引起切换。因此，对于移动通信来讲，提高移动通信切换的性能是非常关键的。

切换的测量过程如图2所示。

图2所示过程是用户向eNodeB 上报测量结果的过程，只有在接入层的安全性被激活了之后，用户才会启动该过程[2]。对于触发测量报告程序的被测件，UE 应在测量报告信息中会对测量结果进行设置。

能够触发测量的事件有：

（1）A1：服务小区大于某个阈值；

（2）A2：服务小区低于某个阈值；

（3）A3：邻区测量值比服务小区高，且高于一定门限值；

（4）A4：邻区大于某个阈值；

（5）A5：服务小区小于阈值1，邻区大于阈值2。

2 切换问题分析步骤方法

2.1 切换问题分析步骤

图1：用户切换示意图

图2：切换测量过程

图3：切换失败流程

在LTE 移动通信系统中，可以通过以下方法进行切换问题的分析。首先我们需要搜集网络信息以及确定优化目标，然后采集业务数据，收集切换问题，通过分析信令对问题进行定位，继而进行参数调整或者问题优化，再次进行验证，如果未达到目标，需要再次重复整个流程直达达到目标为止。

2.2 网络信息搜集

在进行网络信息收集时，应该对用户数以及用户的分布情况进行统计，记录业务频发的时间地点，若需进行数据修改，则选择业务较空闲的时间段。保存系统的告警信息，有助于出现问题时提供更全面的定位信息。收集关键参数配置表，比如频点信息、小区的邻区列表包括同频邻区列表和异频邻区列表、功控配置、切换相关参数的配置。

2.3 切换相关指标

切换成功率定义为切换成功次数比上切换次数[3]。切换成功率能够体现系统切换性能的可靠性。在正常情况下该值应该大于98%。

切换时延分为切换控制面时延和切换用户面时延。切换控制面时延是指从测量上报开始到目标小区收到重配完成消息。切换用户面时延指的是用户在源小区接收到最后一个数据包到在目的小区接收到第一个数据包的时间。用户面的切换时延可以采用PDCP 层的中断时延来统计。

切换比例影响了系统的容量，如果切换比例太高，会增加系统的消耗，增加了财力物力的损耗，将切换比例控制在一定的范围内，能够减少运营商的成本。如果切换比例超出了规定范围，则需要对切换性能进行优化。

2.4 信令分析

为了能够合理优化切换性能，需要进行大量实验，才能完成切换问题的收集以及优化的工作。才进行切换实验的过程中，需要保存切换的信令以及日志，这样便于分析切换的过程，查找切换失败的原因。实验过程中，最好同时抓取用户侧和基站侧的信令和日志，以及告警信息，综合起来定位问题，将会大大提高效率。

2.5 调整配置参数

当切换不达标时，不一定是软件或硬件问题，很可能是配置参数不合理导致，具体是什么参数配置不合理，需要依据上一步骤来确定。通过修改频率、功控、邻区配置等切换相关参数，在一定程度上能够起到优化切换性能的作用。

3 LTE通信系统中影响切换性能的问题剖析及解决方案

3.1 切换过程用户掉线

切换设置的门限值太高，则会造成邻区即便信号质量很好，依然无法触发切换测量，当服务小区的信号质量逐渐变差，则会导致用户掉线。切换测量触发的时延大，没有及时触发测量上报消息，等服务小区的信号质量已经很差了，再向eNodeB 发送测量上报消息，此时空口质量不稳定，导致该消息无法正常发送，此时在服务小区的终端就很可能掉线；或者触发了测量上报，服务小区需要向用户发送重配置消息，此时空口质量很差，用户接收不到重配消息时，极可能发生掉线。小区的覆盖范围小，覆盖范围小对快速移动的用户影响较大，由于切换的整个流程即便性能很高，也是会有时延的，此时如果切换的进度无法赶上用户的移动速度，则会发生掉话。系统配置问题，如果发生未给服务小区配置相应邻小区，或者配置的邻小区信息有误时，则无法正常触发测量上报过程，从而无法引起切换。

针对以上问题可以采取如下措施：合理地设置系统的切换门限，理论与实践相结合；减小切换触发时延和切换过程时延，增强物理层的稳定性，优化系统性能，就可减小切换过程时延；合理设置小区的覆盖范围；部署系统时，应对参数进行多次检查。

3.2 切换的成功率低

切换成功率如公式（1）所示：

a：切换成功率

b：切换成功次数

c：切换请求次数

在正常情况下，切换的成功率应保持在98%以上，如果经过长保统计，发现该值偏低，即为切换成功率低。

切换过程门限值设置低。在这种情况下，邻区的信号在较差的情况下，经切换判决后，可能发起切换。但是切换过程中，重配完成很可能无法发送到目标小区，从而导致切换失败。如图3所示。

正常情况下的切换是当满足了切换条件时，用户向eNodeB 上报测量报告，基站下发重配置消息，用户进行了切换配置，给基站回复重配完成消息。由于此时邻区的信号较差，空口质量不稳定，空口消息可能无法到达eNodeB，从而导致切换失败[4]。

GPS 配置的有问题或者GPS 失灵。若果发生这种情况，切换同步就会失败。在一般情况下，eNodeB 会配置GPS 时钟，这样能够保证较高的切换成功率。如果发生GPS 故障的情况，则会在很大程度上降低切换成功率。

小区同步信道偏移量设置。当进行站内切换时，如果小区同步信道偏移量设置相同，那么用户同步不到目标小区，从而导致切换失败。在站间切换则不会发生该问题，不同eNodeB 的小区可以设置相同的小区同步信道偏移量。

针对以上问题可以采取如下措施：设置合理地切换门限值，并进行多次实验验证；部署系统时，应对GPS 的性能配置进行检测；应对同一eNodeB 下的不同小区的同步信道偏移量进行检查，保证彼此各不相同。

3.3 切换太过频繁

若发生频繁切换，则会大量占用系统资源，该情况会导致系统的整体性能下降，与此同时，也会增加费用，得不偿失。切换太过频繁有以下场景。

切换阈值多低。此时，当邻区信号稍好一些，而实际情况并不需要进行切换，由于切换阈值过低，也会触发切换过程。因此，会进行多次不必要的切换，即便能够切换成功，也耗费了大量资源。小区间重叠覆盖的区域较大。小区的覆盖范围设置不合理，从而导致与邻区的重叠范围较大，邻区间的干扰也会比较大。移动用户处于重叠覆盖范围的概率会比较大，很容易就会发生切换。业务高发地带为切换区域。如果在布网过程不合理，在切换区经常有用户做业务，那么会导致切换频繁发生，耗费财力物力。

针对以上各个问题可采取如下措施：对切换阈值进行调优，保证切换频率合理；适当调整天线的方向以及设置功率参数将小区的覆盖范围限定在合理范围之内，使各邻区间的重叠覆盖区域更规范；在布网之前，应进行实地调研，切换区域应尽量避开业务高发地带。

4 结语

针对于影响LTE 移动通信切换性能的问题及因素，我们应该做到防患于未然，这样才能够保证移动通信的整体性能，避免不必要的资源浪费，节省一定的人力物力。假设出现切换不达标的现象，可以依据不同的情况，采取相应的措施。通信技术员应该熟练掌握与切换相关的技术知识，在保证移动通信切换正常运行的前提下，不断地提高系统性能，精益求精。