1、LTE小區重選準則淺析熊健翔星河亮點通信軟件有限責任公司莫宏波工業和信息化部電信研究院標準所【摘要】文章從小區選擇過程及其相關算法入手，展開了對小區重選的討論，在重選優先級的基 礎上，詳細介紹不同優先級鄰小區的測量啟動規則和重選準則，并向讀者展示了。移動狀 態對小區重選的影響。最后，針對未來LTE組網中可能遇到的問題，提出重選關鍵網絡參數 的優化配置方案。【關鍵詞】LTE； E-UTRA；小區重選；小區選擇1引言隨著核心規范的相繼完成，LTE技術越來越完整的展現在世人面前。與之前所有的蜂窩 移動通信系統一樣，成功的小區駐留是網絡向用戶提供服務的基礎，因此，小區重選過程在 LTE接入網操作中依然

2、具有極其重要的意義。LTE 系統的接入網部分 E-UTRA(Evolved Universal Terrestrial Radio Access)相對于 UTRA 系統在L3做出了較大的簡化，但小區重選的復雜程度卻并未減少。從E-UTRA小區的系統廣 播消息來看，包括MIB在內共有12個系統消息塊，其中SIB3到SIB8全部為重選相關信息， 而SIB1和SIB2也都與之密切相關，由此可見小區重選的重要性及復雜度。而本文在深入介 紹重選準則的同時，也將對這些系統消息參數進行梳理。2小區選擇過程作為基礎，本章首先介紹小區選擇過程及其關鍵算法一一s準則。S準則是指，UE需要計算出小區的Srxlev值

3、，當Srxlev 0時，該小區應被認為是一個 合適的小區，否則該小區應被忽略。其中Srxlev的計算方法如下：Srxlev Qrxlevmeas -(Qrxlevmin + Qrxlevminoffset) - PcOmPensation上式中，Pcompensation = max(PEMAX - Pumax，。)表2-1對算法中的參數進行了簡要的說明：表2-1 S準則參數說明表參數名單位意義QvlacdBmUE測量到的小區RSRP實際值。TxlevmindBm小區的最小接收電平。Qrxlevmin 在 SIB1 域中廣播，對應 IE 為 q-RxLevMin。(注意 1： Qrxlevmi

4、n = IE value * 2)(注意2：小區重選過程中計算鄰小區Srxlev時應使用的Qrxlevmin在 SIB3、SIB5、SIB6、SIB7、SIB8 中廣播)QxlevminoffsetdB僅在周期性搜尋高優先級PLMN的情況下，作為Qrxlevmin的補償值 使用。Qrxlevminoffset在 SIB1 中廣播，對應 IE 為 q-RxLevMinOffset。(注意 3: Qrxlevminoffset = IE Value * 2)P EMAXdBm, 1、KZ Za 4/r AA i 11- 曰.一ug r|_L-r_L.小區允許的UE最大發射功率。PEMAX在SIB1

5、中廣播，對應IE為p-Max。P UMAXdBmUE所屬功率等級的最大可用功率，即UE實際最大發射功率。PcompensationdB若PUMAX達不到PEMAX，則在UE計算小區Srxlev時，應將該差值作 為補償值使用；否則忽略該補償。一個小區的S值可被理解為特定UE在小區選擇階段所見的小區信號質量的好壞。當- 個PLMN被選定后，UE將啟動小區選擇過程，過程根據UE中是否保存有載頻的相關信息， 分為“初始小區選擇”和“基于已存信息的小區選擇”兩種情況。在第一種情況下，UE將順序搜索E-UTRA每個載頻上的最強小區，考察其是否符合小區 選擇的S準則，一旦發現合適的小區，該小區即被作為小區選

6、擇和駐留的對象上報UE非接 入層，小區搜索停止。而在“基于已存信息的小區選擇”的情況下，UE將利用之前存儲的載頻信息及相關小 區參數，僅對特定頻率或特定小區進行搜索。該方式能夠降低小區選擇過程的負擔，并縮短 其時間消耗。小區選擇過程結束后，UE駐留于某個E-UTRA小區，開始小區重選的評估。3小區重選的關鍵算法在Idle狀態下，UE可能出于某些原因離開當前服務小區，向鄰小區進行駐留，該過程 即小區重選。大多數小區重選與網絡環境的變化有關，這種情況下，UE將在一定程度上選 擇能夠提供更優質服務的小區；小區重選也可能由網絡間接發起，例如通過 RRCConnectionRelease消息重新分配特定

7、載頻優先級等等。但任何一種LTE的小區重選，都 將嚴格依據本章介紹的評估準則展開。3.1小區重選優先級LTE所引入的小區重選優先級是UE在進行重選時最先需要考慮的參數，之后所有的測 量啟動規則和重選準則將按照不同優先級進行分類討論。因此本章第一節對小區重選優先級 加以說明。小區重選優先級由網絡側配置，可以通過服務小區廣播的方式告知 UE，對應參數 cellReselectionPriority，取值范圍為(0.7)。該參數取值越大，表示對應載頻上所有小區的重 選優先級越高。需要注意的是，重選優先級并不具體到某一小區，而是某個RAT的某個載頻，也就是說，同一 RAT下同一載頻上的所有小區擁有相等

8、的優先級，而不同載頻間優先級可能 相等或不等。這些參數散布于SIB3至SIB8中，如下表所示：表3-1重選優先級參數分布表消息塊所在域對應載頻SIB3cellReselectionServingFreqInfo當前載頻，即服務小區載頻SIB5interFreqCarrierFreqListn某個E-UTRA異頻載頻SIB6carrierFreqListUTRA-TDDn某個UTRA-TDD載頻carrierFreqListUTRA-FDDn某個UTRA-FDD載頻SIB7carrierFreqsInfoListn. commonInfo某個GERAN載頻SIB8parametersHRPD.p

9、hysCellIdListn某個CDMA2000載頻除系統廣播外，小區重選優先級同樣可以通過RRCConnectionRelease消息告知UE。當 UE收到包含cellReselectionPriority的RRCConnectionRelease消息時，所有小區重選優先級必 須以該消息中的配置為準，忽略系統廣播消息值。通過該機制，網絡能夠主動引導UE進行 系統間小區重選，進而完成CS域的語音呼叫。重選優先級確定之后，針對不同優先級的小區，UE將選用不同的測量啟動規則以及重 選判決準則。3.2測量啟動規則隨著UE成功進入小區駐留狀態，持續的本小區測量也隨即開始。RRC層通過RSRP測量 結果

10、計算SrxleV，并將該值與同頻/非同頻測量啟動門限Sintrasearch和Snonintrasearch進行比較，作 為是否啟動鄰小區測量的判決條件之一。intrasearchnonintrasearch在SIB3中廣播，IE類型為OPTIONAL。鄰小區測量是否啟動的規則如下： 對于重選優先級高于服務小區的載頻，UE必須始終對其進行測量; 對于重選優先級等于或低于服務小區的載頻，分為同頻和非同頻兩種情況處理:同頻測量情況下:當服務小區的Srxlev值 Sintrasearch時UE可自由決定是否進行同頻測量;當服務小區的Srxlev值=Hrasearch， 必須進行同頻測量;或系統消息中

11、Sintrasearch為空時，UE非同頻（異頻和系統間）測量情況下:當服務小區的Srxlev值 Snonintrasearch時，UE可自由決定是否進行異頻及 系統間測量;當服務小區的Srxlev值=Snonintrasearch，或系統消息中Snonintrasearch為空時， UE必須進行異頻及系統間測量。鄰小區測量的結果，將反映為UE維護的鄰小區S值列表，以及后文即將提到的R值列表，用于各優先級重選準則算法。3.3小區重選準則針對不同優先級載頻上的小區，重選算法有著明顯的區別：優先級越低，重選判決準則 越苛刻，UE向其上發生重選的機會也就越小。這雖然使得小區重選的運算復雜度有所增加，

12、 但卻保證了 UE能夠從網絡側獲得最佳的服務。當多個優先級下均存在可重選小區時，UE應只在其中優先級最高的小區中進行選擇。本節將開始詳細討論各種小區重選準則。3.3.1高優先級小區重選準則對于重選優先級高于當前服務載頻的小區，若：o該鄰小區Srxlev高于門限值Threshx, high，并持續TreselectionRAT；同時，o UE已在當前服務小區駐留超過1秒以上。則UE應觸發向該鄰小區重選的流程。其中，Threshx, high為重選門限值，針對E-UTRA下各個非服務載頻、以及inter-RAT下各 個載頻，分別在SIB5、SIB6、SIB7、SIB8中廣播，對應IE為thresh

13、X-High；TreselectionRAT為時間滯后值，針對E-UTRA下各個載頻、以及各個inter-RAT，分別在SIB3、 SIB5、SIB6、SIB7、SIB8 中廣播，對應 IE 為 t-ReselectionEUTRA、t-ReselectionUTRA、 t-ReselectionGERAN、t-ReselectionCDMA2000，單位：秒。在高優先級小區重選過程中，UE無需考慮服務小區信號質量的好壞。一旦高優先級載 頻上有小區信號質量可以接受，就將進行重選。3.3.2同等優先級小區重選準則同等優先級小區包括服務載頻下的其它小區，也可以是E-UTRA的其它Inter-fre

14、quency 載頻，但不能是inter-RAT小區，這是因為不同RAT的小區重選優先級也不相同。這里，我們需要引入小區重選的R準則，用于同等優先級情況的判決。R準則是指，UE應計算出所有符合S準則的小區的R值，并按照R大小進行排序，排 在第一位的小區將被認為是最優小區。R值計算方法如下：smeassHystRn= Qmeasn - ( Qoffsetfrequency + Qoffsetcell)其中，Rs和Rn分別代表服務小區和鄰小區的R值。式中其它參數在下表中簡要說明:表3-2 R準則參數說明表參數名單位意義meas,sdBmUE測量到的服務小區RSRP實際值。meas,ndBmUE測量到

15、的鄰小區RSRP實際值。QHystdB服務小區的重選滯后值。QHyst在SIB3中廣播，對應IE為q-HystoQoffSet rfrequencydB被測鄰小區所在載頻的補償值。僅用于計算異頻臨小區。Qoffsetfrequency 在 SIB5 中廣播，對應 IE 為 q-OffsetFreq，默認值為 0。Q0ffsetcelldB當inter/intraFreqNeighCellInfo域存在于系統消息中時，該參數代 表被測鄰小區的補償值；否則公式中應忽略該參數。Qoffset ll 在 SIB4 及 SIB5 中廣播，對應 IE 為 q-OffsetCell。根據R值計算結果，對于重

16、選優先級等于當前服務載頻的小區，若：o 該鄰小區Rn大于服務小區Rs，并持續TreselectionRAT；同時，o UE已在當前服務小區駐留超過1秒以上。則UE應觸發向該鄰小區重選的流程。可以看到，同等優先級情況下，小區重選是以包括服務小區在內的各小區R值為基礎展 開的，R值在一定程度上反映了每個小區的信號質量，但為了避免發生不必要的和過于頻繁 的重選，R值的計算過程中又帶有了對當前駐留小區的偏袒。需要指出的是，Rn的計算公式也適用于某一優先級上同時存在多個可重選小區的情況。 此時UE應計算出他們的Rn進行排序，并最終選擇其中排序最高的小區。3.3.3低優先級小區重選準則相比前兩種重選準則，

17、UE針對低優先級載頻上小區的重選限制條件較多。具體準則如 下，若：o在高優先級載頻上，沒有任何小區符合高優先級小區重選準則；同時，o在服務載頻和其它同等優先級載頻上，沒有任何小區符合同等優先級小區重選準則；同時，o服務小區SrxE 仆心板何，并持續 Treselection（單位：秒）；同時，RATo UE已在當前服務小區駐留超過1秒以上。則UE應觸發向該鄰小區重選的流程。其中，Threshserving, low在 SIB3 中廣播，對應 IE 為 threshSewingLow； Threshx,low在 SIB5. SIB6、SIB7、SIB8 中廣播，對應 IE 為 threshX-L

18、ow。注意，參數Threshx后綴的“high”和“low”并不表示門限值的“高”“低”，而是指它被 用于高優先級還是低優先級載頻的重選。對于重選優先級高于當前小區的載頻，系統廣播消 息為其配置的Threshserving low對UE來說是無意義的；對于低優先級載頻Thresh、high同樣沒有 意義。而對于同頻，系統,則艮本不會為其配置這兩個參數。13.4小區重選舉例為便于讀者了解了上述重選準則，本節插入一個簡單的例子。這是終端協議一致性測試中用于驗證小區重選準則的測試例，詳細內容可在3GPP TS 36.523-1 中找到，TC 編號 6.1.2.15。系統模擬三小區環境，隨著小區功率的

19、變化，UE將先后按照不同優先級準則發起重選。系統廣播消息中Qrxlevmin Ssearch TreselectionRAT Q、仆心板|ow等參數均按照36.58 進行配置；cellReselectionPriority、Threshserving low、Threshx high在測試例中有所調整。整個過 程按照小區功率的變化分為四個階段展開，如圖3-1所示，其中Selection箭頭、Reselection 箭頭及重選關鍵參數計算結果均已在圖中注明，灰色表示該小區處于Cell Off狀態。Sf24CelliFreq: flPrior: 4RSRP: -90dBmSrxlev: 40dBR

20、SRP: -infSrxlev: -infRSRP: -infSrxlev: -infTOFreH f3Prior: 5RSRP: -infSrxlev: -infARSRP: -90dBmRs: -87dBmCelliFreq: flPrior: 4Cell3Freq: f2卜rior:4RSRP: -75dBmRn: -75dBmT2RSRP: -75dBmSrxlev: 55dBRSRP: -75dBmSrxlev: 55dBCell6Freq: f3Prior: 5醐 RSRP: -inf TCell3Freq: f2Prior: 4FrT3RSRP: -95dBmSrxlev: 35

21、dBPrior: 4Cell3Freq: f2Prior: 41RSRP: -75dBmSrxlev: 55dB簾 Cell6Freq: f3Prior: 5Srxlev: -infRSRP: -infSrxlev: -inf圖3-1協議一致性測試TC6.1.2.15示意圖圖中過程簡要描述如下：1) T0階段：UE開機，執行小區選擇并在Cell1完成注冊;2） T1階段：UE發現同等優先級異頻小區Cell3，其Rn計算結果始終高于Celli的Rs 值，于是UE向Cell3重選；3）T2階段：UE發現高優先級小區Cell6，其S值始終高于Cell3的系統廣播消息中為 載頻f3設置的重選門限，于是

22、UE向Cell6重選；重選結束后，之前駐留的f2也就 相對降為低優先級載頻；4）T3階段：UE發現Cell6的S值低于Threshserving low，同時，Cell3的S值高于Cell6 的系統廣播消息中為載頻f2設置的低優先級重選門1限，于是UE向Cell3重選。整 個過程結束。3.5移動狀態對小區重選的影響前文較為詳細和完整的描述了各種判決準則，然而在實際使用中，重選算法卻并非一成 不變。LTE引入UE的“移動狀態”這一概念后，重選算法中所使用的特定參數，也將隨移 動狀態的不同而發生變化，進而影響到整個重選過程的判決。移動狀態設計的初衷是通過跨越小區的頻率來粗略估計移動的快慢，這由UE

23、根據自身 一段時間內的重選次數決定。當然，需要忽略兩個小區之間的反復重選。移動狀態分為低、 中、高三種，分別對應重選次數的三個區間：0, ncrm、（ncrm, ncrh、（ncrh, +8）。當UE進入中、高移動狀態后，用于計算服務小區Rs的功率補償值Qhyst以及用于各優 先級重選準則的時間滯后值TreselectionRAT都將隨之發生變化，UE不再直接使用系統廣播消 息中的值，而是根據移動狀態的不同進行相應縮減。具體變動方法如下：中等移動狀態下：oUE實際使用的Qhyst應為原Qhyst與補償功率縮放因子（取值范圍：-6, -4, -2, 0，單位dB）之和；o UE實際使用的各個Tr

24、eselectionRAT應為原TreselectionRAT與其各自的滯后時間 縮放因子（取值范圍：0.25, 0.5, 0.75, 1.0）的乘積；高移動狀態下，計算方法與之相同，但縮放因子取值不同。其中，縮放因子取值由網絡側配置：補償功率縮放因子位于SIB3，對應IE為q-HystSF.sf-Medium和q-HystSF.sf-High； EUTRA各載頻的滯后時間縮放因子位于SIB3和SIB5，對應IE為t-ReselectionEUTRA-SF； inter-RAT的滯后時間縮放因子位于SIB6至SIB8，對應t-ReselectionUTRA-SF、 t-ReselectionG

25、ERAN-SF 和 t-ReselectionCDMA2000-SF。從總體上來看，由于移動狀態的影響，速度越高的UE，對相對功率的變化也將越敏感， 而衡量是否重選所需要的時間也會相應減少，其結果是UE能夠更快的從一個小區重選到另 一個小區。因此，移動狀態對重選算法產生影響后，在一定程度上避免7UE由于高速穿越 而出現服務小區丟失的情況。4小區重選的網絡參數優化文章第3章介紹了 LTE小區重選的過程和細節，展示了重選算法所中所涉及參數的多樣 性和可變性，但優先級機制帶來的邏輯復雜度問題也顯得尤為突出。為此，3GPP RAN2已多 次修改低優先級重選準則以彌補邏輯上的缺陷，并為同時存在多個小區符

26、合不同重選準則的 情況附加了處理說明。然而即便如此，理論上的漏洞依然存在。在幾種特定的小區環境下，參數配置稍有不慎， 便可導致UE發生乒乓效應和冗余重選。以當前協議為基礎的LTE網絡，有必要進行細致的 系統廣播消息參數優化。這里，筆者提出兩處需要重點注意的參數配置規則以供參考。4.1避免由Thresh 和Thresh引發的乒乓效應serving,! owx,high假設存在這樣兩個小區：位于載頻fl上的服務小區CellA和位于高優先級載頻f2上的 鄰小區CellB，CellA的廣播消息中為CellB所在載頻配置的Threshx, high配置的值為m dB，而 CellB 廣播的 ThreSh

27、serving, low 為 dB，m n。那么，當UE所處環境CellA的信號良好、CellB的Srxlev介于m到n之間的情況出現時， 乒乓效應也會隨之觸發：UE根據高優先級準則向CellB發起重選并駐留，接著，UE很快又 根據低優先級準則從CellB重選回CellA，在環境發生質變之前，循環無法停止。上述環境在現網中是較為常見的，一旦網絡參數配置不當，乒乓效應的出現將成為必然。 這一過程涉及的參數包括：CellA系統消息中為f2配置的Threshx high和Qrxlevmin、CellB系統 消息中的Threshserving, low以及為fl配置的Threshx, low和Qrxl

28、evmin。通過調整這些參數，問題解 決的方法看似不止一種，但大多會引入更復雜的問題。最可行和有效的途徑是，控制在系統廣播消息中為每個高優先級鄰載頻配置的Thresh x, high，必須高于該載頻上各小區本身的Threshserving, low。4.2避免由Thresh引發的冗余重選serving,low冗余重選即不必要的小區重選，除了導致時間延長，資源浪費外，還將使重選次數非正 常增加，從而可能引起UE移動狀態發生期望之外的改變。冗余重選現象出現的根本原因在于，重選準則是存在視角問題的，UE只能以某一個小 區為基點去衡量周圍的環境，然而同一環境相對于不同的小區，得到的重選結果卻存有差異

29、性。例如，在圖4-1所示的網絡環境下，由于同等優先級小區的存在，處于CellA的UE將忽 略低優先級小區CellC而向CellB發起重選，而當駐留到CellB之后，UE又只能根據低優先級 重選準則選擇CellCo圖4-1冗余小區重選示意圖實際上，通過網絡優化，可以盡量減少此類功率環境的出現，以避免冗余重選。而在建 網初期，則應通過合理的設置Threshserving, low來阻止冗余重選的發生。通過分析，0dB是Threshserving low最為合理的取值。分類討論各種可能存在的情況后可 以發現，當該參數取0時，無論是涉及高優先級還是同等優先級的冗余重選，都能夠被有效 地杜絕。5結束語回

30、顧LTE的重選過程，針對不同優先級載頻上的小區，UE依據不同的重選準則對其進 行評估，評估基于對各小區的測量結果展開，同時評估過程會受到UE移動狀態的影響。當 一組小區最終被確認為合適的可重選小區，UE還將對它們進行合理的取舍，最終向唯一的 目標小區發起重選。通過對比3GPP TS 25.304可以發現，E-UTRA與UTRA的小區重選存在許多共同點，但同 時它們之間的差異也非常大。對于已在UTRA系統方面有一定研究的讀者，可以將UTRA的 重選準則作為參考，重點關注E-UTRA系統中重選優先級、算法、準則以及移動狀態等方面 的差異。經過兩年的改進與版本更新，LTE終端的小區重選方案已逐步定型并趨于完善，但其中 的問題依然不可忽略，在重選準則和參數配置方面都值得進一步討論，因此基于當前版本協 議展開的工作都需要盡可能避免這些問題的發生。實際上，只要找到合理的方法，這些問題 并不會為網絡優化工作增加太多麻煩，屆時參數靈活性的優勢將越來越多的展現在實際應用 中。可以預見，不久的將來LTE也將如目前的TD-SCDMA 一樣開始大規模布網，并走入人們 的生活