LTE信令所含关键参数在流程中的作用及其优化应用.docx

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LTE信令所含关键参数在流程中的作用及其优化应用

LTE信令所含关键参数在流程中的作用及其优化应用

1、成果背景与目标

1.1背景与现有问题

2013年，是佛山移动的LTE元年。

在4G一阶段站点仍未建设之际，无线优化中心需要利用这个时间空档期，做好LTE技术的提前储备，以应对未来几年LTE的高速发展。

从过去几年3G的优化经验来看，信令、流程、关键参数的分析起着举足轻重的作用，是沟通理论与实践的桥梁。

目前，所有主流设备厂家，都没有关于LTE信令所含参数在关键流程中的作用及其优化应用成果。

要么只有简单参数的说明、要么只有关于流程的说明，没有将信令中的参数与关键流程有机结合起来、缺乏相应的优化应用建议，无法对实践进行有效指导。

对于同样从3GPP协议衍生而来的LTE技术，我们可以举一反三地提出以下思考：

✓LTE有哪些常用信令？

它们包含的多个关键参数是哪些？

（总结理论）

✓这些关键参数在LTE主要流程中所起的作用是什么？

（如何从理论过渡到实践）

✓如何将这些关键参数与LTE的主要流程有机结合起来，并给出最优化设置建议？

（如何上升到实践层面）

本成果致力解决的，就是以上一系列问题。

1.2成果简介

本成果在详细解读10余份3GPP协议的基础上，提取LTE主要信令中的各项关键参数，将其与LTE应用层、MAC层、物理层中的9大关键流程有机结合，详细阐述了各项参数在以上流程中所起作用，以及流程工作机制，最终给出不同场景下的参数最优化应用建议。

本成果创造性地打破了信令、参数与流程之间的界限，成为集团首份LTE信令所含参数在关键流程中的作用及其优化应用指导手册，几乎涵盖了LTE网络所有的流程与参数优化工作，具有极高的创新价值与实用价值。

1.3研究总体框架

本课题的研究总体框架如下图所示：

整个方案的实施思路分成三大步骤：

1、收集现网主要层三信令，剖析层三信令中所含的关键参数。

主要层三信令如下所示：

MasterInformationBlock

SystemInformationBlockType1

SystemInformationBlockType2

SystemInformationBlockType3

SystemInformationBlockType4

SystemInformationBlockType5

SystemInformationBlockType6

SystemInformationBlockType7

RRCConnectionRequest

RRCConnectionSetup

RRCConnectionReconfiguration

MeasurementReport

2、对每条层三信令中所含的关键参数进行流程属性归纳，在3GPP相关协议的基础上，详细剖析这些参数在某特定流程中所起作用，该流程的运作机制。

3、给出以上关键参数在某特定流程中的优化应用建议。

2、系统参数及物理信道配置

2.1系统参数配置

系统参数配置主要涉及系统带宽、系统帧号、上下行时隙配置、特殊时隙配置、工作频段等。

此类信息主要分布在空闲态下的系统消息MIB与SIB1中。

2.1.1系统带宽与系统帧号

系统带宽和系统帧号在MIB消息中获取。

以下是某条MIB的解码：

{

message{

dl-Bandwidthn100,

phich-Config{

phich-Durationnormal,

phich-ResourceoneSixth

},

systemFrameNumber'10100010'B,

spare'0000000000'B

}

}

1、系统带宽：

dl-Bandwidthn100。

100指的是20MHz带宽下的RB数目。

一共有5种取值：

n6,n15,n25,n50,n75,n100。

对应的带宽分别为1.4、3、5、10、20MHz。

以每种带宽下所带的RB个数的值来暗示该系统采用的带宽。

注意，该RB个数仅仅针对该带宽的TransmissionBandwidth，即用于传输数据、或者理解成是工作的的RB。

2、系统帧号信息同样在MIB消息中获取。

系统帧号：

systemFrameNumber'10100010'B。

SystemFrameNumber一共是有10bits。

MIB中只广播前8位，因此在MIB中看到的SFN的比特数只有8位。

末2位由UE对P-BCH进行“暗含”解码得来，如在1个40ms的P-BCHTTI中，第一个radioframe就是00，第二个radioframe是01，第三个radioframe是10，第四个radioframe是11。

根据协议规范，ThefirsttransmissionoftheMIBisscheduledinsubframe#0ofradioframesforwhichtheSFNmod4=0,andrepetitionsarescheduledinsubframe#0ofallotherradioframes.也就是说，我们在看到的第1条MIB的SFNmod4=0，也就是说，所有的MIB的SFN都是在MIB消息中看到的8位systemFrameNumber后面加上2个0，刚好mod4为0。

我理解是，MIB中的systemFrameNumber实际上是一个MIB40ms周期的组号，一共有256组（2个8次方），从0-255，每组4个分别是00、01、10、11。

SFN是从0-1023反复循环，大周期是1024*10ms=10.24s。

2.1.2时隙配比与工作频段

上下行时隙配置、特殊时隙配置、工作频段等分布于SIB1消息中。

以下是某条SIB1消息的解码：

以下是一条systemInformationBlockType1中关于的详细解析：

{

messagec1:

systemInformationBlockType1:

{

cellAccessRelatedInfo{

plmn-IdentityList{

{

plmn-Identity{

mcc{

4,

6,

0

},

mnc{

0,

8

}

},

cellReservedForOperatorUsenotReserved

}

},

trackingAreaCode'0000001100000000'B,

cellIdentity'0000000000000000000000100010'B,

cellBarrednotBarred,

intraFreqReselectionallowed,

csg-IndicationFALSE

},

cellSelectionInfo{

q-RxLevMin-60

},

freqBandIndicator40,

schedulingInfoList{

{

si-Periodicityrf8,

sib-MappingInfo{

sibType3

}

},

{

si-Periodicityrf64,

sib-MappingInfo{

sibType4,

sibType5,

sibType6,

sibType7

}

}

},

tdd-Config{

subframeAssignmentsa1,

specialSubframePatternsssp7

},

si-WindowLengthms10,

systemInfoValueTag3

}

}

1、subframeAssignment：

标示了上下行时隙比例配置，sa0就是Configuration0,sa1就是Configuration1。

在协议TS36.211[21,table4.2.2]中可以查找到。

如下所示：

Uplink-downlink

configuration

Downlink-to-Uplink

Switch-pointperiodicity

Subframenumber

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

5ms

D

S

U

U

U

D

S

U

U

U

1

5ms

D

S

U

U

D

D

S

U

U

D

2

5ms

D

S

U

D

D

D

S

U

D

D

3

10ms

D

S

U

U

U

D

D

D

D

D

4

10ms

D

S

U

U

D

D

D

D

D

D

5

10ms

D

S

U

D

D

D

D

D

D

D

6

5ms

D

S

U

U

U

D

S

U

U

D

因此该信令中，上行下时隙比例配置为Configuration1，即一个radioframe配置的“DSUUDDSUUD”上下行时隙比例。

2、specialSubframePatterns：

特殊子帧的上下行配比。

在协议TS36.211[21,table4.2.1]中可以查到，如下所示。

ssp0代表Configuration0,ssp1代表Configuration1，等等。

Normalcyclicprefixinbothdownlinkanduplink

Specialsubframeconfiguration

DwPTS

GP

UpPTS

0

3

10

1

1

9

4

1

2

10

3

1

3

11

2

1

4

12

1

1

5

3

9

2

6

9

3

2

7

10

2

2

8

11

1

2

本信令中，Configuration7即是现网配置的DwPTS:

GP:

UpPTS=10:

2:

2的比例。

3、freqBandIndicator：

标示了工作频段。

在协议36.101[42,table5.5-1]中可以获知。

查阅36.101可知本信令中的freqBandIndicator40对应的是2300-2400MHz，室内频段。

如果是室外站的话，freqBandIndicator应该对应的是38：

2570-2620MHz。

以下是所有TDD的频段标示。

33

1900MHz

–

1920MHz

1900MHz

–

1920MHz

TDD

34

2010MHz

–

2025MHz

2010MHz

–

2025MHz

TDD

35

1850MHz

–

1910MHz

1850MHz

–

1910MHz

TDD

36

1930MHz

–

1990MHz

1930MHz

–

1990MHz

TDD

37

1910MHz

–

1930MHz

1910MHz

–

1930MHz

TDD

38

2570MHz

–

2620MHz

2570MHz

–

2620MHz

TDD

39

1880MHz

–

1920MHz

1880MHz

–

1920MHz

TDD

40

2300MHz

–

2400MHz

2300MHz

–

2400MHz

TDD

2.1.3小区基本信息

小区基本信息可以在SIB1中查找到，如下所示：

messagec1:

systemInformationBlockType1:

{

cellAccessRelatedInfo{

plmn-IdentityList{

{

plmn-Identity{

mcc{

4,

6,

0

},

mnc{

0,

8

}

},

cellReservedForOperatorUsenotReserved

}

},

trackingAreaCode'0000001100000000'B,

cellIdentity'0000000000000000000000100010'B,

cellBarrednotBarred,

1、plmn-Identity（mcc+mnc）

如以上信令所示，mobilecountrycode=460，mobilenetworkcode=08

2、cellReservedForOperatorUse

参考3GPPTS36.304的[4]。

如果该值设为reserved，而且cellBarred设成notBarred，AccessClass为11或者15的UE可以在此小区进行正常的小区选择和重选；对于AccessClass为0-9、12-14的UE，该小区对于它们来说，如同设置为barred一样的效果，即该cell不允许小区选择、重选、甚至是紧急呼叫。

3、trackingAreaCode0000001100000000。

LTE的跟踪区作用类似于2、3G的路由区。

TrackingAreaCode一共16位，换算成10进制，就是一共有65536个。

4、cellIdentity0000000000000000000000100010。

一共28位。

这个跟PCI（PhysicalCellIdentity）是完全不同的，这个cellIdentity实际上是CellGlobalIdEUTRA的一部分。

TheIECellGlobalIdEUTRAspecifiestheEvolvedCellGlobalIdentifier（ECGI）,thegloballyuniqueidentityofacellinE-UTRA，由PLMN-Identity和cellIdentity组成。

因此CellGlobalIdEUTRA在全球的E-UTRA是唯一的，而cellIdentity在PLMN中则是唯一的。

cellIdentity左20位是MacroeNBid，右8位是是本小区在所属eNB中的序号，是eNB根据本eNB的小区数配置依次分配。

5、cellBarrednotBarred。

参考3GPPTS36.304，如果cell改成barred，则该cell不允许小区选择、重选、甚至是紧急呼叫。

2.2下行物理信道配置

LTE主要下行物理信道有PBCH、PSS、SSS、PDCCH、PHICH、PCFICH、PDSCH等。

其中，协议规定PBCH、PSS、SSS是固定位置的，方便UE在小区搜索时进行盲检。

因此在信令解析是没有这几个信道的位置提示的。

PDCCH占据一个子帧的最多前3个Symbol（对于LTETDD来说，subframe1和6最多前2个symbol）。

而PCIFCH和PHICH则穿插在PDCCH中。

如何从信令中的关键参数解析PCIFCH和PHICH的位置，请见下文。

2.2.1PCFICH信道

PCFICH的具体位置取决于PCI与Bandwidth两个参数。

UE在进行小区搜索时可以获得PCI信息，在MIB中可以获取Bandwidth信息。

ThephysicalcontrolformatindicatorchannelcarriesinformationaboutthenumberofOFDMsymbolsusedfortransmissionofPDCCHsinasubframe.或者说，间接告诉UEdataregion从哪里开始。

PCFICH携带的信息为CFI（ControlFormatIndicator），取值范围是1~3（即CFI=1,2or3；用2bit表示，CFI=4为预留，不使用）。

根据协议36.212中5.3.4，当

时，PDCCHSymbol个数=CFI取值；当

时（即带宽为1.4MHz），PDCCHSymbol个数=CFI取值+1，此时PDCCH可能占2、3或4条OFDMSymbol。

该信道在每个小区有且仅有一条。

ThePCFICHshallbetransmittedwhenthenumberofOFDMsymbolsforPDCCHisgreaterthanzero。

时域上：

在每个下行SubFrame的第1个Symbol上（oneortwoantennaports）

频域上：

PCFICH由4个REG组成，共16个RE，在频域上均匀分布，由PCI和Bandwidth两个参数决定，具体位置由以下公式可以计算得知：

wheretheadditionsaremodulo

and

isthephysical-layercellidentityasgivenbySection6.11.

举例1：

PhysicalCellID=1，则第1个k=（12/2）*（1mod200）=6，则第1个REG则从k=6开始，一连4个RE，组成1个REG（中间可能有CRS），第2个REG开始的位置则是：

k=6+50*12/2=306。

以此类推，第3个则从606开始，第4个则从906开始。

举例2：

PhysicalCellID=199，则第1个k=（12/2）*（199mod200）=1194，但实际上，这已经是最后一组的REG了。

那么第1组REG，则是从1194+300-1200=294开始，第2组REG则是从294+300=594开始，第3组REG则是从894开始。

举例3：

PhysicalCellID=50，则第1个k=300，第2个k=600，第3个k=900，第4个k=0。

如果相邻小区的PCFICH在同一位置，容易造成相互之间的干扰，使得UE无法正确解码PCFICH。

为了规避PCFICH在同一位置，我们需要注意相邻小区的PCI取值。

由于第一个REG的起始位置由以下公式决定：

，

为了让PCFICH更准确地让UE解码，可以采用PCFICHpowerboosting技术，即eNodeB可以让PCFICH向PDCCH“借”功率。

2.2.2PHICH信道

PHICH信道的具体位置由phich-Duration与phich-Resource（Ng）所共同决定，在MIB中可以获取。

ThePHICHcarriesthehybrid-ARQACK/NACKinresponsetoUL-SCHtransimission.

Table6.9.3-1:

PHICHdurationinMBSFNandnon-MBSFNsubframes.

PHICHduration

Non-MBSFNsubframes

MBSFNsubframes

Subframes1and6incaseofframestructuretype2

Allothercases

OnacarriersupportingbothPDSCHandPMCH

Normal

1

1

1

Extended

2

3

2

通过上表我们可以知道PHICH在时域上的占用的symbol数量，一般情况下都是占用1个symbol。

那么PHICH在频域上的占用情况则可以从下面的公式中计算出来。

ThenumberofPHICHgroups

isconstantinallsubframesandgivenby

where

isprovidedbyhigherlayers.Theindex

rangesfrom

to

.

Forframestructuretype2,thenumberofPHICHgroupsmayvarybetweendownlinksubframesandisgivenby

where

isgivenbyTable6.9-1and

bytheexpressionabove.Theindex

inadownlinksubframewithnon-zeroPHICHresourcesrangesfrom

to

.

Table6.9-1:

Thefactor

forframestructuretype2.

Uplink-downlink

configuration

Subframenumber

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

2

1

-

-

-

2

1

-

-

-

1

0

1

-

-

1

0

1

-

-

1

2

0

0

-

1

0

0

0

-

1

0

3

1

0

-

-

-

0

0

0

1

1

4

0

0

-

-

0

0

0

0

1

1

5

0

0

-

0

0

0

0

0

1

0

6

1

1

-

-

-

1

1

-

-

1

通过以上公式，我们可以计算出PHICH在哪几个下行symbol上，以及ThenumberofPHICHgroups。

一个PHICHgroup占用3个REG，共12个RE。

那么PHICH占用的所有RE数就等于12*

。

举例：

如果采用Uplink-downlinkconfiguration=1的配置，则PHICH只在subframe1、4、6、9上，占用1个symbol。

如果Ng=1，且带宽是100MHz，则

=13。

=13，则1个PHICH大组共有13个REG，合计52个RE。

那么这个symbol上共有52*3=156个RE用于PHICH。

至于PHICH每个大组的起始位置，比较复杂，暂不研究。

但是从仿真来看，似乎两个大组之间都是相隔396个RE。

如果是FDD-LTE，UE可以从MIB中获得PHICH的所占用的资源，但是TD-LTE，UE只能知道部分的PHICH信息，从而在读取PHICH信息后基于推测信息，盲检PDCCH。

2.3上行物理信道配置

LTE主要上行物理信道有PRACH、PUCCH、PUSCH。

2.3.1PRACH信道

在TD-LTE系统中，PRACH的位置由prach-ConfigIndex和prach-FreqOffset以及subframeAssignment所共同决定的。

prach-ConfigIndex：

在SIB2中，现网设置为3。

prach-FreqOffset：

在SIB2中，现网设置为2。

subframeAssignment：

在SIB1中，现网设置为sa1。

参考36.211的Table5.7.1-4，可知道，当prach-ConfigIndex设置为3，subframeAssignment设置