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
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