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【摘要】 本文介绍了E-UTRAN自组织网络的技术概况和功能模块，并详细阐述了自动PCI配置、自动邻区关系、移动性鲁棒性优化、随机接入信道优化等关键技术的应用场景、技术方案。
【关键词】 自组织网络 自配置 自优化 自动邻区关系
一、引言
SON的主要驱动力有三个方面，（1）LTE网络参数的数量多和结构复杂。（2）如果LTE仍采用传统运维模式，那么LTE运营商必须付出更多的OPEX。（3）基站数量的迅速增加（尤其是eNB）要求用尽可能少的人力来进行管理。所以LTE的运维必须具有更大的自管理性。SON的主要目标就是可以对网络实现自动配置和自动优化，改善网络容量，并降低OPEX。
二、概述
自组织网络（SON）是一个旨在通过自动化机制简化运营任务来降低无线网络规划、安装、优化和管理成本，提高运维效率和网络质量的全套解决方案。其概念的提出始于下一代移动网络（NGMN），并被3GPP引入LTE及3G网络。NGMN侧重于商业需求的研究和定义，3GPP则细化在特定网络中的场景分析和解决方案，目前在自配置、自优化领域均有实质进展。
三、E-UTRAN SON关键技术
3.1 自动PCI规划和优化
3.1.1 应用场景
自动PCI规划和优化的应用场景包括初期建网时的PCI规划和增减基站时的PCI配置。物理小区标识（PCI）是无线小区必须配置的参数。小区的PCI用于终端区分不同的小区。在LTE系统中，共有504个物理层小区标识。这些标识被分成168个物理层小区标识组，每个组包含3个唯一的标识。一个典型的网络中可能包含数以千计的小区，而PCI资源只有504个，因此，PCI是被多个小区复用的，PCI规划中可能存在PCI混淆和PCI冲突的问题。
3.1.2 解决方案
eNB可根据集中式PCI分配算法或者分布式PCI分配算法进行PCI的选择。（1）集中式PCI分配算法：OAM分配一个特定的PCI值。eNB必须选择这个值作为PCI值。（2）分布式PCI分配算法：OAM分配一个PCI值的列表。eNB可以通过一些手段去除PCI值从而来限制这个列表，包括UE上报信息、相邻eNB的X2接口上报以及下行接收机监听空口等其他实现方式。
3.2 自动邻区关系
3.2.1 应用场景
ANR的应用场景主要有两个，其一：新的小区添加到网络时，为其添加和配置邻区列表；其二：网络中删除或添加新小区时，更新已有小区的邻区列表。
3.2.2 技术方案
ANR功能的目的是减轻运营商管理邻区关系的负担，其功能框架图如图1所示：
ANR的功能实体归属于eNB，其功能包括邻区添加、删除、更新功能，首先由邻区删除功能模块和邻区检测模块监测邻区列表更新需求，再由邻区关系列表（NRT）管理功能向OAM提交邻区报告，得到添加/更新邻区关系确认后执行NRT的更新操作。其中邻区删除功能主要依赖于来自X2接口的信息及其他内部信息来判断NRT是否需要更新，邻区检测功能主要依赖终端在RRC层上报的测量报告来判断是否有需要添加的邻区。
3.2.3 邻区关系发现
邻区关系的发现，需要依靠终端向服务eNB直接上报的测量报告。终端在RRC连接建立后向服务eNB上报测量报告，在RRC连接模式下持续上报所有检测到的小区的PCI。如果终端支持多模操作，也会测量其他支持的无线接入技术。如果终端上报的小区PCI没有存在于服务eNB定义的邻区列表中，在服务eNB中的ANR功能请求终端重新获取这个小区的CGI，以此来识别这个小区。这个小区就叫做目标小区。终端读取目标小区广播SIB1（系统消息广播块1）的CGI，并且把它报告给服务eNB。当服务eNB收到CGI后，通过MME能够获得到目标eNB的IP地址，服务eNB就可以联系到目标eNB。服务eNB请求到目标eNB的X2建立，包含创建邻区关系的必要数据（即CI，CGI，TAC，PLMN-ID和频率）。目标eNB把服务eNB加入到它的邻区列表中，目标eNB向服务eNB发送相应的数据，服务eNB反过来把目标eNB加入它的邻区列表。
3.3 移动性鲁棒性优化
3.3.1 应用场景
LTE系统的SON技术中引入了移动性鲁棒性优化（MRO）功能。MRO的主要目标是减少切换相关的RLF发生，其主要思路是先检测到相关问题，然后根据问题的分析提供解决方案并进行优化。移动性鲁棒性优化功能需要区分不同的切换失败场景。
3.3.2 切换问题检测
3.3.2.1 系统内过晚切换监测
如果UE的移动速度比切换参数设置中所允许的更快，切换被触发时源小区的信号强度已经过低，将会导致无线链路失败RLF。在无线链路失败后，UE提供RLF信息给失败后重连到的小区。该小区通过X2接口转发RLF消息给发生RLF的小区。接收到RLF消息的小区分析消息，如果需要，分析的结果在切换报告内通过X2接口转发给需要校正的小区。
3.3.2.2 系统内过早切换检测
过早切换的触发场景是指终端进入到由于服务小区覆盖范围内有其他小区覆盖造成的覆盖孤岛。在密集城区这是一种典型场景，这种“割裂”的小区覆盖与无线传播环境有关。通过eNB分析RLF指示计算从UE发起连接到被释放的时长来监测是否发生了系统内过早切换，从而调整切换参数。
3.3.2.3 系统内切换到错误小区检测
当小区邻区关系参数配置不当时，切换很可能被指向一个错误小区。切换到错误小区的特征是：（1）在到目标小区的切换触发后很短时间内，发生RLF。切换是否完全成功，取决于目标小区的空口信令；（2）终端重建到除源小区和目标小区之外的其他小区；值得注意的是，初始切换是否成功将会影响信令流程。重连的小区将会发送RLF消息给UE连接失败的小区。如果切换成功，RLF指示被发送到原来的目标小区。如果切换失败，RLF指示被发送到源小区。在上述任意一种情况下，源小区最后都会接收到RLF或切换报告消息，并采取必要的校正措施。 3.3.2.4 系统间不必要（过早）切换检测
系统间不必要切换的定义为：UE从E-UTRAN切换到其他系统（例如，GERAN或UTRAN）而此时E-UTRAN系统的覆盖质量仍可以满足UE的服务要求。因此这种切换被视作系统间不必要切换或者系统间过早切换（未发生连接失败）。为了能够检测到向其他系统的不必要切换问题，在切换准备过程中，当从E-UTRAN 到其他系统的系统间切换发生时，eNB可以选择在切换请求消息中增加覆盖和质量情况信息。
3.3.2.5 系统间过晚切换检测
UE从一个系统切换到另一个系统导致的系统间延时切换将导致RLF，还将有可能导致掉话。系统间过晚切换的检测和报告有两种方案。
第一种可选方案是在发生RLF后，UE立刻重连到某小区，UE向该小区上报RLF指示消息。在这种情况下，在RLF发生前UE连接的小区和RLF指示消息上报的小区不是同一个系统。这需要在系统间增加新的消息，用来传递信息给UE切换前连接的小区，其原因是该小区是需要调整切换参数的小区。另一种可选方案是当UE返回到经历RLF的系统后发送RLF报告，不要求是同一小区。在这种情况下，不需要在两个不同的系统间传递消息。
3.3.2.6 系统内乒乓切换
基本识别原理为：在A->B->A的切换过程中，在B中停留时间非常短，又返回到源小区。其识别方法为：如果A和B处于不同eNB下，根据HANDOVER REQUEST信令中UE History Information中的最近停留的两个小区信息进行判断。如果A和B位于同一eNB，eNB会记录UE切换的历史信息，从而进行判断是否发生了乒乓切换。
3.4 随机接入信道优化
3.4.1 应用场景
随机接入信道（RACH）的参数配置对RACH碰撞概率有很大影响。RACH碰撞概率是影响呼叫建立时延、上行非同步状态下的数据恢复时延和切换时延的重要因素，也会影响到呼叫建立成功率和切换成功率。由于需要专门为RACH保留上行资源，预留资源的数量会影响到LTE的网络容量。随机接入信道参数配置不合理也会导致前导检测概率的下降和覆盖范围的缩小。因此，对于已经部署的网络，RACH参数优化能够带来比较明显的增益。并且，随机信道参数的配置在很大程度上影响着终端用户的用户体验。综上所述，随机信道的优化是尤为重要的。
3.4.2 技术方案
E-UTRAN SON的PRACH优化功能的工作原理是通过UE上报的PRACH性能指标参数来评估PRACH的性能，并决定是否启动PRACH优化工作，如果触发了优化功能，则会对PRACH相关参数进行调整。性能评估和参数调整以闭环的模式进行，可应对网络环境变化导致的RACH的性能下降。为了配置和优化PRACH参数，PRACH优化功能需要通过UE information procedure来获得AP（m）和ADP（δ）两个参数以便对PRACH性能进行评估。其中AP（m）表示在整个随机接入过程中UE发送前导序列的数量，即尝试接入的次数，ADP（δ）指示UE随机接入过程中是否检测到竞争。PRACH优化功能可优化的参数包括配置参数、传输功率控制参数、回退参数、前导划分等。
四、总结
减少网络运营的投入和复杂度是E-UTRAN SON的主要驱动力。在多厂商网络环境下不同设备厂商的测量和性能数据遵守相同的标准可以简化网络性能分析和问题定位，提高系统的运营能力；网络的自配置和自优化机制也能减少运营投入和缩短网络优化工作周。因此网络的自配置和自优化机制在网络部署初期是非常关键的。
参 考 文 献
[1] 贺敬. 自组织网络（SON）技术及标准化演进[J]. 邮电设计技术，2012（12）：4-7
[2] 4G Americas white paper，Self-Optimizing Networks： The Benefits of SON in LTE[R/OL].[2012-08-15].
[3] 3GPP TS 36.300 Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network（E-UTRAN）；Overall description[S/OL].[2012-08-15].
【关键词】 自组织网络 自配置 自优化 自动邻区关系
一、引言
SON的主要驱动力有三个方面，（1）LTE网络参数的数量多和结构复杂。（2）如果LTE仍采用传统运维模式，那么LTE运营商必须付出更多的OPEX。（3）基站数量的迅速增加（尤其是eNB）要求用尽可能少的人力来进行管理。所以LTE的运维必须具有更大的自管理性。SON的主要目标就是可以对网络实现自动配置和自动优化，改善网络容量，并降低OPEX。
二、概述
自组织网络（SON）是一个旨在通过自动化机制简化运营任务来降低无线网络规划、安装、优化和管理成本，提高运维效率和网络质量的全套解决方案。其概念的提出始于下一代移动网络（NGMN），并被3GPP引入LTE及3G网络。NGMN侧重于商业需求的研究和定义，3GPP则细化在特定网络中的场景分析和解决方案，目前在自配置、自优化领域均有实质进展。
三、E-UTRAN SON关键技术
3.1 自动PCI规划和优化
3.1.1 应用场景
自动PCI规划和优化的应用场景包括初期建网时的PCI规划和增减基站时的PCI配置。物理小区标识（PCI）是无线小区必须配置的参数。小区的PCI用于终端区分不同的小区。在LTE系统中，共有504个物理层小区标识。这些标识被分成168个物理层小区标识组，每个组包含3个唯一的标识。一个典型的网络中可能包含数以千计的小区，而PCI资源只有504个，因此，PCI是被多个小区复用的，PCI规划中可能存在PCI混淆和PCI冲突的问题。
3.1.2 解决方案
eNB可根据集中式PCI分配算法或者分布式PCI分配算法进行PCI的选择。（1）集中式PCI分配算法：OAM分配一个特定的PCI值。eNB必须选择这个值作为PCI值。（2）分布式PCI分配算法：OAM分配一个PCI值的列表。eNB可以通过一些手段去除PCI值从而来限制这个列表，包括UE上报信息、相邻eNB的X2接口上报以及下行接收机监听空口等其他实现方式。
3.2 自动邻区关系
3.2.1 应用场景
ANR的应用场景主要有两个，其一：新的小区添加到网络时，为其添加和配置邻区列表；其二：网络中删除或添加新小区时，更新已有小区的邻区列表。
3.2.2 技术方案
ANR功能的目的是减轻运营商管理邻区关系的负担，其功能框架图如图1所示：
ANR的功能实体归属于eNB，其功能包括邻区添加、删除、更新功能，首先由邻区删除功能模块和邻区检测模块监测邻区列表更新需求，再由邻区关系列表（NRT）管理功能向OAM提交邻区报告，得到添加/更新邻区关系确认后执行NRT的更新操作。其中邻区删除功能主要依赖于来自X2接口的信息及其他内部信息来判断NRT是否需要更新，邻区检测功能主要依赖终端在RRC层上报的测量报告来判断是否有需要添加的邻区。
3.2.3 邻区关系发现
邻区关系的发现，需要依靠终端向服务eNB直接上报的测量报告。终端在RRC连接建立后向服务eNB上报测量报告，在RRC连接模式下持续上报所有检测到的小区的PCI。如果终端支持多模操作，也会测量其他支持的无线接入技术。如果终端上报的小区PCI没有存在于服务eNB定义的邻区列表中，在服务eNB中的ANR功能请求终端重新获取这个小区的CGI，以此来识别这个小区。这个小区就叫做目标小区。终端读取目标小区广播SIB1（系统消息广播块1）的CGI，并且把它报告给服务eNB。当服务eNB收到CGI后，通过MME能够获得到目标eNB的IP地址，服务eNB就可以联系到目标eNB。服务eNB请求到目标eNB的X2建立，包含创建邻区关系的必要数据（即CI，CGI，TAC，PLMN-ID和频率）。目标eNB把服务eNB加入到它的邻区列表中，目标eNB向服务eNB发送相应的数据，服务eNB反过来把目标eNB加入它的邻区列表。
3.3 移动性鲁棒性优化
3.3.1 应用场景
LTE系统的SON技术中引入了移动性鲁棒性优化（MRO）功能。MRO的主要目标是减少切换相关的RLF发生，其主要思路是先检测到相关问题，然后根据问题的分析提供解决方案并进行优化。移动性鲁棒性优化功能需要区分不同的切换失败场景。
3.3.2 切换问题检测
3.3.2.1 系统内过晚切换监测
如果UE的移动速度比切换参数设置中所允许的更快，切换被触发时源小区的信号强度已经过低，将会导致无线链路失败RLF。在无线链路失败后，UE提供RLF信息给失败后重连到的小区。该小区通过X2接口转发RLF消息给发生RLF的小区。接收到RLF消息的小区分析消息，如果需要，分析的结果在切换报告内通过X2接口转发给需要校正的小区。
3.3.2.2 系统内过早切换检测
过早切换的触发场景是指终端进入到由于服务小区覆盖范围内有其他小区覆盖造成的覆盖孤岛。在密集城区这是一种典型场景，这种“割裂”的小区覆盖与无线传播环境有关。通过eNB分析RLF指示计算从UE发起连接到被释放的时长来监测是否发生了系统内过早切换，从而调整切换参数。
3.3.2.3 系统内切换到错误小区检测
当小区邻区关系参数配置不当时，切换很可能被指向一个错误小区。切换到错误小区的特征是：（1）在到目标小区的切换触发后很短时间内，发生RLF。切换是否完全成功，取决于目标小区的空口信令；（2）终端重建到除源小区和目标小区之外的其他小区；值得注意的是，初始切换是否成功将会影响信令流程。重连的小区将会发送RLF消息给UE连接失败的小区。如果切换成功，RLF指示被发送到原来的目标小区。如果切换失败，RLF指示被发送到源小区。在上述任意一种情况下，源小区最后都会接收到RLF或切换报告消息，并采取必要的校正措施。 3.3.2.4 系统间不必要（过早）切换检测
系统间不必要切换的定义为：UE从E-UTRAN切换到其他系统（例如，GERAN或UTRAN）而此时E-UTRAN系统的覆盖质量仍可以满足UE的服务要求。因此这种切换被视作系统间不必要切换或者系统间过早切换（未发生连接失败）。为了能够检测到向其他系统的不必要切换问题，在切换准备过程中，当从E-UTRAN 到其他系统的系统间切换发生时，eNB可以选择在切换请求消息中增加覆盖和质量情况信息。
3.3.2.5 系统间过晚切换检测
UE从一个系统切换到另一个系统导致的系统间延时切换将导致RLF，还将有可能导致掉话。系统间过晚切换的检测和报告有两种方案。
第一种可选方案是在发生RLF后，UE立刻重连到某小区，UE向该小区上报RLF指示消息。在这种情况下，在RLF发生前UE连接的小区和RLF指示消息上报的小区不是同一个系统。这需要在系统间增加新的消息，用来传递信息给UE切换前连接的小区，其原因是该小区是需要调整切换参数的小区。另一种可选方案是当UE返回到经历RLF的系统后发送RLF报告，不要求是同一小区。在这种情况下，不需要在两个不同的系统间传递消息。
3.3.2.6 系统内乒乓切换
基本识别原理为：在A->B->A的切换过程中，在B中停留时间非常短，又返回到源小区。其识别方法为：如果A和B处于不同eNB下，根据HANDOVER REQUEST信令中UE History Information中的最近停留的两个小区信息进行判断。如果A和B位于同一eNB，eNB会记录UE切换的历史信息，从而进行判断是否发生了乒乓切换。
3.4 随机接入信道优化
3.4.1 应用场景
随机接入信道（RACH）的参数配置对RACH碰撞概率有很大影响。RACH碰撞概率是影响呼叫建立时延、上行非同步状态下的数据恢复时延和切换时延的重要因素，也会影响到呼叫建立成功率和切换成功率。由于需要专门为RACH保留上行资源，预留资源的数量会影响到LTE的网络容量。随机接入信道参数配置不合理也会导致前导检测概率的下降和覆盖范围的缩小。因此，对于已经部署的网络，RACH参数优化能够带来比较明显的增益。并且，随机信道参数的配置在很大程度上影响着终端用户的用户体验。综上所述，随机信道的优化是尤为重要的。
3.4.2 技术方案
E-UTRAN SON的PRACH优化功能的工作原理是通过UE上报的PRACH性能指标参数来评估PRACH的性能，并决定是否启动PRACH优化工作，如果触发了优化功能，则会对PRACH相关参数进行调整。性能评估和参数调整以闭环的模式进行，可应对网络环境变化导致的RACH的性能下降。为了配置和优化PRACH参数，PRACH优化功能需要通过UE information procedure来获得AP（m）和ADP（δ）两个参数以便对PRACH性能进行评估。其中AP（m）表示在整个随机接入过程中UE发送前导序列的数量，即尝试接入的次数，ADP（δ）指示UE随机接入过程中是否检测到竞争。PRACH优化功能可优化的参数包括配置参数、传输功率控制参数、回退参数、前导划分等。
四、总结
减少网络运营的投入和复杂度是E-UTRAN SON的主要驱动力。在多厂商网络环境下不同设备厂商的测量和性能数据遵守相同的标准可以简化网络性能分析和问题定位，提高系统的运营能力；网络的自配置和自优化机制也能减少运营投入和缩短网络优化工作周。因此网络的自配置和自优化机制在网络部署初期是非常关键的。
参 考 文 献
[1] 贺敬. 自组织网络（SON）技术及标准化演进[J]. 邮电设计技术，2012（12）：4-7
[2] 4G Americas white paper，Self-Optimizing Networks： The Benefits of SON in LTE[R/OL].[2012-08-15].
[3] 3GPP TS 36.300 Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network（E-UTRAN）；Overall description[S/OL].[2012-08-15].