学文网【摘 要】在LTE网络优化过程中，RRC建立成功率是衡量网络接入性的重要指标，因此提高RRC建立成功率成为非常重要的课题。以网络遇到的实际问题为出发点，按照3GPP协议层次划分，逐层进行参数优化，在物理层提出了PRACH优化方案；针对上行弱覆盖问题，在MAC层提出了调度优化方案；在RRC层提出了用户容量优化方案，最终形成了RRC建立成功率综合优化方案。通过在网络中实施优化方案，有效地提升了RRC建立成功率，取得了理想的效果。
【关键词】 RRC 建立成功率 参数优化 容量规划 调度优化
1 引言
随着LTE网络的大规模商用，用户数量也快速增加，如何在实际场景下保障用户快速、稳定地接入网络成为目前尤其重要的问题[1]。对于大型集会活动，需要保障在多用户场景下的RRC（Radio Resource Control，无线资源控制）连接建立成功率，提升用户感知；对于农村站点，由于站间距较大，如何弥补频段劣势，最大限度地使用户能够接入网络，其需求也变得越来越迫切[2]。本文以上述问题为出发点，尝试探索出LTE网络RRC连接建立成功率综合优化方案，以提高网络的接入性。
2 优化思路
RRC连接建立过程如***1所示：
***1 RRC连接建立过程
UE（User Equipment，用户设备）首先在物理层发送Preamble，eNodeB收到Preamble后，在MAC（Media Access Control，介质访问控制）层发送随机接入响应，UE再根据随机接入响应中所指定的发送方式、时频位置、时间提前量、无线标识等信息发送RRC Connection Request消息，eNodeB在收到此条消息后，在MAC层向UE发送Contention Resolution消息，告知UE已经解决了MAC冲突问题，并发送RRC Connection Setup信令，通知UE建立RRC连接。UE完成RRC连接建立后，向eNodeB发送RRC Connection Setup Complete，通知网络侧已经完成RRC建立[3]。
通常的RRC连接建立成功率优化方案往往仅针对某一问题开展相关优化工作，取得的效果比较局限。本文以诺基亚TDD-LTE设备所使用的参数为例，在物理层、MAC层、RRC层分别开展相关优化工作，提出了一种结合多协议层的RRC连接建立成功率优化方案。下面将逐层介绍优化方案。
2.1 物理层优化方法
在3GPP所制定的协议规范中，发送Preamble开始初始随机接入是物理层的重要功能之一，如***1所示，在RRC建立过程中，只有MSG1发生在物理层[4]。UE根据在系统消息2中收到的PRACH（Physical Random Access Channel，物理随机接入信道）配置索引、零相关配置、根序列索引、是否为高速状态、频率偏移等参数确定发送的Preamble的时域、频域位置以及所使用的Preamble。每个小区可用的64个Preamble是由1个或多个Zadoff-Chu根序列进行循环移位产生的，可用的Zadoff-Chu仅有838条[5]。在网络中如何使用Zadoff-Chu根序列、如何协调PRACH信道的时/频域位置，成为重要的规划问题。
由于Zadoff-Chu根序列间有较好的正交性，因此宜将不同小区的PRACH设置在相同的时域、频域位置，这样设置可以利用不同小区间的根序列间的正交性来避免邻小区PUCCH（Physical Uplink Control Channel，物理上行链路控制信道）对本小区PRACH的干扰。在进行根序列复用规划时，需注意要为设备厂家间、相邻地市进行预留。实际规划过程中，要根据城区、农村站点的站间距分布进行根序列的规划。以城区站点小区覆盖半径1km、农村站点小区覆盖半径3km为例进行规划，PRACH设置建议如表1所示：
通过以上规划能保证小区接入半径的前提下，全网统一PRACH时域、频域位置，最大限度地保证根序列充分复用，使小区间的Preamble相互正交。其中，zeroCorrelationZoneConfig需要根据现网的实际情况规划，优化方案中仅给出针对理想覆盖半径的设置建议。
2.2 MAC层优化方法
在3GPP所制定的协议规范中，调度是MAC的重要功能之一，其中包括上行调度和下行调度。在LTE网络中，为了保证全网有序的通信，UE的一切行为都严格遵守eNodeB的调度，而MAC正是进行上下行调度的实体[6]。如***1所示，在建立RRC的过程中除了MSG1以外，其他信息都是经过MAC调度的。由此可见，MAC层的调度对于RRC建立过程起着至关重要的作用，优化MAC层调度成为RRC连接建立成功率优化过程中的重要手段。
随着LTE建设的开展，农村LTE站点也逐渐开通。城区LTE站点的站间距在300m左右，而农村站点较为稀疏，站间距普遍在1km以上。通过观察网络指标，农村站点的RRC建立成功率普遍低于城区站点，伴随情况为农村站点上行接收到的PUSCH（Physical Uplink Shared Channel，物理上行共享信道）电平普遍较弱。分析***1中的RRC建立过程，除MSG1外，其余所有上行信令均发送在PUSCH信道。通过分析链路预测过程可知，LTE受限于上行。
综上所述，由于农村站点较为稀疏，而LTE宏基站采用Band38、Band40进行建设[7]，最终导致部分农村站点覆盖不理想，弱覆盖用户较多，因此有必要针对农村站点进行MAC层调度优化来提升RRC无线接通率。MAC层调度优化方案如表2所示：
在网络中某一上行PUSCH接收电平较低站点应用MAC层优化方案，该站点的RRC建立成功率变化如***2所示。
在第3个统计时间段中实施MAC层调度优化方案，由指标对比可知，实施MAC层调度优化方案后，在RRC尝试次数变化不大的情况下，农村站点的RRC建立成功率有较大提升，同时小区的PUSCH上行电平有了较大的改善。应用此MAC层调度优化方案时需谨慎，若全网应用则会引起上行干扰，建议此方案仅在上行受限的部分站点中开展。
2.3 RRC层优化方法
在3GPP所制定的协议规范中，接纳控制是RRC层重要的功能之一。接纳控制功能描述如下：在UE发起RRC连接建立的过程中，eNodeB收到RRC Connection Request之后，首先要判断自身的控制信道资源和RRC连接数是否达到上限，如果未达到上限，将会在小区内为用户预留一部分资源，并向UE发送RRC Connection Setup，开始RRC连接的建立。如果小区内无可用的上行控制资源或小区RRC连接数已满，则判定小区无法继续接纳用户，向UE发送RRC Connection Reject，拒绝本次RRC建立过程[8]。为了避免UE过于频繁地向eNodeB申请资源，RRC Connection Reject中会携带定时器T302，UE在T302超时之前，会认为之前进行RRC尝试建立的小区处于不可用状态[9]。小区资源不足造成的接纳控制失败是极其影响用户感知的，RRC连接建立成功率也会有明显降低，在多用户场景下，易引发RRC接入失败的雪崩效应[10]。
根据上文分析，在RRC层开展RRC连接建立成功率相关优化最重要的一点是对于小区的用户数进行合理规划。小区容量规划的重点在于对PUCCH的规划，PUCCH是上行控制信道，用来发送上行反馈信息，包括SR（Scheduling Request，调度请求）、CQI（Channel Quality Indicator，信道质量指示）、ACK/NACK。以20M带宽、PDCCH（Physical Downlink Control Channel，物理下行控制信道）占用3个OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）符号、无PUCCH 1x与PUCCH 2x混用、上下行配比为3：1、开启DRX（Discontinuous Reception，非连续接收）为例，分别给出CQI、SR的容量公式如下：
CQI支持的用户数=nCqiRb×2×cqiPerNp/10×
CQI per PRB×1/2 （1）
其中，nCqiRb为分配给CQI的RB数；cqiPerNp为用户的CQI周期；CQI per PRB为一个RB（Resource Block）内可复用的用户数，对于诺基亚设备CQI per PRB=6，支持6个用户复用。
SR支持的用户数=ROUNDUP（UL subframe number×
cellSrPeriod/10， 0）×n1PucchAn （2）
其中，CellSrPeriod参数为SR的调度周期；n1PucchAn
参数为ACK/NACK相对于分配的下行PDCCH调度的最低CCE（Control Channel Element，控制信道单元）索引的索引偏置。
PUCCH中的ACK/NACK为针对之前某几个下行子帧数据的上行反馈，无需进行相关参数设置。
在现网中使用上文提出的RRC层接通率优化方案，情景如下：
某区域内进行大型商业活动，在容量优化前，小区仅支持约100用户，由于用户激增，造成小区容量受限，直接表现为RRC建立成功率骤降，通过指标监控发现后，对小区容量进行扩容，按照小区用户容量为300进行规划，扩容方案如表3所示：
容量优化前后RRC建立成功率对比如***3所示，于第2与第3统计点间实施扩容方案，实施后小区最大用户数有所增加，RRC建立成功率恢复正常并保持在较高水平。
***3 某小区容量优化前后对比
3 结束语
本文针对LTE网络的RRC建立成功率优化过程中所遇到的问题，结合LTE协议层结构，通过对物理层、MAC层、RRC层进行综合分析，提出了LTE网络RRC连接建立成功率优化方案。并在网络中依据实际情况实施此优化方案，通过后台数据分析，证明了所提出的方案可行、有效，从而提升了RRC连接建立成功率，取得了理想的效果。
参考文献：
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[8] 沈嘉，索士强，全海洋. 3GPP长期演进（LTE）技术原理与系统设计[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2008.
[9] 朱雪田. TD-LTE无线性能分析与优化[M]. 北京： 电子工业出版社， 2014.
[10] 蒋远，汤利民. TD-LTE原理与网络规划设计[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2012.
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