本期关注(孙乐，张丽
Mon的伊 Focus! E-UTRAN 自组织网络(SON)关键技术
E-UTRAN 自组织网络(SON)
关键技术
孙 乐张 丽2 ( 1 中讯邮电咨询设计院有限公司，北京 100048;2. 河南有线电视网络集团有限公司，河南郑州，450002)
Sun Le' , Zhang Li2 (1. China Information Technology Designing & Consulting Institute Co. , Ltd. , Beijing 100048, China; 2. Henan Cable TV
Network Group Co. , Ltd. ,Zhengzhou 450002 , China)
摘要: 关键词:
昌先介绍了 SON 的主要阳能和架坷，并重点研究了 SON 的自动 PCI 配置、自
动邻区关系优化、随机摄入优化、器司负载均衡优化、格却!性鲁棒性优化、毒盖
和窑量优化等关键技术，结出了相应的部署策略。
自组织网络;自配置;自优化;自愈合;E-UTRAN
中图分类号 :
文献标识码 :A
文章编号 :1007-3043(2012)12-0008-05
Abstract:
It first presents the major function and architecture of SON , focuses on automatic PCI configuration of SON , automatic neigh一
bor relation functio门， random access optimization, mobile load balancing optimization, mobile robustness optimizatio门， cover-
age and capacity optimization , gives related scheme on the deployment.
Keywords:
SON; Automatic configuration; Automatic optimizatio门; Self-heali 门g; E-UTRAN
O 前言
随着通信技术的发展，用户对业务种类和业务质
量的要求也越来越高，对通信网络的评价往往是通过
其进行业务时的用户体验来进行评判，因此，对网络
进行优化、提高网络质量，已成为移动通信网络发展
的重要课题。然而，随着移动通信网络技术的不断发
展演进和 LTE 的部署，网络参数的数量和结构变得越
来越多、越来越复杂，网络运营商的网络部署及优化
工作量与日俱增，运营商在这方面投入的人力、物力
和时间成本在不断增加。如果 LTE仍然采用传统的
运维模式，那么 LTE 运营商必须付出更多的 OPEX。
收稿日期 :2012-11-09
08 I 2012/12/DTPT
因此， 3GPP为 LTE提出了一种新运维策略一一自组织
网络(SON) 0 SON通过对网络实现自配置、自优化和
自愈合，大大减少了人为干预，并同时改善网络容量，
最终大大降低了网络运营的投入和复杂度。
1 SON 的主要功能
SON 主要包括三大功能，分别是自配置、自优化、
自愈合。目前， 3GPP协议中已经为 LTE定义了自配
置、自优化和自愈合功能的相关应用场景。
自配置
自配置功能包括基站自建立及基站运行过程中的
自动管理。自配置功能使新增的网络节点能做到即插
即用，在网络节点运行过程中，对其软件、参数等进行
管理升级。自配置功能大大减少了网络建设开通中于
动配置参数的工作量及基站运行过程中的人工干预、
减小了网络建设难度、降低了网络建设成本。
自配置主要包括自动 PCI配置、自动邻区为系优
化(ANR)等应用场景。
自优化
自优化是指网络设备根据其自身运行状况，自适
应地调整参数以达到优化网络性能的目标。传统的网
络优化，可以分为 2个方面:其一为无线参数的优化，
如发射功率、切换门限、小区个性偏置等;其二为机械
优化，如天线方向、天线下倾角等。 SON的自优化能代
替部分传统的网络优化。
自优化主要包括随机接人信道优化(RO) 、移动性
负载均衡优化(MLB) 、移动性鲁棒性优化(MRO) 、覆
盖与容量优化(CCO)等应用场景。
自愈合
自愈合的目的是消除或减少那些能够通过恰当的
恢复过程来解决的故障。自愈合功能可由告警触发。
在这种情况下，自愈合功能模块对告警进行监视，当发
现告警时，自动触发自愈合过程。另外，一些自愈合功
能位于 eNB上，并需要快速响应，这种情况下，当 eNB
检测到故障时，可直接触发自愈合过程。自愈合过程
如下:首先收集必要信息并进行深度分析，然后根据分
析结果判断是否需要执行恢复过程来自动解决故障。
当自愈合过程结束后，自愈合功能会将自愈合结果上
报给集成参考点(IRP)管理器，并且可以将恢复过程
存档。
2 SON的架构
根据优化算法的执行位置，SON可以分为集中式
SON、分布式 SON和混合式SON。
集中式SON
集中式 SON 算法在 OAM 系统上执行 O 集中式
SON分为以下2种。
a) 网络管理的集中式SONo SON算法在 OAM 系
统的综合网管层上执行。
b) 网元管理的集中式SON o SON算法在 OAM 系
统的设备网管层上执行O
由于所有SON功能都位于OAM系统中，所以集中
式部署较为容易。但是由于不同的设备制造商有不同
的 OAM 系统，所以不同制造商之间的支持性差异较
大。而且集中式 SON也不支持需要快速响应的应用
场景。
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分布式SON
分布式 SON算法在无线接入网的网元上执行 O
对于 E-UTRAN ， SON算法在 eNB 上执行。在分布式
SON 中，所有 SON功能都位于 eNB 中，所以部署起来
工作量较大。该方式对复杂优化机制的支持比较困
难，需要大量 eNB 的协作。但分布式SON对有些情况
的支持是非常理想的，例如，当优化只涉及少量 eNB ，
且需要快速优化响应时。并且，为了实现分布式SON ，
需要对X2接口进行扩展。
混合式SON
混合式 SON 算法在 OAM 系统的综合网管层、
OAM系统的设备网管层、无线接人网网元中的 2个或
3个中执行。对于E-UTRAN，由合式 SON 的部分优化
算法在 OAM 系统中执行，部分优化算法在 eNB 中执
行。
在混合式SON 中，简单快速的优化机制在 eNB 中
实现，复杂的优化机制在 OAM 中执行，所以混合式
SON能灵活支持各类不同的优化情况。通过X2接口，
它还能支持不同设备制造商之间的优化。但它的部署
成本较高，并且还需要对相应的接口进行扩展。
3 SON 的关键技术
在 3GPP TR 中研究了多种 SON 的关键技
术及解决方案。下面重点对6种关键技术进行介绍。
自动 PCI 配置
通常，运营商是利用线下规划工具或者人工实现
PCI 音ß署规划 O 但是这种规划不利于后续的变化，而
且会引人人工的错误。因此需要利用自动 PCI配置来
解决该问题。
自动 PCI配置需要在引人新eNB 时实现自动 PCI
配置，后期再根据收集的日志、告警和更新的覆盖地图
来完成PCI冲突、混淆的检测与解决。自动 PCI配置可
以全方位支持各种运维场景:自动分簇方法、基站间
PCI 一致性更新、 PCI 重配的业务保护、基于事件和
KPI监视的 PCI优化等方法，确保针对增加小区、初始
布网、网络扩容、网络割接、网络环境变化的全方位支
持。自动PCI配置可以有效提高 PCI 的分配效率，减少
人工操作引人的错误，自动解决PCI 冲突和混淆。
自动PCI配置的效能取决于其反映现网情况的准
确性，以及随现网环境变化的灵活性;否则适得其反O
在如此高度的智能化要求下，除了不断完善系统效率
决策性能和灵活性外，也可以适当考虑人工介入决策
邮电设计技术尼012/12 I 09
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配置过程的可能性，实现高效正确的自动 PCI配置。
自动邻区关系优化
在网络建设中一个比较耗费人力的丁.作就是处理
邻区关系。在部署了 LTE 网络以后，邻区关系的优化
会变得更加复杂。由于元线网络的庞大规模，于动维
护邻区关系是一个十分巨大的工程，邻区关系优化需
求极为迫切。对于SON来说，ANR是最重要的功能之
ANR的应用场景主要包括以下2个方面。
a) 网络中新 eNB 的建立。在新 eNB 添加到网络
之前， OAM系统需要添加和配置邻区关系 O
b) 邻区列表优化。 ANR具有自动添加和删除邻
区功能。
当建立一个新的 eNB或者优化邻区列表时，ANR
将会大大减少邻区关系的子动处理，从而提高切换成
功率、降低由于缺少邻区关系而产生的掉话。
ANR功能归属于eNB ，由 3个部分功能组成。
a) 邻区关系表(NRT)管理功能。负责邻区关系
表的管理。
b) 邻区检测功能。位于ANR 内部，可以发现新
的邻区并把它们添加到 NRT 中。
c) 邻区删除功能。负责删除过期的邻区关系。
每个小区， eNB都要有 1 个 NRT。每条邻区关系
(NR) 都有 3 个属性值，即 NoRemove 、 NoHO 、 NoX2o
ANR功能也允许OAM管理NRTo OAM可以添加和删
除邻区关系还可以改变 NRT 的属性值。 OAM会被告
知 NRT的变化。
目前，ANR实现了同频邻区、异频邻区、异系统邻
区的自动检测、自动删除、自动添加、自动优化等功能，
更及时快速地应对了网络中的邻区变化，有效降低了
人力成本，提高了工作效率。因此，对于 SON 来说，
ANR是最重要的功能之一。
随机接入信道优化
SON 中的随机接入信道自优化功能，能够周期性
地或持续不断地对所有小区的随机接人信道参数进行
优化。 SON 实体负责测量 RACH 的使用情况及评估
RACH 的性能。随机接人信道自优化功能监视主要的
条件，例如 RACH负荷的改变、上行干扰等，并且作出
决定并更新一些适合的参数。根据UE上报的参数和
邻小区的 RACH配置情况， eNodeB判断是否需要优化
RACH配置参数及如何进行优化。
在随机接人过程中，有2个重要的参数:接人成功
1 0 I 2012/12/DTPT
率 AP(m) 和接人时延概率 ADP(8)。当 AP(m) 或者
ADP(8)在一段时间内小于一个目标门限值时，就会触
发随机接人信道的优化过程O
为了配置RACH参数(如传输功率控制参数等) ,
随机接人信道自优化功能需要根据 UE上报的信息对
AP(m)或 ADP(8) 进行估算。然后根据这 2个参数，调
整PRACH传输功率控制参数或前导序列格式，从而达
到目标接入时延。不仅如此，随机信道自优化功能还
需要通过X2接口的 eNB配置更新过程进行，在 eNB之
间交换PRACH配置更新信息。随机接人信道自优化
功能根据邻小区的 RACH参数配置情况及 UE上报的
信息进行RACH优化。
总之，随机接入信道优化技术的主要目的是减少
所有终端的接人时延和接人失败概率、减少随机接人
信道发射功率过高而引起的上行干扰。随机接人信道
优化技术通过动态地优化RACH配置参数，减少呼叫
建立时延和切换时延，提高呼叫建立成功率和切换成
功率，从而提高用户感受:优化为RACH预留 PRB资源
的方案，能够为运营商提高 LTE 网络的容量;同时，动
态调整RACH配置参数，大大减少了人工干预，能够为
运营商降低运营成本O
移动负载均衡优化
由于网络应用和服务的快速增长，资源需求也随
之快速增长，这使得资源短缺成为普遍问题;另一方
面，静态的、预先设定好的网络并不能很好地适应不断
变化的负荷。移动性负载均衡技术可根据当前小区负
载状况及邻小区负载状况实时调整移动性参数，从而
将高负载小区中的部分业务转移到负载相对较低的小
区，以使各小区的负载比较均衡，防止网络局部过载。
相比于设置静态的移动性参数或不进行参数优化，移
动性负载均衡能够提高资源利用率、增加系统的总体
容量、提升用户体验。并且，这种优化能够最小化网络
管理中的人工干预，从而降低网络运营成本。
.1 MLB的功能架构
MLB 由 3个功能模块组成。
a) 负载报告。负载报告功能用于在相邻小区之
间交互小区的负载信息O
b) 基于切换的负载均衡过程。游、小区可发起基
于负载均衡的切换，目标小区对其执行准人控制。
c)自动调整切换参数/重选参数。用于向目标小
区请求修改切换参数或小区重选参数。
移动性负载均衡可分为 2类，一类是终端处于激
活状态的移动性负载均衡，它可以通过调整切换参数
来使部分用户切换到负载较低的小区;另一类是终端
处于空闲态的移动性负载均衡，它可以通过调整小区
重选参数使部分用户重选到负载较低的小区，从而避
免由空闲态终端发起呼叫而引起的潜在负载不均衡情
况。
3 . 激活态的 MLB
对于激活态的移动性负载均衡，使用系统已有的
测量机制。因此，结合调度机制和 X2 、 SI 接口，系统可
以进行较为精确的基于负载的切换判决。基于负载的
切换应通过切换消息将切换原因发送给目标小区，以
避免目标小区使用常规切换门限(未考虑负载均衡的
切换门限)将用户突然切回源小区O
.3 空闲态的 MLB
在 LTE 系统中，系统可基于当前激活态用户情况
来调整小区重选参数。随着一个小区中实时流量的增
长和/或 QoS要求的提高，应该能够调整小区重选参
数，迫使小区边缘用户重选到信号最强的邻小区或切
换到当前资源较多的同覆盖小区O
移动性负载均衡技术实现了适时地将高负荷小区
中的部分业务转移到相对较低负荷的小区，以使各小
区的负载比较均衡、防止网络局部过载，从而提高运营
商网络的资源利用率及容量、改善用户体验;同时，动
态调整移动性参数配置，能够最小化网络管理中的人
工干预，为运营商降低运营成本。
移动性鲁棒性优化
在当前的 2G/3G 系统中，于动设置和调整切换参
数是十分繁琐的工作。通常，在完成网络初期部署后，
由于成本太高往往不更新切换参数。在某些情况下，
单个 eNB下的元线资源管理(RRM)可以发现问题并
调整移动性参数，然而仍然有一些问题是其无法解决
的。不正确的切换参数设置会给用户体验带来负面影
响，浪费网络资源，还会造成乒乓切换、切换失败和元
线链路失败(RLF) 0 为了解决上述问题， 3GPP在 LTE
系统的 SON技术中引人了 MRO功能。
由于导致切换失败的原因较多，不同切换失败的
场景需要调整的切换参数也不尽相同，因此移动性鲁
棒性优化功能需要区分不同的切换失败场景。按照导
致切换失败的原因，移动性鲁棒性优化中一般将切换
错误类型分为系统内过晚切换、系统内过早切换、系统
内切换到错误小区、系统间过晚切换、系统间不必要切
换(过早切换)。
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MRO 的主要目标就是减少与切换相关的无线链
路失败的次数，从而提高网络资源的利用率，大大提升
用户体验;另一方面MRO能够大大减少元线资源管理
与优化工作中的人工成本、降低人为造成的错误 O
MRO 的另一目标是减少由于不必要切换或错误切换
产生的网络资源低效率使用的问题。
MRO是基于性能指标的反馈来调整切换门限的，
同时自适应调整小区参数以适应该门限。其主要思路
是通过相应的 Uu接口、X2接口信息检测到相关问题，
然后根据问题的分析提供解决方案并进行优化。
MRO 由以下 3个功能模块组成。
a) 切换参数优化监控功能。用于监控切换参数
优化。
b) 切换参数优化策略控制功能。用于设定切换
参数优化策略。
c) 切换参数优化算法。用于调整某些特定的切
换参数。
总之，在LTE系统中，如果子工设置及维护切换参
数，工作量较大，相应的人工成本较高，移动性鲁棒性
优化功能的引人在较大程度上可以节约人工成本，降
低了运营商的运营成本。同时，该功能可以自动发现
切换问题，通过调整某些参数进行切换优化，相比传统
的方法时效性更高，提高了切换优化的效率。
覆盖和容量优化
网络部署和规划的一项重要内容就是根据覆盖与
容量对网络进行优化。传统的方式是通过定点拨测和
路测来发现问题，并使用相应的规划工具查找解决方
案。掉话率用于指示非良好覆盖的区域，流量统汁可
以辨识容量问题。
覆盖与容量的自优化可以大大减少人工工作量，
降低 OPEX，改善用户 QoEo 在 LTE SON 中， CCO 的主
要目的是通过eNB 的测量和UE 的报告，自动发现并优
化覆盖与容量问题，从而减少人为的干预和反馈延时。
在 LTE SON 中，覆盖与容量优化的的主要应用场
景包括覆盖空洞、弱覆盖、过覆盖、导频污染、上下行信
道覆盖不匹配问题等;其目的是通过 eNB 的测量和UE
的报告，自动发现并优化覆盖与容量问题，有效地减少
人为的干预和反馈延时。
CCO主要由以r2个功能组成。
a) CCO监测功能。用于监测覆盖与容量优化。
b)CCO策略控制功能。用于配置覆盖与容量优
化策略。
邮电设计技术/2012/12 111
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目前CCO 的标准化工作进展缓慢，主要面临如下
困难和挑战。
a) 终端定位的瓶颈，空洞的位置元法精确定位。
b) 对覆盖问题的优化通常需要调整发射功率、调
整天线下倾角/方位角或加站来解决，这些措施会带来
干扰问题、切换问题、邻区重设置和容量问题。
c) 覆盖与容量如何平衡。为了解决上述困难和
挑战，可利用 MDT 中的位置信息进行空洞位置定位、
结合兰维地图区分阴影和不连续覆盖空洞。
4 SON 的部署策略
通过对各主流设备商支撑情况的调研，得出了
SON 功能的产业支持情况及具备部署条件的时间点
(见图1)。根据运营商的网络演进策略， SON 功能的
部署策略需要结合运营商计划部署LTE 网络的时间点
来进行统一考虑。
SON功能的部署可以采用分步部署的策略。从图
l 可以看出，基站自配置、自动 PCI 配置、系统内 ANR
功能是最早被标准化的关键技术，在 2012年第一季度
各大厂家都已支持上述技术，而且在LTE 网络建设的
初期需要大规模地建设大量 eNB ，上述 3个功能可以
有助于实现快速部署和有效组网。因此，建议在LTE
网络建设初期优先部署基站自配置、自动 PCI配置和
系统内 ANR功能。在 LTE 网络步人相对成熟阶段，随
着 SON 功能的产业不断完善，可以考虑部署异系统
ANR 以及系统内 MRO 、MLB。在 LTE 网络发展较为成
2012年 2012年 2013年 2013年
第 l 季度 第4季度 第 2季度 第4季度
SON功能产业支持情况及具备部署条件的时间点
J,U,'j
l'II'~(，，!r
i' 1 ，，!J 1 吨 :1
P~l ',"{
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基站
自配置
配自动置 PCI
I区nt添ra-加LT/删E守除E
飞llW
Inter-RAT除邻
区添加/删
IW
RO
\1LB Intra-LTE激 门川M吉态er-MRLABT 活态 MLB
Intra-LTE Inter-RAT
MRO MRO
cco
覆优盖化容量
图 1 SON功能产业支持情况及具备部署条件的时间点
12 1 2阳12/DTPT
激
熟时， LTE 网络用户量逐步增加，系统内负载较重，系
统间的切换大量增加，可适当考虑部署系统间 MRO和
MLB ，同时采用 RO和 CCO进一步完善LTE 系统功能。
5 结束语
减少网络运营的投入和复杂度是E-UTRAN 自组
织网络(SON) 的主要驱动力，尤其是在多厂商网络环
境下提高系统的运营能力。 SON实现了无线网络的自
配置、自优化、自愈合，减少了人工参与，最小化运营成
本，提高了网络质量，从而改善了用户体验。 SON实现
方面的难点在于如何应对无线网络结构的复杂性及无
线环境的多变性，对网络结构和无线环境进行小的改
变都可能引起SON 的大量操作，从而引人对网络的稳
定性的影响。 SON应用中还有另外一个不可忽视的问
题，即不同厂家设备之间的互通。因此，SON各关键技
术后续还需要在接口的标准化、关键参数的统一方面
进行进一步的规范和统一O
参考文献:
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飞'
作者简介:
孙乐，毕业于北京交通大学，助理王
程师，硕士，主要研究方向为犯、
L四、LTιAdvan倒无线通信标准、
新技术研究与测试;张丽，毕业于华
~t水利水电学院，调度王程师，学士。
