TD-LTE/TD-SCDMA/GGE多模終端異系統(tǒng)重選技術(shù)的研究

彭 濤

(重慶郵電大學(xué)，通信與信息工程學(xué)院，重慶400065)

TD-LTE是以中國(guó)為主導(dǎo)、國(guó)際產(chǎn)業(yè)界共同推動(dòng)的第四代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，2012年1月18日，4G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)獲國(guó)際電聯(lián)無(wú)線(xiàn)通信全會(huì)審議通過(guò)，正式確定為L(zhǎng)TE-Advanced和WirelessMAN-Advanced(IEEE 802.16m)，這也為T(mén)D-LTE產(chǎn)業(yè)取得了實(shí)現(xiàn)國(guó)際化的重要標(biāo)準(zhǔn)。在國(guó)內(nèi)，TD-LTE規(guī)模試驗(yàn)第二階段試驗(yàn)主要針對(duì)基于3GPP R9標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)設(shè)備和包含TD-SCDMA在內(nèi)的多模終端開(kāi)展測(cè)試，重點(diǎn)驗(yàn)證多模終端，多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作的效果。由此可見(jiàn)TD-LTE多模終端將成為主流，也是我國(guó)未來(lái)下一代無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的主要呈現(xiàn)方式。

然而，TD-LTE多模終端系統(tǒng)間的互操作對(duì)于多模終端的性能有著關(guān)鍵性的作用，多模互操作主要的表現(xiàn)為系統(tǒng)間的小區(qū)重選，小區(qū)重選不僅是終端重要的移動(dòng)性功能，也是實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)互相兼容的重要方法。本文主要針對(duì)TD-LTE多模終端的跨系統(tǒng)的小區(qū)重選技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)研究，根據(jù)重選準(zhǔn)則等來(lái)決定是否發(fā)起異系統(tǒng)的小區(qū)重選過(guò)程，針對(duì)不同的小區(qū)重選具體流程來(lái)描述其處理過(guò)程。

1 小區(qū)重選場(chǎng)景

小區(qū)重選分為系統(tǒng)內(nèi)重選和跨系統(tǒng)(int-RAT)重選。所謂的系統(tǒng)內(nèi)重選是指在一種無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)(TD-LTETD-SCDMAGSM)內(nèi)同頻或異頻小區(qū)間的重選。而系統(tǒng)間的重選是指多種無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)(TD-LTE和TD-SCDMAGSM等)間不同小區(qū)的重選。不同的系統(tǒng)中遵循的重選準(zhǔn)則不同，比如在TD-SCDMA系統(tǒng)下遵循TD-SCDMA的重選規(guī)律，在TD-LTE系統(tǒng)下則依據(jù)TD-LTE重選規(guī)律。

無(wú)線(xiàn)終端駐留到合適的小區(qū)，停留時(shí)間超過(guò)1 s后，就可以進(jìn)行小區(qū)重選的過(guò)程。小區(qū)重選的最高宗旨就是最大程度地保證空閑模式下的終端駐留在合適的小區(qū)，即信號(hào)最好且優(yōu)先級(jí)最高的小區(qū)。根據(jù)服務(wù)小區(qū)是否可用，將空閑模式的小區(qū)重選場(chǎng)景分為以下兩種情況［1-2］:

1)更好的小區(qū)觸發(fā)。在空閑模式下，通過(guò)對(duì)服務(wù)小區(qū)和鄰小區(qū)的周期性測(cè)量，發(fā)現(xiàn)比服務(wù)小區(qū)更好的小區(qū)，則開(kāi)啟重選定時(shí)器對(duì)更好的小區(qū)進(jìn)行監(jiān)控，如果更好的小區(qū)在定時(shí)器超時(shí)之前一直好于服務(wù)小區(qū)，則觸發(fā)重選。由于此種場(chǎng)景下服務(wù)小區(qū)仍然可用，因此開(kāi)啟定時(shí)器來(lái)評(píng)估鄰小區(qū)，可以更好地保證重選到一個(gè)好的小區(qū)。

2)時(shí)間觸發(fā)。一種是服務(wù)小區(qū)S值連續(xù)Nserv個(gè)DRX周期絕不滿(mǎn)足小區(qū)選擇S標(biāo)準(zhǔn)(DRX與Nserv關(guān)系如表1所示)，另外一種是通過(guò)讀取系統(tǒng)消息得知小區(qū)被禁止不能繼續(xù)駐留。這兩種情況下，服務(wù)小區(qū)都不可用，終端都會(huì)立即觸發(fā)重選，盡快尋找一個(gè)好的小區(qū)駐留下來(lái)。

表1 DRX與Nserv的關(guān)系

2 重選準(zhǔn)則及流程

2.1 LTE重選準(zhǔn)則

重選是為了選擇一個(gè)更好的小區(qū)，而更好的小區(qū)在協(xié)議上是有精確的定義的。對(duì)于LTE同頻小區(qū)及相等優(yōu)先級(jí)異頻小區(qū)、高優(yōu)先級(jí)及低優(yōu)先級(jí)小區(qū)分別有不同的重選準(zhǔn)則。

同頻及等優(yōu)先級(jí)異頻的重選R準(zhǔn)則:Rs=Qmeas，s+QHyst和Rn=Qmeas，n-Qoffset。其參數(shù)含義如表2所示。

表2 重選R準(zhǔn)則的參數(shù)說(shuō)明

高優(yōu)先級(jí)小區(qū)需要滿(mǎn)足以下條件的重選準(zhǔn)則:1)小區(qū)S值滿(mǎn)足Snonservingcell，x＞Threshx，high;2)在服務(wù)小區(qū)至少駐留1 s。其中，Snonservingcell，x是指高優(yōu)先級(jí)異頻小區(qū)的S值，Threshx，high指高優(yōu)先級(jí)小區(qū)重選門(mén)限值。

對(duì)于低優(yōu)先級(jí)異頻小區(qū)重選準(zhǔn)則如下:1)高優(yōu)先級(jí)異頻小區(qū)不滿(mǎn)足上述標(biāo)準(zhǔn);2)同頻和等優(yōu)先級(jí)異頻小區(qū)不滿(mǎn)足重選R準(zhǔn)則;3)低優(yōu)先級(jí)小區(qū)的S值Sservingcell＜ThreshServing，Low;4)低優(yōu)先級(jí)小區(qū)的S值Snonservingcell，x＞Threshx，Low;5)至少在服務(wù)小區(qū)駐留1 s。其 中，ThreshServing，Low是指低優(yōu)先級(jí)小區(qū)重選時(shí)，服務(wù)小區(qū)需要滿(mǎn)足的重選門(mén)限值，Threshx，Low是指低優(yōu)先級(jí)小區(qū)重選門(mén)限值［3］。

2.2 系統(tǒng)間的重選準(zhǔn)則及流程

不同模式下的異系統(tǒng)間的小區(qū)重選比只在一個(gè)模式下系統(tǒng)內(nèi)的小區(qū)重選復(fù)雜得多，不但要對(duì)本系統(tǒng)內(nèi)的服務(wù)小區(qū)和鄰小區(qū)進(jìn)行測(cè)量，又要對(duì)其他系統(tǒng)下的鄰小區(qū)進(jìn)行測(cè)量，需要對(duì)不同模式的鄰小區(qū)有不同的鄰小區(qū)列表，并按優(yōu)先級(jí)的順序進(jìn)行排列。

當(dāng)終端成功駐留一個(gè)小區(qū)后，就應(yīng)該對(duì)服務(wù)小區(qū)和鄰小區(qū)進(jìn)行周期性測(cè)量。對(duì)于多個(gè)系統(tǒng)下的小區(qū)重選，需要將其他系統(tǒng)的小區(qū)配置成當(dāng)前系統(tǒng)的鄰小區(qū)，之后終端通過(guò)對(duì)本系統(tǒng)的服務(wù)小區(qū)、鄰小區(qū)以及其他系統(tǒng)的鄰小區(qū)進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)測(cè)量結(jié)果的上報(bào)來(lái)觸發(fā)小區(qū)重選的過(guò)程［4］。對(duì)于在系統(tǒng)間的小區(qū)重選，不同系統(tǒng)小區(qū)重選的準(zhǔn)則也有所不同。

2.2.1 TD-LTE與GGE的重選準(zhǔn)則

TD-LTE與GGE的重選準(zhǔn)則如下:

1)TD-LTE到GGE小區(qū)重選準(zhǔn)則。由于SIB7中沒(méi)有配置參數(shù)ThreshX-Q，因此，使用服務(wù)小區(qū)的RSRP值進(jìn)行重選評(píng)估。對(duì)于高優(yōu)先級(jí)重選，重選目標(biāo)小區(qū)Srxlev＞Threshx，highp;對(duì)于低優(yōu)先級(jí)重選:服務(wù)小區(qū)Srxlev＜ThreshServing，Lowp，且目標(biāo)小區(qū)Srxlev＞Threshx，Lowp。(其中ThreshServing，Lowp在SIB3中配置，Threshx，highp與Threshx，Lowp來(lái)自SIB7，都是必選項(xiàng))。

2)GGE到TD-LTE小區(qū)重選準(zhǔn)則。在GGE的IDLE MODE/PACKET IDLE MODE/PACKET TRANSFER MODE下，只有基于優(yōu)先級(jí)的GGE到TD-LTE的自動(dòng)重選過(guò)程。如果UE支持TD-LTE(E-UTRAN)，那么UE應(yīng)支持對(duì)所有支持RAT的優(yōu)先級(jí)重選。配置了TD-LTE鄰小區(qū)頻點(diǎn)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)就應(yīng)當(dāng)提供這些頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的優(yōu)先級(jí)信息，只要網(wǎng)絡(luò)提供有效的優(yōu)先級(jí)信息(包含priorty和threshold兩個(gè)參數(shù))，且UE支持優(yōu)先級(jí)重選算法，就是用基于優(yōu)先級(jí)的重選［5］。

基于優(yōu)先級(jí)的重選準(zhǔn)則:按照下面的優(yōu)先順序依次檢查，滿(mǎn)足下列條件之一，就觸發(fā)IRAT重選:1)在T_reslection時(shí)間內(nèi)，存在滿(mǎn)足S_non-serving_XXX＞Thresh_XXX_high的高優(yōu)先級(jí)小區(qū)時(shí)，將滿(mǎn)足上述條件的小區(qū)按優(yōu)先級(jí)降序排列，相同優(yōu)先級(jí)的小區(qū)則按照S_non-serving_XXX從強(qiáng)到弱排序，重選滿(mǎn)足上述條件的第一個(gè)小區(qū)。2)在T_reslection時(shí)間內(nèi)服務(wù)小區(qū)和所有測(cè)量過(guò)的GSM鄰小區(qū)的S_GSM＜Thresh_GSM_low，且存在滿(mǎn)足S_non-serving_XXX＞ Thresh_XXX_low的低優(yōu)先級(jí)小區(qū)時(shí)，將滿(mǎn)足上述條件的小區(qū)按優(yōu)先級(jí)降序排列，相同優(yōu)先級(jí)的小區(qū)按照S_non-serving_XXX從強(qiáng)到弱排序;3)如果上述條件都不滿(mǎn)足，在T_reslection時(shí)間內(nèi)，服務(wù)小區(qū)和所有測(cè)量過(guò)的GSM鄰小區(qū)的S_GSM＜Thresh_GSM_low且存在滿(mǎn)足S_non-serving_XXX＞S_GSM(for the serving cell)+H_PRIO的inter-rat小區(qū)，將這些小區(qū)按S_non-serving_XXX的值降序排列。說(shuō)明對(duì)于UTRAN小區(qū)S_non-serving_XXX=RSCPUTRAN_Qrxlevmin;對(duì)于E-UTRAN小區(qū)S_non-serving_XXX=RSRPE-UTRAN_Qrxlevmin;對(duì)于GSM小區(qū)，S_GSM=C1。

2.2.2 TD-LTE與GGE的重選流程

TD-LTE與GGE的重選流程具體如下:

1)TD-LTE到GGE的重選流程

終端駐留在TD-LTE小區(qū)模式下，根據(jù)異系統(tǒng)測(cè)量要求進(jìn)行異系統(tǒng)的測(cè)量，并且物理層將結(jié)果上報(bào)給LTE的RRC，LTE的RRC將根據(jù)小區(qū)重選準(zhǔn)則進(jìn)行小區(qū)重選判定，如果測(cè)量報(bào)告滿(mǎn)足重選到TD-SCDMA/GGE小區(qū)，則終端發(fā)起如圖1所示的小區(qū)重選流程，否則失敗。

圖1 TD-LTE到GGE的重選成功流程圖

如圖1所示，UE處于空閑模式下并駐留在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)下的小區(qū)，UE在收到小區(qū)重選消息后，ERRC向EMAC發(fā)送EMAC_IRAT_REQ請(qǐng)求，EMAC接收到請(qǐng)求后會(huì)給ERRC返回一個(gè)EMAC_IRAT_CNF原語(yǔ)進(jìn)行確認(rèn)。在ERRC接收到確認(rèn)后，對(duì)MMC發(fā)送重選指示原語(yǔ)ERRC_IRAT_RESEL_START_IND，開(kāi)始進(jìn)入重選到GGE小區(qū)的過(guò)程，ERRC對(duì)GGE模式下的GRR模塊發(fā)送重選請(qǐng)求RR_RESEL_REQ_L，根據(jù)重選準(zhǔn)則進(jìn)行小區(qū)重選，待成功重選到GGE小區(qū)后GRR會(huì)向ERRC模塊發(fā)送確認(rèn)原語(yǔ)RR_RESEL_CNF_L，并對(duì)MMC發(fā)送RR_RAT_CHN_IND指示。最后在ERRC接收到確認(rèn)原語(yǔ)RR_RESEL_CNF_L后，向MMC發(fā)送重選完成指示原語(yǔ)ERRC_IRAT_RESEL_COMPLETE_IND，從TD-LTE到GGE的整個(gè)重選流程成功完成。

2)GGE到TD-LTE的重選流程

UE駐留在GGE小區(qū)模式下，根據(jù)異系統(tǒng)測(cè)量要求進(jìn)行異系統(tǒng)的測(cè)量，并且物理層將結(jié)果進(jìn)行上報(bào)，根據(jù)小區(qū)重選準(zhǔn)則進(jìn)行小區(qū)重選判定，如果測(cè)量報(bào)告滿(mǎn)足重選到TD-LTE小區(qū)。在GGE模式下，重選到TD-LTE小區(qū)時(shí)，GRR與L1G進(jìn)行測(cè)量請(qǐng)求的交互MPH_EUTRAN_MEAS_XXX，然后GRR與RLC和GMM也必須發(fā)生相應(yīng)的SUSPEND原語(yǔ)交互，待L1G收到DEACTIVITE的確認(rèn)原語(yǔ)后，開(kāi)始小區(qū)的重選流程，其過(guò)程與TD-LTE到GGE的重選流程類(lèi)似，如圖2所示。

2.2.3 TD-LTE與TD-SCDMA的重選準(zhǔn)則

TD-LTE與TD-SCDMA的重選準(zhǔn)則如下:

1)TD-LTE到TD-SCDMA的重選。UE只對(duì)配置了重選優(yōu)先級(jí)的小區(qū)進(jìn)行測(cè)量和重選評(píng)估，TD-SCDMA小區(qū)的重選優(yōu)先級(jí)范圍是0～7，0為最低優(yōu)先級(jí)，7為最高優(yōu)先級(jí)(TD-SCDMA小區(qū)的配置在SIB6中廣播)。

圖2 GGE到TD-LTE的重選成功流程圖

重選至高優(yōu)先級(jí)TD-SCDMA小區(qū)準(zhǔn)則:(1)如果網(wǎng)絡(luò)配置了ThreshX-Q，需要滿(mǎn)足目標(biāo)小區(qū)在TreselectionRAT時(shí)間內(nèi)Squal＞ThreshX，highQ;TD-SCDMA小區(qū)也可以計(jì)算Squal，其計(jì)算公式與TD-LTE一致。(2)如果網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有配置ThreshX-Q，需要滿(mǎn)足目標(biāo)小區(qū)在TreselectionRAT時(shí)間內(nèi)Srxlev＞ThreshX，highP。

重選至低優(yōu)先級(jí)TD-SCDMA小區(qū)準(zhǔn)則:(1)如果網(wǎng)絡(luò)配置了ThreshX-Q，需要滿(mǎn)足在TreselectionRAT時(shí)間內(nèi)，服務(wù)小 區(qū)Squal＜Threshserving，lowQ且目標(biāo)小區(qū)Squal＞ThreshX，lowQ;(2)如果網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有配置ThreshX-Q，需要滿(mǎn)足在TreselectionRAT時(shí)間內(nèi)服務(wù)小區(qū)Srxlev＜ Threshserving，lowP且目標(biāo)小區(qū)Srxlev＞ThreshX，lowP。

上述準(zhǔn)則中，對(duì)于SIB6中的ThreshX-Q是否存在的判斷:如果SIB3中配置了Threshserving，lowQ，則網(wǎng)絡(luò)一定配置了ThreshX-Q;Squal=Qqualmeas-Qqualmin-Qqualminoffset;Srxlev=Qrxlevmeas–(Qrxlevmin+Qrxlevminoff)-Pcompensation。

2)TD-SCDMA到TD-LTE的重選分為基于優(yōu)先級(jí)的重選和基于測(cè)量值排序的重選(非優(yōu)先級(jí)重選)，二者都要根據(jù)測(cè)量值進(jìn)行處理，基于測(cè)量值排序的重選準(zhǔn)則沒(méi)有對(duì)小區(qū)指定優(yōu)先級(jí)信息，只根據(jù)鄰小區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行重選判決，優(yōu)先級(jí)重選準(zhǔn)則中在測(cè)量的基礎(chǔ)上還要區(qū)分不同優(yōu)先級(jí)的小區(qū)。對(duì)于沒(méi)有配置完整優(yōu)先級(jí)的信息(priority和threshold)的異頻頻點(diǎn)，不考慮對(duì)其重選，對(duì)于沒(méi)有配置完整的優(yōu)先級(jí)的信息(priority和threshold)的IRAT頻點(diǎn)，不考慮重選［6］。

基于優(yōu)先級(jí)的重選:高優(yōu)先級(jí)小區(qū)Treselection時(shí)間內(nèi)高優(yōu)先級(jí)小區(qū)的SrxlevnonServingCell，x大于Threshx，high;和服務(wù)小區(qū)優(yōu)先級(jí)相同的inter-frequency小區(qū)，Treselection時(shí)間內(nèi)SrxlevServingCell小于Threshserving，low且該inter-frequency小區(qū)SrxlevnonServingCell，x大于Threshx，low;低優(yōu)先級(jí)小區(qū)，Treselection時(shí)間內(nèi)服務(wù)小區(qū)的SrxlevServingCell小于Threshserving，low且低優(yōu)先級(jí)小區(qū)的SrxlevnonServingCell，x大于Threshx，low。

基于信號(hào)排序的重選:對(duì)于同頻小區(qū)、不滿(mǎn)足優(yōu)先級(jí)準(zhǔn)則的inter-frequency小區(qū)和不滿(mǎn)足優(yōu)先級(jí)準(zhǔn)則的inter-rat小區(qū)，則使用基于信號(hào)排序的重選準(zhǔn)則。對(duì)于排好序的小區(qū)R最大者就是最好的小區(qū)，然后根據(jù)重選判決在Treselection時(shí)間內(nèi)滿(mǎn)足better cell條件，觸發(fā)重選。所有排好序的重選候選小區(qū)都必須滿(mǎn)足S＞0的基本條件。對(duì)于inter-frequency或者一個(gè)inter-rat系統(tǒng)，只要有一個(gè)頻點(diǎn)上配置了優(yōu)先級(jí)信息(參數(shù)priority和threshold)，inter-frequency或者一個(gè)inter-rat系統(tǒng)就應(yīng)該使用優(yōu)先級(jí)重選機(jī)制，否則使用基于信號(hào)排序的重選機(jī)制。

TD-LTE與TD-SCDMA之間的重選流程如3圖和圖4所示。

2.2.4 TD-SCDMA與GGE的重選準(zhǔn)則

TD-SCDMA與GGE的重選準(zhǔn)則具體為:

1)TD-SCDMA到GGE的重選。該重選準(zhǔn)則與TDSCDMA到TD-LTE的準(zhǔn)則類(lèi)似，在此不再詳述。

2)GGE到TD-SCDMA的重選。該部分基于優(yōu)先級(jí)的重選準(zhǔn)則與GGE到TD-LTE準(zhǔn)則類(lèi)似，在此不再詳述。而對(duì)于基于信號(hào)排序的重選準(zhǔn)則(僅用于網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有配置RAT優(yōu)先級(jí)的重選):在5 s內(nèi)如果TD-SCDMA小區(qū)的RSCP值大于TDD_Qoffset時(shí)即可觸發(fā)重選。并且在15 s內(nèi)UE執(zhí)行過(guò)重選的話(huà)，TDD_Qoffset應(yīng)加5 dB(重選門(mén)限的補(bǔ)償值)，另外UE從TD-SCDMA重選到GGE后的5 s內(nèi)不能再次執(zhí)行GGE到TD-SCDMA的小區(qū)重選［7］。

TD-SCDMA到GGE的重選流程與本文所述的TDSCDMA到TD-LTE的重選流程類(lèi)似，在此不再做詳細(xì)描述。而對(duì)于GGE到TD-SCDMA的重選流程如圖5所示。

圖5 GGE到TD-SCDMA的重選成功流程圖

3 小結(jié)

本文在LTE高層協(xié)議的基礎(chǔ)上，對(duì)TD-LTE、TD-SCDMA和GGE這3個(gè)模式之間小區(qū)重選進(jìn)行研究，重點(diǎn)研究了不同模式之間的小區(qū)重選的準(zhǔn)則和具體的重選實(shí)現(xiàn)流程，在對(duì)該方案的實(shí)現(xiàn)和測(cè)試后，可以看出它既能夠很好地完成LTE高層協(xié)議所要求的異系統(tǒng)間的重選功能，也可很好地避免終端的乒乓效應(yīng)和冗余重選。

［1］程運(yùn)，李貴勇.LTE終端小區(qū)初搜過(guò)程研究［J］.電視技術(shù)，2011，35(1):77-80.

［2］熊健翔，莫宏波，果敢，等.LTE小區(qū)重選準(zhǔn)則分析與研究［J］.電信網(wǎng)技術(shù)，2009(10):23-26.

［3］張凱，來(lái)志京.TD-LTE和GSM，TD-SCDMA重選準(zhǔn)則差異性研究［J］.電信網(wǎng)技術(shù)，2010(12):17-20.

［4］劉麗利，曹型兵.LTE終端空閑模式下的小區(qū)重選分析［J］.電視技術(shù)，2011，35(01):81-84.

［5］3GPP TS 25.304 V9.5.0，User equipment(UE)procedures in idle mode and procedures for cell reselection in connected mode［S］.2011.

［6］3GPP TS 23.401 V9.10.0，General packet radio service(GPRS)enhancements for evolved universal terrestrial radio access network(E-UTRAN)access［S］.2011.

［7］3GPP TS 36.304 V9.7.0，Evolved universal terrestrial radio access(EUTRA);user equipment(UE)procedures in idle mode［S］.2011.