GSM/TD-SCDMA系統(tǒng)間切換性能提升的探討

楊健

（中國移動通信集團(tuán)設(shè)計院有限公司山東分公司, 濟(jì)南 250001）

GSM和TD-SCDMA（以下簡稱TD）網(wǎng)絡(luò)在一定時期內(nèi)必定是同時存在的，建設(shè)成熟期的GSM網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)覆蓋，但是高話務(wù)區(qū)域其容量存在不足；建設(shè)初期的TD網(wǎng)絡(luò)可以提供多樣化、高速率的業(yè)務(wù)，但它需要一定建設(shè)周期才能達(dá)到連續(xù)覆蓋。為了使GSM/TD網(wǎng)絡(luò)作為一個運營整體為用戶提供服務(wù)，提升用戶感知，合理的GSM/TD互操作是必要的。GSM/TD互操作包括切換和重選兩部分，切換失敗對用戶的影響更大，產(chǎn)生的用戶感知更差。因此，本文重點討論GSM/TD系統(tǒng)間的切換性能。

1 GSM/TD切換的現(xiàn)狀

目前GSM/TD切換的策略如下：

單向切換。只實現(xiàn)TD向GSM的切換，當(dāng)雙模UE駐留在TD網(wǎng)絡(luò)，處于連接狀態(tài)，由GSM/TD共存區(qū)移向純粹GSM覆蓋區(qū)，當(dāng)?shù)竭_(dá)TD邊界時，終端切換至GSM網(wǎng)絡(luò)。

避免過度頻繁的切換。系統(tǒng)間切換比系統(tǒng)內(nèi)切換要復(fù)雜而且對客戶影響更大，必須避免過度頻繁的切換。在兼顧用戶感受的情況下，TD用戶盡可能使用TD網(wǎng)絡(luò)資源。

隨著TD網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的實施，GSM/TD切換成功率不斷提高，但與系統(tǒng)內(nèi)切換成功率相比仍要低很多。隨著TD用戶規(guī)模的不斷擴(kuò)大，GSM/TD系統(tǒng)間切換將更加頻繁，切換失敗對客戶的影響將更大。目前，GSM/TD切換的主要問題是切換時間長、切換失敗次數(shù)多、乒乓切換等。

2 影響GSM/TD切換性能的因素分析

鄰區(qū)配置問題、覆蓋問題、切換參數(shù)設(shè)置不合理和干擾都會導(dǎo)致切換失敗或切換時間過長，影響切換性能。

鄰區(qū)配置問題主要包括鄰區(qū)過多、鄰區(qū)漏配、鄰區(qū)擁塞和鄰區(qū)參數(shù)錯誤。鄰區(qū)過多指TD小區(qū)的鄰區(qū)配置超過25個，導(dǎo)致UE掃描時間過長，不能及時切換。鄰區(qū)漏配一般指TD小區(qū)沒有配置GSM鄰區(qū)，導(dǎo)致UE沒有測量GSM鄰區(qū)電平，無法觸發(fā)測量報告，無法實現(xiàn)系統(tǒng)間切換，進(jìn)而導(dǎo)致掉話。鄰區(qū)擁塞是指RNC判決切換條件滿足，分配資源時發(fā)現(xiàn)GSM目標(biāo)小區(qū)信道擁塞或無空閑信道可分配，導(dǎo)致切換到目標(biāo)小區(qū)失敗。鄰區(qū)參數(shù)設(shè)置不合理主要表現(xiàn)在當(dāng)GSM網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中對參數(shù)進(jìn)行調(diào)整后，沒有及時通知TD網(wǎng)絡(luò)更新相應(yīng)的參數(shù)，導(dǎo)致大量的切換嘗試失敗，影響網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)。

圖1給出了UE在使用CS業(yè)務(wù)時從TD向GSM切換失敗的信令過程，可以看出失敗原因是“Relocation Preparation Failure”，即切換前的重定位準(zhǔn)備失敗。重定位的過程需要RNC向MSC、BSC發(fā)出切換準(zhǔn)備請求，如果目標(biāo)小區(qū)有足夠的資源，會對切換請求進(jìn)行應(yīng)答，那么切換準(zhǔn)備工作完成，重定位完成。通過分析，發(fā)現(xiàn)鄰區(qū)擁塞或鄰區(qū)參數(shù)錯誤都會導(dǎo)致重定位準(zhǔn)備失敗。

弱覆蓋、越區(qū)覆蓋和無主覆蓋都會導(dǎo)致TD向GSM的切換失敗。在TD信號較弱且GSM信號也較弱的情況，一般不建議UE從TD網(wǎng)絡(luò)向GSM網(wǎng)絡(luò)切換，因為即使允許UE向GSM切換，也會由于GSM信號較弱導(dǎo)致切換失敗，影響用戶感知。在環(huán)境比較復(fù)雜時，較近小區(qū)的信號由于阻擋產(chǎn)生一定損耗，而其他小區(qū)可能會從建筑物夾縫中透漏出來，形成較強(qiáng)的越區(qū)孤島。TD小區(qū)存在越區(qū)覆蓋時，雖然TD小區(qū)配置了GSM鄰區(qū)，但由于UE測量的鄰區(qū)距離較遠(yuǎn)，鄰區(qū)信號太弱無法滿足上報測量報告條件，而周邊小區(qū)由于不屬于鄰區(qū)所以UE不會測量，從而出現(xiàn)TD服務(wù)小區(qū)信號過低導(dǎo)致掉話。當(dāng)某一區(qū)域有多個小區(qū)對其覆蓋，且各信號強(qiáng)度相差在6dB以內(nèi)，在這種情況下，UE會頻繁切換或重選，從而導(dǎo)致掉話。

切換參數(shù)主要涉及電平門限、切換觸發(fā)遲滯和切換觸發(fā)時延。切換參數(shù)設(shè)置不合理會導(dǎo)致切換過早或過晚。切換太早，會增加信令負(fù)荷，浪費資源。切換太晚，UE可能還沒切換出去原小區(qū)就已無法進(jìn)行通信而掉話。原小區(qū)電平門限設(shè)置過高，會導(dǎo)致大量的測量報告，浪費網(wǎng)絡(luò)資源；設(shè)置過低，會導(dǎo)致測量過晚，來不及切換就掉話。切換觸發(fā)遲滯設(shè)置越高，越易切換。切換觸發(fā)時延設(shè)置過大，容易導(dǎo)致切換失??；設(shè)置過小，可能會引起乒乓切換。

圖1 UE在使用CS業(yè)務(wù)時從TD向GSM切換失敗的信令過程

在TD向GSM切換時，GSM系統(tǒng)的干擾也會引起上行同步失敗而導(dǎo)致切換失敗，影響切換性能。GSM系統(tǒng)的干擾主要由4個部分組成：首先，GSM系統(tǒng)的網(wǎng)內(nèi)干擾，它是由于GSM系統(tǒng)頻率規(guī)劃不當(dāng)或頻率復(fù)用過于緊密而引起的同頻干擾或鄰頻干擾；其次，早期直放站的大量使用，非常容易對附近的基站形成干擾；另外，雷達(dá)站、模擬基站以及其他同頻段通信設(shè)備也會對GSM系統(tǒng)產(chǎn)生干擾；最后，無線基站的硬件TRX、CDU或分路器故障也會產(chǎn)生干擾。GSM系統(tǒng)的干擾嚴(yán)重影響GSM/TD的切換性能。

圖2給出了一個切換失敗的信令流程，失敗原因是“Physical Channel Failure”。我們知道，重定位準(zhǔn)備完成后，UE接到核心網(wǎng)下發(fā)的“Handover From UTRAN”,UE與目標(biāo)小區(qū)進(jìn)行上行同步。圖2給出的示例即是上行同步失敗的情況。通過分析發(fā)現(xiàn)，切換參數(shù)設(shè)置不合理，測量報告上報太晚，以及GSM系統(tǒng)內(nèi)干擾都會導(dǎo)致上行同步失敗。

圖2 給出了一個切換失敗的信令流程

3 2G/TD切換性能提升的措施

影響GSM/TD切換性能的因素有很多，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化力度的加大可以有效的改善切換性能。另外，MSC Pool、GSM/TD共LAC+精確尋呼、Iur-g+等新技術(shù)也會改善GSM/TD的切換性能。

3.1 加大網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化力度，改善切換性能

合理配置鄰區(qū)。在鄰區(qū)配置方面，TD小區(qū)配置GSM鄰區(qū)不宜過多，一般建議不超過6個。與TD小區(qū)同站址的GSM小區(qū)設(shè)為鄰區(qū)；其周圍第一層GSM鄰區(qū)，優(yōu)先配置正對小區(qū)為鄰區(qū)；第一層以外只配置TD小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)信號很強(qiáng)的GSM小區(qū)為鄰區(qū)；對于DCS1800小區(qū)，只配置同站點的小區(qū)為鄰區(qū)。

改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋。良好的TD覆蓋是降低系統(tǒng)間切換頻率的前提，良好的GSM覆蓋是系統(tǒng)間切換成功的前提。在TD覆蓋弱區(qū)，若GSM信號強(qiáng)度也較差，不建議進(jìn)行系統(tǒng)間切換。對于TD越區(qū)覆蓋、無主覆蓋等覆蓋問題，建議加大網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化力度，改善TD覆蓋質(zhì)量。

合理設(shè)置切換參數(shù)。合理的切換參數(shù)有助于縮短切換時延，提高切換成功率，改善切換性能。建議分場景對切換參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)不同場景的需要，對切換參數(shù)進(jìn)行特殊設(shè)置。

圖3 MSC Pool組網(wǎng)模式

圖4 2G/TD共LAC區(qū)域劃分

消除干擾。為了避免GSM系統(tǒng)的干擾對GSM/TD切換的影響，要求GSM同基站內(nèi)不允許存在同頻頻點，距離較近的基站應(yīng)盡量避免同頻相對或斜對。重點關(guān)注同頻復(fù)用，避免在鄰近區(qū)域存在同BCCH同BSIC的情況。

3.2 引入新技術(shù)，改善切換性能

3.2.1 MSC Pool技術(shù)

MSC Pool技術(shù)引入了“池區(qū)”（Pool Area）的概念，多個核心網(wǎng)節(jié)點組成一個區(qū)域池。如圖3所示，與傳統(tǒng)的RNC/BSC與MSC一對一的控制關(guān)系不同，在MSC Pool內(nèi)的每個RNC/BSC都可以受控于池內(nèi)所有的MSC節(jié)點，每個MSC節(jié)點都同等地服務(wù)池區(qū)內(nèi)所有RNC/BSC覆蓋的區(qū)域。當(dāng)用戶在Pool區(qū)域漫游時不用改變歸屬的MSC，即不存在局間位置更新和局間切換。MSC Pool技術(shù)減少了局間位置更新次數(shù)，改善了GSM/TD切換性能。

3.2.2 共LAC+精確尋呼技術(shù)

異LAC時，UE完成從TD向GSM的切換后，需要進(jìn)行位置更新。而共LAC技術(shù)可以解決目標(biāo)區(qū)域內(nèi)頻繁的GSM/TD切換帶來的位置更新問題，縮短切換時延。由于TD網(wǎng)絡(luò)的LAC區(qū)較大，在共LAC組網(wǎng)時，有兩種劃分方式，一種是不分割TD的LAC區(qū)，一種分割TD的LAC區(qū)，如圖4所示。共LAC技術(shù)解決了GSM/TD切換后的位置更新，但尋呼消息在GSM和TD側(cè)都要下發(fā)，增加了空口壓力。精確尋呼技術(shù)可以從源頭消除共LAC后的無效尋呼，可以分為基于UE的精確尋呼和基于接入技術(shù)的精確尋呼。圖5給出了基于UE的精確尋呼技術(shù)，UE在位置更新消息中上報Classmark1，以及在核心網(wǎng)要求時上報Classmark3；核心網(wǎng)判斷共LAC區(qū)UE上報的Classmark，并記錄終端類型，不判斷非共LAC區(qū)上報的Classmark；尋呼時，首先判斷終端類型，若存在記錄，對于純GSM終端在共LAC區(qū)BSC側(cè)下發(fā)，對于純TD終端在共LAC區(qū)RNC側(cè)下發(fā)，對于TD/GSM雙模終端在共LAC區(qū)的BSC/RNC均尋呼；若不記錄，則說明為非共LAC區(qū)，按照原有正常尋呼流程尋呼。

圖5 基于UE的精確尋呼技術(shù)

基于接入技術(shù)的精確尋呼技術(shù)通過核心網(wǎng)記錄終端最近一次接入類型，并在尋呼時根據(jù)該接入類型進(jìn)行精確尋呼，以有效的降低共LAC區(qū)內(nèi)的無效尋呼。

共LAC+精確尋呼技術(shù)在不增加空口壓力的情況下，可以有效的縮短切換時延，改善2G/TD切換性能。

3.2.3 Iur-g+技術(shù)

如圖6所示，引入Iur-g+接口后，由RNC與BSC直接交互，實時交換鄰區(qū)的負(fù)荷信息，傳遞鄰區(qū)配置變更信息，實現(xiàn)TD與GSM網(wǎng)絡(luò)鄰區(qū)信息的自動更新，避免由于鄰區(qū)擁塞、鄰區(qū)信息變更導(dǎo)致的切換失敗。另外，Iur-g+接口新增無線資源預(yù)留流程，提前完成原本需要核心網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)的資源預(yù)留，可以較大程度地減小TD到GSM系統(tǒng)的切換時延。

圖6 引入Iur-g+技術(shù)后的網(wǎng)絡(luò)框架及切換信令流程

4 小結(jié)

目前GSM/TD切換存在切換時延長、切換成功率低等問題，與系統(tǒng)內(nèi)切換性能相比還有一定差距。隨著TD用戶的不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)間切換必將更加頻繁，不好的切換性能將給用戶帶來較差的感知。在TD網(wǎng)絡(luò)大力建設(shè)的同時，應(yīng)更加重視網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，加大網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化力度；另外要積極引入新技術(shù)，以改善GSM/TD的切換性能。