TD-SCDMA与GSM异系统间切换机制优化

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付费下载自CNKI论文期刊网。发表于《电信工程技术与标准化》 2012年08期。

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【作者】张阳  郭宝  

【摘要】：TD-SCDMA系统在商用初期由于频段、投资、建设等原因无法做到完全的连续覆盖,因此需要覆盖较好的GSM网络进行必要的广域业务承载,TD-SCDMA与GSM异系统间的切换机制是决定着用户无缝感知的基础,本文通过对异系统切换的基本原因进行梳理与分析,提出基于现网的TD-SCDMA与GSM异系统间切换优化方案。

【作者单位】： 中国移动通信集团公司; 中国移动通信集团山西有限公司太原分公司;

【关键词】： TD-SCDMA GSM 异系统 切换

切换是蜂窝系统中所独有的功能和关键特征，同时也是一个重要的无线资源管理过程[1]。TD-SCDMA在建网初期为了保证业务的连续体验以及用户的无缝感知需要通过异系统间切换使业务承载在覆盖较好的GSM网络上。因此，为了确保用户体验、提升网络质量，需要对异系统间的切换机制予以重点关注并进行相应的优化。

1 TD-SCDMA与GSM异系统切换基本原理分析

根据切换的控制方式，切换可分为网络控制切换(NCHO)、移动设备控制切换（MCHO）、移动设备辅助切换（MAHO）和网络辅助切换(NAHO)。网络控制切换方式是指网络周期地测量上行链路功率、当信号电平降到一定的门限以下时网络开始执行切换过程。其主要优点是降低了信令负载和移动终端复杂度，但却带有切换判决可靠性低的缺点。移动设备控制切换方式是指移动设备测量下行链路的信号电平，也测量所有相邻小区的信号强度。根据此测量信息，移动设备执行切换判决选择最好小区进行驻留。其主要优点是可以快速地进行切换，减少切换延时，但是网络侧却无法进行控制，切换的可靠性被削弱。移动设备辅助切换方式是指网络和移动设备都对无线链路参数（上行链路和下行链路）进行测量，网络根据上下行链路的测量结果进行切换判决。该种切换策略相对MCHO而言由于切换执行由网络侧控制，可靠性较高，但信令开销较高，设备复杂性也较高。网络辅助切换方式是指由移动设备进行切换判决，此判决基于上下行链路的信号测量，而网络通知移动设备上行信号测量结果，切换执行由移动设备在网络辅助下发起。相较MCHO方式，切换更可靠，但是缺乏了网络参与切换的可控性[1]。

TD-SCDMA与GSM之间的异系统切换属于移动设备辅助切换类型。主要指导思想是切换的测量和处理等功能分散到各个移动设备中，即由移动台来测量本小区和异系统邻区的信号强度，把测量结果报告给RNC进行分析和处理，从而作出有关切换的决策[2]。目前，现网大部分实现是基于TD-SCDMA下行主公共导频信道（PCCPCH）电平（RSCP）来进行切换，此切换过程是每个子帧的TS0时隙下对公共信道信号的测量，不涉及业务时隙下针对UE业务信道情况的测量。由于TD-SCDMA的时隙特性，基于公共控制信道的测量切换不一定能精准反应业务信道的实际情况，因此有必要引入对业务信道信号质量的测量来提升切换可靠性。异系统切换过程分为信号强度测量以及切换的决策和执行两个步骤，具体涉及到的重要切换参数有TusedCS、TotherCS、TusedPS、TotherPS、Hysteresis、TimeToTrigger，其中较关键的两个参数为TusedCS、TusedPS，分别为CS、PS业务的在异系统切换测量过程对本系统（TD-SCDMA）的PCCPCH起测门限。具体参数说明如表1所示。

(1)信号强度测量：移动设备不断地测量TD-SCDMA本小区和周围GSM邻小区的广播信道的信号强度，当移动设备发现PCCPCH信号电平变弱，低于本系统切换（CS、PS）起测门限时且周围GSM小区的Rxlev信号电平高于异系统切换起测门限时，则触发切换实时测量过程；

(2)切换的决策和执行：移动设备在实时测量阶段如果始终满足3a事件切换触发迟滞（Hysteresis）与3a事件切换触发时延，则上报切换请求，RNC根据测量报告和请求，进行切换的决策和执行。

2 TD-SCDMA与GSM异系统切换信令流程

2.1 语音域TD-SCDMA向GSM异系统切换信令流程

当TD-SCDMA无线信号强度变弱不满足通信基本要求时，为了保证用户通话质量，触发由TD-SCDMA向2G的系统间切换。CS域系统间切换成功率指标对于网规网优有重要的参考价值，也是用户直接感受的性能指标。表征了无线子系统间CS域硬切换（TD-SCDMA→GSM）的稳定性和可靠性，也反映了一定的3G/2G间无线覆盖情况。系统间切换用于改变CELL-DCH状态下UE的接入系统，既有UE发起，又有网络侧发起，可以分为系统间CS域切换成功率和系统间PS域切换成功率。CS域系统间切换信令流程如图1所示。

图1CS域系统间切换信令流程图

2.2 数据域TD-SCDMA向GSM异系统切换信令流程

系统间PS域切换（TD-SCDMA->GPRS，UTRAN发起）反映了TD-SCDMA系统与GPRS系统之间切换的成功情况，对于网规网优有重要的参考价值。也是用户直接感受的性能指标。

系统间PS域切换既可以UE发起，也可以网络侧发起。网络侧发起的PS域切出涉及Uu口PS域切出过程和Iu口上下文信息获取过程，其中Uu口PS域切出过程对应消息CELL CHANGE ORDER FROM UTRAN。UE发起的PS域切出，由UE小区重选过程触发，在Uu口没有对应消息，只在Iu口有上下文信息获取过程。PS域系统间切换信令流程如图2所示。

2.3 TD-SCDMA/GSM无线网融合技术Iur-g

目前采用Iur-g技术作为TD-SCDMA/GSM无线网融合解决方案，目的是能够达到GSM900/DCS1800融合后的切换性能目标。Iur-g融合方案一方面可以明显缩短切换时延，另一方面TD-SCDMA网络可以基于GSM网络负荷选择最合适的GSM目标小区进行切换。该技术在不改变网络规划，不修改CN和终端目前实现（只需RNC/BSC软件升级）的前提下，缩短了TD-SCDMA/GSM切换时延，提升了TD-SCDMA/GSM切换成功率，基本达到GSM900/DCS1800融合后的切换性能目标。

图3Iur-g工作原理示意图

打通Iur-g接口，RNC通过Iur-g接口对BSC以及BSC下各个小区进行监控，监测这些小区的容量和负荷等信息，在RNC的负荷控制和系统间切换算法中增加考虑2G小区的容量和负荷信息。RNC要主动发起各个相邻BSC的小区信息交互和公共测量流程，及时把这些小区的相关信息提供给算法进行决策，RNC管理来自对端网元BSC的公共测量和信息交互请求，按照要求把RNC管理的3G小区的容量和负荷正确地提供给BSC。同时，RNC还必须对主备倒换和异常交互做出合理保护，保证Iur-g接口信息交互的稳健性和正确性。

在Iur-g功能开启时，RNC可以通过公共测量流程周期性（目前周期配置为1s）获取GSM邻区的负荷情况，从而可以在UE测量报告上报的各个信号质量较好的GSM邻区中选择负荷较轻的邻区作为目标小区，降低了系统间切换准备过程的失败概率。

此流程图中，Iur-g口资源准备（从Radio Resource Prepare到Radio Resource Prepare Ready）时延20ms，Iu口重定位准备（从Relocation Required 到Relocation Command）时延290ms，空口切换执行（从Relocation Required到Iu Release Command）时延590ms，完整的系统间切换整体时延610ms。

切换总体时延减少大约390ms，约减少了39%的整体时延。如果在快衰落场景，当终端上报测量报告后，网络侧虽然已经下发了handover From UTRAN Command_GSM命令，但由于下行链路质量急剧变差，终端没有收到切换执行命令，从而终端上报无线链路失败引起的小区更新，最终导致掉话。开启Iur-g功能可以显著改善此问题。

3 TD-SCDMA与GSM异系统切换优化

3.1 TD-SCDMA/GSM侧基站状态、参数检查

TD-SCDMA侧需要检查基站状态，配置GSM邻区参数需检查：MCC（移动国家码）、MNC（移动网络码）、LAC（位置区码）、CI（小区号）、NCC（网络色码）、BCC（基站色码）、BCCH（广播控制频点）、RAC（路由区码）。

2G侧小区检查主要内容为检查GSM小区运行状态，是否存在告警、拥塞、干扰等影响接入和切换的因素。2G侧配置TD-SCDMA邻区参数需检查的前面几项与TD-SCDMA类似，增加了SAC（服务区码）、UARFCN（主频点）、CPI（扰码）。核心网侧参数需检查：3G核心网添加2G信息：TD-SCDMAServer添加BSCID、LAC；SGSN添加涉及2G/3G互操作的2GBSC信息：SGSN添加RNC ID至BSCID、LAC的映射。

3.2 TD-SCDMA/GSM邻区合理性优化

TD-SCDMA基站规划建设完成后，由于小区天线方位角和下倾角等工程参数都有待调整，调整完成后实际覆盖范围与规划会有差距，规划的2G邻区可能并发最优2G邻区，导致规划的2G/3G邻区可能并非最优的，另外，无线环境的变化也会导致配置的邻区变得不合理，所以需要在日常优化中，对于2G/3G邻区的合理性进行不断完善。

通过准确的2G/3G工程参数（经纬度、方位角），从地理位置上完善邻区关系；深入居民区、楼宇内部等TD-SCDMA弱场区域实地测试，添加TD-SCDMA弱场位置测量到的GSM最佳小区为邻区。

3.3 TD-SCDMA/GSM参数合理性优化

（1）所有互操作参数均使用基于覆盖的互操作算法实现；

（2）不同场景下空闲态互操作门限设置有所差异，主要是在保证用户尽量驻留TD-SCDMA网络的同时，避免弱场对业务接入的影响，保证用户业务连续性，避免对用户感知造成较大影响；

（3）CS业务对用户感知影响比较明显，必须优先保证业务的连续性，不同覆盖场景下的本系统切换门限比PS业务本系统门限高4dB左右，异系统切换门限则保持不变，在小区精细优化时进行适当调整；

（4）HS业务尽量保持在TD-SCDMA网络，与GSM网络相比，TD-SCDMA网络在较低的电平下可以得到更高的数据速率，且用户对HS业务的感知没有CS业务明显，故HS业务本系统切换门限设置值尽量低，保持HS业务的异系统切换门限不变，在小区精细优化时进行适当调整；

（5）R4业务在TD-SCDMA信号较弱的情况下，业务速率与GPRS或EDGE业务速率相差不明显，R4业务发生2G/3G互操作后对用户感知的影响相对较小。因此，为确保用户不掉线，R4业务的2G/3G互操作本系统门限设置高于HS业务本系统门限，异系统门限设置低于HS业务异系统门限且保持不变，在小区精细优化时进行适当调整。

通过不断对周边Top小区和突发的指标差的小区进行测试和调整，根据工参和现场测试工作调整和完善邻区关系，系统间切换成功率趋于稳定并且持续提高。

参考文献
[1] http://www.srrc.org.cn.
[2] 3GPP TS 36.211 V8.8.0 Evolved Univerisal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical Channels and Modulation(Release 8)[3] 3GPP TS36.423 V9.0.0, Evolved Universal Terrestrial Radio Acess Network(E-UTRAN);X2 Application Protocol(X2AP)[S].
[4] SM Alamouti. Asimple transmitter diversity scheme for wireless communication[J]. IEEE J. Select. Areas Commun, 1998,16
[5] 3GPP R3-061850. T-Mobile, KPN, Self Configuration & Self Optimization  Use Cases. 3GPP TSG RAN WG3Meeting #54[S].
[6] 3GPP TR 23.830 V9.0.0. Architecture aspects of Home Node B