TD-SCDMA与GSM系统间互操作研究方案

TD-SCDMA与GSM系统间互操作研究方案随着4月1日TD-SCDMA社会化业务测试及试商用的启动，TD-SCDMA进入了商用前的最后阶段，摆在运营商和设备商面前的现实问题就是：未来TD-SCDMA网络与GSM网络的关系，TD-SCDMA与GSM系统间互操作的策略如何，互操作的实现方式是怎样的，GSM用户未来如何考虑平滑演进到3G。针对以上问题，本文就TD-SCDMA与GSM互操作的原则和策略进行了分析，对于系统间重选、切换和引入HSDPA之后的相关基本流程进行了描述。TD-SCDMA/GSM之间的系统间互操作TD-SCDMA的网络建设进程将是一个循序渐进、逐步取代GSM网络的过程，在相当长的一段时期内，尤其是对于已有GSM网络运营商，涉及到3G与2G网络互相配合的问题很多。如何引导用户向TD-SCDMA网络迁移，如何信守承诺为用户提供高质量的无缝覆盖以及多样化、高速率的业务体验，这是进入未来3G商用网络运营的必经之路，也是3G网络建设不同于2G网络建设的一个显著特点。因此，涉及到3G与2G系统之间的互操作方式、原则和策略对于3G运营至关重要。针对2G到3G的互操作问题，3GPP协议对系统间互操作在测量机制、测量要求、重选/切换流程等方面进行了相关规定，涉及到具体的系统间切换算法与无线资源管理策略则未作相关定义，这也是各个系统设备厂家需重点解决的问题，RRM算法的好坏将直接影响到网络建设后的性能。在3GPP协议中只制订了R99及之后版本的3G/2G之间的切换，如果GSM网络设备是R99之前版本的，还需将网络升级为R99，这样才能够更好地支持系统间的切换。在GSM网络不升级的情况下，要想实现TD-SCDMA到GSM的切换，在TD-SCDMA网络中的3GMSC需要增加将Iu接口RANAP的重定位信令消息映射成对应的BSSMAP的切换信令消息的功能，并具备兼容GSMMAPR98及之前版本的能力。考虑到现网的GSM设备版本大多已经升级为R99版本，因此这部分内容在此暂不展开讨论。TD-SCDMA网络建设基于的版本起点是R4版本，另外考虑目前对于高速下行分组接入（HSDPA）的需求，也需要考虑在HSDPA引入之后如何实现HSDPA到GSM/GPRS的重选和切换。TD-SCDMA/GSM的系统间互操作行为包括小区选择、小区重选与切换。小区选择PLMN选择和重选的目的是选择一个可用的（能够提供正常业务的）、最好的PLMN。在UE中会维护一个PLMN列表，这些列表将PLMN按照优先级排列，然后从高优先级向下搜索，找到的自然是最高级的可用的PLMN。另外PLMN选择和重选的模式有两种：自动和手动。自动选择/重选就是UE按照PLMN的优先级顺序自动选择/重选一个PLMN，手动选择/重选就是将当前的所有可用网络呈现给用户，由用户选择一个PLMN。一般情况下都采用自动模式进行PLMN选择。当PLMN选定之后，就要进行小区选择，目的是选择属于这个PLMN中信号最好的小区。小区选择就是UE在选定的PLMN上进行小区初搜，当UE发现一个合适的小区时便进行登记注册，登记注册成功之后UE将驻留在那个小区。小区重选当UE在当前服务小区不能满足驻留条件，或系统广播消息通知当前小区被阻时，UE就要触发小区重选过程，即通过测量重新选择一个合适的小区进行驻留。UE的状态分为空闲状态和连接状态，连接状态又分为CELL-FACH、CELL-PCH、URA-PCH、CELL-DCH四种状态，通常所说的小区重选是指UE处于IDLE模式下的小区重选，当UE在连接状态时，这时的小区重选属于切换过程。切换在移动通信系统中，当呼叫中的UE从一个小区移动到另一个小区，或由于无线传输、业务负荷量调整、激活操作维护、设备故障等原因，为了保证通信的连续性，系统要将该UE与旧的小区建立的联系转移到新的小区上。这就是常说的“切换”。一般是当UE处于连接状态、CELL_DCH状态时。切换均由网络侧控制。系统间的切换可以由以下原因触发。基于连续覆盖的要求在移动台从系统的某一个小区走到其它系统的另外一个小区的过程中，原有的通信链路所能提供的信号会越来越弱，同时移动台会发现能够提供更好通信链路的小区，这时必然会触发系统间切换。另外通信链路质量下降或受到的干扰较大，也会触发切换过程；尤其在3G网络建设初期，3G网络的覆盖会在相当时期内小于2G网络。基于网络资源优化网络基于负荷干扰覆盖、接入更多用户、基于用户服务等级等原因可能触发系统间切换。基于业务的需求同一种业务可以适配于不同的接入技术、提供不同的服务质量，如话音业务可以适配在R4CS/GSM、数据业务可以适配在GPRS/R4PS/HSDPA。特定的业务也可能指定所使用的接入技术。综上所述，系统间切换可以存在不同的切换算法，但一旦切换判决确定之后，切换的具体协议流程则是确定的。系统间互操作的原则与策略前面描述了一些系统间互操作的基本概念，对于运营商而言，确定2G/3G系统间互操作的原则和策略至关重要，这涉及到未来TD-SCDMA网络和GSM网络的配合问题。考虑到现有2G网络的一些实际情况，为了更好地实现这种系统间的互操作，建议遵循如下原则和策略。影响最小原则：尽量减少对目前已经成熟稳定的2G系统的影响，避免2G升级工作。质量最好原则：尽可能保证提供3G用户能够有更好更优质的服务，同时利用2G网络拓展3G覆盖，保持3G用户的语音业务连续性。切换最少原则：减少切换次数，降低系统处理负担，保持业务的稳定性。系统间的互操作策略有以下五方面。针对语音业务，在TD-SCDMA覆盖边缘，支持TD-SCDMA到GSM的切换，不必支持反向切换（通常系统间的切换掉话率会高于系统内切换，因此不建议反向开放GSM到TD-SCDMA的切换）。在TD-SCDMA的建网初期，其覆盖没有GSM/GPRS广泛，因此在很多没有TD-SCDMA覆盖的区域需要利用GSM/GPRS网络来拓展TD-SCDMA的覆盖，保持基本业务的连续性。在TD-SCDMA网络的发展成熟期，可以考虑基于负荷的切换（TD到GSM）。仍然引导3G用户优先选择3G网络，此时如果TD-SCDMA网络容量的问题显现，首先考虑扩容，同时从利旧方面考虑，可利用基于服务和负载的切换，平衡3G与2G之间的话务。针对数据业务，通过支持TD-SCDMA到GSM小区重选实现TD-SCDMA到GSM/GPRS间的数据业务的平滑过渡，而一旦回到TD-SCDMA的覆盖区，PS数据业务应该立即通过重选返回到TD-SCDMA网络承载（基于数据业务的特点，用户对掉话不敏感，且返回TD-SCDMA能显著提升数据业务的速率，因此建议反向重选）。对于双模终端的驻留问题，当UE处于开机或者空闲状态时，通过USIM和小区广播信息的设置，引导3G用户优先选择3G网络，避免给2G网络带来额外的负荷，引导优质客户尽可能“迁移”到3G网络上。基于以上的原则和策略，下面我们详细描述系统间重选、切换等互操作流程。系统间的重选流程电路域：TD-SCDMAR4与GSM之间的系统间重选以下以跨MSC的网络间重选为例进行说明。UE一旦决定发起重选，即向目标MSC发起位置更新请求，目标的MSC分析用户的标识IMSI，发现是TD-SCDMA网络的用户，向HLR发起鉴权请求，鉴权成功之后，向HLR发起位置更新过程，HLR即向原MSC发起位置信息清除并将用户签约信息用插入用户数据（InsertSubscriberData）消息向目标MSC插入用户数据，目标MSC最终向用户回应位置更新成功，同时分配新的临时移动标识（TMSI）。此时需要GSM的小区能够支持R4小区系统信息的广播，同时R4小区中也需要广播GSM的系统信息，以满足网络连续覆盖的要求。TD-SCDMAR4与GSM之间的重选信令流程如图1所示。图1TD-SCDMAR4与GSM之间的重选信令流程对于从GSM到TD-SCDMAR4的重选或从TD-SCDMAR4到GSM的重选，上述流程的主要不同点在于鉴权信息的传送，从TD-SCDMAR4重选到GSM时需要进行五元组到三元组的转换并鉴权，从GSM重选到TD-SCDMAR4时需要进行三元组到五元组的转换并鉴权。分组域：TD-SCDMAR4与GPRS之间的系统间重选对于分组域的系统间重选，与电路域重选的不同点主要在于执行的信令过程是路由更新而非位置更新，且由于GPPS中存在着移动性管理（MM）上下文和分组数据协议（PDP）上下文，需要进行SGSN间的上下文数据传输。以TD-SCDMAR4与GPRS跨SGSN的系统间重选为例进行介绍，信令流程如图2所示。图2TD-SCDMAR4与GPRS跨SGSN的系统信令流程对于从GPRS到TD-SCDMAR4的重选或从TD-SCDMAR4到GPRS的重选，上述流程的主要不同点在于鉴权信息的传送，从TD-SCDMR4重选到GPRS时需要进行五元组到三元组的转换并鉴权，从GPRS重选到TD-SCDMAR4时需要进行三元组到五元组的转换并鉴权。GSM/GPRS与TD-SCDMAR5之间的系统间重选TD-SCDMAR5与R4版本在空中接口的主要区别是增加了对HSDPA的支持，HSDPA通过采用AMC和HARQ技术，引入了高阶调制(16QAM)，在基站侧增加了一个MAC-hs实体，用于数据的快速调度，可获得比R4更高的用户峰值速率和小区数据吞吐量。当支持HSDPA的终端处于空闲状态时，重选信令流程与进行的重选操作与R4中处于上述状态的终端是相同的，这里就不再详述。系统间的切换流程TD-SCDMAR4与GSM之间的系统间切换当UE处于连接状态，如CELL-DCH状态时，由网络侧触发小区切换。可以采取基于导频或者基于质量的切换。对于跨RNC或者跨MSC间的切换，其切换流程实质是重定位流程，这会涉及到核心网的处理流程，TD-SCDMA网络是以硬切换来进行处理。首先通过向当前的MSC发送Iu重定位请求（TD-SCDMAR4到GSM），以向目标的MSC和BSC发送请求切换准备；当目标MSC完成资源分配、返回切换准备响应之后，即向UE发起切换；当UE切入到目标网络之后，目标MSC向源MSC发送切换完成以触发话路转接和资源释放。以下以TD-SCDMAR4到GSM的跨MSC切换为例进行介绍，切换信令流程如图3所示。图3TD-SCDMAR4到GSM的跨MSC切换信令流程对于基于负荷的TD-SCDMAR4到GSM的切换，可以不通过将用户切换至GSM小区来实现。可采取另外一种方法来满足此需求,即RNC在收到接入请求时，如发现当前小区无可用资源，此时如果允许重定向到GSM小区，则可以将用户重定向到GSM小区。此方法的好处是尽量减小对已连接用户的影响。引入HSDPA后R5与R4之间的切换引入HSDPA后，R5与R4之间的切换实际执行了信道重配置的操作，主要是DCH与HSDPA间的切换，按照两个小区间的关系，可分为NodeB内的切换与NodeB间的切换。切换均是硬切换方式，切换判决准则仍然基于1G/2A/质量等。DCH切换到HSDPA：当使用PS业务的UE采用DCH承载，需要切换到HSDPA小区，且UE的能力、RRM条件允许可以使用HSDPA时，发起此类型切换。切换命令可以为RBReconfiguration/PhysicalChannelReconfiguration/TransportChannelReconfiguration。HSDPA切换到DCH：当采用HSDPA承载业务的UE，需要切换到非HSDPA小区、或目标小区虽有HSDPA，但不允许使用，则采用DCH承载此业务，发起此类型切换。切换命令采用RBReconfiguration。以下以NodeB间的切换为例进行介绍，信令流程如图4所示。图4NodeB间的切换信令流程目前关于TD-SCDMA与GSM系统间互操作的讨论很多，TD-SCDMA与GSM之间跨系统重选和切换的方案已经基本成熟且得到了相关的验证。随着TD-SCDMA即将迎来大规模正式商用，这种互操作技术将进入实战阶段，将会帮助运营商更加完善其网络覆盖，并利用