中国联通3G/2G系统间互操作理论探析

【摘要】文章首先介绍3G/2G系统间切换的基本原理；然后阐述了系统间互操作的设置方法及注意问题；最后针对不同场景下3G/2G互操作参数优化的侧重点进行了分析。

【关键词】WCDMA网 GSM网 互操作 小区重选

1 引言

在目前3G和2G的发展中，3G的WCDMA网和2G的GSM/GPRS网应用最为广泛。因此，在从GSM/GPRS网向WCDMA网演进的过程中，如何做到3G和2G之间的无缝连接，两者之间的共存互补是非常重要的一个因素。所谓无缝连接，这里是指3G/2G的互操作，包括3G和2G之间的重选、切换。

在规划工程中，充分考虑3G/2G之间的互操作，对分析3G网络利用率以及2G负载都有很大的必要性，也能进一步实现部分场景下3G/2G互为补充。

2 系统间互操作介绍

2.1 3G/2G网络拓扑结构

3G/2G网络结构分无线侧以及核心网的电路域、分组域等，如图1所示为相关网元。

2.2 网络重选

当移动台开机后或在漫游中，它的首要任务就是找到网络并和网络取得联系，以获得网络的服务。移动台在空闲模式下的行为可以细分为PLMN网（Public Land Mobile Network，公共陆地移动网络）选择和重选、小区选择和重选、位置登记，这三个过程之间的关系如图2所示。

当移动台开机后，首先应选择一个PLMN网，确认后选择属于这个PLMN网的小区，从该小区系统信息广播中可以知道邻近小区的信息，并选择一个信号最好的小区驻留下来。接着移动台会发起位置登记过程。

当移动台驻留在小区中并登记成功后，随着移动台的移动，当前小区和邻近小区的信号强度都在不断变化，移动台要选择一个最合适的小区，这就是小区重选过程。

当移动台重选小区，选择了另外一个小区后，发现这个小区属于另外一个LA或者RA，移动台就要发起位置更新过程，使网络获得最新的移动台位置信息。

2.3 3G2G小区重选

移动台在空闲模式下，要随时监测当前小区和邻区的信号质量，以便选择一个最好的小区提供服务，这就是小区重选过程（cell reselection）。

在下面的规则中，移动台使用Squal for FDD cells和Srxlev for TDD作为Sx。

（1）如果Sx>Sintrasearch，移动台不执行同频测量；如果Sx

（2）如果Sx>Sintersearch，移动台不执行异频测量；如果Sx

（3）如果Sx>SsearchRATn，移动台不执行异系统测量；如果Sx

Sintrasearch、Sintersearch和SsearchRATn在SIB3的“Cell selection and re-selection info”中指出。

移动台测量满足上述条件的邻区，首先根据小区选择中所述的方法计算所有小区（包括当前小区和邻近小区）的S。在所有S>0的小区中，再按照以下公式计算R：

Rs=Qmap,s+Qhysts （1）

Rn=Qmap,n-Qoffsets,n-TOn*(1-Ln) （2）

其中TOn=0，下标s表示serving cell，n表示neighbouring cell。

移动台首先测量当前小区的RSCP结果记录在Qmeas_LEV中。对于既有FDD，又有TDD、GSM的覆盖区域，不同无线接入技术之间的信号强度无法直接比较，需要映射为统一的标准。移动台根据SIB3中的“mapping info”将Qmeas_LEV映射到Qmap中。对当前小区而言，根据上述方法测得的Qmap就是Qmap,s。对邻近小区Qmap,n的测量方法是一样的。Qhyst1s在SIB3中，Qoffset1s,n在SIB11中得到。

移动台根据以上公式计算出Rs和Rn，选一个R最大的小区。如果在Treselection时间内，上述标准仍然得到满足，移动台就选择这个小区驻留下来，读它的广播消息，小区重选结束。

2.4 2G3G小区重选

通过GSM系统升级，在空闲状态下可以利用小区选择和重选功能，实现用户进行系统间的选择功能。

（1）GSM系统需要增加或修改系统消息用于通知移动台进行WCDMA网邻区的小区重选，修改系统消息SI2ter：由于SI2和SI2bis只提供了当前驻留小区的相邻GSM网小区列表，支持GSM/UTRAN系统间切换后，需要把当前驻留小区的UTRAN相邻小区告诉移动台。3GPP 04.18协议中SI2ter的定义比GSM 04.08协议中的定义增加了相邻3G小区的频点信息和小区重选参数，因此需要修改SI2ter的填写方式。

（2）增加系统消息SI2quater：GSM协议没有定义SI2quater，3GPP 04.18协议增加了SI2quater的定义，其中包含更多关于小区重选、测量和报告的信息。

（3）修改系统消息SI3：3GPP 04.18协议定义的系统消息SI3的“Rest Octet”IE中增加了是否存在SI2tquater消息、手机是否应该报告UTRAN CLASSMARK CHANGE消息等信息，因此需要修改。

2.5 系统间切换

WCDMA网终端如果处于连接状态（WCDMA网中的CELL_DCH状态），将执行网络侧“测量”的指令，并以周期或事件形式向网络报告自己的测量结果，网络侧根据WCDMA网终端上报的这些结果判断此时WCDMA网终端的信号质量，决定手机是否应该执行切换。

（1）覆盖切换。鉴于GSM网络连续覆盖和3G网络有限连续覆盖的网络状况，在3G网络覆盖差的地方采用的切换即为基于覆盖的切换。

（2）负载切换。在3G建设中后期，3G覆盖扩张很快，3G/2G网络基本重叠，需要由2G网络为3G网络分担负荷，根据3G网络的负载采用的切换即为负载切换。

（3）业务切换。在3G建设中后期，3G网络RNC接收到RAB指配消息时，根据核心网要求使对应的业务切换到2G系统，从而将3G用户切换到2G网络，这种切换即为业务切换。

3 互操作设置方法

2G除了向3G提供网络基础参数以识别系统外，还需要提供相关重选参数。

表1 2G3G小区重选关键无线参数

FDD_Qoffset FDD重选偏移量 0（-∝）

FDD_Qmin UTRAN重选小区Ec/N0最小值 7（-12 dB）

Qsearch_I WCDMA网终端启动UTRAN重选小区测量的门限 7（always）

表2 3G2G小区重选关键无线参数

参数名称 参数含义 基线值

Qqualmin 3G小区的信号最低接入质量 -18dB

QRxLevMin 3G小区的信号最低接入强度 -115dBm

SSearchRat 小区重选的系统间测量触发门限 6dB

QHyst1S 服务小区的重选迟滞1 10dB

Qoffset1SNSib11 SIB11中对应的服务区和邻区质量偏移1 10dB

Qoffset1SNSib12 SIB12中对应的服务区和邻区质量偏移2 0dB

Treselection 小区重选定时器时长 1s

4 互操作中注意的问题

4.1 设置原则

（1）合理设置系统间小区重选参数，减少边缘重选概率。

（2）降低重选概率，提高寻呼成功率。

（3）3G和2G网络相互配合，目标SGSN与源SGSN

联系。若源SGSN和目标SGSN都支持3G，则采用GTPV1；若2G SGSN不支持3G，则采用GTPV0。

4.2 容易出现的问题

（1）协议错误

收到位置更新请求消息有协议错误，网络则发送位置更新拒绝消息，拒绝原因为：

interRAT_HO_FailureCause.t=3，对应inter-RAT protocol error。

“Inter-RAT protocol error”或“configuration unacceptable”：是由于WCDMA网终端不接收RNC下发的HANDOVER FROM UTRAN COMMAND消息，可能是RNC发的消息格式有问题，也可能是WCDMA网终端不支持异系统切换功能。

（2）2D参数配置问题

事件2D门限设置不合理。通常2D事件门限建议设置不要太高，一般建议设在-100dBm以上，以保证切换成功率；事件2D迟滞也应该合理设置，以防切换失败。

（3）3A参数设置

1）当WCDMA网终端从室外移动到室内时，WCDMA

网信号急剧下降，而GSM网小区由于有室内分布系统，信号依然很强。在这种场景下，如果当前WCDMA网小区异系统切换参数设置不合理，也会导致异系统切换的失败。

2）重定位失败，检查核心网配置的位置区码是否全面。检查该重定位失败比例，如果超过20%，请核心网协查。

（4）邻区配置

邻区漏配。当前WCDMA网小区漏掉了目标GSM网相邻小区（检测到最强GSM网小区不是当前服务小区的相邻小区），或者邻区配置过多，协议规定WCDMA网终端可测量的最大GSM网小区个数为32个。

5 不同场景2G/3G互操作优化关注点

对于场景研究，从大的方面可以分为两大类，其关注的重点不同。

（1）静止类场景

主要是指处于覆盖信号质量边界的静止或来回小范围移动用户。此类场景用户的信号质量变化比较慢，而且是非单方向的，关注的重点在于乒乓重选与切换。另外，还需要特别关注重选参数与切换参数的配合问题。

（2）移动类场景

此类场景重点在于门限余量的研究，避免在移动情况下信号快速衰弱导致主被叫以及切换失败。主要考虑通过缩短测量时间迟滞与提高重选、切换门限提前重选、切换来解决。

移动场景下比较典型的是市区穿越覆盖空洞的场景，特别是市区建筑遮挡导致的小范围弱覆盖与导频污染区，如果确实是较大范围的弱覆盖区，则应该通过加站或覆盖调整解决，而不应该从参数角度考虑，这样会影响覆盖区内主要场景的切换与重选。

对于建筑遮挡导致的弱覆盖与导频污染区，无线环境比较复杂，主导频也会频繁变化，而且通过遮挡后信号会有所恢复，即信号变化不是单方向的。这种情况有两种选择方式：一种是提高切换参数门限值与缩短时间迟滞，早点、快点切；另一种方式是保持正常参数或设置把参数门限值设置得更低些，不切换。只要不是特别大的覆盖空洞，都能穿越过；若选择切换，由于信号质量不好可能切换信令无法正确解码而导致切换失败或掉话。

6 2G/3G互操作参数优化的思考与分析

针对不同场景及覆盖的具体状况，2G/3G互操作参数研究最基本的任务就是找到合适的参数门限，在3G信号能满足服务要求的情况下，让用户尽量地留在3G网络享受3G的服务，而在信号恶化到一定程度时又要及时地进行重选与切换。

根据上述考虑，2G/3G互操作门限要做到两者的平衡，应考虑以下因素：

（1）重选门限。要保证在门限临界点语音与数据能有良好主被叫成功率，并且呼叫接续时延不应受到过大的影响，即主要衡量指标为主叫成功率、被叫成功率及接续时延。

（2）语音切换门限。保证在切换前的信号质量下语音质量没有太多的恶化，导致模糊、断续等话音质量问题，语音不会掉话、信号质量能保证切换信令过程顺利完成，衡量指标主要为BLER、掉话率及切换成功率等。

（3）数据业务关注吞吐量。由于WCDMA网与GPRS吞吐量差异巨大，该值是主要的衡量指标。另外，掉话率、连接建立时延、数据业务重传率、数据业务重激活时延、Ping包时延等也是主要参考指标。对于数据业务重选掉话问题，测试发现即使重选失败掉话后，终端也会在2G网络上自动建立GPRS连接，并自动为上层提供数据传输，一般来说影响不大。

在2G/3G互操作参数门限设置时，还应考虑以下因素：

（1）乒乓重选/切换问题；

（2）重选/切换参数配合问题；

（3）语音与数据业务参数平衡问题；

（4）2G/3G互操作的各参数之间是存在一定约束关系的，除了上述约束外，还有2D与2F、3A门限的关系等，在修改一个参数时应该考虑其他参数做相应修改。

7 结论

一个小区的参数修改需要综合考虑多方面因素，因为其覆盖范围内会包括多类场景，参数要求不同，无法兼顾。比如考虑室内进出场景或电梯、室内拐角场景，虽然可以改变室外覆盖扇区的参数进行优化，提前重选、切换减少掉话，但是会让其主要覆盖的其他场景用户也过早地进入2G网络，会严重影响用户数据业务的感知。

参考文献：

[1] 中兴通讯股份有限公司. 中国联通2G/3G互操作优化指导书[Z]. 2009.

[2] 中国联通移动网络公司. 中国联通2/3G互操作参数优化分场景测试总结报告[R]. 2009.