基于Iur-g+的2G/3G网络融合方案

【 摘要 】文章对TD-SCDMA/GSM无线网络控制器的IUR-G+融合技术进行了介绍,说明了其基本原理、切换流程,并介绍了IUR-G+技术的外场测试情况,对IUR-G+的测试效果及后续的现网应用做了阐述说明。

【 关键词 】2G/3G融合IUR-G+2G/3G互操作网络融合

收稿日期:2010-09-06

中国移动拥有全球最大最好的GSM网络,同时,中国移动全力以赴致力于TD-SCDMA的发展,从2007年起开始进行TD-SCDMA网络建设,在短短三年时间内完成了238个城市的覆盖。如何将如此庞大的TD-SCDMA网络与已有的GSM网络充分融合、取长补短、为用户提供全新的高质量的体验,是中国移动面临的一个新课题。

影响2G/3G网络充分融合性能的关键因素,归根结底就是2/3G网络间的重选和切换问题。由于网络建设初期TD存在一些覆盖区空洞,需要靠GSM网络来进行覆盖补充,以保证用户业务的连续性,提升用户感知。从用户体验方面来说,就是要求电话一打就通、走到哪里都不掉话,因此,2G/3G语音切换成功率成为衡量网络性能的一个重要指标。中国移动提出了2/3G切换成功率>98%,基本达到GSM 900/DCS 1800切换成功率的目标。

1 方案的推出和方案介绍

通过对传统的TD/2G切换信令流程进行分析得知,一个完整的切换流程涉及到几乎所有的网元,包括切换准备(大约400ms)和切换执行(大约500ms)两个串行阶段。终端在切换准备阶段的开始上报测量消息,在经历了大约400ms的时延后才开始执行切换,而此时终端所在的无线环境很可能已经发生了很大变化(尤其在快衰落场景下),无疑增大了切换失败的风险。另外,由于切换的2G目标小区资源在话务繁忙阶段,存在资源拥塞风险,在TD侧选择目标小区后,由于目标小区无法分配资源,也会导致切换失败。

因此,如何减少切换涉及的网元、实时获取2G目标小区的负荷信息、精简信令处理时间成为缩短切换时延、提高切换成功率的关键,在此背景下Iur-g+解决方案应运而生。

图1是IUR-G+解决方案的组网架构,该方案通过RNC与BSC之间新增Iur-g接口实现目标小区资源负荷信息的实时通报,完成原本需要核心网转发的资源预留过程,将传统的串行切换流程改为并行执行,以此来缩短切换准备时延,进而提高切换成功率,改善用户体验。

采用IUR-G+接口,2G/3G切换流程图如图2所示:

其中蓝色部分信令为IUR-G+解决方案新增。

流程说明:

1:RNC收到UE的测量报告,结合GSM邻区的小区容量和负荷信息,确定向某个邻接的GSM小区进行切换;

2:RNC为此UE申请IUR-G+接口的SCCP链路,并向BSC发送ENHANCED RELOCATION RESOURCE REQUEST请求,请求为本UE预留资源;

3:BSC接收到ENHANCED RELOCATION RESOURCE REQUEST请求后,为UE分配D-RNTI,根据请求的Speech Version类型预留无线资源,并给RNC发送ENHANCED RELOCATION RESOURCE RESPONSE,同时作为可选方式,响应消息中可以携带2G小区的容量和负荷信息;特殊说明,当RNC无法获得该切换UE的Speech Version信息时(例如UE首先进行系统内跨RNC切换后又需进行系统间切换),考虑到双模终端在GSM模式下都支持FR语音编码,此时RNC应直接将该字段填写为FR(对应Speech version indication编码为0000),以保证资源成功预留;

4:RNC接收到ENHANCED RELOCATION RESOURCE RESPONSE消息后,把相关资源通过空口消息Handover From Utran Command发送给UE,同时向CN发送Relocation Required消息,在消息的Old BSS to New BSS Information中添加D-RNTI信息;

5:CN接收到Relocation Required 消息后,向BSC发送Handover Request 消息。BSC完成A口资源的建立,并且根据Old BSS to New BSS Information 中D-RNTI信息与预留的空口无线资源关联,向CN发送Handover Request Ack消息;

6:CN接收到BSC的Handover Request Ack,向RNC发送Relocation Command消息,RNC收到Relocation Command后,通过Iur-g+接口向BSC发送Relocation Commit消息;

7:BSC接收到BSC收到UE的Handover Access时,若已接收到Relocation Commit,则向CN回复Handover Detect,否则等待Relocation Commit达到后,再回复Handover Detect;

8:BSC接收到UE的Handover Complete,向CN发送Handover Complete消息,CN接收到消息后,向RNC发送Iu Release Command消息;

9:RNC完成UTRAN资源的释放,同时释放IURG接口的SCCP链路。向CN回应Iu Release Complete消息,流程结束。

可以看出,IUR-G+与传统重定位切换流程的差异如图3所示,其主要差异在于把CN局间的切换资源准备过程和空口的切换执行过程并行,从而缩短切换时延。

与传统方案(切换准备时延在400ms左右)相比,采用IUR-G+方案后可以减少大约300ms～350ms的准备阶段时延(减少75%~87.5%),从而缩短整个切换时延,提升切换成功率。IUR-G+解决方案对终端和核心网没有任何影响,只需要RNC/BSC进行软件升级即可支持,充分保护现有投资。

2 IUR-G+方案带来的收益

中国移动IUR-G+解决方案的规范标准标准后,持续推动中兴通讯等TD和GSM设备厂家完成IUR-G+中移研究院的实验室异厂家对接测试,推动厂家完成IUR-G+外场试点。实验室和外场测试都充分证明了IUR-G+解决方案对改进TD/2G切换时延的有效性。

2009年4月,实验室测试结果表明:采用两种终端测试平台,总的切换时延(包含切换准备和切换执行)分别从912ms减少到566ms(时长减少37.9%)、从1012ms减少到710ms(时长减少29.8%)。

2010年1月,在湖南吉首现网进行了大规模的IUR-G+功能与性能测试,采集了高达30000次以上的切换事件,覆盖了各种切换场景,具有充分的代表性。测试表明,IUR-G+功能开启后,可以为系统带来一系列的性能改善:

系统间切换成功率提升

系统间硬切换成功率从98.35%提升到99.60%,其中深衰落场景切换成功率从97.74%提升到99.78%,高速场景切换成功率从98.26% 提升到99.47%,切换成功率达到了与GSM900/1800相当的水平。

系统间切换资源准备成功率提升

系统间切换资源准备成功率从84.47%提升到99.77%,基本消除了切换资源准备失败的情况。

系统间切换时延大幅降低

完整切换时延从大于1000ms缩短到610ms至700ms,平均缩短了340ms,时延缩短34%以上,效果显著。

3 IUR-G+方案的应用

IUR-G+技术应用涉及的网元改造如下:

MSC

IUR-G+技术对核心网透明,现网核心网设备无需进行软硬件升级。

RNC/BSC

RNC、BSC需要软件升级支持Iur-g+接口功能,BTS/Node B无需软硬件改动。对于已具备IP接口的RNC/BSC网元,可通过FE电口/GE光口接口进行直连或通过城域网进行连接;对于尚不具备IP接口的RNC/BSC网元,需要增加基于IP接口单板。中兴RNC/iBSC采用了同样的硬件平台架构,增加GIPI接口单板即可提供IP接口支持。

OMC

OMC软件需升级到RNC/BSC配套版本,以便支持IUR-G+功能的相关参数配置。IUR-G+方案可以有效缩短2/3G的切换时延,提高切换成功率,从根本上解决2/3G网络切换和重选带来的相关问题,改善用户体验。

IUR-G+技术通过把传统重定位流程涉及的资源预留串行过程变为网元间的并行操作,从而缩短2/3G切换流程时延,使网络侧更快地响应UE的切换请求,提升切换成功率。IUR-G+技术的现网实施便捷,不涉及核心网、也不涉及终端,对网络影响小。

目前IUR-G+技术也正在积极推进到3GPP技术规范中,我们相信,TD/2G融合组网解决方案的不断完善和规模应用,必将有助于中国移动完成TD/2G网络深度融合的重任。

参考文献:

[1] 3GPP TS25.413. Radio Access Network Application Part (RANAP) Signalling[S].

[2] 3GPP TS25.423. UTRAN Iur Interface RNSAP Signalling[S].

[3] 3GPP TS25.331. Radio Resource Control (RRC) Protocol Specification[S].

【 作者简介 】

张晟:高级工程师,硕士毕业于南京邮电大学信号与信息处理专业,现就职于中国移动通信集团公司计划部,长期从事移动网络规划建设、技术创新工作。

黎云华:高级工程师,现就职于中兴通讯股份有限公司,长期从事TD-SCDMA系统相关技术研究。