WCDMA系统间切换关键技术

[摘要]利用成熟的GSM网络支持3G网络的运维与发展，是当前运营商的必然选择。文章从双网合一的角度介绍了WCDMA与GSM网络互操作当中的切换和重选过程，着重分析了其中异系统切换的几项关键技术，并对网间切换控制的参数控制和流程进行了探讨。

[关键词]WCDMA　GSM　切换　话音业务　数据业务

1　绪言

对3G运营商而言，利用成熟的GSM网络实现双网合一是3G网络发展初期保证通信服务质量、运营网络的重要手段。而要让两种移动通信技术能够互相支持、承载对方的业务，就必须实现两网间的自由切换。因此，实现系统间切换对于发展3G网络有非常重要的意义。

切换是指终端在业务连接状态下，保持业务服务基本不变，无线承载由目前小区改为相邻小区的操作过程。目标小区和源小区是否是相同无线接入技术RAT(Radio Access Technology)决定了切换是Intra-RAT还是需要执行异系统操作的Inter-RAT方式。

2　系统间操作

2.1　WCDMA-GSM小区选择与重选

UE监听寻呼信息和系统消息，进行周期性的无线测量，评估是否需要进行小区重选。如果满足小区重选触发机制，UTRAN将会启动小区重选到新的小区。有别于GSM的是，应用于WCDMA的小区选择与重选算法的对象不仅限于信号强度，而且还考虑信号质量的好坏程度，测量包括UE当前登录或服务小区及相邻小区CPICH的RSCP和Ec/No。

小区选择分为基于存储信息的小区选择(Stored Information Cell Selection)和初始小区选择(Intial Cell Selection)，前者用于UE已知上次使用过的载频频率，当UE不知道WCDMA无线信道频率时，则使用初始小区选择。

小区重选流程是通过事件触发方式启动的，可能触发的事件可以包括以下任意一种情况：UE登录的小区信号恶化，UE在驻留状态发现有更好的邻小区，UE在某个小区进入限制服务状态，UE在连接模式下处于CELL-FACH状态。

UE通过满足排序算法的相关小区的次序来确定重选目标，并执行重选过程。有关排序算法如下：

R(serving)=Qmeas(s)+qHyst(s)

R(neighbor)=Qmeas(n)-qOffset(s, n)

其中：Qmeas是接收信号的测量值，对WCDMA而言，该值为CPICH Ec/No或CPICH RSCP；对GSM而言，该值为BCCH的接收信号强度Rxlev；参数qHyst(s)是服务小区的迟滞值，UE可以从系统信息中获取；参数qQffset(s,n)是服务小区到邻小区的偏移值，用于推移小区边界，UE也可以从服务小区的系统信息中获取。

小区选择及重选的一般流程如图1所示：

2.2　GSM-WCDMA小区重选

GSM的异系统选择和小区选择流程与前述类似，不复赘述。为了实现小区顺利重选到WCDMA系统，UE会监听当前服务小区所定义的相邻WCDMA小区的CPICH，相邻WCDMA小区的相关信息在当前GSM服务小区的BCCH信道上广播。重选到WCDMAJJ、区的算法与重选到GSM小区的算法类似，但由于WCDMA与GSM系统在调制方式上的差异，因而在评估测量信号的强度和质量的方法上有所不同，对于WCDMA小区信号强度的测量会引入一种映射关系，使其测量值能与GSM信号强度值具有可比性。在GSM空闲模式、GPRS/EDGE的Ready状态和Standby状态下，适用这种小区重选映射排列算法。如果满足下列算式，那么具备多接入技术的UE将会重选到WCDMA小区：

CIPICH Ec/No＞FDDQMIN

CPICH RSCP＞RLA(s+n)+FDDOOFF

RLA(s+n)为当前服务小区和6个最强邻小区(GSM/GPRS/EDGE小区)的信号强度平均值，其平均算法是在3到5秒内对每个BA list里的测量频率取至少5个采样点，然后把不同频率的采样值进行平均；RLA C表示在GSM附着的UE，RLA_P表示在GPRS/EDGE附着的UE，s+n=当前服务GSM小区+相邻GSM小区；FDDQMI/V是WCDMA/小区作为小区重选对象应具备的最低信号质量CPICH Ec/No，FDDQOFF是控制GSM-WCDMA小区重选算法的关键参数，表征GSM和WCDM小区间的信号强度的偏移量。

上述算式要求成立且持续时间超过一定迟滞时间，以避免返回GSM的乒乓效应。同时，重选到WCDMA后的短时间内，FDDOOFF需额外增加一个阀值，避免产生立即向GSM切换的乒乓效应。

3　话音业务

3.1　WCDMA-GSM

从WCDMA到GSM的切换过程是由RNC发起的。在无线侧，uE主要测量GSM网络的BCCH信道的信号强度RSSI值，再由GSM Filter Coefficient参数筛选以确保信号的可靠性。在触发之前还需要UE测量验证GSM小区的BSIC及合法性。

信令流程如图2所示：首先是UE根据UMTS小区广播信息中的参数配置进行压缩模式测量，RNC根据UE上报的测量报告做出切换的判决。当RNC确定切换后，就会向CN发送一个Relocation Required消息，其中包含了目标小区的ID、手机配置和安全加密等信息。然后，3G-MSC将对RANAP(Radio Access Network Application Part)信令和GSM-BSSAP(Base Station System Application Part)信令进行解析和匹配，通过MAPE接口发送给GSM-MSC。在GSM网络分配资源后，就通过CN发送一个Relocation Command给SRNC，通知切换。SRNC会挂起分配给UE的RAB。以便切换失败后UE返回时用，直到收到CN的Release Command才释放原有链接的资源。

3.2　GSM-WCDMIA

如果WCDMA网络有较高的优先级，则双模UE会周期性测量以寻求返回UMTS网络。升级后的GSM网络采用QSI、QSC两个参数来控制向WCDMA网络的切换。其中，QSI参数针对空闲模式和GPRS/EDGE分组切换模式，由BCCH或者PBCCH广播下发；QSC参数针对的是话音激活模式，由SACCH广播下发。

信令流程为：GSM-BSC发起切换，通过MAPE接口向3G-MSC发起切换请求，并且在Handover Required信令中加入专门控制RNC的iE(information Element)参数。3G-MSC向GSM-MSC发回加密信息。在这个流程中，3G- MSC把来自GSM系统的BSSAP信令翻译成3G-RANAP信令。

GSM向WCDMA切换的判决和执行过程与WCDMA向GSM的切换基本相同(图2)。无线参数配置时，需要把参数3G_Search_Prio设置为1，UE才能把3G网络置为更高优先级，并完成对WCDMA覆盖的测量。测量对象既可以是侧重覆盖的RSCP，也可以是侧重质量的Ec/No，由FDD_REP_QUANT参数“0/1”置位来决定。

4　数据业务

WCDMA数据业务包含CS域和PS域两种类型。图3所示是WCDMA和GSM网络双网结构图：

4.1　CS切换

在电路域数据业务只进行WCDMA到GSM的单向切换。信令协商可以通过GSM网络或者3G网络的MSC升级，实现两网间的信令解析和信令过程的完全匹配。对干RNC来说类似启动了一次Inter-RAT的电路域切换，但是对于GSM的MSC来说，只是处理了一次局间切换。

4.2　PS切换

分组业务状态下，RNC根据UE的压缩模式测量报告做判决。如果RNC决定进行小区重选，UE首先进入空闲模式，开始重选接入GSM网络，然后向GPRS/EDGE-SGSN发起路由区更新请求。3G-SGSN则会把PDP上下文数据、加密信息和QoS参数等数据按照协议规定翻译成GPRS/EDGE标准，发送给GPRS/EDGE-SGSN，以便其修改在3G-GGSN上的PDP数据。小区重选后的PDP上下文传递将会在GPRS/EDGE-SGSN和原来的3G-GGSN间实现。切换过程完成后，3G-GGSN指示RNC释放无线承载的链路和资源。对于分组域切换，WCDMA系统也支持数据库辅助的盲小区重选。

在WCDMA实际运营中还存在CS业务和PS业务并发的情况，在GSM中是通过升级DTM(Dual Transfer Mode)技术实现系统间切换的要求。如果GSM网络不具备该功能，则在CS业务完成切换后，RNC将直接释放PS业务资源。

基于GSM网络的GPRS/EDGE业务向WCDMA网络切换实际中很少见，其过程与空闲模式下的小区重选过程基本一致。但这个过程并不是一个真正的切换。数据发送不可避免受到影响。

5　总结

在WCDMA建网初期，3G与2G网络间的有效切换操作对网络运营发展具有重要意义。大量的话音业务可考虑由GSM网络来分担，减轻WCDMA系统的负荷；对于分组数据业务，首先要保证在3G覆盖不足时能提供GPRS/EDGE支撑，其次要尽量让GPRS/EDGE业务能切换到WCDMA系统以提供更好的数据服务，提高用户感知水平。