TD—LTE／TD-SCDMA系统间小区重选的研究与实现

研究与开发　ＴＤ—ＬＴＥ／］厂Ｄ．ＳＣＤＭＡ系统间小区重选的研究与实现　王琼，陆绍干　（重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆４０００６５）　１　引言　为了满足人们Ｅｔ益提高的通信需求，３ＧＰＰ提出了基　于全ＩＰ化的ＴＤ．ＬＴＥ网络演进架构。ＴＤ．ＬＴＥ作为　ＴＤ．ＳＣＤＭＡ演进性技术，用户数据速率、系统容量等相比　ＴＤ．ＳＣＤＭＡ有了很大的提高和改善，使得ＴＤ．ＬＴＥ的商用　化进程向前推进了一步Ｌ１］。作为全分组交换网络的ＴＤ．ＬＴＥ　统间小区重选、重定向以及切换等［２１。为保证多模终端能够　在不同的网络制式下驻留，从而获得相应的网络服务，一　个重要的方法就是小区重选。小区重选不仅是实现多种制　式网络相互融合的重要手段。也是多模终端主要的移动性　功能。虽然多模单待终端的标准已经成熟．但商用多模单　待的终端产品并不多见．故本文重点对ＴＤ．ＬＴＥ和　ＴＤ—ＳＣＤＭＡ之间的小区重选准则以及相关过程进行研究，　适用于数据业务，但不能提供高质量的话音服务．因此业　界提出了ＴＤ—ＬＴＥ／ＴＤ．ＳＣＤＭＡ／ＧＳＭ（ＧＰＲＳ）多模单待的　对促进多模单待终端系统间互操作的实现具有重要意义。　ＣＳＦＢ（电路域回落）话音业务解决方案口１。３ＧＰＰ明确要求，　多模单待终端必须支持ＣＳＦＢ功能。因此成为首选的话音　承载方式。　２小区重选概述　ＴＤ　Ｌ１Ｅ／ＩＩ１Ｄ－ｓＣＤＭＡ／ＧＳＭｆＧＰＲＳ）多模单待手持终端具　有接人ＴＤ．ＬＴＥ、ＴＤ．ＳＣＤＭＡ和ＧＳＭ（ＧＰＲＳ）￣］络的能力，但　在使用ＴＤ．ＬＴＥ接入时，无法进行电路域业务。为了使终　作为ＴＯ．ＬＴＥ商业化进程瓶颈的多模单待手持终端．　不仅需要支持在ＴＤ．ＬＴＥ、ＴＤ．ＳＣＤＭＡ、ＧＳＭ模式下能独立　端在ＴＤ．ｍ接入下能够发起或接收话音的寻呼等ＣＳ业　务，需要执行ＴＤ．ＬＴＥ、ＴＤ．ＳＣＤＭＡ、ＧＳＭ（ＧＰＲＳ）￣统间的操　作，主要包括小区重选与切换。　小区重选是指终端在空闲状态下．为保证网络服务而　寻找通信状况更优的小区并正常驻留的过程，分为同频　通信，任何时刻只能工作在一种模式下；而且需要支持　ＴＤ。ＬＴＥ、ＴＤ．ＳＣＤＭＡ、ＧＳＭ（ＧＰＲＳ）￣统间的互操作．包括系　国家新一代宽带无线移动通信网重大科技专项基金资助项目　（Ｎｏ．２０１　ｌＺＸＯ３ｏ０１—００１—０２）　（ｉｎｔｒａ．ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）、异频（ｉｎｔｅｒ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）和异系统（ｉｎｔｅｒ－ＲＡＴ）　重选３种，其中前两者是系统内的重选行为，后者是针对　不同无线接人技术的重选行为。小区重选过程分为测量和　重选准则判定两部分【３】。终端触发物理层进行测量的目的　是为小区重选提供依据，而重选怎样进行，应该选择哪个　小区，就需要依靠重选准则来判定，ＵＥ通过重选准则和测　量结果对监视的服务小区及邻小区进行评估，从而重选到　一个更好的小区进行驻留。　小区重选是为了使网络提供更好的服务，所以在任意　时刻ＵＥ都应该驻留在一个合适的小区以便可以随时成　功地接人相应的网络。随着用户移动或无线环境的变化，　当前驻留的服务小区不再适合提供接入服务，而本模式下　也没有可用的邻小区。此时就需要通过异系统的小区重选　使终端驻留在一个适合接入网络的小区上。小区重选的最　高宗旨就是最大程度地保证空闲模式下的终端驻留在信　号最好且优先级最高的小区上。　要触发ＴＤ．ＬＴＥ到ＴＤ．ＳＣＤＭＡ的系统间小区重选。首先　必须要在ＴＤ．ＬＴＥ模式下开启对ＴＤ．ＳＣＤＭＡ小区的测量。触　发对ＴＤ．ＳＣＤＭＡ小区的测量后，物理层周期性地向ＲＲＣ上　报测量结果，被测量小区的参考测量值必须满足小区选择的　条件才可以重选，即Ｊｓ　０且５　＞０，具体计算如下：　Ｊｓ　ｈ＝Ｑ　ｄ　一（Ｑ　ｄ　血＋ＱＤｄ　一Ｐ　（１）　Ｓ　置Ｉ＝Ｑ　ｈ　。一（Ｑ　＋Ｑ　面　）　（２）　其中，　为计算出的小区５值，该值将作为小区是否　满足小区重选条件的判断标准；９　一为小区的ＲＳＲＰ测　量值；ｐ　为该小区正常驻留所要求的最小ＲＳＲＰ测量　值；ｐ　只有在进行周期性高优先级ＰＬＭＮ搜索时才　使用；Ｐ咖一　：为ＵＥ在小区内允许的最大上行发送功率　Ｐ　ａｘ．＿与ＵＥ各级自身能力规定的最大ＲＦ发送功率　ａ鼬的差值同０比较的较大值。当满足重选准则时，触　发系统间的小区重选嘲。　３　ＬＴＥ异系统重选准则　３．１　Ｔｈｒｅｓｆｌ咖．　存在　（１）ＴＤ．ＬＴＥ到ＵＴＲＡ（即ＴＤ．ＳＣＤＭＡ）高优先级频点小　区的重选准则　・在小区的重选评估时间内。即在重选定时器　ｔ＿ＲｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎＵＴＲＡ超时之前，ｉｎｔｅｒ　ＲＡＴ高优先级　评估频点下的小区Ｓ值一直保持　＞Ｔｈｒｅｓｈ　。　・ＵＥ驻留到当前服务小区已超过１　ｓ。　（２）ＴＤ．ＬＴＥ到ＵＴＲＡ低优先级频点小区的重选准则　・在重选定时器ｔ＿ＲｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎＵＴＲＡ之内，服务小区　一直保持｜ｓｑＩｌａＩ＜　ｒｅｓ　晦　，并且ＥＵＴＲＡＮ低优先　级异频小区一直保持Ｓ　＞　ｓ　ｌ呻。　・ＵＥ驻留到当前服务小区已超过１　ｓ。　３．２　Ｔｈｒｅｓｈ￣，　，不存在　（１）ＴＤ．ＬＴＥ到ＴＤ　ＳＣＤＭＡ高优先级频点下小区的重　选准则　・在重选定时器ｔ　ＲｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎＵＴＲＡ之内，高优先级　频点小区一直保持Ｓ￣＞Ｔｈｒｅｓｈ　。　。　・ＵＥ驻留到当前服务小区已超过１　ｓ。　（２）ＴＤ．ＬＴＥ到ＴＤ．ＳＣＤＭＡ低优先级频点下小区的重　选准则　・在重选定时器ｔ＿ＲｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎＵＴＲＡ之内，服务小区　一直保持．ｓ　＜强　ｓ＾　吨ｌ唧，并且低优先级频点小区　一直保持．Ｓ由＞　ｒｅｓ　。　・ＵＥ驻留到当前服务小区已超过ｌ　ｓ。　如果多个不同优先级下的小区都满足小区重选准则，　那么优先重选到高优先级频点下的小区，首先按照优先级　对满足重选条件的小区进行排序。　在ＴＤ　ＳＣＤＭＡ系统中，如果高优先级的频点是　ＴＤ．ＳＣＤＭＡ下的一个频点。并且此最高优先级频点下有几　个小区都满足重选准则，则这些小区按小区排序准则（即　Ｒ值）进行排序，并且该小区要比服务小区ＲＳＲＰ好６　ｄＢ　才能重选【３］。　４小区重选流程设计　（１）小区列表设计　邻小区列表：为了控制简单，对于ＴＤ．ＳＣＤＭＡ的小　区。重新定义邻小区列表以保存ＬＴＥ系统消息６和７广　播的小区及盲检到的小区。ＴＤ．ＬＴＥ保持目前的邻小区列　表ａ—ｅｒｒｃ—ｎＣｅｌｌＦｒｅｑｐ［ｍａｘＦｒｅｑ＋１］。　重选列表的组装：不同模式。分不同列表组装小　区，ＴＤ．ＬＴＥ保持目前的列表。对于ＴＤ．ＳＣＤＭＡ重新定　义重选列表以保存不同优先级的小区，高优先级的小　区排在前面，小区按照５值从大到小排列。　（２）ＴＤ．ＬＴＥ服务小区不可用时的控制原则　ＴＤ．ＬＴＥ服务小区不可用，发起ｉｎｔｅｒ＿ＲＡＴ重选（前提　是ＴＤ．ＬＴＥ小区都不适合驻留），控制原则如下。　重选目标小区：单一模式的小区，优先选择　礤究与开发　ＴＤ．ＳＣＤＭＡ的小区，从ＴＤ．ＳＣＤＭＡ的小区列表中选择最好　的前１６个（可能少于１６），组装进ＵＲＲＣＲＥＳＥＬ＿ＲＥＱ。　重选失败：重选前服务小区不可用且所有邻近的　ＴＤ．ＬＴＥ都不可用，所以一旦ｉｎｔｅｒ＿ＲＡＴ的重选失败，将无　法回到原来的ＴＤ．ＬＴＥ服务小区，此时ＲＲＣ判断当前剩余　的模式是否有可用的邻小区，如果有则启动剩余模式的小　区重选，否则回到ＴＤ．ＬＴＥ进行盲搜。　（３）ＴＤ．ＬＴＥ服务小区可用时的控制原则　ＴＤ．ＬＴＥ服务小区可用．发起ｂｅｒｒｅｒ小区的ｉｎｔｅｒ＿ＲＡＴ　重选，控制原则如下。　重选目标小区：一个小区，用重选定时器监控　ＴＤ．ＳＣＤＭＡ小区列表中最好的小区　ＴＤ—ＬＴＥ模式下邻近小区的监控方式：本模式下邻近　小区的监控方式不发生变化，仍然采用计数器的方式，当　重选定时器长度不是ＤＲＸ周期的整数倍时，开启尾部定　时器：对于ＴＤ．ＳＣＤＭＡ小区的监控．独立设计　ｔｅｒｒｃ——ｉｒａｔＴｄＣｅｌｌ，仅监控最强的ＴＤ．ＳＣＤＭＡ小区（所有　ＴＤ．ＳＣＤＭＡ小区中最强的，且ＢＳＩＣ　ｖｅｒｉｆｙ成功），该定时器　为尾部定时器，仍采用计数器的方式。　对于ＩＲＡＴ小区的重选评估控制：３个模式分别使用　一个重选定时器监控，ＲＲＣ控制优先级，选择重选优先级　更高且５值最大的小区。哪个模式下的定时器先超时，就　重选到那个模式下的小区。与目前ＬＴＥ单模的控制靠近，　对所有满足重选准则的小区使用计数器计数。在不同模式　场景下，需要处理不同的定时器：ｔ＿ｅｒｒｃ＿ｒｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎ、　ｔｅｒｒｃ——ｉｒａｔＴｄＣｅｌｌ。其中一个定时器超时时，关闭另一个定时　器。对于ＩＲＡＴ重选定时器，哪个定时器先超时，就选择哪　个模式的小区。　重选失败：由于服务小区可用．因此首先返回原小区　尝试驻留。如果驻留失败，则判断原模式下是否存在邻小　区，如果有，则首先对这些小区进行测量，选择最好的小区　驻留；否则，此时相当于服务小区不可用的重选，应使用服　务小区不可用的设计原则考虑重选。　当某个目标小区被拒绝掉时．ＲＲＣ需要根据拒绝原因　维护一个被ｂａｒ的小区列表，控制一定时间段内（３００　ｓ）不　再对该小区进行尝试。而对于ＴＤ．ＳＣＤＭＡ，需重新定义ｂａｒ　列表．用来保存ＴＤ．ＳＣＤＭＡ小区。对于ＴＤ．ＳＣＤＭＡ返回　ＬＴＥ失败，被ｂａｒ的长度由ＴＤ．ＳＣＤＭＡ制定。对于还未读　取系统消息就失败的小区，在ＴＤ．ＬＴＥ要对该小区进行惩　罚．禁止一段时间内重选到该小区。　５　ＴＤ．ＬＴＥ到ＴＤ—ＳＣＤＭＡ重选成功　５．１　服务小区可用　此场景ＩＲＡＴ的前提是：ＴＤ．ＳＣＤＭＡ模式下存在比服　务小区好，且满足ＩＲＡＴ重选准则的小区的重选定时器　超时（只携带１个ＴＤ．ＳＣＤＭＡ目标小区）．详细流程如　图１所示。　图１流程详细说明如下　ＩＤＬ／ＬＩＭ状态的ＬＲＲＣ通过接收ＬＭＡＣ上报的测量结　果，发现满足重选条件的ＴＤ．ＳＣＤＭＡ小区，开启重选定时　器对ＴＤ．ＳＣＤＭＡ小区进行监控，定时器ｔ—ｅｒｒｃ—ｉｒａｔＴｄＣｅｌｌ超　时后，触发ＴＤ．ＬＴＥ到ＴＤ．ＳＣＤＭＡ的ＩＲＡＴ重选。首先去激　活ＬＭＡＣ，跳转到ｗａｉｔ状态，等待ＬＭＡＣ的去激活证实信　号。收到去激活证实信号后，ＬＲＲＣ向ＮＡＳ指示开始进行　ＩＲＡＴ小区重选，并将目标小区组装进ＳＲＲＣ—ＲＥＳＥＬ＿ＲＥＱ，　ＳＲＲＣ收到携带目标的小区原语后，进行ＴＤ．ＳＣＤＭＡ单模　下的小区重选过程。小区重选成功后，ＳＲＲＣ给ＬＲＲＣ回复　重选成功的证实信号。ＬＲＲＣ最后到达ｉｎａｃｔｉｖｅ状态。　５．２服务小区不可用　此场景ＩＲＡＴ重选的前提是：原模式下没有可用的邻　小区用于重选，ＴＤ．ＳＣＤＭＡ优先级高于ＧＳＭ（ＧＰＲＳ），而且　存在ＴＤ．ＳＣＤＭＡ邻小区列表。这些小区都当作目标小区　（最多ｌ６个），并在其中一个ＴＤ．ＳＣＤＭＡ目标小区正常驻　留即重选成功。详细流程如图２所示。　图２流程详细说明如下。　ＩＤＭＪＭ状态的ＬＲＲＣ通过接收ＬＭＡＣ上报的测量结　果，发现服务小区的Ｓ值连续Ⅳ个ＤＲＸ周期都不满足Ｓ　准则．此时服务小区不能驻留。ＬＲＲＣ搜集此时邻小区列　表中最好的ＴＯ．ＳＣＤＭＡ小区，目的是重选到该小区。触发　ＴＤ．ＬＴＥ到ＴＤ．ＳＣＤＭＡ的ＩＲＡＴ重选。首先去激活ＬＭＡＣ，　跳转到ｗａｉｔ状态，等待ＬＭＡＣ的去激活证实信号。收到证　实信号后，ＬＲＲＣ向ＮＡＳ指示开始进行ＩＲＡＴ小区重选，　并将目标小区组装进ＳＲＲＣ—ＲＥＳＥＬ＿ＲＥＱ，ＳＲＲＣ收到了携　带目标的小区原语后，进行ＴＤ．ＳＣＤＭＡ单模下的小区重　选过程。小区重选成功后，ＳＲＲＣ－给ＬＲＲＣ回复重选成功　的证实信号。ＬＲＲＣ最后到达ｉｎａｃｔｉｖｅ状态。　６　ＴＤ．ＬＴＥ到ＴＤ—ＳＣＤＭＡ服务小区不可　用的重选成功的测试与验证　为了验证ＴＤ．ＬＴＥ到ＴＯ．ＳＣＤＭＡ服务小区不可用的　．一一皇　整　ｌ　ＳＭＡＣ　ＮＡＳ　ｌ　ｌ　ＬＲＲＣ　ｌ　Ｉ　ＬＭＡＣ　Ｉ　Ｉ　ＳＲＲＣ　ｌ　ＣＭＡＣＩＤＬＭＥＡＳＩＮＤ—　．—　ｂｅｔｔｅｒ　ｌ一　／　ＳＣＤＭＡ　ｃｅ１ｌ　ｔｒｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ＤＬＭＥＡＳ１ＮＤ　ＣＭＡＣＩ巫）　——ｅｘｐｉｒｅ　ＣＭＡＣ＿ＩＮＴＥＲＲＡＴＲＥＱ　（：：：：：　ｊＮＴＥＲ—ＲＡＴ—．ｃＮ　ＬＲＲＩＲＡＴＲＥＳＥＬＳＴｔｔＡＴ＿ＩＮＤ　ｓＲＲｃ　１）　ｓＥＬ－ＲＥＱ　（ｏｎｅ　ＴＤ－ＳＣＤＭＡ　ｃｅｌ—ＣＭＡＣＦＩＮＤ．ＢＣＨ—ＲＥＱ　＜　薹）ｄｅａｃ【ｉｖｅＥＬ　１　ＲＥｏ　ＣＭＡＣ一　—　ＢＣＨ１ＮＦＯＩＮＤ　＿●●●　ＣＭＡＣＢＣＨＩＮＦＯＩＮＤ　—．＿ＲＲ　ＡＣＴ　ＩＮＤ　ＳＲＲＣＲＥＳＥＬＣＮＦ　—．　ＣＭ　ＡＣＩＤＬＣＯＮＦＩＧ—　ＲＥＱ　一　——一　五三＝）　ｓＲＲｃ　ＩＲＡＴ　ＲＡＴＣＨＮ．ＪＮＤ　图１　ｂｅｔｔｅｒ　ｃｅｌｌ触发的ＴＤ．ＬＴＥ到ＴＤ—ＳＣＤＭＡ小区重选流程　ＮＡＳ　ｌ　ＬＲＲＣ　ＬＭＡＣ　ｌ　ＳＲＲＣ　ｌ　Ｉ　ＳＭＡＣ　Ｓｅｒｖｉｎｇ　ｃｅｌ１　Ｓ＜Ｏ　ｔｏ　ＬＴＥ　ｃｅｌｌｓ　ａｒｅ　ｌｎｖａｉｌｄ，ＴＤ－　ＳＣＭＤＡ　ｃｅｌｌｓ　ｅｘｓｉｔ　ＣＭＡＣ１ＤＬＭＥＡＳＩＮＤ—　————．—　ｍａｘｎｕｍｂｅｒ，ＴＤ一／　ＣＭＡＣＩＤＬＭＥＡＳ　ｊＮＤＲＡＴ—　ＣＭＡＣＩＮＴＥＲ——ＲＥ？　￣ＱＭＡＣ一。ＮＴＥＲ—ＲＡＴ—ｃＮＦ　ＬＲＲ１ＲＡＴＲＥＳＥＬｓ　—一—Ｔ　ＩＮＤ　一　ＥＬ　ＲＥＱＯｎｅ　ＴＤ－ＳＣＤＭＡ　ｃｅｌ１］　ＮＤＣＭＡＣＦＩ—ＢＣＨＲ县Ｑ　至）ｄｅａｃｔｌｖｅＥＬ　１ＲＥＱ　—　ＣＭＡＣＢＣＨ—ＩＮＦＯＩＮＤ　＿ＣＭＡＣＢＣＨＩＮＦＯ—．ＩＮＤ　ＲＲ　ＡＣＴ　ｒＮＤ　ＳＲＲＣ　ＲＥＳＥＬ　ＣＮＦ　ＣＪ　ＩＡｃＩＤＬＣＯＮＦＩＧＲＥＱ　一　、、．－～　——／　ＳＲＲＣ　ＩＲＡＴ　ＲＡＴ　ＣＨＮ　１ＮＤ　图２服务小区不可用的ＴＤ—ＬＴＥ到ＴＤ．ＳＣＤＭＡ的小区流程