［馮榮洲］

TD-LTE網(wǎng)絡(luò)互操作策略分析

［馮榮洲］

摘要文章介紹了TD-LTE互操作涉及的背景分析，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的簡析，以及互操作的策略分析，指出目前TD-LTE互操作主要使用CSFB、SRVCC的解決方案解決語音業(yè)務(wù)問題，側(cè)重于使用CSFB方案解決。另外還介紹了網(wǎng)絡(luò)切換涉及的各種判定因素。討論了在未來5G環(huán)境下的多網(wǎng)融合問題。

關(guān)鍵詞：TD-LTE CSFB SRVCC 網(wǎng)絡(luò)切換判定準(zhǔn)則 5G

馮榮洲

男，工程師，本科畢業(yè)于華南理工大學(xué)，現(xiàn)任職于廣東怡創(chuàng)科技股份有限公司，主要研究方向：移動通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方向。

1　背景分析

當(dāng)前，3GPP（The 3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴項目）組織提出的LTE（Long Term Evolution，分時長期演進(jìn)）移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，也就是“4G”網(wǎng)絡(luò)，已在全球廣泛地區(qū)由各運(yùn)營商進(jìn)行部署和運(yùn)營之中。根據(jù)雙工方式的不同，LTE系統(tǒng)分為FDD-LTE（Frequency Division Duplexing，頻分雙工）和TDD-LTE (Time Division Duplexing，時分雙工)，二者主要的技術(shù)區(qū)別在于空口的物理層上（像幀結(jié)構(gòu)、時分設(shè)計、同步等），TDD-LTE一般也簡寫為TD-LTE。TD-LTE包含大量中國的專利，由中國主導(dǎo)，同時得到了廣泛的國際支持。2013年12月4日，工業(yè)和信息化部向中國三大運(yùn)營商（中國移動、中國聯(lián)通、中國電信）頒發(fā)了“LTE/第四代數(shù)字蜂窩移動通信業(yè)務(wù)（TD-LTE）”經(jīng)營許可。這也標(biāo)志著我國已正式步入了移動通信的“4G”網(wǎng)絡(luò)時代。中國移動獲得130MHz頻譜資源（1880 -1900 MHz、2320-2370 MHz、2575-2635 MHz）；中國聯(lián)通獲得40MHz頻譜資源（2300-2320 MHz、2555-2575 MHz）；中國電信獲得40MHz頻譜資源（2370-2390 MHz、2635-2655 MHz）。

目前來看，未來我國2G、3G和4G網(wǎng)絡(luò)將會長期并存發(fā)展。換言之，4G網(wǎng)絡(luò)需要在比較長的時間內(nèi)將會與2G和3G網(wǎng)絡(luò)一起協(xié)同組網(wǎng)工作，這就必然帶來了網(wǎng)絡(luò)間互操作的問題。由于不同網(wǎng)絡(luò)之間的多樣性和復(fù)雜性，而且在處理問題的過程中可能會碰到各種預(yù)先沒有設(shè)想到的問題和情況，因此，如何解決LTE網(wǎng)絡(luò)與異系統(tǒng)之間互操作的各種問題是需要進(jìn)行深入探討研究和解決的。

2　TD-LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡析

LTE以正交頻分多址接入（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）和多天線輸入輸出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）為主要技術(shù)基礎(chǔ)，滿足更低的傳輸時延、提供更高的用戶傳輸速率、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、采用更大的載波帶寬、增加容量和覆蓋、減少運(yùn)營費(fèi)用，目標(biāo)是優(yōu)化分組數(shù)據(jù)域業(yè)務(wù)傳輸。

TD-LTE的一些主要技術(shù)特性如下：

（1）雙工方式：時分雙工（Time Division Duplexing，TDD）

（2）系統(tǒng)支持的帶寬：1.4MHz、3.0MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz

（3）下行采用OFDMA，最高速率可以達(dá)到100Mbits/s；上行采用單載波分頻多工（Single-Carrier Frequency Division Multiple Access，SC-FDMA），最高速率可以達(dá)到50Mbits/s

為了適應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展，LTE通信系統(tǒng)已沒有了電路域的交換，只有分組域的交換。從運(yùn)營商的角度來說，2G、3G的網(wǎng)絡(luò)目前仍相當(dāng)完善，例如中國移動，其2G即GSM網(wǎng)提供的語音網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量仍然是相當(dāng)不錯的，基于投資成本等因素考慮，因此希望在2G網(wǎng)絡(luò)中還可以承擔(dān)至少部分的語音業(yè)務(wù)。如果要完全僅在TD-LTE通信系統(tǒng)中支持電話語音業(yè)務(wù)，則需要有IP多媒體系統(tǒng)（IP Multimedia Subsystem，IMS）網(wǎng)元的支持。但是考慮到了與2G（GERAN）和3G（UTRAN）網(wǎng)絡(luò)的過渡和連接關(guān)系，3GPP提出了電路域回退（Circuit Switched FallBack，CSFB）和單一無線語音呼叫連續(xù)性（Single Radio Voice Call Continuity，SRVCC）的技術(shù)解決方案。CSFB在LTE通信系統(tǒng)網(wǎng)元中沒有涉及IMS網(wǎng)元的情況下使用，SRVCC則是在LTE通信系統(tǒng)網(wǎng)元中有IMS網(wǎng)元支持語音業(yè)務(wù)的情況下使用。在當(dāng)前，使用CSFB方案解決語音業(yè)務(wù)問題應(yīng)用較為廣泛，SRVCC解決方案則由于實現(xiàn)技術(shù)較為復(fù)雜、涉及現(xiàn)網(wǎng)改動較大等因素而應(yīng)用較少。

CSFB使得用戶設(shè)備（User Equipment，UE）在E-UTRAN系統(tǒng)中可以利用2G、3G的網(wǎng)絡(luò)提供語音或者其他CS域的服務(wù)。這項功能只有在E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)覆蓋疊加在GERAN或者UTRAN網(wǎng)絡(luò)上時才可以使用。基本的CSFB流程架構(gòu)如圖1[4]：

圖1說明，CSFB的功能是由MSC server和MME之間的SGs接口來實現(xiàn)的。另外，SMS（短消息）的收發(fā)也可以通過SGs接口來實現(xiàn)，短信息的收發(fā)不會觸發(fā)CSFB，因此無需要求E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)覆蓋疊加在GERAN或者UTRAN網(wǎng)絡(luò)上。

3　 TD-LTE系統(tǒng)互操作分析

TD-LTE多模終端的系統(tǒng)間互操作行為主要包括Inter-RAT小區(qū)重選和Inter-RAT切換過程，而Inter-RAT小區(qū)重選和Inter-RAT切換過程都是以Inter-RAT測量為依據(jù)的，如圖2參考3GPP TS 36.331的描述所示是系統(tǒng)間重選和切換過程的各種狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。

如圖2，E-UTRA終端有空閑態(tài)（IDLE MODE）和連接態(tài)（CONNECTED MODE）兩種狀態(tài)。在空閑態(tài)時，終端在TS36.331定義的DRX（不連續(xù)接收，Discontinuous Receive）的4種時間間隔（RF32/64/128/256，分別對應(yīng)320ms/640ms/1.28s/2.56s）內(nèi)，利用TS36.304中的S算法測量服務(wù)小區(qū)信號強(qiáng)度，并利用R準(zhǔn)則進(jìn)行排序，達(dá)到設(shè)置的門限值時，將選擇最合適的服務(wù)小區(qū)進(jìn)行駐留，異系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)移使用小區(qū)重選（Reselect）的方式進(jìn)行。在連接態(tài)時，當(dāng)終端測量服務(wù)小區(qū)信號強(qiáng)度小于絕對門限值（A2事件）并且異系統(tǒng)鄰區(qū)信號強(qiáng)度大于一個門限值（B2事件）時，將啟動到異系統(tǒng)的切換互操作過程，包括重定向（Redirect）、小區(qū)切換（Cell Change Order，CCO）使用/不使用（with/without）網(wǎng)絡(luò)協(xié)助的小區(qū)切換（Network Assisted Cell Change，NACC）、數(shù)據(jù)域切換（PS HandOver，PSHO）、快速返回（Fast Return，F(xiàn)R）等。

圖1　CSFB通過SGs接口實現(xiàn)的EPS架構(gòu)

圖2　E-UTRA狀態(tài)及互操作處理流程

4G的LTE（當(dāng)然也包括TD-LTE）與3G、2G網(wǎng)絡(luò)之間如何進(jìn)行切換的問題，也就是所謂的“互操作”的問題。互操作最主要要解決的基本問題就是所謂的“無縫連接（seamless connectivity）”，也就是讓用戶感覺不到網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)進(jìn)行了切換。在技術(shù)上來講就涉及到了如何解決包括時延、丟包、移動終端、信令開銷以及系統(tǒng)架構(gòu)等的基本問題。有關(guān)技術(shù)涉及到終端、芯片、TD-LTE網(wǎng)絡(luò)、GSM網(wǎng)絡(luò)以及IMS網(wǎng)絡(luò)等，一些調(diào)試的難度相當(dāng)大，因此還有可以深入研究及優(yōu)化的空間?？偨Y(jié)來說，互操作中網(wǎng)絡(luò)切換的判定準(zhǔn)則因素如表1：

表1　網(wǎng)絡(luò)切換判定準(zhǔn)則

由表1可以看出，網(wǎng)絡(luò)切換是由多種因素綜合一起決定的。在不同的時間段，不同的地點，對于不同的用戶或終端，根據(jù)當(dāng)前可以提供的網(wǎng)絡(luò)條件，以決定當(dāng)前的用戶設(shè)備（UE）是否需要進(jìn)行切換，切換到哪個網(wǎng)絡(luò)，以及如何執(zhí)行切換。網(wǎng)絡(luò)切換最重要的目的就是以盡可能低的成本支出（COST），提供盡可能高的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)條件，以滿足預(yù)定的用戶體驗質(zhì)量（QOE）和服務(wù)質(zhì)量（QOS）。

4　 總結(jié)及展望

綜上所述，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)與2G、3G的互操作主要由基于3GPP提出的CSFB、SRVCC等流程進(jìn)行實現(xiàn)的，目前對其中的一些信令參數(shù)等進(jìn)行了一些優(yōu)化，但對于解決網(wǎng)絡(luò)互操作中最重要的指標(biāo)參數(shù)即網(wǎng)絡(luò)切換時延（Handover Latency）仍然較大等問題，離最終要求的網(wǎng)絡(luò)間切換“零”時延的目標(biāo)仍相差甚遠(yuǎn)。在面向5G的多網(wǎng)融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，已有相關(guān)文獻(xiàn)提出了一些方法。例如文獻(xiàn)[6]提出在更靠近用戶的接入側(cè)，在控制面引入多網(wǎng)管理（Multi-RAT Management，MRM）模塊，在數(shù)據(jù)面引入數(shù)據(jù)中心（Date Center，DC）模塊，將控制面和數(shù)據(jù)面徹底分離，即是將信令和數(shù)據(jù)完全解耦，從而為多網(wǎng)絡(luò)的融合提供了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的技術(shù)框架基礎(chǔ)，以實現(xiàn)多網(wǎng)間的“零”時延切換目標(biāo)要求。但目前5G仍在研究實驗階段，相關(guān)實際現(xiàn)網(wǎng)實施效果仍有待驗證。

參考文獻(xiàn)

1王映民，孫韶輝等. TD-LTE技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計. 北京：人民郵電出版社，2010

23GPP TS 23.272. Switched (CS) fallback in evolved packet system (EPS);Stage 2. version 12.5.0

33GPP TS 23.216. Single radio voice call continuity (SRVCC);Stage 2. version 12.2.0

4葉全南.TD-LTE與2G/3G互操作方案初探[J].廣東通信技術(shù)，2011，04：40-43

5宗序梅，吳曉波. 中國移動TD-LTE語音模式優(yōu)化解決方案研究[J].電信技術(shù)，2015，01：77-85

6Abdullah Gani, Golam Mokatder Nayeem, Muhammad Shirazn, etc, A review on interworking and mobility techniques for seamless connectivity in mobile cloud computing[J]. Journal of Network and Computer Applications.2014,43:93

7劉云璐，楊光，楊寧等. 面向 5G 的多網(wǎng)融合研究[J]. 電信科學(xué)，2015，05：114

DOI:10.3969/j.issn.1006-6403.2016.01.013

收稿日期：（2015-12-24）