TD-SCDMA/GSM双模终端异系统切换的研究

周 亮，李贵勇

（重庆邮电大学 通信与信息工程学院，重庆 400065）

1 引言

小区切换是移动台重要的移动性功能之一，同样也是不同无线通信系统间的主要互操作行为之一。切换包括系统内的切换和系统间的切换，所谓系统内的切换是指在一种无线接入技术内同频或异频小区间的切换，而系统间的切换是指两种无线接入技术间不同小区的切换。

为了向用户提供无缝的通信服务而采用的系统间切换，是双模终端研究必须关心的重要问题之一。双模系统间切换的分析和研究，对于双模终端结构和协议栈接口的实现具有显著的指导作用。同时，切换的触发和测量密不可分，可以说测量结果是触发切换的主要判断依据[1]。因此，笔者将首先对双模单待终端系统间切换的测量过程和切换过程进行研究，然后对双模单待终端系统间切换进行设计与实现。

2 系统间切换的过程描述

系统间切换包括系统间的电路域业务切换，RAT间的分组域业务切换以及系统间并发业务的切换。鉴于篇幅的原因，以系统间的电路域业务切换为例进行研究与实现。

2.1 TD-SCDMA至GSM的切换过程

在TD-SCDMA系统中，陆地无线接入网（UTRAN）可以通过系统消息广播或发送测量控制消息来控制终端中的测量。连接模式下测量过程基本包含测量控制和测量报告。在获取测量参数后，终端根据测量控制消息控制物理层进行持续的测量。无线资源控制子层（RRC）读取物理层的原始测量值，进行相应的平滑处理，形成测量结果。当报告的标准满足时，终端发送测量报告给UTRAN[2]。

UTRAN根据当前的网络情况做出切换判决，发送命令HANDOVER FROM UTRAN COMMAND，要求终端从当前的TD小区切换到满足切换要求的GSM小区。该消息包括无线承载（RB）信元和异系统（inter RAT）信息。inter RAT信息包含一个信元“systemType”，可指示另一个标准所规定的消息，并携带与其他无线接入技术相关的目标小区标识和无线参数。另外，也有可能在终端并没有对目标GSM小区进行测量的情况下，UTRAN根据网络的资源分配和终端的业务情况要求终端切换到GSM小区。

终端接收HANDOVER FROM UTRAN COMMAND消息后，如果处于CELL_DCH状态，将进行系统间切换。如果切换成功，终端检查是否有电路交换域初始直传消息或上行直传消息的递交没有被无线链路控制子层（RLC）成功确认。如果存在这样的非接入层（NAS）消息，将在新建立的GSM连接上重传给网络。一旦离开TDD_LCR模式，终端将清除或设置其变量。如果切换失败，终端将恢复UTRAN配置，建立原有的UTRAN连接，然后发送HANDOVER FROM UTRAN FAILURE消息给网络。网络收到HANDOVER FROM UTRAN FAILURE消息后，将释放在目标无线接入技术GSM中的资源。

2.2 GSM至TD-SCDMA的切换过程

要进行GSM连接模式下对TD-SCDMA小区的测量，终端首先需要从网络获得用于测量的相关参数，然后根据网络要求，判断服务小区的接收信号强度指示（RSSI）是否低于或高于Qsearch_C，若满足条件，则物理层开启GSM连接模式下的TD测量[3]。物理层在完成测量后，就会把TD小区的测量结果上报无线资源管理（RRM），RRM在对测量结果进行整理后形成测量报告，通过上行的慢速随路控制信道（SACCH）有规律地向网络发送测量报告消息。

终端处于连接状态下，网络根据测量报告，触发到异系统小区的切换过程。此时网络将发送HANDOVER TO UTRAN COMMAND消息到终端。在此消息中，除了包含信元“U_RNTI”外，UTRAN可以给终端配置完整的无线承载、传输信道和物理信道信息，或者使用在终端中存储的预定义或缺省无线配置。另外，即使没有预先对目标UTRAN小区及频率进行测量，终端也能接收HANDOVER TO UTRAN COMMAND消息来执行系统间切换。

终端接收到HANDOVER TO UTRAN COMMAND消息后，执行系统间切换过程。终端将维护已建立的信令连接，按照网络的配置消息配置无线承载、传输信道和物理信道。若终端成功地建立了与UTRAN的连接，应在上行DCCH上发送HANDOVER TO UTRAN COMPLETE消息。当收到HANDOVER TO UTRAN COMPLETE消息后，UTRAN将认为系统间切换过程成功。如果终端接收到的HANDOVER TO UTRAN COMMAND消息无效或者无法成功切换，将恢复使用切换前的连接，并向网络指示切换失败[4]。

3 双模系统结构

鉴于GSM协议栈已经相对成熟，TD-SCDMA协议栈也已经商用化，在本文中，双模单待终端协议栈的实现思路是，采用TD-SCDMA协议栈结合GSM/GPRS协议栈的方法，在TD-SCDMA协议栈软件模块和GSM/GPRS协议栈模块的基础上，对其进行必要修改，添加交互接口，以实现高性能的双模协议栈软件。

双模NAS层由TD-SCDMA的NAS层修改而成，用于控制接入技术和公共陆地移动网络（PLMN）的选择；在RRM与RRC间设置接口，支持双模工作，以实现模式间切换的控制；L1U和L1G间设置接口，主要用于支持系统间测量，避免不同系统间底层与上层的交互。在单模的情况下，RRC与RRM支持以前的接口进行信息的传递。同时对于电路交换域，RRC与移动性管理子层（MM）、RLC、MAC和L1U层增加接口原语，RRM与MM、数据链路层（DL）和L1G层增加接口原语，便于实现在双模系统间切换时无线资源对各个层次之间的控制功能。相应的双模协议栈结构如图1所示。其中，图中未提及模块的详细内容可以参考TD-SCDMA和GSM的相关协议[3-4]，在此不再详述。

4 系统间切换流程设计

以TD-SCDMA至GSM的话音切换为例给出系统间切换流程的设计与实现。

4.1 收到切换消息3G模的处理流程

具体处理流程为：

1）网络收到测量报告后，根据测量报告的内容，作出需要进行切换的决策，并向终端发送HANDOVER FROM UTRAN COMMAND消息。

2）RLC通过原语RLC_AM_DATA_IND把网络发送过来的HANDOVER FROM UTRAN COMMAND消息发送给RRC，要求RRC进行系统间切换。

3）RRC通过原语URRC_HO_START_IND向MM指示开始系统间的切换过程，RRC将停止所有活动。

4）RRC通知L1C和MAC进行系统间的切换，同时向RLC发送原语CRLC_SUSPEND_REQ，请求RLC挂起正在进行的业务。

5）系统间切换开始，RRC向RRM发送原语RR_HO_REQ，命令RRM切换到所要求的GSM小区上，原语里包含HANDOVER COMMAND消息，该消息包括信元目标小区标识、信道参数、同步指示等。

6）RRM接收到RRC发送过来的切换命令后，根据HANDOVER COMMAND消息里面的信元进行配置。

7）切换到GSM成功后，RRM向RRC发送原语RR_HO_CNF，通知RRC该2G模已经配置成功，终端接入到指定的GSM小区上。

8）RRC通过原语 CMAC_DEACT_REQ和 CRLC_DEACT_REQ对MAC/RLC进行去激活。

9）RRC向RRM发送信号RR_VSD_IND，通知RRM关于MM，CC，SS层消息的发送状态变量值。

10）RRC通过原语URRC_HO_COMPLETE_IND向MM指示系统间切换完成。RRC跳进NULL状态。

11）系统间切换成功后，MM向CC指示新信道的信道模式和信道速率等。

4.2 收到切换消息2G模的处理流程

具体处理流程为：

1）当RRM在NULL状态接收到RRC发送过来的RR_HO_REQ命令后，根据切换命令中携带的HANDOVER COMMAND消息来进行切换。

2）RRM向DL发送请求DL_CONNECT_REQ（SAPI0），来初始化DL的实体和消息队列。

3）RRM向L1G发送原语MPH_DEDICATED_REQ，请求L1G进入专用模式。RRM此时从NULL状态跳转到异步切换状态。

4）L1G向DL发送原语MPH_DATA_IND，原语中包含PHYSICAL INFORMATION消息，指示了定时提前量，DL再通过原语DL_UNIT_DATA_IND向RRM指示。

5）RRM向L1G发送原语MPH_HO_END_REQ，原语中包含IE定时提前量。此时终端和所切换的GSM小区处于同步状态。

6）RRM向DL发送原语DL_ESTABLISH_REQ，请求DL建立确认模式的数据链路。RRM从异步切换状态跳进异步切换触发状态。

7）DL超帧模式建立成功后，则通过原语DL_ESTABLISH_CNF向RRM指示。

8）RRM接收到DL发送的超帧模式已建立成功的原语后，向MM发送原语RR_SYNC_IND，指示RRM和MM间同步。同时GSM的L1G请求L1U停止所有活动，回到初始状态。

9）RRM通过原语RR_HO_CNF，通知RRC系统间切换成功。

10）RRC则通过原语RR_VSD_INFO通知RRM关于MM，CC和SS层消息的发送状态变量值。RRM从异步切换触发AHT状态跳转到专有ES0状态（ES0状态是建立SAPI0连接后的状态）。

5 SDL与TTCN协仿真测试

在仿真测试时，采用Telelogic AB Tau的树表结合表示法（TTCN）编写测试例，通过SDL and TTCN Suite 4.0提供的规范描述语言（SDL）和TTCN的协仿真功能来进行TD-SCDMA至GSM的话音切换流程测试，完成错误的修改。限于篇幅，这里只截取了该测试用例测试消息序列流图（MSC）的重要相关部分，如图2所示。

6 小结

在TD-SCDMA建设的初期，其覆盖率很难达到GSM系统的覆盖水平，因此有必要实现TD-SCDMA和GSM之间的平滑切换。笔者从技术研发角度出发，详细研究了双模单待终端进行系统间切换的过程及与之相关的测量过程，并重点对双模单待终端系统间话音切换进行了设计与实现，这对TD建网初期保证业务的连续性并提高通信质量具有重要意义。

[1]李小文.TD-SCDMA第三代移动通信系统、信令及实现[M].北京：人民邮电出版社，2003.

[2]张娟，李贵勇.双模单待终端自动重选[J].广东通信技术，2008，28（2）：54-56.

[3]3GPP TS 45.008 V7.9.0，3rd generation partnership project;technical specification group GSM/EDGE radio accessnetwork：radio subsystem link control[S].2007.

[4]3GPPTS 44.018 V7.10.0，3rd generation partnership project； technical specification group GSM/EDGE radio access network； mobile radio interface layer 3 specification， radio resource control（RRC）protocol[S].2007.