TD-SCDMA/GSM/GPRS双模终端CELL CHANGE ORDER过程研究

田煚升，李贵勇

(重庆邮电大学 通信与信息工程学院 重庆 400065)

0 引言

3G放号以来，TD_SCDMA用户数量稳步上升，中国移动要求各TD终端厂商必须支持TDSCDMA/GSM/GPRS双模，以便能使2G到3G平滑过度。本文基于TD-SCDMA/GSM/GPRS双模单待自动切换终端（协议控制）的两种模式间的转换进行研究。

系统间转换分为空闲模式下的重选及连接模式下的切换两个过程。连接模式下的切换过程是由网络控制的，其又分为收到网络的切换命令和小区改变命令两种情形。本文分析的是后面的这一过程。

1 CELL CHANGE ORDER过程

1.1 概述

系统间CELL CHANGE ORDER过程的目的是：在网络的控制下，实现终端从一个系统小区转移到另一个系统小区。3G到2G的小区改变过程是，在网络的控制下，将UE和UTRAN之间的连接转移到UE和GSM/GPRS间，这个过程是当UE驻留在TD模式下，在CELL_DCH 和 CELL_FACH状态下且在没有建立RAB或者仅在PS建立RAB情况下使用[1]；2G到3G的小区改变过程则是，在GSM网络的控制下，将UE和其GSM/GPRS间的连接转移到UE和UTRAN之间，这个过程是当UE驻留在GSM模式，处于packet_idle和packet_trans状态下使用。按照流程应包括系统间测量、网络判决、小区改变执行3部分[2]。

1.2 系统间测量

在通信过程中，系统发送小区改变命令的判决取决于UE向网络发送的对下行链路测量的报告，以及基站对上行链路测量的报告。对于UE来讲，CELL CHANGE ORDER过程准备工作就是执行系统间测量，提供测量报告。

1.2.1 TD-SCDMA连接模式下对GSM测量[1]

①11高层触发TD测量的条件：在TDSCDMA连接模式下，UTRAN通过测量控制消息来配置相应的RAT间测量参数，包括测量的GSM小区列表、测量量、报告量和报告准则来触发对高层的测量。

②22测量报告的发送分为周期性发送测量报告和触发性发送测量报告，这是取决于UE收到的测量控制消息里的报告准则。当网络配置的是触发性发送测量报告时，当满足测量报告条件UE应向网络发送测量报告消息。Inter-RAT测量报告触发事件有：

3a事件: 当前使用的UTRAN频率的信号质量低于某一门限同时inter-RAT系统小区的信号质量高于某一门限；

3b事件: inter-RAT系统小区的信号质量低于某一门限；

3c事件: inter-RAT系统小区的信号质量高于某一门限；

3d事件: inter-RAT系统内最佳小区发生改变；

1.2.2 GSM连接模式下对TD_SCDMA 的测量[2]

①11GSM模式下对UTRAN TDD小区进行测量，测量量是P-CCPCH RSCP。

②22高层触发TD测量的条件：网络通过下发参数Qsearch_C（通过BCCH下发）控制GSM连接模式下的TD测量。即根据网络要求，高层判断服务小区的RSSI（Received Signal Strength Indicator接收信号强度指示）低于或高于Qsearch_C，则要求PHY（Physical Layer 物理层）进行GSM连接模式下的TD测量。如果没有下发Qsearch_C，则采用Qsearch_C_intial。然后根据测量结果周期性地发送测量报告。

1.3 网络判决

网络判决过程主要是RNC根据切换判决算法，确定移动台是否需要切换，以及转换到哪个小区。网络对上行链路测量的报告以及UE关于下行链路测量的报告一起进行处理。当测量结果符合一定的准则，如信号强度、信号质量、干扰、负荷、链路预算、速率或联合算法准则时，系统将触发小区改变命令。网络侧对测量结果进行处理的具体过程和算法不为本文重点，在此不对所涉及的准则和所用的参数进行详述。系统在设定的时刻来运行相关的判决，决定是否需要发起小区改变过程、小区改变到哪个小区以及资源分配等[3]。

1.4 小区改变执行

当网络收到UE发送的测量报告后，可能就会发送小区改变命令到UE。该过程，网络的任务有网络通过小区改变命令通知用户所选目标小区，在目标小区进行接纳控制，重新为用户分配资源，释放原有资源。UE的任务是在收到小区改变命令后根据收到的信息进行配置，然后断开原小区，建立新小区的连接。

2 UE收到小区改变命令后的处理流程

2.1 信令平面的切换过程

2.1.1 TD模式到GSM/GPRS模式

这个过程被用于CELL-DCH和CELL-FACH状态下，有PS信令连接存在的条件下，且用于没有建立的RAB存在或者仅有PS域的RAB存在的情况下（即没有业务或只有PS业务两种情况）。否则，UE忽略该消息（直接丢掉，认为没接收该消息）。当该消息有效时，UE将：①11开启T309定时器；②22与目标小区建立连接（重选到目标小区）；③33消息中没有包含IE "NC mode"时，从目标小区PSI/SI中获得该参数；④44忽略消息中包含的IE "RAB Information List"；⑤55如果UE支持 UTRAN到 GERAN的 Cell Change，IE "Geran System Information"存在且UE在DCH状态的话，且如果IE "GERAN System Information"中包含的是正确的SI/PSI集，UE将使用这些SI中的信息在GERAN小区上进行接入过程；如果不正确，忽略该IE信息，继续执行Cell Change Order过程。设计流程图如图1所示。

图1 3G到2G信令平面切换过程

图1为UE驻留在3G小区，处于FCH状态下具有PS域业务的情况下，CELL CHANGE ORDER过程成功的流程图（接入层）。UE在收到CELL CHANGE ORDER FROM UTRAN消息后，向MAC发CMAC_INTER_RAT_REQ，包含对3G模式物理层去激活时间[4]；当收到去激活证实后向MMC发送指示，通过MMC来控制停止COM数据的传送；然后向GSM模式模块发送RR_CELL_CHANGE_REQ，里面包含建立GSM模式连接所需要的信息；在UE驻留到GSM小区，且分组接入成功后，GRR模块会向URRC模块返RR_CELL_CHANGE_CNF原语，表示2G模式已经成功激活；然后URRC去激活3G模式的RLC、MAC且向RABM指示删除的实例，最后向MMC指示CELL CHANGE ORDER过程完成。

CELL CHANGE ORDER FROM UTRAN的失败处理：如果UE是在CELL_DCH下接收到CCO消息，在目标小区上连接建立成功之前T309超时或者因其它原因导致在目标小区上的连接建立失败（如接入被拒绝），UE首先试图返回原TD小区（老信道），如果返回原小区不成功时，执行无线链路失败的小区更新过程，然后向网络发送失败原因为"physical channel failure"的CELL CHANGE ORDER FROM UTRAN FAILURE消息；如果之前是在FCH状态收到CCO消息，UE将首先试图返回原小区，如果返回原小区失败时，重选一个可用的UTRA小区，并发起小区重选的小区更新过程，然后向网络发送失败原因为"physical channel failure"的CELL CHANGE ORDER FROM UTRAN FAILURE消息。

CELL CHANGE ORDER FROM UTRAN的异常处理：①11如果收到该消息时没有PS信令连接存在或者有CS信令存在，UE忽略该消息，当作根本未收到这条CCO消息处理；

②22UE不支持网络要求的cell change order过程或者消息中包含UE不支持的配置时，UE向网络发送一个失败原因为"configuration unacceptable"的CELL CHANGE ORDER FROM UTRAN FAILURE消息；③33该消息中包含一个协议错误，导致PROTOCOL_ERROR_REJECT设置为TRUE，则UE 发送CELL CHANGE ORDER FROM UTRAN FAILURE。

2.1.2 GSM/GPRS模式到TD模式

GSM的分组空闲模式、分组传输模式或GERAN Iu mode，网络通过packet Cell change order（包含TD目标小区的描述信息）消息发起GSM到TD的小区改变过程。UE收到packet cell change order（包含TD小区描述）时，如果包含的IE是有效的且满足UE支持能力的话，UE执行TD小区驻留，成功驻留到TD小区后，发起建立原因为"Inter-RAT cell change order"的RRC连接建立，通知网络发生了RAT间的CCO过程，连接建立成功后才认为小区改变过程结束。

图2为为UE驻留在2G小区，处于packet_idle模式， CELL CHANGE ORDER过程成功的流程图（接入层）。在URRC模块收到原语URRC_CELL_CHANGE_REQ后，在TD模式下建立起信令连接后，回复证实到GRR模块。

图2 2G到3G信令平面切换过程

失败处理：如果目标小区不可用（小区被bar等），或者在目标小区上接入过程失败（如接入被拒），或者在指定时间（T3174）内没有完成小区改变过程，UE停止T3174试图返回原小区，在原小区上发送packet cell change failure消息给网络，如果返回原小区失败，则执行正常小区重选过程。

2.2 数据平面的切换过程

2.2.1 TD模式到GSM/GPRS模式

当UE驻留在3G小区，处于FCH状态下具有PS域业务的情况下，CELL CHANGE ORDER过程成功后，即URRC模块在收到RR_CELL_CHANGE_CNF后,既完成了信令平面的切换,但在数据平面也要进行切换：

①11若不支持无损重定位，PDCP模块不会维护这些序列号，不需要倒换数据到2G模式。

②22如果支持无损重定位，需要在实例删除之前，将该实例所缓存的AM PDU及序列号和ul sn（终端期待的下个PDU的序号）导入到RABM和PDCP共享的切换队列。如图3所示，3G到2G的小区改变过程中，在URRC模块收到RR_CELL_CHANGE_CNF的后，向PDCP模块发送的CPDCP_IRAT_REQ，这时PDCP模块将ul sn写入到切换队列。之后才会进行TD模的去激活。网络指示给UE的dl sn（网络期待接受的下个PDU的序号）和UE指示给网络的ul sn，最终是通过在2G模下routing update accept及routing update complete进行交互的[5-6]。

图3 3G到2G模式PDCP序号倒换过程

2.2.2 GSM/GPRS模式到TD模式

在2G到3G的小区改变过程中，在SNDCP在删除上行内存池时，RABM会将队列中的N-PDU（未得到网络确认）存入到切换队列中：

①11在LLC UACK模式下，直接将切换队列中的PDU全部删除，不需要进行倒换。

②22在LLC ACK模式下，如果网络没有把dl sn（网络期待接受的下个PDU的序号）传过来，RABM会重传所有的N-PDU；否则，RABM会根据dl sn对切换队列进行确认，重传未得到确认的N-PDU，并将从SNDCP中获取的ul sn（终端期待的下个PDU的序号）传给网络。如图4所示，2G到3G的小区改变过程中，在终端驻留到3G小区后，在进行rb建立的过程中进行序列号倒换的：dl sn，先由网络通过rb setup msg，发送给URRC，然后从URRC模块经由PDCP模块导入RABM模块，然后RABM根据dl sn对切换队列中小于sn的数据块进行清除，以后PDCP模块将从dl sn开始发送数据；ul sn，则从切换队列经由PDCP模块倒出到URRC，最后通过rb setup complete发给网络。

图4 2G到3G模式PDCP序号倒换过程

3 测试

TTCN(Tree and Tabular Combined Notation)即数表结合表示法，他是一种标准化的ATS描述语言，获得了世界范围的标准化组织和测试委员会的认同，被广泛的应用于通信协议的测试中。TTCN(Tree and Tabular Combined Notation)具有明确的语法和语义，切实可自行的，用以表述独立于任何现实的通用测试集。TTCN板级测试[7-8]是采用TTCN模拟测试环境，编写测试用例，测试体IUT移植了到源代码的手机板，IUT的测试环境仍然是在TTCN中编写测试例来模拟的，也是通过接口与IUT进行消息交互，再检查消息交互的原语，数据及对应的MSC图、log、TRACE等来验证测试体是否达到开发的要求。在本项目中采用单元测试的方法，也就是对涉及到的相应模块分别进行测试，最后在进行集成。如图5所示，如果对URRC模块进行测试，先将该部分代码烧入到ARM开发板，然后在TTCN侧（也即计算机侧）模拟与URRC模块进行原语通信的其他模块，编写测试例及相应数据，让其交互通信起来，通过检查消息交互的原语，数据及对应的MSC图、log、TRACE达到协议一致性测试的目的。图中TTCN发送AT指令将ARM板侧代码激活，以达到和TTCN侧交互的目的；TRACE模块是用于跟踪LOG；AIJI则是用于调试。

图5 板级测试平台结构

CELL CHANGE ODER过程涉及到的流程繁多，生成的仿真图（MSC图）也较多,图6为对URRC模块进行单元测试生成的MSC图，该过程为TD模式到GSM/GPRS模式的CELL CHANGE ORDER过程的信令平面切换过程。通过检查MSC图、log、TRACE达到了协议一致性的要求。

4 结束语

TD-SCDMA/GSM/GPRS双模终端是中国移动通信由2G时代迈入3G时代的必然产品。本文首先介绍了双模单待自动切换终端CELL CHANGE ORDER过程的几个流程步骤：系统间测量、网络判决、小区改变执行，然后设计实现了双模终端在收到小区改变命令后的信令及数据平面的切换过程，并进行了协议一致性测试。该过程是双模单待自动切换终端实现系统间转换的一种重要方式。

[1]3GPP TS 25.331 V8.8.0: 3GPP Technical Specification Group Radio Access Network,Radio Resource Control (RRC) [s].Technical specification, 2009-9.

[2]3GPP TS44.018.V7.10.0: 3GPP Technical Specification Group GSM/EDGE Radio Access Network;Mobile radio interface layer 3 specification,Radio Resource Control (RRC) [s].Technical specification, 2009-9.

[3]张娟,李贵勇.双模单待终端自动重选[J].广东通信技术,2008（2）:73-78.

[4]3GPP TS 25.321 V8.7.0: 3GPP Technical Specification Group Radio Access Network;Medium Access Control (MAC) [s].protocol specification,2009(9).

[5]3GPP TS 25.322 V8.8.0: 3GPP Technical Specification Group Radio Access Network;Radio Link Control (RLC) ;Technical specification[s].2009(9).

[6]3GPP TS 25.323 V8.4.2 : 3GPP Technical Specification Group Radio Access Network;Packet Data Convergence Protocol (PDCP)[s].Technical specification,2009(9).

[7]张娟.TD-SCDMA/GSM双模终端无线资源管理系统间切换的研究[J],硕士学位论文,2009.

[8]姚明菊,李小文.几种基于TTCN的TD-SCDMA终端协议测试方法介绍[J].通信世界,2007, (13):55-59.