2G、3G空闲态互操作问题定位方法浅析

王洪威

（中国移动通信集团青海有限公司黄南分公司，青海 黄南 811300）

2G、3G空闲态互操作问题定位方法浅析

王洪威

（中国移动通信集团青海有限公司黄南分公司，青海 黄南 811300）

以河南县移动公司出现终端很容易从3G重选至2G，但到2G后却很难重选回3G的问题为实例，通过2G/3G互操作参数检查、覆盖测试及调整、基站时钟核查、重选参数优化调整等方法分析，得到出现该问题的原因：4G建网后，对传统的“基于RANK重选”算法为主调整为“基于RANK算法”与“基于优先级算法”共存，导致在重选过程中算法的选择以手机支持能力为准则。最后得出要避免2G到3G无法重选，需对GSM全网进行基于优先级的异系统重选参数刷新的结论。

空闲态互操作小区重选基于优先级的异系统重选

1　引言

现阶段黄南移动仅在个别重要景点、区域开启了部分4G站点，现网覆盖仍以3G、2G网络为主，但部分在网用户已经保有4G终端，这些用户在个别区域使用4G网络服务，大部分情况下使用3G网络服务。

近期河南县移动分公司反映，在公司办公楼内部分终端很容易从3G重选至2G，但终端到2G后却很难重选回3G，甚至需要开关飞行模式后，终端才能重新回到3G网络。

经过现场验证测试发现，大唐8142测试手机、华为P7终端在该区域测试过程中未发现该问题，而移动M812C、华为Mate7、华为D2、中兴V5、三星Note4确实存在3G空闲态易重选至2G且很难回3G的问题。

2　2G/3G空闲态互操作问题分析及定位

2.12G/3G空闲态互操作特性简介

3G（TD-SCDMA）与2G（GSM）系统被看成是两个相互补充的系统，GSM系统网络覆盖好，拥有庞大的用户群体；TD-SCDMA系统则可以提供更为灵活的新业务及更高的业务速率。

从用户角度看，2G/3G系统间互操作可以帮助用户实现系统间无缝漫游和切换，从而根据指定的策略选择使用2G服务或3G服务。

从运营商角度来看，3G建网初期，可以利用GSM网络延伸对TD网络的覆盖补充；TD建网中期，可均衡GSM网络与TD网络的负荷；4G网络时代，利用3G网络在4G覆盖空洞区域进行覆盖补充，为用户提供较为良好的数据服务（相比于GSM网络）。因此，2G、3G互操作对保护运营商投资有重要的作用。

2.23G到2G的小区重选

空闲模式下终端从TD-SCDMA网络重选到GSM网络的策略：已经驻留在TD网络的终端，当到达TD覆盖区域边缘时，就进行TD到GSM的小区重选。3G到2G的小区重选包含2个方面：小区重选的触发因素和小区重选标准。

（1）小区重选的触发因素

当终端检测到当前服务小区的Srxlev强度低于或等于异系统小区重选测量门SsearchRAT时，将启动异系统小区重选测量过程。如果当前小区没有发送SsearchRAT给终端，则一直执行异系统测量。

（2）小区重选标准

在不使用HCS的情况下，有如下公式：

其中，s表示服务小区；n表示邻区；TOn为与HCS有关的参数，这里不考虑，取值为0；Qhysts为终端处于IDLE态时小区重选时的滞后值；Qoffset1s,n为小区重选时两个小区之间的偏移量。

终端根据公式计算出当前小区Rs及邻区Rn，选择一个R最大的小区，若最好的小区不是当前服务小区，并且在小区重选延迟时间Treselection内邻小区质量始终优于本小区，则执行到邻小区的重选过程。

2.32G到3G的小区重选

空闲模式下终端从GSM网络重选到TD-SCDMA网络的策略：已经驻留在GSM小区的终端，如果检测到TDS网络覆盖，应该尽快发起从GSM到TD的小区重选。

当允许进行TD和GSM系统间重选时，BSC在BCCH广播消息SI2Quater中向手机发送TDD小区测量参数Qsearch_I、TDD_offset和相邻TDD小区信息列表。Qsearch_I的作用和TD系统中用于启动异系统测量的门限参数SsearchRAT类似，TDD_offset用于确定系统间重选判决门限。

2G到3G小区重选流程包含2个方面：对异系统小区的测量和重选判决执行，具体描述如下：

（1）启动对异系统小区的测量

2G接收电平＜Qsearch_I（0＜Qsearch_I＜7）或2G接收电平＞Qsearch_I（7＜Qsearch_I＜15）或一直测量（Qsearch_I=7），或一直不测量（Qsearch_I=15）。

（2）到异系统小区的判决执行

当TD信号＞TDD_offset时，则进行小区重选，通过控制Qsearch_I、TDD_offset参数即可控制2G向3G的重选。

2.42G/3G网络互操作参数检查

（1）TDS-GSM重选参数设置

结合现网设置值，空闲态下终端从3G到2G的重选流程简化描述如下：

在3G网络覆盖区边缘，UE从3G网络掉落至2G，存在测量、重选两个过程，由网络侧3个主要参数进行控制：

1）测量启动：当UE检测到当前“服务小区的RSCP强度＜空闲模式小区重选异系统切换测量门限（5）＋服务小区的最小接收电平（-103）”，即电平值小于-98dBm时，将启动GSM邻小区测量；

2）当GSM邻区比TD服务小区电平高2dBm且持续2秒，则重选到GSM。

检查问题区域覆盖基站（黄南河南县城HT1HZ）基站上述参数设置，设置均正常：

◆最小接收电平设置为“-103”；

◆空闲模式小区重选异系统切换测量门限设置为“5”。

（2）GSM-TDS重选参数设置

空闲态下终端从2G回3G的关键流程简化描述如下：

1）终端驻留在2G网络时，空闲模式下会始终搜索3G邻区信号（Qsearch_I=7），方便进入3G网络覆盖区后，尽快由2G网络返回到3G网络。

2）当UE检测到TD邻区的电平大于TDD小区重选偏移（-93dBm）且持续5秒，即触发GSM至TD的小区重选时，终端从2G网络返回3G。

检查问题区域覆盖站点（黄南河南县城HG1VPHZ）GSM至TDS重选相关参数设置正常：

◆系统间小区重选允许设置为“是”；

◆空闲模式搜索3G小区门限设置为“7”；

◆TDD小区重选偏移设置为“4”。

2.5覆盖测试及调整

在站点无告警、无异常参数设置的情况下，从上文参数分析可以看出，终端空闲态下进行3G、2G互操作的主要依据是终端测量得到的3G、2G网络电平值：在3G网络电平值较低的情况下，终端通过重选至2G网络保持连续性；在3G网络电平值较高的情况下，终端从2G网络返回3G，提升用户网络体验。

因此，存在两个因素会影响到终端的空闲态互操作行为：一个是网络本身的电平分布，另外一个是终端接收到的电平分布，由于目前UE种类繁多，各厂家UE硬件性能差异，不同终端的接收解调能力存在较大差距。

为了排除终端差异的可能性，采用不同商务终端，对问题较严重的区域（河南县分公司办公楼2楼）进行覆盖测试，发现办公室内TDS信号覆盖较弱，且电平波动（-77～-101dBm），很容易重选至GSM，详情如图1所示：

图1　覆盖测试图

图2　河南县城基站

表1是小区的基本信息表，河南县城基站的位置见图2，该位置由黄南河南县城HT1HZ-1、2小区覆盖，基站铁塔紧邻办公楼，塔高约45m，TDS天线机械下倾角很小，存在如图3所示的塔下黑问题。

表1　小区基本信息表

图3　河南县城基站天线倾角图

为了增强塔下TDS信号，下压黄南河南县城HT1HZ-1、2小区下倾角各5o，调整后TDS覆盖有所增强（基本保持在-90dBm以上），终端几乎一直驻留在TDS网络下，很少会重选至GSM网络，调整后测试结果如图4所示：

图4　调整后覆盖测试图

但人为将终端附着在GSM网络下，移动M812C、华为Mate7、三星Note4仍很难重选至TDS网络。

2.6基站时钟核查

基站需要以频率和时间参考源作为输入参考，产生本地系统时钟和时间信号，并分发到各个功能模块。需要分发的信号主要有系统时钟、帧定时、帧号等，满足多种空中接口制式的要求。

基站系统时钟的晶振频率通过DAC（数字模拟转换器）控制值进行调整。DAC（数字模拟转换器）控制值分为：出厂DA值、中心DA值和当前DA值3种。

如果出厂值与当前值及中心值偏差较大，会影响BTS的时频同步，进一步影响该站点下用户的正常业务，比如影响终端的解码，造成重选、切换失败等问题。尤其是对时钟精度要求较高的部分商用终端，该问题更突出（其他局点曾出现黑莓终端由于BTS时钟导致频繁重选失败的问题）。

对黄南河南县城HG1VPHZ进行时钟检查，结果如图5所示：

图5　时钟检查结果图

可见黄南河南县城HG1VPHZ出厂值与当前值、中心值偏差较大，怀疑与时钟问题相关，后对该站点的时钟进行了调整，结果如图6所示。

基站时钟调整后复测后，GSM重选TDS情况无改善，因此排除基站时钟问题。

2.7重选参数优化调整

（1）参数调整

经过天线调整后，基本可保证在办公室内TDS信号电平高于-90dBm，GSM设置的TDD小区重选偏移为4（-93dBm），当前环境下理应发生G-T的重选，但实际情况终端仍不发生G-T重选。

考虑到办公室内TDS电平仍有波动，可能仍不满足G-T重选调整，之后将“TDD小区重选偏移”设为0（-105dBm），也即当TDS邻区电平高于-105dBm且持续5秒即可发生G-T重选。

采用8142终端进行测试，查看UE侧的系统消息SI 2quater，QI及TDD_Qoffset参数均下发正常，具体如图7所示。

但参数调整后，将M812C、Mate7人为附着至GSM网络，发现这些终端仍不发生G-T重选。另外将这些终端由办公室移至室外（TDS电平在-65dBm左右）后仍无法重选至TDS网络。

（2）DT测试验证

使用M812C终端，在人为附着2G情况下，如图8所示在河南现场进行DT测试，发现终端仍在2G小区间重选，很难由GSM重选至TDS网络，甚至在TDS站下仍无法重选至TDS网络。

图6　调整后时钟检查结果图

图7　参数调整图

图8　DT测试图

2.8空闲态互操作策略核查

在4G网络开始建设之前，2G/3G互操作策略为“基于RANK的重选”，该策略原理及算法见上文所述。

4G网络开始建设之后，由于同时运营GSM、TDSCDMA、TDD LTE等3张不同制式的网络，同时不同制式网络中存在多种频段网络（GSM主用900M、1 800M，TDSCDMA主用F、A频段，TDD LTE主用F、D、E频段），为了改善无线组网复杂度急剧增加带来的互操作问题，现网运营中均启用了“基于优先级的异系统重选”算法。

（1）基于优先级的异系统重选

当满足“BSC配置了基于优先级的空闲态小区重选算法的优先级信息”条件时，终端在执行GSM到TD-SCMDA重选过程中，使用基于优先级的异系统小区重选算法。

在GSM小区中，终端通过System Information 2Quater获取小区的TD-SCDMA邻区列表和异系统小区重选的优先级信息，并根据这些信息进行TDSCDMA邻区的测量。

如果终端是支持3G、4G制式的多模终端，一定支持GSM到TD-SCDMA的基于优先级的异系统小区重选。否则，不一定支持GSM到TD-SCDMA的基于优先级的异系统小区重选。

从网络角度看，终端支持基于优先的异系统小区重选是双向的。GSM小区到TD-SCDMA小区的基于优先级的异系统小区重选算法目标小区的选择如下：

在时间间隔TRESEL内，对于满足UTRANPRI＞GERANPRI，NCELLPRI＞GERANPRI且RSCP＞THRUTRANHIGH的TD-SCDMA邻区，终端选择优先级最高且同一优先级RSCP测量值最高的TD-SCDMA邻区进行重选。

当设置UTRANPRI比GERANPRI大，THRUTRANHIGH设置的值较小时，GSM到TD-SCDMA的基于优先级的异系统小区重选条件较容易满足，有利于终端重选到TD-SCDMA小区，减少在GSM小区驻留的MS。

（2）现网设置核查

核查基于优先级的异系统重选参数，现网所有站点均采用默认值，和推荐值存在较大差异，怀疑以下参数设置问题导致部分终端无法重选，具体如表2所示。

针对上述参数进行优化调整后，使用多个问题终端进行测试验证，G-T重选正常。以M812为例，终端很快从2G网络重选至3G，具体如图9所示。

图9　调整参数后覆盖测试图

2.9结论

根据最新的45.008协议，章节6.6.6 Algorithm for inter-RAT cell re-selection based on priority information及章节6.6.4 Measurements on cells of other radio access technologies中关于终端对2-3G/4G重选策略的支持情况有如下描述：

表2　参数设置表

For a multi-RAT MS, cells or frequencies with other radio access technologies (excluding E-UTRA) may be included in 3G Cell Reselection list (see 3GPP TS 44.018). If cell reselection based on ranking is used, the network controls the measurements for reselection of these cells by the parameter Qsearch_ I broadcast on BCCH. Qsearch_I defines a threshold and also indicates whether these measurements shall be performed when RLA_C (see subclause 6.6.1) of the serving cell is below or above the threshold. These measurements may be performed less frequently thanmeasurements of GSM cells as described in subclause 6.6.1, in order to conserve MS power.

由此分析，早期版本的协议中只定义了普通的2-3G的重选策略（QI/TDDOFFSET），但随着LTE网络的部署和发展，协议又新定义了基于优先级的重选策略，其中包括2G-4G以及2G-3G的基于优先级的重选策略，并且对支持不同制式的终端做了具体要求。

从现场测试的具体况来看，对于MATE7、D2、M812C、三星Note4等支持LTE的终端，终端侧的实现是按照基于优先级的异系统重选策略进行，而对于8142等仅支持2/3G的终端则执行普通的异系统重选。也即上述提及的终端都是按照协议来实现的（需要说明的是，终端按照哪一种策略进行空闲态重选是终端的自主行为，不排除个别支持LTE的终端仍然按照普通的重选策略执行）。

3　结束语

4G网络的建设、扩容工作是当前网络运维的重点工作，4G网络覆盖越来越完善，但不可避免的是现网中仍存在部分区域4G覆盖不足的问题，终端仍然需要进行顺畅的2G/3G互操作流程，以保持较好的用户感知。尤其是对于像黄南州这样由于政府策略引起4G网络覆盖区域较少、主要仍由3G网络覆盖的地区，2G/3G互操作性能显得更为重要。

从上文分析可知，4G成网后，对2G/3G空闲态互操作算法带来了较大影响，由以传统的“基于RANK重选”算法为主调整为“基于RANK算法”“基于优先级算法”共存。在重选过程中算法的选择以手机支持能力为准则。

而现网中“基于优先级的异系统重选”参数采用默认值（门限过高）的场景较多，直接导致支持LTE的多制式终端一旦回落至GSM则很难重选回TDSCDMA网络。因此建议针对GSM全网进行基于优先级的异系统重选参数刷新，避免2G-3G无法重选的问题。

另外，通过上述分析，可以总结处理2G、3G网络互操作问题思路如下：

（1）首先定界是整网性问题还是个别站点问题，是否仅部分终端存在问题；

（2）检查问题站点的告警、无线环境等基础信息；

（3）排查基站时钟是否存在问题；

（4）核查2G-3G重选参数设置是否异常，包括基于RANK的重选参数和基于优先级的重选参数。

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王洪威：工程师，硕士毕业于北京邮电大学软件工程专业，现任职于中国移动青海有限公司黄南分公司，研究方向是无线网络的运行及维护。

Discussion on Interoperability of 2G/3G Idle State

WANG Hong-wei
(China Mobile Group Qinghai Co., Ltd., Huang South Branch, Huangnan 811300, China)

For China Mobile of Henan County, reselection from 3G to 2G on terminal happens easily, but the reselection from 2G to 3G is diffi cult. The reason behind the phenomenon was derived from the analysis on 2G/3G interoperability parameter check, coverage test and adjustment, base station clock check and reselection parameter optimization adjustment. Specifically, the traditional “RANK-reselection-based” algorithm transits into the coexistence of“RANK-reselection-based”algorithm and “priority-based” algorithm. It results in the reselection is dependent on support capacity of mobile phone. In addition, in order to avoid failure of reselection from 2G to 3G, reselection parameter refresh of different systems based on priority for GSM network is necessary.

idle state interoperabilitycell reselectionreselection of different systems based on priority

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.16.007

TN929.533

B

1006-1010(2015)16-0033-07

2015-06-23

责任编辑：袁婷yuanting@mbcom.cn

引用格式：王洪威. 2G、3G空闲态互操作问题定位方法浅析[J]. 移动通信, 2015,39(16): 33-39.