ＷＣＤＭＡ系統有效提高切換成功率的方法

摘要：在WCDMA系統實際的開發測試中，終端(UE)在專用信道(DCH)狀態和前向接入信道(FACH)狀態的相互切換時，若空中接口質量較差、上行有錯包，則切換會失敗。這種失敗完全可以通過RNC的處理來避免，即在暫態過程中由MAC層自行決策是否可以切換，而不是協議描述的由RRC層執行切換。這種方法也可以應用于WCDMA的硬切換過程。實際應用證明，這種方法可以有效的提高切換成功率，提高系統的穩定性和可靠性。

關鍵詞：WCDMA；信道類型切換；硬切換

WCDMA作為3G的主流技術，在全球移動市場中被日益地推廣商用，其市場前景非常廣闊，估計到2010年用戶數將達到3.7億。在實際開發過程中，存在一些問題。如在空中接口質量較差的情況下，信道類型切換的成功率只有90％左右，而且大部分的失敗發生在信道切換的暫態過程中。經過分析和改進之后，實測結果顯示，信道切換的成功率提高到了98%，得到了顯著的改善。

1 WCDMA系統無線接口協議簡介

WCDMA無線接口是指移動終端(UE)與無線接入網(UTRAN)之間的協議接口，用來建立、重新配置和釋放無線承載業務的。共分為3個協議層[1]：物理層(L1)、數據鏈路層(L2)和網絡層(L3)，如圖1所示。數據鏈路層包含了媒體接入控制(MAC)協議層、無線鏈路控制(RLC)協議層以及與業務相關的分組數據匯聚協議(PDCP)層、廣播組播控制(BMC)協議 [2]。從協議角度來看，這些協議層都是為了實現傳輸數據，屬于用戶平面。網絡層主要是無線資源控制(RRC)層，屬于控制平面。

無線空中接口的RRC協議層存在于UTRAN的無線網絡控制器(RNC)和UE之中，但其實現的功能有所不同。如RRC層在RNC中還包括[3]：碼分配、鑒權控制、信道釋放、負載控制、功率控制、切換控制等等。本文主要描述RRC層在進行信道改變或者切換控制中的一種實現方法。

無線數據鏈路(RLC)協議為用戶和控制數據提供分段和重傳服務[4]。每個RLC實體由RRC配置，并且以3種模式之一進行操作：透明模式(TM)、非確認模式(UM)和確認模式(AM)。AM傳輸方式以一套較復雜的自動重傳請求(ARQ)機制提供高可靠的數據傳輸，并且使高層可以通過對AM 實體參數的不同配置獲得更高級別的QoS控制。主要的實現方法是接收方根據發送方的請求或配置周期性向發送方上報狀態報告，發送方接收到這些狀態報告后，就可以有選擇的發送丟失的協議數據單元(PDU)，或者繼續發送后面的PDU。這樣就實現了數據的高可靠傳輸。

MAC層的主要功能有[5]：邏輯信道到傳輸信道的映射、根據瞬時源速率為每個傳輸信道選擇合適的傳輸格式、優先級調度、復用和解復用、業務流量監視、根據上層指示進行信道類型的切換等。傳輸信道類型的切換協議描述的是MAC層在收到RRC命令后執行的公共傳輸信道和專用傳輸信道之間的切換。本文針對具體信道類型切換中的問題提出了一種更加優化的方法。

2 信道類型切換或硬切換流程存在的問題

在WCDMA系統中，UTRAN的RRC層負責對無線資源的分配和管理，負責UE在無線接入側的移動性管理工作[6]。當UTRAN的RRC決定對UE進行無線資源的配置或修改時，會相應地先對NODE B和用戶面進行同樣的配置或修改，最后通過用戶面的RLC、MAC將下行RRC消息如無線承載建立、無線承載的重配、物理信道重配等發送給UE[7]。在協議3GPP 25.331中上述消息中規定這些消息的發送要通過確認模式無線鏈路控制(AM RLC)或非確認模式無線鏈路控制(UM RLC)的專用控制信道(DCCH)進行發送[8]。

如果使用AM RLC發送，UTRAN的RLC發送消息后需要等待UE RLC的ACK，確認消息已經被UE收到；UE的RRC 接收到消息后，根據UTRAN新的配置方式，在新配置上發送完成消息給UTRAN。新配置生效方式主要有兩種：在規定的時刻生效(同步生效)和立即生效。在同步生效方式中，UTRAN和UE在同一個時刻切換到新配置；在立即生效方式中，UE接收到完整的配置消息后立即切換到新配置，并發送配置生效完成消息，UTRAN收到完成消息后切換到新配置。如果配置生效的方式為立即生效，此時UTRAN在發送配置消息后發送數據有這樣一個特點，在舊配置上發送數據，可以在新、舊配置上都接收數據。

這種方式目前有兩種場景：一種是UE的RRC狀態在CELL FACH 狀態和CELL DCH狀態之間的信道類型的切換，另一種是硬切換[9]。

立即生效方式的流程是：RRC首先對用戶面進行無線配置修改的預配置，然后發送配置消息給UE，UE在新配置上響應完成消息，RRC收到后指示用戶面MAC層進行切換。協議3GPP 25.321以及3GPP 25.331中也規定了MAC層的切換需要由RRC發起。但在實際測試過程中發現，由于空中接口的質量問題，如果UE在切換到新配置后RNC沒有接收到完成消息，而UE在發送完成消息的邏輯信道上隨后又發送一條其他消息，那么即使RNC收到了第二條消息，因為下行發送仍是舊配置，UE將沒法接收RNC發送的AM RLC狀態報告，導致UE一直不能重傳完成消息，最后流程失敗。

圖2介紹了專用信道(DCH)轉前向接入信道(FACH)狀態切換過程中失敗的一個例子。UE在DCH信道上接收到RNC的Rb配置消息后，立即切換生效，并在新配置FACH上發送RB配置完成消息。設此完成消息經RLC處理后的PDU為RLC UL SN＝1，其中polling位為1，要求RNC響應狀態報告；由于空中接口的質量問題，RNC沒有收到，UE緊接著發送了一條測量報告消息，其RLC PDU的RLC UL SN=2，同樣指示要求狀態報告；RNC的RLC收到后，在舊配置DCH向UE發送LIST狀態包，要求UE重傳UL SN=1，但因為UE已經切換到新配置FACH，就不能接收DCH上的這個狀態包。在等待UL SN=2的重傳定時器超時后，在RACH上重傳UL SN=2，RNC還是在DCH 上下發LIST，這樣RNC始終收不到UL SN=1的配置完成消息，RRC層等待定時器超時后流程失敗。

3 切換改進方法

鑒于以上協議中存在的缺陷，在實際開發過程中，我們嘗試了一種方法：在RRC給RNC用戶面配置信道類型切換或者硬切換后，將是否進行切換的決策權給MAC。在切換的暫態過程中，如果MAC層接收到新配置上來的有效數據，就認為UE已經完成了切換過程，RNC的用戶面也自動切換到新配置。這樣既可以避免圖2問題的發生，同時也可以加快切換的速度。這里的有效數據目前我們定義為循環冗余碼校驗指示(CRCI)正確的數據[10]。

圖3描述了在采用改進方法后，順利進行DCH到FACH的狀態切換的過程。前面流程同圖2描述一致，在RNC用戶面配置了新配置后由MAC層判斷，如果在新配置上接收到UE數據后，RNC的用戶面自行進行切換。這樣，RNC的RLC接收到SN=2的數據后，向UE發送SN=1丟失的狀態報告得以在FACH上發送給UE，UE能接收到并重發RB配置完成消息，RNC的RRC也就能順利接收到此消息，流程順利結束。

4 結束語

本文從WCDMA實際的開發應用出發，針對RNC實行切換過程中存在的問題，提供了一種有效的進行新舊配置切換的方法。在處于新舊配置切換的暫態過程，如果RNC的MAC接收到新配置上的有效數據，就認為UE已經完成了切換過程，RNC的MAC自動切換到新配置。這樣可以及時的根據實際情況進行狀態的切換，避免了在暫態過程中RNC和UE的兩端的AM RLC不能有效進行狀態報告的缺陷，并且加快了切換速度。這種方法除了應用于信道類型切換的流程外，還可以應用于硬切換流程。實際應用表明，該方法的實行大大提高切換的成功率，降低了掉話率，從而提高了整個系統的可靠性和穩定性。

5 參考文獻

[1] 3GPP TS 25.301 V6. 1.0.Radio Interface Protocol Architecture(Release 6) [S].2004.

[2] 3GPP TS 25. 401 V6. 3.0.UTRAN Overall Description(Release 6) [S].2004.

[3] 張平，等. 第三代蜂窩移動通信系統-WCDMA[M]. 北京:人民郵電出版社，2000.

[4] 3GPP TS 25.322 V6.1.0.Radio Link Control (RLC) protocol specification (Release 6) [S].2004.

[5] 3GPP TS 25.321 V6.2.0. Medium Access Control (MAC) protocol specification (Release 6) [S].2004.

[6] 柴瑜， 沙斐. WCDMA系統的無線資源控制和管理[J].移動通信，2002，26(2):31-33.

[7] 張立新，等. 第三代移動通信技術[M].北京: 人民郵電出版社. 2000

[8] 3GPP TS 25. 331 V6.2.0. Radio Resource Control (RRC) protocol specification (Release 6) [S].2004.

[9] 郭驊. WCDMA的硬切換技術[J]. 江蘇通信技術，2004， 20(4):35-37.

[10] 3GPP TS 25.427 V6.1.0.UTRAN Iur/Iub Interface User Plane Protocol for DCH Data Stream(Release 6) [S].2004.

收稿日期：2007-12-25

作者簡介

呂應權，中興通訊股份有限公司高級工程師。博士畢業于浙江大學控制系。目前從事3G協議的開發工作。

周沖，中興通訊股份有限公司高級工程師。博士畢業于上海交通大學計算機系。目前從事3G協議的開發工作。