TD-LTE/TD-SCDMA系統間小區重選的研究與實現*

王 瓊，陸紹干

（重慶郵電大學通信與信息工程學院 重慶400065）

1 引言

為了滿足人們日益提高的通信需求，3GPP提出了基于全IP化的TD-LTE網絡演進架構。TD-LTE作為TD-SCDMA演進性技術，用戶數據速率、系統容量等相比TD-SCDMA有了很大的提高和改善，使得TD-LTE的商用化進程向前推進了一步[1]。作為全分組交換網絡的TD-LTE適用于數據業務，但不能提供高質量的話音服務，因此業界提出了TD-LTE/TD-SCDMA/GSM(GPRS)多模單待的CSFB（電路域回落）話音業務解決方案[2]。3GPP明確要求，多模單待終端必須支持CSFB功能，因此成為首選的話音承載方式。

作為TD-LTE商業化進程瓶頸的多模單待手持終端，不僅需要支持在TD-LTE、TD-SCDMA、GSM模式下能獨立通信，任何時刻只能工作在一種模式下；而且需要支持TD-LTE、TD-SCDMA、GSM(GPRS)系統間的互操作，包括系統間小區重選、重定向以及切換等[2]。為保證多模終端能夠在不同的網絡制式下駐留，從而獲得相應的網絡服務，一個重要的方法就是小區重選。小區重選不僅是實現多種制式網絡相互融合的重要手段，也是多模終端主要的移動性功能。雖然多模單待終端的標準已經成熟，但商用多模單待的終端產品并不多見，故本文重點對TD-LTE和TD-SCDMA之間的小區重選準則以及相關過程進行研究，對促進多模單待終端系統間互操作的實現具有重要意義。

2 小區重選概述

TD-LTE/TD-SCDMA/GSM(GPRS)多模單待手持終端具有接入TD-LTE、TD-SCDMA和GSM(GPRS)網絡的能力，但在使用TD-LTE接入時，無法進行電路域業務。為了使終端在TD-LTE接入下能夠發起或接收話音的尋呼等CS業務，需要執行TD-LTE、TD-SCDMA、GSM(GPRS)系統間的操作，主要包括小區重選與切換。

小區重選是指終端在空閑狀態下，為保證網絡服務而尋找通信狀況更優的小區并正常駐留的過程，分為同頻（intra-frequency）、異頻（inter-frequency）和異系統（inter-RAT）重選3種，其中前兩者是系統內的重選行為，后者是針對不同無線接入技術的重選行為。小區重選過程分為測量和重選準則判定兩部分[3]。終端觸發物理層進行測量的目的是為小區重選提供依據，而重選怎樣進行，應該選擇哪個小區，就需要依靠重選準則來判定，UE通過重選準則和測量結果對監視的服務小區及鄰小區進行評估，從而重選到一個更好的小區進行駐留。

小區重選是為了使網絡提供更好的服務，所以在任意時刻UE都應該駐留在一個合適的小區以便可以隨時成功地接入相應的網絡。隨著用戶移動或無線環境的變化，當前駐留的服務小區不再適合提供接入服務，而本模式下也沒有可用的鄰小區，此時就需要通過異系統的小區重選使終端駐留在一個適合接入網絡的小區上。小區重選的最高宗旨就是最大程度地保證空閑模式下的終端駐留在信號最好且優先級最高的小區上。

要觸發TD-LTE到TD-SCDMA的系統間小區重選，首先必須要在TD-LTE模式下開啟對TD-SCDMA小區的測量。觸發對TD-SCDMA小區的測量后，物理層周期性地向RRC上報測量結果，被測量小區的參考測量值必須滿足小區選擇的條件才可以重選，即Srxlev>0且Squal>0，具體計算如下：

其中，Srxlev為計算出的小區S值，該值將作為小區是否滿足小區重選條件的判斷標準；Qrxlevmeas為小區的RSRP測量值；Qrxlevmin為該小區正常駐留所要求的最小RSRP測量值；Qrxlevminoffset只有在進行周期性高優先級PLMN搜索時才使用；Pcompensation為UE在小區內允許的最大上行發送功率PEMAX_H與UE各級自身能力規定的最大RF發送功率PPowerClass的差值同0比較的較大值。當滿足重選準則時，觸發系統間的小區重選[3]。

3 LTE異系統重選準則

3.1 Threshsering,lowq存在

（1）TD-LTE到UTRA（即TD-SCDMA）高優先級頻點小區的重選準則

·在小區的重選評估時間內，即在重選定時器t_ReselectionUTRA超 時 之 前，inter_RAT高 優 先 級評估頻點下的小區S值一直保持Srxlev>Threshx,highp。

·UE駐留到當前服務小區已超過1 s。

（2）TD-LTE到UTRA低優先級頻點小區的重選準則

·在重選定時器t_ReselectionUTRA之內，服務小區一直保持SqualThreshx,lowp。

·UE駐留到當前服務小區已超過1 s。

3.2 Threshsering,lowq不存在

（1）TD-LTE到TD-SCDMA高優先級頻點下小區的重選準則

·在重選定時器t_ReselectionUTRA之內，高優先級頻點小區一直保持Srxlev>Threshx,highp。

·UE駐留到當前服務小區已超過1 s。

（2）TD-LTE到TD-SCDMA低優先級頻點下小區的重選準則

·在重選定時器t_ReselectionUTRA之內，服務小區一直保持SrxlevThreshx,lowp。

·UE駐留到當前服務小區已超過1 s。

如果多個不同優先級下的小區都滿足小區重選準則，那么優先重選到高優先級頻點下的小區，首先按照優先級對滿足重選條件的小區進行排序。

在TD-SCDMA系統中，如果高優先級的頻點是TD-SCDMA下的一個頻點，并且此最高優先級頻點下有幾個小區都滿足重選準則，則這些小區按小區排序準則（即R值）進行排序，并且該小區要比服務小區RSRP好6 dB才能重選[3]。

4 小區重選流程設計

（1）小區列表設計

鄰小區列表：為了控制簡單，對于TD-SCDMA的小區，重新定義鄰小區列表以保存LTE系統消息6和7廣播的小區及盲檢到的小區。TD-LTE保持目前的鄰小區列表a_errc_nCellFreqp[maxFreq+1]。

重選列表的組裝：不同模式，分不同列表組裝小區，TD-LTE保持目前的列表。對于TD-SCDMA重新定義重選列表以保存不同優先級的小區，高優先級的小區排在前面，小區按照S值從大到小排列。

（2）TD-LTE服務小區不可用時的控制原則

TD-LTE服務小區不可用，發起inter_RAT重選（前提是TD-LTE小區都不適合駐留），控制原則如下。

重選目標小區：單一模式的小區，優先選擇TD-SCDMA的小區，從TD-SCDMA的小區列表中選擇最好的前16個（可能少于16），組裝進URRC_RESEL_REQ。

重選失敗：重選前服務小區不可用且所有鄰近的TD-LTE都不可用，所以一旦inter_RAT的重選失敗，將無法回到原來的TD-LTE服務小區，此時RRC判斷當前剩余的模式是否有可用的鄰小區，如果有則啟動剩余模式的小區重選，否則回到TD-LTE進行盲搜。

（3）TD-LTE服務小區可用時的控制原則

TD-LTE服務小區可用，發起berrer小區的inter_RAT重選，控制原則如下。

重選目標小區：一個小區，用重選定時器監控TD-SCDMA小區列表中最好的小區。

TD-LTE模式下鄰近小區的監控方式：本模式下鄰近小區的監控方式不發生變化，仍然采用計數器的方式，當重選定時器長度不是DRX周期的整數倍時，開啟尾部定時器；對于TD-SCDMA小區的監控，獨立設計t_errc_iratTdCell，僅監控最強的TD-SCDMA小區（所有TD-SCDMA小區中最強的，且BSIC verify成功），該定時器為尾部定時器，仍采用計數器的方式。

對于IRAT小區的重選評估控制：3個模式分別使用一個重選定時器監控，RRC控制優先級，選擇重選優先級更高且S值最大的小區。哪個模式下的定時器先超時，就重選到那個模式下的小區。與目前LTE單模的控制靠近，對所有滿足重選準則的小區使用計數器計數。在不同模式場景下，需要處理不同的定時器：t_errc_reselection、t_errc_iratTdCell。其中一個定時器超時時，關閉另一個定時器。對于IRAT重選定時器，哪個定時器先超時，就選擇哪個模式的小區。

重選失敗：由于服務小區可用，因此首先返回原小區嘗試駐留。如果駐留失敗，則判斷原模式下是否存在鄰小區，如果有，則首先對這些小區進行測量，選擇最好的小區駐留；否則，此時相當于服務小區不可用的重選，應使用服務小區不可用的設計原則考慮重選。

當某個目標小區被拒絕掉時，RRC需要根據拒絕原因維護一個被bar的小區列表，控制一定時間段內（300 s）不再對該小區進行嘗試。而對于TD-SCDMA，需重新定義bar列表，用來保存TD-SCDMA小區。對于TD-SCDMA返回LTE失敗，被bar的長度由TD-SCDMA制定。對于還未讀取系統消息就失敗的小區，在TD-LTE要對該小區進行懲罰，禁止一段時間內重選到該小區。

5 TD-LTE到TD-SCDMA重選成功

5.1 服務小區可用

此場景IRAT的前提是：TD-SCDMA模式下存在比服務小區好，且滿足IRAT重選準則的小區的重選定時器超時（只攜帶1個TD-SCDMA目標小區），詳細流程如圖1所示。

圖1流程詳細說明如下。

IDL/LIM狀態的LRRC通過接收LMAC上報的測量結果，發現滿足重選條件的TD-SCDMA小區，開啟重選定時器對TD-SCDMA小區進行監控，定時器t_errc_iratTdCell超時后，觸發TD-LTE到TD-SCDMA的IRAT重選。首先去激活LMAC，跳轉到wait狀態，等待LMAC的去激活證實信號。收到去激活證實信號后，LRRC向NAS指示開始進行IRAT小區重選，并將目標小區組裝進SRRC_RESEL_REQ，SRRC收到攜帶目標的小區原語后，進行TD-SCDMA單模下的小區重選過程。小區重選成功后，SRRC給LRRC回復重選成功的證實信號。LRRC最后到達inactive狀態。

5.2 服務小區不可用

此場景IRAT重選的前提是：原模式下沒有可用的鄰小區用于重選，TD-SCDMA優先級高于GSM(GPRS)，而且存在TD-SCDMA鄰小區列表。這些小區都當作目標小區（最多16個），并在其中一個TD-SCDMA目標小區正常駐留即重選成功。詳細流程如圖2所示。

圖2流程詳細說明如下。

IDL/LIM狀態的LRRC通過接收LMAC上報的測量結果，發現服務小區的S值連續N個DRX周期都不滿足S準則，此時服務小區不能駐留。LRRC搜集此時鄰小區列表中最好的TD-SCDMA小區，目的是重選到該小區，觸發TD-LTE到TD-SCDMA的IRAT重選。首先去激活LMAC，跳轉到wait狀態，等待LMAC的去激活證實信號。收到證實信號后，LRRC向NAS指示開始進行IRAT小區重選，并將目標小區組裝進SRRC_RESEL_REQ，SRRC收到了攜帶目標的小區原語后，進行TD-SCDMA單模下的小區重選過程。小區重選成功后，SRRC給LRRC回復重選成功的證實信號。LRRC最后到達inactive狀態。

6 TD-LTE到TD-SCDMA服務小區不可用的重選成功的測試與驗證

為了驗證TD-LTE到TD-SCDMA服務小區不可用的重選成功的正確性，以SDL/TTCN為測試平臺，利用協仿真方式對TD-LTE到TD-SCDMA服務小區不可用的重選成功的過程進行測試驗證。在TTCN中根據3GPP提供的一致性測試協議36.523[4]、TD-SCDMA模式下的RRC協議25.331[5]、LTE模式下的RRC協議36.331[3]編寫相應的測試用例。詳細流程如圖3所示。

在SDL模擬的RRC狀態機設計和信號收發過程與TTCN中編寫的測試例均能成功編譯通過，生成可執行文件后，通過SDL/TTCN協仿真方式對TD-LTE到TD-SCDMA服務小區不可用的重選成功的過程進行測試和驗證，更正其中的bug，測試結果如圖4所示。限于篇幅，MSC圖只截取了重選成功的部分。

7 結束語

本文以3GPP的相關協議為依據，詳細闡述了TD-LTE到TD-SCDMA異系統間的小區重選準則，并設計了TD-LTE到TD-SCDMA重選成功中的服務小區可用和服務小區不可用兩種場景的流程，測試驗證其正確性。TD-LTE/TD-SCDMA系統間的互操作是保護運營商現有資源和提高網絡質量的重要手段，而作為TD-LTE/TD-SCDMA系統間互操作重要組成部分的異系統小區選擇對實現異系統間網絡的融合具有重要的意義。

1 沈嘉,索士強,全海洋等.3GPP長期演進(LTE)技術原理與系統設計.北京:人民郵電出版社,2008

2 周維,徐德平,程日濤.TD-LTE與TD/2G互操作方案研究.移動通信,2011(8A)

3 3GPP TS36.133 V10.1.0.3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group Radio Access Network;Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA);Requirements for Support of Radio Resource Management,2010

4 3GPP TS 44.018 V9.5.0.3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group GSM/EDGE Radio Access Network;Mobile Radio Interface Layer 3 Specification;Radio Resource Control(RRC)Protocol,2010

5 3GPP TS 25.331 V10.7.0.3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group Radio Access Network;Radio Resource Control(RRC);Protocol Specification,2012

6 3GPP TS36.304 V10.0.0.Technical Specification 3rd Generation Partnersip Project;Technical Specification Group Radio Access Network;Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA);User Equipment(UE)Procedures in Idle Mode,2010

7 3GPP TS 36.523-1 V8.5.0.User Equipment(UE)Conformance Specification;Part 1:Protocol Conformance Specification,2010

8 楊紅梅,李文宇,胡泊.TD-LTE電路域回落單待手持終端的技術實現.電信網技術,2011(8)

9 李小文,李貴勇,陳賢亮等.TD-SCDMA第三代移動通信系統、信令及實現.北京:人民郵電出版社,2003