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TD-LTE小区切换技术分析和建议
&&&&&&&&&&&& 期数：&&&&&&&&&&&& 作者：移动通信编辑
　　该架构使接入网络侧仅包含eNodeB一种实体，简化了网络设计、降低了后期维护难度、实现了全网IP路由，整个网络结构趋近于IP宽带网络。其中，传统3G中的RNC的大部分功能也下移到了eNodeB中，许多与UE相关的功能只需在eNodeB中完成即可。为了系统架构间的接入灵活， 作为中间层的eNodeB的对外接口改成了不依赖任何核心网络设备或管理设备的标准接口，图1中的S1和X2就是这种标准接口。其中，eNodeB通过S1直接与上层EPC的MME和S-GW连接，各eNodeB之间则通过X2采用网格方式互连互通，当某个eNodeB需要同其它eNodeB通信时，该接口总存在，并支持处于LTE_ACTIVE状态下的手机切换，而UE只需通过空口直接与eNodeB通信。一个复杂的系统就这样变得简单清晰。　　2.2 蜂窝系统切换类型　　传统的小区切换大致可分为硬切换和软切换两类，它们是TD-SCDMA和TD-LTE系统切换的基础，即TD-SCDMA切换和TD-LTE切换也是不同的两种切换类型。下面将简单地介绍这几种切换的基本原理：　　（1）软切换　　软切换是发生在相同频率不同小区之间的一种切换模式，CDMA系统就支持软切换。软切换过程是：由于切换是在同频小区间进行，当UE移动到多个小区覆盖交界区域处于切换状态时，因频率相同，UE可同时和多个小区保持联系，接收这些小区的信道质量报告，并与系统指定门限比较，取最佳值对应的小区作为目标小区切换，这时UE才将与源小区的联系信道切断，完成UE从源小区到目标小区的切换。因此，软切换是一个\"建立、比较、释放\"的过程，特点是\"先切换、后断开\"。在切换状态的任何时刻，UE可同时连接多个小区。　　当UE处于软切换状态时，可与周边所有邻区保持联系，使之进入等待队列的准切换状态，不仅减少了系统的阻塞率，还起到了业务信道分集的作用，加强了抗衰落能力，从而解决切换中断问题，实现了真正的\"无缝\"切换，极大地提高了通信质量。但因\"比较\"邻区信道质量报告时需要BSC处理，也需要宏分集技术支持，所以必须在Node B上层添加RNC节点。这既不利于网络扁平化及运营商降低成本，也不利于降低端到端时延。　　（2）硬切换　　硬切换是发生在不同频率小区间的一种切换模式，FDMA（Frequency Division Multiple Access，频分多址）和TDMA（Time Division Multiple Access，时分多址）系统支持硬切换。硬切换过程是：当UE从源小区移动到目标小区时，因源小区与目标小区的载频不同，UE进入目标小区后就与源小区信道断开，经过同步过程，UE再自动向目标小区的新频率调谐，与目标小区联系，建立新的信道，开始新频率下的上下行数据通信，最后完成从源小区到目标小区的切换。显然，硬切换在切换过程中存在一个暂停中断期，硬切换是一个\"释放、建立\"的过程，特点是\"先断开、后切换\"。并且在任何时刻，UE只连接一个小区。　　由于硬切换过程是发生在两个小区之间，两个小区存在竞争关系，如果在某特定区域内两小区信号强度发生剧烈变化，UE就会在两个小区间来回切换，产生所谓的\"乒乓效应\"。该效应一方面给系统增加了负担；另一方面也增加了掉话的可能性。又因为硬切换是UE先与源小区断开链路，再与目标小区建立链路，中间存在一个空档期，即硬切换是\"有缝\"切换，容易出现\"掉话\"现象，所以硬切换是一种不够健壮的切换。但因硬切换是\"释放、建立\"过程，占用链路资源和耗费系统资源都较少，且网络结构简单，设备成本较低。　　（3）TD-SCDMA接力切换　　接力切换是TD-SCDMA系统的核心技术和特有的切换类型。该切换过程是：源小区用智能天线的波束赋形技术和上行同步等技术来确定UE的方位角及距离，并以UE的方位角和距离信息为辅助信息，判断目前UE是否已经移动到了可以进行切换的相邻基站的邻近区域。如果UE进入切换区，则RNC通知该目标小区做好切换准备，从而达到快速、可靠和高效切换的目的。接力切换通过与智能天线波束赋形和上行同步等技术的有机结合，巧妙地将软切换的高成功率和硬切换的高信道利用率结合起来，是一种具有较好系统性能优化的切换方法。与软切换相似，接力切换虽然也是与源小区联系的状态下侦测目标小区的，但它并没有连接多个小区，而是通过测量判决后只连接一个目标小区。　　显然，实现接力切换的必要条件是源小区要准确获得UE的位置信息，而TD-SCDMA的智能天线和上行同步及数字信号处理等先进技术，可以使系统很容易得到UE的位置信息。接力切换是一个\"测量、判决、执行\"的过程，介于硬切换和软切换之间，既具有较高切换成功率、较低掉话率和较小上行干扰等软切换优点，也具有较高资源利用率、较为简单算法和系统负荷较轻的硬切换优点。由于是系统事先通过定位技术测量UE位置，并判决是否切换、确定目标小区后才执行切换的，所以接力切换断开源小区和与目标小区建立链路的\"断开、切换\"几乎是同时进行的，从而具有极高的切换成功率和信道利用率的突出优点。　　（4）TD-LTE切换　　在TD-LTE系统中，当UE处于连接状态时，网络完全掌控UE，不仅了解UE与源小区和邻区的信道质量，还了解整个网络的负载均衡情况。也就是说，信道条件的改变可能会触发UE切换，网络负载均衡的原因也有可能产生UE切换，这说明TD-LTE切换已不是仅仅因为小区改变而产生UE切换，还有因整个网络负载均衡而使UE切换的情况，即TD-LTE切换是UE辅助网络的快速切换，所以TD-LTE切换涉及的网络实体有eNodeB、MME和S-GW。为了辅助网络做出切换判决，源小区可以为UE配置测量，使UE在切换前上报服务区及邻区的信道质量或网络的负载情况，从而使网络侧可以合理地判决UE是否需要切换。　　不管UE在什么位置，为了辅助网络切换，切换前源小区会通过RRC连接重配置消息对UE进行测量配置，UE再按照源小区下发的测量配置信息对源小区和邻区的信道质量与全网负载测量、评估、判决，并按事件触发上报、周期上报、事件触发周期上报等方式上报源小区，使其做好准备，而后UE切断与源小区链路，重建目标小区链路，完成切换。此外，为了避免不必要的重配置，切换中UE还自动将切换前的目标小区配置转换为切换后的源小区配置，为下一轮切换做好用户层面的准备。　　图1中，TD-LTE因网络扁平化，使得核心网设计发生相应改变，增加了SAE和3GPP模块，从而可以使系统实现快速切换，不仅减少了信令开销，避免了不必要切换，降低了端到端的时延，缩短了新建无线链路的时间，还简化了网络结构，降低了设备成本，减轻了不采用软切换的不利影响，更好地实现了地域覆盖和无缝切换，以及TD-LTE与3GPP和非3GPP系统等网络的切换兼容。　　3 TD-LTE切换流程分析[2]　　从源eNodeB和目标eNodeB的从属关系及位置关系来看，可以将TD-LTE切换分为系统内切换和系统间切换两大类。前者是UE处于连接状态下移动性处理的切换操作，包括eNodeB内各小区间切换、通过X2接口连接的eNodeB之间的切换、在同一EPC管理下通过S1接口的eNodeB之间的切换；后者是从TD-LTE系统移动到其他RAT或其他RAT移动到TD-LTE系统的操作方式，因LTE系统与其他系统在空口技术上完全不同，从LTE小区切换到其他系统小区，UE不仅要支持LTE特有的OFDM（Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，正交频分复用）接入技术，还要支持其他系统的空口接入技术，终端设备技术和成本都较高。从原理上看，切换过程可分为两个层面：一个是控制层面，包括切换准备过程（含参数传递、切换判决）、切换执行过程（含信令生成、切换命令传输）和切换完成过程（含随机接入、路径转换）等；另一个是用户层面，主要包括数据前转过程等。当然，切换中的用户层面过程是伴随着控制层面过程同时发生的。真正切换时系统只涉及到两个小区，源小区主要负责切换判决和切换准备，目标小区主要负责切换接纳和生成切换命令，作为切换主体的UE是在网络的控制下完成整个切换过程的。此外，有些切换在控制层面不仅关联到eNodeB，还要关联到上层MME和S-GW，流程复杂很多，但不管怎样，它们都要通过eNodeB与UE系统。下面将分析TD-LTE小区切换流程，从中了解一些切换过程中终端与网络、UE与eNodeB的关系。　　3.1 TD-LTE系统内切换　　（1）在eNodeB内的小区切换　　当UE所在的源小区和要切换的目标小区同属一个eNodeB时发生的切换。该切换是最简单的一种，因为切换过程中不涉及eNodeB与eNodeB间的信息交互，也就是X2和S1接口上没有信令操作，只是在一个eNodeB内的两个小区间进行资源配置，流程如图2所示：　　由图2可以看出，前面的工作都是UE与源小区间的操作，仅在\"判决\"阶段后才有UE、源小区、目标小区间的互操作。如源小区对已经确定的目标小区提出准入要求操作，或者在\"执行\"阶段的最后操作中，通过RRC由UE发向目标小区指令\"连接重配置完成（原文来源于：）
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杂志基本信息
刊物类别：
主办单位：中国电子科技集团公司第七研究所(广州通信研究所)
编辑出版：移动通信编辑部
出版周期：半月刊
出刊日期：每月15、30日
单价：12.00元
邮发代号：46-181
国内统一刊号：CN44-1301/TN
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TD-SCDMA与GSM网络间Iur-g接口的应用与技术研究
&来源&[电信网技术]&作者&马慧君
摘要　　TD-SCDMA与GSM网络系统是相互补充的两个系统。GSM系统建设至今，网络覆盖很好，拥有庞大的用户群体。TD-SCDMA系统可以提供新的更为灵活的业务，以及更高的业务速率。GSM与TD-SCDMA两系统的互操作功能，使具有更多无线接入能力的终端可以在TD-SCDMA覆盖区域享受到丰富多彩的3G服务，在GSM覆盖区域享受良好的网络覆盖。
随着第三代移动通信的发展，3G与2G异系统重选和切换功能可以有效缓解TD覆盖不足和网络拥塞等问题，提高接入过程的接通率，避免由于信号弱导致的掉话，同时使用户享受较快的数据业务，提高用户的服务质量。为了更好地让TD-SCDMA与GSM网络为用户服务，提高KPI和用户感知，需要双网协同，由原来的GSM BSC与TD RNC通过核心网才能交互信息，演进为GSM BSC与TD RNC开通直连接口Iur-g，直接交互信息，提升系统间切换成功率。本文就Iur-g接口的技术应用前景及相关的技术进行探讨。　
1& 技术基本原理
中移动融合组网，经切换简化成内部切换，和直接交互信令，和连接不变，对核心网透明，承载信令面。通过接口实现→切换流程优化，缩短切换时延，进而提升网络性能。
1.1& Iur-g接口位置（见图1）
&&&&&&&&&&&& 图1& Iur-g接口位置图
1.2& IIur-g基本原理（见图2）
&&&&&&&&&&&&&& 图2 &IIur-g基本原理图
1.3& Iur-g接口物理层和传输层
物理层：接口只支持传输（）。
传输层：控制面通过进行承载。接口控制面协议栈如图所示。
& 图3 &Iur-g接口控制面协议栈
用户面传输承载，不承载用户面。
1.4& Iur-g特性流程
切换流程是在标准切换流程基础上新增无线资源预留流程，由与直接交互，提前完成原本需要核心网转发的资源预留过程。为保持与核心网的兼容，原有的重定位流程正常进行。具体流程如图所示。
&&&&&&&&图4 &Iur-g切换流程
通过以上流程交互，可以实现向的小区容量和负荷的查询和针对查询的响应，避免因为目标小区拥塞导致的盲目切换。
流程说明：
（）收到的测量报告，结合邻区的小区容量和负荷信息，确定向某个邻接的小区进行切换。
（）为此申请接口的链路，并向发送请求，请求为本预留资源。
（）接收到请求后，为分配，根据请求的类型预留无线资源，并给发送，同时作为可选方式，响应消息中可以携带小区的容量和负荷信息；特殊说明，当无法获得该切换的信息时（例如首先进行系统内跨切换后又需进行系统间切换），考虑到双模终端在模式下都支持语音编码，此时应直接将该字段填写为（对应编码为），以保证资源成功预留。
（）接收到消息后，把相关资源通过空口消息发送给，同时向发送消息，在消息的中添加信息。
（）接收到消息后，向发送消息。完成口资源的建立，并且根据中信息与预留的空口无线资源关联，向发送消息。
（）接收到的，向发送消息，收到后，通过接口向发送消息。
（）收到的时，若已接收到，则向回复，否则等待达到后，再回复。
（）接收到的，向发送消息，接收到消息后，向发送消息。
（）完成资源的释放，同时释放接口的链路。向回应消息，流程结束。
2& 技术优势与应用
2.1& 应用场景
特性适用于各种互操作场景，并优化了相应流程。尤其对于信号快衰落区域，改善效果更加明显。利用接口可以实现和之间的信息交互、资源预留切换（互操作）等功能。之间单向交换负荷信息，向传递负荷信息供进行负载均衡，可支持立即上报、周期、事件方式上报负载信息，立即上报、修改上报容量信息。
2.2& 技术优势
切换时延改善
从开启和关闭功能整体切换时延对比看，整个切换过程减少的时延很少。参考实际测试结果（见图）。
&&&&&&&& 图5 &开启和关闭IIur-g功能整体切换时延对比
由于不同厂家设备和不同终端的配合原因，造成系统间切换整体时延改善程度不明显。经过系统的优化一般可以将切换时间减少到原来用时的％左右。
图为实验局实测开启和关闭功能情况下的切换准备成功率对比。
&&&&&&&&&&& 图6 &开启和关闭IIur-g功能情况下的切换准备成功率对比
功能可以提高资源准备成功率，是因为首先通过口可以获得邻区的负荷情况，从而可以选择更优的邻区进行切换；其次资源准备请求直接通过口进行，而减少了通过核心网的流程。但如果邻区的负荷在单位测量周期内发生了较大变化，使得从上一单位测量周期获取的公共测量报告结果已经无法真实描述邻区的当前负荷情况，在这种情况下，根据上次的公共测量报告发起口的无线资源请求，小区有可能无法分配有效资源，从而造成切换过程中的资源准备失败，但这种情况是比较少的，而且这种情况的失败也可以通过进一步设置合理的公共测量周期或者门限来进行优化。另外，当所有邻接小区负荷都很高时，无论功能是否启用，资源准备失败无法完全避免。
从数据统计中可知，在开启功能后，各种场景下切换成功率均有提升，普通场景切换成功率提升，快衰落场景切换成功率提升，高负荷场景切换成功率提升，高速场景切换成功提升。功能的主要作用在于加快切换速度，切换速度的加快会有效改善在切换过程中出现无线信号波动较大的情况（如建筑物遮挡、高速行驶和多径效应等）出现的切换失败。
Iur-g优势小结
（）切换成功率按全网和小区来考察都有一定提升。功能开启后，系统间切换成功率都能达到以上。
（）从指标观测来看，开启，设备运行稳定正常。对于现网和网络各自的接通率、寻呼成功率、拥塞率等没有影响。
（）由于切换过程加快，同时切换成功率提升，致使掉话率还略有降低。
（）从统计上看，开启后口准备失败次数降低。
功能开启后由于大幅缩短了切换准备时间，因此可以有效对抗在切换准备过程中无线环境的急剧恶化而带来的切换失败，提升切换成功率，同时改善用户体验。
功能开启的情况下，侧可以通过口获取到邻区的小区容量和负荷信息，可以尽量避免由于侧资源不足导致的切换准备失败，但由于现网中系统间切换口资源准备成功率已经较高，因此开启前后切换准备成功率变化不是很明显。但从系统间切换时选择的目标小区上可以看出，功能开启后会目标小区更加合理。
整体上，在不同的场景下，不同的芯片平台，切换成功均有较明显提升。
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通信工程师TD网络优化章节练习()
时间：来源：考试资料网
A.BSC将切换请求发往MSC，发起跨MSC的切换流程，统计一次出BSC切换请求
B.由于没有找到目标小区，BSC不作进一步处理，本次切换不发起
C.由于没有找到目标小区，本次切换失败，BSC统计一次出小区切换失败
D.以上说法都不对
D.P_NBSC_AVAIL
A.只有空闲全速率TCH信道大于此门限时，优先选择全速率TCH；否则，优先选择半速率TCH
B.只有空闲全速率TCH信道小于此门限时，优先选择全速率TCH；否则，优先选择半速率TCH
C.只有空闲全速率TCH信道大于此门限时，优先选择半速率TCH；否则，优先选择全速率TCH
D.半速率TCH信道的选择与该参数无关
E.内圆、外圆、无
7.填空题 参考答案115200bps；“4＋1”8.填空题 参考答案RXLEV；RXQUAL9.填空题 参考答案公共控制信道；专用控制信道 10
A.当UE处在Cell-DCH下，寻呼映射路径是DCCH&DCH&DPCH
B.当被寻呼的UE处于空闲模式和PCH状态时，UTRAN通过PCCH寻呼控制信道发送Paging Type1
C.当UE处于Cell-DCH或Cell-FACH状态下，UTRAN通过DCCH专用控制信道发送Paging Type2发起专用寻呼过程
D.当UE处在Cell-FACH下，寻呼映射路径是DCCH&FACH&SCCPCH
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