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TD-LTE与TD-SCDMA/GSM系统间互操作协议研究
本文主要介绍TD-LTE与TD-SCDMA/GSM系统间互操作及其重点过程Inter-RAT小区重选和Inter-RAT切换的协议分析。
1.1 TD-LTE与TD-SCDMA/GSM系统间互操作概述
所谓系统间的互操作，即是终端在两个或者多个不同接入技术的系统间通过一系列的信息交互和数据交互来完成协议规定的功能。通俗意义上来讲，用户所使用的终端从TD-LTE的网络转入到使用TD-SCDMA/GSM网络的业务，这其间就涉及到一个互操作的过程。在3GPP协议的描述中，TD-LTE多模终端的系统间互操作行为主要包括Inter-RAT小区重选和Inter-RAT切换过程，而Inter-RAT小区重选和Inter-RAT切换过程都是以Inter-RAT测量为依据的，如图1.1所示是系统间切换和重选过程的状态转移图。
CELL_DCH Handover E-UTRA RRC_CONNECTED Handover GPRS Packet transfer mode CCO, Reselection Connection establishment/release GSM_Connected CELL_FACH CELL_PCH URA_PCH Connection establishment/release UTRA_Idle CCO with optional NACC Reselection Connection establishment/release Reselection E-UTRA RRC_IDLE Reselection CCO, Reselection GSM_Idle/GPRS Packet_Idle 图1.1 系统间互操作状态转移
Inter-RAT系统间测量：多模终端使用一种无线接入技术的时候，对其它无线接入技术的小区进行测量，以此为Inter-RAT小区重选和Inter-RAT切换过程提供评估的依据
[3]
，即是Inter-RAT系统间测量。
Inter-RAT系统间小区重选：当UE处于一个复杂并且在变化的不稳定无线环境中，
或者UE自身的位置发生了变化，UE发现当前驻留的小区并不是信号最好的小区，反而别的小区信号更强，那么它总是会选择最适合的小区进行驻留，以满足用户能够更好的体验通信服务。根据3GPP协议，Inter-RAT系统间小区重选过程是指在空闲模式下，UE发现质量更好的小区，通过测量和判决并驻留到另一个接入技术的小区上的过程。
Inter-RAT系统间切换：Inter-RAT系统间切换过程是终端处于连接状态下，它将按照网络的控制进行Inter-RAT邻小区的测量上报并在满足一定触发条件的情况下，接入到网络指定的目标Inter-RAT小区继续进行业务的过程。
1.2 TD-LTE与TD-SCDMA/GSM系统间互操作策略
TD-LTE与TD-SCDMA/GSM之间的互操作方案的基本策略主要存在开机选择和互操作优先级这两方面。终端开机后，优先选择驻留在TD-LTE模式下，在具有TD-LTE的信号覆盖区域，能够保证非常良好的质量。当终端移出TD-LTE的覆盖范围后，将优先在TD-SCDMA网络驻留，如果该区域没有TD-SCDMA网络覆盖，那么将会选择GSM网络，一旦重新检测到了TD-LTE的信号覆盖，终端将会返回TD-LTE模式[4]。
1.3互操作重点过程研究
系统间互操作行为主要涉及Inter-RAT小区重选过程和Inter-RAT切换过程两个重点过程，需要协议栈各子层之间相互配合才能实现。通俗来说，Inter-RAT小区重选是RRC-IDLE状态下的移动性实现，是由UE自主执行，而Inter-RAT切换过程是连接状态下的移动性实现，由网络和UE配合完成。Inter-RAT小区重选过程和Inter-RAT切换过程都跟Inter-RAT测量有着十分紧密的联系，是以Inter-RAT测量为基础的。在接下来的两节将分别针对Inter-RAT小区重选过程和Inter-RAT切换过程进行分析。
3.3.1 Inter-RAT小区重选过程研究
IDLE状态下，RRC移动性就是由小区重选过程体现的。基于LTE系统小区重选的创新机制，基于优先级的小区重选是由UE自主执行的。要触发TD-LTE到TD-SCDMA/GSM的Inter-RAT系统间的小区重选，首先必须要在TD-LTE模式下执行对TD-SCDMA/GSM小区的测量。当触发了邻小区的测量之后，物理层执行测量并周期性地向RRC层上报相应的测量结果。一旦满足了Inter-RAT间的小区重选准则的时候就会发起Inter-RAT系统间小区重选过程。
根据对当前服务小区是否可用的测量和评估，TD-LTE模的RRC-IDLE状态下发起的重选过程可以分为两种情况：
? 当前服务小区可用:当对服务小区的RSRP值和RSRQ值进行测量，并根据小区选择的S准则对其信号质量进行评估后发现当前服务小区是可用的，但是周期性测量会发现有好于当前服务小区的邻小区存在，此时将会发起小区重选过程。
? 当前服务小区不可用：如果UE通过在连续Nserv个DRX周期内对服务小区的评估，发现服务小区不再满足小区选择的S准则，或者读取系统消息发现小区被bar等原因，那么UE将发起对服务小区指示的所有邻小区进行测量并进行重选的评估而触发小区重选过程[5]。
表3.1 Nserv与DRX周期之间的关系
DRX cycle length [s] 0.32 0.64 1.28 2.56 Nserv [number of DRX cycles] 4 4 2 2 TD-LTE模的IDLE状态下，要发起到TD-SCDMA模的小区重选过程，首先要完成对服务小区和邻小区的测量，在下文的1.3.1.1节 将对工作在TD-LTE模IDLE状态下的测量进行了阐述，在协议栈的内部，当物理层周期性地将测量结果上报给RRC之后，UE在一定的周期内对测量值进行计算和评估，从而发起小区重选。对于服务小区和邻小区的测量涉及到物理层，但本文是主要研究的RRC实现的异系统间的互操作，只是使用了物理层提供的测量结果，不对物理层做研究。
下面小节中将分别针对Inter-RAT小区重选的测量和小区重选评估进行详细的分析。 1.3.1.1 Inter-RAT小区重选测量
当工作在TD-LTE的IDLE状态下，终端只会针对具有小区重选优先级的小区进行测量。终端必须在每个DRX周期对服务小区的RSRP值进行测量[6]。 1.Inter-RAT小区测量准则
当服务小区的Srxlev > SnonIntraSearchP 并且 Squal > SnonIntraSearchQ 的时候，UE将不会进行低优先级的Inter-RAT测量，但是，UE将会在每一个Thigher_priority_search = (60 * Nlayers)秒的时间内搜索并测量Inter-RAT高优先级小区。Srxlev ≤ SnonIntraSearchP 或者Squal ≤SnonIntraSearchQ 的时候，UE将会搜索并测量高优先级Inter-RAT小区、低优先级Inter-RAT小区，为可能发生的小区重选做准备。其中，Nlayers是配置的高优先级Inter-RAT小区的总数。SnonIntraSearchP和SnonIntraSearchQ是相应的测量门限值，是由系统消息3(SIB3)中配置而来的。
2.Inter-RAT小区测量对象
当终端处于TD-LTE模式下，测量准则指示需要检测的小区是UTRA TDD小区的时候，UE将以3GPP规定的最小速率对检测到的邻频列表上的UTRA TDD小区的P-CCPCH RSCP值进行测量。当终端处于TD-LTE模式下，一旦开启了对GSM小区的测量，如果在服务小区的测量控制系统消息中指示了这个GSM BCCH载频，那么UE将对该GSM BCCH载频上的信号水平（即GSM载频的RSSI）进行测量。
3.Inter-RAT小区测量周期
对于检测到的低优先级小区，UE将在至少每个(NUTRA_carrier_TDD) * Tmeasure,UTRA_TDD做一次测量，而对于高优先级小区搜索中检测到的UTRA TDD小区，UE将在至少每个Tmeasure,UTRA_TDD内对其做一次测量。参数NUTRA_carrier_TDD是邻频列表中的载频个数。如果通过更高优先级的小区搜素检测到一个小区之后，如果通过评估判决没有发生小区重选，那么UE将不再需要连续地测量该小区并评估发生小区重选的可能性。DRX周期长度、Tmeasure,UTRA_TDD和Tevaluate,UTRA_TDD之间的关系如表1.2所示。
表1.2 DRX周期,Tmeasure,UTRA_TDD和Tevaluate,UTRA_TDD之间的关系 DRX周期的长度[s] Tmeasure,UTRA_TDD[s] (DRX周期的个数) 0.32 0.64 1.28 2.56 5.12 (16) 5.12 (8) 6.4(5) 7.68 (3) Tevaluate,UTRA_TDD[s] (DRX周期的个数) 15.36 (48) 15.36 (24) 19.2 (15) 23.04 (9) UE将在至少每个Tmeasure,GSM时间内对比服务小区优先级低的GSM BCCH载频进行测量。当通过高优先级的小区搜索，发现了更高优先级的GSM BCCH载频，也将在至少每个Tmeasure,GSM时间内对其进行测量，并且UE将会解码GSM BCCH载频上的BSIC。如果通过更高优先级的小区搜素检测到一个小区之后，如果通过评估判决没有发生小区重选，那么UE将不再需要连续地测量该小区并评估发生小区重选的可能性，也不再需要每30秒内连续检查GSM BCCH载频的BSIC。Tmeasure,GSM与DRX周期之间的关系如表1.3所示。
表1.3 Tmeasure,GSM与DRX周期之间的关系 DRX周期的长度 [s] 0.32 0.64 1.28 2.56 Tmeasure,GSM [s] (DRX周期的个数) 5.12 (16) 5.12 (8) 6.4(5) 7.68 (3) 4.测量样本：
LTE系统中的测量，需要对RSCP的测量值的多个采样平均而得。UE将会在至少两次测量后，对每次测量到的UTRA TDD小区的P-CCPCH RSCP值进行过滤，在要进行过滤的集合中，至少要将两次测量间隔在最小测量周期的一半。如果两次间隔时间超过了一个测量周期，那么，UE将不再对UTRAN TDD小区的P-CCPCH RSCP值进行过滤。UE需要对每个GSM BCCH载频4次测量做一次平均，每个小区的测量样本将