TDD多模終端連接模式下檢測無線接入網(wǎng)絡(luò)的方法

TDD  無線接入 

摘要　網(wǎng)絡(luò)之間的無縫切換或漫游是多模移動通信終端必須解決的關(guān)鍵技術(shù)之一，而切換前的網(wǎng)絡(luò)檢測和信號測量是無縫切換的首要工作。文章針對TD-SCDMA多模終端由TD-SCDMA系統(tǒng)切換到其它通信系統(tǒng)之前，在不影響正在進(jìn)行TD-SCDMA系統(tǒng)呼叫的條件下，對一些可行的網(wǎng)絡(luò)檢測和信號測量方法進(jìn)行了探討，并給出了設(shè)計(jì)方案。

1、前言

信息科學(xué)的快速發(fā)展帶來了多種無線接入網(wǎng)絡(luò)（RAN）和蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)（PLMN），未來將出現(xiàn)由多種不同無線技術(shù)支撐的融合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。能在這種融合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中工作或支持多種無線網(wǎng)絡(luò)的移動通信終端稱為“多模移動通信終端”（以下簡稱“多模終端”）。目前，移動終端多模融合已經(jīng)成為移動通信終端發(fā)展的趨勢。這種多模終端能利用RAN進(jìn)行高速數(shù)據(jù)訪問和VoIP應(yīng)用，提供更快的數(shù)據(jù)傳輸速率和更便宜的服務(wù)，同時還能使用重疊于其上的PLMN，進(jìn)行語音呼叫和媒體訪問，提供更大的移動性和無處不在的覆蓋。

為了獲得無處不在的無線信號覆蓋和無縫漫游服務(wù)，必須要使這些無線網(wǎng)絡(luò)能夠互相兼容。最重要的是要解決移動終端在不同無線網(wǎng)絡(luò)之間的無縫切換或越區(qū)切換問題，當(dāng)用戶離開一種網(wǎng)絡(luò)或進(jìn)入信號更好的其它無線網(wǎng)絡(luò)之前，終端或網(wǎng)絡(luò)啟動越區(qū)切換，達(dá)到其它的無線網(wǎng)絡(luò)的用戶能繼續(xù)使用但不影響正在發(fā)生的業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)無縫漫游。更確切地說，在使用這種多模終端進(jìn)行呼叫期間，遇到的一個重要問題就是支持不同通信技術(shù)的無線接入網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)之間的切換（異系統(tǒng)切換），或支持同一通信技術(shù)但使用不同頻率的系統(tǒng)之間的切換（異頻切換）[1，2]。

在異系統(tǒng)切換或異頻切換之前，終端需要搜索或發(fā)現(xiàn)目標(biāo)系統(tǒng)信號并監(jiān)視其狀態(tài)，然后系統(tǒng)根據(jù)搜索或信號測量結(jié)果作出切換決定并執(zhí)行切換。優(yōu)選的方法是快速信號測量且不干擾或中斷正在進(jìn)行的業(yè)務(wù)。然而，已有的技術(shù)中，特別是異系統(tǒng)切換，通常采用的是先斷開、再重建的硬切換方法，結(jié)果，在發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)或?qū)ζ渌鼰o線信號進(jìn)行測量的時候，正在進(jìn)行的業(yè)務(wù)被斷開；或者，采用專用的網(wǎng)絡(luò)檢測和信號測量模塊進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)檢測，但這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和系統(tǒng)開銷；或采用其它更復(fù)雜的過程，但都需要中斷正在進(jìn)行的業(yè)務(wù)或呼叫。WCDMA系統(tǒng)中，壓縮模式技術(shù)的使用為這類信號的測量提供了一種較好的解決方案，但其更適用于WCDMA環(huán)境，同時對系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了更高要求，具有較高的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。

因此，為解決發(fā)生在現(xiàn)有技術(shù)中的以上問題，本文針對TD-SCDMA多模移動終端由TD-SCDMA系統(tǒng)切換到其它通信系統(tǒng)之前，對一些可行的網(wǎng)絡(luò)檢測和信號測量方法進(jìn)行了探討，并給出了設(shè)計(jì)方案。本文的目的就是提供一種在不影響正在進(jìn)TD-SCDMA系統(tǒng)呼叫的條件下，進(jìn)行對其它無線網(wǎng)絡(luò)的檢測和信號的測量。本文所提出的方法可以推廣到其它TDD多模終端由TDD系統(tǒng)切換到其它網(wǎng)絡(luò)的情況。

2、協(xié)商網(wǎng)絡(luò)檢測和信號測量方法

2.1　基本原理

該方法根據(jù)不同的業(yè)務(wù)環(huán)境執(zhí)行不同的操作。在存在語音業(yè)務(wù)的情況下，該方法利用語音呼叫交替對話的特點(diǎn)，自適應(yīng)地利用通話一方靜默的時段進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)和信號測量。在正常的語音通信過程中，上下行的業(yè)務(wù)通常是交替發(fā)生的。自適應(yīng)多速率（AMR）編碼器能自動檢測靜默和語音信號，該方法利用了AMR的靜默檢測信號，并利用TD-SCDMA系統(tǒng)的未被利用的上行同步偏移控制符號（SS）[3]與基站和RNC進(jìn)行單向協(xié)商信號測量時段指示，然后系統(tǒng)能充分利用語音呼叫一側(cè)的靜默時段進(jìn)行其它無線信號的測量；在單純數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的情況下，終端則利用SS與基站和RNC進(jìn)行單向協(xié)商測量指示。該方法的測量過程不影響正在進(jìn)行的業(yè)務(wù)，從而縮短異系統(tǒng)或異頻切換的時間，為異系統(tǒng)或異頻的平滑切換提供了可能。

該方法不限于上述TD-SCDMA多模終端在TD-SCDMA呼叫期間對網(wǎng)絡(luò)的檢測和無線信號的測量，還可以用于進(jìn)行其它的工作，如對其它無線網(wǎng)絡(luò)的搜索等，這些都可以根據(jù)我們能提出的方法從實(shí)際需要進(jìn)行靈活配置。

2.2　設(shè)計(jì)的核心思路和優(yōu)勢

（1）信號測量時段的確定方式依賴于當(dāng)前業(yè)務(wù)類型：語音業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等；

（2）利用TD-SCDMA系統(tǒng)未被利用的上行同步偏移控制符號（SS）作為終端和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號測量時段協(xié)商的通道，但協(xié)商是單向的，即終端發(fā)送、網(wǎng)絡(luò)接收；

（3）利用語音通話靜默時段對應(yīng)的TD-SCDMA無線子幀的上行數(shù)據(jù)時隙執(zhí)行對其它無線信號的測量工作；

（4）在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)情況下，可以在多個連續(xù)完整子幀期間進(jìn)行信號測量工作；

（5）測量活動在TD-SCDMA呼叫期間進(jìn)行，不需要中斷正在進(jìn)行的業(yè)務(wù)，不影響業(yè)務(wù)的正常進(jìn)行；

（6）整個過程不需要系統(tǒng)增加更多的控制信令或信令傳輸通道。

2.3　工作原理和流程

下面以TD-SCDMA多模終端所涉及的系統(tǒng)間切換為例，對本文提出方法的原理和工作流程進(jìn)行詳細(xì)描述。文中使用的參數(shù)和縮寫術(shù)語定義如下：RSF#n表示TD-SCDMA的第n個無線子幀；TSi（i=0…6）表示TD-SCDMA無線子幀第i時隙；L是執(zhí)行測量工作的持續(xù)無線子幀數(shù)目，根據(jù)協(xié)商由同步偏移控制符（SS）的值確定，可為L=p，2p或3p子幀，p表示測量時段長度參數(shù)，為大于零的正整數(shù)，單位為1RSF。

多模終端由TD-SCDMA子模塊、主控制子模塊和異系統(tǒng)終端子模塊構(gòu)成，提出方案的工作步驟如下：首先，當(dāng)前多模終端正連接在TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)上，且正在進(jìn)行呼叫，可以是語音業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等；接著，系統(tǒng)確定是否執(zhí)行對其它無線接入或蜂窩系統(tǒng)無線信號的測量；由無線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC）根據(jù)需要，向終端發(fā)送測量控制信號，終端接收到此信號之后，就應(yīng)該事先安排測量時段。

（1）如果當(dāng)前業(yè)務(wù)為語音業(yè)務(wù)

首先，終端檢測用戶側(cè)語音靜默信號（此信號由自適應(yīng)多速率（AMR）語音編碼器發(fā)出），如果檢測到靜默信號，那么根據(jù)需要，參照表1所示設(shè)置上行同步偏移控制符（SS）的值，這里仍然使用“SS”，但更改其功能為“信號測量控制信號”。表1中SS值表示從下一子幀開始的連續(xù)L個RSFs中（SS為一個符號，表1假設(shè)QPSK調(diào)制時的SS編碼及控制功能故可以根據(jù)需要設(shè)置為1p到3p個RSFs）。

表1　QPSK調(diào)制下上行SS命令與控制的關(guān)系

然后，終端向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信號測量控制信號，即發(fā)送SS。如果配置的物理信道所在時隙中存在傳輸格式組合指示（TFCI），則帶有物理層信令的時隙結(jié)構(gòu)如圖1所示，那么，根據(jù)高層的信令，SS將在包含TFCI的時隙發(fā)送，比如RSN#n子幀的TS3時隙，如圖2所示（假設(shè)在連接建立之時，已協(xié)商為第2個轉(zhuǎn)換點(diǎn)位于TS3和TS4之間）；相反，如果沒有高層沒有配置包含TFCI的時隙，那么SS將在第一個上行時隙使用最低編號的信道化碼發(fā)送。

圖1　　帶有物理層控制信號的常規(guī)時隙結(jié)構(gòu)圖

協(xié)商完畢后，終端在緊接的L個無線子幀上，在TS1至TS3的三個時隙上執(zhí)行對其它無線網(wǎng)絡(luò)的檢測和信號測量，同時，網(wǎng)絡(luò)也不再接收上行信號，如圖2所示。實(shí)際上，從終端發(fā)送完上行同步碼（SYNC_UL）后，就可立即執(zhí)行測量工作，即實(shí)際可利用的時間為：TS1+TS2+TS3+32chips。

圖2　語音或語音數(shù)據(jù)混合業(yè)務(wù)情況下測量時段設(shè)置圖

另一方面，在終端的測量過程中，由于執(zhí)行對其它網(wǎng)絡(luò)的檢測和信號測量，將造成對非測量時段之外的正常時隙通信過程的影響，相應(yīng)的處理措施有：

◆在測量時段期間，基站和RNC都不能收到傳輸功率控制（TPC）命令，因?yàn)镽NC已經(jīng)知道終端在進(jìn)行測量工作，所以就按照最后一次收到的發(fā)射功率控制命令和參數(shù)，執(zhí)行對發(fā)射功率的控制；如果假設(shè)p=1，那么根據(jù)最大L=3測量子幀計(jì)算，假設(shè)終端移動速度為120km／h，那么在測量期間終端的移動半徑范圍為0.5m，也就是說，即使在此期間不進(jìn)行功率控制，也不會使系統(tǒng)性能惡化。

◆下行SS的處理。測量期間，基站和RNC不能收到上行Midamble，故不能估計(jì)定時偏移參數(shù)，此時基站仍然重復(fù)發(fā)送測量前基站最后一次估計(jì)的SS值。實(shí)際上，下行SS值在M幀中估計(jì)一次，然后重復(fù)發(fā)送，所以，測量過程對其基本沒有影響。

終端執(zhí)行完測量，將回到正常通信模式。如果需要，再次執(zhí)行相似的過程。

（2）如果當(dāng)前業(yè)務(wù)為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

終端接收到RNC的測量指示后，將參照表1設(shè)置SS的值。表1中SS值及對應(yīng)控制功能則表示在從下一子幀開始的連續(xù)L個RSFs時段（SS為一個符號，表1假設(shè)QPSK調(diào)制時的SS編碼及控制功能，根據(jù)需要設(shè)置為1p-3p個RSFs）。然后，終端向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信號測量控制信號，即發(fā)送SS。如果配置的物理信道所在時隙中存在TFCI，則帶有物理層信令的時隙結(jié)構(gòu)如圖1所示，那么，根據(jù)高層的信令，SS將在包含TFCI的時隙發(fā)送，比如RSN#n子幀的TS2時隙，如圖3所示（假設(shè)在連接建立之時，已協(xié)商為第2個轉(zhuǎn)換點(diǎn)位于TS2和TS3之間，表示可能不對稱業(yè)務(wù)）；相反，如果高層沒有配置包含TFCI的時隙，那么SS將在第一個上行時隙使用最低編號的信道化碼發(fā)送。協(xié)商完成之后，終端將在緊接的L個無線子幀期間，終端和基站都不進(jìn)行發(fā)射和接收工作，終端轉(zhuǎn)而執(zhí)行對其它無線信號的測量，如圖3所示；測量完成之后，終端回到正常的通信模式，如果需要，再次執(zhí)行相似過程。

圖3　數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)情況下終端與基站進(jìn)行協(xié)商測量時段的方法

3、上行數(shù)據(jù)時隙檢測法

3.1　方案概述

本方案的目的就是提供一種在不影響正在進(jìn)行業(yè)務(wù)的條件下，以簡單的方法從TD-SCDMA系統(tǒng)定時檢測可能支持其它RAN的方法，該方法可以應(yīng)用到從時分雙工（TDD）系統(tǒng)檢測其它RAN的情形，以完成系統(tǒng)間切換之前的網(wǎng)絡(luò)檢測和所需接入?yún)��?shù)的記錄，如信道信息、幀偏移信息及早期階段的功率控制相關(guān)的信息等。

3.2　核心設(shè)計(jì)要點(diǎn)及優(yōu)勢

本文提出方法的一些主要設(shè)計(jì)思路及其優(yōu)勢有：

（1）借用TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)空中接口物理層無線子幀（以下簡稱“TD-SCDMA無線子幀”）中的上行數(shù)據(jù)傳輸時隙（TS）進(jìn)行支持其它RAN的檢測；

（2）周期性的檢測任務(wù)，可根據(jù)需要設(shè)置檢測周期；

（3）檢測活動在TD-SCDMA業(yè)務(wù)期間進(jìn)行，不需要中斷正在進(jìn)行的業(yè)務(wù)，不影響業(yè)務(wù)的正常進(jìn)行；

（4）實(shí)現(xiàn)技術(shù)簡單，不需要專用網(wǎng)絡(luò)檢測模塊，不增加額外的硬件復(fù)雜度。

3.3　工作流程

下面結(jié)合圖4和圖5來簡要說明提出設(shè)計(jì)方案工作流程。

圖4　檢測其它RANs的TD-SCDMA無線子幀及時隙設(shè)置示意圖

圖5　無線網(wǎng)絡(luò)檢測和信號測量流程圖

（1）參數(shù)和術(shù)語定義

#i：TD-SCDMA無線子幀號，子幀長5ms；

m：連續(xù)其它RANs檢測次數(shù)或持續(xù)子幀數(shù)目；

N：沒有其它RANs檢測動作的TD-SCDMA連續(xù)業(yè)務(wù)子幀數(shù)目；

m+N：其它RANs檢測的周期（單位：子幀）；

TSi（i=0…6）：TD-SCDMA無線子幀時隙。

（2）詳細(xì)工作流程

多模終端由TD-SCDMA子模塊、主控制模塊和其它一種或幾種RAN終端模塊構(gòu)成。首先，多模終端當(dāng)前正連接在TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)上，且正在進(jìn)行呼叫。如果確定需要執(zhí)行對其它網(wǎng)絡(luò)的檢測和信號測量，那么其操作過程描述如下，圖5所示為詳細(xì)工作流程。

◆在處于其它RANs檢測周期的TD-SCDMA無線子幀上，找到一個或相鄰的兩個（根據(jù)需要事先設(shè)定）上行數(shù)據(jù)時隙（TS），如圖4中的TS2（或/和TS3），這些被占用的TS根據(jù)事先系統(tǒng)的設(shè)置并協(xié)商確定，假設(shè)第二個時隙轉(zhuǎn)換點(diǎn)位于TS3和TS4之間；

◆通知主控系統(tǒng)模塊激活處于睡眠的其它RAN模塊；

◆其它RAN模塊開始捕獲其支持的無線信號；

◆如果捕獲到相應(yīng)的無線信號，則接收其同步等信息；否則繼續(xù)執(zhí)行以下步驟；

◆通知主控系統(tǒng)睡眠其它RAN模塊，并記錄并顯示檢測結(jié)果。

◆回到步驟A，繼續(xù)執(zhí)行TD-SCDMA業(yè)務(wù)。

4、總結(jié)

無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)和信號測量是多模移動終端越區(qū)切換的首要工作之一。本文針對TD-SCDMA多模終端的情況，提出了兩種在TD-SCDMA系統(tǒng)連接模式下檢測其它無線網(wǎng)絡(luò)和信號測量的方法。兩種方法的共同點(diǎn)就是在當(dāng)前系統(tǒng)的連接模式下，調(diào)度出一定的連續(xù)時間段用于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)檢測和信號測量，但是當(dāng)前系統(tǒng)仍然處于連接模式。提出方法不局限于TD-SCDMA多模終端的情況，可以推廣應(yīng)用于TDD多模終端在TDD系統(tǒng)連接模式下越區(qū)切換的情況。

參考文獻(xiàn)

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