解析LTE与EV-DO间的切换

 

　　1  引言

　　为支持EVDO向LTE的演进，3GPP/3GPP2两大标准组织都制定了相应系列规范，2008年底已基本完成，计划2009年3月全部发布。工业和信息化部电信规划研究院博士万彭告诉记者，从EVDO向LTE/SAE演进将分阶段进行：首先是网向3GPP的EPC（Evolved Packet Core）演进，此时EVDO的接入网也会受到影响，需要配合升级，3GPP2目前正在进行相关的eHRPD（增强型EVDO）标准化工作；在网向3GPP EPC演进前或过程中，EVDO接入网在目前被广泛采用的A版本基础上很可能会向Rev.B（多载波）和Rev.C（EVDO增强）版本升级，以进一步提供EVDO系统的吞吐量和峰值速率。第二阶段：EVDO和LTE接入技术共存，此时需考虑EVDO和LTE之间的互通和系统间无缝切换问题，3GPP2和3GPP也在进行该方面的标准化工作。与此同时，运营商需要引入EVDO/LTE多模终端；，当时机成熟时，EVDO接入网被LTE（甚至更可能是LTE-Advanced或其他4G）接入技术完全替代，以进一步提高EVDO系统的吞吐量和峰值速率。

    为了提供令人满意的服务，需要有一个流畅的切换 （HO），尤其是从LTE到EV-?DO.为此，特别定义了两种体系结构：

　　●非优化切换：相对来说，这种切换更加轻松、快速，但中断时间较长。

　　●优化切换：这种切换能够实现无缝切换，人们感觉不到切换对终应用有任何影响。从LTE到EV?-DO,中断时间不会超过300ms.

　　尤其引人关注的是只有一个发射装置和一个接收装置（Tx/Rx） 的用户设备（UE）。此类UE可缩减预算，并具有更长的可充电电池寿命。对于具有两个Tx/Rx装置的UE,切换可能相当简单，只需几个步骤即可。

　　2  优化切换的体系结构

　　3GPP的目标是实现由2G网络到3G网络的平滑过渡，保证未来技术的后向兼容性，支持轻松建网及系统间的漫游和兼容性。 其职能：3GPP主要是制订以GSM网为基础，UTRA（FDD为W-CDMA技术，TDD为TD-CDMA技术）为无线接口的第三代技术规范。中国无线通信标准研究组（CWTS）于1999年6月在韩国正式签字同时加入3GPP和3GPP2, 成为这两个当前主要负责第三代伙伴项目的组织伙伴。在此之前，我国是以观察员的身份参与这两个伙伴的标准化活动。

　　虽然从一开始就计划通过多种网络技术将EPS用于切换，但需要对HRPD网络进行一些改变（见图1）。得出的网络结构称为增强型HRPD （eHRPD）。该网络作为可信任的非3GPP入口，与EPS耦合在一起，并能够在这两种网络之间实现无缝切换。

图1  组合EPS-eHRPD网络的体系结构

　　eHRPD的部分是通过HRPD服务网关（HSGW）交换分组数据服务节点（PDSN）。此节点会终止与 UE的连接，并在接入网络与主干网络之间路由数据包。与HRPD相反，数据不会直接连接到主干网络（通过归属代理 [Home Agent]），而是通过EPS的PDN-GW路由。S103接口能够确保在两种技术之间切换时不会出现数据丢失的情况。

　　实现两种技术之间无缝切换的一个重要方面就是S101接口。通过该接口，UE能够在建立LTE连接的同时与增强型接入节点（eAN）交换信令消息。eNB和移动性管理实体（MME）在UE与eAN之间透明地路由数据。这种虚拟连接可用于执行射频电平转换前的切换准备工作中往往比较耗时的部分，而且中断时间也会相当短暂。

　　3  从LTE到EV-DO的切换

　　此类切换需要用到EV-?DO网络的必要参数。这些参数在系统信息块类型8 （SIB8）中作为系统信息进行传送，但也可以通过专用连接传送到UE.在这里，涉及了两种网络定时与同步的相关信息，以便尽可能高效地做出所需的测量，并加快交换的进程。

　　（1）主动切换

　　网络可以控制从LTE到EV-DO的主动切换。为实现此功能，eNB会促使UE 对预定义的信道和基站执行测量。与LTE内部切换不同，内部切换不对检测到的基站执行测量。

　　切换划分为预先注册、进行切换准备工作、执行切换3个阶段。

　　预先注册从实际切换处远程发生，并完全通过虚拟S101连接进行处理。UE会登录基站和eHRPD网络，并验证自己的身份。HSGW会通过现有的PDN连接及其PCRF规则接收所有的相关信息。终，eHRPD网络内的资源都得以保留。

　　此过程可能需要数秒钟。因此，预先注册与实际切换之间的这种分离对于无缝切换是必不可少的。而这也提高了成功的概率，因为在实际切换点的外部检测到了误差源。不论网络是否提供优化切换，如果提供，当必须更新相应的预先注册时，会通过前文提到的SIB8给UE.

　　当收到UE的测量结果后，终是由eNB来做出切换决定（见图2）。在切换准备阶段，首先会通过S101通道打开EV?-DO连接。此连接会在上行和下行物理通道中储备资源。HSGW通过分组数据网关 （P-GW）准备数据传输，并建立S103通道。，向UE已成功打开连接。现在，UE会将其接收器切换到EV-?DO载波。这样，切换准备工作就完成了。仍然抵达eNB的数据或未发送出去的数据，现在会发送回服务网关（S-GW），并通过S103转发给HSGW.这也有助于确保是无损耗数据流。

图2  从LTE到EV-­DO的主动切换流程图

　　在UE成功接入eHRPD之后，切换作为一个阶段正式启动。UE首先会确认连接的建立。接下来，P-GW会释放与HSGW的连接，并更新IP连接。在这个阶段，UE的IP地址也会分配给 HSGW.这时就可以释放EPS中仍然可用的资源。此时，切换完成。

　　（2）小区重新选择

　　如果UE没有处于活动状态的连接，则会发生小区重新选择，而不是进行主动切换。从E-UTRAN小区到EV-?DO小区的小区重新选择是按照优先级进行的。鉴于此，网络运营商会给每个HRPD频带种类分配一个优先级，这一优先级会与E-UTRAN服务小区（SC）的优先级相比较。如果HRPD小区具有较高的优先级，其Ec/I0比超过特定的阈值，则UE会对此小区执行小区重新选择，而不管该SC的连接质量如何。但是，仅当与SC的连接质量处于不可接受的程度时，小区重新选择才会选择具有较低优先级的HRPD小区。

　　在RAT内部进行小区重新选择时，网络总是信息通畅的，这样传入的寻呼信息才能得到处理。另外，通过HSGW将网络设置成修改后的数据路径。

　　（3）非优化切换

　　上文所述的优化切换能够在系统之间实现无缝切换，同时为用户带来感受。但是，要进行优化切换，网络和UE都需要进行大范围的变化。非优化切换提供了另一种简单的方法，从而更加经济。其网络体系结构与图1中的网络体系结构相似，但没有S101和S103接口。因此，可以不用通过活动LTE连接进行预先注册。但在切换期间执行所需的步骤，会造成数据服务中断相当长一段时间。

　　此类中断持续的时间取决于先前的eHRPD连接。例如，可以忽略身份验证，并且可以从其他子网传送上下文信息及进一步的会话信息。不过，只能使用具有两个Tx装置和两个Rx装置的UE来进行无缝切换。

　　4  从EV-DO到LTE的切换

　　对于这个方向的切换，只能完全依靠非优化小区重新选择。预先注册主要涉及附加程序，在此程序中，UE 鉴别并验证自己的身份。随后对网络进行适当的配置，并建立无线承载，随后更新跟踪区。现在，通过网络大概能知道UE的位置。当P-GW产生触发时，HSGW会释放其与EPS的连接，并启动定时器。只要定时器还没有到时间，预先注册和与UE的会话就会一直保持。

　　5  对移动 UE 的影响

　　用户体验（User Experience,简称UX或 UE）是一种纯主观的在用户使用一个产品（服务）的过程中建立起来的心理感受。因为它是纯主观的，就带有一定的不确定因素。个体差异也决定了每个用户的真实体验是无法通过其他途径来完全模拟或再现的。但是对于一个界定明确的用户群体来讲，其用户体验的共性是能够经由良好设计的实验来认识到。计算机技术和互联网的发展，使技术创新形态正在发生转变，以用户为中心、以人为本越来越得到重视，用户体验也因此被称做创新2.0模式的精髓。

　　要检查这些新功能，需要进行新的协议测试。R&S?CMW500宽带无线通信测试仪（见图3）含有一个LTE信令装置和一个EV-DO信令装置。该仪器支持优化切换测试和非优化切换测试。这意味着，来自3GPP和3GPP2的测试用例均可以执行。通过使用一个附加中值电平应用程序编程接口（MLAPI），还可以创立更多的测试应用程序。

图3  用于进行切换协议测试和LTE系统协议测试的R&S?CMW500宽带无线通信测试仪

　　6  结束语

　　移动无线网络的会聚正经历着一股高潮，那就是组合分别来自3GPP和3GPP2的两个根本不同的网络。这种类型的组合网络让运营商和终端用户能够从两种网络技术的优势中受益。