CDMA與LTE數(shù)據(jù)互操作的空中接口的討論與分析
前言
由于技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈和業(yè)務(wù)發(fā)展的諸多因素，目前全球主要移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商先后提出了向LTE長(zhǎng)期演進(jìn)的發(fā)展方向，尤其是原CDMA陣營(yíng)的主要運(yùn)營(yíng)商也都放棄CDMA技術(shù)的長(zhǎng)期演進(jìn)路線，選擇了LTE。高通公司也宣布放棄UMB技術(shù)，而轉(zhuǎn)向LTE。
目前，全球CDMA網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商都在積極研究CDMA網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)到LTE的方案與策略，各種演進(jìn)方案都還在研究與討論中，3GPP/3GPP2等標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)也已經(jīng)開(kāi)始了相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究與討論。目前，在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中討論的熱點(diǎn)是CDMA/LTE語(yǔ)音互操作方案和CDMA/LTE數(shù)據(jù)互操作方案，其中數(shù)據(jù)互操作主要有優(yōu)化切換和非優(yōu)化切換兩種方案。
現(xiàn)有的CDMA/LTE數(shù)據(jù)互操作方案主要基于3GPP TS23.402提出的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，需要將CDMA HRPD無(wú)線網(wǎng)絡(luò)升級(jí)為eHRPD網(wǎng)絡(luò)，并將eHRPD網(wǎng)絡(luò)接入到EPC核心網(wǎng)。
3GPP和3GPP2對(duì)E-UTRAN和eHRPD的切換機(jī)制都有相應(yīng)的規(guī)范定義。3GPP定義的切換總體方案是在規(guī)范TS23.402中，規(guī)范中定義了E-UTRAN和eHRPD的雙向切換，包括E-UTRAN到eHRPD的激活態(tài)切換和空閑態(tài)切換，以及eHRPD到E-UTRAN的激活態(tài)切換和空閑態(tài)切換。
3GPP2的規(guī)范主要也是基于3GPP所定義的互操作架構(gòu)，對(duì)于CDMA網(wǎng)絡(luò)中需要修改的內(nèi)容主要在C.S0087、A.S0022和 X.S0057中。其中C.S0087主要定義了eHRPD與E-UTRAN互操作中空中接口部分的內(nèi)容，A.S0022主要定義了eHRPD與E- UTRAN互操作中A接口部分的內(nèi)容，X.S0057主要定義了eHRPD與E-UTRAN互操作中核心網(wǎng)部分的內(nèi)容。本文主要討論C.S0087中空中接口技術(shù)方案。
優(yōu)化切換
優(yōu)化切換流程
為了實(shí)現(xiàn)CDMA/LTE之間優(yōu)化切換方案，在HRPD空口協(xié)議連接層內(nèi)增加一個(gè)新協(xié)議層SAP（Signaling Adapta
圖1 CDMA/ LTE優(yōu)化切換空口協(xié)議棧結(jié)構(gòu)
從上圖可以看出，如果eAT/UE駐留在eHRPD網(wǎng)絡(luò)中，則空口協(xié)議仍然按照原有的空口協(xié)議來(lái)處理，即為上圖紅線框里的協(xié)議棧。如果eAT/UE 駐留在LTE網(wǎng)絡(luò)中，需要切換到eHRPD網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要提前通過(guò)E-UTRAN空口協(xié)商eHRPD連接參數(shù)與會(huì)話參數(shù)，這時(shí)eAT/UE就需要通過(guò)E- UTRAN空口將信令傳送到eNB，再到MME，從MME通過(guò)S101接口接到eHRPD網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行參數(shù)協(xié)商，這個(gè)工作模式稱為隧道模式。具體的切換流程主要有3個(gè)步驟，如下圖所示：
圖2 CDMA/ LTE優(yōu)化切換主要過(guò)程
CDMA/LTE優(yōu)化切換的主要過(guò)程：
預(yù)注冊(cè)過(guò)程
預(yù)注冊(cè)過(guò)程就是終端在E-UTRAN區(qū)域內(nèi)將eHRPD注冊(cè)過(guò)程（UATI申請(qǐng)，會(huì)話配置協(xié)商等）通過(guò)LTE-eHRPD之間的隧道提前完成，這樣就縮短了LTE-eHRPD的切換時(shí)間，滿足實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的切換時(shí)延要求。預(yù)注冊(cè)在空中接口中的主要過(guò)程有：
◆ eAT/UE移動(dòng)到E-UTRAN預(yù)注冊(cè)區(qū)域（PreRegistration Zone）時(shí)，OMP公共參數(shù)PreregistrationAllowed = 1，發(fā)起預(yù)注冊(cè)過(guò)程；
◆ eAT/UE建立到eHRPD網(wǎng)絡(luò)的隧道，eAT/UE通過(guò)信令隧道與eHRPD網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行UATI的分配，協(xié)議參數(shù)的配置協(xié)商，建立會(huì)話。
上述預(yù)注冊(cè)過(guò)程中，需要說(shuō)明的是，OMP是eHRPD的廣播信息，eAT/UE要去偵聽(tīng)的前提是終端已經(jīng)被LTE網(wǎng)絡(luò)決定做eHRPD網(wǎng)絡(luò)的預(yù)注冊(cè)，這樣終端才會(huì)去偵聽(tīng)OMP消息，當(dāng)然OMP消息是通過(guò)隧道S101接口傳遞到LTE網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)E-UTRAN空口下發(fā)給eAT/UE。
eAT/UE通過(guò)E-UTRAN空口消息可以獲得的eHRPD網(wǎng)絡(luò)參數(shù)主要有：eHRPD網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)間，搜索窗，鄰區(qū)頻段、PN等。3GPP定義了預(yù)注冊(cè)區(qū)域，當(dāng)eAT/UE在不同的預(yù)注冊(cè)區(qū)之間移動(dòng)時(shí)，需要重新分配UATI。
切換準(zhǔn)備過(guò)程
切換準(zhǔn)備過(guò)程的信令流程如下圖所示：
圖3 CDMA/ LTE優(yōu)化切換準(zhǔn)備過(guò)程
◆ eAT/UE中的E-UTRAN協(xié)議根據(jù)LTE空口下發(fā)的測(cè)量門限決定是否發(fā)起或停止eHRPD測(cè)量；
◆ eHRPD空口協(xié)議設(shè)置HRPDMeasEnabled參數(shù)，并根據(jù)該參數(shù)值判斷是否進(jìn)行eHRPD導(dǎo)頻測(cè)量；
◆ E-UTRAN協(xié)議根據(jù)測(cè)量結(jié)果決定是否進(jìn)行切換。
切換執(zhí)行過(guò)程
對(duì)于CDMA/LTE切換主要涉及到兩種狀態(tài)的切換，一種是激活態(tài)的切換（Ac
激活態(tài)切換
當(dāng)eAT/UE在LTE網(wǎng)絡(luò)中處于業(yè)務(wù)連接狀態(tài)下，并且E-UTRAN決定讓eAT/UE切換到eHRPD網(wǎng)絡(luò)時(shí)，eAT/UE經(jīng)過(guò)切換準(zhǔn)備過(guò)程之后，將進(jìn)行激活態(tài)切換，具體切換操作主要包括：
a) eAT/UE通過(guò)隧道發(fā)送連接請(qǐng)求（Connection Request）給eHRPD網(wǎng)絡(luò)，并附帶路由更新消息（RUM）；
b) eHRPD通過(guò)隧道發(fā)送業(yè)務(wù)信道分配消息（TCA）給eAT/UE，并提供初始功率基準(zhǔn)（HRPDOpenLoopParams消息）和反向信道靜默時(shí)間參數(shù)（HRPDSilencePeriodParams消息）給eAT/UE；
c) eAT/UE使用eHRPD提供的功率基準(zhǔn)計(jì)算初始的反向信道功率；
d) eAT/UE按照計(jì)算的反向信道功率進(jìn)行切換操作；
e) eAT/UE成功切換到eHRPD網(wǎng)絡(luò)之后，繼續(xù)在eHRPD網(wǎng)絡(luò)中保持激活態(tài)。
f) 空閑態(tài)切換
當(dāng)eAT/UE在LTE網(wǎng)絡(luò)中處于空閑態(tài)下，并且E-UTRAN決定讓eAT/UE切換到eHRPD網(wǎng)絡(luò)時(shí)，eAT/UE經(jīng)過(guò)切換準(zhǔn)備過(guò)程之后，將進(jìn)行空閑態(tài)切換?？臻e態(tài)切換較為簡(jiǎn)單，eAT/UE主要在切換準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重選，eAT/UE將由LTE網(wǎng)絡(luò)中的Idle態(tài)轉(zhuǎn)為eHRPD網(wǎng)絡(luò)的 Dormant態(tài)。但是，空閑態(tài)切換在切換完成后，eAT/UE需要通過(guò)eHRPD空口發(fā)送指示通知eHRPD網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了Idle Handoff。
SAP協(xié)議
為了支持CDMA/LTE數(shù)據(jù)優(yōu)化切換的互操作功能，在eHRPD網(wǎng)絡(luò)空口協(xié)議中新增了一個(gè)很重要的協(xié)議SAP協(xié)議。終端在LTE網(wǎng)絡(luò)下若使用優(yōu)化的數(shù)據(jù)切換功能，將啟用Inter-RAT SAP協(xié)議。
如圖1所示，當(dāng)eAT/UE工作于LTE模式下時(shí)，eAT/UE以及eHRPD中的Inter-RAT SAP協(xié)議共同提供了承載于LTE網(wǎng)絡(luò)之上的雙向虛擬連接。虛擬連接對(duì)于上層連接是透明的。當(dāng)虛擬連接建立之后，處于Open狀態(tài)的Inter-RAT SAP協(xié)議將eHRPD的信令和RLP包封裝起來(lái)，添加自己的頭部，用作路由標(biāo)識(shí)，進(jìn)而通過(guò)LTE隧道來(lái)傳遞。利用該虛擬連接，上層協(xié)議不需要通過(guò) eHRPD網(wǎng)絡(luò)的空口連接就可以實(shí)現(xiàn)通信。當(dāng)eAT/UE切換到eHRPD工作模式時(shí)，Inter-RAT SAP協(xié)議處于Close狀態(tài)，不會(huì)向數(shù)據(jù)包添加任何頭部，所有傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包都被直接轉(zhuǎn)發(fā)到安全層。
非優(yōu)化切換
非優(yōu)化切換流程
非優(yōu)化切換并未采用隧道來(lái)提前進(jìn)行切換參數(shù)和空口會(huì)話的協(xié)商，而是eAT/UE直接離開(kāi)源網(wǎng)絡(luò)空口，移動(dòng)到目的網(wǎng)絡(luò)建立空口連接和IP會(huì)話連接，因此非優(yōu)化切換適用于對(duì)時(shí)延不敏感的業(yè)務(wù)。非優(yōu)化切換的具體流程分為預(yù)注冊(cè)和切換執(zhí)行兩個(gè)過(guò)程。
預(yù)注冊(cè)過(guò)程
非優(yōu)化切換中的預(yù)注冊(cè)過(guò)程不支持隧道模式下進(jìn)行預(yù)注冊(cè)，eAT/UE切換到eHRPD網(wǎng)絡(luò)，若無(wú)HRPD Session時(shí)，需要發(fā)起注冊(cè)。但是，也有可能eAT/UE已經(jīng)提前在eHRPD網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行了注冊(cè)，這取決于終端的模式。
單發(fā)單收終端：無(wú)論在Active State或Idle State，要完成eHRPD預(yù)注冊(cè)都需要終端專門切換到eHRPD網(wǎng)絡(luò)中去完成預(yù)注冊(cè)過(guò)程。
單發(fā)雙收終端：在LTE模式不需要發(fā)射機(jī)時(shí)或者LTE模式處于Idle態(tài)時(shí)，終端可以到eHRPD進(jìn)行注冊(cè)，并進(jìn)行注冊(cè)信息維護(hù)。
雙發(fā)雙收終端：可以同時(shí)在E-UTRAN和eHRPD網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行注冊(cè)以及后續(xù)的注冊(cè)信息維護(hù)。
無(wú)論終端模式是哪一種，非優(yōu)化切換具體的預(yù)注冊(cè)過(guò)程都如下圖所示：
圖4 CDMA/ LTE非優(yōu)化切換預(yù)注冊(cè)過(guò)程
首先是eAT/UE完成與eHRPD之間的網(wǎng)絡(luò)捕獲和同步過(guò)程，然后再進(jìn)行UATI分配，以及CR/TCA/TCC等其他分配過(guò)程，最后是session 協(xié)商過(guò)程，基本上與普通的eAT注冊(cè)過(guò)程一樣。對(duì)于已在eHRPD注冊(cè)的終端無(wú)需b和d兩個(gè)步驟。
切換執(zhí)行過(guò)程
非優(yōu)化切換執(zhí)行過(guò)程，主要由終端自身來(lái)完成相關(guān)的工作，主要過(guò)程有：
◆ 處于E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)的eAT/UE觸發(fā)一個(gè)eHRPD相鄰小區(qū)的測(cè)量過(guò)程；
◆ eAT/UE根據(jù)測(cè)量結(jié)果做出切換決策，選定目標(biāo)小區(qū)，該步驟eAT/UE不需要上報(bào)給網(wǎng)絡(luò)；
◆ eAT/UE釋放與E-UTRAN的連接，離開(kāi)E-UTRAN；
◆ eAT/UE通過(guò)發(fā)起接入流程，接入到eHRPD網(wǎng)絡(luò)中所對(duì)應(yīng)的目標(biāo)小區(qū)上。
具體切換過(guò)程如下圖所示：
圖5 CDMA/ LTE非優(yōu)化切換過(guò)程
切換方案對(duì)比
優(yōu)化切換通過(guò)在E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)eHRPD預(yù)注冊(cè)過(guò)程，提前做好eAT/UE接入eHRPD網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)備，因此優(yōu)化切換相對(duì)非優(yōu)化切換來(lái)說(shuō)，切換的時(shí)延能夠大大降低，從而能夠滿足實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的需求。但是，優(yōu)化切換需要在EPC/LTE網(wǎng)絡(luò)中建立到eHRPD網(wǎng)絡(luò)的隧道，因此需要支持互操作 S101和S103等接口，同時(shí)優(yōu)化切換對(duì)于eHRPD網(wǎng)絡(luò)空中接口修改較多。
非優(yōu)化切換相對(duì)優(yōu)化切換來(lái)說(shuō)部署簡(jiǎn)單，不需要支持互操作接口S101和S103，eHRPD網(wǎng)絡(luò)空中接口修改也很少。但是，由于eAT/UE需要在目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中重新進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接入和參數(shù)協(xié)商，所以非優(yōu)化切換的切換時(shí)延較長(zhǎng)，不太適合對(duì)實(shí)時(shí)性要求高的業(yè)務(wù)。
CDMA/LTE數(shù)據(jù)互操作的網(wǎng)絡(luò)部署過(guò)程中，運(yùn)營(yíng)商同時(shí)需要考慮業(yè)務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備成本。如果初期沒(méi)有實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的需求時(shí)，可以先采用非優(yōu)化切換方案。當(dāng)有實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、特別是VoIP語(yǔ)音類業(yè)務(wù)的需求時(shí)，再升級(jí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以支持優(yōu)化切換方案。
考慮到非優(yōu)化切換對(duì)網(wǎng)絡(luò)改動(dòng)較少，同時(shí)對(duì)于終端芯片的功能也不做特別多要求，因此目前業(yè)界也在討論非優(yōu)化切換的增強(qiáng)方案，從網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性與切換性能兩個(gè)方面來(lái)綜合考慮，以獲取最佳CDMA/LTE數(shù)據(jù)互操作方案。
結(jié)語(yǔ)
本文針對(duì)CDMA與LTE數(shù)據(jù)互操作的優(yōu)化切換和非優(yōu)化切換兩種方案進(jìn)行了討論和分析，詳細(xì)分析了兩種切換方案的技術(shù)特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)機(jī)制，并針對(duì)兩種切換方案的特性提出了網(wǎng)絡(luò)實(shí)施策略與建議。
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