GSM和TD-SCDMA切换机制的研究与改进*

姜 华 万晓榆 樊自甫

【摘要】文章介绍了GSM和TD-SCDMA系统间的切换技术,根据基础信令流程对切换过程的信令进行了详细的分析比较,并且从交换层面参照3GPP的相关协议,找到了切换失败的根本原因,给出了解决方案。

【关键词】TD-SCDMAGSM切换

1 引言

移动网络需要从现有的第二代网络(2G)向第三代网络(3G)过渡。TD-SCDMA作为中国自主知识产权的第三代移动通信系统,在一些地区已经开始商用。在建设初期,由于布网成本等原因,TD-SCDMA网络无法一步实现全国范围的覆盖而取代GSM网络。所以仍需依靠GSM网络,采用从GSM网络向全TD-SCDMA网络的平滑过渡,这样可以大大降低运营商的技术风险和商业风险。这就使得TD-SCDMA与GSM系统间的切换显得尤为重要。从现在的情况看,TD-SCDMA网络将与现有的GSM网络共存相当一段时间,不同网络之间的漫游和切换的问题日益为供应商和运营商所重视。

2 GSM和TD-SCDMA互切换介绍

TD-SCDMA切换GSM是指用户在TD-SCDMA网络下,由于覆盖或者负载等原因,发起的向GSM网络的切换行为,其简单流程如图1所示:

GSM切换TD-SCDMA是指用户在GSM网络下,由于覆盖或者负载等原因,发起的向TD-SCDMA网络的切换行为,其简单流程如图2所示:

图2从GSM到TD-SCDMA切换的信令流程

3 GSM和TD-SCDMA切换存在的问题

现网中,TD-SCDMA用户在通话时会往北电GSM的无线侧切换,阿朗MSC Server收到大唐RNC发的relocation required消息以后,就向北电GSM MSC发送prepare handover request消息;北电GSM MSC在收到该消息以后,向阿朗MSC Server发送prepare handover ack消息,里面带了切换号码;阿朗MSC Server收到切换号码以后,打包转换MAP消息,向北电GSM MSC发送ISUP的IAM消息,所带的被叫号码就是北电GSM MSC发的切换号码;北电GSM MSC回复ACM消息,阿朗MSC Server收到对端回复的ACM消息以后,就向TD-SCDMA无线侧下发relocation command消息(注:此relocation command消息里带了北电GSM MSC在prepare handover ack消息里发的L3消息,阿朗MSC Server对此L3消息不作处理,直接打包copy给TD-SCDMA无线侧);无线侧收到此relocation command以后,发给TD测试终端。终端收到消息以后,跟GSM无线侧做同步,并且发送切换的请求消息给GSM无线侧,与GSM无线侧进行交互。

出现的问题:在阿朗MSC Server下发relocation command消息以后,终端向无线侧发送failure消息,RNC收到失败消息后就给阿朗MSC Server发送handover cancel消息,阿朗MSC Server收到该消息后,向北电GSM MSC发送abort消息,接着发送ISUP的REL消息结束此次切换。在与北电GSM切换失败以后,阿朗在现场收取log文件,并比对在WCDMA下与北电切换成功的log,并没有发现阿朗交换机下发的relocation command消息有不符合规范的地方。

L3消息是北电BSC构造发给北电MSC的,然后北电MSC在prepare handover ack消息里把L3消息原样发给了阿朗交换机,阿朗交换机不做任何修改地透传给终端。在阿朗交换机下发的relocation command消息里没有不符合规范的参数的情况下,阿朗认为终端需要识别什么样的参数,需要北电BSC来发,如果BSC发不了,则需要北电BSC进行升级来支持。

在北电GSM BSC/MSC不升级的情况下,阿朗比对了华为切换北电时发的prepare handover request消息,发现华为发的消息里比阿朗发的消息多了三个ie(这三个ie在3GPP规范里都是可选参数),因此阿朗研发了一个补丁,让阿朗交换机发的prepare handover request消息与华为交换机发的该消息带的ie一样。在阿朗打了补丁以后,再进行与北电的切换,prepare handover request消息与华为发的消息带的ie是一样的,同时北电MSC给阿朗交换机回复的prepare handover ack消息里带的L3消息也与北电MSC回复给华为交换机的prepare handover ack消息里带的L3消息是一样的。

阿朗交换机向大唐RNC下发relocation command(带着与华为L3消息一样的relocation command),但是切换仍然不能成功,手机还是上报协议错误。阿朗决定需要更多的无线侧的log来定位问题,而交换层面上已经没有ie可以修改了。阿朗又做了一次与北电的切换,并收取了E、Iu接口的消息,大唐的工程师帮忙收取了Iub、Uu接口的消息,华为无线侧工程师也帮忙收取了华为与北电切换时的Iub、Uu、Iu接口消息。

4 问题的分析和定位

阿朗在收集了各方提供的消息和log以后,通过分析发现,阿朗下发给大唐RNC的relocation command消息是:

SCCP_MSU[0x217]0x00 0x2C 0x20 0x02 0x00 0x28 0x00 0x00 0x01 0x00 0x0E 0x40 0x21 0x20 0x06 0x2B 0x33 0x59 0x0E 0x70 0x5F 0xB2 0x05 0xD0 0x62 0x00 0x00 0x00 0x00 0x01 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x01 0x50 0x63 0x21 0x72 0x01 0x07 0x00 0x00(其中标注蓝色字的是L3消息)

大唐RNC收到该消息以后,直接把消息透传给了终端,华为与北电切换成功时华为无线侧提供的log见图3。

这是华为交换机下发给RNC的relocation command消息,包含的L3消息是:63 2b 30 50 09 11 87 af 05 d0 62 00 00 00 00 00 00 80 00 00 00 50 10 aa 00 00 00 63 21 72 01 7f。

图4是华为RNC下发给终端的relocation command消息,该消息里带的L3消息是:63 2b 30 50 09 11 87 af 05 d0 62 00 00 00 00 00 00 80 00 00 00 50 10 aa 00 00 00 63 21 72 01 7f 90(90 Cipher Mode Setting,9是IE,SC=0是不加密)。

综合华为无线侧提供的消息截图来看,华为RNC在收到华为交换机下发的relocation command消息里带的L3消息以后,向终端下发消息时,在该消息里的L3消息后面加了个ie,即“90”。而这个ie,就是之前提到过的必须要带的cipher mode ie;也正是这个ie,才导致了切换失败。

5 解决办法

阿朗在交换层面符合规范的情况下,已经修改了所有可能导致问题的ie,并确保阿朗交换机下发的relocation command消息完全符合规范。因此,这个问题如果要得到解决,阿朗给出的建议是:

(1)北电BSC、MSC升级,来支持TD-SCDMA和GSM互操作;

(2)大唐RNC在收到阿朗交换机下发的relocation command消息以后,向终端下发消息时,在该消息里的L3消息后面带一个加密的ie,来实现阿朗TD-SCDMA与北电GSM的语音成功切换。

3G_MSC在向2G_MSC发送Map_Prepair_Handover消息时,在打包于其中的A接口Ho_Request消息中带上符合R98协议的IE:Chosen_encryption_algorism。当3G_MSC收到2G_MSC回复的HO_PREP_ACK消息后,判断打包在其中的层3消息handover command中是否带了cipher mode setting。如果带了该IE,透传该消息,不做任何处理。如果没有带,则表明2G_BSC要求切换前后的加密模式不发生变化;这样3G_MSC可在层3消息handover command中填上该IE再发给RNC,该IE所表示的加密算法就是发往2G的prepair handover的Chosen_encryption_algorism所表示的算法。

6 结束语

在移动通信技术中,切换技术是确保移动性的最关键的技术之一,它直接影响整个系统的性能。对于TD-SCDMA运营商来说,TD-SCDMA与GSM系统之间的切换方式、原则和策略至关重要。TD-SCDMA与GSM网络共存的问题很多,如何引导用户向TD-SCDMA网络迁移,如何信守承诺为用户提供高质量的无缝覆盖以及多样化、高速率的业务体验,这是TD-SCDMA商用网络运营必然会面临的问题,也是TD-SCDMA网络建设不同于GSM网络建设的一个显著特点。

收稿日期:2009年7月27日

*资助项目:重庆市教委科学技术研究项目(KJ050512,KJ050513)、重庆市科委自然科学基金项目(CSTC 2005BB2054)、重庆邮电学院青年教师基金项目(A2005-26)。