TD-LTE/TD-SCDMA系统间小区重选的研究与实现*

王 琼，陆绍干

（重庆邮电大学通信与信息工程学院 重庆400065）

1 引言

为了满足人们日益提高的通信需求，3GPP提出了基于全IP化的TD-LTE网络演进架构。TD-LTE作为TD-SCDMA演进性技术，用户数据速率、系统容量等相比TD-SCDMA有了很大的提高和改善，使得TD-LTE的商用化进程向前推进了一步[1]。作为全分组交换网络的TD-LTE适用于数据业务，但不能提供高质量的话音服务，因此业界提出了TD-LTE/TD-SCDMA/GSM(GPRS)多模单待的CSFB（电路域回落）话音业务解决方案[2]。3GPP明确要求，多模单待终端必须支持CSFB功能，因此成为首选的话音承载方式。

作为TD-LTE商业化进程瓶颈的多模单待手持终端，不仅需要支持在TD-LTE、TD-SCDMA、GSM模式下能独立通信，任何时刻只能工作在一种模式下；而且需要支持TD-LTE、TD-SCDMA、GSM(GPRS)系统间的互操作，包括系统间小区重选、重定向以及切换等[2]。为保证多模终端能够在不同的网络制式下驻留，从而获得相应的网络服务，一个重要的方法就是小区重选。小区重选不仅是实现多种制式网络相互融合的重要手段，也是多模终端主要的移动性功能。虽然多模单待终端的标准已经成熟，但商用多模单待的终端产品并不多见，故本文重点对TD-LTE和TD-SCDMA之间的小区重选准则以及相关过程进行研究，对促进多模单待终端系统间互操作的实现具有重要意义。

2 小区重选概述

TD-LTE/TD-SCDMA/GSM(GPRS)多模单待手持终端具有接入TD-LTE、TD-SCDMA和GSM(GPRS)网络的能力，但在使用TD-LTE接入时，无法进行电路域业务。为了使终端在TD-LTE接入下能够发起或接收话音的寻呼等CS业务，需要执行TD-LTE、TD-SCDMA、GSM(GPRS)系统间的操作，主要包括小区重选与切换。

小区重选是指终端在空闲状态下，为保证网络服务而寻找通信状况更优的小区并正常驻留的过程，分为同频（intra-frequency）、异频（inter-frequency）和异系统（inter-RAT）重选3种，其中前两者是系统内的重选行为，后者是针对不同无线接入技术的重选行为。小区重选过程分为测量和重选准则判定两部分[3]。终端触发物理层进行测量的目的是为小区重选提供依据，而重选怎样进行，应该选择哪个小区，就需要依靠重选准则来判定，UE通过重选准则和测量结果对监视的服务小区及邻小区进行评估，从而重选到一个更好的小区进行驻留。

小区重选是为了使网络提供更好的服务，所以在任意时刻UE都应该驻留在一个合适的小区以便可以随时成功地接入相应的网络。随着用户移动或无线环境的变化，当前驻留的服务小区不再适合提供接入服务，而本模式下也没有可用的邻小区，此时就需要通过异系统的小区重选使终端驻留在一个适合接入网络的小区上。小区重选的最高宗旨就是最大程度地保证空闲模式下的终端驻留在信号最好且优先级最高的小区上。

要触发TD-LTE到TD-SCDMA的系统间小区重选，首先必须要在TD-LTE模式下开启对TD-SCDMA小区的测量。触发对TD-SCDMA小区的测量后，物理层周期性地向RRC上报测量结果，被测量小区的参考测量值必须满足小区选择的条件才可以重选，即Srxlev>0且Squal>0，具体计算如下：

其中，Srxlev为计算出的小区S值，该值将作为小区是否满足小区重选条件的判断标准；Qrxlevmeas为小区的RSRP测量值；Qrxlevmin为该小区正常驻留所要求的最小RSRP测量值；Qrxlevminoffset只有在进行周期性高优先级PLMN搜索时才使用；Pcompensation为UE在小区内允许的最大上行发送功率PEMAX_H与UE各级自身能力规定的最大RF发送功率PPowerClass的差值同0比较的较大值。当满足重选准则时，触发系统间的小区重选[3]。

3 LTE异系统重选准则

3.1 Threshsering,lowq存在

（1）TD-LTE到UTRA（即TD-SCDMA）高优先级频点小区的重选准则

·在小区的重选评估时间内，即在重选定时器t_ReselectionUTRA超 时 之 前，inter_RAT高 优 先 级评估频点下的小区S值一直保持Srxlev>Threshx,highp。

·UE驻留到当前服务小区已超过1 s。

（2）TD-LTE到UTRA低优先级频点小区的重选准则

·在重选定时器t_ReselectionUTRA之内，服务小区一直保持SqualThreshx,lowp。

·UE驻留到当前服务小区已超过1 s。

3.2 Threshsering,lowq不存在

（1）TD-LTE到TD-SCDMA高优先级频点下小区的重选准则

·在重选定时器t_ReselectionUTRA之内，高优先级频点小区一直保持Srxlev>Threshx,highp。

·UE驻留到当前服务小区已超过1 s。

（2）TD-LTE到TD-SCDMA低优先级频点下小区的重选准则

·在重选定时器t_ReselectionUTRA之内，服务小区一直保持SrxlevThreshx,lowp。

·UE驻留到当前服务小区已超过1 s。

如果多个不同优先级下的小区都满足小区重选准则，那么优先重选到高优先级频点下的小区，首先按照优先级对满足重选条件的小区进行排序。

在TD-SCDMA系统中，如果高优先级的频点是TD-SCDMA下的一个频点，并且此最高优先级频点下有几个小区都满足重选准则，则这些小区按小区排序准则（即R值）进行排序，并且该小区要比服务小区RSRP好6 dB才能重选[3]。

4 小区重选流程设计

（1）小区列表设计

邻小区列表：为了控制简单，对于TD-SCDMA的小区，重新定义邻小区列表以保存LTE系统消息6和7广播的小区及盲检到的小区。TD-LTE保持目前的邻小区列表a_errc_nCellFreqp[maxFreq+1]。

重选列表的组装：不同模式，分不同列表组装小区，TD-LTE保持目前的列表。对于TD-SCDMA重新定义重选列表以保存不同优先级的小区，高优先级的小区排在前面，小区按照S值从大到小排列。

（2）TD-LTE服务小区不可用时的控制原则

TD-LTE服务小区不可用，发起inter_RAT重选（前提是TD-LTE小区都不适合驻留），控制原则如下。

重选目标小区：单一模式的小区，优先选择TD-SCDMA的小区，从TD-SCDMA的小区列表中选择最好的前16个（可能少于16），组装进URRC_RESEL_REQ。

重选失败：重选前服务小区不可用且所有邻近的TD-LTE都不可用，所以一旦inter_RAT的重选失败，将无法回到原来的TD-LTE服务小区，此时RRC判断当前剩余的模式是否有可用的邻小区，如果有则启动剩余模式的小区重选，否则回到TD-LTE进行盲搜。

（3）TD-LTE服务小区可用时的控制原则

TD-LTE服务小区可用，发起berrer小区的inter_RAT重选，控制原则如下。

重选目标小区：一个小区，用重选定时器监控TD-SCDMA小区列表中最好的小区。

TD-LTE模式下邻近小区的监控方式：本模式下邻近小区的监控方式不发生变化，仍然采用计数器的方式，当重选定时器长度不是DRX周期的整数倍时，开启尾部定时器；对于TD-SCDMA小区的监控，独立设计t_errc_iratTdCell，仅监控最强的TD-SCDMA小区（所有TD-SCDMA小区中最强的，且BSIC verify成功），该定时器为尾部定时器，仍采用计数器的方式。

对于IRAT小区的重选评估控制：3个模式分别使用一个重选定时器监控，RRC控制优先级，选择重选优先级更高且S值最大的小区。哪个模式下的定时器先超时，就重选到那个模式下的小区。与目前LTE单模的控制靠近，对所有满足重选准则的小区使用计数器计数。在不同模式场景下，需要处理不同的定时器：t_errc_reselection、t_errc_iratTdCell。其中一个定时器超时时，关闭另一个定时器。对于IRAT重选定时器，哪个定时器先超时，就选择哪个模式的小区。

重选失败：由于服务小区可用，因此首先返回原小区尝试驻留。如果驻留失败，则判断原模式下是否存在邻小区，如果有，则首先对这些小区进行测量，选择最好的小区驻留；否则，此时相当于服务小区不可用的重选，应使用服务小区不可用的设计原则考虑重选。

当某个目标小区被拒绝掉时，RRC需要根据拒绝原因维护一个被bar的小区列表，控制一定时间段内（300 s）不再对该小区进行尝试。而对于TD-SCDMA，需重新定义bar列表，用来保存TD-SCDMA小区。对于TD-SCDMA返回LTE失败，被bar的长度由TD-SCDMA制定。对于还未读取系统消息就失败的小区，在TD-LTE要对该小区进行惩罚，禁止一段时间内重选到该小区。

5 TD-LTE到TD-SCDMA重选成功

5.1 服务小区可用

此场景IRAT的前提是：TD-SCDMA模式下存在比服务小区好，且满足IRAT重选准则的小区的重选定时器超时（只携带1个TD-SCDMA目标小区），详细流程如图1所示。

图1流程详细说明如下。

IDL/LIM状态的LRRC通过接收LMAC上报的测量结果，发现满足重选条件的TD-SCDMA小区，开启重选定时器对TD-SCDMA小区进行监控，定时器t_errc_iratTdCell超时后，触发TD-LTE到TD-SCDMA的IRAT重选。首先去激活LMAC，跳转到wait状态，等待LMAC的去激活证实信号。收到去激活证实信号后，LRRC向NAS指示开始进行IRAT小区重选，并将目标小区组装进SRRC_RESEL_REQ，SRRC收到携带目标的小区原语后，进行TD-SCDMA单模下的小区重选过程。小区重选成功后，SRRC给LRRC回复重选成功的证实信号。LRRC最后到达inactive状态。

5.2 服务小区不可用

此场景IRAT重选的前提是：原模式下没有可用的邻小区用于重选，TD-SCDMA优先级高于GSM(GPRS)，而且存在TD-SCDMA邻小区列表。这些小区都当作目标小区（最多16个），并在其中一个TD-SCDMA目标小区正常驻留即重选成功。详细流程如图2所示。

图2流程详细说明如下。

IDL/LIM状态的LRRC通过接收LMAC上报的测量结果，发现服务小区的S值连续N个DRX周期都不满足S准则，此时服务小区不能驻留。LRRC搜集此时邻小区列表中最好的TD-SCDMA小区，目的是重选到该小区，触发TD-LTE到TD-SCDMA的IRAT重选。首先去激活LMAC，跳转到wait状态，等待LMAC的去激活证实信号。收到证实信号后，LRRC向NAS指示开始进行IRAT小区重选，并将目标小区组装进SRRC_RESEL_REQ，SRRC收到了携带目标的小区原语后，进行TD-SCDMA单模下的小区重选过程。小区重选成功后，SRRC给LRRC回复重选成功的证实信号。LRRC最后到达inactive状态。

6 TD-LTE到TD-SCDMA服务小区不可用的重选成功的测试与验证

为了验证TD-LTE到TD-SCDMA服务小区不可用的重选成功的正确性，以SDL/TTCN为测试平台，利用协仿真方式对TD-LTE到TD-SCDMA服务小区不可用的重选成功的过程进行测试验证。在TTCN中根据3GPP提供的一致性测试协议36.523[4]、TD-SCDMA模式下的RRC协议25.331[5]、LTE模式下的RRC协议36.331[3]编写相应的测试用例。详细流程如图3所示。

在SDL模拟的RRC状态机设计和信号收发过程与TTCN中编写的测试例均能成功编译通过，生成可执行文件后，通过SDL/TTCN协仿真方式对TD-LTE到TD-SCDMA服务小区不可用的重选成功的过程进行测试和验证，更正其中的bug，测试结果如图4所示。限于篇幅，MSC图只截取了重选成功的部分。

7 结束语

本文以3GPP的相关协议为依据，详细阐述了TD-LTE到TD-SCDMA异系统间的小区重选准则，并设计了TD-LTE到TD-SCDMA重选成功中的服务小区可用和服务小区不可用两种场景的流程，测试验证其正确性。TD-LTE/TD-SCDMA系统间的互操作是保护运营商现有资源和提高网络质量的重要手段，而作为TD-LTE/TD-SCDMA系统间互操作重要组成部分的异系统小区选择对实现异系统间网络的融合具有重要的意义。

1 沈嘉,索士强,全海洋等.3GPP长期演进(LTE)技术原理与系统设计.北京:人民邮电出版社,2008

2 周维,徐德平,程日涛.TD-LTE与TD/2G互操作方案研究.移动通信,2011(8A)

3 3GPP TS36.133 V10.1.0.3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group Radio Access Network;Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA);Requirements for Support of Radio Resource Management,2010

4 3GPP TS 44.018 V9.5.0.3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group GSM/EDGE Radio Access Network;Mobile Radio Interface Layer 3 Specification;Radio Resource Control(RRC)Protocol,2010

5 3GPP TS 25.331 V10.7.0.3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group Radio Access Network;Radio Resource Control(RRC);Protocol Specification,2012

6 3GPP TS36.304 V10.0.0.Technical Specification 3rd Generation Partnersip Project;Technical Specification Group Radio Access Network;Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA);User Equipment(UE)Procedures in Idle Mode,2010

7 3GPP TS 36.523-1 V8.5.0.User Equipment(UE)Conformance Specification;Part 1:Protocol Conformance Specification,2010

8 杨红梅,李文宇,胡泊.TD-LTE电路域回落单待手持终端的技术实现.电信网技术,2011(8)

9 李小文,李贵勇,陈贤亮等.TD-SCDMA第三代移动通信系统、信令及实现.北京:人民邮电出版社,2003