TD－SCDMA模式下GAP搜网的设计与实现

彭大芹，何 健

(重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065)

责任编辑:许 盈

在TD－SCDMA正常的手动搜网［1］过程中，当出现寻呼时，不会对此做出响应，就会出现丢失寻呼的情况。为了让UE在搜网的过程中，也能响应寻呼信息，那么就需要对原有的DRX(非连续接收)周期［2］进行重新规划。本文所提出的GAP(空闲帧)搜网就是在原来的一个DRX中先预留部分帧，保证手动搜网的过程中也能正常接收寻呼。本文从设计原理、详细的流程设计、测试验证等几个方面来对GAP搜网进行了详细的论述。

1 设计原理

GAP手动搜网是在原有的TD－SCDMA模式下，对物理层的DRX周期进一步进行规划，将监听寻呼、测量等任务的帧预留出来，再利用剩余的GAP帧进行手动搜网的一种方案。当在GAP手动搜网的过程中，出现高优先级任务时，L1首先会结束GAP资源［2］，优先响应高优先级的任务，待任务完成之后，再次由MAC向L1申请GAP资源，继续后续的搜网流程。由于该方案是作为空闲状态下的一个外加任务插入到IDL流程里的，因此该设计方案应遵循两个原则:1)在GAP搜网过程中必须保证空闲状态下的监听寻呼、测量等常规任务的正常进行;2)搜网任务和空闲状态下常规任务间的跳转由MAC层控制，通过与RRC(无线资源控制)间的原语交互和控制L1(物理层)的动态加载来实现RRC/MAC/L1三者状态的同步变化。

2 流程设计

根据搜网的一般原则，可以将GAP搜网的流程大致分为搜网开始流程、搜网过程流程和搜网终止流程3个部分。

2.1 搜网开始流程设计

MAC在一个DRX周期中的任何位置均可收到RRC的搜网请求［1］，但开始GAP搜网一定是在空闲状态下的测量和收寻呼任务完成以后，搜网过程不解析BSIC［3］(基站识别码)，具体可以分为以下4种情况:

1)常规任务完成后在空闲帧中收到搜网请求，立即发起搜网;

2)在测量过程中收到搜网请求，测量上报指示若没有寻呼存在，则发起搜网过程;若指示有寻呼存在，收完寻呼后再发起搜网过程;

3)测量已上报，等待接收寻呼的过程中收到搜网请求，收完寻呼后再发起搜网过程;

4)测量已上报，在解析BSIC过程中收到搜网请求，停止解析BSIC，若不存在寻呼，直接搜网;若存在寻呼，收完寻呼后再发起搜网过程。

2.2 搜网过程流程设计

搜网过程是指下发搜网命令后利用GAP进行搜网的实际任务的持续过程。此过程包含两个子任务:一是空闲GAP的提供与终止;二是常规的搜网任务［4］。

空闲GAP是由MAC在本DRX常规任务完成后通过空闲帧的请求消息原语提供给物理层的，但物理层在空闲GAP结束后通过空闲帧结束指示给MAC，并且MAC在提供GAP给物理层的同时，还需要通过MAC的状态指示信息原语通知RRC进入搜网状态，当GAP结束时，MAC会收到物理层空闲帧结束指示，此时MAC又会通过MAC的状态指示信息通知RRC回到IDL状态。在搜网过程中，开始空闲状态下的任务时，也应从完成常规任务后调整到物理层上报空闲帧结束指示后，这样做的目的就是为了控制物理层在GAP完成后动态加载到空闲状态。这样，MAC通过动态加载物理层和原语通知RRC实现了RRC/MAC/L1三者状态的统一翻转。

具体搜网过程中的原语交互和状态跳转图如图1所示。

图1 搜网过程的原语交互及状态转移图

2.3 搜网终止流程设计

搜网终止可分为正常终止和异常终止两种。正常终止是所有搜网任务完成后由RRC主动发起的，此时MAC可以处于SNW(搜网状态)或IDL状态。异常终止是指当前搜网任务被其他任务打断而终止。由于GAP搜网的优先级较低，不提供挂起后的恢复机制，只要当前任务被打断后，下次搜网就必须重新开始。异常终止流程有以下5种情形:

1)高层发起搜网终止命令(用户取消搜网任务);

2)收到属于自己的寻呼消息(系统消息改变/发起接入请求);

3)RRC发起小区重选(TD模内重选/模间重选);

4)高层发起接入请求;

5)收到高层的去激活命令(关机/模式转换)。

2.3.1 搜网正常终止流程

正常搜网终止［3］是直接由RRC在搜网状态时发起的去激活过程。一般情况下，MAC会在SNW状态收到去激活请求;临界状态下，MAC会在IDL下收到去激活请求。临界状态的场景为:上报系统消息回复读取主公共控制信息证实和空闲帧结束指示的位置几乎重合，且两条原语都由物理层在短时间内连续上报。MAC在收到读取主公共控制信息证实后上报RRC，当RRC判断搜网信息已收完毕时会下发去激活请求，但MAC的优先级较高，会先处理空闲帧结束指示回到IDL状态后，再去处理去激活请求。

在SNW收到去激活请求后，MAC直接下发终止搜网原语到物理层，终止其搜网过程，并在收到物理层的去激活命令后下发空闲状态下的任务请求原语，让物理层动态加载到IDL状态;若在IDL状态下收到去激活命令时，MAC不用再下发去激活请求到物理层，因为物理层已经能够动态加载到IDL，且下次搜网开始时，MAC会通过空闲帧下的信息请求原语告知物理层新的搜网命令。

RRC在正常终止搜网后会自行回到IDL状态。

2.3.2 搜网异常终止流程

上述已经说明了搜网异常终止的流程有5种，这里只选取其中第2种情形来阐述，后续测试例的编写也基于此种场景来展开。

UE在收到属于自己的寻呼时，RRC和MAC均处于IDL状态。寻呼有两种:系统消息改变的寻呼和要求接入的寻呼。由于接入寻呼需通过高层判断是否应发起接入，不能接入时还可以继续搜网，所以当收到寻呼后MAC不进行判断，同其他IDL常规任务完成后一样，直接下发空闲帧下的信息请求原语到物理层通知搜网。若后续上层没发起其他任务，则继续正常的搜网过程;若后续发起接入或通知读系统消息，由RRC发送停止搜网原语来激活搜网再下发后续任务请求。此时MAC应在SNW状态，收到RRC的去激活请求后通过停止搜网原语来激活物理层，收到后续任务请求再向物理层下发随机接入或系统消息读取请求。特别需要注意的是系统消息读取，在发送读取主公共控制信息请求原语前还需向物理层下发空闲状态下的任务请求消息原语，因为读系统消息也是在IDL下进行，需通知物理层下个DRX周期的系统参数、测量列表等。由于物理层搜网过程会进行同步调整，故发起接入前需要进行预同步操作，这样就使得MAC的处理流程简化统一，与主动发起接入时保持一致。该异常终止搜网的流程图大致如图2所示。

3 验证测试

TTCN(Tree and Tabular Combined Notation)是一种标准化自动测试系统描述语言［3－4］，在通信业界的协议测试中得到广泛应用。它采用的是数表结合的方式，具有明确的语法与定义，是一种切实可行且高效的测试语言。

图2 收到属于自己寻呼时的异常终止搜网

本文设计的是一种利用DRX空闲帧的手动搜网行为，为了验证该行为设计的合理与正确性，这里采用的正是基于这种TTCN语言的模拟测试方法来对该流程设计加以验证。该验证过程包括两个部分:一是基于设计的测试流程，编写测试例;二是分析测试结果是否与预期的结果保持一致。

GAP搜网正常终止的情况就是当在一个DRX内，搜索PLMN结束后RRC/MAC/L1自行回到IDL的情况，这种情况相对较简单，这里就不再对此情况进行测试验证。异常终止搜网是指当在搜网或准备搜网的过程中，遇到其他高优先级的进程时，直接导致搜网终止的情形，由于异常终止的情形很多，这里只选取了当收到属于自己的寻呼时导致搜网终止的情况来进行测试验证。由TTCN编写的测试例如图3所示。

由图3可以看到，当高层要求进行手动搜网时，首先MAC使用原语L1_GAP_INFO_REQ申请GAP资源，当得到物理层的ACK以后，就会进行手动搜网流程，但由于预留了监听PICH等信道的资源，所以当监听到MAC层下发的原语L1_IDL_TASK_REQ中有属于自己的PAGING TYPE 1(寻呼)时，就会结束GAP，优先响应自己的寻呼消息，待寻呼接收完毕之后，MAC层会再次向L1申请GAP资源，继续后续的搜网流程。

图3 收到属于自己寻呼的测试例(截图)

测试运行的MSC截图如图4所示。

图4 收到属于自己寻呼的MSC图(截图)

由图3和图4所示，在一个DRX内，已经分配GAP准备搜网时，UE在接收到通知系统消息改变的寻呼时，RRC会通过去激活原语来去激活相应的子层，终止搜网，响应空闲状态下的其他操作。

4 结束语

本文介绍了TD－SCDMA系统中利用一个DRX周期内GAP空闲帧进行手动搜网的过程。本文在基于TDSCDMA搜网的协议标准上，更深一层次扩展了搜网的场景，使UE能够在搜网的过程中不丢失寻呼，并在流程的设计过程中，充分考虑正常终止搜网和异常终止搜网的情况。最后，选取了某一特定的场景利用TTCN进行仿真［5］、测试、运行，发现与预期的结果保持了很好的一致性和正确性。

［1］3GPP TS 25.304，User equipment(UE)procedures in idle mode(TDD):release 9［S］.2009.

［2］3GPP TS 25.221，Physical channels and mapping of transport channels onto physical channels(TDD):release 9［S］.2002.

［3］李小文，李贵勇，彭大芹，等.TD－SCDMA第三代移动通信系统、信令与实现［M］.北京:人民邮电出版社，2003.

［4］何兰，周中立.TD－SCDMA系统终端的小区初搜过程研究［J］.电信快报，2006(7):39－41.

［5］姚明菊，李小文.几种基于TTCN的TD－SCDMA终端协议测试方法介绍［J］. 通信世界，2007(13):40－41.