1 引言
迄今為止，蜂窩式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通常是在同一個(gè)技術(shù)組內(nèi)實(shí)現(xiàn)更進(jìn)一步的發(fā)展。例如，第3代合作伙伴計(jì)劃(3GPP)的技術(shù)，通常是根據(jù)第3代合作伙伴計(jì)劃2 (3GPP2)的cdma2000標(biāo)準(zhǔn)（cdmaOne，1xRTT 和 EV-DO）通過(guò)GSM，UMTS，HSPA和LTE來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
但是，多家網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商最近決定將其現(xiàn)有的EV-DO網(wǎng)絡(luò)（稱為高速率分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)）升級(jí)到 LTE。這通常牽涉到繼續(xù)使用EV-DO網(wǎng)絡(luò)。畢竟該網(wǎng)絡(luò)已大大優(yōu)化，并擁有廣泛的用戶基礎(chǔ)。因此，對(duì)EV-DO 網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有投入仍將是一個(gè)因素。與此同時(shí)，LTE網(wǎng)絡(luò)會(huì)首先用于擴(kuò)展現(xiàn)有的數(shù)據(jù)服務(wù)。
如果在組合網(wǎng)絡(luò)中，各處主要采用的是EV-DO網(wǎng)絡(luò)，而LTE網(wǎng)絡(luò)（演進(jìn)分組系統(tǒng)）最初是作為人口高度密集區(qū)域中的孤島式解決方案而建立的。為了提供令人滿意的服務(wù)，需要有一個(gè)流暢的切換 (HO)，尤其是從LTE到EV-DO。為此，特別定義了兩種體系結(jié)構(gòu)：
●非優(yōu)化切換：相對(duì)來(lái)說(shuō)，這種切換更加輕松、快速，但中斷時(shí)間較長(zhǎng)。
●優(yōu)化切換：這種切換能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)縫切換，人們感覺(jué)不到切換對(duì)最終應(yīng)用有任何影響。從LTE到EV-DO，中斷時(shí)間不會(huì)超過(guò)300ms。
尤其引人關(guān)注的是只有一個(gè)發(fā)射裝置和一個(gè)接收裝置(Tx/Rx) 的用戶設(shè)備(UE)。此類UE可縮減預(yù)算，并具有更長(zhǎng)的可充電電池壽命。對(duì)于具有兩個(gè)Tx/Rx裝置的UE，切換可能相當(dāng)簡(jiǎn)單，只需幾個(gè)步驟即可。
2 優(yōu)化切換的體系結(jié)構(gòu)
雖然從一開(kāi)始就計(jì)劃通過(guò)多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將EPS用于切換，但需要對(duì)HRPD網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行一些改變（見(jiàn)圖1）。得出的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)稱為增強(qiáng)型HRPD (eHRPD)。該網(wǎng)絡(luò)作為可信任的非3GPP入口，與EPS耦合在一起，并能夠在這兩種網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換。
圖1 組合EPS-eHRPD網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)
eHRPD的核心部分是通過(guò)HRPD服務(wù)網(wǎng)關(guān)(HSGW)交換分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)(PDSN)。此節(jié)點(diǎn)會(huì)終止與 UE的連接，并在接入網(wǎng)絡(luò)與主干網(wǎng)絡(luò)之間路由數(shù)據(jù)包。與HRPD相反，數(shù)據(jù)不會(huì)直接連接到主干網(wǎng)絡(luò)（通過(guò)歸屬代理 [Home Agent]），而是通過(guò)EPS的PDN-GW路由。S103接口能夠確保在兩種技術(shù)之間切換時(shí)不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的情況。
實(shí)現(xiàn)兩種技術(shù)之間無(wú)縫切換的一個(gè)重要方面就是S101接口。通過(guò)該接口，UE能夠在建立LTE連接的同時(shí)與增強(qiáng)型接入節(jié)點(diǎn)(eAN)交換信令消息。eNB和移動(dòng)性管理實(shí)體(MME)在UE與eAN之間透明地路由數(shù)據(jù)。這種虛擬連接可用于執(zhí)行射頻電平轉(zhuǎn)換前的切換準(zhǔn)備工作中往往比較耗時(shí)的部分，而且中斷時(shí)間也會(huì)相當(dāng)短暫。
3 從LTE到EV-DO的切換
此類切換需要用到EV-DO網(wǎng)絡(luò)的必要參數(shù)。這些參數(shù)在系統(tǒng)信息塊類型8 (SIB8)中作為系統(tǒng)信息進(jìn)行傳送，但也可以通過(guò)專用連接傳送到UE。在這里，涉及了兩種網(wǎng)絡(luò)定時(shí)與同步的相關(guān)信息，以便盡可能高效地做出所需的測(cè)量，并加快交換的進(jìn)程。
（1）主動(dòng)切換
網(wǎng)絡(luò)可以控制從LTE到EV-DO的主動(dòng)切換。為實(shí)現(xiàn)此功能，eNB會(huì)促使UE 對(duì)預(yù)定義的信道和基站執(zhí)行測(cè)量。與LTE內(nèi)部切換不同，內(nèi)部切換不對(duì)檢測(cè)到的基站執(zhí)行測(cè)量。
切換劃分為預(yù)先注冊(cè)、進(jìn)行切換準(zhǔn)備工作、執(zhí)行切換3個(gè)階段。
預(yù)先注冊(cè)從實(shí)際切換處遠(yuǎn)程發(fā)生，并完全通過(guò)虛擬S101連接進(jìn)行處理。UE會(huì)登錄基站和eHRPD網(wǎng)絡(luò)，并驗(yàn)證自己的身份。HSGW會(huì)通過(guò)現(xiàn)有的PDN連接及其PCRF規(guī)則接收所有的相關(guān)信息。最終，eHRPD網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的資源都得以保留。
此過(guò)程可能需要數(shù)秒鐘。因此，預(yù)先注冊(cè)與實(shí)際切換之間的這種分離對(duì)于無(wú)縫切換是必不可少的。而這也提高了成功的概率，因?yàn)樵趯?shí)際切換點(diǎn)的外部檢測(cè)到了誤差源。不論網(wǎng)絡(luò)是否提供優(yōu)化切換，如果提供，當(dāng)必須更新相應(yīng)的預(yù)先注冊(cè)時(shí)，會(huì)通過(guò)前文提到的SIB8報(bào)告給UE。
當(dāng)收到UE的測(cè)量結(jié)果后，最終是由eNB來(lái)做出切換決定（見(jiàn)圖2）。在切換準(zhǔn)備階段，首先會(huì)通過(guò)S101通道打開(kāi)EV-DO連接。此連接會(huì)在上行和下行物理通道中儲(chǔ)備資源。HSGW通過(guò)分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān) (P-GW)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)傳輸，并建立S103通道。最后，向UE報(bào)告已成功打開(kāi)連接?，F(xiàn)在，UE會(huì)將其接收器切換到EV-DO載波。這樣，切換準(zhǔn)備工作就完成了。仍然抵達(dá)eNB的數(shù)據(jù)或未發(fā)送出去的數(shù)據(jù)，現(xiàn)在會(huì)發(fā)送回服務(wù)網(wǎng)關(guān)(S-GW)，并通過(guò)S103轉(zhuǎn)發(fā)給HSGW。這也有助于確保是無(wú)損耗數(shù)據(jù)流。
圖2 從LTE到EV-DO的主動(dòng)切換流程圖
在UE成功接入eHRPD之后，切換作為最后一個(gè)階段正式啟動(dòng)。UE首先會(huì)確認(rèn)連接的建立。接下來(lái)，P-GW會(huì)釋放與HSGW的連接，并更新IP連接。在這個(gè)階段，UE的IP地址也會(huì)分配給 HSGW。這時(shí)就可以釋放EPS中仍然可用的資源。此時(shí)，切換完成。
（2）小區(qū)重新選擇
如果UE沒(méi)有處于活動(dòng)狀態(tài)的連接，則會(huì)發(fā)生小區(qū)重新選擇，而不是進(jìn)行主動(dòng)切換。從E-UTRAN小區(qū)到EV-DO小區(qū)的小區(qū)重新選擇是按照優(yōu)先級(jí)進(jìn)行的。鑒于此，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商會(huì)給每個(gè)HRPD頻帶種類分配一個(gè)優(yōu)先級(jí)，這一優(yōu)先級(jí)會(huì)與E-UTRAN服務(wù)小區(qū)(SC)的優(yōu)先級(jí)相比較。如果HRPD小區(qū)具有較高的優(yōu)先級(jí)，其Ec/I0比超過(guò)特定的閾值，則UE會(huì)對(duì)此小區(qū)執(zhí)行小區(qū)重新選擇，而不管該SC的連接質(zhì)量如何。但是，僅當(dāng)與SC的連接質(zhì)量處于不可接受的程度時(shí)，小區(qū)重新選擇才會(huì)選擇具有較低優(yōu)先級(jí)的HRPD小區(qū)。
在RAT內(nèi)部進(jìn)行小區(qū)重新選擇時(shí)，網(wǎng)絡(luò)總是信息通暢的，這樣傳入的尋呼信息才能得到處理。另外，通過(guò)HSGW將網(wǎng)絡(luò)設(shè)置成修改后的數(shù)據(jù)路徑。
（3）非優(yōu)化切換
上文所述的優(yōu)化切換能夠在系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換，同時(shí)為用戶帶來(lái)最佳感受。但是，要進(jìn)行優(yōu)化切換，網(wǎng)絡(luò)和UE都需要進(jìn)行大范圍的變化。非優(yōu)化切換提供了另一種簡(jiǎn)單的方法，從而更加經(jīng)濟(jì)。其網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與圖1中的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)相似，但沒(méi)有S101和S103接口。因此，可以不用通過(guò)活動(dòng)LTE連接進(jìn)行預(yù)先注冊(cè)。但在切換期間執(zhí)行所需的步驟，會(huì)造成數(shù)據(jù)服務(wù)中斷相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間。
此類中斷持續(xù)的時(shí)間取決于先前的eHRPD連接。例如，可以忽略身份驗(yàn)證，并且可以從其他子網(wǎng)傳送上下文信息及進(jìn)一步的會(huì)話信息。不過(guò)，只能使用具有兩個(gè)Tx裝置和兩個(gè)Rx裝置的UE來(lái)進(jìn)行無(wú)縫切換。
4 從EV-DO到LTE的切換
對(duì)于這個(gè)方向的切換，只能完全依靠非優(yōu)化小區(qū)重新選擇。預(yù)先注冊(cè)主要涉及附加程序，在此程序中，UE 鑒別并驗(yàn)證自己的身份。隨后對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐渲?，并建立無(wú)線承載，隨后更新跟蹤區(qū)。現(xiàn)在，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)大概能知道UE的位置。當(dāng)P-GW產(chǎn)生觸發(fā)時(shí)，HSGW會(huì)釋放其與EPS的連接，并啟動(dòng)定時(shí)器。只要定時(shí)器還沒(méi)有到時(shí)間，預(yù)先注冊(cè)和與UE的會(huì)話就會(huì)一直保持。
5 對(duì)移動(dòng) UE 的影響
即使在網(wǎng)絡(luò)中廣泛定義了新的切換功能，也必須在UE中進(jìn)行一些變化。例如，對(duì)于虛擬S101連接，需要使用新的EV-DO協(xié)議。不僅需要檢查其功能，還要檢查其與現(xiàn)有協(xié)議棧的嵌入方式。另外，與HRPD相比，eHRPD中的身份驗(yàn)證和連接設(shè)置業(yè)已經(jīng)過(guò)修改。
要檢查這些新功能，需要進(jìn)行新的協(xié)議測(cè)試。R&S?CMW500寬帶無(wú)線通信測(cè)試儀（見(jiàn)圖3）含有一個(gè)LTE信令裝置和一個(gè)EV-DO信令裝置。該儀器支持優(yōu)化切換測(cè)試和非優(yōu)化切換測(cè)試。這意味著，來(lái)自3GPP和3GPP2的測(cè)試用例均可以執(zhí)行。通過(guò)使用一個(gè)附加中值電平應(yīng)用程序編程接口(MLAPI)，還可以創(chuàng)立更多的測(cè)試應(yīng)用程序。
圖3 用于進(jìn)行切換協(xié)議測(cè)試和LTE系統(tǒng)協(xié)議測(cè)試的R&S?CMW500寬帶無(wú)線通信測(cè)試儀
6 結(jié)束語(yǔ)
移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的會(huì)聚正經(jīng)歷著一股高潮，那就是組合分別來(lái)自3GPP和3GPP2的兩個(gè)根本不同的網(wǎng)絡(luò)。這種類型的組合網(wǎng)絡(luò)讓運(yùn)營(yíng)商和終端用戶能夠從兩種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)中受益。