1  引言

迄今為止，蜂窩式無線網(wǎng)絡(luò)通常是在同一個技術(shù)組內(nèi)實現(xiàn)更進(jìn)一步的發(fā)展。例如，第3代合作伙伴計劃(3GPP)的技術(shù)，通常是根據(jù)第3代合作伙伴計劃2 (3GPP2)的cdma2000標(biāo)準(zhǔn)（cdmaOne，1xRTT 和 EV­-DO）通過GSM，UMTS，HSPA和LTE來實現(xiàn)的。

但是，多家網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商最近決定將其現(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EV-DO 網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有投入仍將是一個因素。與此同時，LTE網(wǎng)絡(luò)會首先用于擴(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：相對來說，這種切換更加輕松、快速，但中斷時間較長。

●優(yōu)化切換：這種切換能夠?qū)崿F(xiàn)無縫切換，人們感覺不到切換對最終應(yīng)用有任何影響。從LTE到EV­-DO，中斷時間不會超過300ms。

尤其引人關(guān)注的是只有一個發(fā)射裝置和一個接收裝置(Tx/Rx) 的用戶設(shè)備(UE)。此類UE可縮減預(yù)算，并具有更長的可充電電池壽命。對于具有兩個Tx/Rx裝置的UE，切換可能相當(dāng)簡單，只需幾個步驟即可。

2  優(yōu)化切換的體系結(jié)構(gòu)

雖然從一開始就計劃通過多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將EPS用于切換，但需要對HRPD網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行一些改變（見圖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)之間實現(xiàn)無縫切換。

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HRPD服務(wù)網(wǎng)關(guān)(HSGW)交換分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(PDSN)。此節(jié)點會終止與 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)不會直接連接到主干網(wǎng)絡(luò)（通過歸屬代理 [Home Agent]），而是通過EPS的PDN-GW路由。S103接口能夠確保在兩種技術(shù)之間切換時不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的情況。

實現(xiàn)兩種技術(shù)之間無縫切換的一個重要方面就是S101接口。通過該接口，UE能夠在建立LTE連接的同時與增強(qiáng)型接入節(jié)點(eAN)交換信令消息。eNB和移動性管理實體(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的部分，而且中斷時間也會相當(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，但也可以通過專用連接傳送到UE。在這里，涉及了兩種網(wǎng)絡(luò)定時與同步的相關(guān)信息，以便盡可能高效地做出所需的測量，并加快交換的進(jìn)程。

（1）主動切換

網(wǎng)絡(luò)可以控制從LTE到EV-DO的主動切換。為實現(xiàn)此功能，eNB會促使UE 對預(yù)定義的信道和基站執(zhí)行測量。與LTE內(nèi)部切換不同，內(nèi)部切換不對檢測到的基站執(zhí)行測量。

切換劃分為預(yù)先注冊、進(jìn)行切換準(zhǔn)備工作、執(zhí)行切換3個階段。

預(yù)先注冊從實際切換處遠(yuǎn)程發(fā)生，并完全通過虛擬S101連接進(jìn)行處理。UE會登錄基站和eHRPD網(wǎng)絡(luò)，并驗證自己的身份。HSGW會通過現(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。

此過程可能需要數(shù)秒鐘。因此，預(yù)先注冊與實際切換之間的這種分離對于無縫切換是必不可少的。而這也提高了成功的概率，因為在實際切換點的外部檢測到了誤差源。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)先注冊時，會通過前文提到的SIB8報告給UE。

當(dāng)收到UE的測量結(jié)果后，最終是由eNB來做出切換決定（見圖2）。在切換準(zhǔn)備階段，首先會通過S101通道打開EV­-DO連接。此連接會在上行和下行物理通道中儲備資源。HSGW通過分組數(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報告已成功打開連接?，F(xiàn)在，UE會將其接收器切換到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)在會發(fā)送回服務(wù)網(wǎng)關(guān)(S-GW)，并通過S103轉(zhuǎn)發(fā)給HSGW。這也有助于確保是無損耗數(shù)據(jù)流。

圖2  從LTE到EV-­DO的主動切換流程圖

在UE成功接入eHRPD之后，切換作為最后一個階段正式啟動。UE首先會確認(rèn)連接的建立。接下來，P-GW會釋放與HSGW的連接，并更新IP連接。在這個階段，UE的IP地址也會分配給 HSGW。這時就可以釋放EPS中仍然可用的資源。此時，切換完成。

（2）小區(qū)重新選擇

如果UE沒有處于活動狀態(tài)的連接，則會發(fā)生小區(qū)重新選擇，而不是進(jìn)行主動切換。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)先級進(jìn)行的。鑒于此，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商會給每個HRPD頻帶種類分配一個優(yōu)先級，這一優(yōu)先級會與E-UTRAN服務(wù)小區(qū)(SC)的優(yōu)先級相比較。如果HRPD小區(qū)具有較高的優(yōu)先級，其Ec/I0比超過特定的閾值，則UE會對此小區(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，小區(qū)重新選擇才會選擇具有較低優(yōu)先級的HRPD小區(qū)。

在RAT內(nèi)部進(jìn)行小區(qū)重新選擇時，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)之間實現(xiàn)無縫切換，同時為用戶帶來最佳感受。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，但沒有S101和S103接口。因此，可以不用通過活動LTE連接進(jìn)行預(yù)先注冊。但在切換期間執(zhí)行所需的步驟，會造成數(shù)據(jù)服務(wù)中斷相當(dāng)長一段時間。

此類中斷持續(xù)的時間取決于先前的eHRPD連接。例如，可以忽略身份驗證，并且可以從其他子網(wǎng)傳送上下文信息及進(jìn)一步的會話信息。不過，只能使用具有兩個Tx裝置和兩個Rx裝置的UE來進(jìn)行無縫切換。

4  從EV­-DO到LTE的切換

對于這個方向的切換，只能完全依靠非優(yōu)化小區(qū)重新選擇。預(yù)先注冊主要涉及附加程序，在此程序中，UE 鑒別并驗證自己的身份。隨后對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐渲?，并建立無線承載，隨后更新跟蹤區(qū)。現(xiàn)在，通過網(wǎng)絡(luò)大概能知道UE的位置。當(dāng)P-GW產(chǎn)生觸發(fā)時，HSGW會釋放其與EPS的連接，并啟動定時器。只要定時器還沒有到時間，預(yù)先注冊和與UE的會話就會一直保持。

5  對移動 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中的身份驗證和連接設(shè)置業(yè)已經(jīng)過修改。

要檢查這些新功能，需要進(jìn)行新的協(xié)議測試。R&S?CMW500寬帶無線通信測試儀（見圖3）含有一個LTE信令裝置和一個EV-DO信令裝置。該儀器支持優(yōu)化切換測試和非優(yōu)化切換測試。這意味著，來自3GPP和3GPP2的測試用例均可以執(zhí)行。通過使用一個附加中值電平應(yīng)用程序編程接口(MLAPI)，還可以創(chuàng)立更多的測試應(yīng)用程序。

圖3  用于進(jìn)行切換協(xié)議測試和LTE系統(tǒng)協(xié)議測試的R&S?CMW500寬帶無線通信測試儀

6  結(jié)束語

移動無線網(wǎng)絡(luò)的會聚正經(jīng)歷著一股高潮，那就是組合分別來自3GPP和3GPP2的兩個根本不同的網(wǎng)絡(luò)。這種類型的組合網(wǎng)絡(luò)讓運(yùn)營商和終端用戶能夠從兩種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢中受益。