TD-SCDMA中小區(qū)重選的策略研究及實(shí)現(xiàn)

1、TD-SCDMA中小區(qū)重選的策略研究及實(shí)現(xiàn)摘要RRC子層協(xié)議是TD-SCDMA的重要組成協(xié)議之一，其小區(qū)重選功能因其在保證服務(wù)小區(qū)質(zhì)量、提高呼叫的成功率和降低掉話率方面的關(guān)鍵作用，在TD-SCDMA的研發(fā)中占據(jù)著重要地位。文章介紹了RRC子層小區(qū)重選的基本概念和原則，在此基礎(chǔ)上，主要對(duì)TD-SCDMA終端在連接模式下的重選策略進(jìn)行了詳細(xì)的描述，并介紹了具體的實(shí)現(xiàn)方法。1、引言TD-SCDMA系統(tǒng)是當(dāng)前移動(dòng)通信的研究熱點(diǎn)之一，該系統(tǒng)的目標(biāo)就是能夠隨時(shí)隨地在不同的環(huán)境下向用戶無縫可靠的提供各種高效多樣的業(yè)務(wù)，以滿足當(dāng)前及未來人們對(duì)通信業(yè)務(wù)的需求。而良好的重選策略既可以最大程度地保證空閑模式下的UE

2、駐留在合適的小區(qū)內(nèi)，從而保證UE的呼叫成功率，又可以保證非CELL_DCH狀態(tài)下的UE可以在合適的小區(qū)內(nèi)完成小區(qū)更新/路由區(qū)更新，從而降低掉話率；而且，GSM和TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)間的小區(qū)重選對(duì)于雙模手機(jī)的協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)也有著重要的意義。因此對(duì)TD-SCDMA終端協(xié)議中的RRC子層的小區(qū)重選策略的分析及完善對(duì)于TD-SCDMA的性能有著重大的影響，很有必要進(jìn)行專門的分析研究。本文正是基于此目的，以協(xié)議為根本依據(jù)，從TD-SCDMA終端的角度提出了新的重選策略。2、RRC子層協(xié)議2.1 RRC子層與相鄰子層之間的模塊結(jié)構(gòu)TD-SCDMA終端協(xié)議棧按其功能和任務(wù)，由下至上被分為物理層（L1）、數(shù)據(jù)鏈路

3、層（L2）和網(wǎng)絡(luò)層（L3）等3層。本文描述的RRC（無線資源控制）子層就位于L3層的最底層，主要完成無線資源的控制和管理功能。圖1給出了RRC子層與相鄰子層間的模塊結(jié)構(gòu)圖（控制平面）。從圖1中可以看出，RRC通過與下層模塊RLC（無線鏈路控制）以及MAC（媒體接入控制）的交互，來實(shí)現(xiàn)其對(duì)無線資源的控制和管理；同時(shí)又通過與上層模塊MM（移動(dòng)性管理/CS）,GMM（移動(dòng)性管理/PS）的交互，將下層資源配置的變化情況通知到非接入層，從而引起非接入層的可能的路由更新/位置區(qū)更新等過程，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)協(xié)議棧的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。IV3AC圖1RRC子層與相鄰子層之間的模塊結(jié)構(gòu)（控制平面）2.2 RRC子層的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

4、2給出了整個(gè)RRC子層的狀態(tài)轉(zhuǎn)移情況，從圖中可以看出，RRC子層根據(jù)是否有RRC連接存在而分成了空閑模式和連接模式。而連接模式下又根據(jù)無線資源分配的不同情況分為了四個(gè)狀態(tài):CELL-DCH狀態(tài)、CELL-FACH狀態(tài)、CELL-PCH狀態(tài)和URA-PCH狀態(tài)。根據(jù)無線資源分配情況的變化，觸發(fā)RRC子層狀態(tài)間的遷移；而通過RRC連接的建立和釋放觸發(fā)空閑模式和連接模式之間的遷移。HandoverHarrow模式Releaset>fImlialimdtcr?ijK>w>Eemporajry望留在一個(gè)um AN小區(qū)院留在一個(gè)GSWGPRSd'SblockflquWnckflm

5、w空.閑模式圖2RRC子層狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖在空閑模式下，通過對(duì)服務(wù)小區(qū)和鄰近小區(qū)測(cè)量值的監(jiān)控，來觸發(fā)小區(qū)重選，以最大程度保證小區(qū)駐留在一個(gè)最好的小區(qū)內(nèi)，為可能發(fā)起的呼叫以及其他業(yè)務(wù)做好準(zhǔn)備；而在連接模式下，其CELL-FACH、CELL-PCH和URA-PCH這三種狀態(tài)下都有小區(qū)重選過程。連接模式下的小區(qū)重選是UE實(shí)現(xiàn)其連接移動(dòng)性的重要過程。連接模式下，UE同樣通過對(duì)服務(wù)小區(qū)和鄰近小區(qū)測(cè)量值的監(jiān)控，來觸發(fā)小區(qū)重選，再配合小區(qū)更新/路由更新等過程，確保了服務(wù)小區(qū)的質(zhì)量，降低了掉話率。3、RRC子層重選功能的實(shí)現(xiàn)根據(jù)以上的敘述，可以知道RRC重選過程主要分為空閑模式下的小區(qū)重選和連接模式下的小區(qū)重選（本

6、文將不涉及系統(tǒng)間小區(qū)的重選）。而不管是哪種類型的小區(qū)重選，要成功進(jìn)行，都取決于兩個(gè)因素：一是鄰近小區(qū)列表的獲得；二是包括服務(wù)小區(qū)在內(nèi)的鄰近小區(qū)測(cè)量值的獲得。在這兩個(gè)因素中，前者提供了重選對(duì)象，而后者提供了重選的依據(jù)。當(dāng)不同類型的重選選取不同的重選策略時(shí)，都是以上述兩個(gè)基本因素作為基礎(chǔ)的，以下分別進(jìn)行闡述。3.1空閑模式下的小區(qū)重選策略UE打開電源后，直至發(fā)送一個(gè)建立RRC連接的請(qǐng)求給UTRAN為止，將一直處于空閑模式。在空閑模式下的鄰近小區(qū)列表來自于SIB11（系統(tǒng)消息11）。通過接收網(wǎng)絡(luò)廣播的系統(tǒng)消息中攜帶的同頻小區(qū)（服務(wù)小區(qū)包含于同頻小區(qū)列表中）和異頻小區(qū)列表，來組成該服務(wù)小區(qū)的鄰近小區(qū)列

7、表。有了鄰近小區(qū)列表，就可以通過篩選來獲得作為測(cè)量對(duì)象的待測(cè)小區(qū)列表了。對(duì)待測(cè)小區(qū)列表的篩選是根據(jù)服務(wù)小區(qū)本身的接收參數(shù)Sx和網(wǎng)絡(luò)廣播的系統(tǒng)參數(shù)Sintrasearch,Sintersearch來共同決定的：如果Sx<SintrasearchUE必須進(jìn)行同頻小區(qū)的測(cè)量，反之則不必進(jìn)行（如果系統(tǒng)消息中沒有廣播參數(shù)Sintrasearch）,那么也必須進(jìn)行同頻小區(qū)的測(cè)量）；如果Sx<SintersearchUE必須進(jìn)行異頻小區(qū)的測(cè)量，反之則不必進(jìn)行（如果系統(tǒng)消息中沒有廣播參數(shù)Sintersearch,那么也必須進(jìn)行異頻小區(qū)的測(cè)量）。注意：無論是哪種類型的測(cè)量，都必須包括服務(wù)小當(dāng)確定了測(cè)

8、量的對(duì)象之后，就發(fā)送測(cè)量命令要求下層對(duì)待測(cè)小區(qū)進(jìn)行周期性的P-CCPCHRSCP測(cè)量（在空閑模式下只進(jìn)行RSCP測(cè)量）和上報(bào)。當(dāng)RRC獲得了待測(cè)小區(qū)的測(cè)量值之后，就可以對(duì)重選的觸發(fā)條件來進(jìn)行判斷了。重選觸發(fā)條件的核心內(nèi)容就是：存在有比服務(wù)小區(qū)更好的小區(qū)，且更好小區(qū)在一段時(shí)間內(nèi)都保持最好。其內(nèi)在涵義就是UE盡量重選到更好的小區(qū)去，但是又要保證一定的穩(wěn)定性，避免頻繁的重選震蕩。而更好小區(qū)的具體標(biāo)準(zhǔn)有兩條：一是該鄰近小區(qū)滿足小區(qū)駐留條件（Sx>0）;二是該小區(qū)的優(yōu)先級(jí)Rn大于服務(wù)小區(qū)的優(yōu)先級(jí)Rs。在具體的實(shí)現(xiàn)上，當(dāng)通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)了有更好小區(qū)的存在，則將這些更好的小區(qū)根據(jù)Rn進(jìn)行降序排列，作為重選

9、列表中的小區(qū)。注意：最好將服務(wù)小區(qū)綴在該重選小區(qū)的末尾，這樣做的好處在于：如果重選失敗，還可以盡量返回當(dāng)前的服務(wù)小區(qū)駐留。然后，RRC就需要開啟一個(gè)設(shè)計(jì)的重選定時(shí)器Treselect來監(jiān)控重選小區(qū)列表中的第一個(gè)小區(qū)（也是目前的最好小區(qū)）是否能在一段時(shí)間內(nèi)保持最好。當(dāng)定時(shí)器溢出，該小區(qū)一直保持最好，則成功找到了最好小區(qū)，啟動(dòng)小區(qū)重選過程，重新駐留到該最好小區(qū)上；而如果在定時(shí)器溢出之前，通過新接收的測(cè)量值判斷出最好小區(qū)發(fā)生了改變，則重啟定時(shí)器，轉(zhuǎn)而監(jiān)控新的最好小區(qū)。但需要注意的是：空閑模式下的重選有一種特殊的情況，就是當(dāng)因?yàn)榉N種原因服務(wù)小區(qū)不滿足駐留條件的時(shí)候（網(wǎng)絡(luò)突然bar掉服務(wù)小區(qū)，或者通過測(cè)

10、試值發(fā)現(xiàn)一段時(shí)間內(nèi)服務(wù)小區(qū)的Sx<=0）,則將立即觸發(fā)重選，根據(jù)已有的測(cè)量值選擇一個(gè)最好的小區(qū)駐留。這種情況下如果還沒有開啟重選定時(shí)器Treselect,就不必再開啟它了；而即使已經(jīng)開啟了，也應(yīng)該立即停掉該定時(shí)器。3.2連接模式下的小區(qū)重選策略當(dāng)RRC連接建立之后，UE就進(jìn)入U(xiǎn)TRAN連接模式，此時(shí)將被分配一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)標(biāo)志（RNTI）來作為公共傳輸信道上的UE標(biāo)志。UTRAN連接模式下的RRC狀態(tài)反映了UE的連接等級(jí)以及在該狀態(tài)下哪些傳輸信道可用。在連接模式下，存在周期性小區(qū)重選和因?yàn)楦鞣N復(fù)雜的環(huán)境和情況而引起的事件觸發(fā)的小區(qū)重選。只有CELL-FCH，CELL-PCH，URA-PC

11、H這三個(gè)狀態(tài)下可以進(jìn)行周期性的小區(qū)重選。（ 1）周期性的小區(qū)重選在CELL-FCH和CELL-PCH、URA-PCH狀態(tài)下，同空閑模式下一樣要進(jìn)行周期性的小區(qū)重選，重選的策略和空閑模式下基本類似。首先，鄰近小區(qū)列表的獲得。在CELL-FCH狀態(tài)下，它來自于SIB11（系統(tǒng)消息11），SIB12（系統(tǒng)消息12）和測(cè)量控制消息的合作用：SIB11形成其最初的來源，再通過可能存在的SIB12和可能存在的測(cè)量控制消息對(duì)SIB11中的小區(qū)列表進(jìn)行刪除和增加，最終形成鄰近小區(qū)列表。而在CELL-PCH，URA-PCH狀態(tài)下，則直接來源于SIB11和SIB12的合作用（注：因?yàn)樵贑ELL-PCH狀態(tài)下，不會(huì)

12、接收到測(cè)量控制消息，所以不必考慮它的影響）：SIB11形成其最初的來源，再通過可能存在的SIB12對(duì)SIB11中的小區(qū)列表進(jìn)行刪除和增加，最終形成鄰近小區(qū)列表。但需要注意的是：在連接模式下，是將所有的鄰近小區(qū)（包括服務(wù)小區(qū)）都作為待測(cè)小區(qū)下送的，不會(huì)再進(jìn)行篩選。其次，測(cè)量值的獲得及處理。當(dāng)獲得了待測(cè)小區(qū)的測(cè)量值之后，重選小區(qū)列表的構(gòu)建以及重選小區(qū)的排序、選擇都同空閑模式下的原理一致，因此，不再贅述。（ 2）事件觸發(fā)的小區(qū)重選對(duì)于事件觸發(fā)的小區(qū)重選，其觸發(fā)的條件是多種多樣的。具體來說，大致可以分為三類：RRC連接建立過程中觸發(fā)的小區(qū)重選；重配消息或者小區(qū)更新證實(shí)消息觸發(fā)的小區(qū)重選；無線鏈路失敗或

13、者RLC不可恢復(fù)錯(cuò)誤等而引起的小區(qū)重選。在這些情況下，一旦觸發(fā)重選，就需要盡快的選擇到一個(gè)合適的小區(qū)去駐留，因此必須盡量避免因?yàn)閽哳l、搜索小區(qū)和繁重的測(cè)量而占用大量UE的資源和損耗大量的時(shí)間。針對(duì)這種特殊的重選要求，RRC就形成了一個(gè)核心的設(shè)計(jì)思想：盡量利用已知的鄰近小區(qū)列表，盡量利用已經(jīng)有的測(cè)量值。對(duì)于不同的環(huán)境下觸發(fā)的小區(qū)重選，其可使用的鄰近小區(qū)列表的來源是不一樣的。而針對(duì)“盡量利用已知的鄰近小區(qū)列表”的原則，RRC設(shè)計(jì)保存了一個(gè)在整個(gè)連接模式下都有效的鄰近小區(qū)列表（可以對(duì)這個(gè)列表進(jìn)行增減的調(diào)整，但這個(gè)列表的生命期持續(xù)整個(gè)連接模式）。RRC連接建立過程中觸發(fā)的小區(qū)重選其實(shí)是特指兩種情況：一

14、種是接收到網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的RRCCONNECTSETUP消息，消息要求UE進(jìn)入FCH狀態(tài)，并且攜帶“頻率”信息，要求UE優(yōu)先在指定的頻點(diǎn)上的小區(qū)駐留的情況；另一種是接收到網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的RRCCONNECTREJECT消息，并且攜帶“頻率”信息，希望UE到指定的頻點(diǎn)上的小區(qū)駐留再嘗試連接的情況。但無論是其中哪種情況，它的鄰近小區(qū)列表都是來源于SIB11（因?yàn)镽RC連接還沒有完全建立起來，這個(gè)時(shí)候還只能用空閑模式下的信息）。重配消息或者小區(qū)更新證實(shí)消息觸發(fā)的小區(qū)重選：這里的網(wǎng)絡(luò)的重配消息包括了RADIOBEARERSETUP，RADIOBEARERRECONFIGURATION，RADIOBEARERREL

15、EASE，TRASNSPORTCHANNELRECONFIGRATION，PHYSICALCHANNELRECONFIGRATION這幾條消息。當(dāng)以上任意一條網(wǎng)絡(luò)的重配消息和小區(qū)更新證實(shí)消息攜帶了“頻率”信息，且指定的目標(biāo)狀態(tài)不是DCH的時(shí)候，都可能會(huì)觸發(fā)重選過程，因?yàn)榇藭r(shí)網(wǎng)絡(luò)希望UE駐留到指定頻點(diǎn)的小區(qū)上去。這個(gè)時(shí)候的鄰近小區(qū)列表的來源是：SIB11（系統(tǒng)消息11），SIB12（系統(tǒng)消息12）和測(cè)量控制消息的合作用。無線鏈路失敗或者RLC不可恢復(fù)錯(cuò)誤等而引起的小區(qū)重選：這里“無線鏈路”失敗是特制UE在DCH狀態(tài)下，MAC連續(xù)接收到多次監(jiān)控下層失步”的T313超時(shí)信號(hào)，就會(huì)向RRC指示無線鏈路

16、失敗”。而“RLC不可恢復(fù)錯(cuò)誤”則主要是指RLC在發(fā)送/接收數(shù)據(jù)的時(shí)候發(fā)生了錯(cuò)誤，并且通過本身的機(jī)制都已經(jīng)無法恢復(fù)的情況。這時(shí)候的鄰近小區(qū)列表的來源同樣是：SIB11（系統(tǒng)消息11），SIB12（系統(tǒng)消息12）和測(cè)量控制消息的合作用。（ 3）測(cè)量值的獲得及使用根據(jù)盡量利用已經(jīng)有的測(cè)量值"的原則，RRC設(shè)計(jì)了一個(gè)大的結(jié)構(gòu)變量s_rrc_measurementResult,來記錄鄰近小區(qū)（包括服務(wù)小區(qū)）的小區(qū)描述以及對(duì)應(yīng)的測(cè)量結(jié)果。因?yàn)?，無論是在空閑模式還是連接模式的FCH和PCH狀態(tài)下，總是會(huì)進(jìn)行周期性的測(cè)量的；而在FCH和DCH下更要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的“測(cè)量控制消息”來進(jìn)行一系列的測(cè)量。因此

17、可以說，這個(gè)結(jié)構(gòu)在通常的情況下，都是能夠保存有測(cè)量值的。但是與此同時(shí)，使用這個(gè)結(jié)構(gòu)里面的測(cè)量值也存在一定的風(fēng)險(xiǎn)性，這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)性就在于這個(gè)測(cè)量值的有效性和生命期。當(dāng)過了它可使用的生命期，這個(gè)測(cè)量值顯然就不能再認(rèn)為有效了，在這個(gè)基礎(chǔ)上得到的結(jié)論也肯定是不可靠的。為了控制這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)，采取了兩個(gè)措施：第一、是該結(jié)構(gòu)變量只保存最新的測(cè)量值，即每收到一次新的測(cè)量值就對(duì)這個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行一次更新，使它能反應(yīng)最近的小區(qū)的質(zhì)量；第二、當(dāng)RRC連接建立完成從空閑模式進(jìn)入連接模式之后，將對(duì)這個(gè)變量清一次零。也就是說，空閑模式下的測(cè)量結(jié)果，其有效性只是到RRC連接建立為止。當(dāng)完全進(jìn)入連接模式后，就只能使用連接模式下的測(cè)量值了。

18、這樣，當(dāng)重選發(fā)生而需要使用測(cè)量值的時(shí)候，就以小區(qū)描述（frequency，sync，midamble）為索引，將這個(gè)結(jié)構(gòu)變量s_rrc_measurementResult里面的測(cè)量值與前面構(gòu)建好的鄰近小區(qū)列表進(jìn)行一一的對(duì)應(yīng)，篩選出有測(cè)量值的小區(qū)，再進(jìn)行一些簡單的處理，以形成可用的重選列表。但是需要注意的是：具體在處理上述三種不同的情況時(shí)，對(duì)測(cè)量值的處理方式是略有不同的。第一種情況，RRC連接建立過程中觸發(fā)的小區(qū)重選的情況：當(dāng)通過參數(shù)小區(qū)描述”為索引，獲得了和各小區(qū)一一對(duì)應(yīng)的測(cè)量值的之后，還需要根據(jù)RRC的另外一個(gè)參數(shù)"Intrafrecellresel再次進(jìn)行侯選歹U表的篩選。這個(gè)參

19、數(shù)"Intrafrecellresel來源于SIB3（系統(tǒng)消息3）,指示的意義是“同頻允許”，也就是說網(wǎng)絡(luò)通過這個(gè)參數(shù)指示UE在進(jìn)行重選的時(shí)候，是否可以將同頻小區(qū)列入侯選列表。再次篩選之后，再以“指定frequency上的小區(qū)高優(yōu)先級(jí)”為大前提，將各小區(qū)按照測(cè)量值的高低進(jìn)行排序，從而形成重選的小區(qū)列表。第二種情況，重配消息或者小區(qū)更新證實(shí)消息觸發(fā)的小區(qū)重選：在這種情況下，對(duì)測(cè)量值的處理在原理上與第一種情況是基本一致的。即根據(jù)參數(shù)“Intrafrecellresel進(jìn)行侯選列表的篩選，再在指定frequency上的小區(qū)高優(yōu)先級(jí)”的前提下，將各小區(qū)按照測(cè)量值的高低進(jìn)行排序，從而形成重選的

20、小區(qū)列表。因此不再贅述。唯一需要注意的是：這個(gè)時(shí)候參數(shù)“Intrafrecellresel的來源與第一種情況略有不同。此時(shí)，如果存在”SIB4（系統(tǒng)消息4），則來源于SIB4，如果不存在SIB4，則來源于SIB3。第三種情況，無線鏈路失敗或者RLC不可恢復(fù)錯(cuò)誤等而引起的小區(qū)重選：在這種情況下，也需要根據(jù)參數(shù)“Intrafrecellresel進(jìn)行侯選列表的篩選。此時(shí)，參數(shù)“Intrafrecellresel的來源與第二種情況完全相同。唯一需要注意的是：此時(shí)，在篩選處理之后，需要對(duì)服務(wù)小區(qū)的測(cè)量值再”進(jìn)行一點(diǎn)特殊的處理：人為的將服務(wù)小區(qū)的測(cè)量值降低幾個(gè)dBm，降低后再和其他小區(qū)放在一起去統(tǒng)一排序

21、形成重選小區(qū)列表。這樣做的內(nèi)在原因在于：之所以會(huì)發(fā)起重選這個(gè)過程，正是因?yàn)樵诋?dāng)前的小區(qū)上已經(jīng)發(fā)生了一些問題（無線鏈路失敗或者RLC不可恢復(fù)錯(cuò)誤等），所以人為將當(dāng)前小區(qū)的優(yōu)先級(jí)降低，如果有質(zhì)量差不多的其他小區(qū)存在，則優(yōu)先選擇到其他小區(qū)去駐留當(dāng)重選列表形成時(shí)，則依次試著去駐留列表中的小區(qū)，成功駐留后，則重選結(jié)束。當(dāng)然，連接模式下的重選后面常常會(huì)緊接著一個(gè)原因?yàn)樾^(qū)重選”的小區(qū)更新過程。通過這個(gè)過程，UE告之網(wǎng)絡(luò)，自己駐留的小區(qū)已經(jīng)發(fā)生了變化。這一系列的行為，配合上切換等過程，共同實(shí)現(xiàn)了RRC的連接移動(dòng)性過程。(4)事件觸發(fā)的小區(qū)重選的流程示意圖結(jié)合上面描述，我們簡單畫出事件觸發(fā)的小區(qū)重選的流程示意

22、圖(RRCCONNECTSETUP帶有“frequency”的情況)。其中涉及到三個(gè)狀態(tài)：IDL、ACC、RES,分別表示空閑狀態(tài)、連接建立狀態(tài)以及重選狀態(tài)，是RRC在設(shè)計(jì)過程中根據(jù)狀態(tài)機(jī)原理，自行定義的；另外，還涉及到部分層間原語，它是源于協(xié)議，根據(jù)上下層交互的需要而定義的。在以下的具體敘述中，將一一說明。從圖3可以看出，當(dāng)小區(qū)選擇成功之后，RRC通過發(fā)送CMAC_IDL_CONFIG_REQ來配置下層的資源，同時(shí)這條原語中將攜帶測(cè)量請(qǐng)求”的IE。當(dāng)MAC接收測(cè)量請(qǐng)求之后，將周期性上報(bào)測(cè)量值。RRC將相關(guān)的測(cè)量值保存在變量s_rrc_measurementResult中。而后，UE發(fā)起呼叫，MM通過RR_ESTABLISH_REQ通知RRC,需要建立RRC連接。RRC將上層的連接建立請(qǐng)求組裝進(jìn)CMAC_