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1、TD-LTE系统切换技术的研究Investigation of the Handover Mechanism in TD-LTE Systems2011-05-18作者:陈俊，彭木根，王文博摘要:文章介绍时分同步码分多址长期演进(TD-LTE)中的无线资源管理(RRM)的关键技术，及TD-LTE系统的切换流程和协议设计。针对TD-LTE系统现存的一些迫切需求，提出了一种基于切换滞后差值(HOM)和触发时间(TTT)的切换算法，研究了在切换中HOM和TTT对系统性能的影响。动态仿真结果表明随着HOM和TTT的增长，在系统吞吐量没有明显下降的基础上，总切换次数有了大幅度的减少，降低了系统信令的交互
2、频率，节省了系统资源并提高了切换效率。关键字:无线资源管理；时分同步码分多址长期演进；频分双工长期演进；切换英文摘要:This paper introduces the key technology of Radio Resource Management (RRM) in TD-SCDMA Long Term Evolution (TD-LTE) as well as the handover flow and protocol design of the TD-LTE system. It proposes a handover algorithm based on Handover Hy
3、steresis Margin (HOM) and Time-to-Tiger (TTT) that conforms to the requirements of TD-LTE. The impact of HOM and TTT on system performance is also analyzed. Simulation results show that with the growth of HOM and TTT, there is no significant drop in system throughput. However, the total number of ha
4、ndovers is greatly reduced. This reduces the frequency of signaling interaction, saves system resources, and improves handover efficiency.英文关键字:RRM; TD-LTE; FDD-LTE; handover 为了使移动通信与宽带无线接入(BWA)技术相互融合，并同时应对全球微波互联接入(WiMAX)和4G的挑战，第三代合作伙伴项目(3GPP)启动了长期演进(LTE)项目。LTE采用正交频分复用(OFDM)及多输入多输出(MIMO)等先进的无线传输技术，使
5、用扁平网络结构和全IP系统架构，能够支持最大为20 MHz的系统带宽，实现超过200 Mbit/s的峰值速率和更短的传输延时，并且频谱效率可以达到3GPP R6标准的35倍，是一项非常重大的革新。 时分同步码分多址长期演进(TD-LTE)，作为时分同步码分多址(TD-SCDMA)的演进技术，目前已经成为3GPP中唯一基于时分双工(TDD)技术的LTE标准。中国已经全面启动TD-LTE产业，与国际LTE产业保持基本同步，并已被国际广泛接受和认可。TD-LTE将为中国在引领移动通信产业的发展带来很重要的机遇。 TD-LTE一方面继承了TD-SCDMA智能天线、特殊时隙等的核心专利；另一方面，TD-
6、LTE可以提供更高的带宽，通过更灵活的频谱配置方案(1.420 MHz)来提升网络效率和单个基站效率，并采用公共无线资源管理控制基站来简化系统结构，减少网络节点，更加有效地为用户提供服务1。 在所有蜂窝系统中，无线资源管理(RRM)功能非常重要，他不仅决定了系统的容量、覆盖和服务质量(QoS)，还决定了无线接口资源的使用效率。RRM提供空中接口无线资源管理的功能，目的是提供一些机制以保证空中接口无线资源的有效利用，实现资源最优使用效率、更高的数据速率和更低的时延，从而满足系统所定义的无线资源的相关需求2。 TD-LTE系统内的RRM技术包括无线承载控制(RBC)、无限接纳控制(RAC)、连接移
7、动性控制(CMC)、动态资源分配(DRA)、小区间干扰协调(ICIC)和负载均衡(LB)。RBC用于配置与无线承载相关的资源；RAC用于判断是否需要建立新的无线承载接入；CMC用于管理空闲模式以及连接模式下的无线资源，包括小区选择、寻呼和切换；DRA用于分配和释放控制面与用户面数据包的无线资源；ICIC用于管理无线资源，通过对他的管理将小区之间的干扰水平保持在可控的状态下；LB用于处理多个小区间不均衡的业务量。RRM每种技术的具体功能将在文章中进行详细介绍3。1 LTE系统架构 LTE系统在设计之初便在提高数据速率、降低传输时延、提高系统性能、降低系统复杂度等方面进行了严格的定义，并且现行3G
8、系统架构也难以满足LTE的系统需求。为全面满足LTE系统需求，系统架构也重新进行了设计。 从整体上看，TD-LTE系统和频分双工长期演进(FDD-LTE)系统采用相同的系统架构，分为核心网和接入网两部分；而TD-LTE和FDD-LTE的差别主要在于帧结构（TDD帧包含特殊时隙DwPTS和UpPTS）和多天线配置上4（TDD沿用智能天线技术可以支持8天线的波束赋形技术，而FDD最多支持4天线）。 如图1所示，LTE系统的整体架构包括演进后的核心网(EPC)，即图1中的移动性管理实体/业务网关(MME/S-GW)和演进通用陆地无线接入网络(E-UTRAN)。LTE接入网由演进后的节点 (eNB)组
9、成，并提供用户设备(UE)的E-UTRAN控制面与用户面的协议终止点。eNB之间通过X2接口进行连接，该接口总会存在于需要通信的两个不同的eNB之间。S1接口连接LTE接入网与核心网，并支持多到多连接方式。 与3G系统的网络架构相比，接入网仅包括eNB一种逻辑节点，网络架构中节点数量减少，网络架构更趋于扁平化。这种扁平化的网络架构降低了呼叫建立时延及用户数据的传输时延，并且随着逻辑节点的减少，运营成本(OPEX)与资本支出(CAPEX)也会相应降低5。2 TD-LTE系统的RRM组成 RRM提供空中接口的无线资源管理的功能，目的是能够提供一些机制保证空中接口无线资源的有效利用，实现最优的资源使
10、用效率，从而满足系统所定义的无线资源相关的需求。 在LTE的E-UTRAN系统中，RRM功能的定义参考了现有3G系统RRM的基本功能，并基于LTE的E-UTRAN架构和需求特性对RRM功能进行了扩展。LTE系统中所进行的无线资源管理包括对单小区无线资源的管理，同时也包括对多小区无线资源的管理。 (1) RBC RBC用于配置无线承载相关的资源，包括无线承载的建立、保持、释放。当为一个服务连接建立无线承载时，无线承载控制需要综合考虑E-UTRAN中无线资源的整体状况、正在进行中的会话的QoS需求以及该新建服务连接的QoS需求。 (2) RAC RAC功能用于判断是否需要建立新的无线承载接入。为得
11、到合理、可靠的判决结果，在进行接入判决时，无线接纳控制需要考虑E-UTRAN中无线资源状态的总体情况、QoS需求、优先级、正在进行中的会话QoS情况以及该新建无线承载的QoS需求6。 (3) CMC CMC功能用于管理空闲模式及连接模式下的无线资源。在空闲模式下，CMC不仅为小区重选算法提供一系列参数（如门限值、滞后量等），还提供用于配置UE测量控制以及测量报告的E-UTRAN广播参数，同时还能配合网关对UE进行寻呼；在连接模式下，支持无线连接的移动性，并基于UE与eNB的测量结果进行切换决策，将连接从当前服务小区切换到另一个小区。 (4) DRA DRA又可称为分组调度(PS)，该功能用于分
12、配和释放控制面与用户面数据包的无线资源，包括缓冲区、进程资源、资源块等。动态资源分配主要考虑无线承载QoS需求、信道质量信息及干扰状态等信息。 (5) ICIC ICIC功能是指通过对无线资源进行管理，将小区间的干扰水平保持在可控的状态下。尤其是在小区边界地带，更需要对无线资源做些特殊的管理。 (6) LB LB功能用于处理多个小区间不均衡的业务量，通过均衡小区间的业务量分配，提高无线资源的利用率，将正在进行中的会话的QoS保持在一个合理的水平上，降低掉话率。负载均衡算法可能会导致部分终端进行切换或小区重选，以均衡小区间负载状况。3 TD-LTE系统的切换技术 (1) 切换技术 切换技术大致可
13、分为：硬切换和软切换。 硬切换的特点是先中断源小区的链路，后建立目标小区的链路，这时通话会产生“缝隙”。硬切换机制使得切换不够健壮，会出现“掉话”的现象。因此，硬切换多用于由于覆盖、负载、业务等引起的频率间的切换，如宽带码分多址(WCDMA)系统内的频率之间的硬切换和系统之间的硬切换。 软切换的特点是CDMA系统所特有的。在采用频分多址(FDMA)或时分多址(TDMA)的系统中，相邻小区采用不同的频率，所以小区之间的切换只能采用硬切换；而在CDMA系统中，相邻小区采用相同的频率，这就使得软切换的使用成为可能。 在进行软切换时，要先建立目标小区的链路，后中断与源小区的链路，这样可以避免通话的“缝
14、隙”，有效地提高切换成功率，减少上行链路干扰，提高系统容量并扩大小区覆盖范围。但同时也存在一些缺点，如要比硬切换占用更多的信道资源、信令复杂导致系统负荷增加、增加了下行链路烦扰等。 (2) TD-SCDMA系统接力切换 TD-SCDMA特有的接力切换技术，克服了软切换浪费信道资源的缺点，不仅具有软切换的功能，而且可用于不同载波频率甚至其他移动通信系统的基站间，实现不丢失信息、不中断通信的理想越区切换。 TD-SCDMA系统的接力切换概念不同于硬切换与软切换，在切换之前，目标基站已经获得移动台比较精确的位置信息，因此在切换过程中UE断开与源基站的连接之后，能迅速切换到目标基站。移动台比较精确的位
15、置信息，主要是通过智能天线技术从而获得。 (3) TD-LTE切换理论 作为TD-SCDMA演进技术的TD-LTE系统，可以采用快速硬切换方法实现不同频段之间以及各系统间的切换，从而更好地实现地域覆盖和无缝切换，并且实现与现有3GPP和非3GPP的兼容。软切换由于设备复杂度高、定时难度大，会带来较高处理能力的需求，因而未被采用。核心网的设计也发生了相应的改变，增加了系统架构演进(SAE)和3GPP模块，实现了LTE系统与3GPP和非3GPP系统切换的兼容。 切换过程都会被分为4个步骤：测量、上报、判决和执行。接收功率、误比特率和链路距离都能够作为测量标准从而进行理论上的估计和相应的处理。TD-LTE系统的切换是UE辅助的硬切换，他和FDD-LTE硬切换的最大区别在于：在TD-LTE中导频信号是在一个特殊的时隙上进行传输，而FDD-LTE系统中导频信道则占用一整个帧长度，所以基于导频信道的测量标准对于TD-LTE来说并不是那么精确。所以对于TD-LTE的测量，还需要结合信道质量、UE的位置和导频信号强度来进行。 (a) 切换原理 在连接模式下的E-UTRAN内切换是终端辅助网络控制的切换。切换主要
