第三代移动通信系统与GSM间的切换问题

2006-05-07 15:50:06来源: 电子技术应用

第三代移动通信系统的研究热点。第三移动通信系统要兼容GSM及其它第二代移动通信系统,所以它们之间要能互操作,系统间的切换是其中的一个重要问题。本文介绍了系统间切换和漫游的原理,以及各种要求。 

1 各种切换简介

    在所有的方式中,UE都以FDD或TDD模式,通过专用或公共信道与UTRAN连接。若使用公共传输信道,只能进行硬切换,若使用专用传输信道,可以进行软切换或硬切换。在FDD或TDD模式间只能进行硬切换。

1.1 节点B内的切换

    (1)蜂窝内的切换它覆盖了移动站不改变蜂窝,但改变频率/码的情况。

    (2)蜂窝间的切换:它是节点B内切换的另一种情况,即无线链路从同一节点B的一个蜂窝切换到另一个蜂窝。在节点B支持双模式情况下,它可以包括模式间的切换。

1.2 节点B间的切换

    (1)RNS内的切换:它涉及节点B的变化,因此在软切换情况下,RNC对上行链路进行“合并”。若RNC支持双模式,RNS内的切换可能包括模式的切换。软切换和硬切换都由UTRAN支持。

    (2)RNS间的切换(有Iur):切换仍发生在UTRAN内,但在由不同RNC控制的蜂窝间。此方式可分为两个阶段,切换和重新选择SRNS。对特定的UE,重新选择SRNS阶段是任选的。RNS内的硬切换可能包括模式的切换。此方式的软切换和硬切换由UTRAN支持。当UE只通过一个或多个漂移RNCs连接或使用由服务RNC直接控制的无线资源进行连接时启动重新选择SRNS阶段。在Release 99中,只支持所有无线链路都在一个DRNS中并且DRNC是目的RNC的情况。

    (3)RNS间的切换(无Iur):它适用于RNSs间无Iur接口的情况。UTRAN只能支持此方式的硬切换。此方式可能包括模式的切换。

1.3 URAN(不同的URAN类型)间的切换

    用于连接到UMTS核心网的UTRAN和其它类型的无线接入(如BRAN)间的切换。Release 99的UTRAN不支持此方式。它不包括与GSM间的切换。

1.4 CN(相同的URAN类型)间的切换

    用于连接到不同UMTS核心网的两个UTRAN间的切换。UTRAN只能支持此方式的硬切换。此方式可能包括模式的切换。

1.5 CN(不同的URAN类型)间的切换

    它是前两种方式的组合,包括UTRAN(连接到一UMTS CN)与其它无线接入(连接到另一UMTS CN)间的切换。Release 99不支持此方式。

1.6 CN(不同的CN/URAN类型)间的切换

    用于UMTS-GSM间的切换。它更通用于有不同的URAN类型的核心网间的切换。UTRAN只支持硬切换。一般假设UTRAN-BSS间没有直接的接口。

1.7 CN(UTRAN-GSM/GPRS)内的切换

    用于UTRAN与GSM BSS间的切换。UTRAN只支持硬切换。一般假设UTRAN-BSS间没有直接的接口,因此GSM BSS与UTRAN间的切换由核心网支持。

2 基本要求

2.1 对业务能力的要求

    · 一个应用可以接受或拒绝所提供的QoS;

    · 应用可以处理进行切换的业务效果,如传真的重传;

    · 应用可以择优地选择无线资源,如用于SoLSA。

    因此需要一个应用可用的业务能力组能够提供切换正在进行或将要进行的指示,此指示包含切换的类型及所使用的资源等信息。业务能力应支持QoS的协商。

    UMTS业务能力组将支持局部化的服务区域(LSA),它方便于应用的生成。此应用完成基于LSA(例如:当用户在办公室内,就应提供用于解决室内无线问题的无线覆盖)的依赖于用户的无线资源选择。这将使切换在UMTS内或其它无线系统内进行。

2.2 一般的操作考虑

    为支持UMTS与其它无线系统间或UTRA无线接入模式间的切换而定义的机制应有效地处理各种覆盖方式:在其它无线系统提供的大范围覆盖中有限的UMTS覆盖或有限的UTRA无线接入模式,或相反的情况;在地理位置的边缘可选择运行方式,边缘的一边是UMTS覆盖而另一边是其它无线系统覆盖;地理上并置的UMTS和其它无线系统覆盖的区域。

    PLMNs间的切换在执行时应具有任选的特性。改变无线条件可能引起切换。在PLMNs间切换的过程可能涉及到下列网络:

    · 用户的原籍网络,即可以知道用户预订业务的运营商;

    · 用户现在登记的访问网络,即用户最近完成位置更新过程的网络;

    · 为订户提供服务的、覆盖蜂窝的服务网络。在成功地完成位置更新过程后,服务网络等同于访问网络;

    · 覆盖PLMNs间切换的候选目的蜂窝的目的网络。目的网络和服务网络的覆盖有重叠,但不一定和访问网络有重叠。

2.3 对PLMNs间切换的最低要求

    · 在切换过程中要保持正在进行的呼叫的连续性;

    ·PLMNs间切换的记费,支付和统计应根据UMTS22.15定义的原理;

    · 能够和原籍网络一起检查是否允许用户从访问网络切换到目的网络;

    ·目的网络决定是否接受切换请求;

    ·只有目的网络提供呼叫所需的无线信道类型时才发起切换过程;

    · 避免“网络的跳动”,即对同一呼叫,在邻近的网络间进行连续的切换过程;

    · 当进行PLMNs间切换时,有可能进行用户通告。

    在PLMNs间切换的情况下,允许记费记录含有切换时间的方法应标准化。记费记录必须能够反映出UTRA无线接入的级别,运行模式和切换后的网络类型。应具有提供和切换频率及类型有关的网络管理信息的能力。

    无论在网络侧还是在终端侧,UTRAN标准应便于有效地进行GSM与UMTS间的多模式操作。对GSM网络的影响应尽量小。切换不需要用户的干预。

    和切换有关的安全特性在UMTS33.21中定义,但切换不用兼顾下列安全:网络提供的新的无线资源;网络提供的原来的无线资源;终端UE。安全机制应迎合适当的验证过程并满足用于合法窃听的国家管理的需要。

3 UMTS间进行切换的要求

    对由于UE的移动而引起的切换,有可能提供理想的技术实现,即在切换时对任何业务都不会产生可感觉到的质量影响。这并不意味所有的UMTS切换都能实现理想的情况。但标准应定义至少在一种UTRA无线接入模式下,在下列情况下可实现理想的切换:对给定的业务,UE的速度在限度内;在单一的UTRAN的UMTS覆盖内,UE的速度保持恒定。

    标准应允许无线接入模式间切换的技术实现,尽管在切换期间有可能暂时影响承载业务的QoS。

    必须考虑涉及使用多承载的多媒体业务。如对蜂窝负载,可能出现目的蜂窝不支持现服务蜂窝提供的组合承载业务的情况。对应用应提供指示在切换后最低可接受的业务QoS的方法。尽管不是所有的UMTS承载业务都可以切换,也不能排除切换到其它UMTS蜂窝。

4 UMTS与GSM及其它无线系统间的切换

    UMTS是向无线终端提供通信和信息业务的“第三代”移动蜂窝无线通信系统。移动蜂窝系统具有当无线终端在由不同基站控制的无线覆盖区域内移动时,能够保持提供给移动终端业务的连续性的特性。此功能称为“切换”。在没有改变基站的情况下,由于改变了提供业务所使用的无线资源也发生切换。特别是当提供业务所需的无线资源从一种UTRA无线接入模式转换到另一种UTRA无线接入模式(UTRA-FDD和UTRA-TDD)时,也称为切换。允许多模式终端在UMTS和其它无线系统间进行切换是对UMTS的基本要求。

    从用户方面来看,切换和漫游是透明的,重复使用现有的预定描述。这将使新的UMTS网络的使用和管理更容易。UMTS`系统支持GSM与UMTS间的双向切换。为了有效地支持这些切换,在GSM/UMTS中,同时支持ISDN/PTSN和分组业务的双模式MS/UE需要下列条件:

    根据采用的GSM-UMTS切换方式,一旦GSM与UMTS间的切换完成,根据UE的活动性需要同时支持ISDN/PTSN和分组业务的双模式MS/UE在CN内完成适当的更新。此更新是为了避免在切换后接入分组业务时出现严重的中断。切换后进行双向更新,根据UE的活动性以下列方式更新:

    ISDN/PSTN连接:只更新RA(如果RA已变化);

    分组连接:更新RA和LA(如果RA和LA已变化);

    ISDN/PSTN和分组连接:只更新RA(如果RA已变化);

    如果RA,LA或LA与RA都没有变化,MS/UE的动作有待于进一步研究。

4.1 电路交换域切换和漫游的原理

    在兼容现有网络和使用双模式手持终端的情况下,UMTS应以最简单的方式完成它与其它网络的切换和漫游,对传统的网络和标准尽量少地改动,即MSC间的切换功能。从用户的观点来看,这些原理提供了切换和漫游的透明性。另外,提供UMTS业务的运营商也允许使用现有的用户描述(profile)和网络接口接入到传统的网络。

    从图2中可以看出,Iu上的信息交换必须提供必需参数以使核心网能够通过MAP接口进行用于切换的通信。连接HLR的现有接口允许使用已定义的用户描述进行预定管理,在第二代系统与UMTS间提供无缝漫游。

    应使用现在的GSM切换过程以减小对现有GSM设备的影响:

    · UMTS和GSM间的切换应使用GSM的MSC间切换的归属(anchor)概念。

    · A接口和MAP/E接口上的信令应和GSM phase 2+的相同,在某些信令信息中可能有些新的或修改的信息单元。

    · 在UMTS与GSM切换时,Iu接口上的控制信令基于GSM中MSC间切换A接口上的信令。

    · 在呼叫建立时,与双模式UMTS/GSM移动站间的Iu接口上的信令应包括UMTS切换到GSM所需的GSM信息单元。相应地,在呼叫建立时,与双模式UMTS/GSM移动站间的A接口上的信令应包括GSM切换到UMTS所需的UMTS信息单元。

    · 在从UMTS切换到GSM时,基于CGI的目的蜂窝从UTRAN发送到MSC。CGI指明了目的MSC和目的蜂窝。

    · 在从GSM切换到UMTS时,基于CGI的目的蜂窝从BSS发送到MSC。CGI指明了目的UMTS MSC和目的RNC。

    如果UMSC和MSC位于同一“物理”节点,UMSC与MSC间不需要MAP和ISUP信令。

4.2 分组交换域切换和漫游的原理

    即使现在没有GPRS,运营商也可以在建立UMTS网前先建立GPRS网络。因此UMTS核心网需要和传统的分组网相连。和电路交换的情况一样,UMTS应以最简单的方式完成它与其它网络的切换和漫游,对GPRS网络和标准尽量少地改动,即GSN间的切换功能。另外,提供UMTS业务的运营商也允许使用现有的用户描述(profile)和网络接口接入到GPRS网络。

    从图3中可以看出,在传统分组交换和UMTS分组交换业务间提供交互功能,Iu上的信息交换必须提供必需参数以使核心网能够通过Gn接口进行用于切换的通信。和电路交换一样,在第二代系统与UMTS间提供无缝漫游。

    即使在GSM与UMTS间切换后,激活的PDP上下文仍驻留在相同的GGSN中。它相应于电路交换的归属概念,但要注意到分组会话长期保持活跃,而归属 MSC只在呼叫期间保持。

    假设UMTS CN有一内部结构包含逻辑的GGSN和SGSN节点,系统间GGSN-SGSN接口上的信令应是GSM系统和UMTS的Gn的共同进化,即当Gn在GSM中进化时,Gn应包括互操作所需任意新的或更新的信息。

    相应的SGSN-SGSN系统间的接口也应一起进化。

4.3 从UMTS切换到GSM的要求

    当UE完成切换到GSM后,和在不同位置区域的不同蜂窝间的切换有关的GSM业务要求就作为基准。对UMTS到GSM的切换,不需要它有比已普遍接受的GSM内的切换更严格的业务要求。应定义允许UE和GSM基准一样快速检测性能的方法,即象GSM移动站完成GSM内的切换那样,快速地检测出潜在的GSM切换的候选者。应有方法允许UE和GSM基准一样检测出相同数量的GSM切换的候选者,即象GSM移动站完成GSM内的切换那样,检测出一样多的GSM切换的候选者。若UMTS到GSM的切换引起连接损耗,它应满足相应于GSM内切换的业务要求。从UMTS切换到GSM期间引起业务性能的下降应不大于GSM内切换引起的业务性能下降。

    UMTS语音信道切换到GSM将引起GSM语音终端业务连接。任何基于缺省UMTS语音编译码器的呼叫应映射到FR GSM语音编译码器。在终端和GSM网络支持AMR/EFR/HR的情况下,由运营者选择适当的映射。此原则也适用于紧急呼叫。

    短消息业务和蜂窝广播对切换没有要求。在切换期间不进行传真业务的传输。切换对USSD业务的影响应不大于GSM内的切换对其的影响。

    应允许面向连接的UMTS数据承载业务切换为GSM中适当的GSM/GPRS承载业务。UMTS数据承载业务映射为适当的GSM/GPRS承载业务依赖于许多因素,如数据的速率,时延的限制,差错率等。对应用应提供指示在切换后最低可接受的业务QoS的方法。应定义限制切换时暂时的性能下降的方法,使其满足GSM对面向连接的数据承载业务的性能要求。在GPRS和UMTS间需要切换用户的上下文(context)。独立于所使用的空中接口,用户应保持和外部网络的连接。多媒体业务涉及多个承载业务,当某些UMTS承载业务不能切换为GSM/GPRS时,应允许其它的承载业务切换来保持多媒体业务。

    当UMTS支持GSM的补充业务时,切换应不影响补充业务,至少在GSM和UMTS网络是同一个运营商时要满足此条件。

4.4 从GSM切换到UMTS的要求

    从GSM切换到UMTS所引起的暂时性能下降应不大于GSM间切换所引起的暂时性能下降。AMR、EFR、FR和HR呼叫应映射为缺省的UMTS语音编译码器。短消息业务和蜂窝广播对切换没有要求。在切换期间不进行传真业务的传输。在GSM中,USSD是连接模式的终端业务,来自UE的USSD可以终止于局部MSC、VLR或HLR,因此不需要切换到UMTS。

    GSM数据承载业务包括电路交换数据承载和分组交换数据承载。应允许GSM电路交换数据承载切换为UMTS面向连接的数据承载业务。对应用应提供指示在切换后最低可接受的业务QoS的方法。若UMTS网络不能提供,就不进行切换。应定义限制切换时暂时的性能下降的方法,使其满足GSM对电路交换数据承载的性能要求。对分组交换数据承载,在GPRS和UMTS间需要切换用户的上下文。独立于所使用的空中接口,用户应保持和外部网络的连接(internetintranet)。QoS的任何改变都应在业务接入点上看到,作为网络重新协商的QoS。如果支持的QoS不能接受,终端可以终止连接。应定义限制切换时暂时的性能下降的方法,使其满足GSM对分组交换数据承载的性能要求。

    当UMTS支持GSM的补充业务时,切换应不影响补充业务,至少在GSM和UMTS网络是同一个运营商时要满足此条件。

4.5 PS域在GPRS/UMTS切换时对数据检索的要求

    在GPRS与UMTS间切换时要提供与2G-SGSN间RA更新时同样的可靠性。因此2G-GSGN与SRNC间的数据检索应保证和两个2G-SGSNs间的数据检索一样。在两个2G-SGSNs间,数据检索由Gn接口执行,即通过GTP-u/UDP/IP。为了不改动2G-SGSN与SRNC间的数据检索,2G-SGSN应保持相同的协议栈。

    在GPRS/UMTS切换时对数据检索所采用的解决办法:

    对控制平面:由于通过GTP-c传输的一些参数只与CN有关,因此在3G-SGSN内需要终止GTP-c与2G-SGSN间的信令交换,在3G-SGSN与SRNC间使用Iu接口的RANAP信令。

    对用户平面:由于数据检索的计费由3G-SGSN执行,所以SRNC与2G-SGSN间的数据交换也由3G-SGSN处理(两个GTP通道:SRNC与3G-SGSN及3G-SGSN与2G-SGSN)。这将保证:在2G-SGSN向SRNC发送用户数据时3G-SGSN能增加计费计数;在SRNC向2G-SGSN发送用户数据时3G-SGSN能减少计费计数,以避免此数据两次计费。

    我国电信对第三代移动通信系统的希望是:全球统一的标准、频率利用率高、覆盖效率好、建网要经济、要有足够的灵活性、良好的EMC性能、容易从第二代过渡。与第二代移动通信系统间互相漫游和切换的问题是第三代移动通信系统必须解决的问题。必须根据两种系统的不同特点,提出简单有效的切换方式,保证通信的质量。

关键字:第三  第三代  移动  移动通信

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