[分享]LTE与EV-DO间的切换

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LTE与EV-DO间的切换

1  引言
迄今为止，蜂窝式无线网络通常是在同一个技术组内实现更进一步的发展。例如，第3代合作伙伴计划(3GPP)的技术，通常是根据第3代合作伙伴计划2 (3GPP2)的cdma2000标准（cdmaOne，1xRTT 和 EV -DO）通过GSM，UMTS，HSPA和LTE来实现的。
但是，多家网络运营商最近决定将其现有的EV -DO网络（称为高速率分组数据网络）升级到 LTE。这通常牵涉到继续使用EV -DO网络。毕竟该网络已优化，并拥有广泛的用户基础。因此，对EV-DO 网络的现有投入仍将是一个因素。与此同时，LTE网络会首先用于扩展现有的数据服务。
如果在组合网络中，各处主要采用的是EV- DO网络，而LTE网络（演进分组系统）最初是作为人口高度密集区域中的孤岛式解决方案而建立的。为了提供令人满意的服务，需要有一个流畅的切换 (HO)，尤其是从LTE到EV- DO。为此，特别定义了两种体系结构：
●非优化切换：相对来说，这种切换更加轻松、快速，但中断时间较长。
●优化切换：这种切换能够实现无缝切换，人们感觉不到切换对最终应用有任何影响。从LTE到EV -DO，中断时间不会超过300ms。
尤其引人关注的是只有一个发射装置和一个接收装置(Tx/Rx) 的用户设备(UE)。此类UE可缩减预算，并具有更长的可充电电池寿命。对于具有两个Tx/Rx装置的UE，切换可能相当简单，只需几个步骤即可。
2  优化切换的体系结构
虽然从一开始就计划通过多种网络技术将EPS用于切换，但需要对HRPD网络进行一些改变（见图1）。得出的网络结构称为增强型HRPD (eHRPD)。该网络作为可信任的非3GPP入口，与EPS耦合在一起，并能够在这两种网络之间实现无缝切换。

图1  组合EPS-eHRPD网络的体系结构

eHRPD的核心部分是通过HRPD服务网关(HSGW)交换分组数据服务节点(PDSN)。此节点会终止与 UE的连接，并在接入网络与主干网络之间路由数据包。与HRPD相反，数据不会直接连接到主干网络（通过归属代理 [Home Agent]），而是通过EPS的PDN-GW路由。S103接口能够确保在两种技术之间切换时不会出现数据丢失的情况。
实现两种技术之间无缝切换的一个重要方面就是S101接口。通过该接口，UE能够在建立LTE连接的同时与增强型接入节点(eAN)交换信令消息。eNB和移动性管理实体(MME)在UE与eAN之间透明地路由数据。这种虚拟连接可用于实行射频电平转换前的切换准备工作中往往比较耗时的部分，而且中断时间也会相当短暂。
3  从LTE到EV -DO的切换
此类切换需要用到EV- DO网络的必要参数。这些参数在系统信息块类型8 (SIB8)中作为系统信息进行传送，但也可以通过专用连接传送到UE。在这里，涉及了两种网络定时与同步的相关信息，以便尽可能高效地做出所需的测量，并加快交换的进程。
（1）主动切换
网络可以控制从LTE到EV-DO的主动切换。为实现此功能，eNB会促使UE 对预定义的信道和基站实行测量。与LTE内部切换不同，内部切换不对检测到的基站实行测量。
切换划分为预先注册、进行切换准备工作、实行切换3个阶段。
预先注册从实际切换处远程发生，并完全通过虚拟S101连接进行处理。UE会登录基站和eHRPD网络，并验证自己的身份。HSGW会通过现有的PDN连接及其PCRF规则接收所有的相关信息。最终，eHRPD网络内的资源都得以保留。
此过程可能需要数秒钟。因此，预先注册与实际切换之间的这种分离对于无缝切换是必不可少的。而这也提高了成功的概率，因为在实际切换点的外部检测到了误差源。不论网络是否提供优化切换，如果提供，当必须更新相应的预先注册时，会通过前文提到的SIB8报告给UE。
当收到UE的测量结果后，最终是由eNB来做出切换决定（见图2）。在切换准备阶段，首先会通过S101通道打开EV -DO连接。此连接会在上行和下行物理通道中储备资源。HSGW通过分组数据网关 (P-GW)准备数据传输，并建立S103通道。最后，向UE报告已成功打开连接。现在，UE会将其接收器切换到EV- DO载波。这样，切换准备工作就完成了。仍然抵达eNB的数据或未发送出去的数据，现在会发送回服务网关(S-GW)，并通过S103转发给HSGW。这也有助于确保是无损耗数据流。

图2  从LTE到EV- DO的主动切换流程图

在UE成功接入eHRPD之后，切换作为最后一个阶段正式启动。UE首先会确认连接的建立。接下来，P-GW会释放与HSGW的连接，并更新IP连接。在这个阶段，UE的IP地址也会分配给 HSGW。这时就可以释放EPS中仍然可用的资源。此时，切换完成。
（2）小区重新选择
如果UE没有处于活动状态的连接，则会发生小区重新选择，而不是进行主动切换。从E-UTRAN小区到EV- DO小区的小区重新选择是按照优先级进行的。鉴于此，网络运营商会给每个HRPD频带种类分配一个优先级，这一优先级会与E-UTRAN服务小区(SC)的优先级相比较。如果HRPD小区具有较高的优先级，其Ec/I0比超过特定的阈值，则UE会对此小区实行小区重新选择，而不管该SC的连接质量如何。但是，仅当与SC的连接质量处于不可接受的程度时，小区重新选择才会选择具有较低优先级的HRPD小区。
在RAT内部进行小区重新选择时，网络总是信息通畅的，这样传入的寻呼信息才能得到处理。另外，通过HSGW将网络设置成修改后的数据路径。
（3）非优化切换
上文所述的优化切换能够在系统之间实现无缝切换，同时为用户带来最佳感受。但是，要进行优化切换，网络和UE都需要进行大范围的变化。非优化切换提供了另一种简单的方法，从而更加经济。其网络体系结构与图1中的网络体系结构相似，但没有S101和S103接口。因此，可以不用通过活动LTE连接进行预先注册。但在切换期间实行所需的步骤，会造成数据服务中断相当长一段时间。
此类中断持续的时间取决于先前的eHRPD连接。例如，可以忽略身份验证，并且可以从其他子网传送上下文信息及进一步的会话信息。不过，只能使用具有两个Tx装置和两个Rx装置的UE来进行无缝切换。
4  从EV -DO到LTE的切换
对于这个方向的切换，只能完全依靠非优化小区重新选择。预先注册主要涉及附加程序，在此程序中，UE 鉴别并验证自己的身份。随后对网络进行适当的配置，并建立无线承载，随后更新跟踪区。现在，通过网络大概能知道UE的位置。当P-GW产生触发时，HSGW会释放其与EPS的连接，并启动定时器。只要定时器还没有到时间，预先注册和与UE的会话就会一直保持。
5  对移动 UE 的影响
即使在网络中广泛定义了新的切换功能，也必须在UE中进行一些变化。例如，对于虚拟S101连接，需要使用新的EV- DO协议。不仅需要检查其功能，还要检查其与现有协议栈的嵌入方式。另外，与HRPD相比，eHRPD中的身份验证和连接设置业已经过修改。
要检查这些新功能，需要进行新的协议测试。R&S?CMW500宽带无线通信测试仪（见图3）含有一个LTE信令装置和一个EV-DO信令装置。该仪器支撑优化切换测试和非优化切换测试。这意味着，来自3GPP和3GPP2的测试用例均可以实行。通过使用一个附加中值电平应用程序编程接口(MLAPI)，还可以创立更多的测试应用程序。

图3  用于进行切换协议测试和LTE系统协议测试的R&S?CMW500宽带无线通信测试仪

6  结束语
移动无线网络的会聚正经历着一股高潮，那就是组合分别来自3GPP和3GPP2的两个根本不同的网络。这种类型的组合网络让运营商和终端用户能够从两种网络技术的优势中受益。