壓縮模式在WCDMA向GSM切換時的應(yīng)用

在WCDMA網(wǎng)絡(luò)建網(wǎng)初期，考慮到WCDMA網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本和業(yè)務(wù)連續(xù)性，運營商必須依托現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)。因此，實現(xiàn)WCDMA和GSM在電路域的切換和分組域的重選是非常有必要的。

一、系統(tǒng)間的切換過程

通常我們通過使用WCDMA/GSM雙模終端來實現(xiàn)WCDMA和GSM兩網(wǎng)的切換和重選。從GSM網(wǎng)絡(luò)向WCDMA切換時，雙模終端在GSM的空閑時隙完成對WCDMA網(wǎng)絡(luò)的測量和搜索；而在WCDMA向GSM切換時，由于WCDMA為碼分系統(tǒng)，在進(jìn)行電路域業(yè)務(wù)時獨占收發(fā)信機(jī)，UE不能調(diào)諧到GSM的頻率對GSM系統(tǒng)進(jìn)行測量和搜索。分組域業(yè)務(wù)對時延和業(yè)務(wù)連續(xù)性的要求較低，因此采用重選的方式，即UE在連接狀態(tài)下先斷開與源服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的連接，進(jìn)入空閑模式，再搜索目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)并重新建立連接。電路域業(yè)務(wù)對時延和業(yè)務(wù)的連續(xù)性有嚴(yán)格要求，不能采用斷開連接的方式進(jìn)行切換。

圖1給出了在WCDMA和GSM系統(tǒng)間切換的過程。在系統(tǒng)切換前，首先需要進(jìn)行系統(tǒng)間測量，具體的測量算法由RNC（無線網(wǎng)絡(luò)控制器）制造商基于傳輸質(zhì)量（BER）和所需的發(fā)射功率指定。測量一旦觸發(fā)，UE測量臨區(qū)列表中GSM頻率的信號功率。RNC接收到測量報告后，命令UE對最適合的候選GSM基站的BSIC（基站識別碼）解碼。RNC根據(jù)接收到的BSIC信息向UE發(fā)送切換指令。

圖1 WCDMA和GSM系統(tǒng)間切換過程

在WCDMA向GSM切換時，由于WCDMA為碼分系統(tǒng)，它在進(jìn)行電路域業(yè)務(wù)時獨占收發(fā)信機(jī)，UE不能調(diào)諧到GSM的頻率對GSM系統(tǒng)進(jìn)行測量和搜索。WCDMA引入了壓縮模式，壓縮模式用于解決在連接狀態(tài)下跨頻率或跨系統(tǒng)的測量，從而能夠很好地解決在WCDMA連接狀態(tài)下對GSM系統(tǒng)的測量。

壓縮模式的實現(xiàn)可以通過3種方法：降低來自高層的數(shù)據(jù)速率；通過改變擴(kuò)頻因子來提高數(shù)據(jù)速率；通過物理層復(fù)用過程中的打孔來降低符號速率。

對于話音和實時的流媒體業(yè)務(wù)，高層無法降低速率，因此第一種方法不適合于上述業(yè)務(wù)。由于打孔操作存在一些實際的限制，因此第三種方法只限于相當(dāng)短的傳輸間隔長度。實際壓縮模式主要通過第二種方法實現(xiàn)。

二、觸發(fā)參數(shù)測量

WCDMA中壓縮模式由2d事件觸發(fā)，RNC中的測量觸發(fā)器觸發(fā)測量事件時，在BCCH信道下發(fā)送TUsed2d和H2d兩個參數(shù)。TUsed2d定義為2d事件的絕對門限，H2d定義為2d事件的遲滯參量，圖2給出了2d事件的觸發(fā)場景。圖中QUsed為測量的當(dāng)前使用頻率的質(zhì)量。當(dāng)QUsed≥TUsed2d-H2d/2時，UE向RNC上報2d事件，RNC發(fā)送信令在UE中啟動壓縮模式測量。當(dāng)QUsed＜TUsed 2d-H2d/2時，RNC發(fā)送信令在UE中關(guān)閉壓縮模式測量。

圖2 WCDMA到GSM的觸發(fā)場景

絕對門限TUsed2d對于2d事件的觸發(fā)起主要作用，系統(tǒng)通過該門限控制處于壓縮模式測量狀態(tài)下的UE的數(shù)量。如果TUsed2d設(shè)置得過小，壓縮模式在WCDMA網(wǎng)絡(luò)覆蓋邊緣進(jìn)行，UE接近滿功率發(fā)射，掉話和切換失敗的概率增加。如果TUsed2d設(shè)置得過大，小區(qū)中大量UE在WCDMA信號良好時就啟動壓縮模式，這時UE的功率提升會造成系統(tǒng)干擾的增加，從而影響系統(tǒng)容量。H2d用于控制壓縮模式啟動或關(guān)閉的頻度,當(dāng)H2d增大時，UE由2d事件的開啟向關(guān)閉轉(zhuǎn)換或由2d事件的關(guān)閉向開啟轉(zhuǎn)換的條件更加難以滿足，這將降低壓縮模式啟動和關(guān)閉的頻度。反之，如果H2d減小，壓縮模式啟動和關(guān)閉的頻度就會增加。

三、壓縮模式測量

RNC中的測量觸發(fā)器在觸發(fā)系統(tǒng)間切換測量事件時，會同時通過BCCH（廣播控制信道）下發(fā)用于相關(guān)測量的壓縮模式參數(shù)。在測量控制條件滿足時，UE啟動壓縮模式對GSM鄰小區(qū)進(jìn)行測量。

UE執(zhí)行測量，定時向UTRAN報告BSIC（基本識別碼）和監(jiān)測集中GSM小區(qū)的信號強(qiáng)度。測量涉及到GSMBCCH功率測量、GSMSCH（同步信道）或FCCH（頻率校準(zhǔn)信道）捕獲初始化、當(dāng)UTRA服務(wù)小區(qū)和目標(biāo)GSM小區(qū)的定時信息可捕獲/跟蹤GSMSCH或FCCH及BSIC再確認(rèn)等環(huán)節(jié)。

壓縮模式中有TGL、TGD、TGP和PD四個參數(shù)，圖3給出了壓縮模式各參數(shù)的示意圖，表1給出了壓縮模式各參數(shù)的參數(shù)說明。

圖3 壓縮模式參數(shù)示意圖

圖4 傳輸間隙的位置

WCDMA的幀長為10ms，分為15個時隙。TGL可以為3、4、5、7、10或14個時隙。TGL可以選擇在一個幀中（單幀）或者在兩個幀中（雙幀），選擇單幀或雙幀的原則是每個幀中至少有8個時隙在發(fā)射，也就是說在一個幀中傳輸間隙必須小于7時隙。

（1）單幀方式

長度為3、4、5、和7的TGL可以選擇單幀的壓縮方式，而對于長度為10或14的TGL，由于傳輸間隙大于7時隙，必須選擇雙幀方式。

（2）雙幀方式

長度為3、4、5、7、10和14的TGL可以用雙幀的方式。

四、壓縮模式對WCDMA系統(tǒng)的影響

為了完成從WCDMA到GSM的切換，需要搜索解調(diào)目標(biāo)GSM小區(qū)FCCH和SCH信道，這個工作也是在壓縮模式下WCDMA幀中的傳輸間隙中完成。在搜索GSM小區(qū)的FCCH和SCH時，業(yè)務(wù)信道容量的損失是不可避免的，引入壓縮模式的一個目的是把這種容量損失降到最低。因此，壓縮幀模式的定義必須考慮使用盡可能少的時隙來進(jìn)行GSM小區(qū)的測量。在壓縮模式中，另一個目標(biāo)就是將對GSM小區(qū)的搜索時間最小化，盡快完成切換。當(dāng)源服務(wù)小區(qū)的信號快速削弱時必須立即執(zhí)行切換以維持連接，這時最小化搜索時間尤為重要。

壓縮模式對系統(tǒng)性能的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）相關(guān)仿真表明，TGL越大，平均搜索時間和最大搜索時間就越小，壓縮模式的效率越高。

（2）壓縮模式的傳輸間隙不支持快速功率控制，且會損失部分交織增益，因此要求更高的Eb/No才能達(dá)到BER要求。相關(guān)仿真表明，Eb/No的提升在1～3dB間，通常隨著壓縮因子的增加而單調(diào)增加。

（3）在較短的時間內(nèi)發(fā)送相同數(shù)量的數(shù)據(jù)，這要求系統(tǒng)提高發(fā)射功率。設(shè)某壓縮幀中的傳輸間隙為γ，提升量可通過下面的公式計算：

這里分析引入壓縮模式對WCDMA鏈路性能、系統(tǒng)容量和反向鏈路覆蓋幾個方面的影響。為了定量分析的需要，在分析對系統(tǒng)容量和反向鏈路的影響時我們采用表2給出的壓縮模式參數(shù)。這里選擇壓縮模式參數(shù)配置中的一組為例分析壓縮模式分別對系統(tǒng)容量和覆蓋的影響。

TGL為14時隙時，需要采用雙幀（7，7）壓縮模式實現(xiàn)，如圖5所示。

圖5 TGL為14時隙的壓縮模式實現(xiàn)

（1）鏈路性能影響

如果終端不在小區(qū)的邊界，可以用快速功率控制補償瞬時的性能損失，因此鏈路性能不會明顯惡化。如果系統(tǒng)功控余量為4dB左右，壓縮模式和非壓縮模式在上行鏈路的性能差別不大，而當(dāng)功控余量為0dB時（此值對應(yīng)于終端在小區(qū)邊界處于最大功率發(fā)射狀態(tài)，無法進(jìn)行快速功率控制），鏈路性能與正常的傳輸狀態(tài)相比將會有明顯惡化，其具體值依賴于壓縮幀TGL的長度。實際上，0dB的功控余量很少出現(xiàn)，因為典型規(guī)劃時小區(qū)的覆蓋范圍會出現(xiàn)重疊，系統(tǒng)中的軟切換將會降低移動臺所需的發(fā)射功率，從而為系統(tǒng)提供足夠的功控余量。0dB功控余量的情況通常只有在終端離開覆蓋區(qū)才會出現(xiàn)。因此，壓縮模式對單個鏈路的性能影響是可以控制的。

（2）壓縮模式對容量的影響

假設(shè)系統(tǒng)中所有UE在每幀中都采用壓縮模式，通過下面給出的公式可以得到系統(tǒng)干擾提升量，其中壓縮因子為47%，Eb/No的提升取2.2dB。

計算得到干擾電平提升66%，按照例中給出的參數(shù)，每3幀中有2幀處于壓縮模式，根據(jù)統(tǒng)計原理，干擾提升量的均值為44%。壓縮模式只在異頻或系統(tǒng)間切換時才適用。假設(shè)小區(qū)內(nèi)10%的UE同時進(jìn)入壓縮模式，干擾提升4.4%，可知系統(tǒng)的干擾電平提升為0.19dB，這相當(dāng)于系統(tǒng)工作點提高了0.19dB，仍然可以保持系統(tǒng)負(fù)荷處于線性區(qū)域。可見引入壓縮模式對容量的影響不大。

（3）壓縮模式對覆蓋的影響

主要考慮兩方面的影響：通過公式1計算可得發(fā)射功率的提高為2.7dB；Eb/No的提升取2.2dB。這樣壓縮模式對系統(tǒng)覆蓋的影響為4.9dB。

壓縮模式主要用于解決WCDMA向GSM切換和頻間切換時實時業(yè)務(wù)的連續(xù)性問題，主要有語音及視頻電話等業(yè)務(wù)，這里只考慮前者。由于GSM只能支持語音業(yè)務(wù)，如果正在進(jìn)行視頻電話，在向GSM切換時，應(yīng)先執(zhí)行視頻回落操作，再進(jìn)行WCDMA向GSM語音業(yè)務(wù)的切換。UE采用AMR，當(dāng)AMR語音業(yè)務(wù)采用20ms的交織時，可以獲得更高的交織增益。而通過AMR將速率從12.2kbit/s減小到4.75kbit/s獲得的覆蓋增益為2.3dB，這樣壓縮模式對覆蓋性能的影響可以通過交織增益和降速率帶來的增益來彌補。

五、總結(jié)

在進(jìn)行WCDMA和GSM測量時，需要對觸發(fā)測量的絕對門限TUsed2d和相對門限H2d兩個參數(shù)進(jìn)行不斷優(yōu)化，獲得容量和切換性能之間的平衡。

壓縮模式中TGL的長度會影響系統(tǒng)容量和覆蓋，相關(guān)仿真表明壓縮模式的TGL越長，完成GSM搜索和測量所需的時間越短，對GSM網(wǎng)絡(luò)的搜索效率也更高，但同時給WCDMA系統(tǒng)帶來的容量和覆蓋的影響也越大。因此，需要在TGL和搜索時間之間進(jìn)行平衡，以保證系統(tǒng)性能和搜索時間。

在TGL長度相同時，采用雙幀壓縮模式可以減少一個幀中傳輸間隙的時隙數(shù)，由公式1可知，減少一幀中的傳輸間隙時隙數(shù)可以減小發(fā)射功率提升量。因此，在壓縮模式測量中應(yīng)盡量采用雙幀壓縮模式，這樣可以降低壓縮幀的干擾提升和功率提升，提高壓縮模式性能。