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SRLTE终端关键技术的创新分析

2015-07-20 09:53 来源:学术参考网 作者:未知

 1   引言
  CDMA+LTE多模终端的语音解决方案,在SRLTE终端之前,主要有SVLTE和1xCSFB这2种类型。
  SVLTE终端是一种轻耦合CDMA+LTE方案,主要商用于北美、中国等市场。其特征是CDMA与LTE模块逻辑上相对独立,分别负责与CDMA和LTE网络通信的过程。此方案下网络和终端的实现都较为简单,终端侧可通过简单拼合CDMA和LTE模块实现,而且在业务上CDMA语音和LTE数据业务可以并发,不足之处在于此方案本质是2个模块的拼接,在功耗、体积和成本方面都不占优势。此外方案对CDMA和LTE网络没有特别要求,两网可以独立,改造需求几乎为零。SVLTE终端结构示意图如图1所示:
  图1    SVLTE终端结构示意图
  1xCSFB是3GPP和3GPP2标准所定义的一种网络和终端都深度耦合的方案,主要商用于北美和日本市场,其特征是通过在CDMA和LTE网络间增加转接网元,实现在LTE网络下下发1x系统的寻呼等消息,以便终端双网注册后,大部分时间只在LTE网下待机,如有业务再跳转至1x网络展开业务。此方案终端需要对CDMA和LTE进行深度耦合,物理上只需一路射频分时实现两网的通信业务,所以相对于SVLTE,此方案终端节省了硬件,在功耗、体积和成本上有一定优势。但是此方案下LTE回退到1x的语音体验并不优秀,而且给网络带来了新网元的建设以及相应调整的工作,网络改造需求巨大。1xCSFB/SRLTE终端结构示意图如图2所示:
  图2    1xCSFB/SRLTE终端结构示意图
  由上分析可知,SVLTE和1xCSFB终端方案都不完美,业界一直在探寻一种技术和成本、网络和终端都能兼顾的方案,SRLTE应运而生。SRLTE是一种CDMA+LTE网络简单调整、终端深度耦合的方案,SR是Single Radio的简写,即单射频LTE解决方案,业界也有称之为LTE和1x混合模式(LTE&1x Hybrid mode),目前SRLTE已有商用产品应用于北美市场。其特征在于终端通过时分方式实现在CDMA和LTE网络的待机,虽然终端在业务并发能力、LTE数据性能方面存在一定影响,但终端节省了硬件、成本、功耗和体积,可以与1xCSFB终端共用硬件平台,而且网络侧只需对若干参数和功能进行配置,没有网元的增减要求,改造需求少。
  2   终端工作原理
  2.1  注册和待机
  (1)终端开机时模式的自动选择
  目前SRLTE终端本质上是一种双待单通终端。因此SRLTE终端开机时,需要分别在CDMA和LTE网络正常注册,终端进入SRLTE模式的具体过程如下:
 1)终端开机,各制式循环搜索,直到搜到一个网络确认当前位置;
  2)终端根据用户卡及终端里的选网配置,确认当前位置可以使用LTE和CDMA网络;
  3)终端搜索到LTE网络,可以通过查看LTE网络下SIB8消息中的csfb-SupportForDualRxUEs和csfb-RegistrationParam1xRTT字段来决定工作模式:若csfb-RegistrationParam1xRTT=Ture,则终端工作于1xCSFB模式,若csfb-RegistrationParam1xRTT=False且csfb-SupportForDualRxUEs=Ture,则终端工作于SRLTE模式;
  4)终端确定工作于SRLTE模式后,在LTE和CDMA网络上分别完成系统注册和位置更新等操作,进入双网络待机阶段。
  (2)终端待机时的两网切换
  终端系统待机通常要完成2大任务:第一是向网络发送基于位置/时间等条件的更新消息;第二是周期性地监听和回应网络下发的寻呼消息。
  前文已述,SRLTE终端通常配备单个发射信机Tx和2个接收信机Rx,目前阶段,业界技术水平仍未实现1个Tx对双系统信息的发送,也没有实现2个Rx同一时刻分别调度到不同系统,所以双系统的待机是通过时隙切换的方式完成的。双系统时隙切换监听寻呼如图3所示:
  图3    双系统时隙切换监听寻呼
  由于待机时需要发送信息的事件不多,且没有严格的时刻要求,所以终端发射时隙冲突的可能性较低,而且终端本身也可进行适当规避,在此不做过多讨论。
  但是对于寻呼监听事件,CDMA和LTE系统的时隙是可能存在冲突的,寻呼点冲突是一个必须要考虑的问题。比如CDMA的寻呼周期网络设置为2.56s(SCI=1),LTE的寻呼周期网络设置也为2.56s,虽然终端的特定寻呼点还需要用IMSI和HASH算法计算,但不管如何,都存在寻呼点冲突的可能性,而且如果发生了这种冲突,由于周期一样,就会一直循环发生。
  当前考虑到CDMA的寻呼代表语音呼叫,比LTE寻呼中的数据业务(非VoLTE业务)优先级高,所以终端给CDMA寻呼设计了一个“熔断优先”机制,在寻呼周期冲突时,保证了大部分时间CDMA寻呼的优先。熔断优先机制如图4所示:
  图4    熔断优先机制
  2.2  语音业务
  如果终端监听到CDMA寻呼有语音呼入,则终端将进入语音业务状态。SRLTE终端由于只能单通,进入语音业务之后,对LTE网络将是一个离线状态,为了使LTE网络及时了解终端的状态,规避一些网络指标的恶化,以及保证语音电话过后终端能够及时接续LTE网络,终端和网络共同引进了一种对LTE系统挂起的操作——ESR。
  ESR是3GPP TS23.272附录B.3定义的DualRxCSFB过程,具体流程如图5所示。
  SRLTE终端在具体实现时:
  (1)ESR流程只在1x语音时使用,在1x短信、1x信令时不用给LTE发送ESR;
  (2)若终端在LTE连接态直接发起ESR,终端在LTE空闲态,则终端选进入LTE连接态再发起ESR流程;
  (3)终端发起ESR流程之后,应启动定时器等待ESR的回应消息,如果在定时器时间内网络没有回应,终端也应离开LTE网络,去1x网络发起语音呼叫;
  (4)终端语音呼叫结束后,应回到LTE网络,接续LTE连接。
  2.3  数据业务
  SRLTE终端在LTE数据业务时最大的特征是要保持周期性对1x系统寻呼的监听。具体实现方式是当1x寻呼时隙到来,终端应把Rx调度到1x系统进行寻呼监听,当寻呼监听结束再返回LTE网络继续进行LTE数据业务。
  以上寻呼监听过程会对LTE的数据性能产生一定影响,影响因素主要有以下3点:
  (1)终端对2个Rx的调度属于同步调度,每当1x寻呼时隙到来,2个Rx都将调度到1x系统,暂不支持1个Rx监听1x寻呼,另一个Rx留在LTE继续业务;
  (2)每次1x寻呼的持续时长直接影响着LTE数据性能,如果1x网络开启了快速寻呼(QPCH)功能,理论上只需要20毫秒则可完成一次寻呼(不考虑切换时长),如果1x网络未开启QPCH只有PCH,则理论上需要80毫秒才可完成一次寻 呼监听;
  (3)LTE系统对于终端短时间(40~100毫秒左右)离开网络的数据调度方式直接影响着数据性能,比如在离开期间,终端速率可能会被快速调低,待返回时需要一定时间恢复到正常速率,终端速率被调低的原因一方面是由于短时间内误码率上升,另一方面也可能是由于1x监听时隙时不能及时上报CQI数值所引起的网络调度调整。
  ESR返回流程如图6所示。
  3   对网络的关键要求
  3.1  QPCH功能
  QPCH(Quick Paging Channel,快速寻呼信道)是CDMA网络寻呼信道的一种,与PCH(Paging Channel,寻呼信道)相比,每个寻呼周期让终端接收信息的时间可以更短(时长比为20毫秒vs80毫秒),因此有助于提高SRLTE终端的LTE数据性能,并提高所有在CDMA网内终端的待机时间。此功能需要对1x网络中的BSC网元进行QPCH功能调整。
  3.2  ESR功能
  如上文所述,SRLTE终端采用单射频硬件方案,终端在LTE激活或者空闲态下会周期性地离开LTE系统,去1x系统监听寻呼,当终端收到1x语音寻呼后,会进行语音呼叫。3GPP TS23.272规定当收到1x系统语音寻呼后、发送1x语音寻呼消息前,终端应返LTE系统,通知LTE系统暂停、临时挂起正在进行的数据传输。这样好处是:1)可以避免终端在1x语音通话期间浪费不必要的LTE系统资源;2)可以使终端在结束1x语音通话后恢复之前被临时挂起的LTE数据业务。
  由于终端是通过发送Extended Service Request消息来通知、触发LTE系统暂停和挂起数据传输整个流程的,因此称该过程为ESR过程。根据规范规定,支持ESR过程的LTE各网元应满足以下要求。
  (1)eNB
  对SystemInformationBlockType8消息要求:该消息应该包括参数csfb-SupportForDualRxUEs,并且不应包含参数csfb-RegistrationParam1xRTT。
  当收到来自携带MME的,并携带CS Fallback Indicator指示的Context modification Request消息后,应释放该用户资源,并通知MME释放结果。
  (2)MME
  当收到单射频终端发送的Extended Service Request消息后,应向Node B发送Context modification Request消息,该消息中携带CS Fallback Indicator指示。
  当收到Node B发送的成功地将CSFB终端资源释放的消息后,应发送S1 Suspend Notification消息给S-GW和P-GW。同时应将该用户的上下文状态设置为“临时挂起”。
  (3)SGW/PGW
  当收到来自MME的A1 Suspend Notification消息后,应发送Suspend Acknowledge确认消息,同时将该用户标记为“临时挂起”。当有后续发给该用户的下行数据到达S-GW/PDN GW的时候,S-GW/P-GW会缓存该用户数据,而不会继续下发。
  3.3  C-DRX功能
  对于UE而言,基于包的数据流通常是突发性的,在没有数据传输的时候,可以通过关闭UE的接收电路来降低功耗,从而提升电池使用时间。这就是DRX(Discontinuous Reception,不连续接收)的由来。C-DRX的基本机制是为处于RRC_CONNECTED态的UE配置一个DRX cycle。DRX cycle由“On Duration”和“Opportunity for DRX”组成:在“On Duration”的时间内,UE监听并接收PDCCH(激活期);在“Opportunity for DRX”时间内,UE不接收下行信道的数据以节省功耗(休眠期)。
  表1主要介绍了与C-DRX相关各种网络配置的建议参考值:
  表1    C-DRX相关配置
  配置参数 建议参考值
  onDurationTimer ≤10ms
  drx-InactivityTimer ≤100ms
  drx-RetransmissionTimer ≤8ms
  longDRX-Cycle 320ms
  shortDRX-Cycle ≤80ms
  drxShortCycleTimer ≤2ms
  4   结束语
  SRLTE作为一种区别于SVLTE和1xCSFB的LTE终端语音解决方案,通过一定的性能代价,获得了终端成本、功耗、硬件和体积、网络改造量等多方面的优势,是CDMA+LTE多模终端的重要实现形式之一。
  目前终端规范、研发、测试都已就绪,随着SRLTE终端的上市,可以对其在实网下的功能性能影响进行进一步的研究。
  参考文献:
  . 2010.
  [2] CDG(CDMA发展组织). CDG GHRC 209 Voice Options Over LTE-CDMA Multimode Device Requirements[S]. 2014.
  [3] 3GPP2. 3GPP2 C.S0087-A V3.0 E-UTRAN–cdma2000
   HRPD Connectivity and 1 Interworking Air Interface Specification[S]. 2013
  [4] 梅承力,杨峰义. CDMA与LTE互操作相关标准的进展[J]. 电信网技术, 2010(4).
  [5] 3GPP. 3GPP TS 36.133 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Requirements for support of radio resource management[S]. 2010.

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