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TDD 无线接入
摘要 网络之间的无缝切换或漫游是多模移动通信终端必须解决的关键技术之一，而切换前的网络检测和信号测量是无缝切换的首要工作。文章针对TD-SCDMA多模终端由TD-SCDMA系统切换到其它通信系统之前，在不影响正在进行TD-SCDMA系统呼叫的条件下，对一些可行的网络检测和信号测量方法进行了探讨，并给出了设计方案。
1、前言
信息科学的快速发展带来了多种无线接入网络（RAN）和蜂窝移动通信网络（PLMN），未来将出现由多种不同无线技术支撑的融合网络环境。能在这种融合网络环境中工作或支持多种无线网络的移动通信终端称为“多模移动通信终端”（以下简称“多模终端”）。目前，移动终端多模融合已经成为移动通信终端发展的趋势。这种多模终端能利用RAN进行高速数据访问和VoIP应用，提供更快的数据传输速率和更便宜的服务，同时还能使用重叠于其上的PLMN，进行语音呼叫和媒体访问，提供更大的移动性和无处不在的覆盖。
为了获得无处不在的无线信号覆盖和无缝漫游服务，必须要使这些无线网络能够互相兼容。最重要的是要解决移动终端在不同无线网络之间的无缝切换或越区切换问题，当用户离开一种网络或进入信号更好的其它无线网络之前，终端或网络启动越区切换，达到其它的无线网络的用户能继续使用但不影响正在发生的业务，实现无缝漫游。更确切地说，在使用这种多模终端进行呼叫期间，遇到的一个重要问题就是支持不同通信技术的无线接入网络或系统之间的切换（异系统切换），或支持同一通信技术但使用不同频率的系统之间的切换（异频切换）[1，2]。
在异系统切换或异频切换之前，终端需要搜索或发现目标系统信号并监视其状态，然后系统根据搜索或信号测量结果作出切换决定并执行切换。优选的方法是快速信号测量且不干扰或中断正在进行的业务。然而，已有的技术中，特别是异系统切换，通常采用的是先断开、再重建的硬切换方法，结果，在发现网络或对其它无线信号进行测量的时候，正在进行的业务被断开；或者，采用专用的网络检测和信号测量模块进行网络检测，但这增加了系统的复杂度和系统开销；或采用其它更复杂的过程，但都需要中断正在进行的业务或呼叫。WCDMA系统中，压缩模式技术的使用为这类信号的测量提供了一种较好的解决方案，但其更适用于WCDMA环境，同时对系统设计提出了更高要求，具有较高的实现复杂度。
因此，为解决发生在现有技术中的以上问题，本文针对TD-SCDMA多模移动终端由TD-SCDMA系统切换到其它通信系统之前，对一些可行的网络检测和信号测量方法进行了探讨，并给出了设计方案。本文的目的就是提供一种在不影响正在进TD-SCDMA系统呼叫的条件下，进行对其它无线网络的检测和信号的测量。本文所提出的方法可以推广到其它TDD多模终端由TDD系统切换到其它网络的情况。
2、协商网络检测和信号测量方法
2.1 基本原理
该方法根据不同的业务环境执行不同的操作。在存在语音业务的情况下，该方法利用语音呼叫交替对话的特点，自适应地利用通话一方静默的时段进行网络发现和信号测量。在正常的语音通信过程中，上下行的业务通常是交替发生的。自适应多速率（AMR）编码器能自动检测静默和语音信号，该方法利用了AMR的静默检测信号，并利用TD-SCDMA系统的未被利用的上行同步偏移控制符号（SS）[3]与基站和RNC进行单向协商信号测量时段指示，然后系统能充分利用语音呼叫一侧的静默时段进行其它无线信号的测量；在单纯数据业务的情况下，终端则利用SS与基站和RNC进行单向协商测量指示。该方法的测量过程不影响正在进行的业务，从而缩短异系统或异频切换的时间，为异系统或异频的平滑切换提供了可能。
该方法不限于上述TD-SCDMA多模终端在TD-SCDMA呼叫期间对网络的检测和无线信号的测量，还可以用于进行其它的工作，如对其它无线网络的搜索等，这些都可以根据我们能提出的方法从实际需要进行灵活配置。
2.2 设计的核心思路和优势
（1）信号测量时段的确定方式依赖于当前业务类型：语音业务、数据业务等；
（2）利用TD-SCDMA系统未被利用的上行同步偏移控制符号（SS）作为终端和网络进行信号测量时段协商的通道，但协商是单向的，即终端发送、网络接收；
（3）利用语音通话静默时段对应的TD-SCDMA无线子帧的上行数据时隙执行对其它无线信号的测量工作；
（4）在数据业务情况下，可以在多个连续完整子帧期间进行信号测量工作；
（5）测量活动在TD-SCDMA呼叫期间进行，不需要中断正在进行的业务，不影响业务的正常进行；
（6）整个过程不需要系统增加更多的控制信令或信令传输通道。
2.3 工作原理和流程
下面以TD-SCDMA多模终端所涉及的系统间切换为例，对本文提出方法的原理和工作流程进行详细描述。文中使用的参数和缩写术语定义如下：RSF#n表示TD-SCDMA的第n个无线子帧；TSi（i=0…6）表示TD-SCDMA无线子帧第i时隙；L是执行测量工作的持续无线子帧数目，根据协商由同步偏移控制符（SS）的值确定，可为L=p，2p或3p子帧，p表示测量时段长度参数，为大于零的正整数，单位为1RSF。
多模终端由TD-SCDMA子模块、主控制子模块和异系统终端子模块构成，提出方案的工作步骤如下：首先，当前多模终端正连接在TD-SCDMA网络上，且正在进行呼叫，可以是语音业务、数据业务等；接着，系统确定是否执行对其它无线接入或蜂窝系统无线信号的测量；由无线网络控制器（RNC）根据需要，向终端发送测量控制信号，终端接收到此信号之后，就应该事先安排测量时段。
（1）如果当前业务为语音业务
首先，终端检测用户侧语音静默信号（此信号由自适应多速率（AMR）语音编码器发出），如果检测到静默信号，那么根据需要，参照表1所示设置上行同步偏移控制符（SS）的值，这里仍然使用“SS”，但更改其功能为“信号测量控制信号”。表1中SS值表示从下一子帧开始的连续L个RSFs中（SS为一个符号，表1假设QPSK调制时的SS编码及控制功能故可以根据需要设置为1p到3p个RSFs）。
表1 QPSK调制下上行SS命令与控制的关系
然后，终端向网络发送信号测量控制信号，即发送SS。如果配置的物理信道所在时隙中存在传输格式组合指示（TFCI），则带有物理层信令的时隙结构如图1所示，那么，根据高层的信令，SS将在包含TFCI的时隙发送，比如RSN#n子帧的TS3时隙，如图2所示（假设在连接建立之时，已协商为第2个转换点位于TS3和TS4之间）；相反，如果没有高层没有配置包含TFCI的时隙，那么SS将在第一个上行时隙使用最低编号的信道化码发送。
图1 带有物理层控制信号的常规时隙结构图
协商完毕后，终端在紧接的L个无线子帧上，在TS1至TS3的三个时隙上执行对其它无线网络的检测和信号测量，同时，网络也不再接收上行信号，如图2所示。实际上，从终端发送完上行同步码（SYNC_UL）后，就可立即执行测量工作，即实际可利用的时间为：TS1+TS2+TS3+32chips。
图2 语音或语音数据混合业务情况下测量时段设置图
另一方面，在终端的测量过程中，由于执行对其它网络的检测和信号测量，将造成对非测量时段之外的正常时隙通信过程的影响，相应的处理措施有：
◆在测量时段期间，基站和RNC都不能收到传输功率控制（TPC）命令，因为RNC已经知道终端在进行测量工作，所以就按照最后一次收到的发射功率控制命令和参数，执行对发射功率的控制；如果假设p=1，那么根据最大L=3测量子帧计算，假设终端移动速度为120km／h，那么在测量期间终端的移动半径范围为0.5m，也就是说，即使在此期间不进行功率控制，也不会使系统性能恶化。
◆下行SS的处理。测量期间，基站和RNC不能收到上行Midamble，故不能估计定时偏移参数，此时基站仍然重复发送测量前基站最后一次估计的SS值。实际上，下行SS值在M帧中估计一次，然后重复发送，所以，测量过程对其基本没有影响。
终端执行完测量，将回到正常通信模式。如果需要，再次执行相似的过程。
（2）如果当前业务为数据业务
终端接收到RNC的测量指示后，将参照表1设置SS的值。表1中SS值及对应控制功能则表示在从下一子帧开始的连续L个RSFs时段（SS为一个符号，表1假设QPSK调制时的SS编码及控制功能，根据需要设置为1p-3p个RSFs）。然后，终端向网络发送信号测量控制信号，即发送SS。如果配置的物理信道所在时隙中存在TFCI，则带有物理层信令的时隙结构如图1所示，那么，根据高层的信令，SS将在包含TFCI的时隙发送，比如RSN#n子帧的TS2时隙，如图3所示（假设在连接建立之时，已协商为第2个转换点位于TS2和TS3之间，表示可能不对称业务）；相反，如果高层没有配置包含TFCI的时隙，那么SS将在第一个上行时隙使用最低编号的信道化码发送。协商完成之后，终端将在紧接的L个无线子帧期间，终端和基站都不进行发射和接收工作，终端转而执行对其它无线信号的测量，如图3所示；测量完成之后，终端回到正常的通信模式，如果需要，再次执行相似过程。
图3 数据业务情况下终端与基站进行协商测量时段的方法
3、上行数据时隙检测法
3.1 方案概述
本方案的目的就是提供一种在不影响正在进行业务的条件下，以简单的方法从TD-SCDMA系统定时检测可能支持其它RAN的方法，该方法可以应用到从时分双工（TDD）系统检测其它RAN的情形，以完成系统间切换之前的网络检测和所需接入参数的记录，如信道信息、帧偏移信息及早期阶段的功率控制相关的信息等。
3.2 核心设计要点及优势
本文提出方法的一些主要设计思路及其优势有：
（1）借用TD-SCDMA网络空中接口物理层无线子帧（以下简称“TD-SCDMA无线子帧”）中的上行数据传输时隙（TS）进行支持其它RAN的检测；
（2）周期性的检测任务，可根据需要设置检测周期；
（3）检测活动在TD-SCDMA业务期间进行，不需要中断正在进行的业务，不影响业务的正常进行；
（4）实现技术简单，不需要专用网络检测模块，不增加额外的硬件复杂度。
3.3 工作流程
下面结合图4和图5来简要说明提出设计方案工作流程。
图4 检测其它RANs的TD-SCDMA无线子帧及时隙设置示意图
图5 无线网络检测和信号测量流程图
（1）参数和术语定义
#i：TD-SCDMA无线子帧号，子帧长5ms；
m：连续其它RANs检测次数或持续子帧数目；
N：没有其它RANs检测动作的TD-SCDMA连续业务子帧数目；
m+N：其它RANs检测的周期（单位：子帧）；
TSi（i=0…6）：TD-SCDMA无线子帧时隙。
（2）详细工作流程
多模终端由TD-SCDMA子模块、主控制模块和其它一种或几种RAN终端模块构成。首先，多模终端当前正连接在TD-SCDMA网络上，且正在进行呼叫。如果确定需要执行对其它网络的检测和信号测量，那么其操作过程描述如下，图5所示为详细工作流程。
◆在处于其它RANs检测周期的TD-SCDMA无线子帧上，找到一个或相邻的两个（根据需要事先设定）上行数据时隙（TS），如图4中的TS2（或/和TS3），这些被占用的TS根据事先系统的设置并协商确定，假设第二个时隙转换点位于TS3和TS4之间；
◆通知主控系统模块激活处于睡眠的其它RAN模块；
◆其它RAN模块开始捕获其支持的无线信号；
◆如果捕获到相应的无线信号，则接收其同步等信息；否则继续执行以下步骤；
◆通知主控系统睡眠其它RAN模块，并记录并显示检测结果。
◆回到步骤A，继续执行TD-SCDMA业务。
4、总结
无线网络发现和信号测量是多模移动终端越区切换的首要工作之一。本文针对TD-SCDMA多模终端的情况，提出了两种在TD-SCDMA系统连接模式下检测其它无线网络和信号测量的方法。两种方法的共同点就是在当前系统的连接模式下，调度出一定的连续时间段用于进行网络检测和信号测量，但是当前系统仍然处于连接模式。提出方法不局限于TD-SCDMA多模终端的情况，可以推广应用于TDD多模终端在TDD系统连接模式下越区切换的情况。
参考文献
【1】 SK电信技术有限公司.在多模移动通信终端中从WCDMA系统切换到CDMA系统的方法[P].专利号：CN1620182.
【2】 SAMSUNG ELECTRONICS CO LTD.Signal Measurement Apparatus and Method for Handover in A Mobile Communication System[P].专利号：WO03043237.
【3】 李小文等．TD-SCDMA：第三代移动通信系统、信令及实现[M].北京：人民邮电出版社，2003.
