WCDMA系统有效提高切换成功率的方法

    WCDMA作为3G的主流技术，在全球移动市场中被日益地推广商用，其市场前景非常广阔，估计到2010年用户数将达到3.7亿。在实际开发过程中，存在一些问题。如在空中接口质量较差的情况下，信道类型切换的成功率只有90％左右，而且大部分的失败发生在信道切换的暂态过程中。经过分析和改进之后，实测结果显示，信道切换的成功率提高到了98%，得到了显著的改善。

1 WCDMA系统无线接口协议简介
    WCDMA无线接口是指移动终端(UE)与无线接入网(UTRAN)之间的协议接口，用来建立、重新配置和释放无线承载业务的。共分为3个协议层[1]：物理层(L1)、数据链路层(L2)和网络层(L3)，如图1所示。数据链路层包含了媒体接入控制(MAC)协议层、无线链路控制(RLC)协议层以及与业务相关的分组数据汇聚协议(PDCP)层、广播组播控制(BMC)协议[2]。从协议角度来看，这些协议层都是为了实现传输数据，属于用户平面。网络层主要是无线资源控制(RRC)层，属于控制平面。

    无线空中接口的RRC协议层存在于UTRAN的无线网络控制器(RNC)和UE之中，但其实现的功能有所不同。如RRC层在RNC中还包括[3]：码分配、鉴权控制、信道释放、负载控制、功率控制、切换控制等等。本文主要描述RRC层在进行信道改变或者切换控制中的一种实现方法。

    无线数据链路(RLC)协议为用户和控制数据提供分段和重传服务[4]。每个RLC实体由RRC配置，并且以3种模式之一进行操作：透明模式(TM)、非确认模式(UM)和确认模式(AM)。AM传输方式以一套较复杂的自动重传请求(ARQ)机制提供高可靠的数据传输，并且使高层可以通过对AM 实体参数的不同配置获得更高级别的QoS控制。主要的实现方法是接收方根据发送方的请求或配置周期性向发送方上报状态报告，发送方接收到这些状态报告后，就可以有选择的发送丢失的协议数据单元(PDU)，或者继续发送后面的PDU。这样就实现了数据的高可靠传输。

    MAC层的主要功能有[5]：逻辑信道到传输信道的映射、根据瞬时源速率为每个传输信道选择合适的传输格式、优先级调度、复用和解复用、业务流量监视、根据上层指示进行信道类型的切换等。传输信道类型的切换协议描述的是MAC层在收到RRC命令后执行的公共传输信道和专用传输信道之间的切换。本文针对具体信道类型切换中的问题提出了一种更加优化的方法。

2 信道类型切换或硬切换流程存在的问题
    在WCDMA系统中，UTRAN的RRC层负责对无线资源的分配和管理，负责UE在无线接入侧的移动性管理工作[6]。当UTRAN的RRC决定对UE进行无线资源的配置或修改时，会相应地先对NODE B和用户面进行同样的配置或修改，最后通过用户面的RLC、MAC将下行RRC消息如无线承载建立、无线承载的重配、物理信道重配等发送给UE[7]。在协议3GPP 25.331中上述消息中规定这些消息的发送要通过确认模式无线链路控制(AM RLC)或非确认模式无线链路控制(UM RLC)的专用控制信道(DCCH)进行发送[8]。

    如果使用AM RLC发送，UTRAN的RLC发送消息后需要等待UE RLC的ACK，确认消息已经被UE收到；UE的RRC 接收到消息后，根据UTRAN新的配置方式，在新配置上发送完成消息给UTRAN。新配置生效方式主要有两种：在规定的时刻生效(同步生效)和立即生效。在同步生效方式中，UTRAN和UE在同一个时刻切换到新配置；在立即生效方式中，UE接收到完整的配置消息后立即切换到新配置，并发送配置生效完成消息，UTRAN收到完成消息后切换到新配置。如果配置生效的方式为立即生效，此时UTRAN在发送配置消息后发送数据有这样一个特点，在旧配置上发送数据，可以在新、旧配置上都接收数据。

    这种方式目前有两种场景：一种是UE的RRC状态在CELL FACH 状态和CELL DCH状态之间的信道类型的切换，另一种是硬切换[9]。

    立即生效方式的流程是：RRC首先对用户面进行无线配置修改的预配置，然后发送配置消息给UE，UE在新配置上响应完成消息，RRC收到后指示用户面MAC层进行切换。协议3GPP 25.321以及3GPP 25.331中也规定了MAC层的切换需要由RRC发起。但在实际测试过程中发现，由于空中接口的质量问题，如果UE在切换到新配置后RNC没有接收到完成消息，而UE在发送完成消息的逻辑信道上随后又发送一条其他消息，那么即使RNC收到了第二条消息，因为下行发送仍是旧配置，UE将没法接收RNC发送的AM RLC状态报告，导致UE一直不能重传完成消息，最后流程失败。

    图2介绍了专用信道(DCH)转前向接入信道(FACH)状态切换过程中失败的一个例子。UE在DCH信道上接收到RNC的Rb配置消息后，立即切换生效，并在新配置FACH上发送RB配置完成消息。设此完成消息经RLC处理后的PDU为RLC UL SN＝1，其中polling位为1，要求RNC响应状态报告；由于空中接口的质量问题，RNC没有收到，UE紧接着发送了一条测量报告消息，其RLC PDU的RLC UL SN=2，同样指示要求状态报告；RNC的RLC收到后，在旧配置DCH向UE发送LIST状态包，要求UE重传UL SN=1，但因为UE已经切换到新配置FACH，就不能接收DCH上的这个状态包。在等待UL SN=2的重传定时器超时后，在RACH上重传UL SN=2，RNC还是在DCH 上下发LIST，这样RNC始终收不到UL SN=1的配置完成消息，RRC层等待定时器超时后流程失败。

3 切换改进方法
    鉴于以上协议中存在的缺陷，在实际开发过程中，我们尝试了一种方法：在RRC给RNC用户面配置信道类型切换或者硬切换后，将是否进行切换的决策权给MAC。在切换的暂态过程中，如果MAC层接收到新配置上来的有效数据，就认为UE已经完成了切换过程，RNC的用户面也自动切换到新配置。这样既可以避免图2问题的发生，同时也可以加快切换的速度。这里的有效数据目前我们定义为循环冗余码校验指示(CRCI)正确的数据[10]。

    图3描述了在采用改进方法后，顺利进行DCH到FACH的状态切换的过程。前面流程同图2描述一致，在RNC用户面配置了新配置后由MAC层判断，如果在新配置上接收到UE数据后，RNC的用户面自行进行切换。这样，RNC的RLC接收到SN=2的数据后，向UE发送SN=1丢失的状态报告得以在FACH上发送给UE，UE能接收到并重发RB配置完成消息，RNC的RRC也就能顺利接收到此消息，流程顺利结束。

4 结束语
    本文从WCDMA实际的开发应用出发，针对RNC实行切换过程中存在的问题，提供了一种有效的进行新旧配置切换的方法。在处于新旧配置切换的暂态过程，如果RNC的MAC接收到新配置上的有效数据，就认为UE已经完成了切换过程，RNC的MAC自动切换到新配置。这样可以及时的根据实际情况进行状态的切换，避免了在暂态过程中RNC和UE的两端的AM RLC不能有效进行状态报告的缺陷，并且加快了切换速度。这种方法除了应用于信道类型切换的流程外，还可以应用于硬切换流程。实际应用表明，该方法的实行大大提高切换的成功率，降低了掉话率，从而提高了整个系统的可靠性和稳定性。

5 参考文献
[1] 3GPP TS 25.301 V6. 1.0.Radio Interface Protocol Architecture(Release 6) [S].2004.
[2] 3GPP TS 25. 401 V6. 3.0.UTRAN Overall Description(Release 6) [S].2004.
[3] 张平,等. 第三代蜂窝移动通信系统-WCDMA[M]. 北京:人民邮电出版社，2000.
[4] 3GPP TS 25.322 V6.1.0.Radio Link Control (RLC) protocol specification (Release 6) [S].2004.
[5] 3GPP TS 25.321 V6.2.0. Medium Access Control (MAC) protocol specification (Release 6) [S].2004.
[6] 柴瑜, 沙斐. WCDMA系统的无线资源控制和管理[J].移动通信，2002,26(2):31-33.
[7] 张立新,等. 第三代移动通信技术[M].北京: 人民邮电出版社. 2000
[8] 3GPP TS 25. 331 V6.2.0. Radio Resource Control (RRC) protocol specification (Release 6) [S].2004.
[9] 郭骅. WCDMA的硬切换技术[J]. 江苏通信技术,2004, 20(4):35-37.
[10] 3GPP TS 25.427 V6.1.0.UTRAN Iur/Iub Interface User Plane Protocol for DCH Data Stream(Release 6) [S].2004.

收稿日期：2007-12-25

[关键词] WCDMA；信道类型切换；硬切换

[Abstract] In the practical testing of WCDMA system, during the interchange of Dedicated Channel (DCH) status and Forward Access Channel (FACH) status, User Equipment (UE) may fail to switch because of error uplink packets in case of poor air transmission quality. In fact, this problem can be avoided by Radio Network Controller (RNC). On the process of the switch, the switch to FACH is decided by Media Access Control (MAC) layer, not by Radio Resource Control (RRC) layer. This method can also be applied in the hard handoff of WCDMA. The practical application shows that this technique can successfully improve the ratio of switch. Consequently, it improves the stability and reliability of the system.

[Keywords] WCDMA; transport channel type switch; hard handoff