I.信元" title="信元">信元转移介绍

信元转移是所有蜂窝网络的关键要求。电池供电的移动设备" title="移动设备">移动设备的信号传输范围非常有限。因此为获得良好的覆盖范围，移动设备必须能够像在网络中漫游一样，从一个信元移动到另一个信元。使用小信元和重复使用同一频率还可以给网络带来好处：前者可以降低功率，后者可以提高频谱效率。

随着网络及其相应业务的发展，切换的复杂性呈现出指数性增长。这被视为是一种必须要承受的负担，原因如下：

1. 网络运营商正在提供更广泛的业务（话音、视频和数据），每种业务都有不同的切换需求。
2. 3G网络的实际部署提出了在3G与2G" title="2G">2G之间切换的需求，以便使3G用户能够继续使用业务。

本文描述了切换的复杂程度并提出了一个测试策略建议，用于验证移动台（MS）或用户设备（UE）的设计。

II.测试信元转移的方法

测试信元转移是移动台一致性测试过程中的关键步骤，对每种不同技术有各自的射频和信令要求。这些测试是UE验证过程中必须执行的步骤。支持多蜂窝技术（3G到2G切换）和业务的需要意味着测试范围非常广泛。仅在信令一致性方面，3GPP 34.123规范中的移动管理和数据包切换移动管理部分就定义了将近150个信元转移测试。要完成该测试，需要对6个独立的基站仿真器进行复杂的设置。该测试需要花费大量时间和费用，而且设计人员逐渐发现仅进行该测试是不够的。虽然一致性测试是对所有切换机制进行测试，但它不能与运行实际应用的应用服务器配合执行测试。在测试真实网络中的UE时，这个缺点可能导致性能问题。

为克服这种局限性，设计人员选择在仿真真实网络的基础上进行额外的验证测试。图1显示了该测试的配置示意图。

CONTROL PC 控制PC

APPLICATION SERVERS 应用服务器

USB or SERIAL USB或串行

Video 视频

图 2 切换验证测试示意图

这里，测试的重点是使用一体化测试仪（OBT）作为基站仿真器来进行功能性能测试。OBT需要仿真基站的总体功能，但无需提供运行信令一致性脚本的协议脚本接口。这就简化了测试，使测试更容易进行并显著降低了测试成本。双OBT结构可用于测试各种应用服务器的多种不同的切换类型。此方法可用于各种方案的自动测试、调试已知问题或故障区域，或在有限时间框架内进行随机测试。显然，此方法不能替代严格的一致性测试，但可作为一种强大的工具来扩大测试范围，提供更经济的测试策略来对新平台进行验证和回归测试。

III. 2G切换

切换这个术语用于描述在话音或视频呼叫期间发生的信元转移。表1显示了在2G或GERAN（GSM、EDGE无线接入网）网络中的移动设备所发生的不同切换事件。每一个切换事件都是由网络启动。随着移动设备在网络中的移动，它不断发送测量报告对网络进行更新。如果链路质量开始降低，该移动设备将访问广播分配（BA）表，获得邻近信元的相关信息。随后，它将进入这些信元并进行相关测量。移动设备能够完成上述操作的原因在于：2G采用基于时分多址（TDMA）的接入技术，因此移动设备的接收机可以采用“空闲时隙" title="时隙">时隙”来变频和进行测量。使用测量报告中的信息，网络随后可以选择命令移动设备从现有服务信元向定义的指定目标信元切换。

Serving 2G Cell 正在服务的2G信元

Target Cell 目标信元

Intra-cell 信元内

Inter-cell 信元间

Inter-RAT RAT间

Reason 原因

Cell Sync 信元同步

1 or 2 Box？ 单机或双机

Comments 注释

Interference 干扰

Sync 同步

Change of physical channel or timeslot 物理信道或时隙的改变

One box limited to equal powers and Same BCH 一台设备仅限于同等功率和相同BCH的情况

Mobility 移动性

Sync 同步

Pseudo-sync 伪同步

Un-sync 非同步

Most demanding on Mobile 对移动设备要求最苛刻

Service 业务

Un-sync 非同步

New in release 5 of 3GPP specs 3GPP规范第5版中的新规定

All are hard handovers are network initiated 所有硬切换都是由网络启动的

None require use of compressed mode and none are blind 不要求使用压缩模式" title="压缩模式">压缩模式，无盲切换

表2 2G网络中的切换类型

2G切换可以分为三种不同类型：信元内、信元间和RAT间切换。信元内切换是指在指定GSM信元内进行的切换。这种特殊的切换机制较为罕见。信元内切换不需要支持移动性，所以它可能只会在避免不利情况发生时使用，例如出现不必要的干扰。然而这也是不太可能的，因为它将意味着存在一个非法发射机，所以无论如何都很有可能使用跳频来避免进行信元内切换。可使用一个单一的信元OBT配置来测试此类切换，虽然有一定的局限性。但是，使用双机结构有可能配置一个更典型的切换，其中每个信元可使用不同的BCH，各个信元的广播和流量信道功率都不同。

2G网络内最常见的切换类型就是信元间切换。它是指移动设备在网络（与不同基站进行通信）中移动时，从一个频率/时隙转移到另一个频率/时隙的切换。取决于网络的特性，此类切换可以分为在同步基站（BTS）、伪同步基站或非同步基站之间切换。同步基站共享相同的时间参考，因此其帧结构的定时也精确对齐。对于伪同步网络，基站不共享相同的时间参考，而是在两个各自的时钟之间保持一个时间偏置。非同步基站不共享相同的时间参考。当测试这些切换事件时，非同步切换对移动设备的要求最苛刻。因此，当移动设备必须首先与目标基站进行同步，才能对该信元的信息进行解码。这就意味着在切换之前，移动设备必须与服务信元和目标信元不断重新同步。

最后一种2G切换就是从2G服务信元到3G目标信元的切换。当正在使用2G信元的3G用户要加入3G信元并享受更广泛的服务时，需要进行这种切换。为进行这种切换，UE结合使用了2G和3G无线技术。如果相邻信元信息中包含3G信元的详细信息，则网络将建议移动设备在其空闲帧时对该信元进行测量。为此，移动设备必须切换到3G接收机，测量信元，然后将数据反馈给2G网络。随后，2G网络将发出一个命令，指示移动设备从2G网络转移到3G信元。2G和3G信元不会进行同步。

IV. 3G切换

表2显示了3G网络中可能发生的切换事件。这些切换全部是由网络启动，并分为频率内、频率间或RAT间切换。 在WCDMA网络中，信元间的移动性由正交代码之间的切换来控制。这些正交代码由所有在相同频率上工作（频率内）的各个信元支持。这样，每个基站都可以保留自己与移动设备的链路，从而使网络能够结合两个信号，在信元边缘实现分集增益。该机制称为软切换分集增益。假如多链路是由相同基站（或B节点）的不同扇区组成，则称为更软切换。严格来说，它不是真实的切换事件，更像是一种改善信号质量的技术。使用Agilent 8960可以仿真使用单机进行频率内切换的效果。这通过使用单机管理多种扩展代码来实现。

Serving 3G Cell 正在服务的3G信元

Target Cell 目标信元

Intra-freq 频率内

Inter-freq 频率间

Inter-RAT RAT间

Reason 原因

Soft or Hard 软切换或硬切换

Use s CM 使用s CM

1 or 2 Box？ 单机或双机

Comments 注释

Mobility 移动性

S 软

N 否

Soft or softer (separate sectors same cell) 软或更软（相同信元中的不同扇区）

Coverage, load 覆盖，负载

H 硬

N 否

Blind handover， long delay. Voice and video 盲切换，长延迟。话音和视频

H 硬

Y 是

Voice and video 话音和视频

Coverage, load, service 覆盖，负载,业务

H 硬

N 否

Blind handover，3G video call drops back to 2G voice 盲切换，3G视频呼叫降回到2G话音呼叫

H 硬

Y 是

3G video call drops back to 2G voice 3G视频呼叫降回到2G话音呼叫

表4 3G网络中的切换类型

除了频率内切换外，3G切换有时还必须在不同3G网络之间、在不同频率上进行。这样做是为了保持覆盖范围或平衡各自网络中的负载。由于在呼叫期间，3G电话的接收机对服务基站进行持续侦听，所以频率间切换更加复杂。因此，需要在不测量目标信元特征的情况下进行切换，或电话需要使用压缩模式，以便进行必要的测量。当指示电话不收集目标信元的测量报告而进行切换时，这种切换称为“盲”切换。当使用压缩模式时，下行链路传输将暂停，以便使电话能够收集测量报告。为了支持下行链路上的无传输时期（见图2），通过更改展频因数（和相应的传输功率）或在该时期后更改更高层调度，来发送该时期之前和之后的信号。经过以上更改，即可在不丢失大量数据的情况下提供间隔。

图4 WCDMA压缩模式下行链路活动

Transmitted Power 发射功率

Frame 3 Compressed 经过压缩的第3帧

Frame 1 第1帧

Frame 2 第2帧

Frame 4 第4帧

Frame 5 第5帧

15 timeslots active 15个时隙活动状态

15 timeslots active 15个时隙活动状态

10 timeslots active 10个时隙活动状态

15 timeslots active 15个时隙活动状态

15 timeslots active 15个时隙活动状态

3G网络中支持的最后一种切换类型是RAT间切换，即从3G服务信元到2G目标信元的切换。这种切换十分常用，由3G网络用于为话音和低数据业务提供3G服务热点和完整的2G覆盖范围。对于单一接收机移动设备，切换将采用盲模式或压缩模式，以使移动设备可以进入和测量相邻的2G信元。

V. 2G和3G分组交换数据的信元更改

表3和表4列举了当电话处于空闲状态、拥有PDP上下文或正在主动传输数据时所引起的不同信元更改（2G和3G）。

表6 2G分组交换数据的信元更改

Terminology 术语

MI = mobile initiated, NI = Network initiated, CM = compressed mode, NCO = Network Control Order MI = 移动设备启动的，NI = 网络启动的，CM = 压缩模式，NCO = 网络控制顺序

INTER RAT RAT间

INTER CELL 信元间

INTRA CELL 信元内

Cell Transition 信元转移

Current State 当前状态

New State 新状态

Box 1 设备1

Current cell 当前信元

Box 2 设备2

(same RAT) （相同RAT）

Box 2 设备2

(new RAT) （新RAT）

Cell Selection 信元选择

Out of service 停止服务

IDLE 空闲

None 无

Idle Mode Cell reselection 空闲模式信元重选

Idle/attached 空闲/连接

Idle 2G/3G 空闲2G/3G

Packet cell change order (PCCO) 数据包信元更改顺序（PCCO）

Idle/attached 空闲/连接

Idle 2G/3G 空闲2G/3G

Packet Transfer Mode Cell re-selection 数据包传输模式信元重选

2G active PDP 2G活动PDP

2G active PDP 2G活动PDP

Packet Cell Change Order 数据包信元更改顺序

2G active PDP 2G活动PDP

2G active PDP 2G活动PDP

不管采用何种技术，所有停止服务或处于空闲状态的移动设备都需要具有启动信元选择或空闲模式信元重选程序的能力。当移动设备在待机状态下从一个信元漫游到另一个信元时，这种能力将使它们可以加入网络，同时保持网络的可用性。当在网络中漫游时，移动设备将监测自己所在信元和相邻信元的信号强度。如果所在信元的信号强度低于某个阈值，或相邻信元的信号强度明显更高，移动设备将启动闲置模式信元重选。然而2G和3G之间的区别在于，在2G中，拥有活动PDP上下文的移动设备还能够启动信元重选命令。而在3G中不是这样，当处于空闲或连接模式时，移动设备只能启动信元重选命令。在3G中，一旦电话拥有活动PDP上下文，则网络将通过数据包信元更改顺序命令启动所有信元更改操作。

表8 3G分组交换数据的信元更改

Terminology 术语

MI = mobile initiated, NI = Network initiated, CM = compressed mode MI = 移动设备启动的，NI = 网络启动的，CM = 压缩模式

INTER RAT RAT间

INTER FREQ 频率间

INTRA FREQ 频率内

Cell Transition 信元转移

Current State 当前状态

New State 新状态

Use CM 使用CM

Box 1 设备2

Current cell 当前信元

Box 2 设备2

(same RAT) （相同RAT）

Box 2 设备2

(new RAT) （新RAT）

Cell Selection 信元选择

Out of service 停止服务

IDLE 空闲

None 无

Idle Mode Cell reselection 空闲模式信元重选

Idle/attached 空闲/连接

Idle 2G/3G 空闲2G/3G

Packet cell change order (PCCO) 数据包信元更改顺序（PCCO）

Active PDP 活动PDP

Active PDP (2G/3G) 活动PDP (2G/3G)

VI. DTM和HSDPA切换

除了第III部分至第V部分中说明的切换和信元转移外，还有一些与新型物理层技术（例如DTM（双传输模式）和HSDPA（高速下行链路分组接入））相关的特殊情况。

DTM是一种支持在指定移动设备和网络之间同时建立话音和数据连接的技术。在“DTM呼叫”期间，手机同时建立了电路交换话音连接和分组交换数据链路。如果基站在DTM呼叫期间启动切换命令，则执行电路交换话音切换。但是，服务信元将不会启动PS数据连接的数据包信元顺序更改命令。移动台将负责启动信元重选程序并管理在活动临时数据块流（TBF）内进行数据传输所引起的丢失数据。由于3GPP规范第7版对DTM中的共享分组交换数据资源和专用电路交换话音资源的切换做出了规定，这一情况正在改变。

假如目标基站不支持DTM，则移动设备可以拒绝切换请求；或切换CS话音并暂停PS数据业务。

HSDPA是一种新型3G技术，旨在通过使用复杂的调制方案，充分利用射频条件良好的时间段，从而最大限度地提高下行链路数据吞吐率。HSDPA的移动性与分组交换数据WCDMA不同，因为HSDPA不使用软切换。移动设备监测其活动集合中的所有基站，并在“最佳”信元的情况发生变化时，将该变化通知网络。网络随后进行信元转移，并重新配置高速下行链路共享信道（HS-DSCH）。

VII. Agilent 8960双信元测试系统配置

图3显示了双信元测试的测试系统配置。使用局域网连接在双机之间进行信息交换。

图6 双信元测试系统配置

WWW internet access WWW互联网接入

Ethernet Hub以太网集线器

RF splitter射频信号分路器

WPA protocol logging WPA协议日志记录

在启动切换命令之前，需要进行以下设置：－

1. 如果需要进行远程控制，则建立到两个设备的GPIB连接
2. 使用一条交叉电缆或小型以太网（该网络支持使用日志记录和应用服务器）来连接8960。
3. 对每个8960进行配置，使其分别代表两个信元，确保相邻信元配置正确。

在切换测试之前需要配置的一个重要参数是NCO或网络控制顺序。该参数决定了信元重选期间GPRS移动设备的控制级别：－

• NCO=0

- 常规模式，移动设备能够自动进行信元重选。

• NCO=1

- 移动设备向网络发送测量报告，但仍然能够自动进行信元重选。

• NCO=2

- 移动设备向网络发送测量报告，只有在受到下行链路信号传输失败或随机接入失败事件的触发时才能启动信元重选。

现在，此配置已经准备好进行切换测试。只需命令服务信元执行切换，即可启动切换。所有网络启动的切换都是用户命令执行的。8960接收测量报告，但不会使用其中的信息来执行任何自动切换。指定切换的特征是由服务信元（技术和活动呼叫类型）的状态和目标信元的设置决定的。除了2G切换外，还可以使用同步、伪同步或非同步网络进行切换。例如，如果您正在进行GSM呼叫，并且第二个信元被配置成WCDMA信元，则执行RAT间切换。另外，如果使用压缩模式，8960将指示移动设备收集测量报告。8960将接收并显示测量报告数据，但不使用其中的信息，而只按照用户命令执行切换。

VIII.总结

本文介绍了如何使用两个一体化测试仪对指定UE的切换性能进行验证测试。此类测试不能替代严格的一致性测试。然而它是一种有益的补充，可提供以下优点：－

1. 与基于脚本的测试仪相比，一体化测试仪具有成本优势

2. 容易使用

a. 基于命令为基站仿真器编程与编写C++或TTCN脚本以驱动协议信令测试仪相比更轻松

3. 使用应用服务器执行真实的测试

a. 在“现场”应用（例如ftp或视频流）中，结合应用服务器对切换性能进行测试

4. 使用回归测试对移动设备进行“极限”测试，并搜索故障状态

IX.致谢

作者的同事Sandy Fraser对本书提出了许多宝贵建议，特此表示衷心的感谢。