3G 2G系统间的互操作分析

以WCDMA代表3G技术，GSM代表2G技术，本文旨在讨论这两者之间切换的一些比较范的概念，具体的技术实现细节可以参考相关文档。

    一、需求分析

    1、业务连续性需求

    GSM网络在经过多年的发展和建设之后，已经达到了较高的覆盖率。在3G建设初期，3G网络难以一步到位地实现全国连续覆盖，同时在覆盖区域内要达到2G那样的覆盖率也比较困难。在WCDMA覆盖不到的地方，仍需要利用GSM网络来为WCDMA用户提供服务，保持业务的连续性需求。

    （1）在原网络上正在进行的业务，应尽量保持业务的连续，避免业务中断；

    （2）在新网络上能够发起业务或接收业务，如普通电话业务、短消息业务。

    2、优选WCDMA网络的需求

    漫游到GSM网络的WCDMA用户仅仅能够享受到GSM网络所能提供的功能，而无法享受3G网络的特有业务，如可视电话、可视会议、高速率数据等。这就导致了另外一个基本需求：在GSM、WCDMA均有覆盖的地方，双模手机优先选择WCDMA网络；如果3G用户当前驻留在2G网络，则要求能够迅速返回WCDMA网络。这就是所谓优选WCDMA网络的需求。

    二、实现分析

    为了支持双网配合，3GPP协议定义了相关功能。

    下面首先对这些功能进行简单的介绍，然后在此基础上讨论为了实现上述两项基本需求，GSM网络和WCDMA网络需要进行的配合工作。

    1、协议定义的相关功能

    在3GPP协议中，涉及到双系统互配合的功能包括：

    ※PLMN的选择和重选；

    ※3G→2G的切换；

    ※2G→3G的切换；

    ※2G→3G的小区重选；

    ※3G→2G的小区重选。

    （1）PLMN的选择和重选

    在MS开机后或在漫游状态时，其首要任务是找到网络并与网络取得联系以获得服务，PLMN选择/重选的目的是选择一个可用的PLMN。为达到这一目的，MS会维持一个PLMN列表，这些列表将PLMN按照优先级排列，然后从高优先级向下搜索，找到具有最高优先级的PLMN。PLMN的选择和重选具有自动、手动两种模式。在自动选网时，MS按照PLMN的优先级顺序自动选择一个PLMN，手动选网则将当前的所有可用网络呈现给用户，由用户选择一个PLMN。无论是自动选网还是手动选网，在MS开机后，首先尝试RPLMN，成功之后不再有后续操作；如果不成功，MS则按照优先级生成一个PLMN列表，在这个列表中HPLMN优先级最高。由于UMTS是从GSM演进过来的，但两者的接入技术截然不同（GERANvs.UTRAN），因此对于PLMN列表中的每个PLMN都需要指明优先选用的接入技术。接入技术的优先级是在“...withAccess Technology”文件中指出的，如果没有指出，则优先选用GERAN。

    在下面两种情况下进行PLMN重选：

    ※在任何情况下，用户均可手动要求发起PLMN重选；

    ※用户登记到VPLMN的网络重选：用户因切换/漫游等原因登记到VPLMN后，由于VPLMN与HPLMN的MCC相同，仅仅MNC不同，因此MS可以判断出这种情况，并尽量回到归属的网络，具体的措施是MS周期性地查找归属网络（周期由USIM规定，在文件EFHPLMN中定义，范围从6分钟到8小时）。运营商可以禁止这项功能，此时文件EFHPLMN中的值设置为0。

    通过PLMN重选，用户可由GSM网络返回WCDMA网络。为了实现WCDMA用户在进入WCDMA网络覆盖区域时，能够自动地由GSM网络优选到WCDMA网络，可将WCDMA、GSM网络设置为不同的PLMN，并在USIM中设置WCDMA为HPLMN，其选择的时间可由运营商控制。但是，利用PLMN重选算法可以实现网络间的漫游，且不需要GSM网络升级，但该功能不能很好地满足第2项需求。

    （2）3G到2G的切换

    切换的典型过程包括：测量控制→测量报告→切换判决→切换执行。在测量控制阶段，网络通过发送测量控制消息通知MS进行测量的参数；在测量报告阶段，MS向网络发送测量报告消息；在切换判决阶段，网络根据测量报告做出切换判断；在切换执行阶段，MS和网络执行信令流程，并根据信令做出相应动作。

    对于WCDMA向GSM切换来说，在用户处，入WCDMA系统的边缘有必要开始系统间切换时，WCDMARNC通知双模MS开始异系统测量，MS进行异系统测量并上报测量结果，RNC则根据测量结果判决是否开始系统间的切换信令流程。由于WCDMA的接入方式属于码分多址方式，因此处于连接状态的MS在所有时间内均在指定频率工作，为了在进行异系统测量的同时继续保持通话，在异系统测量时WCDMA系统和双模MS可能需要启动压缩模式。如果UE只有一个收发信机，则必须启动压缩模式；如果UE有两个收发信机，则UE可以在不启动压缩模式的情况下对GSM小区进行测试。

    在系统间切换信令的流程中，GSM切换的A接口HandoverRequest消息中包含了CellIdentifier（Serving）信元，该信元填写了MS原服务小区的信息，由于WCDMA切换到GSM时该信元中填写的是RNC小区信息，这就要求GSMBSC在对Handover Request消息的Cell Idenntifier（Serving）信元解码时必须支持Cell Identification Discriminator为1000（0x04）的小区标示格式，能够正确地对消息进行解码。GSM R98版本不能识别该信元，必须打补丁。为了避免对2G软件进行补丁操作，也可由3G MSC以2G侧可识别的格式填写Cell Identifier（Serving）信元。

    总之，3GPP支持WCDMA到GSM的切换，GSM设备无须进行大规模的软件升级。

    （3）2G到3G的切换

    为了支持2G系统到3G系统的切换，GSM设备必须对BSS和NSS侧设备进行升级，使它们支持3GPPR99系列协议。

    BSS设备必须能够支持关于WCDMA临近小区的配置；支持将异系统临近小区信息、异系统测量控制信息下发给UE，也就是支持连接状态下新的系统消息MeasurementInformation的下发；支持对新的测量报告MR和增强型测量报告EMR的解码；支持异系统的相关切换算法；支持向异系统发起切换请求；支持对异系统应答的系统间切换命令InterSystemTo UTRAN Handover Command的处理，并正确地发送给UE。

    NSS设备应该能够支持关于异系统临近小区的配置，异系统切换信令的处理。

    也就是说，为了支持该功能，GSM设备需要进行较大的修改。

    （4）3G到2G的小区重选

    协议支持异系统之间的小区重选，可以在RNC配置GSM临近小区和相关的漫游参数，这些参数通过系统消息下发给UE，以实现3G到2G系统的无缝漫游。

    3G到2G的漫游不需要GSM系统作任何修改。

    （5）2G到3G的小区重选

    需要对基于GSMR98版本的BSS软件代码作一点小的修改，使BSS支持对3G邻区和相关漫游参数的系统消息的广播。具体地讲，由BSC支持系统消息2quater的下发，该系统消息是R99协议的新增消息，同时修改系统消息2ter和系统消息3。该方案可以实现2G、3G异系统小区间的小区重选，对3G、2G的网号（PLMN）是否相同或不同没有要求。

    2、系统间互操作实现方案

    通过上面分析可以看出，为了实现上述需求，同时避免对现有GSM作较大的改动，需要GSM、WCDMA网络的支持。

    （1）WCDMA→GSM的切换；

    （2）WCDMA→GSM的小区重选；

    （3）GSM→WCDMA的小区重选。

    其中，（1）、（2）项不需要GSM网络作任何改动，第（3）项则需要对GSM接入网的软件系统进行少许修改。

    需要说明的是，实现需求2可以通过2G到3G的小区重选功能，也可以通过2G到3G的系统间切换功能实现，本文建议采用前者。这是因为前者实现起来简单得多，可避免对GSM网络软件进行大量修改，同时也可避免由于可能的切换不成功而导致业务中断或在切换过程中带来的信令负荷。

    通过上述功能，我们就可以实现：

    （1）当双模UE驻留在WCDMA网络，处于电路域连接状态，由GSM/WCDMA共存区移向纯粹GSM覆盖区，当到达WCDMA边界时，WCDMA网络根据测量报告发起WCDMA到GSM的切换。

    当双模UE驻留在GSM网络，处于连接状态，由纯粹GSM覆盖区进入GSM/WCDMA共存区时，继续保持在2G网络直到通话结束。当通话结束，UE进入空闲状态，可通过从2G到3G的小区重选方式迅速返回WCDMA网络。

    （2）当双模UE驻留在WCDMA网络，处于分组域连接状态，由GPRS/WCDMA共存区移向纯粹GPRS覆盖区，当到达WCDMA边界时，WCDMA网络进行网络侧发起的小区重选，让双模UE小区重选到GPRS网络。

    当双模UE驻留在GPRS网络，处于数据传送状态，由纯粹GPRS覆盖区移向GPRS/WCDMA共存区，在移动过程中，UE可以发起从2G到3G的小区重选，实现到WCDMA网络的切换。

    （3）当UE处于空闲状态时，如果UE驻留在WCDMA网络，当其移动到WCDMA覆盖区的边缘时，可通过3G到2G的小区重选漫游到GSM网络；如果UE目前驻留在GSM网络，并且移动到WCDMA覆盖区（也依然处于GSM覆盖之下），此时UE可以通过从2G到3G的小区重选驻留到3G网络。

    三、提高系统间互操作质量的途径

    评价系统间互操作质量的好坏主要体现在，双模终端能否平滑地从一个网络迁移到另一个网络，而不出现掉网或断话现象。实现平滑迁移的关键在于如何调整好GSM、WCDMA的信号配合关系，GSM网络经过长期的优化，信号分布已趋于合理，因此优化调整工作应主要集中在WCDMA侧。

    具体调整原则如下：

    ■避免WCDMA覆盖区的边界区信号突然衰落。如果信号突然衰落区域在WCDMA边界，则建议进行网络优化，增加信号强度或者重选引入WCDMA信号。该原则也适用于WCDMA内部异频切换处的信号配合。

    ■避免WCDMA边界与GSM小区边界的重叠。如果在WCDMA边界处GSM覆盖较好，则有利于WCDMA向GSM的成功切换，相反若WCDMA边界设置不当，在进行切换时，GSM网络信号强度不够，则增大了异系统测量失败或信令交互失败的可能，从而导致掉话。

    ■WCDMA覆盖区内部尽量完成信号的连续覆盖，减少信号盲区和弱区，尤其要避免人流较多处的信号盲区和弱区。WCDMA信号在这些地点往往突然衰落，来不及进行系统间的测量和切换，导致系统切换失败概率较高。通过提高覆盖率，可将系统间的切换尽量推向3G覆盖区的边缘，减少系统间的切换次数。

    ■WCDMA网络的边界应尽量选择在人流密度小的区域，避免边界发生在人流密度较高的区域（车站、码头等）。这样既可减少系统间切换的次数，也避免了因处理能力不足而使信令交互延时/失败，最终导致切换掉话。

    此外，可根据具体环境，优化WCDMA的测量和切换算法的相关参数，进一步提高系统间的切换成功率。

    四、小结

    一个拥有GSM网络的运营商在建设WCDMA网络时，可利用系统间的互操作功能，实现依托2G网络拓展3G覆盖、节省投资的目的。需要指出的是，这种双网之间的互操作必须保持在一个合理的限度之内，确保不对现网的稳定运营造成影响，同时也不应对新网品牌的树立造成负面影响