TD－SCDMA模式下GAP搜網(wǎng)的設計與實現(xiàn)

彭大芹，何 健

(重慶郵電大學通信與信息工程學院，重慶 400065)

責任編輯:許 盈

在TD－SCDMA正常的手動搜網(wǎng)［1］過程中，當出現(xiàn)尋呼時，不會對此做出響應，就會出現(xiàn)丟失尋呼的情況。為了讓UE在搜網(wǎng)的過程中，也能響應尋呼信息，那么就需要對原有的DRX(非連續(xù)接收)周期［2］進行重新規(guī)劃。本文所提出的GAP(空閑幀)搜網(wǎng)就是在原來的一個DRX中先預留部分幀，保證手動搜網(wǎng)的過程中也能正常接收尋呼。本文從設計原理、詳細的流程設計、測試驗證等幾個方面來對GAP搜網(wǎng)進行了詳細的論述。

1 設計原理

GAP手動搜網(wǎng)是在原有的TD－SCDMA模式下，對物理層的DRX周期進一步進行規(guī)劃，將監(jiān)聽尋呼、測量等任務的幀預留出來，再利用剩余的GAP幀進行手動搜網(wǎng)的一種方案。當在GAP手動搜網(wǎng)的過程中，出現(xiàn)高優(yōu)先級任務時，L1首先會結束GAP資源［2］，優(yōu)先響應高優(yōu)先級的任務，待任務完成之后，再次由MAC向L1申請GAP資源，繼續(xù)后續(xù)的搜網(wǎng)流程。由于該方案是作為空閑狀態(tài)下的一個外加任務插入到IDL流程里的，因此該設計方案應遵循兩個原則:1)在GAP搜網(wǎng)過程中必須保證空閑狀態(tài)下的監(jiān)聽尋呼、測量等常規(guī)任務的正常進行;2)搜網(wǎng)任務和空閑狀態(tài)下常規(guī)任務間的跳轉由MAC層控制，通過與RRC(無線資源控制)間的原語交互和控制L1(物理層)的動態(tài)加載來實現(xiàn)RRC/MAC/L1三者狀態(tài)的同步變化。

2 流程設計

根據(jù)搜網(wǎng)的一般原則，可以將GAP搜網(wǎng)的流程大致分為搜網(wǎng)開始流程、搜網(wǎng)過程流程和搜網(wǎng)終止流程3個部分。

2.1 搜網(wǎng)開始流程設計

MAC在一個DRX周期中的任何位置均可收到RRC的搜網(wǎng)請求［1］，但開始GAP搜網(wǎng)一定是在空閑狀態(tài)下的測量和收尋呼任務完成以后，搜網(wǎng)過程不解析BSIC［3］(基站識別碼)，具體可以分為以下4種情況:

1)常規(guī)任務完成后在空閑幀中收到搜網(wǎng)請求，立即發(fā)起搜網(wǎng);

2)在測量過程中收到搜網(wǎng)請求，測量上報指示若沒有尋呼存在，則發(fā)起搜網(wǎng)過程;若指示有尋呼存在，收完尋呼后再發(fā)起搜網(wǎng)過程;

3)測量已上報，等待接收尋呼的過程中收到搜網(wǎng)請求，收完尋呼后再發(fā)起搜網(wǎng)過程;

4)測量已上報，在解析BSIC過程中收到搜網(wǎng)請求，停止解析BSIC，若不存在尋呼，直接搜網(wǎng);若存在尋呼，收完尋呼后再發(fā)起搜網(wǎng)過程。

2.2 搜網(wǎng)過程流程設計

搜網(wǎng)過程是指下發(fā)搜網(wǎng)命令后利用GAP進行搜網(wǎng)的實際任務的持續(xù)過程。此過程包含兩個子任務:一是空閑GAP的提供與終止;二是常規(guī)的搜網(wǎng)任務［4］。

空閑GAP是由MAC在本DRX常規(guī)任務完成后通過空閑幀的請求消息原語提供給物理層的，但物理層在空閑GAP結束后通過空閑幀結束指示給MAC，并且MAC在提供GAP給物理層的同時，還需要通過MAC的狀態(tài)指示信息原語通知RRC進入搜網(wǎng)狀態(tài)，當GAP結束時，MAC會收到物理層空閑幀結束指示，此時MAC又會通過MAC的狀態(tài)指示信息通知RRC回到IDL狀態(tài)。在搜網(wǎng)過程中，開始空閑狀態(tài)下的任務時，也應從完成常規(guī)任務后調整到物理層上報空閑幀結束指示后，這樣做的目的就是為了控制物理層在GAP完成后動態(tài)加載到空閑狀態(tài)。這樣，MAC通過動態(tài)加載物理層和原語通知RRC實現(xiàn)了RRC/MAC/L1三者狀態(tài)的統(tǒng)一翻轉。

具體搜網(wǎng)過程中的原語交互和狀態(tài)跳轉圖如圖1所示。

圖1 搜網(wǎng)過程的原語交互及狀態(tài)轉移圖

2.3 搜網(wǎng)終止流程設計

搜網(wǎng)終止可分為正常終止和異常終止兩種。正常終止是所有搜網(wǎng)任務完成后由RRC主動發(fā)起的，此時MAC可以處于SNW(搜網(wǎng)狀態(tài))或IDL狀態(tài)。異常終止是指當前搜網(wǎng)任務被其他任務打斷而終止。由于GAP搜網(wǎng)的優(yōu)先級較低，不提供掛起后的恢復機制，只要當前任務被打斷后，下次搜網(wǎng)就必須重新開始。異常終止流程有以下5種情形:

1)高層發(fā)起搜網(wǎng)終止命令(用戶取消搜網(wǎng)任務);

2)收到屬于自己的尋呼消息(系統(tǒng)消息改變/發(fā)起接入請求);

3)RRC發(fā)起小區(qū)重選(TD模內重選/模間重選);

4)高層發(fā)起接入請求;

5)收到高層的去激活命令(關機/模式轉換)。

2.3.1 搜網(wǎng)正常終止流程

正常搜網(wǎng)終止［3］是直接由RRC在搜網(wǎng)狀態(tài)時發(fā)起的去激活過程。一般情況下，MAC會在SNW狀態(tài)收到去激活請求;臨界狀態(tài)下，MAC會在IDL下收到去激活請求。臨界狀態(tài)的場景為:上報系統(tǒng)消息回復讀取主公共控制信息證實和空閑幀結束指示的位置幾乎重合，且兩條原語都由物理層在短時間內連續(xù)上報。MAC在收到讀取主公共控制信息證實后上報RRC，當RRC判斷搜網(wǎng)信息已收完畢時會下發(fā)去激活請求，但MAC的優(yōu)先級較高，會先處理空閑幀結束指示回到IDL狀態(tài)后，再去處理去激活請求。

在SNW收到去激活請求后，MAC直接下發(fā)終止搜網(wǎng)原語到物理層，終止其搜網(wǎng)過程，并在收到物理層的去激活命令后下發(fā)空閑狀態(tài)下的任務請求原語，讓物理層動態(tài)加載到IDL狀態(tài);若在IDL狀態(tài)下收到去激活命令時，MAC不用再下發(fā)去激活請求到物理層，因為物理層已經(jīng)能夠動態(tài)加載到IDL，且下次搜網(wǎng)開始時，MAC會通過空閑幀下的信息請求原語告知物理層新的搜網(wǎng)命令。

RRC在正常終止搜網(wǎng)后會自行回到IDL狀態(tài)。

2.3.2 搜網(wǎng)異常終止流程

上述已經(jīng)說明了搜網(wǎng)異常終止的流程有5種，這里只選取其中第2種情形來闡述，后續(xù)測試例的編寫也基于此種場景來展開。

UE在收到屬于自己的尋呼時，RRC和MAC均處于IDL狀態(tài)。尋呼有兩種:系統(tǒng)消息改變的尋呼和要求接入的尋呼。由于接入尋呼需通過高層判斷是否應發(fā)起接入，不能接入時還可以繼續(xù)搜網(wǎng)，所以當收到尋呼后MAC不進行判斷，同其他IDL常規(guī)任務完成后一樣，直接下發(fā)空閑幀下的信息請求原語到物理層通知搜網(wǎng)。若后續(xù)上層沒發(fā)起其他任務，則繼續(xù)正常的搜網(wǎng)過程;若后續(xù)發(fā)起接入或通知讀系統(tǒng)消息，由RRC發(fā)送停止搜網(wǎng)原語來激活搜網(wǎng)再下發(fā)后續(xù)任務請求。此時MAC應在SNW狀態(tài)，收到RRC的去激活請求后通過停止搜網(wǎng)原語來激活物理層，收到后續(xù)任務請求再向物理層下發(fā)隨機接入或系統(tǒng)消息讀取請求。特別需要注意的是系統(tǒng)消息讀取，在發(fā)送讀取主公共控制信息請求原語前還需向物理層下發(fā)空閑狀態(tài)下的任務請求消息原語，因為讀系統(tǒng)消息也是在IDL下進行，需通知物理層下個DRX周期的系統(tǒng)參數(shù)、測量列表等。由于物理層搜網(wǎng)過程會進行同步調整，故發(fā)起接入前需要進行預同步操作，這樣就使得MAC的處理流程簡化統(tǒng)一，與主動發(fā)起接入時保持一致。該異常終止搜網(wǎng)的流程圖大致如圖2所示。

3 驗證測試

TTCN(Tree and Tabular Combined Notation)是一種標準化自動測試系統(tǒng)描述語言［3－4］，在通信業(yè)界的協(xié)議測試中得到廣泛應用。它采用的是數(shù)表結合的方式，具有明確的語法與定義，是一種切實可行且高效的測試語言。

圖2 收到屬于自己尋呼時的異常終止搜網(wǎng)

本文設計的是一種利用DRX空閑幀的手動搜網(wǎng)行為，為了驗證該行為設計的合理與正確性，這里采用的正是基于這種TTCN語言的模擬測試方法來對該流程設計加以驗證。該驗證過程包括兩個部分:一是基于設計的測試流程，編寫測試例;二是分析測試結果是否與預期的結果保持一致。

GAP搜網(wǎng)正常終止的情況就是當在一個DRX內，搜索PLMN結束后RRC/MAC/L1自行回到IDL的情況，這種情況相對較簡單，這里就不再對此情況進行測試驗證。異常終止搜網(wǎng)是指當在搜網(wǎng)或準備搜網(wǎng)的過程中，遇到其他高優(yōu)先級的進程時，直接導致搜網(wǎng)終止的情形，由于異常終止的情形很多，這里只選取了當收到屬于自己的尋呼時導致搜網(wǎng)終止的情況來進行測試驗證。由TTCN編寫的測試例如圖3所示。

由圖3可以看到，當高層要求進行手動搜網(wǎng)時，首先MAC使用原語L1_GAP_INFO_REQ申請GAP資源，當?shù)玫轿锢韺拥腁CK以后，就會進行手動搜網(wǎng)流程，但由于預留了監(jiān)聽PICH等信道的資源，所以當監(jiān)聽到MAC層下發(fā)的原語L1_IDL_TASK_REQ中有屬于自己的PAGING TYPE 1(尋呼)時，就會結束GAP，優(yōu)先響應自己的尋呼消息，待尋呼接收完畢之后，MAC層會再次向L1申請GAP資源，繼續(xù)后續(xù)的搜網(wǎng)流程。

圖3 收到屬于自己尋呼的測試例(截圖)

測試運行的MSC截圖如圖4所示。

圖4 收到屬于自己尋呼的MSC圖(截圖)

由圖3和圖4所示，在一個DRX內，已經(jīng)分配GAP準備搜網(wǎng)時，UE在接收到通知系統(tǒng)消息改變的尋呼時，RRC會通過去激活原語來去激活相應的子層，終止搜網(wǎng)，響應空閑狀態(tài)下的其他操作。

4 結束語

本文介紹了TD－SCDMA系統(tǒng)中利用一個DRX周期內GAP空閑幀進行手動搜網(wǎng)的過程。本文在基于TDSCDMA搜網(wǎng)的協(xié)議標準上，更深一層次擴展了搜網(wǎng)的場景，使UE能夠在搜網(wǎng)的過程中不丟失尋呼，并在流程的設計過程中，充分考慮正常終止搜網(wǎng)和異常終止搜網(wǎng)的情況。最后，選取了某一特定的場景利用TTCN進行仿真［5］、測試、運行，發(fā)現(xiàn)與預期的結果保持了很好的一致性和正確性。

［1］3GPP TS 25.304，User equipment(UE)procedures in idle mode(TDD):release 9［S］.2009.

［2］3GPP TS 25.221，Physical channels and mapping of transport channels onto physical channels(TDD):release 9［S］.2002.

［3］李小文，李貴勇，彭大芹，等.TD－SCDMA第三代移動通信系統(tǒng)、信令與實現(xiàn)［M］.北京:人民郵電出版社，2003.

［4］何蘭，周中立.TD－SCDMA系統(tǒng)終端的小區(qū)初搜過程研究［J］.電信快報，2006(7):39－41.

［5］姚明菊，李小文.幾種基于TTCN的TD－SCDMA終端協(xié)議測試方法介紹［J］. 通信世界，2007(13):40－41.