1  引言

迄今為止，蜂窩式無線網絡通常是在同一個技術組內實現更進一步的發展。例如，第3代合作伙伴計劃(3GPP)的技術，通常是根據第3代合作伙伴計劃2 (3GPP2)的cdma2000標準（cdmaOne，1xRTT 和 EV­-DO）通過GSM，UMTS，HSPA和LTE來實現的。

但是，多家網絡運營商最近決定將其現有的EV­-DO網絡（稱為高速率分組數據網絡）升級到 LTE。這通常牽涉到繼續使用EV­-DO網絡。畢竟該網絡已大大優化，并擁有廣泛的用戶基礎。因此，對EV-DO 網絡的現有投入仍將是一個因素。與此同時，LTE網絡會首先用于擴展現有的數據服務。

如果在組合網絡中，各處主要采用的是EV-­DO網絡，而LTE網絡（演進分組系統）最初是作為人口高度密集區域中的孤島式解決方案而建立的。為了提供令人滿意的服務，需要有一個流暢的切換 (HO)，尤其是從LTE到EV-­DO。為此，特別定義了兩種體系結構：

●非優化切換：相對來說，這種切換更加輕松、快速，但中斷時間較長。

●優化切換：這種切換能夠實現無縫切換，人們感覺不到切換對最終應用有任何影響。從LTE到EV­-DO，中斷時間不會超過300ms。

尤其引人關注的是只有一個發射裝置和一個接收裝置(Tx/Rx) 的用戶設備(UE)。此類UE可縮減預算，并具有更長的可充電電池壽命。對于具有兩個Tx/Rx裝置的UE，切換可能相當簡單，只需幾個步驟即可。

2  優化切換的體系結構

雖然從一開始就計劃通過多種網絡技術將EPS用于切換，但需要對HRPD網絡進行一些改變（見圖1）。得出的網絡結構稱為增強型HRPD (eHRPD)。該網絡作為可信任的非3GPP入口，與EPS耦合在一起，并能夠在這兩種網絡之間實現無縫切換。

圖1  組合EPS-eHRPD網絡的體系結構

eHRPD的核心部分是通過HRPD服務網關(HSGW)交換分組數據服務節點(PDSN)。此節點會終止與 UE的連接，并在接入網絡與主干網絡之間路由數據包。與HRPD相反，數據不會直接連接到主干網絡（通過歸屬代理 [Home Agent]），而是通過EPS的PDN-GW路由。S103接口能夠確保在兩種技術之間切換時不會出現數據丟失的情況。

實現兩種技術之間無縫切換的一個重要方面就是S101接口。通過該接口，UE能夠在建立LTE連接的同時與增強型接入節點(eAN)交換信令消息。eNB和移動性管理實體(MME)在UE與eAN之間透明地路由數據。這種虛擬連接可用于執行射頻電平轉換前的切換準備工作中往往比較耗時的部分，而且中斷時間也會相當短暫。

3  從LTE到EV­-DO的切換

此類切換需要用到EV-­DO網絡的必要參數。這些參數在系統信息塊類型8 (SIB8)中作為系統信息進行傳送，但也可以通過專用連接傳送到UE。在這里，涉及了兩種網絡定時與同步的相關信息，以便盡可能高效地做出所需的測量，并加快交換的進程。

（1）主動切換

網絡可以控制從LTE到EV-DO的主動切換。為實現此功能，eNB會促使UE 對預定義的信道和基站執行測量。與LTE內部切換不同，內部切換不對檢測到的基站執行測量。

切換劃分為預先注冊、進行切換準備工作、執行切換3個階段。

預先注冊從實際切換處遠程發生，并完全通過虛擬S101連接進行處理。UE會登錄基站和eHRPD網絡，并驗證自己的身份。HSGW會通過現有的PDN連接及其PCRF規則接收所有的相關信息。最終，eHRPD網絡內的資源都得以保留。

此過程可能需要數秒鐘。因此，預先注冊與實際切換之間的這種分離對于無縫切換是必不可少的。而這也提高了成功的概率，因為在實際切換點的外部檢測到了誤差源。不論網絡是否提供優化切換，如果提供，當必須更新相應的預先注冊時，會通過前文提到的SIB8報告給UE。

當收到UE的測量結果后，最終是由eNB來做出切換決定（見圖2）。在切換準備階段，首先會通過S101通道打開EV­-DO連接。此連接會在上行和下行物理通道中儲備資源。HSGW通過分組數據網關 (P-GW)準備數據傳輸，并建立S103通道。最后，向UE報告已成功打開連接。現在，UE會將其接收器切換到EV-­DO載波。這樣，切換準備工作就完成了。仍然抵達eNB的數據或未發送出去的數據，現在會發送回服務網關(S-GW)，并通過S103轉發給HSGW。這也有助于確保是無損耗數據流。

圖2  從LTE到EV-­DO的主動切換流程圖

在UE成功接入eHRPD之后，切換作為最后一個階段正式啟動。UE首先會確認連接的建立。接下來，P-GW會釋放與HSGW的連接，并更新IP連接。在這個階段，UE的IP地址也會分配給 HSGW。這時就可以釋放EPS中仍然可用的資源。此時，切換完成。

（2）小區重新選擇

如果UE沒有處于活動狀態的連接，則會發生小區重新選擇，而不是進行主動切換。從E-UTRAN小區到EV-­DO小區的小區重新選擇是按照優先級進行的。鑒于此，網絡運營商會給每個HRPD頻帶種類分配一個優先級，這一優先級會與E-UTRAN服務小區(SC)的優先級相比較。如果HRPD小區具有較高的優先級，其Ec/I0比超過特定的閾值，則UE會對此小區執行小區重新選擇，而不管該SC的連接質量如何。但是，僅當與SC的連接質量處于不可接受的程度時，小區重新選擇才會選擇具有較低優先級的HRPD小區。

在RAT內部進行小區重新選擇時，網絡總是信息通暢的，這樣傳入的尋呼信息才能得到處理。另外，通過HSGW將網絡設置成修改后的數據路徑。

（3）非優化切換

上文所述的優化切換能夠在系統之間實現無縫切換，同時為用戶帶來最佳感受。但是，要進行優化切換，網絡和UE都需要進行大范圍的變化。非優化切換提供了另一種簡單的方法，從而更加經濟。其網絡體系結構與圖1中的網絡體系結構相似，但沒有S101和S103接口。因此，可以不用通過活動LTE連接進行預先注冊。但在切換期間執行所需的步驟，會造成數據服務中斷相當長一段時間。

此類中斷持續的時間取決于先前的eHRPD連接。例如，可以忽略身份驗證，并且可以從其他子網傳送上下文信息及進一步的會話信息。不過，只能使用具有兩個Tx裝置和兩個Rx裝置的UE來進行無縫切換。

4  從EV­-DO到LTE的切換

對于這個方向的切換，只能完全依靠非優化小區重新選擇。預先注冊主要涉及附加程序，在此程序中，UE 鑒別并驗證自己的身份。隨后對網絡進行適當的配置，并建立無線承載，隨后更新跟蹤區。現在，通過網絡大概能知道UE的位置。當P-GW產生觸發時，HSGW會釋放其與EPS的連接，并啟動定時器。只要定時器還沒有到時間，預先注冊和與UE的會話就會一直保持。

5  對移動 UE 的影響

即使在網絡中廣泛定義了新的切換功能，也必須在UE中進行一些變化。例如，對于虛擬S101連接，需要使用新的EV-­DO協議。不僅需要檢查其功能，還要檢查其與現有協議棧的嵌入方式。另外，與HRPD相比，eHRPD中的身份驗證和連接設置業已經過修改。

要檢查這些新功能，需要進行新的協議測試。R&S?CMW500寬帶無線通信測試儀（見圖3）含有一個LTE信令裝置和一個EV-DO信令裝置。該儀器支持優化切換測試和非優化切換測試。這意味著，來自3GPP和3GPP2的測試用例均可以執行。通過使用一個附加中值電平應用程序編程接口(MLAPI)，還可以創立更多的測試應用程序。

圖3  用于進行切換協議測試和LTE系統協議測試的R&S?CMW500寬帶無線通信測試儀

6  結束語

移動無線網絡的會聚正經歷著一股高潮，那就是組合分別來自3GPP和3GPP2的兩個根本不同的網絡。這種類型的組合網絡讓運營商和終端用戶能夠從兩種網絡技術的優勢中受益。