SRLTE终端关键技术的创新分析

　1   引言
　　CDMA+LTE多模终端的语音解决方案，在SRLTE终端之前，主要有SVLTE和1xCSFB这2种类型。
　　SVLTE终端是一种轻耦合CDMA+LTE方案，主要商用于北美、中国等市场。其特征是CDMA与LTE模块逻辑上相对独立，分别负责与CDMA和LTE网络通信的过程。此方案下网络和终端的实现都较为简单，终端侧可通过简单拼合CDMA和LTE模块实现，而且在业务上CDMA语音和LTE数据业务可以并发，不足之处在于此方案本质是2个模块的拼接，在功耗、体积和成本方面都不占优势。此外方案对CDMA和LTE网络没有特别要求，两网可以独立，改造需求几乎为零。SVLTE终端结构示意图如图1所示：
　　图1    SVLTE终端结构示意图
　　1xCSFB是3GPP和3GPP2标准所定义的一种网络和终端都深度耦合的方案，主要商用于北美和日本市场，其特征是通过在CDMA和LTE网络间增加转接网元，实现在LTE网络下下发1x系统的寻呼等消息，以便终端双网注册后，大部分时间只在LTE网下待机，如有业务再跳转至1x网络展开业务。此方案终端需要对CDMA和LTE进行深度耦合，物理上只需一路射频分时实现两网的通信业务，所以相对于SVLTE，此方案终端节省了硬件，在功耗、体积和成本上有一定优势。但是此方案下LTE回退到1x的语音体验并不优秀，而且给网络带来了新网元的建设以及相应调整的工作，网络改造需求巨大。1xCSFB/SRLTE终端结构示意图如图2所示：
　　图2    1xCSFB/SRLTE终端结构示意图
　　由上分析可知，SVLTE和1xCSFB终端方案都不完美，业界一直在探寻一种技术和成本、网络和终端都能兼顾的方案，SRLTE应运而生。SRLTE是一种CDMA+LTE网络简单调整、终端深度耦合的方案，SR是Single Radio的简写，即单射频LTE解决方案，业界也有称之为LTE和1x混合模式（LTE&1x Hybrid mode），目前SRLTE已有商用产品应用于北美市场。其特征在于终端通过时分方式实现在CDMA和LTE网络的待机，虽然终端在业务并发能力、LTE数据性能方面存在一定影响，但终端节省了硬件、成本、功耗和体积，可以与1xCSFB终端共用硬件平台，而且网络侧只需对若干参数和功能进行配置，没有网元的增减要求，改造需求少。
　　2   终端工作原理
　　2.1  注册和待机
　　（1）终端开机时模式的自动选择
　　目前SRLTE终端本质上是一种双待单通终端。因此SRLTE终端开机时，需要分别在CDMA和LTE网络正常注册，终端进入SRLTE模式的具体过程如下：
　1）终端开机，各制式循环搜索，直到搜到一个网络确认当前位置;
　　2）终端根据用户卡及终端里的选网配置，确认当前位置可以使用LTE和CDMA网络;
　　3）终端搜索到LTE网络，可以通过查看LTE网络下SIB8消息中的csfb-SupportForDualRxUEs和csfb-RegistrationParam1xRTT字段来决定工作模式：若csfb-RegistrationParam1xRTT=Ture，则终端工作于1xCSFB模式，若csfb-RegistrationParam1xRTT=False且csfb-SupportForDualRxUEs=Ture，则终端工作于SRLTE模式;
　　4）终端确定工作于SRLTE模式后，在LTE和CDMA网络上分别完成系统注册和位置更新等操作，进入双网络待机阶段。
　　（2）终端待机时的两网切换
　　终端系统待机通常要完成2大任务：第一是向网络发送基于位置/时间等条件的更新消息;第二是周期性地监听和回应网络下发的寻呼消息。
　　前文已述，SRLTE终端通常配备单个发射信机Tx和2个接收信机Rx，目前阶段，业界技术水平仍未实现1个Tx对双系统信息的发送，也没有实现2个Rx同一时刻分别调度到不同系统，所以双系统的待机是通过时隙切换的方式完成的。双系统时隙切换监听寻呼如图3所示：
　　图3    双系统时隙切换监听寻呼
　　由于待机时需要发送信息的事件不多，且没有严格的时刻要求，所以终端发射时隙冲突的可能性较低，而且终端本身也可进行适当规避，在此不做过多讨论。
　　但是对于寻呼监听事件，CDMA和LTE系统的时隙是可能存在冲突的，寻呼点冲突是一个必须要考虑的问题。比如CDMA的寻呼周期网络设置为2.56s（SCI=1），LTE的寻呼周期网络设置也为2.56s，虽然终端的特定寻呼点还需要用IMSI和HASH算法计算，但不管如何，都存在寻呼点冲突的可能性，而且如果发生了这种冲突，由于周期一样，就会一直循环发生。
　　当前考虑到CDMA的寻呼代表语音呼叫，比LTE寻呼中的数据业务（非VoLTE业务）优先级高，所以终端给CDMA寻呼设计了一个“熔断优先”机制，在寻呼周期冲突时，保证了大部分时间CDMA寻呼的优先。熔断优先机制如图4所示：
　　图4    熔断优先机制
　　2.2  语音业务
　　如果终端监听到CDMA寻呼有语音呼入，则终端将进入语音业务状态。SRLTE终端由于只能单通，进入语音业务之后，对LTE网络将是一个离线状态，为了使LTE网络及时了解终端的状态，规避一些网络指标的恶化，以及保证语音电话过后终端能够及时接续LTE网络，终端和网络共同引进了一种对LTE系统挂起的操作——ESR。
　　ESR是3GPP TS23.272附录B.3定义的DualRxCSFB过程，具体流程如图5所示。
　　SRLTE终端在具体实现时：
　　（1）ESR流程只在1x语音时使用，在1x短信、1x信令时不用给LTE发送ESR;
　　（2）若终端在LTE连接态直接发起ESR，终端在LTE空闲态，则终端选进入LTE连接态再发起ESR流程;
　　（3）终端发起ESR流程之后，应启动定时器等待ESR的回应消息，如果在定时器时间内网络没有回应，终端也应离开LTE网络，去1x网络发起语音呼叫;
　　（4）终端语音呼叫结束后，应回到LTE网络，接续LTE连接。
　　2.3  数据业务
　　SRLTE终端在LTE数据业务时最大的特征是要保持周期性对1x系统寻呼的监听。具体实现方式是当1x寻呼时隙到来，终端应把Rx调度到1x系统进行寻呼监听，当寻呼监听结束再返回LTE网络继续进行LTE数据业务。
　　以上寻呼监听过程会对LTE的数据性能产生一定影响，影响因素主要有以下3点：
　　（1）终端对2个Rx的调度属于同步调度，每当1x寻呼时隙到来，2个Rx都将调度到1x系统，暂不支持1个Rx监听1x寻呼，另一个Rx留在LTE继续业务;
　　（2）每次1x寻呼的持续时长直接影响着LTE数据性能，如果1x网络开启了快速寻呼（QPCH）功能，理论上只需要20毫秒则可完成一次寻呼（不考虑切换时长），如果1x网络未开启QPCH只有PCH，则理论上需要80毫秒才可完成一次寻 呼监听;
　　（3）LTE系统对于终端短时间（40～100毫秒左右）离开网络的数据调度方式直接影响着数据性能，比如在离开期间，终端速率可能会被快速调低，待返回时需要一定时间恢复到正常速率，终端速率被调低的原因一方面是由于短时间内误码率上升，另一方面也可能是由于1x监听时隙时不能及时上报CQI数值所引起的网络调度调整。
　　ESR返回流程如图6所示。
　　3   对网络的关键要求
　　3.1  QPCH功能
　　QPCH（Quick Paging Channel，快速寻呼信道）是CDMA网络寻呼信道的一种，与PCH（Paging Channel，寻呼信道）相比，每个寻呼周期让终端接收信息的时间可以更短（时长比为20毫秒vs80毫秒），因此有助于提高SRLTE终端的LTE数据性能，并提高所有在CDMA网内终端的待机时间。此功能需要对1x网络中的BSC网元进行QPCH功能调整。
　　3.2  ESR功能
　　如上文所述，SRLTE终端采用单射频硬件方案，终端在LTE激活或者空闲态下会周期性地离开LTE系统，去1x系统监听寻呼，当终端收到1x语音寻呼后，会进行语音呼叫。3GPP TS23.272规定当收到1x系统语音寻呼后、发送1x语音寻呼消息前，终端应返LTE系统，通知LTE系统暂停、临时挂起正在进行的数据传输。这样好处是：1）可以避免终端在1x语音通话期间浪费不必要的LTE系统资源;2）可以使终端在结束1x语音通话后恢复之前被临时挂起的LTE数据业务。
　　由于终端是通过发送Extended Service Request消息来通知、触发LTE系统暂停和挂起数据传输整个流程的，因此称该过程为ESR过程。根据规范规定，支持ESR过程的LTE各网元应满足以下要求。
　　（1）eNB
　　对SystemInformationBlockType8消息要求：该消息应该包括参数csfb-SupportForDualRxUEs，并且不应包含参数csfb-RegistrationParam1xRTT。
　　当收到来自携带MME的，并携带CS Fallback Indicator指示的Context modification Request消息后，应释放该用户资源，并通知MME释放结果。
　　（2）MME
　　当收到单射频终端发送的Extended Service Request消息后，应向Node B发送Context modification Request消息，该消息中携带CS Fallback Indicator指示。
　　当收到Node B发送的成功地将CSFB终端资源释放的消息后，应发送S1 Suspend Notification消息给S-GW和P-GW。同时应将该用户的上下文状态设置为“临时挂起”。
　　（3）SGW/PGW
　　当收到来自MME的A1 Suspend Notification消息后，应发送Suspend Acknowledge确认消息，同时将该用户标记为“临时挂起”。当有后续发给该用户的下行数据到达S-GW/PDN GW的时候，S-GW/P-GW会缓存该用户数据，而不会继续下发。
　　3.3  C-DRX功能
　　对于UE而言，基于包的数据流通常是突发性的，在没有数据传输的时候，可以通过关闭UE的接收电路来降低功耗，从而提升电池使用时间。这就是DRX（Discontinuous Reception，不连续接收）的由来。C-DRX的基本机制是为处于RRC_CONNECTED态的UE配置一个DRX cycle。DRX cycle由“On Duration”和“Opportunity for DRX”组成：在“On Duration”的时间内，UE监听并接收PDCCH（激活期）;在“Opportunity for DRX”时间内，UE不接收下行信道的数据以节省功耗（休眠期）。
　　表1主要介绍了与C-DRX相关各种网络配置的建议参考值：
　　表1    C-DRX相关配置
　　配置参数 建议参考值
　　onDurationTimer ≤10ms
　　drx-InactivityTimer ≤100ms
　　drx-RetransmissionTimer ≤8ms
　　longDRX-Cycle 320ms
　　shortDRX-Cycle ≤80ms
　　drxShortCycleTimer ≤2ms
　　4   结束语
　　SRLTE作为一种区别于SVLTE和1xCSFB的LTE终端语音解决方案，通过一定的性能代价，获得了终端成本、功耗、硬件和体积、网络改造量等多方面的优势，是CDMA+LTE多模终端的重要实现形式之一。
　　目前终端规范、研发、测试都已就绪，随着SRLTE终端的上市，可以对其在实网下的功能性能影响进行进一步的研究。
　　参考文献：
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