CDMA/LTE数据互操作的空中接口技术分析

前言

由于技术产业链和业务发展的诸多因素，目前全球主要移动运营商先后提出了向LTE长期演进的发展方向，尤其是原CDMA阵营的主要运营商也都放弃CDMA技术的长期演进路线，选择了LTE。高通公司也宣布放弃UMB技术，而转向LTE。

目前，全球CDMA网络运营商都在积极研究CDMA网络演进到LTE的方案与策略，各种演进方案都还在研究与讨论中，3GPP/3GPP2等标准化机构也已经开始了相应技术标准的研究与讨论。目前，在国际标准中讨论的热点是CDMA/LTE语音互操作方案和CDMA/LTE数据互操作方案，其中数据互操作主要有优化切换和非优化切换两种方案。

现有的CDMA/LTE数据互操作方案主要基于3GPP TS23.402提出的网络架构，需要将CDMA HRPD无线网络升级为eHRPD网络，并将eHRPD网络接入到EPC核心网。

3GPP和3GPP2对E-UTRAN和eHRPD的切换机制都有相应的规范定义。3GPP定义的切换总体方案是在规范TS23.402中，规范中定义了E-UTRAN和eHRPD的双向切换，包括E-UTRAN到eHRPD的激活态切换和空闲态切换，以及eHRPD到E-UTRAN的激活态切换和空闲态切换。

3GPP2的规范主要也是基于3GPP所定义的互操作架构，对于CDMA网络中需要修改的内容主要在C.S0087、A.S0022和X.S0057中。其中C.S0087主要定义了eHRPD与E-UTRAN互操作中空中接口部分的内容，A.S0022主要定义了eHRPD与E-UTRAN互操作中A接口部分的内容，X.S0057主要定义了eHRPD与E-UTRAN互操作中核心网部分的内容。本文主要讨论C.S0087中空中接口技术方案。


优化切换

优化切换流程

为了实现CDMA/LTE之间优化切换方案，在HRPD空口协议连接层内增加一个新协议层SAP（Signaling Adaptation Protocol信令适配层）。当eAT/UE处于隧道模式时，eAT/UE侧eHRPD信令通过SAP路由至LTE-eHRPD隧道，具体协议栈结构如下图所示。

图1 CDMA/ LTE优化切换空口协议栈结构

从上图可以看出，如果eAT/UE驻留在eHRPD网络中，则空口协议仍然按照原有的空口协议来处理，即为上图红线框里的协议栈。如果eAT/UE驻留在LTE网络中，需要切换到eHRPD网络时，需要提前通过E-UTRAN空口协商eHRPD连接参数与会话参数，这时eAT/UE就需要通过E-UTRAN空口将信令传送到eNB，再到MME，从MME通过S101接口接到eHRPD网络，进行参数协商，这个工作模式称为隧道模式。具体的切换流程主要有3个步骤，如下图所示：

图2 CDMA/ LTE优化切换主要过程

CDMA/LTE优化切换的主要过程：

预注册过程

预注册过程就是终端在E-UTRAN区域内将eHRPD注册过程（UATI申请，会话配置协商等）通过LTE-eHRPD之间的隧道提前完成，这样就缩短了LTE-eHRPD的切换时间，满足实时业务的切换时延要求。预注册在空中接口中的主要过程有：

◆ eAT/UE移动到E-UTRAN预注册区域（PreRegistration Zone）时，OMP公共参数PreregistrationAllowed = 1，发起预注册过程；
◆ eAT/UE建立到eHRPD网络的隧道，eAT/UE通过信令隧道与eHRPD网络进行UATI的分配，协议参数的配置协商，建立会话。

上述预注册过程中，需要说明的是，OMP是eHRPD的广播信息，eAT/UE要去侦听的前提是终端已经被LTE网络决定做eHRPD网络的预注册，这样终端才会去侦听OMP消息，当然OMP消息是通过隧道S101接口传递到LTE网络，并通过E-UTRAN空口下发给eAT/UE。

eAT/UE通过E-UTRAN空口消息可以获得的eHRPD网络参数主要有：eHRPD网络系统时间，搜索窗，邻区频段、PN等。3GPP定义了预注册区域，当eAT/UE在不同的预注册区之间移动时，需要重新分配UATI。
切换准备过程

切换准备过程的信令流程如下图所示：

图3 CDMA/ LTE优化切换准备过程

◆ eAT/UE中的E-UTRAN协议根据LTE空口下发的测量门限决定是否发起或停止eHRPD测量；
◆ eHRPD空口协议设置HRPDMeasEnabled参数，并根据该参数值判断是否进行eHRPD导频测量；
◆ E-UTRAN协议根据测量结果决定是否进行切换。

切换执行过程

对于CDMA/LTE切换主要涉及到两种状态的切换，一种是激活态的切换（Active Handoff），一种是空闲态的切换（Idle Handoff）。

激活态切换

当eAT/UE在LTE网络中处于业务连接状态下，并且E-UTRAN决定让eAT/UE切换到eHRPD网络时，eAT/UE经过切换准备过程之后，将进行激活态切换，具体切换操作主要包括：

a) eAT/UE通过隧道发送连接请求（Connection Request）给eHRPD网络，并附带路由更新消息（RUM）；
b) eHRPD通过隧道发送业务信道分配消息（TCA）给eAT/UE，并提供初始功率基准（HRPDOpenLoopParams消息）和反向信道静默时间参数（HRPDSilencePeriodParams消息）给eAT/UE；
c) eAT/UE使用eHRPD提供的功率基准计算初始的反向信道功率；
d) eAT/UE按照计算的反向信道功率进行切换操作；
e) eAT/UE成功切换到eHRPD网络之后，继续在eHRPD网络中保持激活态。
f) 空闲态切换

当eAT/UE在LTE网络中处于空闲态下，并且E-UTRAN决定让eAT/UE切换到eHRPD网络时，eAT/UE经过切换准备过程之后，将进行空闲态切换。空闲态切换较为简单，eAT/UE主要在切换准备的基础上进行网络重选，eAT/UE将由LTE网络中的Idle态转为eHRPD网络的Dormant态。但是，空闲态切换在切换完成后，eAT/UE需要通过eHRPD空口发送指示通知eHRPD网络发生了Idle Handoff。

SAP协议

为了支持CDMA/LTE数据优化切换的互操作功能，在eHRPD网络空口协议中新增了一个很重要的协议SAP协议。终端在LTE网络下若使用优化的数据切换功能，将启用Inter-RAT SAP协议。

如图1所示，当eAT/UE工作于LTE模式下时，eAT/UE以及eHRPD中的Inter-RAT SAP协议共同提供了承载于LTE网络之上的双向虚拟连接。虚拟连接对于上层连接是透明的。当虚拟连接建立之后，处于Open状态的Inter-RAT SAP协议将eHRPD的信令和RLP包封装起来，添加自己的头部，用作路由标识，进而通过LTE隧道来传递。利用该虚拟连接，上层协议不需要通过eHRPD网络的空口连接就可以实现通信。当eAT/UE切换到eHRPD工作模式时，Inter-RAT SAP协议处于Close状态，不会向数据包添加任何头部，所有传输的数据包都被直接转发到安全层。