I.? 信元" title="信元">信元轉移介紹
信元轉移是所有蜂窩網絡的關鍵要求。電池供電的移動設備" title="移動設備">移動設備的信號傳輸范圍非常有限。因此為獲得良好的覆蓋范圍，移動設備必須能夠像在網絡中漫游一樣，從一個信元移動到另一個信元。使用小信元和重復使用同一頻率還可以給網絡帶來好處：前者可以降低功率，后者可以提高頻譜效率。?
隨著網絡及其相應業務的發展，切換的復雜性呈現出指數性增長。這被視為是一種必須要承受的負擔，原因如下：?
- 網絡運營商正在提供更廣泛的業務（話音、視頻和數據），每種業務都有不同的切換需求。?
- 3G網絡的實際部署提出了在3G與2G" title="2G">2G之間切換的需求，以便使3G用戶能夠繼續使用業務。?
本文描述了切換的復雜程度并提出了一個測試策略建議，用于驗證移動臺（MS）或用戶設備（UE）的設計。?
II. 測試信元轉移的方法
測試信元轉移是移動臺一致性測試過程中的關鍵步驟，對每種不同技術有各自的射頻和信令要求。這些測試是UE驗證過程中必須執行的步驟。支持多蜂窩技術（3G到2G切換）和業務的需要意味著測試范圍非常廣泛。僅在信令一致性方面，3GPP 34.123規范中的移動管理和數據包切換移動管理部分就定義了將近150個信元轉移測試。要完成該測試，需要對6個獨立的基站仿真器進行復雜的設置。該測試需要花費大量時間和費用，而且設計人員逐漸發現僅進行該測試是不夠的。雖然一致性測試是對所有切換機制進行測試，但它不能與運行實際應用的應用服務器配合執行測試。在測試真實網絡中的UE時，這個缺點可能導致性能問題。
為克服這種局限性，設計人員選擇在仿真真實網絡的基礎上進行額外的驗證測試。圖1顯示了該測試的配置示意圖。?
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CONTROL PC 控制PC?
APPLICATION SERVERS? 應用服務器?
USB or SERIAL USB或串行?
Video? 視頻?
圖 2 切換驗證測試示意圖?
這里，測試的重點是使用一體化測試儀（OBT）作為基站仿真器來進行功能性能測試。OBT需要仿真基站的總體功能，但無需提供運行信令一致性腳本的協議腳本接口。這就簡化了測試，使測試更容易進行并顯著降低了測試成本。雙OBT結構可用于測試各種應用服務器的多種不同的切換類型。此方法可用于各種方案的自動測試、調試已知問題或故障區域，或在有限時間框架內進行隨機測試。顯然，此方法不能替代嚴格的一致性測試，但可作為一種強大的工具來擴大測試范圍，提供更經濟的測試策略來對新平臺進行驗證和回歸測試。?
III. 2G切換
切換這個術語用于描述在話音或視頻呼叫期間發生的信元轉移。表1顯示了在2G或GERAN（GSM、EDGE無線接入網）網絡中的移動設備所發生的不同切換事件。每一個切換事件都是由網絡啟動。隨著移動設備在網絡中的移動，它不斷發送測量報告對網絡進行更新。如果鏈路質量開始降低，該移動設備將訪問廣播分配（BA）表，獲得鄰近信元的相關信息。隨后，它將進入這些信元并進行相關測量。移動設備能夠完成上述操作的原因在于：2G采用基于時分多址（TDMA）的接入技術，因此移動設備的接收機可以采用“空閑時隙" title="時隙">時隙”來變頻和進行測量。使用測量報告中的信息，網絡隨后可以選擇命令移動設備從現有服務信元向定義的指定目標信元切換。?
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Serving 2G Cell?? 正在服務的2G信元?
Target Cell?? 目標信元?
Intra-cell 信元內?
Inter-cell 信元間?
Inter-RAT? RAT間?
Reason 原因?
Cell Sync? 信元同步?
1 or 2 Box？? 單機或雙機?
Comments?? 注釋?
Interference? 干擾?
Sync?? 同步?
Change of physical channel or timeslot 物理信道或時隙的改變?
One box limited to equal powers and Same BCH? 一臺設備僅限于同等功率和相同BCH的情況?
Mobility?? 移動性?
Sync?? 同步?
Pseudo-sync?? 偽同步?
Un-sync??? 非同步?
Most demanding on Mobile 對移動設備要求最苛刻?
Service??? 業務?
Un-sync??? 非同步?
New in release 5 of 3GPP specs? 3GPP規范第5版中的新規定?
All are hard handovers are network initiated? 所有硬切換都是由網絡啟動的?
None require use of compressed mode and none are blind? 不要求使用壓縮模式" title="壓縮模式">壓縮模式，無盲切換?
表2 2G網絡中的切換類型?
2G切換可以分為三種不同類型：信元內、信元間和RAT間切換。信元內切換是指在指定GSM信元內進行的切換。這種特殊的切換機制較為罕見。信元內切換不需要支持移動性，所以它可能只會在避免不利情況發生時使用，例如出現不必要的干擾。然而這也是不太可能的，因為它將意味著存在一個非法發射機，所以無論如何都很有可能使用跳頻來避免進行信元內切換。可使用一個單一的信元OBT配置來測試此類切換，雖然有一定的局限性。但是，使用雙機結構有可能配置一個更典型的切換，其中每個信元可使用不同的BCH，各個信元的廣播和流量信道功率都不同。?
2G網絡內最常見的切換類型就是信元間切換。它是指移動設備在網絡（與不同基站進行通信）中移動時，從一個頻率/時隙轉移到另一個頻率/時隙的切換。取決于網絡的特性，此類切換可以分為在同步基站（BTS）、偽同步基站或非同步基站之間切換。同步基站共享相同的時間參考，因此其幀結構的定時也精確對齊。對于偽同步網絡，基站不共享相同的時間參考，而是在兩個各自的時鐘之間保持一個時間偏置。非同步基站不共享相同的時間參考。當測試這些切換事件時，非同步切換對移動設備的要求最苛刻。因此，當移動設備必須首先與目標基站進行同步，才能對該信元的信息進行解碼。這就意味著在切換之前，移動設備必須與服務信元和目標信元不斷重新同步。?
最后一種2G切換就是從2G服務信元到3G目標信元的切換。當正在使用2G信元的3G用戶要加入3G信元并享受更廣泛的服務時，需要進行這種切換。為進行這種切換，UE結合使用了2G和3G無線技術。如果相鄰信元信息中包含3G信元的詳細信息，則網絡將建議移動設備在其空閑幀時對該信元進行測量。為此，移動設備必須切換到3G接收機，測量信元，然后將數據反饋給2G網絡。隨后，2G網絡將發出一個命令，指示移動設備從2G網絡轉移到3G信元。2G和3G信元不會進行同步。?
IV. 3G切換
表2顯示了3G網絡中可能發生的切換事件。這些切換全部是由網絡啟動，并分為頻率內、頻率間或RAT間切換。 在WCDMA網絡中，信元間的移動性由正交代碼之間的切換來控制。這些正交代碼由所有在相同頻率上工作（頻率內）的各個信元支持。這樣，每個基站都可以保留自己與移動設備的鏈路，從而使網絡能夠結合兩個信號，在信元邊緣實現分集增益。該機制稱為軟切換分集增益。假如多鏈路是由相同基站（或B節點）的不同扇區組成，則稱為更軟切換。嚴格來說，它不是真實的切換事件，更像是一種改善信號質量的技術。使用Agilent 8960可以仿真使用單機進行頻率內切換的效果。這通過使用單機管理多種擴展代碼來實現。?
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Serving 3G Cell?? 正在服務的3G信元?
Target Cell?? 目標信元?
Intra-freq 頻率內?
Inter-freq 頻率間?
Inter-RAT? RAT間?
Reason 原因?
Soft or Hard? 軟切換或硬切換?
Use s CM?? 使用s CM?
1 or 2 Box？? 單機或雙機?
Comments?? 注釋?
Mobility?? 移動性?
S?? 軟?
N?? 否?
Soft or softer (separate sectors same cell)?? 軟或更軟（相同信元中的不同扇區）?
Coverage, load??? 覆蓋，負載?
H?? 硬?
N?? 否?
Blind handover， long delay. Voice and video? 盲切換，長延遲。話音和視頻?
H?? 硬?
Y?? 是?
Voice and video?? 話音和視頻?
Coverage, load, service? 覆蓋，負載,業務?
H?? 硬?
N?? 否?
Blind handover，3G video call drops back to 2G voice 盲切換，3G視頻呼叫降回到2G話音呼叫?
H?? 硬?
Y?? 是?
3G video call drops back to 2G voice?? 3G視頻呼叫降回到2G話音呼叫?
表4 3G網絡中的切換類型?
除了頻率內切換外，3G切換有時還必須在不同3G網絡之間、在不同頻率上進行。這樣做是為了保持覆蓋范圍或平衡各自網絡中的負載。由于在呼叫期間，3G電話的接收機對服務基站進行持續偵聽，所以頻率間切換更加復雜。因此，需要在不測量目標信元特征的情況下進行切換，或電話需要使用壓縮模式，以便進行必要的測量。當指示電話不收集目標信元的測量報告而進行切換時，這種切換稱為“盲”切換。當使用壓縮模式時，下行鏈路傳輸將暫停，以便使電話能夠收集測量報告。為了支持下行鏈路上的無傳輸時期（見圖2），通過更改展頻因數（和相應的傳輸功率）或在該時期后更改更高層調度，來發送該時期之前和之后的信號。經過以上更改，即可在不丟失大量數據的情況下提供間隔。?
圖4 WCDMA壓縮模式下行鏈路活動?
Transmitted Power???? 發射功率?
Frame 3 Compressed 經過壓縮的第3幀?
Frame 1 第1幀?
Frame 2 第2幀?
Frame 4 第4幀?
Frame 5 第5幀?
15 timeslots active???? 15個時隙活動狀態?
15 timeslots active???? 15個時隙活動狀態?
10 timeslots active???? 10個時隙活動狀態?
15 timeslots active???? 15個時隙活動狀態?
15 timeslots active???? 15個時隙活動狀態?
3G網絡中支持的最后一種切換類型是RAT間切換，即從3G服務信元到2G目標信元的切換。這種切換十分常用，由3G網絡用于為話音和低數據業務提供3G服務熱點和完整的2G覆蓋范圍。對于單一接收機移動設備，切換將采用盲模式或壓縮模式，以使移動設備可以進入和測量相鄰的2G信元。?
V. 2G和3G分組交換數據的信元更改
表3和表4列舉了當電話處于空閑狀態、擁有PDP上下文或正在主動傳輸數據時所引起的不同信元更改（2G和3G）。?
表6 2G分組交換數據的信元更改?
Terminology 術語?
MI = mobile initiated, NI = Network initiated, CM = compressed mode, NCO = Network Control Order??? MI = 移動設備啟動的，NI = 網絡啟動的，CM = 壓縮模式，NCO = 網絡控制順序?
INTER RAT??? RAT間?
INTER CELL? 信元間?
INTRA CELL? 信元內?
Cell Transition? 信元轉移?
Current State?? 當前狀態?
New State? 新狀態?
Box 1? 設備1?
Current cell 當前信元?
Box 2? 設備2?
(same RAT) （相同RAT）?
Box 2? 設備2?
(new RAT) （新RAT）?
Cell Selection?? 信元選擇?
Out of service?? 停止服務?
IDLE? 空閑?
None?? 無?
Idle Mode Cell reselection?? 空閑模式信元重選?
Idle/attached?? 空閑/連接?
Idle 2G/3G 空閑2G/3G?
Packet cell change order (PCCO) 數據包信元更改順序（PCCO）?
Idle/attached?? 空閑/連接?
Idle 2G/3G 空閑2G/3G?
Packet Transfer Mode Cell re-selection 數據包傳輸模式信元重選?
2G active PDP????? 2G活動PDP?? ?
2G active PDP????? 2G活動PDP?? ?
Packet Cell Change Order??? 數據包信元更改順序?
2G active PDP????? 2G活動PDP?? ?
2G active PDP????? 2G活動PDP?? ?
不管采用何種技術，所有停止服務或處于空閑狀態的移動設備都需要具有啟動信元選擇或空閑模式信元重選程序的能力。當移動設備在待機狀態下從一個信元漫游到另一個信元時，這種能力將使它們可以加入網絡，同時保持網絡的可用性。當在網絡中漫游時，移動設備將監測自己所在信元和相鄰信元的信號強度。如果所在信元的信號強度低于某個閾值，或相鄰信元的信號強度明顯更高，移動設備將啟動閑置模式信元重選。然而2G和3G之間的區別在于，在2G中，擁有活動PDP上下文的移動設備還能夠啟動信元重選命令。而在3G中不是這樣，當處于空閑或連接模式時，移動設備只能啟動信元重選命令。在3G中，一旦電話擁有活動PDP上下文，則網絡將通過數據包信元更改順序命令啟動所有信元更改操作。?
表8 3G分組交換數據的信元更改?
Terminology 術語?
MI = mobile initiated, NI = Network initiated, CM = compressed mode? MI = 移動設備啟動的，NI = 網絡啟動的，CM = 壓縮模式?
INTER RAT??? RAT間?
INTER FREQ? 頻率間?
INTRA FREQ? 頻率內?
Cell Transition? 信元轉移?
Current State?? 當前狀態?
New State? 新狀態?
Use CM 使用CM?
Box 1? 設備2?
Current cell 當前信元?
Box 2? 設備2?
(same RAT) （相同RAT）?
Box 2? 設備2?
(new RAT) （新RAT）?
Cell Selection?? 信元選擇?
Out of service?? 停止服務?
IDLE? 空閑?
None?? 無?
Idle Mode Cell reselection?? 空閑模式信元重選?
Idle/attached?? 空閑/連接?
Idle 2G/3G 空閑2G/3G?
Packet cell change order (PCCO) 數據包信元更改順序（PCCO）?
Active PDP 活動PDP?
Active PDP (2G/3G) 活動PDP (2G/3G)?
VI. DTM和HSDPA切換
除了第III部分至第V部分中說明的切換和信元轉移外，還有一些與新型物理層技術（例如DTM（雙傳輸模式）和HSDPA（高速下行鏈路分組接入））相關的特殊情況。?
DTM是一種支持在指定移動設備和網絡之間同時建立話音和數據連接的技術。在“DTM呼叫”期間，手機同時建立了電路交換話音連接和分組交換數據鏈路。如果基站在DTM呼叫期間啟動切換命令，則執行電路交換話音切換。但是，服務信元將不會啟動PS數據連接的數據包信元順序更改命令。移動臺將負責啟動信元重選程序并管理在活動臨時數據塊流（TBF）內進行數據傳輸所引起的丟失數據。由于3GPP規范第7版對DTM中的共享分組交換數據資源和專用電路交換話音資源的切換做出了規定，這一情況正在改變。?
假如目標基站不支持DTM，則移動設備可以拒絕切換請求；或切換CS話音并暫停PS數據業務。?
HSDPA是一種新型3G技術，旨在通過使用復雜的調制方案，充分利用射頻條件良好的時間段，從而最大限度地提高下行鏈路數據吞吐率。HSDPA的移動性與分組交換數據WCDMA不同，因為HSDPA不使用軟切換。移動設備監測其活動集合中的所有基站，并在“最佳”信元的情況發生變化時，將該變化通知網絡。網絡隨后進行信元轉移，并重新配置高速下行鏈路共享信道（HS-DSCH）。?
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VII. Agilent 8960 雙信元測試系統配置
圖3顯示了雙信元測試的測試系統配置。使用局域網連接在雙機之間進行信息交換。?
圖6 雙信元測試系統配置?
WWW internet access???? WWW互聯網接入
Ethernet Hub???? 以太網集線器
RF splitter?? 射頻信號分路器
WPA protocol logging??? WPA協議日志記錄
在啟動切換命令之前，需要進行以下設置：－?
- 如果需要進行遠程控制，則建立到兩個設備的GPIB連接?
- 使用一條交叉電纜或小型以太網（該網絡支持使用日志記錄和應用服務器）來連接8960。?
- 對每個8960進行配置，使其分別代表兩個信元，確保相鄰信元配置正確。?
在切換測試之前需要配置的一個重要參數是NCO或網絡控制順序。該參數決定了信元重選期間GPRS移動設備的控制級別：－?
- NCO=0?
-????????? 常規模式，移動設備能夠自動進行信元重選。?
- NCO=1?
-????????? 移動設備向網絡發送測量報告，但仍然能夠自動進行信元重選。?
- NCO=2?
-????????? 移動設備向網絡發送測量報告，只有在受到下行鏈路信號傳輸失敗或隨機接入失敗事件的觸發時才能啟動信元重選。?
現在，此配置已經準備好進行切換測試。只需命令服務信元執行切換，即可啟動切換。所有網絡啟動的切換都是用戶命令執行的。8960接收測量報告，但不會使用其中的信息來執行任何自動切換。指定切換的特征是由服務信元（技術和活動呼叫類型）的狀態和目標信元的設置決定的。除了2G切換外，還可以使用同步、偽同步或非同步網絡進行切換。例如，如果您正在進行GSM呼叫，并且第二個信元被配置成WCDMA信元，則執行RAT間切換。另外，如果使用壓縮模式，8960將指示移動設備收集測量報告。8960將接收并顯示測量報告數據，但不使用其中的信息，而只按照用戶命令執行切換。?
VIII. 總結
本文介紹了如何使用兩個一體化測試儀對指定UE的切換性能進行驗證測試。此類測試不能替代嚴格的一致性測試。然而它是一種有益的補充，可提供以下優點：－?
1.??? 與基于腳本的測試儀相比，一體化測試儀具有成本優勢?
2.??? 容易使用?
a.??? 基于命令為基站仿真器編程與編寫C++或TTCN腳本以驅動協議信令測試儀相比更輕松?
3.??? 使用應用服務器執行真實的測試?
a.??? 在“現場”應用（例如ftp或視頻流）中，結合應用服務器對切換性能進行測試?
4.??? 使用回歸測試對移動設備進行“極限”測試，并搜索故障狀態?
IX. 致謝
作者的同事Sandy Fraser對本書提出了許多寶貴建議，特此表示衷心的感謝。