TD-LTE、LTE-Advanced與WiMAX融合解決方案

1. 引言
TD- SCDMA是中國提出的第三代移動(dòng)通信技術(shù)標準的TDD模式技術(shù)，其采用了智能天線(xiàn)、聯(lián)合檢測、接力切換等關(guān)鍵技術(shù)，是一種頻譜利用率高、抗干擾能力強的移動(dòng)通信技術(shù)。隨著(zhù)技術(shù)的演進(jìn)與發(fā)展，3GPP相繼提出了TD-LTE，LTE-Advanced等技術(shù)。而WiMAX是近年迅速發(fā)展起來(lái)的一種新興寬帶無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，它采用了OFDM、MIMO、HARQ等大量B3G/4G技術(shù)，實(shí)現了性能上的超越。TD-LTE、LTE-Advanced與WiMAX 系統雖然分屬于IMT2000不同的空中接口技術(shù)，但是二者在很多方面都有共同點(diǎn)和相似之處。那么這兩類(lèi)高性能系統能否實(shí)現相互融合，以及采用怎樣的方式進(jìn)行融合是目前產(chǎn)業(yè)非常關(guān)注的一些問(wèn)題。
下面將依據標準協(xié)議棧和網(wǎng)絡(luò )架構分析，對TD-LTE和LTE-Advanced系統與 WiMAX系統融合方案進(jìn)行了探討，提出TD-LTE，LTE-Advanced系統與WiMAX系統的演進(jìn)與融合方案。
2. TD-LTE與WiMAX的融合研究
2.1 TD-LTE與WiMAX的融合架構和接入點(diǎn)
2.1.1 TD-LTE與WiMAX的融合架構
當前，無(wú)線(xiàn)接入速度的提升突飛猛進(jìn)，傳統的移動(dòng)PS域網(wǎng)絡(luò )已無(wú)法勝任高速率和高帶寬的未來(lái)無(wú)線(xiàn)分組業(yè)務(wù)的考驗。因此，3GPP國際標準化組織開(kāi)始展開(kāi)下一代網(wǎng)絡(luò )架構的研究，在R7階段推出了全新的移動(dòng)PS域網(wǎng)絡(luò )架構，即SAE（System Architecture Evolution）[4]。SAE的主要思想是簡(jiǎn)化現有移動(dòng)PS網(wǎng)絡(luò )架構，通過(guò)網(wǎng)元整合和功能的重新劃分，減少業(yè)務(wù)處理的中間環(huán)節，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )架構的扁平化。同時(shí)，SAE為L(cháng)TE網(wǎng)絡(luò )與其他技術(shù)網(wǎng)絡(luò )的融合設計了接口，規劃了多網(wǎng)絡(luò )融合的網(wǎng)絡(luò )架構。而WiMAX網(wǎng)絡(luò )與TD-LTE的融合就可以通過(guò)SAE提供的LTE與非3GPP IP網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)絡(luò )接口處進(jìn)行融合互聯(lián)。

圖1 SAE的架構
SAE 的架構如上圖所示，其中Non-3GPP IP Access分為T(mén)rusted和Untrusted兩類(lèi)，這由運營(yíng)商決定，例如系統運營(yíng)商可以基于商業(yè)協(xié)議選擇信任同一個(gè)運營(yíng)商或者不同運營(yíng)商運營(yíng)的非 3GPP IP接入網(wǎng)。Untrusted Non-3GPP IP Access需要通過(guò)ePDG輔助接入。這里假設WiMAX系統是Trusted的Non-3GPP IP Access網(wǎng)絡(luò )。那么WiMAX系統主要通過(guò)S2a，Gxa，STa接入到3GPP網(wǎng)絡(luò )中去。TD-LTE與WiMAX融合具體的網(wǎng)絡(luò )架構如下圖所示 [5]。

圖2 LTE與WiMAX的融合架構
從上圖可以看出，為了保證WiMAX業(yè)務(wù)的QoS，ASN-GW需要使用策略和計費控制（PCC）架構。在3GPP演進(jìn)方案中，策略決定點(diǎn) PDF(Policy Decision Function)和計費規則功能(Charging Rule Function, CRF)融合為一個(gè)新的功能實(shí)體PCRF(Policy and Charging Rules Function)。WiMAX PCC使用PCRF來(lái)接收QoS參數。
2.1.2 TD-LTE與WiMAX融合涉及的接入點(diǎn)
在TD-LTE與WiMAX的融合中，WiMAX ASN直接通過(guò)S2a接口接入到TD-LTE中，P-GW執行分組過(guò)濾，偵聽(tīng)，計費，IP地址分配等功能，TD-LTE和WiMAX的數據在P-GW進(jìn)行組合，并通過(guò)SGi接口路由到外部網(wǎng)絡(luò )中。
而用戶(hù)的認證主要是WiMAX ASN通過(guò)STa接口與AAA服務(wù)器進(jìn)行交互。
融合方案中涉及幾個(gè)重要的接入點(diǎn)：
STa（相當于WiMAX R3-AAA接口）：用于對UE進(jìn)行基于A(yíng)AA的認證。
Gxa（相當于WiMAX R3-PCC-P）：用于執行動(dòng)態(tài)QoS和計費規則。
S2a（相當于WiMAX R2-MIP）：用于L3移動(dòng)性和接入核心網(wǎng)鏈路的建立。
S14：用于不同網(wǎng)絡(luò )的選擇，并利于優(yōu)化WiMAX-3GPP切換。該接口也可以提供接入網(wǎng)發(fā)現和選擇功能（ANDSF）與FAF（Forward Attachment Function）功能實(shí)體。
在以上接入點(diǎn)中，S2a是最主要的接入點(diǎn)，是數據傳輸的接口，不同網(wǎng)絡(luò )的分組需要在該接入點(diǎn)處進(jìn)行處理，符合外部網(wǎng)絡(luò )的特性。因此其協(xié)議棧的設計對于數據的傳輸十分重要。
S2a 協(xié)議棧對于PMIPv6和MIPv4稍有不同，對于PMIPv6，終結控制面和用戶(hù)面的功能實(shí)體是non-3GPP IP access（WiMAX）的MAG（移動(dòng)接入網(wǎng)關(guān)）和網(wǎng)關(guān)中的LMA（本地移動(dòng)錨點(diǎn)），這里L(fēng)MA包括本地代理的功能?？刂泼娴膮f(xié)議棧是基于 IPv6/IPv4的PMIPv6，用戶(hù)面的協(xié)議棧是基于IPv4/v6轉發(fā)分組。而對于MIPv4，終結控制和用戶(hù)面的功能實(shí)體是UE中的MN和 non-3GPP IP access（WiMAX）的FA，以及網(wǎng)關(guān)中的HA?？刂泼鎱f(xié)議棧是MIPv4，用戶(hù)面在IPv4傳輸層轉發(fā)IPv4分組。

圖3 S2a 參考點(diǎn)協(xié)議棧（PMIPv6）

圖4 S2a 參考點(diǎn)協(xié)議棧（MIPv4）
從以上分析可以看到S2a協(xié)議棧比較簡(jiǎn)單，符合數據傳輸轉換的需要，是TD-LTE與WiMAX融合最合適的接入點(diǎn)。而TD-LTE和WiMAX融合的網(wǎng)絡(luò )架構采用的是核心網(wǎng)全部或部分共用的方式，即TD-LTE和WiMAX具有獨立的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)，TD-LTE和WiMAX的核心網(wǎng)既有各自獨立的部分，也有共用的網(wǎng)元，例如AAA服務(wù)器、PCRF、PGW等。
2.2 TD-LTE與WiMAX的網(wǎng)絡(luò )選擇
在TD-LTE與WiMAX 網(wǎng)絡(luò )的融合中，網(wǎng)絡(luò )選擇和切換是非常重要的問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò )選擇是指新到達的UE如何接入到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中，下圖詳細介紹了TD-LTE與WiMAX網(wǎng)絡(luò )之間的最初的網(wǎng)絡(luò )選擇過(guò)程[5]，這里主要討論單無(wú)線(xiàn)鏈路的解決方案，即終端只能接收TD-LTE或者WiMAX中的某一條鏈路信息。