實現雙網通話零中斷 封閉式/同步/非同步切換三管齊下

2006-06-19
根據全球行動供應商聯盟近期發布的報告指出,在全球91個國家中,共計有169個網路系統採用EDGE技術,而其中68個網路系統已經開始營運。換言之,全球半數以上的商用GPRS網路系統,都已開始升級為EDGE技術,而在這些採用EDGE技術的網路中,又有超過44個網路同時布建WCDMA技術,所占比例極高;此種兼具EDGE及WCDMA的雙網技術,即稱為W-EDGE網路。
為促進第三代行動通訊服務的發展,營運商及消費者對於雙網3G手機有極高的需求。雙網手機讓使用者能夠同時在3G的WCDMA網路與2.5G的EDGE/GPRS/GSM網路上通話,能為使用者帶來最高效能的雙網體驗。  

然而,無論營運商採用的是W-EDGE的雙網技術,或選擇另一種WCDMA-GPRS的雙網網路,雙網技術都具有相當的複雜性。  

2.5G與3G的組合方案,主要涉及手機切換(Handover)問題。語音通話仍是目前營運商收入的最大宗,即便對3G網路而言,語音服務的收入也占有近八成之強。因此,營運商必須確保高品質的雙網切換,才能帶來最大的用戶滿意度,也才能確保穩定的語音服務收入。  

高整合度實現雙網服務  

早期的雙網手機設計,儘管該設計能實現最基本的雙網操作,但當用戶從3G網路轉移至2.5G網路的覆蓋範圍時,仍難以實現有效的切換(圖1)。那麼,要如何才能更有效地實施雙網技術呢?關鍵在於提高整合度。  

提高整合度有兩項不可或缺的要素,首先,手機市場激烈的競爭,使產品標準不斷提高,市場對行動電話有極高的要求。消費者心中都有一個衡量手機產品價位的標準,原則上對手機的基本規格也非常了解,消費者希望手機具備極高的電池續航力,尤其是待機時間,也期待手機能提供高品質且不中斷的語音通話服務。  

為了滿足消費者的需求,網路切換的設計與品質顯得相當重要,唯有符合期待的網路切換,該產品才能普及。而透過協定堆疊同步化、軟體層以及2.5G與3G協定堆疊實體層,將可實現3G與2.5G之間平順地切換。  

雙網切換技術影響通話品質  

當通訊基地台決定手機應與另一個基地台建立連結,此時所產生的一系列訊息及行為統稱為「切換」,手機切換是不斷在進行的過程。目前無論是2.5G或3G系統,其各自的系統皆已能切換得非常順利。  

雙網手機允許使用者同時在WCDMA網路與EDGE/GPRS/ GSM網路上通話。早期雙網手機的2.5G與3G通訊協定堆疊的整合度較差,當使用者離開3G覆蓋範圍時,時常發生通話中斷的狀況,迫使使用者在進入2.5G覆蓋範圍時,必須重新撥打電話。然而使用者往往無法忍受網路切換時造成通話中斷,因此,若無法順利從3G切換至2.5G,不能稱為雙網手機。  

如前所述,雖然網路切換有不同的方式,然而重點在於如何從3G有效地轉移至2.5G。為了釐清這個概念,須先探討幾項基本的問題。  

3G網路在設計之初,並未考慮從3G切換至2.5G的問題,因為最初業界預期3G網路將完全取代2.5G,然隨著時間的演進,事實並不如預期。因此業界開始在3G與2.5G間採用多種類型的模式切換,切換品質與複雜程度由低至高依序為封閉式、非同步式以及同步式等(表1),其主要差異在於切換前所採取的測量措施以及切換的品質與可靠性。  

其中,封閉式切換不進行偵測,非同步切換則會偵測基地台功率,而同步切換則在切換前同步偵測基地台功率。此3種切換方式的品質依序上升,尤其同步切換的通話間隔最小。  

當3G手機訊號變弱時,3G基地台將指示手機嘗試採用其他通道的2.5G基地台,並開始進行切換,這種切換類型稱為封閉式切換,因為網路無法確認手機能否在該通道上獲得2.5G基地台的服務。此時,手機將會先停止3G通話,並嘗試搜尋2.5G基地台。若成功搜尋到2.5G基地台,就能夠成功地切換。反之,由於手機無法在3G訊號斷訊前確認通道中是否有2.5G基地台,因此也很有可能找不到基地台,進而發生通訊中斷,這正是封閉式切換最大的問題。此外,除了尋找基地台的時間之外,手機還須花時間進行同步化的步驟,如此將會導致較長的通話間隔時間。  

Ericsson Networks率先提出壓縮模式的概念,將3G手機訊號進行時間上的壓縮,資料速率提高,以保持相同的連接速度,並形成間隔。在這段間隔中,3G手機可偵測各通道中2.5G基地台的功率,並向3G網路發送偵測報告。如此,3G網路便可發送出切換的指令,讓手機切換至功率最好的基地台。由於手機可事先偵測通道,並選擇最佳的選擇,這就提高了切換成功的機率,解決了封閉式切換的局限性。然而,當手機轉移至2.5G基地台時,重新開始通話前還須進行同步化的工作,所花費的時間就造成短暫的通話間隔。  

基本上,同步切換與非同步模式非常類似,但同步切換多了一個步驟,即3G手機可在壓縮模式的間隔中,同步偵測2.5G基地台的功率,並進行同步化的工作,以明確識別2.5G基地台的存在。在此種情況下,切換的可靠性大為提高,因為它能確保2.5G基地台確實存在,且手機也能鎖定該基地台。此外,當手機切換至2.5G基地台後,就能立即進入語音通話模式,因為它已經掌握了同步資訊。這表示同步切換已達成語音間隔的最小化,甚至可說幾乎是無縫的。  

唯有能夠無縫隙地於3G與2.5G網路系統切換的手機,才能稱為真正的雙網手機。在其網路所支援的範圍內,雙網手機須能夠提供最佳化的3G至2.5G切換。  

有些雙網設計只能進行封閉式切換,而其他較好的設計則可提供封閉式與非同步切換方式。事實上,能同時提供上述3種切換類型的設計為數不多。然而,真正的雙網手機應該能夠提供3種類型的切換,使網路得以採用同步切換方式,帶來最高的通話品質及可靠性。同步切換是一個複雜的過程,手機必須在3G壓縮模式間隔中進行2.5G功率偵測。若系統設計有誤,或設計人員對2.5G在商用網路的部署狀況不了解,這種切換方式將很容易產生錯誤。  

不過,同步切換並非實現最佳切換的唯一方式。在3G及2.5G網路的絕對頻率準確度規範中,最大的相對頻率誤差值為500Hz。在進行3G到2.5G網路切換的系統設計時,我們雖可採用500Hz的相對頻路誤差值標準,但實際上的誤差則會大許多,尤其在行動網路的部署階段中更是如此。  

因此只要系統設計良好,且設計人員對技術細節有深入的了解,就能克服頻率誤差超過500Hz的情況。然而,規範不過是一個基礎,一旦實際情況與規範發生衝突,有些手機雖已無法提供令人滿意的使用者經驗,仍可勉強繼續運作。不過,有一種稱之為「最大化雙網」的解決方案(表2),卻能解決上述問題,實現比真正的雙網更好的使用者經驗。  

待機模式切換節省手機功耗  

本文已從使用者角度討論了雙網切換,且分析了通話過程中進行切換的品質問題。當然,手機大部分時間都處於待機狀態,稱之為待機模式,而手機將也須在這樣的模式下進行3G到2.5G的切換。  

待機模式下的切換品質不能直接透過使用者的通話經驗來判斷,而須透過手機的待機時間長度來檢驗。使用者不希望手機的電池體積太大,但卻要能夠提供足夠的待機時間。對營運商而言,這也是一項重要的性能指標。  

在待機模式中從3G切換至2.5G的品質,以及逆向切換的品質,都會影響待機時間。這是因為在待機模式中進行的切換,是在手機未通話的情況下針對3G與2.5G網路進行選擇,此舉將會消耗電池電量,減少待機時間。若要同時支援待機模式切換,又要維持低功耗,將需要一定的設計技巧。在過去2.5G手機時代,2.5G手機在待機模式中進行基地台選擇的系統設計,已經經過長期的市場考驗,並為雙網手機的待機時間系統切換設下高標準。因此,對於雙網手機的設計而言,待機模式中進行基地台選擇的系統驗證,則是其能否獲得使用者青睞的重要關鍵。就目前而言,市場上所推出雙網手機,仍無法提供令人滿意的待機時間。  

雙網切換須兼具品質與功耗  

營運商與消費者都希望雙網切換能夠實現一些基本的功能,唯有滿足上述這些需求,才能在高度競爭的市場中推出獨樹一幟的手機產品,這也是手機產品是否成功的重要條件。而產品差異化的關鍵在於以下兩點:一是通話過程中的切換品質;二則是待機模式下進行切換的功耗。  

手機應提供最大化的雙網切換,即同時要支援網路提供的所有功能,還要在網路條件不符合規範的情況下仍保持運作。此外,3G手機的待機時間必須與現有的2.5G手機相匹配,才能滿足消費者的期待。  

為滿足上述需求,平台須以經過驗證的2.5G為基礎來進行設計,因為多年以來,切換品質與待機模式的功耗都是2.5G網路中重要的性能指標。  

無論裝置是以語音為主的行動電話,還是以應用為主的裝置,如音樂播放機、遊戲機或企業電子郵件用戶端,其雙網切換的品質均相當重要。為使行動電話及無線網路裝置能提供符合行動用戶所期待的使用經驗,最佳的雙網切換須確保通話過程中切換的語音品質,以及待機模式下切換的最佳功耗,亦即待機時間。  

(本文作者為傑爾系統行動通訊部門產品經理)  

(詳細圖表請見新通訊64期6月號)  

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