移動(dòng)通信中的切換技術(shù)的分析研究及探討

目錄第一章 緒論11.1 課題研究的背景11.2 課題研究的目的和意義1第二章 切換技術(shù)的基本概念32.1 切換的定義及分類32.2 切換性能評(píng)價(jià)準(zhǔn)則42.3 切換參數(shù)設(shè)置的重要性5第三章 各技術(shù)體制硬切換分析73.1 GSM中的硬切換73.2 WCDMA網(wǎng)絡(luò)中的硬切換73.3 CDMA網(wǎng)絡(luò)中的硬切換7第四章 WCDMA及CDMA2000中軟切換技術(shù)分析及比較94.1 WCDMA系統(tǒng)的軟切換技術(shù)94.1.1 WCDMA軟切換方式94.1.2 更軟切換104.2 CDMA2000中的軟切換技術(shù)114.3 WCDMA系統(tǒng)軟切換和CDMA2000系統(tǒng)軟切換的比較13第五章 TD-SCDMA中接力切換的發(fā)展和特點(diǎn)155.1 TD-SCDMA系統(tǒng)的硬切換155.1.1 基本原理155.1.2 切換具體過程175.2 TD-SCDMA系統(tǒng)的接力切換185.2.1 接力切換原理185.2.2 接力切換的技術(shù)基礎(chǔ)185.2.3 接力切換過程描述195.2.4 TD-SCDMA系統(tǒng)間切換215.2.5 接力切換特點(diǎn)225.3 接力切換信令流程和具體過程225.4 接力切換算法245.5 接力切換與其他體制中切換的比較25第六章 TD-SCDMA切換參數(shù)仿真分析266.1 TD-SCDMA系統(tǒng)天線參數(shù)仿真266.2 接力切換參數(shù)的分析研究及其仿真296.2.1 接力切換算法及其參數(shù)分析296.2.2 接力切換仿真及結(jié)果分析316.2.2.1 仿真環(huán)境316.2.2.2 切換參數(shù)的仿真結(jié)果及其分析選擇326.2.3 干擾仿真分析356.3 最終確定方案36結(jié)論38謝辭39參考文獻(xiàn)4038移動(dòng)通信中的切換技術(shù)的分析研究及探討第一章 緒論1.1 課題研究的背景移動(dòng)通信以其特有的靈活、便捷的優(yōu)點(diǎn)符合了現(xiàn)代社會(huì)人們對(duì)通信技術(shù)的要求，成為80年代中期以來發(fā)展最為迅速的通信方式1。移動(dòng)通信技術(shù)經(jīng)歷了從模擬調(diào)制到數(shù)字調(diào)制技術(shù)的發(fā)展。第一代采用頻分多址（FDMA）模擬調(diào)制方式，其主要代表有美國的AMPS、英國的TACS、北歐的NMT等2。這種系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是頻譜利用率低，信令干擾話音業(yè)務(wù)。第二代蜂窩系統(tǒng)采用時(shí)分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）的數(shù)字調(diào)制方式，提高了系統(tǒng)容量，并采用獨(dú)立信道傳送信令，使系統(tǒng)性能大為改善。TDMA的兩個(gè)典型代表是北美的IS54系統(tǒng)和歐洲的GSM系統(tǒng)。TDMA方式的主要缺點(diǎn)是：（1）系統(tǒng)容量仍不理想；（2）和FDMA方式一樣，TDMA方式的越區(qū)切換性能仍不完善3。為克服FDMA和TDMA兩種多址方式的缺點(diǎn)，產(chǎn)生了即將試用的第三代移動(dòng)通信技術(shù)CDMA(碼分多址)。隨著移動(dòng)通信的發(fā)展，運(yùn)營商和用戶對(duì)業(yè)務(wù)拓展的需求不斷增強(qiáng)，移動(dòng)通信正在向著以CDMA為基礎(chǔ)，以寬帶化通信為特征的第三代3G技術(shù)發(fā)展。鑒于CDMA技術(shù)的優(yōu)越性，3G的三大主流標(biāo)準(zhǔn)CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA都是基于CDMA技術(shù)的。3G投入正式運(yùn)營后，3G用戶將獲得寬帶多媒體和高速率數(shù)據(jù)的無線移動(dòng)通信服務(wù)4。1.2 課題研究的目的和意義由于移動(dòng)通信系統(tǒng)采用蜂窩結(jié)構(gòu)，所以，移動(dòng)臺(tái)在跨越空間劃分的小區(qū)時(shí)，必然要進(jìn)行切換，即完成移動(dòng)臺(tái)到基站的空中接口的轉(zhuǎn)移。因此切換技術(shù)成為無線資源管理中的重要研究內(nèi)容之一。切換技術(shù)是移動(dòng)終端在眾多通信系統(tǒng)、移動(dòng)小區(qū)之間建立可靠移動(dòng)通信的基礎(chǔ)和重要技術(shù)，適用于移動(dòng)終端在不同移動(dòng)小區(qū)之間、不同頻率之間通信或者信號(hào)降低信道選擇等情況。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，切換的目的有2種可能，一種是實(shí)現(xiàn)漫游，另一種是為了提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，即降低掉話率，降低擁塞率。切換參數(shù)的選擇將影響到網(wǎng)絡(luò)的性能和服務(wù)質(zhì)量。對(duì)于運(yùn)營商來說，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)性能和服務(wù)質(zhì)量是非常重要的。運(yùn)營商的競(jìng)爭將是網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的競(jìng)爭。因?yàn)閮?yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是建立在良好的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量之上的。網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的分析和調(diào)整是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作的重要內(nèi)容之一，尤其對(duì)于網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和參數(shù)設(shè)置密切相關(guān)的碼分多址系統(tǒng)來說，切換控制參數(shù)僅僅是其中的一小部分，但卻是對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量影響很大的一部分。切換策略和控制參數(shù)的性能優(yōu)化將得到廣泛的重視。細(xì)致、完善的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，可以充分降低全網(wǎng)的干擾水平，改善網(wǎng)絡(luò)性能，提高呼叫接通率，降低掉話率，提高網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)吞吐能力，提高網(wǎng)絡(luò)容量。如今所廣泛采用的第二代時(shí)分多址移動(dòng)通信系統(tǒng)中，切換方式為硬切換，硬切換發(fā)生在使用不同載頻的相鄰小區(qū)間，在城區(qū)，小區(qū)面積較小，又由于頻分系統(tǒng)的特性，用戶在通信過程中由于移動(dòng)而產(chǎn)生頻繁的硬切換是不可能避免的5。而硬切換是先中斷與原基站的聯(lián)系，調(diào)諧到新的頻率上，再與新基站取得聯(lián)系。屬于“先斷開后切換”，如在切換過程中受到干擾等因素的影響，很容易導(dǎo)致切換失敗，引起掉話；當(dāng)硬切換區(qū)域面積狹窄時(shí)，會(huì)出現(xiàn)新基站與原基站之間來回切換的“乒乓效應(yīng)”，影響業(yè)務(wù)信道的傳輸，進(jìn)而影響網(wǎng)絡(luò)的性能和質(zhì)量。在第三代移動(dòng)通信中，WCDMA和CDMA2000是碼分多址系統(tǒng)，在同頻小區(qū)間所采用的是軟切換。而我國唯一具有技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA采用了創(chuàng)新的接力切換6。接力切換與軟切換的不同之處在于接力切換并不需要同時(shí)有多個(gè)基站為一個(gè)移動(dòng)臺(tái)服務(wù)，因而克服了軟切換需要占用的信道資源比較多，信令復(fù)雜導(dǎo)致系統(tǒng)負(fù)荷加重，以及增加下行鏈路干擾等缺點(diǎn)。而與硬切換相比，接力切換克服了傳統(tǒng)硬切換掉話率較高、切換成功率較低的缺點(diǎn)。接力切換突出了切換成功率高和信道高利用率的優(yōu)點(diǎn)。但是，接力切換參數(shù)的設(shè)置同樣很重要，如果設(shè)置的不恰當(dāng)則無法體現(xiàn)出接力切換的優(yōu)點(diǎn)，反而有可能會(huì)加重系統(tǒng)負(fù)擔(dān)、掉話、或者造成對(duì)其他小區(qū)的干擾增加等等問題，對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能和質(zhì)量造成不好的影響。所以，本文通過仿真結(jié)合接力切換算法，說明各個(gè)參數(shù)對(duì)接力切換效果的影響，并根據(jù)仿真得出的數(shù)據(jù)分析從而選擇出最佳的切換參數(shù)方案。第二章 切換技術(shù)的基本概念2.1 切換的定義及分類所謂切換，是指當(dāng)移動(dòng)臺(tái)在通信過程中從一個(gè)基站覆蓋區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)基站覆蓋區(qū)，或者由于外界干擾造成通信質(zhì)量下降時(shí)，必須改變?cè)械男诺蓝D(zhuǎn)接到一條新的空閑信道上，以繼續(xù)保持通信的過程7。移動(dòng)通信系統(tǒng)中的切換是為保證移動(dòng)用戶通信的連續(xù)性或者基于網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷和操作維護(hù)等原因，將用戶從當(dāng)前的通信鏈路轉(zhuǎn)移到其他小區(qū)的過程。切換過程是無線資源管理功能中的重要一部分，是蜂窩系統(tǒng)所獨(dú)有的功能和關(guān)鍵特征，是保證服務(wù)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。用戶終端在最初的小區(qū)與網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)連接之后，由于各種原因有可能離開這個(gè)小區(qū)的服務(wù)范圍。移動(dòng)通信系統(tǒng)中的切換過程就是將用戶終端的連接切換到其他小區(qū)，從而使得通信服務(wù)不中斷。移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要功能是通過相應(yīng)的測(cè)量報(bào)告及有關(guān)準(zhǔn)則來維持通信鏈路的連接。切換技術(shù)因分類準(zhǔn)則不同而不同，主要的分類方式如下：根據(jù)切換期間同時(shí)連接的基站數(shù)量，把切換技術(shù)分為硬切換、軟切換、更軟切換，以及在TD-SCDMA中提出了創(chuàng)新的接力切換8。（1） 硬切換硬切換是不同頻率的基站或小區(qū)之間的切換，在切換過程中，移動(dòng)臺(tái)必須在一個(gè)指定時(shí)間內(nèi)，先中斷與原基站的聯(lián)系，調(diào)諧到新的頻率上，再與新基站取得聯(lián)系。因此，硬切換是“先斷開，后切換”。切換時(shí)，要在原話音信道上送切換指令，移動(dòng)臺(tái)需要暫時(shí)停止通話，然后調(diào)諧到新的信道頻率上?，F(xiàn)有的GSM系統(tǒng)、CDMA系統(tǒng)以及3G系統(tǒng)都有使用硬切換方式。當(dāng)切換發(fā)生時(shí)，因?yàn)樵九c新基站的載波頻率不同，移動(dòng)臺(tái)必須在接收新基站的信號(hào)之前，中斷與原基站的通信，而當(dāng)移動(dòng)臺(tái)與原基站鏈路切斷后，卻往往不能立即得到與新基站之間的鏈路（GSM有200ms左右的中斷時(shí)間）9，因此硬切換在一定程度上會(huì)影響通信質(zhì)量。另外，如在中斷時(shí)間內(nèi)受到干擾或切換參數(shù)設(shè)置不合理等因素的影響，會(huì)導(dǎo)致切換失敗，引起掉話；當(dāng)硬切換區(qū)域面積狹窄時(shí)，會(huì)出現(xiàn)新基站與原基站之間來回切換的“乒乓效應(yīng)”，影響業(yè)務(wù)信道的傳輸。（2） 軟切換軟切換是同一頻率不同基站之間的切換，在切換過程中，移動(dòng)臺(tái)同時(shí)與原基站和新基站都保持著通信鏈路，一直到進(jìn)入新基站并測(cè)量到新基站的傳輸質(zhì)量滿足指標(biāo)要求后，才斷開與原基站的連接10。因此，軟切換是“先切換，后斷開”，在切換過程中，移動(dòng)臺(tái)并不中斷與原基站的聯(lián)系，真正實(shí)現(xiàn)了“無縫”切換?，F(xiàn)有的CDMA系統(tǒng)和3G中的WCDMA、CDMA2000系統(tǒng)都使用軟切換方式。移動(dòng)臺(tái)只有在取得了與新基站的鏈接之后，才會(huì)中斷與原基站的聯(lián)系，因此在切換過程中沒有中斷也就不會(huì)影響通話質(zhì)量；軟切換由于是在頻率相同的基站間進(jìn)行，在兩基站（或多基站）覆蓋區(qū)的交界處，移動(dòng)臺(tái)同時(shí)與多個(gè)基站通信，起業(yè)務(wù)信道分集的作用，因而可大大減少切換造成的掉話。另外，由于軟切換中移動(dòng)臺(tái)和基站均采用了分集接收技術(shù)，有抵抗衰落能力，同時(shí)通過反向功率控制，我們可使移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率降至最小，從而降低了移動(dòng)臺(tái)對(duì)系統(tǒng)的干擾；進(jìn)入軟切換區(qū)域的移動(dòng)臺(tái)即使不能立即得到與新基站的鏈路，也可以進(jìn)入切換等待的排列，從而減少了系統(tǒng)的阻塞率。（3） 更軟切換在CDMA系統(tǒng)中，移動(dòng)臺(tái)在扇區(qū)化小區(qū)的同一小區(qū)的不同扇區(qū)之間進(jìn)行的軟切換稱為更軟切換。這種切換是由BSC完成的，并不通知MSC。對(duì)于移動(dòng)臺(tái)來說，不同的扇區(qū)天線相當(dāng)于不同的多徑分量，被合并成一個(gè)話音幀送至選擇器，作為此基站的語音幀11。（4） 接力切換接力切換是在TD-SCDMA中提出的一種先進(jìn)的切換技術(shù)，是介于硬切換和軟切換之間的一種新的切換方法。它利用精確的定位技術(shù)，在對(duì)移動(dòng)臺(tái)的距離和方位進(jìn)行定位的基礎(chǔ)上，根據(jù)移動(dòng)臺(tái)方位和距離作為輔助信息，來判斷移動(dòng)臺(tái)是否移動(dòng)到了可進(jìn)行切換的相鄰基站臨近區(qū)域。如果移動(dòng)臺(tái)進(jìn)入這個(gè)切換區(qū)，則RNC通知該基站作好切換的準(zhǔn)備，從而實(shí)現(xiàn)快速、可靠和高效切換。這樣既節(jié)省信道資源、簡化信令、減少系統(tǒng)負(fù)荷，也適應(yīng)不同頻率小區(qū)之間的切換。接力切換雖然在某種程度上與硬切換類似，同樣是在“先斷后連”的情況，但是由于其實(shí)現(xiàn)是以精確定位為前提，因而與硬切換相比，UE可以很迅速地切換到目標(biāo)小區(qū)，降低了切換時(shí)延，減少了切換引起的掉話率。2.2 切換性能評(píng)價(jià)準(zhǔn)則移動(dòng)通信系統(tǒng)中，切換性能評(píng)價(jià)準(zhǔn)則如下：1、阻塞率阻塞率是指在一個(gè)小區(qū)內(nèi)，由于業(yè)務(wù)量過大，信道數(shù)不夠引起的新發(fā)起呼叫不能被接入。2、掉話率掉話率指的是移動(dòng)用戶信號(hào)電平小于信號(hào)電平門限時(shí)間超過切換計(jì)時(shí)器門限，而未能在給定時(shí)間內(nèi)完成到新小區(qū)切換而引起通話被切斷。掉話率=掉話用戶數(shù)/總用戶數(shù)3、切換成功率切換成功率是指執(zhí)行切換的用戶能順利與目標(biāo)小區(qū)建立連接，從而維持通信不中斷。切換成功率=切換成功的用戶/執(zhí)行切換的用戶4、低服務(wù)質(zhì)量率低服務(wù)質(zhì)量用戶是指用戶非掉話情況下，信號(hào)電平大于目標(biāo)信號(hào)電平的時(shí)間/通話總時(shí)間5%的用戶低服務(wù)質(zhì)量率=低服務(wù)質(zhì)量用戶數(shù)/總用戶數(shù)5、服務(wù)滿意率服務(wù)滿意用戶是指：信號(hào)電平大于目標(biāo)信號(hào)電平的時(shí)間/通話總時(shí)間95%的用戶滿意率=滿意用戶數(shù)/總用戶數(shù)接力切換是介于硬切換和軟切換之間的一種新的切換方法。傳統(tǒng)硬切換掉話率較高、切換成功率較低。接力切換與軟切換都具有較高的切換成功率、較低的掉話率以及較小的上行干擾等優(yōu)點(diǎn)。2.3 切換參數(shù)設(shè)置的重要性切換過程的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)于任何一個(gè)蜂窩通信系統(tǒng)都是十分重要的。因?yàn)閺木W(wǎng)絡(luò)效率的角度出發(fā)，當(dāng)用戶終端處于不適合的服務(wù)小區(qū)進(jìn)行通信時(shí)，不僅會(huì)影響自身的通信質(zhì)量，同時(shí)也將增加整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷，甚至增大對(duì)其他用戶的干擾。移動(dòng)用戶應(yīng)當(dāng)使用網(wǎng)絡(luò)中最優(yōu)化的通信鏈路與相應(yīng)的基站建立連接。切換參數(shù)設(shè)置是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化工作中的重要課題，調(diào)整和控制切換及其參數(shù)是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化的一項(xiàng)重要內(nèi)容。移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)或附近環(huán)境的變化，導(dǎo)致了由衰落、障礙物和干擾引起的信號(hào)變化，這是啟動(dòng)切換的主要原因。切換用來保證無線資源在移動(dòng)環(huán)境發(fā)生改變時(shí)的連續(xù)性。切換過程必須快速準(zhǔn)確，目標(biāo)小區(qū)的選擇必須是最佳的。切換成功率在服務(wù)質(zhì)量測(cè)量中被認(rèn)為是一個(gè)敏感的指標(biāo)，這關(guān)系到對(duì)用戶提供的服務(wù)質(zhì)量（QoS）。在呼叫的接通率和呼叫的掉話率（呼叫在通話過程中被中斷）兩項(xiàng)QoS指標(biāo)中，掉話率明顯的比呼叫拒絕更受到用戶的關(guān)注。因此，切換的好壞直接決定了用戶對(duì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的評(píng)價(jià)。隨著我國移動(dòng)通信的高速發(fā)展，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)性能和服務(wù)質(zhì)量顯的尤為重要。運(yùn)營商之間的競(jìng)爭主要是網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的競(jìng)爭。要提高網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)性能和服務(wù)質(zhì)量，就要做好網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和優(yōu)化工作。一個(gè)細(xì)致、完善、考慮充分的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，可以在充分利用網(wǎng)絡(luò)投資的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能的最優(yōu)化、容量的最大化、最有效的投入/產(chǎn)出，為未來的發(fā)展留有空間。而網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作，對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的改善和容量的提高，作用尤為明顯。細(xì)致、完善的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，可以充分降低全網(wǎng)的干擾水平，改善網(wǎng)絡(luò)性能，提高呼叫接通率，減少業(yè)務(wù)中斷，提高網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)吞吐能力，優(yōu)化全網(wǎng)軟切換率，提高網(wǎng)絡(luò)容量。在目前的形勢(shì)下，提高品牌競(jìng)爭力的主要手段就是加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化工作。第三章 各技術(shù)體制硬切換分析硬切換是在業(yè)務(wù)信道使用過程中，由于跨越邊界，空中接口在短時(shí)間內(nèi)先斷開再重新連接的過程。3.1 GSM中的硬切換在GSM網(wǎng)絡(luò)中，相鄰小區(qū)使用不同的載頻，用戶在移動(dòng)過程中穿越小區(qū)邊界，進(jìn)入鄰小區(qū)，它要通過頻點(diǎn)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)小區(qū)間的接力。這便是一個(gè)典型的硬切換。如果該切換過程足夠快，用戶就感受不到它的影響。在城區(qū)，小區(qū)面積較小，用戶在通信過程中的移動(dòng)，由于頻分系統(tǒng)的特性，頻繁的硬切換是不可能避免的，控制硬切換是GSM網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的重要課題之一。GSM技術(shù)采用基于移動(dòng)臺(tái)測(cè)量輔助切換（MAHO）的方法，移動(dòng)臺(tái)在間隙式的收發(fā)空閑時(shí)間中，按照系統(tǒng)的指令測(cè)量鄰小區(qū)控制信道的信號(hào)強(qiáng)度（控制信道發(fā)射功率不變），并上報(bào)給系統(tǒng)。一旦硬切換被觸發(fā)，系統(tǒng)便可以根據(jù)這些測(cè)量結(jié)果確定最佳目標(biāo)小區(qū)，并實(shí)施硬切換，因而硬切換的成功率有較好的保障12。3.2 WCDMA網(wǎng)絡(luò)中的硬切換WCDMA網(wǎng)絡(luò)使用同一頻點(diǎn)，用戶在網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)只是經(jīng)歷軟切換，但是，在WCDMA網(wǎng)絡(luò)覆蓋的邊緣和多載頻邊緣的情況下，硬切換仍不可避免。WCDMA對(duì)硬切換的處理也是其很重要的技術(shù)特點(diǎn)，由于硬切換涉及空中接口的重新連接，因此，它的成功率較軟切換差。WCDMA中引入了基于壓縮模式測(cè)量的硬切換算法。所謂壓縮模式就是在連續(xù)發(fā)射模式中擠出一定的時(shí)間空隙用以測(cè)量，這時(shí)的傳輸已不再是連續(xù)發(fā)射模式。對(duì)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)通常使用的是降低擴(kuò)頻因子的方式，幀被壓縮以產(chǎn)生時(shí)間空隙，這時(shí)該幀的擴(kuò)頻因子便降低了一半，相應(yīng)的擴(kuò)頻增益也就減少了一半，解調(diào)該幀的能量要相應(yīng)的升高，因而影響系統(tǒng)的容量。3.3 CDMA網(wǎng)絡(luò)中的硬切換CDMA技術(shù)特點(diǎn)是連續(xù)的低功率發(fā)射，移動(dòng)臺(tái)沒有空閑時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，它的硬切換通常是盲切換，即不借助對(duì)目標(biāo)切換小區(qū)信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量，根據(jù)切換邊界的小區(qū)關(guān)系，通過數(shù)據(jù)庫配置指定固定的目標(biāo)小區(qū)。由于無線環(huán)境的復(fù)雜性，指定的目標(biāo)小區(qū)在一些情況下可能不是最佳目標(biāo)小區(qū)，這時(shí)很可能造成切換失敗。針對(duì)這種情況，CDMA也有下列幾種方法改進(jìn)硬切換的成功率。（1）在可能的硬切換目標(biāo)小區(qū)安裝只發(fā)射導(dǎo)頻信號(hào)的發(fā)射機(jī)，這使得移動(dòng)臺(tái)的搜索器可以測(cè)量這些同頻點(diǎn)的導(dǎo)頻信號(hào)，并上報(bào)給系統(tǒng)，系統(tǒng)可以根據(jù)測(cè)量結(jié)果確定最佳目標(biāo)小區(qū)。（2）載頻間的邊界，通過參數(shù)控制縮小第二載頻的服務(wù)區(qū)，使得連接在第二載頻的移動(dòng)臺(tái)在到達(dá)邊界前，先通過頻間盲切換轉(zhuǎn)移到第一載頻，接下來便是在第一載頻上進(jìn)行軟切換。兩個(gè)載頻的覆蓋一般是匹配的，但在第二載頻的邊界區(qū)有意縮小其服務(wù)范圍，目的是使盲切換發(fā)生在較安全的小區(qū)內(nèi)部，而不是邊界，從而提高成功率。這其實(shí)減少了第二載頻邊界小區(qū)的業(yè)務(wù)吸收能力，是犧牲容量換取切換成功率的做法。第四章 WCDMA及CDMA2000中軟切換技術(shù)分析及比較WCDMA和CDMA2000系統(tǒng)使用了軟切換技術(shù)，這是FDMA和TDMA系統(tǒng)所不具備的。軟切換可以有效的提高切換的可靠性，大大減少切換過程中的掉話率。同時(shí)，軟切換提供分集，從而提高了通信的質(zhì)量，增加了系統(tǒng)的容量。4.1 WCDMA系統(tǒng)的軟切換技術(shù)4.1.1 WCDMA軟切換方式WCDMA系統(tǒng)中的軟切換策略如圖4-1所示，圖中的各個(gè)參數(shù)解釋如下： 圖4-1 WCDMA系統(tǒng)中的軟切換策略(1)AS_TH：宏分集門限值（即報(bào)告范圍） (2)AS_TH_Hyst：宏分集門限滯后(3)AS_Rep_Hyst：代替滯后 (4)T：觸發(fā)時(shí)間圖4-1中，假設(shè)初始時(shí)導(dǎo)頻P1位于激活集中，導(dǎo)頻P2和P3均未加入激活集，則軟切換策略如下：（1）如果在T期間，導(dǎo)頻Ec/Io與導(dǎo)頻P2的差值持續(xù)小于（AS_TH）（AS_TH_Hyst）的值，并且激活集未滿，則應(yīng)將原不在激活集的導(dǎo)頻P2加入激活集，此事件稱為事件1A13。（2）如果在T期間，激活集已滿，且候選集的最佳導(dǎo)頻Ec/Io與激活集中最差導(dǎo)頻Ec/Io的差值持續(xù)超過AS_Rep_Hyst的值，則將激活集中的最差導(dǎo)頻去掉，將候選集中的最佳導(dǎo)頻加入激活集，此事件稱為事件1C13。例如，圖4-1中的導(dǎo)頻P3代替激活集中的導(dǎo)頻P1就屬于這種情況。（3）如果在T期間，激活集中最佳導(dǎo)頻的Ec/Io與激活集中某個(gè)導(dǎo)頻的Ec/Io的差值持續(xù)大于（AS_TH）+（AS_TH_Hyst）的值，則該導(dǎo)頻應(yīng)從激活集中去掉，此事件稱為事件1B13。例如，圖4-1中的導(dǎo)頻P3被從激活集中刪除就是這種情況。軟切換帶來的宏分集增益提高了系統(tǒng)的性能，降低了掉話率和系統(tǒng)干擾。4.1.2 更軟切換如果UE處于一個(gè)基站下的不同小區(qū)，這時(shí)的軟切換稱為更軟切換。如圖42中所示，其中左右兩個(gè)圖形分別展示軟切換和更軟切換。左邊所示的是涉及不同基站的軟切換，右邊所示的是涉及同一個(gè)基站不同扇區(qū)之間的更軟切換。軟切換和更軟切換是相對(duì)系統(tǒng)而言的，在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)方式不同，對(duì)于UE，兩者并無差別。更軟切換涉及的小區(qū)處于同一基站之下，切換相關(guān)的信號(hào)處理在同一個(gè)信道單元內(nèi)完成，不消耗基站額外的信道單元。更軟切換的宏分集處理以最大比合并的方式在基站完成，而軟切換的宏分集處理在RNC完成，即RNC從lub（跨RNC情形）接口收到的幀中，根據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇合并。軟切換和更軟切換均消耗基站的下行功率和OVSF碼資源，帶來下行干擾，降低容量。在上行軟切換和更軟切換總是改善接收，增加容量。圖4-2 軟切換及更軟切換4.2 CDMA2000中的軟切換技術(shù)cdma2000系統(tǒng)中的軟切換方案采用了動(dòng)態(tài)門限，如圖4-3所示。圖4-3 cdma2000軟切換方案如圖4-3所示，在執(zhí)行軟切換的過程中除了使用固定門限T_ADD和T_TDROP外，還使用了動(dòng)態(tài)門限（也即相對(duì)門限）T1和T2。其中T1是動(dòng)態(tài)加入門限，表達(dá)式為：T1=（soft_slope/8）10lg（P1） + ADD_INTERCEPT/2 13（4-1）式中，P1是與激活集中所有導(dǎo)頻的強(qiáng)度有關(guān)的量；ADD_INTERCEPT是計(jì)算導(dǎo)頻加入激活集時(shí)的動(dòng)態(tài)門限的一個(gè)參數(shù)，是可調(diào)的系統(tǒng)參數(shù)；soft_slop是移動(dòng)臺(tái)的一個(gè)斜率參數(shù)，用來計(jì)算導(dǎo)頻加入激活集時(shí)的動(dòng)態(tài)門限。T2為動(dòng)態(tài)去掉門限，表達(dá)式為：T2=（soft_slope/8）10lg（P2） + DROP_INTERCEPT/2 13（4-2）式中，P2是與激活集中所有導(dǎo)頻的強(qiáng)度有關(guān)的量；DROP_INTERCEPT是計(jì)算導(dǎo)頻從激活集去掉時(shí)的動(dòng)態(tài)門限的參數(shù)，是可調(diào)的系統(tǒng)參數(shù)，與ADD_INTERCEPT相對(duì)應(yīng)。圖4-3中軟切換過程簡述如下：（1）導(dǎo)頻P2超過T_ADD，但尚未達(dá)到動(dòng)態(tài)門限T1時(shí)，移動(dòng)臺(tái)將P2加入候選集。（2）導(dǎo)頻P2超過動(dòng)態(tài)門限T1時(shí)，移動(dòng)臺(tái)發(fā)送導(dǎo)頻強(qiáng)度測(cè)量消息PSMM向基站報(bào)告；（3）移動(dòng)臺(tái)收到來自基站的切換指示消息HDM后，將P2加入激活集，然后向基站發(fā)送切換完成消息HCM。（4）當(dāng)導(dǎo)頻P1低于動(dòng)態(tài)門限T2時(shí)，移動(dòng)臺(tái)啟動(dòng)切換去掉定時(shí)器T_TDROP。（5）當(dāng)切換去掉定時(shí)器T_TDROP超時(shí)，移動(dòng)臺(tái)向基站發(fā)送導(dǎo)頻測(cè)量消息PSMM。（6）移動(dòng)臺(tái)收到來自基站的切換指示消息HDM后，將導(dǎo)頻P1移入候選集，并發(fā)送切換完成消息HCM。（7）當(dāng)導(dǎo)頻P1低于T_TDROP時(shí)，移動(dòng)臺(tái)啟動(dòng)切換去掉定時(shí)器T_TDROP。（8）當(dāng)切換去掉定時(shí)器T_TDROP超時(shí)，移動(dòng)臺(tái)將P1移入相鄰集。cdma2000的軟切換采用了動(dòng)態(tài)門限來控制導(dǎo)頻加入激活集和從激活集去掉的過程。同時(shí)，在切換完成后，圖4-3將導(dǎo)頻轉(zhuǎn)入候選集。這可以避免移動(dòng)臺(tái)在小區(qū)邊緣時(shí)過于頻繁的來往切換（稱為“乒乓效應(yīng)”），在一定程度上減少系統(tǒng)軟切換消息交互的負(fù)荷，提高服務(wù)質(zhì)量和系統(tǒng)可靠性。4.3 WCDMA系統(tǒng)軟切換和CDMA2000系統(tǒng)軟切換的比較CDMA2000的軟切換是采用導(dǎo)頻Ec/Io的絕對(duì)值作為激活集門限。不僅有兩個(gè)系統(tǒng)可設(shè)的固定門限參數(shù):T_ADD和T_DROP，還使用了動(dòng)態(tài)門限（也即相對(duì)門限）T1和T2。前者決定是否把新成員加入激活集，后者決定是否把現(xiàn)有激活集成員刪除。此外還有一個(gè)時(shí)間馳豫參數(shù)T_TDROP，其作用是避免乒乓效應(yīng)。WCDMA的軟切換算法相對(duì)窄帶CDMA來說作了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，采用導(dǎo)頻Ec/Io的相對(duì)值作為激活集的門限。所謂相對(duì)值是指以激活集中最強(qiáng)導(dǎo)頻作為參考的激活集門限，以導(dǎo)頻與最強(qiáng)導(dǎo)頻的相對(duì)差值作為判定準(zhǔn)則。同樣有兩個(gè)系統(tǒng)可設(shè)的門限參數(shù)：LegAdditionDelta和LegDroppingDelta,前者決定是否把新成員加入激活集，后者決定是否把現(xiàn)有激活集成員刪除，外加一個(gè)激活集大小控制參數(shù)：MaxActiveSetSize。因?yàn)檐浨袚Q參數(shù)是系統(tǒng)參數(shù)，激活集絕對(duì)值門限的算法對(duì)于均勻負(fù)載的系統(tǒng)，在負(fù)載達(dá)到或接近涉及目標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)軟切換的比例是合理的；但對(duì)于負(fù)載較低或非均勻網(wǎng)絡(luò)，其切換比例會(huì)偏高，這是CDMA實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中遇到的普遍現(xiàn)象。一個(gè)初期的CDMA網(wǎng)絡(luò)的軟切換比例和同一網(wǎng)絡(luò)達(dá)到負(fù)載成熟期時(shí)的軟切換比例可能有相當(dāng)?shù)牟顒e。網(wǎng)絡(luò)初期負(fù)載較低，下行導(dǎo)頻Ec/Io覆蓋較大，小區(qū)重疊也大。因?yàn)橄到y(tǒng)干擾水平較低，絕對(duì)值作為激活集門限的條件容易被滿足，軟切換比例自然就高。隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)載趨近涉及目標(biāo)，系統(tǒng)干擾水平大大升高，小區(qū)下行導(dǎo)頻Ec/Io覆蓋收縮，軟切換比例便回落到涉及目標(biāo)。而WCDMA采用了下行導(dǎo)頻Ec/Io相對(duì)值作為激活集門限，其軟切換比例不會(huì)明顯隨負(fù)載變化而變化。需要注意的是，這并不意味著系統(tǒng)干擾水平?jīng)]有隨負(fù)載變化。其實(shí)，系統(tǒng)干擾水平及小區(qū)下行導(dǎo)頻Ec/Io覆蓋收縮跟CDMA一樣在變化，只不過有些小區(qū)被相對(duì)值激活集門限擋在門外而已。另外，實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載幾乎都是非均勻，WCDMA的相對(duì)值激活集門限軟切換算法在這種情況下更有利于軟切換控制，實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)。第五章 TD-SCDMA中接力切換的發(fā)展和特點(diǎn)在TD-SCDMA系統(tǒng)中采用了硬切換和接力切換技術(shù)。當(dāng)硬切換發(fā)生時(shí)，移動(dòng)臺(tái)必須在接收新基站的信號(hào)之前，中斷與原基站的通信。往往由于在與基站鏈路切斷后，移動(dòng)臺(tái)不能立即得到與新基站之間的鏈路，使通信中斷。另外，當(dāng)硬切換區(qū)域面積狹窄時(shí)，會(huì)出現(xiàn)新基站與原基站之間來回切換的“乒乓效應(yīng)”，影響業(yè)務(wù)的傳輸。TD-SCDMA系統(tǒng)提出了接力切換的概念，它不同于傳統(tǒng)意義上的硬切換和軟切換，是一種嶄新的切換技術(shù)，主要原理是基于同步碼分多址（SCDMA）技術(shù)和智能天線技術(shù)的結(jié)合。在移動(dòng)系統(tǒng)中，對(duì)于移動(dòng)用戶的準(zhǔn)確定位一直是追求的目標(biāo)，而TD-SCDMA可以利用對(duì)天線陣列和同步碼分多址技術(shù)中碼片周期的精確測(cè)定，得出用戶的大體方位，在手機(jī)輔助下，服務(wù)的基站根據(jù)周圍的空中傳播條件和信號(hào)質(zhì)量，要求移動(dòng)終端切換到信號(hào)更好的基站。接力切換可以對(duì)整個(gè)基站的容量進(jìn)行動(dòng)態(tài)的優(yōu)化分配，也可以實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的切換。5.1 TD-SCDMA系統(tǒng)的硬切換5.1.1 基本原理在TD-SCDMA系統(tǒng)中，其硬切換機(jī)制參考了現(xiàn)有的GSM的切換機(jī)制，即移動(dòng)臺(tái)輔助切換方式。主要知道思想是切換的測(cè)量和處理等功能分散到各個(gè)移動(dòng)設(shè)備中，即由移動(dòng)臺(tái)來測(cè)量本基站和周圍基站的信號(hào)強(qiáng)度，把測(cè)量結(jié)果報(bào)告給RNC進(jìn)行分析和處理，從而做出有關(guān)切換的決策。在實(shí)際切換過程中，需要加入一定的時(shí)間延遲和信號(hào)強(qiáng)度冗余來補(bǔ)償因?yàn)閭鞑l件的復(fù)雜性、信息處理速度和能力的限制、命令傳遞的時(shí)間延遲等原因造成的誤差，減少不必要的切換，避免“乒乓效應(yīng)”的出現(xiàn)。同時(shí)針對(duì)TDD系統(tǒng)對(duì)干擾敏感的問題，只有當(dāng)相鄰小區(qū)基站信號(hào)強(qiáng)度優(yōu)于本小區(qū)信號(hào)強(qiáng)度一定程度（即差值大于信號(hào)強(qiáng)度冗余），并且本小區(qū)信號(hào)強(qiáng)度小于某一特定門限值時(shí)，才啟動(dòng)切換過程。硬切換測(cè)量算法的具體事件流程如圖5-1所示。 圖5-1 硬切換實(shí)現(xiàn)的實(shí)例基本算法觸發(fā)切換請(qǐng)求的依據(jù)是相對(duì)于切換儲(chǔ)備的信號(hào)功率：只有當(dāng)相鄰小區(qū)n的平均接收功率值和切換儲(chǔ)備值的和，并且當(dāng)前UE接受到的激活集小區(qū)信號(hào)強(qiáng)度低于給定門限值時(shí)，才能發(fā)起切換。如果符合下面準(zhǔn)則將起動(dòng)切換：RXLEV_DL/UL(n)RXLEV_DL/UL+hoMarginLev(n)/Qual(n) 14 (5-1) RxLev_DL/ULRSCP_DL_COMP 14 (5-3)這樣可以防止由于信號(hào)波動(dòng)引起的在兩個(gè)小區(qū)之間的來回切換（乒乓效應(yīng)）。同時(shí)僅允許移動(dòng)臺(tái)在當(dāng)前小區(qū)的信號(hào)低于規(guī)定門限RSCP_DL_DROP，并且新小區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度高于當(dāng)前小區(qū)給定的滯后余量時(shí)，才進(jìn)行切換。接力切換的判決相對(duì)于軟切換來說要求比較嚴(yán)格，基于TD-SCDMA 系統(tǒng)的特點(diǎn)，進(jìn)行接力切換的UE 上下行鏈路在與目標(biāo)基站建立通信的時(shí)候分別斷開與原基站的連接，因此在滿足正常通信質(zhì)量的情況下，要盡可能降低系統(tǒng)的切換率， 表現(xiàn)在原服務(wù)小區(qū)的RSCP_DL_DROP門限在保證一定的掉話率的同時(shí)盡可能的接近小區(qū)邊緣的平均信號(hào)強(qiáng)度，而目標(biāo)服務(wù)小區(qū)的RSCP_DL_ADD門限不能設(shè)置過高從而引起候選小區(qū)數(shù)量下降而導(dǎo)致掉話率過高，當(dāng)然此門限亦不能過低從而失去設(shè)置此門限參數(shù)的意義。當(dāng)系統(tǒng)判決進(jìn)行切換后，系統(tǒng)可以執(zhí)行多種切換方式，如執(zhí)行小區(qū)內(nèi)切換、小區(qū)間切換、頻率內(nèi)切換、頻率間切換、系統(tǒng)內(nèi)切換、系統(tǒng)間切換等等。因?yàn)椴煌那袚Q方式有不同的切換性能和復(fù)雜性，如切換率、切換成功率、切換延時(shí)和網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷等，一般按照小區(qū)內(nèi)、小區(qū)間、RNC內(nèi)、RNC間、系統(tǒng)內(nèi)、系統(tǒng)間的順序安排切換優(yōu)先級(jí)，可以減少接口間的信令交互，減輕RNC的處理負(fù)擔(dān)并加快切換的執(zhí)行過程。在執(zhí)行上述切換類型時(shí)，一般是頻內(nèi)切換的優(yōu)先級(jí)高于頻間切換的優(yōu)先級(jí)。5.5 接力切換與其他體制中切換的比較(1)在其他體制中發(fā)生切換時(shí)，Node B并不知道移動(dòng)臺(tái)所處的準(zhǔn)確位置及行進(jìn)方向。RNC要通知所有Node B測(cè)量移動(dòng)臺(tái)信號(hào)電平，而在TD-SCDMA中，Node B對(duì)信號(hào)電平的測(cè)量基于其當(dāng)前位置，RNC根據(jù)其移動(dòng)方向，只通知其最有可能靠近的Node B進(jìn)行測(cè)量。(2)接力切換與軟切換一樣，目的是在與原小區(qū)保持通信的同時(shí)，與將切換到的小區(qū)預(yù)先建立起連接。但是為了減小切換時(shí)間，它的判決比軟切換更嚴(yán)格。如果當(dāng)前小區(qū)業(yè)務(wù)質(zhì)量比較高，移動(dòng)臺(tái)會(huì)加大對(duì)鄰近Node B信號(hào)電平的測(cè)量時(shí)間間隔，當(dāng)本區(qū)業(yè)務(wù)質(zhì)量下降時(shí)，移動(dòng)臺(tái)對(duì)鄰近Node B信號(hào)電平的測(cè)量間隔就會(huì)減小。因此，在TD-SCDMA中，有較強(qiáng)導(dǎo)頻信號(hào)的Node B并不一定是移動(dòng)臺(tái)的業(yè)務(wù)服務(wù)Node B。但在WCDMA中，切換的發(fā)生總是以導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度為判決依據(jù)。第六章 TD-SCDMA切換參數(shù)仿真分析6.1 TD-SCDMA系統(tǒng)天線參數(shù)仿真對(duì)天線參數(shù)進(jìn)行設(shè)置的目的是：選擇最優(yōu)化設(shè)置天線參數(shù)，最大程度發(fā)揮系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量，達(dá)到服務(wù)區(qū)內(nèi)最大程度的時(shí)間、地點(diǎn)的無線覆蓋，減少干擾，達(dá)到所要求的服務(wù)質(zhì)量，在滿足容量和服務(wù)質(zhì)量前提下，盡量減少系統(tǒng)設(shè)備單元，降低成本。天線參數(shù)選擇對(duì)接力切換的效果非常重要，選擇好壞直接決定覆蓋區(qū)的覆蓋范圍和接力切換區(qū)域大小。重要的天線參數(shù)包括：半功率波束寬度的選擇、天線增益的選擇、天線掛高選擇控制