切換技術

   



   切換技術
由于移動通信系統采用蜂窩結構移動臺在跨越空間劃分的小區(qū)時必然要進行越區(qū)切換。即完成移動臺到基站的空中接口的轉移以及基站到網人口和網人口到交換中心的相應的轉移。在第一和第二代移動通信系統中都采用迫使通信容易中斷的越區(qū)硬切換方式。3G系統將在使用相同載波頻率的小區(qū)間實現軟切換，即移動用戶在越區(qū)時可以與兩個小區(qū)的基站同時接通只相應改變擴頻碼。即可做到”先接通再斷開”的交換功能從而大大改善了切換時的通話質量。這種軟切換具體的實現方法和步驟仍持研究、并且在使用硬切換實現不同載波的小區(qū)間的切換仍有許多需要解決的問題。

淺議3G中的各種切換技術
第三代移動通信（3G）目前是通信業(yè)內人士提到頻率較高的一個詞，其三大標準早為大家所熟知：WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA，它們各有優(yōu)缺，而作為三大標準共有的關鍵技術之一——越區(qū)切換（HAND OFF）很值得討論。在移動通信系統中，切換是系統必不可少的過程，用戶在蜂窩覆蓋區(qū)內移動時，其正在進行的呼叫有可能從一個基站轉移到另一個基站，切換必須快而有效，否則將會影響用戶的通話質量。由于無線頻譜資源的限制，3G主要由混合小區(qū)組成，因而切換會以較高頻率發(fā)生。設計快速而可靠的切換機制，是決定3G網絡性能優(yōu)劣的關鍵因素之一。
　　在了解WCDMA、CDMA2000中的軟切換，以及TD-SCDMA中接力切換之前，先來熟悉、比較兩個最為基礎的越區(qū)切換（HAND OFF）——硬切換和軟切換。硬切換是指在新的連接建立以前，先中斷舊的連接。軟切換是指既維持舊的連接，又同時建立新的連接，并利用新舊鏈路的分集合并來改善通信質量，當與新基站建立可靠連接之后再中斷舊鏈路。圖1表示軟、硬切換的切換過程。

　　圖1 軟、硬切換的切換過程示意圖
　　軟切換只能在同一導頻信道間進行，硬切換是發(fā)生在兩個基站不同步或者是不同載頻的時候，語音或者數據通信在硬切換過程中將發(fā)生中斷。在不同載頻間是不可能發(fā)生軟切換的。任何時候載頻改變了，硬切換就發(fā)生作用了。在從一個服務鏈路過渡到另一個服務鏈路時，硬切換存在著瞬間的通話中斷。當載頻改變時。移動臺需要從當前的頻率調整到一個新的頻率上，這樣就發(fā)生了硬切換，而不能發(fā)生軟切換。
　　一、WCDMA中的軟切換
　WCDMA切換策略（如圖2）：WCDMA的軟切算法使用了相同導頻信道的Ec/Io作為切換測量數值，它有四個至關重要的導頻集分別如下：

圖2 WCDMA中的切換策略
　　⊙激活集：與分配給移動臺的前向業(yè)務信道相對應的導頻。
　　⊙候選集：當前不在激活集里，但是已經有足夠的強度表明，與該導頻相對應基站的前向業(yè)務信道可 以被成功解調的導頻集合。
　　⊙鄰近集：當前不在激活集里和候選導頻集中，但可以進入候選集的導頻集合。
　　⊙剩余集：在當前的系統中，除上述三種導頻集以外的其他導頻。
　　無線鏈路增加和釋放過程：
　�。�1）小區(qū)2的導頻信號強度逐漸增強，當小區(qū)2的導頻強度Ec/Io達到(最好導頻Ec/Io－(報告門限－增加滯后門限))并維持△T時間，而此時候選集沒有滿，小區(qū)2此時被加入到候選集里。該項動作也稱為無線鏈路增加。
　　（2）小區(qū)3的導頻信號強度逐漸增加并開始超過最早的小區(qū)1的導頻信號強度，在小區(qū)3的導頻（最好候選導頻）強度Ec/Io達到（最弱導頻Ec/Io +替換滯后門限）并維持△T時間，而此時候選集的數目已滿（假設此時系統設置的候選集最大數目是兩個），小區(qū)3（候選集中最強的信號）此時替代小區(qū)2（候選集里最弱的信號）被加入到候選集里，小區(qū)1同時被移出候選集。該項動作也被稱為無線鏈路增加和釋放。
　�。�3）此時候選集中小區(qū)3的導頻信號強度逐漸減弱，當小區(qū)3的導頻強度Ec/Io弱到（最好導頻Ec/Io－（報告門限+刪除滯后門限））并維持△T時間，小區(qū)3（候選集里最弱的信號）此時被移出候選集。該項動作也稱無線鏈路的釋放。
　其中，報告門限是軟切換中要增加或刪除候選集中的小區(qū)的門限；△T是留給動作觸發(fā)的時間；導頻Ec/Io是指經測量后導頻的強度；最好候選導頻是指候選集里信號最強的導頻。
　　滯后門限分三類：
　　⊙增加滯后門限是要增加無線鏈路的滯后門限；
　　⊙刪除滯后門限的要刪除無線鏈路的滯后門限；
　　⊙替換滯后門限是要同時增加并釋放一條無線連路的滯后門限。
　　二、CDMA2000中的軟切換

　圖3 CDMA2000中的切換策略
　　CDMA2000中的切換策略如圖3所示。移動臺不斷地搜索著激活類、候選類、鄰近類、剩余類各個導頻的強度，并且根據導頻強度維護各個類，當移動臺靠近切換區(qū)時，移動臺開始以下操作過程：
　�。�1）導頻p2強度超過了T_ADD，但尚未到達動態(tài)門限，移動臺將這個導頻移到候選集。
　�。�2）導頻p2強度超過了[(SOFT_ SLOP/8)×10×log10(PS1)+ADD_IN TERCEPT/2]。移動臺發(fā)送導頻強度測量消息。
　�。�3）移動臺收到擴展切換指示消息DROP_INTERCEPT/2，將p2移入激活集，開始宏分集。而后發(fā)送切換完成消息。
　�。�4）導頻p1的強度下降低于動態(tài)門限[(SOFT_SLOPE/8)×10×log10(PS2)+DROP_INTERCEPT/2]，移動臺開始啟動發(fā)送切換定時器。其中DROP_INTERCEPT/2是計算去掉導頻p1時動態(tài)門限的一個參數，和ADD_INTERCEPT/2相對應。
　�。�5）切換下降定時器超時，移動臺發(fā)送導頻強度測量消息給基站。
　�。�6）移動臺收到切換指示消息，將p1移入候選類。而后發(fā)送切換完成消息。
　�。�7）導頻p1的強度下降低于T_DROP。移動臺開始啟動發(fā)送切換定時器。
（8）切換下降定時器超時，移動臺將p1從候選類移到鄰近集。
　　這就是移動臺進出切換區(qū)的全過程，由此看出對于移動臺，切換的關鍵就是在復雜的無線信道條件下不斷地、較為準確地測量各導頻的強度，以及支持在切換區(qū)的宏分集。
　　三、TD-SCDMA中的接力切換
　　接力切換是利用精確的定位技術，在對移動臺的距離和方位進行定位的基礎上，根據移動臺方位和距離作為輔助信息，來判斷移動臺是否移動到了可進行切換的相鄰基站臨近區(qū)域。如果移動臺進入這個切換區(qū)，則RNC通知該基站作好切換的準備，從而實現快速、可靠和高效切換。這樣既節(jié)省信道資源、簡化信令、減少系統負荷，也適應不同頻率小區(qū)之間的切換。
　　實現接力切換的必要條件是：網絡要準備獲得移動臺的位置信息，包括移動臺的信號到達方向(DOA)以及移動臺與基站的距離。在TD-SCDMA系統中，由于采用了智能天線和上行同步技術，系統較容易獲得移動臺的DOA，從而獲得移動臺的位置信息。具體過程是：
　�。�1）利用智能天線和基帶數字信號處理技術，可以使天線根據每個移動臺的DOA為其進行自適應的波形賦形。對每個移動臺來講，仿佛始終都有一個高增益的天線在自動跟蹤它，基站根據智能天線的計算結果就能確定移動臺的DOA，從而獲得移動臺的方向信息。
　�。�2）利用上行同步技術，系統可以獲得移動臺信號傳輸的時間偏移，進而計算得到移動臺與基站之間的距離。
　�。�3）經過前兩步之后，系統就可準確獲得移動臺的位置信息。
　　因此，上行同步、智能天線和數字信號處理等技術，是TD-SCDMA移動通信系統實現接力切換的關鍵技術基礎。接力切換執(zhí)行過程如圖4所示。

　圖4 接力切換執(zhí)行過程
　�。�1）移動臺與nodeB1進行正常通信。
　　（2）當移動臺需要切換并且網絡通過對移動臺對候選小區(qū)的測量找到了切換目標小區(qū)時，網絡向移動臺發(fā)送切換命令，移動臺就與目標小區(qū)建立上行同步。然后移動臺在與nodeB1保持信令和業(yè)務連接的同時，與nodeB2建立信令連接。
　�。�3）當移動臺與nodeB2信令建立之后，移動臺就刪除與nodeB1的業(yè)務連接。
　�。�4）移動臺嘗試建立與nodeB2的業(yè)務連接，這時移動臺與nodeB1之間的業(yè)務和信令連接全部斷開了，而只與nodeB2保持了信令和業(yè)務的連接，切換完成。
　　四、結束語
　　通過分析WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA中切換技術的不同，我們可以看出：在測量過程中，軟切換和硬切換都是在不知道移動臺準確位置的情況下進行切換、測量的，因此需要對所有的鄰小區(qū)進行測量，然后根據給定的切換算法和準則進行切換判斷和目標小區(qū)的選擇。而接力切換是在知道移動臺精確位置的情況下進行切換測量，所以它沒有必要對所有鄰小區(qū)進行測量，只需對與移動臺移動方向一致的、靠近移動臺一側少數幾個小區(qū)進行測量，然后根據給定的切換算法和準則進行切換判斷和目標小區(qū)的選擇，就可以實現高質量的越區(qū)切換。
　　移動臺所需的切換測量時間減少，測量工作量減少，切換時延也就相應減少，切換掉話率隨之下降。另外，由于需要監(jiān)測的相鄰小區(qū)數量減少，因而減少了移動臺、NodeB和RNC之間的信令交互，縮短了移動臺測量時間，減輕了網絡負荷，進而使系統性能得到優(yōu)化。接力切換不僅具備硬切換較低掉話率和較小上行干擾的優(yōu)點之外，還具有軟切換資源利用率高、算法簡單、信令負荷輕的優(yōu)點，更重要的是它大大提高了切換成功率和信道利用率。在實際工作中，可以通過權衡掉話、時延、信道忙閑等因素來確定采用哪種切換方式。


   

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