切換技術

   



   切換技術
由于移動通信系統(tǒng)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(wǎng)人口和網(wǎng)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(tǒng)中都采用迫使通信容易中斷的越區(qū)硬切換方式。3G系統(tǒng)將在使用相同載波頻率的小區(qū)間實現(xiàn)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(zhì)量。這種軟切換具體的實現(xiàn)方法和步驟仍持研究、并且在使用硬切換實現(xiàn)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(nèi)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(tǒng)中，切換是系統(tǒng)必不可少的過程，用戶在蜂窩覆蓋區(qū)內(nèi)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(zhì)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(wǎng)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(zhì)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(shù)據(jù)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(diào)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(shù)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(jīng)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(diào)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(tǒng)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(shù)目已滿（假設此時系統(tǒng)設置的候選集最大數(shù)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(jīng)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(jù)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(shù)，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(jù)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(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)負荷，也適應不同頻率小區(qū)之間的切換。
　　實現(xiàn)接力切換的必要條件是：網(wǎng)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(tǒng)中，由于采用了智能天線和上行同步技術，系統(tǒng)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(shù)字信號處理技術，可以使天線根據(jù)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(jù)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(tǒng)可以獲得移動臺信號傳輸?shù)臅r間偏移，進而計算得到移動臺與基站之間的距離。
　　（3）經(jīng)過前兩步之后，系統(tǒng)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(shù)字信號處理等技術，是TD-SCDMA移動通信系統(tǒng)實現(xiàn)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(wǎng)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(wǎng)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(jù)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(shù)幾個小區(qū)進行測量，然后根據(jù)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(xiàn)高質(zhì)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(shù)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(wǎng)絡負荷，進而使系統(tǒng)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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