CDMA系統(tǒng)軟切換過程淺析

于愛民


（中國(guó)聯(lián)通河北分公司 石家莊 050011）

　　摘 要 介紹了CDMA系統(tǒng)軟切換的概念、過程和特點(diǎn)，重點(diǎn)分析了軟切換參數(shù)的定義與設(shè)置原則。


　　關(guān)鍵詞 軟切換 導(dǎo)引信號(hào)集 切換參數(shù) 搜索窗口



1 切換的概念


　　切換是指當(dāng)移動(dòng)臺(tái)走出原服務(wù)小區(qū)將要進(jìn)入另一個(gè)服務(wù)小區(qū)時(shí)，原基站與移動(dòng)臺(tái)之間的鏈路將由新基站與移動(dòng)臺(tái)之間的鏈路來取代的過程。IS?鄄95A系統(tǒng)支持以下3種切換過程。


　�。�1） CDMA到模擬的切換


　　指移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)CDMA業(yè)務(wù)信道切換到一個(gè)模擬AMPS話音信道。


　�。�2） MA到CDMA的硬切換


　　指移動(dòng)臺(tái)在不同的基站集合間（如屬于不同MSC的基站）、不同頻率分配或不同幀偏置間轉(zhuǎn)換。


　�。�3） 軟切換


　　移動(dòng)臺(tái)利用Rake接收機(jī)的多個(gè)接收支路，開始與一個(gè)新的基站聯(lián)系時(shí)，并不立即中斷與原基站之間的通信，即先建立與新基站的通信，然后直到接收到原基站信號(hào)低于一個(gè)門限值時(shí)再切斷與原基站的通信，這種切換方式稱為軟切換。軟切換僅僅能運(yùn)用于具有相同頻率的CDMA信道之間，包含不同基站之間的切換和不同 BSC 之間的切換，利用IMR（Inter MSC Router）的MSC之間的切換。更軟切換專指同一基站不同扇區(qū)之間的切換。


　　軟切換是IS?鄄95A系統(tǒng)引入的一個(gè)新的概念，是建立在CDMA系統(tǒng)分集接收基礎(chǔ)上的一項(xiàng)技術(shù)，它具有提高通信話音質(zhì)量、增加系統(tǒng)容量等優(yōu)點(diǎn)。本文將重點(diǎn)討論IS?鄄95A CDMA系統(tǒng)中軟切換技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)過程。


2 軟切換技術(shù)的特點(diǎn)


　　當(dāng)軟切換發(fā)生時(shí)，移動(dòng)臺(tái)在取得了與新基站的鏈接之后，再中斷與原基站的聯(lián)系，大大降低了通信中的掉話率。


　　在軟切換進(jìn)行過程中，軟切換提供在基站邊界處的前向業(yè)務(wù)信道和反向業(yè)務(wù)信道的路徑分集。采用分集接收的方式，提高了抵抗衰落的能力，降低了移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率，減少了移動(dòng)臺(tái)對(duì)系統(tǒng)的干擾，增加了系統(tǒng)容量。


　　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)入切換等待的排隊(duì)隊(duì)列，從而減少了系統(tǒng)的阻塞率。


3 導(dǎo)引信號(hào)集


　　導(dǎo)引信號(hào)即指一個(gè)導(dǎo)引信道，雖然導(dǎo)引信道的PN碼相同，但每個(gè)導(dǎo)引信道的時(shí)間偏置不同。移動(dòng)臺(tái)根據(jù)各個(gè)基站的導(dǎo)引信號(hào)的強(qiáng)度來決定是否進(jìn)行切換。為了根據(jù)導(dǎo)引信號(hào)強(qiáng)度對(duì)各個(gè)基站進(jìn)行有效的管理，在移動(dòng)臺(tái)引入了導(dǎo)引信號(hào)集的概念。


　�。�有效導(dǎo)引信號(hào)集：分配給移動(dòng)臺(tái)的與前向業(yè)務(wù)信道相聯(lián)系的導(dǎo)引信號(hào)。


　�。�候選導(dǎo)引信號(hào)集：當(dāng)前不在有效導(dǎo)引信號(hào)集里，但已被移動(dòng)臺(tái)接收，有足夠的強(qiáng)度表明與之相聯(lián)系的前向業(yè)務(wù)信道能被成功解調(diào)的導(dǎo)引信號(hào)。


　�。�相鄰導(dǎo)引信號(hào)集：當(dāng)前不在有效導(dǎo)引信號(hào)集或候選導(dǎo)引信號(hào)集中，但有可能成為軟切換候選的導(dǎo)引信號(hào)。


　�。�剩余導(dǎo)引信號(hào)集：在當(dāng)前CDMA指配頻率上，在當(dāng)前系統(tǒng)里的所有可能導(dǎo)引信號(hào)集（PILOT_INC的整數(shù)倍）中，但不包括在相鄰導(dǎo)引信號(hào)集、候選導(dǎo)引信號(hào)集和有效導(dǎo)引信號(hào)集里的導(dǎo)引信號(hào)。


4 切換參數(shù)


（1） T_ADD


　　導(dǎo)引信號(hào)增加門限。該值用于移動(dòng)臺(tái)觸發(fā)發(fā)送導(dǎo)引信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量消息以啟動(dòng)切換過程。移動(dòng)臺(tái)根據(jù)服務(wù)小區(qū)的切換指示消息，將鄰近集或剩余集中的導(dǎo)引信號(hào)在強(qiáng)度（ Ec/Io ）超過該參數(shù)的導(dǎo)引信號(hào)時(shí)移動(dòng)到候選集或有效集中。


（2） T_DROP


　　導(dǎo)引信號(hào)去掉門限。


（3） T_TDROP


　　去掉導(dǎo)引信號(hào)定時(shí)器值（單位為s，參見表1）。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)有效導(dǎo)引信號(hào)集或候選導(dǎo)引信號(hào)集的一個(gè)導(dǎo)引信號(hào)強(qiáng)度低于T_DROP時(shí)，啟動(dòng)去掉導(dǎo)引信號(hào)定時(shí)器值。如果這個(gè)導(dǎo)引信號(hào)是候選導(dǎo)引信號(hào)集中的導(dǎo)引信號(hào)，其強(qiáng)度持續(xù)低于T_DROP的時(shí)間超過T_TDROP，它將被移至相鄰的導(dǎo)引信號(hào)集中。如果這個(gè)導(dǎo)引信號(hào)是有效導(dǎo)引信號(hào)集中的一個(gè)導(dǎo)引信號(hào)，其強(qiáng)度持續(xù)低于T_DROP的時(shí)間超過T_TDROP，就發(fā)送導(dǎo)引信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量消息。根據(jù)基站發(fā)送的切換指示消息，它將被移至相鄰導(dǎo)引信號(hào)集中。


（4） T_COMP


　　有效導(dǎo)引信號(hào)集與候選導(dǎo)引信號(hào)集比較門限。當(dāng)候選導(dǎo)引信號(hào)集里的一個(gè)導(dǎo)引信號(hào)強(qiáng)度超過有效導(dǎo)引信號(hào)集中的一個(gè)導(dǎo)引信號(hào)強(qiáng)度0?郾5×T_COMP dB 時(shí)，移動(dòng)臺(tái)則發(fā)射一個(gè)導(dǎo)引信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量消息，并根據(jù)服務(wù)小區(qū)的切換指示消息，將該導(dǎo)引信號(hào)移到有效導(dǎo)引信號(hào)集中，替換那個(gè)導(dǎo)引信號(hào)。


表1 切換去掉定時(shí)器期滿值





5 搜索窗口參數(shù)


　　因?yàn)镃DMA系統(tǒng)采用嚴(yán)格的同步控制技術(shù)，所以移動(dòng)臺(tái)將正在接收的一個(gè)導(dǎo)引信道中提取的系統(tǒng)時(shí)間作為參考時(shí)間，對(duì)其他不同PN碼導(dǎo)引信道同步解調(diào)提取信息。但由于該導(dǎo)引信道和其他導(dǎo)引信道傳播時(shí)延不確定，因而移動(dòng)臺(tái)要在一個(gè)合理的時(shí)延（PN碼相位偏移范圍）窗口上進(jìn)行搜索，以確定導(dǎo)引信道的實(shí)際時(shí)序。搜索時(shí)延寬度稱為搜索窗口，以PN碼片為單位，搜索窗口的尺寸見表2。



移動(dòng)臺(tái)搜索導(dǎo)引信道時(shí)使用3種不同的搜索窗口參數(shù)。


　�。猄RCH_WIN_A：用于搜索有效集和候選集中的導(dǎo)引信道，移動(dòng)臺(tái)的搜索窗口以有效導(dǎo)引信號(hào)集中最早到來的可用導(dǎo)引信號(hào)多徑成分為中心。


　　＊SRCH_WIN_N：用于搜索相鄰集中的導(dǎo)引信道，移動(dòng)臺(tái)以SRCH_WIN_A中心為基準(zhǔn)再加上該導(dǎo)引信道PN序列偏置作為搜索窗口中心。它只對(duì)鄰區(qū)列表（NeighborList）中規(guī)定的導(dǎo)引信號(hào)進(jìn)行搜索。


　�。猄RCH_WIN_R：用于搜索剩余集中的導(dǎo)引信道，對(duì)于剩余導(dǎo)引信號(hào)集中的每個(gè)導(dǎo)引信號(hào)，移動(dòng)臺(tái)應(yīng)以移動(dòng)臺(tái)定時(shí)參考加上該導(dǎo)引信道PN序列偏置作為搜索窗口中心。移動(dòng)臺(tái)應(yīng)僅搜索剩余導(dǎo)引信號(hào)集中其導(dǎo)引信號(hào)PN序列偏置等于PILOT_INC整數(shù)倍的導(dǎo)引信號(hào)。


　　移動(dòng)臺(tái)將在尋呼信道的系統(tǒng)參數(shù)中得到搜索窗口取值。窗口大小與搜索速度成反比。為了提高搜索速度而將窗口縮小，將有可能造成有用導(dǎo)引信號(hào)的丟失。RCH_WIN_A搜索窗口應(yīng)滿足導(dǎo)引信道中可用多徑成分中最大到達(dá)時(shí)間差，即導(dǎo)引信道的最大時(shí)延擴(kuò)展。SRCH_WIN_N和SRCH_WIN_R搜索窗口應(yīng)滿足導(dǎo)引信道路徑傳播時(shí)延的最大時(shí)延擴(kuò)展。


表2 搜索窗口尺寸





6 切換過程


　　移動(dòng)臺(tái)軟切換過程如圖1所示。





　　移動(dòng)臺(tái)搜索所有導(dǎo)引信號(hào)以探測(cè)現(xiàn)有的CDMA信道并測(cè)量它們的強(qiáng)度。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)探測(cè)發(fā)現(xiàn)相鄰導(dǎo)引信號(hào)集或者剩余導(dǎo)引信號(hào)集導(dǎo)引信號(hào)強(qiáng)度超過T_ADD時(shí)，它就發(fā)送一條導(dǎo)引信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量消息（Pilot Strength Measurement Message，PSMM）至服務(wù)基站。


　　服務(wù)基站將該報(bào)告送給MSC，MSC通知切換目的基站安排一個(gè)前向業(yè)務(wù)信道給移動(dòng)臺(tái)，兩基站前向業(yè)務(wù)信道將發(fā)送除功率控制子信道以外的完全相同的調(diào)制符號(hào)，并由服務(wù)基站發(fā)送含切換目的基站的PN號(hào)、前向業(yè)務(wù)信道號(hào)和切換參數(shù)等內(nèi)容的切換指示消息（Handoff Direction Message，HDM），指示移動(dòng)臺(tái)開始切換。


　　移動(dòng)臺(tái)根據(jù)接收到的切換指示消息，將切換目的基站PN加入有效導(dǎo)引集，同時(shí)對(duì)兩基站前向業(yè)務(wù)信道進(jìn)行解調(diào)。解調(diào)完成后發(fā)送切換完成消息（Handoff Completion Message，HCM）。


　　隨著移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)，當(dāng)有效導(dǎo)引集的一個(gè)導(dǎo)引信號(hào)強(qiáng)度低于T_DROP時(shí)，移動(dòng)臺(tái)就啟動(dòng)切換去掉定時(shí)器T_TDROP。當(dāng)定時(shí)器T_TDROP期滿時(shí)它就發(fā)送一條PSMM至基站。


　　兩基站接收到PSMM后，將該消息送至MSC，MSC回送相應(yīng)的HDM，由基站轉(zhuǎn)發(fā)至移動(dòng)臺(tái)，移動(dòng)臺(tái)再根據(jù)切換指示消息將該導(dǎo)引信號(hào)移出有效集，同時(shí)發(fā)送HCM。


7 切換參數(shù)設(shè)置


　　在基站較密集的市區(qū)，基站的覆蓋范圍受其導(dǎo)引信號(hào)強(qiáng)度Ec/Io與切換參數(shù)T_ADD關(guān)系的制約。隨著門限值T_ADD的增大，覆蓋范圍將縮小，反之將擴(kuò)大。


　　T_ADD和T_DORP的取值還將影響到切換數(shù)量和切換區(qū)域。增加T_ADD，處于軟切換的移動(dòng)臺(tái)占總移動(dòng)臺(tái)的數(shù)量將降低，反之將升高。隨著門限值T_ADD和T_DORP的降低，切換區(qū)域?qū)�擴(kuò)大，反之將縮小。


　　在軟切換狀態(tài)下使用的多扇區(qū)接收機(jī)產(chǎn)生的固有分集接收增益，可以降低移動(dòng)臺(tái)發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度，減少對(duì)其他移動(dòng)臺(tái)的干擾，增加系統(tǒng)容量。但軟切換需要利用所有相關(guān)基站的信道單元來支持通話，這樣不僅占用了多個(gè)小區(qū)的物理信道單元，還造成了物理信道單元的浪費(fèi)。因此，應(yīng)綜合考慮軟切換獲得的降低干擾的增益與所投入的信道資源的成本關(guān)系。理論研究和實(shí)際測(cè)試均表明，軟切換比例為 35%左右是比較理想的。


　　T_COMP控制導(dǎo)引信號(hào)從候補(bǔ)集到有效集的轉(zhuǎn)移。在有4個(gè)（或更多）導(dǎo)引信號(hào)強(qiáng)度超過T_ADD的情況下，降低T_COMP取值，將使導(dǎo)引信號(hào)更容易進(jìn)入有效集；升高T_COMP的取值將可減少互換次數(shù)，但卻增加了進(jìn)入有效集的難度，造成部分強(qiáng)導(dǎo)引信號(hào)不能進(jìn)入有效集（不在有效集中的導(dǎo)引信道是強(qiáng)干擾源）。


　　搜索窗口的大小與搜索速度成反比關(guān)系。擴(kuò)大搜索窗口將增加移動(dòng)臺(tái)導(dǎo)引信號(hào)搜索處理的工作量，減少單位時(shí)間內(nèi)搜索到的導(dǎo)引信號(hào)數(shù)�？s小搜索窗口，移動(dòng)臺(tái)將無法搜索到窗口外的強(qiáng)導(dǎo)引信號(hào)，對(duì)系統(tǒng)構(gòu)成強(qiáng)干擾。由于不在鄰區(qū)列表的導(dǎo)引信道無法進(jìn)入有效集，因此為防止移動(dòng)臺(tái)浪費(fèi)時(shí)間搜索此類導(dǎo)引信號(hào)，可將優(yōu)化完成后的SRCH_WIN_R設(shè)為0。


綜合考慮各種因素，實(shí)際優(yōu)化中切換參數(shù)設(shè)置建議值見表3。






摘自《電信技術(shù)》