淺談移動(dòng)通信的切換技術(shù)

淺談移動(dòng)通信的切換技術(shù)（趙如兵）
    所謂切換，是指當(dāng)移動(dòng)臺(tái)在通話過(guò)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話質(zhì)量下降時(shí)，必須改變?cè)�有的話音信道而轉(zhuǎn)接到一條新的空閑話音
信道上，以繼續(xù)保持通話的過(guò)程。正確認(rèn)識(shí)和理解切換對(duì)我們的日常維護(hù)及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化有重要
作用。
    一、切換判決條件
    在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，我們一般可根據(jù)射頻信號(hào)強(qiáng)度、載干比、移動(dòng)臺(tái)到基站的相對(duì)位置
來(lái)判斷切換與否。
    1．依射頻信號(hào)強(qiáng)度判決。射頻信號(hào)強(qiáng)度（基站接收到的手機(jī)信號(hào)強(qiáng)度）直接反映了話音
傳輸質(zhì)量的好壞，基站話音信道接收機(jī)連續(xù)對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，控制單元將測(cè)量值與門(mén)限值比較
，根據(jù)比較結(jié)果向交換機(jī)發(fā)出切換請(qǐng)求。
    2．依接收信號(hào)載干比判決。載干比是接收機(jī)接收到的載波信號(hào)與干擾信號(hào)的平均功率的
比值，反映了移動(dòng)通信的通話質(zhì)量。如在模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)（TACS）系統(tǒng)中，通話時(shí)基站會(huì)產(chǎn)
生連續(xù)的監(jiān)測(cè)音（SAT），和話音一起傳送，用于監(jiān)測(cè)無(wú)線信道質(zhì)量。一般來(lái)說(shuō)，TACS要求載
干比大于17dB，而GSM、CDMA載干比分別大于9dB和7dB。當(dāng)接收機(jī)接收到的載干比小于規(guī)定的
門(mén)限值時(shí)，系統(tǒng)就啟動(dòng)切換過(guò)程。
    3. 依移動(dòng)臺(tái)到基站的距離判決。一般而言，切換是由于移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)到相鄰小區(qū)的覆蓋范
圍內(nèi)，因此可根據(jù)其與基站及小區(qū)的距離作出是否要進(jìn)行切換的判決。當(dāng)距離大于規(guī)定值時(shí)，
發(fā)出切換請(qǐng)求。
    上述3種判決條件中，滿足其中任一條件都將啟動(dòng)切換過(guò)程。但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于在通
話過(guò)程中測(cè)量接收信號(hào)載干比有一定困難，而用距離判決時(shí)，測(cè)量精度很難保證，因此，大
多數(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)均使用射頻信號(hào)強(qiáng)度作為判決切換與否的基準(zhǔn)。基于信號(hào)強(qiáng)度的切換過(guò)程
如下：移動(dòng)臺(tái)從當(dāng)前小區(qū)運(yùn)動(dòng)到相鄰小區(qū)時(shí)，從兩小區(qū)接收到的信號(hào)強(qiáng)度不斷發(fā)生變化。一方
面，隨移動(dòng)臺(tái)逐漸接近當(dāng)前小區(qū)邊界，信號(hào)強(qiáng)度和質(zhì)量逐漸惡化，從某一點(diǎn)開(kāi)始從相鄰小區(qū)來(lái)
的信號(hào)強(qiáng)度開(kāi)始高于當(dāng)前小區(qū)；另一方面，相鄰小區(qū)收到該移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)強(qiáng)度也高于當(dāng)前小區(qū)
收到的信號(hào)強(qiáng)度。在移動(dòng)臺(tái)與當(dāng)前小區(qū)間的通信鏈路惡化到無(wú)法使用之前，或相鄰小區(qū)的信號(hào)
強(qiáng)度高于當(dāng)前小區(qū)信號(hào)強(qiáng)度一定值時(shí)，通話被切換到相鄰小區(qū)。
    二、切換控制方式
    移動(dòng)通信系統(tǒng)共有三種切換控制方式，即：移動(dòng)臺(tái)控制切換（MCHO）、網(wǎng)絡(luò)控制切換（N
CHO）和移動(dòng)臺(tái)輔助切換（MAHO）。
    1．移動(dòng)臺(tái)控制切換（MCHO）。移動(dòng)臺(tái)控制切換是通過(guò)移動(dòng)臺(tái)持續(xù)監(jiān)視通信端口的信號(hào)強(qiáng)
度和質(zhì)量，當(dāng)滿足切換條件時(shí)，移動(dòng)臺(tái)選擇一個(gè)最好的切換候選項(xiàng)并發(fā)出切換請(qǐng)求。目前歐
洲的增強(qiáng)型數(shù)字無(wú)繩技術(shù)（DECT）和北美的太平洋地區(qū)通信系統(tǒng)（PACS）均采用這種切換控制。
    2．網(wǎng)絡(luò)控制切換（NCHO）。網(wǎng)絡(luò)控制切換是通過(guò)通信端口監(jiān)視信號(hào)強(qiáng)度和質(zhì)量，當(dāng)信號(hào)
惡化到低于某閾值時(shí)，網(wǎng)絡(luò)就安排切換到新的通信端口。在此過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)要求所有端口監(jiān)視
由移動(dòng)臺(tái)來(lái)的信號(hào)，并將結(jié)果報(bào)告結(jié)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)選擇新端口后，它同時(shí)通知新、舊端口完成
切換，移動(dòng)臺(tái)在切換過(guò)程中是被動(dòng)的。目前的TACS及AMPS系統(tǒng)均采用這種切換控制，即由基站
檢測(cè)，由交換中心控制完成，當(dāng)前基站監(jiān)視并測(cè)量所有通信鏈路，移動(dòng)交換中心（MSC）命令
周?chē)�基站不時(shí)地測(cè)量各自的通信鏈路，基于這些測(cè)量，MSC決定何時(shí)何地發(fā)生切換。
    3．移動(dòng)臺(tái)輔助切換（MAHO）。移動(dòng)臺(tái)輔助切換可以說(shuō)是網(wǎng)絡(luò)控制切換（NCHO）的一種演
化，網(wǎng)絡(luò)要求移動(dòng)臺(tái)測(cè)量周?chē)�端口的信�?hào)強(qiáng)度并報(bào)告給舊端口，然后由網(wǎng)絡(luò)來(lái)判斷是否切換和
切換到哪個(gè)端口。因此MA－HO是通過(guò)移動(dòng)臺(tái)測(cè)量通信鏈路，而由網(wǎng)絡(luò)控制切換，在切換過(guò)程中
移動(dòng)臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)同時(shí)參與切換，移動(dòng)臺(tái)負(fù)責(zé)測(cè)量，網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)判決，目前的GSM及CDMA系統(tǒng)均采用
這種切換控制。
    我國(guó)目前是TACS、GSM及CDMA多網(wǎng)并存的結(jié)構(gòu)。在TACS系統(tǒng)中，由于采用網(wǎng)絡(luò)控制切換方
式，由基站檢測(cè)，交換中心控制完成，放信道監(jiān)視和測(cè)量功能集中在基站，當(dāng)基站判決要切換
時(shí)，必須請(qǐng)求和等待相鄰基站的測(cè)量結(jié)果才能確定切換的目標(biāo)小區(qū)；而在GSM和CDMA系統(tǒng)中，
由于采用移動(dòng)臺(tái)輔助切換方式，切換是由移動(dòng)臺(tái)負(fù)責(zé)測(cè)量，網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)判決的，故需要切換時(shí)，
目標(biāo)小區(qū)可立即確定，因此GSM、CDMA切換速度比TACS快。另外，由于網(wǎng)絡(luò)控制切換需要傳遞
大量信令用以搜集信息，而基站可用的無(wú)線資源是有限的，切換又經(jīng)常要花費(fèi)數(shù)秒鐘，為減少
網(wǎng)絡(luò)的信令負(fù)擔(dān)，周?chē)�基站并非持續(xù)向MSC傳遞測(cè)量報(bào)告，即測(cè)量次數(shù)由于資源的限制而降低
，因此MSC用作切換判決的依據(jù)并非精確可靠。
    三、軟切換與硬切換
    切換從方式上一般可分為硬切換和軟切換兩種。
    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(guò)程中，移動(dòng)臺(tái)必須在一指定時(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(kāi)，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。
    現(xiàn)有TACS系統(tǒng)和GSM系統(tǒng)均使用硬切換方式。當(dāng)切換發(fā)生時(shí)，因?yàn)樵�基站與新基站的載波
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，TACS有
500ms左右的中斷時(shí)間），因此硬切換在一定程度上會(huì)影響通話質(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(lái)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(guò)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(kāi)與原
基站的連接。因此，軟切換是“先切換，后斷開(kāi)”，在切換過(guò)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(wú)縫”切換。
    現(xiàn)有CDMA系統(tǒng)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(guò)程中沒(méi)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（可視為無(wú)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(guò)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。
    四、切換過(guò)程
    1．TACS的切換過(guò)程
    TACS系統(tǒng)采用的是網(wǎng)絡(luò)控制切換方式，即由基站檢測(cè)，由交換中心控制完成。其切換過(guò)程
如下：
    移動(dòng)臺(tái)在通話過(guò)程中，基站會(huì)產(chǎn)生連續(xù)的監(jiān)測(cè)音SAT，和話有一起傳送，用于監(jiān)測(cè)無(wú)線信
道質(zhì)量，當(dāng)基站監(jiān)測(cè)到移動(dòng)臺(tái)的射頻信號(hào)強(qiáng)度低于所設(shè)定的切換門(mén)限電平值時(shí)，基站便向交換
機(jī)發(fā)出切換請(qǐng)求，交換機(jī)根據(jù)基站切換關(guān)系表，指定相應(yīng)的目標(biāo)基站來(lái)測(cè)量源基站要切換的話
音信道的信號(hào)強(qiáng)度。當(dāng)某個(gè)目標(biāo)基站的測(cè)量值滿足設(shè)定的比較條件時(shí)，該基站便通知系統(tǒng)它所
測(cè)量的信號(hào)強(qiáng)度、所用無(wú)線等參數(shù)，系統(tǒng)便向該目標(biāo)基站發(fā)出一個(gè)執(zhí)行切換命令（對(duì)于MOTOR
OLA系統(tǒng)，由于信道的分配功能是由基站完成的，所以這時(shí)應(yīng)由基站向系統(tǒng)應(yīng)答一個(gè)信息，以
告訴系統(tǒng)所選信道的信道號(hào)、SAT音號(hào)等。而對(duì)于ERICSSON系統(tǒng)，由于信道的分配功能是由交
換機(jī)來(lái)完成的，所以不存在這一應(yīng)答指令），同時(shí)系統(tǒng)還會(huì)向發(fā)出切換請(qǐng)求的源基站發(fā)一個(gè)切
換執(zhí)行命令，于是源基站便在其下行話音信道中向手機(jī)發(fā)一個(gè)包含手機(jī)要切換的信道號(hào)和所應(yīng)
使用的功率等參數(shù)的控制信號(hào)。手機(jī)收到該信號(hào)后向基站發(fā)一個(gè)釋放該信道的應(yīng)答信號(hào)（ST）
，然后立即切換到新的話音信道，基站收到ST后便釋放該話音信道。當(dāng)目標(biāo)基站的SAT音經(jīng)手機(jī)
環(huán)回后，它便向系統(tǒng)報(bào)告越區(qū)切換成功。
    2.GSM的切換過(guò)程
    GSM系統(tǒng)采用的是移動(dòng)臺(tái)輔助切換方式，即由移動(dòng)臺(tái)監(jiān)測(cè)判決，交交換中心控制完成，在切
換過(guò)程中基站和移動(dòng)臺(tái)均參與切換過(guò)程。其切換過(guò)程如下：
    移動(dòng)臺(tái)在通話過(guò)程中，不斷地向所在小區(qū)的基站報(bào)告本小區(qū)和相鄰小區(qū)基站的無(wú)線電環(huán)境
參數(shù)；本小區(qū)基站依據(jù)所接收的該移動(dòng)用戶無(wú)線電環(huán)境參數(shù)來(lái)判斷是否應(yīng)該進(jìn)行越區(qū)切換。當(dāng)
滿足越區(qū)切換條件時(shí)，基站便向移動(dòng)臺(tái)發(fā)出越區(qū)切換請(qǐng)求，同時(shí)將越區(qū)切換請(qǐng)求信息傳送給MSC，
MSC立即判斷此新基站位置碼是否屬于本MSC轄區(qū)。此時(shí)有兩種情況：一種是，若MSC確認(rèn)新基站
是屬于本MSC轄區(qū)的，則通知訪問(wèn)用戶登記器（VLR）為其尋找一空閑信道（最佳或次最佳替換
信道），然后將所找信道的信道號(hào)及國(guó)際移動(dòng)電臺(tái)識(shí)別號(hào)碼（IMSI）經(jīng)過(guò)本區(qū)的基站發(fā)送給移
動(dòng)臺(tái)，移動(dòng)臺(tái)依據(jù)信道號(hào)的頻率值將工作頻率切換到新的頻率點(diǎn)上，并進(jìn)行環(huán)路核準(zhǔn)，核準(zhǔn)信
息經(jīng)MSC核準(zhǔn)后，MSC通知基站釋放原信道；另一種是，若MSC發(fā)現(xiàn)新基站不是本MSC轄區(qū)內(nèi)的，
MSC就將切換請(qǐng)求轉(zhuǎn)送給新MSC，再由新MSC通知它的VLR為其尋找一空閑信道，然后將找到的基
站站號(hào)、信道號(hào)及IMSI傳送給原MSC，并經(jīng)由原基站發(fā)送給移動(dòng)臺(tái)，進(jìn)行移動(dòng)臺(tái)的核準(zhǔn)和基站
的釋放過(guò)程。
    3.CDMA的切換過(guò)程
    CDMA系統(tǒng)采用的也是移動(dòng)臺(tái)輔助切換方式，其切換過(guò)程如下：
    基站在每個(gè)工作的前向CDMA信道上不斷發(fā)射一個(gè)引導(dǎo)信號(hào)，用于監(jiān)測(cè)無(wú)線信道質(zhì)量（與
TACS中的SAT類(lèi)似）。移動(dòng)臺(tái)在通話過(guò)程中，不斷搜索系統(tǒng)內(nèi)的引導(dǎo)信號(hào)并測(cè)量其信號(hào)強(qiáng)度。
當(dāng)移動(dòng)臺(tái)檢測(cè)到來(lái)自相鄰小區(qū)基站的引導(dǎo)信號(hào)大于上門(mén)限時(shí)，移動(dòng)臺(tái)便將該引導(dǎo)信號(hào)的強(qiáng)度信
息報(bào)告給基站，并將該信號(hào)作為候選者。MSC通過(guò)原基站向移動(dòng)臺(tái)發(fā)送一個(gè)切換命令，移動(dòng)臺(tái)
據(jù)此跟蹤新目標(biāo)基站的引導(dǎo)信號(hào)，并將此引導(dǎo)信號(hào)作為有效者，同時(shí)向該目標(biāo)基站發(fā)送一個(gè)切
換完成消息。至此，移動(dòng)臺(tái)除與原基站保持聯(lián)系外，還向新基站取得了鏈路。當(dāng)原基站的引導(dǎo)
信號(hào)強(qiáng)度小于下門(mén)限時(shí)，移動(dòng)臺(tái)的切換計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)期滿，移動(dòng)臺(tái)向原基站發(fā)送引導(dǎo)
信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量消息，然后MSC通知目標(biāo)基站向移動(dòng)臺(tái)發(fā)送切換命令消息，移動(dòng)臺(tái)據(jù)此斷開(kāi)與原基
站的聯(lián)系，并保持與新基站的聯(lián)系，同時(shí)向新基站發(fā)磅一個(gè)切換完成消息。至此，整個(gè)軟切換
過(guò)程結(jié)束。
摘自《現(xiàn)代通信》