淺談移動通信的切換技術

淺談移動通信的切換技術（趙如兵）
    所謂切換，是指當移動臺在通話過程中從一個基站覆蓋區(qū)移動到另一個基站覆蓋區(qū)，或
者由于外界干擾造成通話質量下降時，必須改變原有的話音信道而轉接到一條新的空閑話音
信道上，以繼續(xù)保持通話的過程。正確認識和理解切換對我們的日常維護及網(wǎng)絡優(yōu)化有重要
作用。
    一、切換判決條件
    在移動通信系統(tǒng)中，我們一般可根據(jù)射頻信號強度、載干比、移動臺到基站的相對位置
來判斷切換與否。
    1．依射頻信號強度判決。射頻信號強度（基站接收到的手機信號強度）直接反映了話音
傳輸質量的好壞，基站話音信道接收機連續(xù)對其進行測量，控制單元將測量值與門限值比較
，根據(jù)比較結果向交換機發(fā)出切換請求。
    2．依接收信號載干比判決。載干比是接收機接收到的載波信號與干擾信號的平均功率的
比值，反映了移動通信的通話質量。如在模擬移動通信系統(tǒng)（TACS）系統(tǒng)中，通話時基站會產
生連續(xù)的監(jiān)測音（SAT），和話音一起傳送，用于監(jiān)測無線信道質量。一般來說，TACS要求載
干比大于17dB，而GSM、CDMA載干比分別大于9dB和7dB。當接收機接收到的載干比小于規(guī)定的
門限值時，系統(tǒng)就啟動切換過程。
    3. 依移動臺到基站的距離判決。一般而言，切換是由于移動臺移動到相鄰小區(qū)的覆蓋范
圍內，因此可根據(jù)其與基站及小區(qū)的距離作出是否要進行切換的判決。當距離大于規(guī)定值時，
發(fā)出切換請求。
    上述3種判決條件中，滿足其中任一條件都將啟動切換過程。但在實際應用時，由于在通
話過程中測量接收信號載干比有一定困難，而用距離判決時，測量精度很難保證，因此，大
多數(shù)的移動通信系統(tǒng)均使用射頻信號強度作為判決切換與否的基準�；�于信號強度的切換過程
如下：移動臺從當前小區(qū)運動到相鄰小區(qū)時，從兩小區(qū)接收到的信號強度不斷發(fā)生變化。一方
面，隨移動臺逐漸接近當前小區(qū)邊界，信號強度和質量逐漸惡化，從某一點開始從相鄰小區(qū)來
的信號強度開始高于當前小區(qū)；另一方面，相鄰小區(qū)收到該移動臺的信號強度也高于當前小區(qū)
收到的信號強度。在移動臺與當前小區(qū)間的通信鏈路惡化到無法使用之前，或相鄰小區(qū)的信號
強度高于當前小區(qū)信號強度一定值時，通話被切換到相鄰小區(qū)。
    二、切換控制方式
    移動通信系統(tǒng)共有三種切換控制方式，即：移動臺控制切換（MCHO）、網(wǎng)絡控制切換（N
CHO）和移動臺輔助切換（MAHO）。
    1．移動臺控制切換（MCHO）。移動臺控制切換是通過移動臺持續(xù)監(jiān)視通信端口的信號強
度和質量，當滿足切換條件時，移動臺選擇一個最好的切換候選項并發(fā)出切換請求。目前歐
洲的增強型數(shù)字無繩技術（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)絡控制切換（NCHO）。網(wǎng)絡控制切換是通過通信端口監(jiān)視信號強度和質量，當信號
惡化到低于某閾值時，網(wǎng)絡就安排切換到新的通信端口。在此過程中，網(wǎng)絡要求所有端口監(jiān)視
由移動臺來的信號，并將結果報告結網(wǎng)絡。當網(wǎng)絡選擇新端口后，它同時通知新、舊端口完成
切換，移動臺在切換過程中是被動的。目前的TACS及AMPS系統(tǒng)均采用這種切換控制，即由基站
檢測，由交換中心控制完成，當前基站監(jiān)視并測量所有通信鏈路，移動交換中心（MSC）命令
周圍基站不時地測量各自的通信鏈路，基于這些測量，MSC決定何時何地發(fā)生切換。
    3．移動臺輔助切換（MAHO）。移動臺輔助切換可以說是網(wǎng)絡控制切換（NCHO）的一種演
化，網(wǎng)絡要求移動臺測量周圍端口的信號強度并報告給舊端口，然后由網(wǎng)絡來判斷是否切換和
切換到哪個端口。因此MA－HO是通過移動臺測量通信鏈路，而由網(wǎng)絡控制切換，在切換過程中
移動臺和網(wǎng)絡同時參與切換，移動臺負責測量，網(wǎng)絡負責判決，目前的GSM及CDMA系統(tǒng)均采用
這種切換控制。
    我國目前是TACS、GSM及CDMA多網(wǎng)并存的結構。在TACS系統(tǒng)中，由于采用網(wǎng)絡控制切換方
式，由基站檢測，交換中心控制完成，放信道監(jiān)視和測量功能集中在基站，當基站判決要切換
時，必須請求和等待相鄰基站的測量結果才能確定切換的目標小區(qū)；而在GSM和CDMA系統(tǒng)中，
由于采用移動臺輔助切換方式，切換是由移動臺負責測量，網(wǎng)絡負責判決的，故需要切換時，
目標小區(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，而基站可用的無線資源是有限的，切換又經(jīng)常要花費數(shù)秒鐘，為減少
網(wǎng)絡的信令負擔，周圍基站并非持續(xù)向MSC傳遞測量報告，即測量次數(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，在切換過程中，移動臺必須在一指定時間內
，先中斷與原基站的聯(lián)系，調諧到新的頻率上，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，要在原話音信道上送切換指令，移動臺需要暫時停止通話，然后調諧
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。當切換發(fā)生時，因為原基站與新基站的載波
頻率不同，移動臺必須在接收新基站的信號之前，中斷與原基站的通信，而當移動臺與原基站
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左右的中斷時間，TACS有
500ms左右的中斷時間），因此硬切換在一定程度上會影響通話質量。另外，如在中斷時間內
受到干擾或切換參數(shù)設置不合理等因素的影響，會導致切換失敗，引起掉話；當硬切換區(qū)域面
積狹窄時，會出現(xiàn)新基站與原基站之間來回切換的”乒乓效應”，影響業(yè)務信道的傳輸。
    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，移動臺同時與原基站和新基站都
保持著通信鏈路，一直到進入新基站并測量到新基站的傳輸質量滿足指標要求后，才斷開與原
基站的連接。因此，軟切換是“先切換，后斷開”，在切換過程中，移動臺并不中斷與原基站
的聯(lián)系，真正實現(xiàn)了“無縫”切換。
    現(xiàn)有CDMA系統(tǒng)使用軟切換方式。移動臺只有在取得了與新基站的鏈接之后，才會中斷與原
基站的聯(lián)系，因此在切換過程中沒有中斷也就不會影響通話質量；軟切換由于是在頻率相同的
基站間進行，在兩基站（或多基站）覆蓋區(qū)的交界處，移動臺同時與多個基站通信，起業(yè)務信
道分集的作用，因而可大大減少切換造成的掉話（可視為無掉話）。另外，由于軟切換中移動
臺和基站均采用了分集接收技術，有抵抗衰落能力，同時通過反向功率控制，我們可使移動臺
的發(fā)射功率降至最小，從而降低了移動臺對系統(tǒng)的干擾；進入軟切換區(qū)域的移動臺即使不能立
即得到與新基站的鏈路，也可以進入切換等待的排列，從而減少了系統(tǒng)的阻塞率。
    四、切換過程
    1．TACS的切換過程
    TACS系統(tǒng)采用的是網(wǎng)絡控制切換方式，即由基站檢測，由交換中心控制完成。其切換過程
如下：
    移動臺在通話過程中，基站會產生連續(xù)的監(jiān)測音SAT，和話有一起傳送，用于監(jiān)測無線信
道質量，當基站監(jiān)測到移動臺的射頻信號強度低于所設定的切換門限電平值時，基站便向交換
機發(fā)出切換請求，交換機根據(jù)基站切換關系表，指定相應的目標基站來測量源基站要切換的話
音信道的信號強度。當某個目標基站的測量值滿足設定的比較條件時，該基站便通知系統(tǒng)它所
測量的信號強度、所用無線等參數(shù)，系統(tǒng)便向該目標基站發(fā)出一個執(zhí)行切換命令（對于MOTOR
OLA系統(tǒng)，由于信道的分配功能是由基站完成的，所以這時應由基站向系統(tǒng)應答一個信息，以
告訴系統(tǒng)所選信道的信道號、SAT音號等。而對于ERICSSON系統(tǒng)，由于信道的分配功能是由交
換機來完成的，所以不存在這一應答指令），同時系統(tǒng)還會向發(fā)出切換請求的源基站發(fā)一個切
換執(zhí)行命令，于是源基站便在其下行話音信道中向手機發(fā)一個包含手機要切換的信道號和所應
使用的功率等參數(shù)的控制信號。手機收到該信號后向基站發(fā)一個釋放該信道的應答信號（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。當目標基站的SAT音經(jīng)手機
環(huán)回后，它便向系統(tǒng)報告越區(qū)切換成功。
    2.GSM的切換過程
    GSM系統(tǒng)采用的是移動臺輔助切換方式，即由移動臺監(jiān)測判決，交交換中心控制完成，在切
換過程中基站和移動臺均參與切換過程。其切換過程如下：
    移動臺在通話過程中，不斷地向所在小區(qū)的基站報告本小區(qū)和相鄰小區(qū)基站的無線電環(huán)境
參數(shù)；本小區(qū)基站依據(jù)所接收的該移動用戶無線電環(huán)境參數(shù)來判斷是否應該進行越區(qū)切換。當
滿足越區(qū)切換條件時，基站便向移動臺發(fā)出越區(qū)切換請求，同時將越區(qū)切換請求信息傳送給MSC，
MSC立即判斷此新基站位置碼是否屬于本MSC轄區(qū)。此時有兩種情況：一種是，若MSC確認新基站
是屬于本MSC轄區(qū)的，則通知訪問用戶登記器（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及國際移動電臺識別號碼（IMSI）經(jīng)過本區(qū)的基站發(fā)送給移
動臺，移動臺依據(jù)信道號的頻率值將工作頻率切換到新的頻率點上，并進行環(huán)路核準，核準信
息經(jīng)MSC核準后，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)內的，
MSC就將切換請求轉送給新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、信道號及IMSI傳送給原MSC，并經(jīng)由原基站發(fā)送給移動臺，進行移動臺的核準和基站
的釋放過程。
    3.CDMA的切換過程
    CDMA系統(tǒng)采用的也是移動臺輔助切換方式，其切換過程如下：
    基站在每個工作的前向CDMA信道上不斷發(fā)射一個引導信號，用于監(jiān)測無線信道質量（與
TACS中的SAT類似）。移動臺在通話過程中，不斷搜索系統(tǒng)內的引導信號并測量其信號強度。
當移動臺檢測到來自相鄰小區(qū)基站的引導信號大于上門限時，移動臺便將該引導信號的強度信
息報告給基站，并將該信號作為候選者。MSC通過原基站向移動臺發(fā)送一個切換命令，移動臺
據(jù)此跟蹤新目標基站的引導信號，并將此引導信號作為有效者，同時向該目標基站發(fā)送一個切
換完成消息。至此，移動臺除與原基站保持聯(lián)系外，還向新基站取得了鏈路。當原基站的引導
信號強度小于下門限時，移動臺的切換計時器開始計時，計時期滿，移動臺向原基站發(fā)送引導
信號強度測量消息，然后MSC通知目標基站向移動臺發(fā)送切換命令消息，移動臺據(jù)此斷開與原基
站的聯(lián)系，并保持與新基站的聯(lián)系，同時向新基站發(fā)磅一個切換完成消息。至此，整個軟切換
過程結束。
摘自《現(xiàn)代通信》