CDMA蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中切換技術(shù)的研究

1、CDMA蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中切換技術(shù)的研究摘要 在移動(dòng)通信系統(tǒng)中的規(guī)劃和設(shè)計(jì)中,無(wú)線資源的管理與控制居于中心地位,對(duì)系統(tǒng)的整體性能產(chǎn)生重要的影響。而切換是無(wú)線資源管理功能中的重要一部分,直接影響著系統(tǒng)的容量和服務(wù)質(zhì)量,同時(shí)更是蜂窩系統(tǒng)所獨(dú)有的功能和關(guān)鍵特征。在WCDMA、CDMA2000系統(tǒng)中支持硬切換、軟切換及更軟切換;TD-SCDMA系統(tǒng)中支持硬切換、接力切換?？焖?、準(zhǔn)確地切換能有效的保證呼叫的完整性。 切換過(guò)程的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)于任何一個(gè)蜂窩通信系統(tǒng)都是十分重要的。因?yàn)閺木W(wǎng)絡(luò)效率的角度出發(fā),當(dāng)用戶(hù)終端處于不適合的服務(wù)小區(qū)進(jìn)行通信時(shí),不僅會(huì)影響自身的通信質(zhì)量,同時(shí)也將增加整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷,甚至增大對(duì)

2、其他用戶(hù)的干擾。 關(guān)鍵詞：軟切換,TD-SCDMA,接力切換 Abstract In the programming and the design of the mobile communication systems, the management and the control of the radio resource occupies the central status, it has an important influence to overall performance of the system. Handoff technology is an important part

3、 in the function of the radio resource management, it directly affects the capacity and the quality of service of the system, simultaneously it is also the particular function and the essential characteristic in a cellular system. In the system of WCDMA and CDMA2000,it support hard handoff、soft hand

4、off . In the system of TD-SCDMA,it support hard handoff、relay handoff. Rapid and exact handoff can guarantee the integrity of calls effectively. The optimum design for handoff process is very important to all cellular communication systems. From the aspect of the network efficiency, when the user eq

5、uipment is not in the suitable serving-cell to carry on the communication,it will not only affect the quality of oneself ,simultaneously it will also increase the burden of the network, even worse ,it may increase the disturbance to other users. Keywords: Soft handoff,Td-Scdma, Baton Handoff 1 緒論1.1

6、課題研究的背景移動(dòng)通信以其特有的靈活、便捷的優(yōu)點(diǎn)符合了現(xiàn)代社會(huì)人們對(duì)通信技術(shù)的要求，成為80年代中期以來(lái)發(fā)展最為迅速的通信方式1。移動(dòng)通信技術(shù)經(jīng)歷了從模擬調(diào)制到數(shù)字調(diào)制技術(shù)的發(fā)展。第一代采用頻分多址（FDMA）模擬調(diào)制方式，其主要代表有美國(guó)的AMPS、英國(guó)的TACS、北歐的NMT等2。這種系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是頻譜利用率低，信令干擾話音業(yè)務(wù)。第二代蜂窩系統(tǒng)采用時(shí)分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）的數(shù)字調(diào)制方式，提高了系統(tǒng)容量，并采用獨(dú)立信道傳送信令，使系統(tǒng)性能大為改善。TDMA的兩個(gè)典型代表是北美的IS54系統(tǒng)和歐洲的GSM系統(tǒng)。TDMA方式的主要缺點(diǎn)是系統(tǒng)容量仍不理想，并且和FDMA方式一樣

7、，越區(qū)切換性能仍不完善3。為克服FDMA和TDMA兩種多址方式越區(qū)切換性能不完善的缺點(diǎn)，產(chǎn)生了第三代移動(dòng)通信技術(shù)CDMA(碼分多址)。軟切換則是建立在CDMA系統(tǒng)宏分集接收基礎(chǔ)上的一項(xiàng)技術(shù)，它給通信話音質(zhì)量、系統(tǒng)容量等方面帶來(lái)了突破。1.2課題研究的目的和意義由于移動(dòng)通信系統(tǒng)采用蜂窩結(jié)構(gòu)，所以，移動(dòng)臺(tái)在跨越空間劃分的小區(qū)時(shí)，必然要進(jìn)行切換，即完成移動(dòng)臺(tái)到基站的空中接口的轉(zhuǎn)移。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，切換的目的有2種可能，一種是實(shí)現(xiàn)漫游，另一種是為了提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，即降低掉話率，降低擁塞率。2 切換技術(shù)由于移動(dòng)通信系統(tǒng)采用蜂窩結(jié)構(gòu)移動(dòng)臺(tái)在跨越空間劃分的小區(qū)時(shí)必然要進(jìn)行越區(qū)切換。即完成移動(dòng)臺(tái)到基站的空

8、中接口的轉(zhuǎn)移以及基站到網(wǎng)人口和網(wǎng)人口到交換中心的相應(yīng)的轉(zhuǎn)移。在第一和第二代移動(dòng)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(shí)現(xiàn)軟切換，即移動(dòng)用戶(hù)在越區(qū)時(shí)可以與兩個(gè)小區(qū)的基站同時(shí)接通只相應(yīng)改變擴(kuò)頻碼。即可做到”先接通再斷開(kāi)”的交換功能從而大大改善了切換時(shí)的通話質(zhì)量。2.1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(shí)建立新的連接，并利用新舊鏈路的分集合并來(lái)改善通信質(zhì)量，當(dāng)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(guò)程。圖1 軟、硬切換的切換過(guò)程示意圖軟切換只能在同一導(dǎo)頻信道間進(jìn)行，硬切換是

9、發(fā)生在兩個(gè)基站不同步或者是不同載頻的時(shí)候，語(yǔ)音或者數(shù)據(jù)通信在硬切換過(guò)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(shí)候載頻改變了，硬切換就發(fā)生作用了。在從一個(gè)服務(wù)鏈路過(guò)渡到另一個(gè)服務(wù)鏈路時(shí)，硬切換存在著瞬間的通話中斷。當(dāng)載頻改變時(shí)。移動(dòng)臺(tái)需要從當(dāng)前的頻率調(diào)整到一個(gè)新的頻率上，這樣就發(fā)生了硬切換，而不能發(fā)生軟切換。2.2軟切換和更軟切換CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)使用軟切換和更軟切換，軟切換允許原工作蜂窩小區(qū)和切換到達(dá)的新小區(qū)同時(shí)在軟切換過(guò)程中為這次呼叫服務(wù)。更軟切換是一種蜂窩內(nèi)的切換，發(fā)生在兩個(gè)扇區(qū)或三個(gè)扇區(qū)之間。這種類(lèi)型的切換只發(fā)生在蜂窩內(nèi)，而不涉及移動(dòng)交換中心。在更軟切換中,移動(dòng)臺(tái)完全按照

10、軟切換的進(jìn)程進(jìn)行。MSC清楚更軟切換活動(dòng)，但并不參預(yù)更軟切換過(guò)程，沒(méi)有必要另增MSC/小區(qū)通道來(lái)為軟切換服務(wù)。 2.3軟切換過(guò)程2.3.1軟切換的呼叫過(guò)程呼叫過(guò)程分為三步（如圖2所示）：（1）移動(dòng)臺(tái)和原小區(qū)仍在通信；（2）移動(dòng)臺(tái)同時(shí)和原小區(qū)，新小區(qū)進(jìn)行通信；（3）移動(dòng)臺(tái)只和新小區(qū)通信。圖2 軟切換示意圖軟切換可以減小呼叫中斷的可能性，并減少了在切換過(guò)程中的切換信令的乒乓效應(yīng)。乒乓效應(yīng)常常發(fā)生在移動(dòng)臺(tái)在同樣的幾個(gè)小區(qū)之間時(shí)，切換交替發(fā)生。例如當(dāng)移動(dòng)臺(tái)行進(jìn)在兩小區(qū)的邊界上時(shí)，這樣就可以減少消除了切換過(guò)程中的中斷。 2.3.2軟切換實(shí)現(xiàn)過(guò)程在呼叫建立過(guò)程中，移動(dòng)臺(tái)被提供了一套切換的門(mén)限值集，并且會(huì)有

11、一系列的小區(qū)最有可能選出加入到切換過(guò)程中來(lái)。在跟蹤從原小區(qū)來(lái)的信號(hào)同時(shí)，用戶(hù)搜索所有的飛行通道，并且保留了那些高于門(mén)限值的信道列表，一旦MSC要求就列表傳送給MSC。同樣當(dāng)一個(gè)現(xiàn)存的飛行通道低于支持業(yè)務(wù)的門(mén)限值時(shí)也會(huì)向MSC報(bào)告。這些列表轉(zhuǎn)換成飛行能量測(cè)量消息轉(zhuǎn)送給基站?；緯?huì)和飛行信道相對(duì)應(yīng)地安排一個(gè)下行業(yè)務(wù)信道，并發(fā)出一個(gè)切換指導(dǎo)信息指導(dǎo)移動(dòng)臺(tái)完成切換。圖3 軟切換分析圖由圖3分析可知，對(duì)于軟切換，切換指導(dǎo)信息通過(guò)多個(gè)載頻相同下行業(yè)務(wù)信道給移動(dòng)臺(tái)。MSC在切換過(guò)程中會(huì)給新的基站安排一個(gè)切換信道，基站搜索并獲得MS來(lái)的信號(hào)。這時(shí)基站給移動(dòng)臺(tái)發(fā)出一個(gè)相應(yīng)的下行業(yè)務(wù)信號(hào)。所有的安排給移動(dòng)臺(tái)的下行

12、業(yè)務(wù)信道除了功率控制子信道外都具有同樣的模塊特征值。功率控制信息從兩個(gè)小區(qū)中共同得到。兩個(gè)小區(qū)都會(huì)要求用戶(hù)提高它的功率。從移動(dòng)臺(tái)來(lái)的數(shù)據(jù)由兩個(gè)小區(qū)共同收到后，都發(fā)往MSC。數(shù)據(jù)是一幀一幀（20ms）方式。通過(guò)對(duì)切換指導(dǎo)信息的執(zhí)行，移動(dòng)臺(tái)在新的上行業(yè)務(wù)信道中發(fā)出一個(gè)完成切換過(guò)程信息。 2.3.3軟切換的應(yīng)用意義在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，這些切換是組合出現(xiàn)的，可能同時(shí)既有軟切換，又有更軟切換和硬切換。比如，一個(gè)移動(dòng)臺(tái)處于一個(gè)基站的兩個(gè)扇區(qū)和另一個(gè)基站交界的區(qū)域內(nèi)，這時(shí)將發(fā)生軟切換和更軟切換。若處于三個(gè)基站交界處，又會(huì)發(fā)生三方軟切換。如圖4所示：圖4切換示意圖上面兩種軟切換都是基于具有相同載頻的各方容量有余

13、的條件下，若其中某一相鄰基站的相同載頻已經(jīng)達(dá)到滿(mǎn)負(fù)荷，MSC就會(huì)讓基站指示移動(dòng)臺(tái)切換到相鄰基站的另一載頻上，這就是硬切換。在三方切換時(shí)，只要另兩方中有一方的容量有余，都優(yōu)先進(jìn)行軟切換。也就是說(shuō)，只有在無(wú)法進(jìn)行軟切換時(shí)才考慮使用硬切換。當(dāng)然，若相鄰基站恰巧處于不同MSC，這時(shí)即使是同一載頻，在目前也只能是進(jìn)行硬切換，因?yàn)榇藭r(shí)要更換聲碼器。如果以后BSC間使用了IPI接口和ATM，才能實(shí)現(xiàn)MSC間的軟切換。3結(jié)束語(yǔ)通過(guò)分析CDMA中切換技術(shù)的不同，我們可以看出：在測(cè)量過(guò)程中，軟切換和硬切換都是在不知道移動(dòng)臺(tái)準(zhǔn)確位置的情況下進(jìn)行切換、測(cè)量的，因此需要對(duì)所有的鄰小區(qū)進(jìn)行測(cè)量，然后根據(jù)給定的切換算法和準(zhǔn)則進(jìn)行切換判斷和目標(biāo)小區(qū)的選擇。在實(shí)際工作中，可以通過(guò)權(quán)衡掉