移动通信中的切换技术的分析研究及探讨

1、目录第一章 绪论11.1 课题研究的背景11.2 课题研究的目的和意义1第二章 切换技术的基本概念32.1 切换的定义及分类32.2 切换性能评价准则42.3 切换参数设置的重要性5第三章 各技术体制硬切换分析73.1 GSM中的硬切换73.2 WCDMA网络中的硬切换73.3 CDMA网络中的硬切换7第四章 WCDMA及CDMA2000中软切换技术分析及比较94.1 WCDMA系统的软切换技术9软切换方式9更软切换104.2 CDMA2000中的软切换技术114.3 WCDMA系统软切换和CDMA2000系统软切换的比较13第五章 TD-SCDMA中接力切换的发展和特点155.1 TD-SC

2、DMA系统的硬切换15基本原理15切换具体过程175.2 TD-SCDMA系统的接力切换18接力切换原理18接力切换的技术基础18接力切换过程描述19系统间切换21接力切换特点225.3 接力切换信令流程和具体过程225.4 接力切换算法245.5 接力切换与其他体制中切换的比较25第六章 TD-SCDMA切换参数仿真分析266.1 TD-SCDMA系统天线参数仿真266.2 接力切换参数的分析研究及其仿真29接力切换算法及其参数分析29接力切换仿真及结果分析31仿真环境31切换参数的仿真结果及其分析选择32 干扰仿真分析356.3 最终确定方案36结论38谢辞39参考文献40第一章 绪论1.

3、1 课题研究的背景移动通信以其特有的灵活、便捷的优点符合了现代社会人们对通信技术的要求，成为80年代中期以来发展最为迅速的通信方式1。移动通信技术经历了从模拟调制到数字调制技术的发展。第一代采用频分多址（FDMA）模拟调制方式，其主要代表有美国的AMPS、英国的TACS、北欧的NMT等2。这种系统的主要缺点是频谱利用率低，信令干扰话音业务。第二代蜂窝系统采用时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）的数字调制方式，提高了系统容量，并采用独立信道传送信令，使系统性能大为改善。TDMA的两个典型代表是北美的IS54系统和欧洲的GSM系统。TDMA方式的主要缺点是：（1）系统容量仍不理想；（2）和F

4、DMA方式一样，TDMA方式的越区切换性能仍不完善3。为克服FDMA和TDMA两种多址方式的缺点，产生了即将试用的第三代移动通信技术CDMA(码分多址)。随着移动通信的发展，运营商和用户对业务拓展的需求不断增强，移动通信正在向着以CDMA为基础，以宽带化通信为特征的第三代3G技术发展。鉴于CDMA技术的优越性，3G的三大主流标准CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA都是基于CDMA技术的。3G投入正式运营后，3G用户将获得宽带多媒体和高速率数据的无线移动通信服务4。1.2 课题研究的目的和意义由于移动通信系统采用蜂窝结构，所以，移动台在跨越空间划分的小区时，必然要进行切换，即完成移动台

5、到基站的空中接口的转移。因此切换技术成为无线资源管理中的重要研究内容之一。切换技术是移动终端在众多通信系统、移动小区之间建立可靠移动通信的基础和重要技术，适用于移动终端在不同移动小区之间、不同频率之间通信或者信号降低信道选择等情况。在移动通信系统中，切换的目的有2种可能，一种是实现漫游，另一种是为了提高网络服务质量，即降低掉话率，降低拥塞率。切换参数的选择将影响到网络的性能和服务质量。对于运营商来说，移动网络的系统性能和服务质量是非常重要的。运营商的竞争将是网络质量的竞争。因为优质的网络服务是建立在良好的网络质量之上的。网络参数的分析和调整是网络优化工作的重要内容之一，尤其对于网络质量和参数设

6、置密切相关的码分多址系统来说，切换控制参数仅仅是其中的一小部分，但却是对网络质量影响很大的一部分。切换策略和控制参数的性能优化将得到广泛的重视。细致、完善的网络优化，可以充分降低全网的干扰水平，改善网络性能，提高呼叫接通率，降低掉话率，提高网络的数据业务吞吐能力，提高网络容量。如今所广泛采用的第二代时分多址移动通信系统中，切换方式为硬切换，硬切换发生在使用不同载频的相邻小区间，在城区，小区面积较小，又由于频分系统的特性，用户在通信过程中由于移动而产生频繁的硬切换是不可能避免的5。而硬切换是先中断与原基站的联系，调谐到新的频率上，再与新基站取得联系。属于“先断开后切换”，如在切换过程中受到干扰等

7、因素的影响，很容易导致切换失败，引起掉话；当硬切换区域面积狭窄时，会出现新基站与原基站之间来回切换的“乒乓效应”，影响业务信道的传输，进而影响网络的性能和质量。在第三代移动通信中，WCDMA和CDMA2000是码分多址系统，在同频小区间所采用的是软切换。而我国唯一具有技术知识产权的标准TD-SCDMA采用了创新的接力切换6。接力切换与软切换的不同之处在于接力切换并不需要同时有多个基站为一个移动台服务，因而克服了软切换需要占用的信道资源比较多，信令复杂导致系统负荷加重，以及增加下行链路干扰等缺点。而与硬切换相比，接力切换克服了传统硬切换掉话率较高、切换成功率较低的缺点。接力切换突出了切换成功率高

8、和信道高利用率的优点。但是，接力切换参数的设置同样很重要，如果设置的不恰当则无法体现出接力切换的优点，反而有可能会加重系统负担、掉话、或者造成对其他小区的干扰增加等等问题，对网络性能和质量造成不好的影响。所以，本文通过仿真结合接力切换算法，说明各个参数对接力切换效果的影响，并根据仿真得出的数据分析从而选择出最佳的切换参数方案。第二章 切换技术的基本概念2.1 切换的定义及分类所谓切换，是指当移动台在通信过程中从一个基站覆盖区移动到另一个基站覆盖区，或者由于外界干扰造成通信质量下降时，必须改变原有的信道而转接到一条新的空闲信道上，以继续保持通信的过程7。移动通信系统中的切换是为保证移动用户通信的

9、连续性或者基于网络负荷和操作维护等原因，将用户从当前的通信链路转移到其他小区的过程。切换过程是无线资源管理功能中的重要一部分，是蜂窝系统所独有的功能和关键特征，是保证服务质量的重要环节。用户终端在最初的小区与网络实现连接之后，由于各种原因有可能离开这个小区的服务范围。移动通信系统中的切换过程就是将用户终端的连接切换到其他小区，从而使得通信服务不中断。移动通信系统的主要功能是通过相应的测量报告及有关准则来维持通信链路的连接。切换技术因分类准则不同而不同，主要的分类方式如下：根据切换期间同时连接的基站数量，把切换技术分为硬切换、软切换、更软切换，以及在TD-SCDMA中提出了创新的接力切换8。（1

10、） 硬切换硬切换是不同频率的基站或小区之间的切换，在切换过程中，移动台必须在一个指定时间内，先中断与原基站的联系，调谐到新的频率上，再与新基站取得联系。因此，硬切换是“先断开，后切换”。切换时，要在原话音信道上送切换指令，移动台需要暂时停止通话，然后调谐到新的信道频率上。现有的GSM系统、CDMA系统以及3G系统都有使用硬切换方式。当切换发生时，因为原基站与新基站的载波频率不同，移动台必须在接收新基站的信号之前，中断与原基站的通信，而当移动台与原基站链路切断后，却往往不能立即得到与新基站之间的链路（GSM有200ms左右的中断时间）9，因此硬切换在一定程度上会影响通信质量。另外，如在中断时间内

11、受到干扰或切换参数设置不合理等因素的影响，会导致切换失败，引起掉话；当硬切换区域面积狭窄时，会出现新基站与原基站之间来回切换的“乒乓效应”，影响业务信道的传输。（2） 软切换软切换是同一频率不同基站之间的切换，在切换过程中，移动台同时与原基站和新基站都保持着通信链路，一直到进入新基站并测量到新基站的传输质量满足指标要求后，才断开与原基站的连接10。因此，软切换是“先切换，后断开”，在切换过程中，移动台并不中断与原基站的联系，真正实现了“无缝”切换。现有的CDMA系统和3G中的WCDMA、CDMA2000系统都使用软切换方式。移动台只有在取得了与新基站的链接之后，才会中断与原基站的联系，因此在切

12、换过程中没有中断也就不会影响通话质量；软切换由于是在频率相同的基站间进行，在两基站（或多基站）覆盖区的交界处，移动台同时与多个基站通信，起业务信道分集的作用，因而可大大减少切换造成的掉话。另外，由于软切换中移动台和基站均采用了分集接收技术，有抵抗衰落能力，同时通过反向功率控制，我们可使移动台的发射功率降至最小，从而降低了移动台对系统的干扰；进入软切换区域的移动台即使不能立即得到与新基站的链路，也可以进入切换等待的排列，从而减少了系统的阻塞率。（3） 更软切换在CDMA系统中，移动台在扇区化小区的同一小区的不同扇区之间进行的软切换称为更软切换。这种切换是由BSC完成的，并不通知MSC。对于移动台

13、来说，不同的扇区天线相当于不同的多径分量，被合并成一个话音帧送至选择器，作为此基站的语音帧11。（4） 接力切换接力切换是在TD-SCDMA中提出的一种先进的切换技术，是介于硬切换和软切换之间的一种新的切换方法。它利用精确的定位技术，在对移动台的距离和方位进行定位的基础上，根据移动台方位和距离作为辅助信息，来判断移动台是否移动到了可进行切换的相邻基站临近区域。如果移动台进入这个切换区，则RNC通知该基站作好切换的准备，从而实现快速、可靠和高效切换。这样既节省信道资源、简化信令、减少系统负荷，也适应不同频率小区之间的切换。接力切换虽然在某种程度上与硬切换类似，同样是在“先断后连”的情况，但是由于

14、其实现是以精确定位为前提，因而与硬切换相比，UE可以很迅速地切换到目标小区，降低了切换时延，减少了切换引起的掉话率。2.2 切换性能评价准则移动通信系统中，切换性能评价准则如下：1、阻塞率阻塞率是指在一个小区内，由于业务量过大，信道数不够引起的新发起呼叫不能被接入。2、掉话率掉话率指的是移动用户信号电平小于信号电平门限时间超过切换计时器门限，而未能在给定时间内完成到新小区切换而引起通话被切断。掉话率=掉话用户数/总用户数3、切换成功率切换成功率是指执行切换的用户能顺利与目标小区建立连接，从而维持通信不中断。切换成功率=切换成功的用户/执行切换的用户4、低服务质量率低服务质量用户是指用户非掉话情

15、况下，信号电平大于目标信号电平的时间/通话总时间5%的用户低服务质量率=低服务质量用户数/总用户数5、服务满意率服务满意用户是指：信号电平大于目标信号电平的时间/通话总时间95%的用户满意率=满意用户数/总用户数接力切换是介于硬切换和软切换之间的一种新的切换方法。传统硬切换掉话率较高、切换成功率较低。接力切换与软切换都具有较高的切换成功率、较低的掉话率以及较小的上行干扰等优点。2.3 切换参数设置的重要性切换过程的优化设计对于任何一个蜂窝通信系统都是十分重要的。因为从网络效率的角度出发，当用户终端处于不适合的服务小区进行通信时，不仅会影响自身的通信质量，同时也将增加整个网络的负荷，甚至增大对其

16、他用户的干扰。移动用户应当使用网络中最优化的通信链路与相应的基站建立连接。切换参数设置是网络规划和优化工作中的重要课题，调整和控制切换及其参数是网络规划和优化的一项重要内容。移动台的运动或附近环境的变化，导致了由衰落、障碍物和干扰引起的信号变化，这是启动切换的主要原因。切换用来保证无线资源在移动环境发生改变时的连续性。切换过程必须快速准确，目标小区的选择必须是最佳的。切换成功率在服务质量测量中被认为是一个敏感的指标，这关系到对用户提供的服务质量（QoS）。在呼叫的接通率和呼叫的掉话率（呼叫在通话过程中被中断）两项QoS指标中，掉话率明显的比呼叫拒绝更受到用户的关注。因此，切换的好坏直接决定了用

17、户对一个网络的评价。随着我国移动通信的高速发展，移动网络的系统性能和服务质量显的尤为重要。运营商之间的竞争主要是网络质量的竞争。要提高网络的系统性能和服务质量，就要做好网络的规划和优化工作。一个细致、完善、考虑充分的网络规划，可以在充分利用网络投资的基础上，实现网络性能的最优化、容量的最大化、最有效的投入/产出，为未来的发展留有空间。而网络优化工作，对网络性能的改善和容量的提高，作用尤为明显。细致、完善的网络优化，可以充分降低全网的干扰水平，改善网络性能，提高呼叫接通率，减少业务中断，提高网络的数据业务吞吐能力，优化全网软切换率，提高网络容量。在目前的形势下，提高品牌竞争力的主要手段就是加强网

18、络规划和优化工作。第三章 各技术体制硬切换分析硬切换是在业务信道使用过程中，由于跨越边界，空中接口在短时间内先断开再重新连接的过程。3.1 GSM中的硬切换在GSM网络中，相邻小区使用不同的载频，用户在移动过程中穿越小区边界，进入邻小区，它要通过频点转换实现小区间的接力。这便是一个典型的硬切换。如果该切换过程足够快，用户就感受不到它的影响。在城区，小区面积较小，用户在通信过程中的移动，由于频分系统的特性，频繁的硬切换是不可能避免的，控制硬切换是GSM网络优化的重要课题之一。GSM技术采用基于移动台测量辅助切换（MAHO）的方法，移动台在间隙式的收发空闲时间中，按照系统的指令测量邻小区控制信道的

19、信号强度（控制信道发射功率不变），并上报给系统。一旦硬切换被触发，系统便可以根据这些测量结果确定最佳目标小区，并实施硬切换，因而硬切换的成功率有较好的保障12。3.2 WCDMA网络中的硬切换WCDMA网络使用同一频点，用户在网络中移动只是经历软切换，但是，在WCDMA网络覆盖的边缘和多载频边缘的情况下，硬切换仍不可避免。WCDMA对硬切换的处理也是其很重要的技术特点，由于硬切换涉及空中接口的重新连接，因此，它的成功率较软切换差。WCDMA中引入了基于压缩模式测量的硬切换算法。所谓压缩模式就是在连续发射模式中挤出一定的时间空隙用以测量，这时的传输已不再是连续发射模式。对实时业务通常使用的是降低

20、扩频因子的方式，帧被压缩以产生时间空隙，这时该帧的扩频因子便降低了一半，相应的扩频增益也就减少了一半，解调该帧的能量要相应的升高，因而影响系统的容量。3.3 CDMA网络中的硬切换CDMA技术特点是连续的低功率发射，移动台没有空闲时间进行测量，它的硬切换通常是盲切换，即不借助对目标切换小区信号强度测量，根据切换边界的小区关系，通过数据库配置指定固定的目标小区。由于无线环境的复杂性，指定的目标小区在一些情况下可能不是最佳目标小区，这时很可能造成切换失败。针对这种情况，CDMA也有下列几种方法改进硬切换的成功率。（1）在可能的硬切换目标小区安装只发射导频信号的发射机，这使得移动台的搜索器可以测量这

21、些同频点的导频信号，并上报给系统，系统可以根据测量结果确定最佳目标小区。（2）载频间的边界，通过参数控制缩小第二载频的服务区，使得连接在第二载频的移动台在到达边界前，先通过频间盲切换转移到第一载频，接下来便是在第一载频上进行软切换。两个载频的覆盖一般是匹配的，但在第二载频的边界区有意缩小其服务范围，目的是使盲切换发生在较安全的小区内部，而不是边界，从而提高成功率。这其实减少了第二载频边界小区的业务吸收能力，是牺牲容量换取切换成功率的做法。第四章 WCDMA及CDMA2000中软切换技术分析及比较WCDMA和CDMA2000系统使用了软切换技术，这是FDMA和TDMA系统所不具备的。软切换可以有

22、效的提高切换的可靠性，大大减少切换过程中的掉话率。同时，软切换提供分集，从而提高了通信的质量，增加了系统的容量。4.1 WCDMA系统的软切换技术4.1.1 WCDMA软切换方式WCDMA系统中的软切换策略如图4-1所示，图中的各个参数解释如下： 图4-1 WCDMA系统中的软切换策略(1)AS_TH：宏分集门限值（即报告范围） (2)AS_TH_Hyst：宏分集门限滞后(3)AS_Rep_Hyst：代替滞后 (4)T：触发时间图4-1中，假设初始时导频P1位于激活集中，导频P2和P3均未加入激活集，则软切换策略如下：（1）如果在T期间，导频Ec/Io与导频P2的差值持续小于（AS_TH）（A

23、S_TH_Hyst）的值，并且激活集未满，则应将原不在激活集的导频P2加入激活集，此事件称为事件1A13。（2）如果在T期间，激活集已满，且候选集的最佳导频Ec/Io与激活集中最差导频Ec/Io的差值持续超过AS_Rep_Hyst的值，则将激活集中的最差导频去掉，将候选集中的最佳导频加入激活集，此事件称为事件1C13。例如，图4-1中的导频P3代替激活集中的导频P1就属于这种情况。（3）如果在T期间，激活集中最佳导频的Ec/Io与激活集中某个导频的Ec/Io的差值持续大于（AS_TH）+（AS_TH_Hyst）的值，则该导频应从激活集中去掉，此事件称为事件1B13。例如，图4-1中的导频P3被

24、从激活集中删除就是这种情况。软切换带来的宏分集增益提高了系统的性能，降低了掉话率和系统干扰。 更软切换如果UE处于一个基站下的不同小区，这时的软切换称为更软切换。如图42中所示，其中左右两个图形分别展示软切换和更软切换。左边所示的是涉及不同基站的软切换，右边所示的是涉及同一个基站不同扇区之间的更软切换。软切换和更软切换是相对系统而言的，在系统中实现方式不同，对于UE，两者并无差别。更软切换涉及的小区处于同一基站之下，切换相关的信号处理在同一个信道单元内完成，不消耗基站额外的信道单元。更软切换的宏分集处理以最大比合并的方式在基站完成，而软切换的宏分集处理在RNC完成，即RNC从lub（跨RNC情

25、形）接口收到的帧中，根据质量标准进行选择合并。软切换和更软切换均消耗基站的下行功率和OVSF码资源，带来下行干扰，降低容量。在上行软切换和更软切换总是改善接收，增加容量。图4-2 软切换及更软切换4.2 CDMA2000中的软切换技术cdma2000系统中的软切换方案采用了动态门限，如图4-3所示。图4-3 cdma2000软切换方案如图4-3所示，在执行软切换的过程中除了使用固定门限T_ADD和T_TDROP外，还使用了动态门限（也即相对门限）T1和T2。其中T1是动态加入门限，表达式为：T1=（soft_slope/8）×10lg（P1） + ADD_INTERCEPT/2 13

26、（4-1）式中，P1是与激活集中所有导频的强度有关的量；ADD_INTERCEPT是计算导频加入激活集时的动态门限的一个参数，是可调的系统参数；soft_slop是移动台的一个斜率参数，用来计算导频加入激活集时的动态门限。T2为动态去掉门限，表达式为：T2=（soft_slope/8）×10lg（P2） + DROP_INTERCEPT/2 13（4-2）式中，P2是与激活集中所有导频的强度有关的量；DROP_INTERCEPT是计算导频从激活集去掉时的动态门限的参数，是可调的系统参数，与ADD_INTERCEPT相对应。图4-3中软切换过程简述如下：（1）导频P2超过T_ADD，但

27、尚未达到动态门限T1时，移动台将P2加入候选集。（2）导频P2超过动态门限T1时，移动台发送导频强度测量消息PSMM向基站报告；（3）移动台收到来自基站的切换指示消息HDM后，将P2加入激活集，然后向基站发送切换完成消息HCM。（4）当导频P1低于动态门限T2时，移动台启动切换去掉定时器T_TDROP。（5）当切换去掉定时器T_TDROP超时，移动台向基站发送导频测量消息PSMM。（6）移动台收到来自基站的切换指示消息HDM后，将导频P1移入候选集，并发送切换完成消息HCM。（7）当导频P1低于T_TDROP时，移动台启动切换去掉定时器T_TDROP。（8）当切换去掉定时器T_TDROP超时，

28、移动台将P1移入相邻集。cdma2000的软切换采用了动态门限来控制导频加入激活集和从激活集去掉的过程。同时，在切换完成后，图4-3将导频转入候选集。这可以避免移动台在小区边缘时过于频繁的来往切换（称为“乒乓效应”），在一定程度上减少系统软切换消息交互的负荷，提高服务质量和系统可靠性。4.3 WCDMA系统软切换和CDMA2000系统软切换的比较CDMA2000的软切换是采用导频Ec/Io的绝对值作为激活集门限。不仅有两个系统可设的固定门限参数:T_ADD和T_DROP，还使用了动态门限（也即相对门限）T1和T2。前者决定是否把新成员加入激活集，后者决定是否把现有激活集成员删除。此外还有一个时

29、间驰豫参数T_TDROP，其作用是避免乒乓效应。WCDMA的软切换算法相对窄带CDMA来说作了适当的改进，采用导频Ec/Io的相对值作为激活集的门限。所谓相对值是指以激活集中最强导频作为参考的激活集门限，以导频与最强导频的相对差值作为判定准则。同样有两个系统可设的门限参数：LegAdditionDelta和LegDroppingDelta,前者决定是否把新成员加入激活集，后者决定是否把现有激活集成员删除，外加一个激活集大小控制参数：MaxActiveSetSize。因为软切换参数是系统参数，激活集绝对值门限的算法对于均匀负载的系统，在负载达到或接近涉及目标时，系统软切换的比例是合理的；但对于负

30、载较低或非均匀网络，其切换比例会偏高，这是CDMA实际网络中遇到的普遍现象。一个初期的CDMA网络的软切换比例和同一网络达到负载成熟期时的软切换比例可能有相当的差别。网络初期负载较低，下行导频Ec/Io覆盖较大，小区重叠也大。因为系统干扰水平较低，绝对值作为激活集门限的条件容易被满足，软切换比例自然就高。随着网络负载趋近涉及目标，系统干扰水平大大升高，小区下行导频Ec/Io覆盖收缩，软切换比例便回落到涉及目标。而WCDMA采用了下行导频Ec/Io相对值作为激活集门限，其软切换比例不会明显随负载变化而变化。需要注意的是，这并不意味着系统干扰水平没有随负载变化。其实，系统干扰水平及小区下行导频Ec

31、/Io覆盖收缩跟CDMA一样在变化，只不过有些小区被相对值激活集门限挡在门外而已。另外，实际网络的负载几乎都是非均匀，WCDMA的相对值激活集门限软切换算法在这种情况下更有利于软切换控制，实际网络的测量结果也证实了这一点。第五章 TD-SCDMA中接力切换的发展和特点在TD-SCDMA系统中采用了硬切换和接力切换技术。当硬切换发生时，移动台必须在接收新基站的信号之前，中断与原基站的通信。往往由于在与基站链路切断后，移动台不能立即得到与新基站之间的链路，使通信中断。另外，当硬切换区域面积狭窄时，会出现新基站与原基站之间来回切换的“乒乓效应”，影响业务的传输。TD-SCDMA系统提出了接力切换的概

32、念，它不同于传统意义上的硬切换和软切换，是一种崭新的切换技术，主要原理是基于同步码分多址（SCDMA）技术和智能天线技术的结合。在移动系统中，对于移动用户的准确定位一直是追求的目标，而TD-SCDMA可以利用对天线阵列和同步码分多址技术中码片周期的精确测定，得出用户的大体方位，在手机辅助下，服务的基站根据周围的空中传播条件和信号质量，要求移动终端切换到信号更好的基站。接力切换可以对整个基站的容量进行动态的优化分配，也可以实现不同系统之间的切换。5.1 TD-SCDMA系统的硬切换5.1.1 基本原理在TD-SCDMA系统中，其硬切换机制参考了现有的GSM的切换机制，即移动台辅助切换方式。主要知

33、道思想是切换的测量和处理等功能分散到各个移动设备中，即由移动台来测量本基站和周围基站的信号强度，把测量结果报告给RNC进行分析和处理，从而做出有关切换的决策。在实际切换过程中，需要加入一定的时间延迟和信号强度冗余来补偿因为传播条件的复杂性、信息处理速度和能力的限制、命令传递的时间延迟等原因造成的误差，减少不必要的切换，避免“乒乓效应”的出现。同时针对TDD系统对干扰敏感的问题，只有当相邻小区基站信号强度优于本小区信号强度一定程度（即差值大于信号强度冗余），并且本小区信号强度小于某一特定门限值时，才启动切换过程。硬切换测量算法的具体事件流程如图5-1所示。 图5-1 硬切换实现的实例基本算法触发

34、切换请求的依据是相对于切换储备的信号功率：只有当相邻小区n的平均接收功率值和切换储备值的和，并且当前UE接受到的激活集小区信号强度低于给定门限值时，才能发起切换。如果符合下面准则将起动切换：RXLEV_DL/UL(n)>RXLEV_DL/UL+hoMarginLev(n)/Qual(n) 14 (5-1) RxLev_DL/UL<hoThresholdsLevDL/UL 14 (5-2)式中RXLEV_DL/UL(n)为UE接受到的监测集中基站信号强度的测量值；RXLEV_DL/UL为UE接收到的当前服务基站信号强度的测量值；hoMarginLev(n)/Qual(n)分别为电平和

35、质量的切换储备；hoThresholdsLevDL/UL为服务基站的信号强度门限。切换储备值和服务基站的信号强度门限值的调整确定了切换的性能。因此在图5-1中共有3个基站处于检测状态，显然，小区1处于激活集；小区2、3处于检测集或剩余集。在0时刻小区2的信号强度大于T_add即进入监测集的门限值，经过一个时延T在1时刻被加入监测集。随后在2时刻小区2的信号强度比当前服务小区大T_margin，经过时延T，到3时刻这种趋势不断增大，小区2替代小区1成为当前服务小区，小区1进入监测集，此时执行切换；在4时刻小区3的信号强度已足够强但若监测集已满，5时刻小区3进入监测集，在6时刻小区1的信号强度小于

36、T_drop，经过时延T，在7时刻小区1从监测集中被删除进入检测集。如图5-1所示，移动设备将在时刻0、2、4、6根据特定时间的触发向RNC提交测量报告。RNC在接到报告后，根据上文中所说的策略和算法进行相应的处理，维护和根据不同的基站集合，在切换条件满足时作出切换命令。5.1.2 切换具体过程在TD-SCDMA移动通信系统中主要采取更新不同小区集合的硬切换方式，特点是将基站分为4种集合：激活集、候选集、邻集和剩余集（激活集：移动设备当前与之连接通信的所有基站组成的集合；候选集：在监测下可能参与切换，但还未加入激活集的基站集合；邻集：未列入激活集或候选集，可用作切换的基站的集合；剩余集：所有其

37、他基站的总和），通过更新不同集合的方式来进行切换。在3GPP标准中，则把邻集和剩余集合称为邻集，由于TDD模式的限制，激活集的基站数目只可能为1。TDSCDMA系统的硬切换策略对于所有行为的主体大致可分为信号强度测量以及切换的决策和执行两部分：（1） 信号强度测量移动设备不断地测量本基站和周围基站的广播信道的信号强度，当移动设备发现接收信号变弱，达不到或接近SIR最低门限并且发现周围某一个基站的信号很强时，它将通过NodeB向RNC发出切换请求，由此来启动切换处理过程。（2） 切换的决策和执行RNC接收NodeB提交的由UE发出的切换请求后，根据测量报告和请求，查询相应切换目的基站的信道状况和

38、容量，证实是否允许新呼叫接入该小区，若允许接入则向Node B和UE反馈切换命令，反之反馈切换操作不允许。如图5-2所示，UE接收切换命令后先断开原有连接（见图5-2b），与切换目的基站建立新连接（见图5-2c），服务基站释放原有链路资源，故硬切换的主要特定可概括为“先断开，后连接”。图5-2 硬切换过程示意图5.2 TD-SCDMA系统的接力切换TD-SCDMA系统的接力切换概念不同于硬切换与软切换。在切换之前，目标基站已经获得移动台比较精确的位置信息，因此在切换过程中UE断开与原基站的连接之后，能迅速切换到目标基站。移动台比较精确的位置信息，主要是通过对移动台的精确定位技术来获得的。在TD

39、-SCDMA系统中，移动台的精确定位应用了智能天线技术，如果来自一个基站的信息不够，可以让几个基站同时监测移动台并进行定位。接力切换技术在测量、筛选和处理、测量报告、切换算法处理、决策方面与硬切换或软切换技术大体相似。其主要特点集中表征在切换的执行过程上。接力切换方式在某种程度上与硬切换方式类似，同样是在“先断后连”的情况下，当移动设备需要切换并且网络通过对其邻集基站的测量找到了切换目标基站时，网络向移动设备发送切换命令，与目标基站建立上行同步（粗同步），进而断开原有的业务连接，随后利用智能天线等先进技术迅速建立与目标基站的业务连接（其中包括细同步过程），切换完成。若移动设备与目标基站的业务连

40、接失败，则通过仍存在的信令链路恢复与原服务基站的业务连接。5.2.1 接力切换原理接力切换是TD-SCDMA移动通信系统的核心技术之一。其设计思想是利用智能天线和上行同步等技术，在对UE的距离和方位进行定位的基础上，根据UE方位和距离信息作为辅助信息来判断目前UE是否移动到了可进行切换的相邻基站的临近区域。如果UE进入切换区，则RNC通知该基站做好切换的准备，从而达到快速、可靠和高效切换的目的。接力切换通过与智能天线和上行同步等技术有机结合，巧妙地将软切换的高成功率和硬切换的高信道利用率综合起来，是一种具有较好系统性能优化的切换方法。5.2.2 接力切换的技术基础实现接力切换的必要条件是：网络

41、要准确获得UE的位置信息，包括UE的信号到达方向DOA，和UE与基站之间的距离。在TD-SCDMA 系统中，由于采用了智能天线和上行同步技术，因此，系统可以较为容易获得UE的位置信息。具体过程是：（1）利用智能天线和基带数字信号处理技术，可以使天线阵根据每个UE的DOA为其进行自适应的波束赋形。对每个UE来讲，好象始终都有一个高增益的天线在自动地跟踪它。基站根据智能天线的计算结果就能够确定UE 的DOA，从而获得UE的方向信息；（2）在TD-SCDMA系统中，有一个专门用于上行同步的时隙UpPTS。利用上行同步技术，系统可以获得UE信号传输的时间偏移，进而可以计算得到UE与基站之间的距离。（3

42、）在（1）和（2）之后，系统就可准确获得了UE 的位置信息。因此，上行同步、智能天线和数字信号处理等先进技术，是TD-SCDMA移动通信系统实现接力切换的关键技术基础。5.2.3 接力切换过程描述接力切换分三个过程，即测量和预同步过程、判决过程和执行过程。（1） 接力切换中的测量和预同步过程接力切换的测量方式有两种，一种是周期性的进行，一种由事件触发进行。这两种形式的测量在系统实现中是通过一定的方式结合使用的。一般周期性的测量用来监测当前服务小区的质量，而事件触发性的测量主要是在需要进行TD-SCDMA系统切换的时候，监测相邻小区或者相邻系统的情况。为了进行TD-SCDMA系统的切换，终端需要

43、进行TD-SCDMA系统的切换准备，执行必要的测量。这时终端除了监测本小区之外还要监测相邻小区的情况。对当前小区的内部测量和质量测量特别重要，而对邻小区的测量结果报告相对稍低一些。UE测量报告的门限值设置基本上是以满足业务质量为基准，并有一定的滞后。当当前服务小区的导频信号强度在一段时间T1内持续低于某一个门限值T_DROP时，UE向RNC发送由接收信号强度下降事件触发的测量报告，从而可启动系统的接力切换测量过程。因为TD-SCDMA采用TDD方式，上下行工作频率相同，其环境参数可互为估计，这是优于FDD的一大特点，在接力切换测量中可以得到充分利用。如果Node B的测量处于基准值，则可发送报

44、告请求切换，这样可以防止UE的测量报告处理不当或延迟较大而造成掉话。接力切换的预同步过程属于开环预同步，在UE对本小区基站和相邻小区基站的导频信号强度进行测量的同时记录来自各邻近小区基站的信号与来自本小区基站信号的时延差，预先取得与目标小区的同步参数，并通过开环方式保持与目标小区的同步。在UE和基站通信过程中，UE需要对本小区基站和相邻小区基站的导频信号强度进行测量。由于接力切换在与目标基站建立通信的同时要断开与原基站的连接，因此，接力切换的判决相对于软切换来说要求较严格。也就是说，在满足正常通信质量的情况下，要尽可能降低系统的切换率。因此，基于这一考虑，接力切换的测量与其它两种切换的测量应该

45、有所不同，如测量的范围和对象较少，进行切换申请的目标小区的信号强度滞后较大等。接力切换测量开始后，当前服务小区不断地检测UE的位置信息，并将它发送到RNC。RNC可以根据这些测量信息分析判断UE可能进入哪些相邻小区，即确定哪些相邻小区最有可能成为UE切换的目标小区，并作为切换候选小区。在确定了候选小区后，RNC通知UE对它们进行监测和测量，把测量结果报告给RNC。RNC根据确定的切换算法判断是否进行切换。如果判决应该进行切换，则RNC可根据UE对候选小区的测量结果确定切换的目标小区，然后系统向UE发送切换指令，开始实行切换过程。（2）接力切换的判决过程接力切换的判决过程是根据各种测量信息和综合

46、系统信息，依据一定的准则和算法，来判决UE是否应当切换和如何进行切换的。UE或Node B测量报告触发一个测量报告到RNC，切换模块对测量结果进行处理。RNC在收到UE的测量报告后，首先处理当前小区的测量结果，如果其服务质量还足够好，则判决不对其它监测小区的测量报告进行处理。如果服务质量介于业务需求门限和质量好门限之间，则激活切换算法对所有的测量报告进行整体评估。如果评估结果表明，监测小区中存在比当前服务小区信号更好的小区，则判决进行切换；如果当前小区的服务质量已低于业务需求门限，则立即对监测小区进行评估，选择最强的小区进行切换。一旦判决切换，则RNC立即执行接纳控制算法，判断目标基站是否可以

47、接受该切换申请。如果允许接入，则RNC通知目标小区对UE进行扫描，确定信号最强的方向，做好建立信道的准备并反馈给RNC。RNC还要通过原基站通知UE无线资源重配置的信息，并通知UE 向目标基站发SYNC-UL,取得上行同步的相关信息。之后，RNC发信令给原基站拆除信道，同时与目标小区建立通信。（3）接力切换中的执行过程接力切换的执行过程，就是当系统收到UE发出的切换申请，并且通过算法模块的分析判决已经同意UE可以进行切换的时候（满足切换条件），执行将通信链路由当前服务小区切换到目标小区的过程。由于当前服务小区已经检测到了UE的位置信息，因此，当前服务小区可以将UE的位置信息及其它相关信息传送到

48、RNC。RNC再将这些信息传送给目标小区，目标小区根据得到的信息对UE进行精确的定位和波束赋形。UE在与当前服务小区保持业务信道连接的同时，网络通过当前服务小区的广播信道或前向接入信道通知UE目标小区的相关系统信息（同步信息、目标小区使用的扰码、传输时间和帧偏移等等），这样就可以使UE在接入目标小区时，能够缩短上行同步的过程（这也意味着切换所需要的执行时间较短）。当UE的切换准备就绪时，由RNC通过当前服务小区向UE发送切换命令。UE在收到切换命令之后开始执行切换过程，即释放与原小区的链路连接。UE根据已得到的目标小区的相应信息，接入目标小区，同时网络侧则释放原有链路。接力切换的三个步骤的流程

49、关系如图5-3所示。图5-3 接力切换流程图5.2.4 TD-SCDMA系统间切换TD-SCDMA系统间的切换是为了向用户提供无缝的通信服务。也是为了使TD-SCDMA的网络能够和已经建成的网络系统实现良好的兼容，从而最大程度地保护运营商的投资利益。TD-SCDMA系统间的切换过程均是硬切换过程。用户终端能否在各个不同的系统之间进行切换，主要取决于用户终端的测量能力以及系统网络是否支持这种类型的系统间切换。终端需要在不同的系统之间进行切换，必须具备测量目标系统相应网络情况的能力。一般这样的用户终端均要求具有系统间测量的能力，而且能够读取目标系统的广播信息。在目前的情况下，这样的用户终端应该是双

50、模或者多模的用户终端。当这种用户终端在当前系统指示下需要进行系统间切换时，利用空闲时隙进行相应的系统间测量并读取相应的广播信息。空闲时隙的安排应该考虑留有足够的时间以进行必要的测量，并且尽可能地降低系统间相互的干扰。对于网络而言，系统需要知道相邻系统的频率、编号等基本信息。并且系统之间需要有互通的接口以及相对统一的信令结构。这样，当用户处于系统边缘或者负荷状况变化时，可以触发系统间切换。为了保证第三代移动通信系统与第二代移动通信系统的平稳过渡，目前3G标准中TD-SCDMA系统已经具备向GSM系统切换的能力。 接力切换特点接力切换是介于硬切换和软切换之间的一种新的切换方法。与软切换相比，两者都

51、具有较高的切换成功率、较低的掉话率以及较小的上行干扰等优点。它们的不同之处在于接力切换并不需要同时有多个基站为一个移动台提供服务，因而克服了软切换需要占用的信道资源较多，信令复杂导致系统负荷加重，以及增加下行链路干扰等缺点。与硬切换相比，两者都具有较高的资源利用率，较为简单的算法，以及系统相对较轻的信令负荷等优点。不同之处在于接力切换断开原基站和与目标基站建立通信链路几乎是同时进行的，因而克服了传统硬切换掉话率较高、切换成功率较低的缺点。接力切换的突出优点是切换高成功率和信道高利用率。从测量过程来看，传统的软切换和硬切换都是在不知道UE准确位置的情况下进行的，因此需要对所有邻小区进行测量，然后

52、根据给定的切换算法和准则进行切换判决和目标小区的选择。而接力切换是在精确知道UE的位置下进行切换测量的。因此，一般情况下它没有必要对所有邻小区进行测量，而只需对与UE移动方向一致的靠近UE一侧少数几个小区进行测量。然后根据给定的切换算法和准则进行切换判决和目标小区的选择，就可以实现高质量的越区切这样，UE所需要的切换测量时间减少，测量工作量减少，切换时延也就相应的减少，所以切换掉话率随之下降。另外，由于需要监测的相邻小区数目减少，因而也相应地减少了UE、NODEB和RNC之间的信令交互，缩短了UE测量的时间，减轻了网络的负荷，进而使系统性能得到优化。5.3 接力切换信令流程和具体过程对TD-S

53、CDMA系统接力切换机制的信令部分进行研究时发现，TD-SCDMA系统接力切换的信令过程与其他系统大致相同，不同之处主要表现在：由于接力切换的前提是精确定位，因此接力切换对同步精度要求很高：对于接力而言，即使在同步小区之间进行切换的时候同样也需要通过TD-SCDMA特有的上行同步来实现。接力切换过程（采用的是移动辅助切换方式）的信令流程如图5-4所示，这里给出的是成功切换的信令流程。图5-4 接力切换信令流程接力切换具体执行过程接力切换执行过程如图5-5所示，其中BS_S为源基站；BS_T为目的基站。第一步：UE与BS_S进行正常通信（见图5-5a），同时不断地执行切换测量并根据测量结果更新切

54、换集合。第二步：当UE需要切换并且网络通过对UE候选小区的测量找到了切换目标小区时，网络向UE发送切换命令，UE就与目标小区建立上行同步，然后UE在与BS_S保持信令和业务连接的同时，与BS_T建立信令连接（见图5-5b）。第三步：当UE与BS_T信令连接成功建立之后，UE就删除与BS_S的业务连接（见图5-5c）。第四步：UE尝试建立与BS_T的业务连接，一旦UE与BS_T的业务连接建立（见图5-5d）之后就可进行下一步。第五步：UE删除与BS_S的信令连接（见图5-5e），这时UE与BS_S之间的业务和信令连接全部断开了，而只与BS_T保持信令和业务的连接，至此，接力切换执行成功。上面给出

55、了接力切换成功执行的过程图例，在此过程中，最为关键的是步骤四的执行，若此步骤不能成功执行，即当UE尝试建立与BS_T的业务连接失败以后，UE就将迅速恢复与BS_S之间的业务连接，之后UE删除与BS_T的信令连接，这时UE与BS_T之间的业务和信令连接全部断开，UE只与BS_S保持着信令和业务连接，切换过程完成，但切换不成功。其余步骤与接力切换成功执行相一致。图5-5 接力切换执行过程5.4 接力切换算法TD-SCDMA 系统中接力切换算法准则由切换判决准则、切换执行准则组成。接力切换的切换判决准则为具有滞后余量和限定门限的相对信号强度准则：仅允许移动台在新小区的导频信号强度比原小区导频信号强度

56、强到一定程度（即大于滞后余量RSCP_DL_COMP并且保持一定时间的情况下才进行越区切换，公式表示如下：PCCPCH_RSCP(adjacent)- PCCPCH_RSCP(serving)>RSCP_DL_COMP 14 (5-3)这样可以防止由于信号波动引起的在两个小区之间的来回切换（乒乓效应）。同时仅允许移动台在当前小区的信号低于规定门限RSCP_DL_DROP，并且新小区的信号强度高于当前小区给定的滞后余量时，才进行切换。接力切换的判决相对于软切换来说要求比较严格，基于TD-SCDMA 系统的特点，进行接力切换的UE 上下行链路在与目标基站建立通信的时候分别断开与原基站的连接，

57、因此在满足正常通信质量的情况下，要尽可能降低系统的切换率， 表现在原服务小区的RSCP_DL_DROP门限在保证一定的掉话率的同时尽可能的接近小区边缘的平均信号强度，而目标服务小区的RSCP_DL_ADD门限不能设置过高从而引起候选小区数量下降而导致掉话率过高，当然此门限亦不能过低从而失去设置此门限参数的意义。当系统判决进行切换后，系统可以执行多种切换方式，如执行小区内切换、小区间切换、频率内切换、频率间切换、系统内切换、系统间切换等等。因为不同的切换方式有不同的切换性能和复杂性，如切换率、切换成功率、切换延时和网络负荷等，一般按照小区内、小区间、RNC内、RNC间、系统内、系统间的顺序安排切换优先级，可以减少接口间的信令交互，减轻RNC的处理负担并加快切换的执行过程。在执行上述切换类型时，一般是频内切换的优先级高于频间切换的优先级。5.5 接力切换与其他体制中切换的比较(1)在其他体制中发生切换时，Node B并不知道移动台所处的准确位置及行进方向。RNC要通知所