（通信与信息系统专业论文）tdscdma系统切换技术及在集群中的应用研究.pdf

重庆邮电大学硕士论文摘要 摘要 切换技术作为无线资源管理的重要组成部分，能有效保证移动终端运动过程中 通信的连续性，对通信质量和通信系统的性能有着重要的影响。随着t d s c d m a 的发展和商用，基于t d s c d m a 技术的集群移动通信系统也成为研究的热点。本 文主要针对t d s c d m a 系统和集群系统的切换技术进行研究，主要做了以下几个 方面的研究： 首先，本文对切换过程中的目标小区确定方法进行了分析，针对现有方法的不 足，给出了基于灰色关联分析的目标小区确定方法。该方法通过对移动用户运动过 程中测量的小区信息进行灰色关联分析处理，得到各个候选小区的关联度，再根据 关联度对候选小区进行排序，确定出切换的目标小区。仿真结果表明，该方法可以 使移动终端切换到合适的小区，有效提高通信系统的性能。 其次，研究了t d s c d m a 系统中的基于接收信号强度和滞后余量的切换判决 算法，给出了三层蜂窝网络中基于接收信号强度、滞后余量和移动速度的切换算法。 该方法考虑了不同速度的用户在三层蜂窝网络中移动时的切换问题，在保证信号强 度的前提下，对于低速用户，使其尽可能切换到覆盖面积较小的小区，对于高速移 动用户，使其尽可能切换到覆盖面积较大的小区，并通过仿真验证了该算法的性能。 再次，分析了现有基于小区重叠区域、u e 到边界距离的切换失败概率模型， 推导出基于蜂窝覆盖半径、蜂窝小区半径、小区重叠区域、u e 到边界距离的切换 失败概率模型，并进行了仿真验证与分析。 最后，分析了t d s c d m a 系统和集群通信系统的不同，指出t d s c d m a 技术 应用于集群通信系统的可行性和需要解决的一些问题；从群组、主被叫用户、移动 模型等方面阐述了集群业务中单呼和组呼两种调度业务在切换中的不同：给出了群 组中听用户抢占上行信道发送切换请求的策略，该策略充分考虑了集群系统中用户 的优先级问题，以及集群系统半双工通信方式的特点，可以使群组中的听用户及时 执行切换，从而保证通信质量和通信的连续性。 关键词：t d s c d m a ，集群通信系统，切换，目标小区，灰色关联分析 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t a b s t r a c t a st h ei m p o r t a n tc o m p o n e n to fr a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t ，h a n d o v e rt e c h n o l o g y c a ng u a r a n t e et h ec o n t i n u i t yo fc o m m u n i c a t i o n si nt e r m i n a lm o t i o n , a n dh a sa ni m p o r t a n t e f f e c to nt h ec o m m u n i c a t i o nq u a l i t ya sw e l la st h es y s t e mp e r f o r m a n c e b e s i d e s ，w i t ht h e c o m m e r c i a ld e v e l o p m e n to ft d - s c d m a , t h et m n k i n gc o m m u n i c a t i o ns y s t e m sb a s e d o nt h et d - s c d m ah a sb e c o m ear e s e a r c hh o t s p o t t h i s p a p e r f o c u s e do nt h e t d - s c d m a s y s t e ma n dt r u n k i n gs y s t e m ，a n dm a d e t h ef o l l o w i n gm a i nw o r k ： f i r s t ，i ta n a l y z e dt h ed e t e r m i n a t i o nm e t h o do fo b j e c t i v ec e l li nh a n d o v e rp r o c e s s ， c o m p a r et ot h ed e f i c i e n c yo fe x i s t i n gd e t e r m i n a t i o nm e t h o d ，t h e ni ti n t r o d u c e dt h e o b j e c t i v ec e l ld e t e r m i n a t i o nm e t h o db a s e do ng r e yr e l a t i o n a la n a l y s i s ，w h i c ht o o kt h e g r e yr e l a t i o n a la n a l y s i sa b o u t t h ei n f o r m a t i o nd e t e c t e di nm o b i l eu s e r sm o t i o nt og e tt h e g r e yr e l a t i o n a ld e g r e eo ft h ec a n d i d a t ec e l l a n da c c o r d i n gt h er e l a t i o n a ld e g r e e ，i tm a d e as o r to fc a n d i d a t ec e l lt og e tt h eh a n d o v e ro b j e c t i v ec e l l t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o w n t h a tt h i sm e t h o dc a nm a k et h em o b i l eu s e r sg e tt h ep r o p e rc e l l s e c o n d ，i ta n a l y z e dt h eh a n d o v e rt e c h n o l o g yb a s e do nt h er e c e i v e ds i g n a lc o d e p o w e ra n dh y s t e r e s i sm a r g i ni nt d s c d m as y s t e m s ，a n dg i v e nt h eh a n d o v e ra l g o r i t h m a b o u tt h es i g n a lp o w e ra n dh y s t e r e s i sa n dm o b i l es p e e di nt h r e e - t i e rc e l l u l a rn e t w o r k s t 1 1 i sm e t h o dc o n s i d e r e dt h eh a n d o v e rp r o b l e m sa b o u tu s e r sw i t hd i f f e r e n ts p e e di n t h r e e t i e rc e l l u l a rn e t w o r k s ，o nt h ep r e m i s eo fs i g n a lp o w e r , f o rt h el o w s p e e du s e r s ，m a k e t h e mc o n n e c tt ot h es m a l lc o v e r a g eb a s es t a t i o n , f o rt h eh i g h - s p e e du s e r s ，m a k et h e m c o n n e c tt o t h el a r g ec o v e r a g eb a s es t a t i o n 1 1 l es i m u l a t i o nv e r i f i e dt h ea l g o r i t h m p e r f o r m a n c e t h i r d ，i ta n a l y z e dt h e f a i l u r e p o s s i b i l i t y h a n d o v e rm o d eb a s e do nt h ec e l l o v e r l a p p i n ga r e aa n dt h eu ed i s t a n c et ot h eb o u n d a r y a n di td e d u c e dt h ep o s s i b i l i t y m o d eb a s e do i lt h ec e l lc o v e r a d i u s ，c e l lr a d i u s ，c e l lo v e r l a p p i n ga r e a ，u ed i s t a n c et ot h e b o u n d a r y , a n dv e r i f i e dt h em o d ew i t hc o m p u t e rs i m u l a t i o n a tl a s t ，t h i sp a p e ra n a l y z e dt h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h et d s c d m aa n dt r u n k i n g c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，a n di n d i c a t e dt h e p o s s i b i l i t y a b o u tt h e a p p l i c a t i o n o f t d - s c d m ai nt r u n k i n gc o m m u n i c a t i o ns y s t e m sa n dt h ep r o b l e m sn e e dt os o l v e f r o m t h ea s p e c to fg r o u p ，c a l l i n ga n dc a l l e du s e r sa n dm o b i l i t ym o d e l ，e t c ，e l a b o r a t e dt h e p r i v a t ec a l la n dg r o u pc a l ld i s p a t c h i n gd i f f e r e n c ei nt r u n k i n gc o m m u n i c a t i o n ，a n dg i v e n t h es t r a t e g i e so fh a n d o v c rr e q u e s t si ng r o u pw h e nu s e r ss e i z e dt h eu p l i n kc h a n n e l ，t h i s l i 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t m e t h o dc o n s i d e rt h ep r i o r i t yo fu s e r si nt r u n k i n gc o m m t m i c a t i o n ，a n dt h ef e a t u r e so f h a l f - d u p l e xi ns y s t e m t h i sm e t h o dc o u l dm a k et h eu s e r si ng r o u ph a n d o v e rt i m e l y , a n d g u a r a n t e et h ec o m m u n i c a t i o nq u a l i t ya n dc o n t i n u i t y k e yw o r d s ：t d - s c d m a , t h i n k i n gc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，h a n d o v c r , o b j e c t i v ec e l l ， g r e yr e l a t i o n a la n a l y s i s i i i 重庆邮电大学硕士论文图索引 图索引 图1 1t d s c d m a 数字集群系统网络结构示意图4 图2 1 硬切换流程8 图2 2 软切换流程9 图2 3 接力切换流程1 0 图2 4 接力切换过程1 1 图2 5 成功情况下接力切换信令流程1 2 图2 6 失败情况下接力切换信令流程1 2 图3 1g r a 目标小区确定流程图1 5 图3 2 候选小区排序图2 1 图4 1 传统切换算法流程图2 2 图4 2 改进切换算法流程图一2 4 图4 3 接力切换仿真流程图2 5 图4 4 七小区模型2 5 图4 5 三层小区模型2 6 图4 6 运动方向改变量概率密度分布2 8 图4 7 车辆速度概率密度分布2 9 图4 8 不同位置的r s c p 3 1 图4 9r s c p 局部细节图3 1 图4 1 0l i e 通信过程中的r s c p 3 1 图4 1 1 传统算法的切换次数3 2 图4 1 2c o m p 与切换次数的关系3 2 图4 1 3 目标小区确定方法验证流程图3 3 图4 1 4 切换次数与一致次数比较3 3 图4 1 5 不同仿真时间下切换次数与一致次数比较。3 4 图4 1 6 同一运动状态下切换次数与一致次数比较。3 4 图4 。1 7 移动轨迹示意图3 5 图4 1 8r s c p 值3 5 图4 1 9 参数w 1 的选择3 6 图4 2 0 参数、砚的选择3 6 图4 2 1 传统算法和新算法的比较3 7 v i 重庆邮电大学硕士论文 图索弓 图4 2 2 加入g r a 目标小区确定方法的切换次数3 8 图4 2 3 切换次数与速度的关系3 8 图4 2 4 切换次数与用户数关系3 9 图4 2 5 切换过程示意图4 0 图4 2 6p a 与重叠区域、覆盖半径的关系4 1 图4 2 7p a 与重叠区域、蜂窝半径的关系4 2 图4 2 8p a 与u e 到边界距离、覆盖半径的关系4 2 图4 2 9p a 与u e 到边界距离、蜂窝半径的关系4 3 图4 3 0 切换延迟1 5 s 时v 与p f 关系。4 3 图4 3 1 切换延迟3 s 时v 与p f 关系4 4 图5 1 切换策略流程图5 2 v i i 重庆邮电大学硕士论文 缩略语 3 g b s b s c c d m a 2 0 0 0 f d d g o t a g r a g s m i d e n m s c p c c p c h p 1 t q o s r n c r i 泓 r s c p t c s t d d t d m a t d s c d m a t e t r a u e w c d n 【a 缩略语 3 r dg e n e r a t i o n b a s es t a t i o n b a s es t a t i o nc o n t r o l l e r c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s2 0 0 0 f r e q u e n c y d i v i s i o nd u p l e x g l o b a lo p e nt r u n k i n ga r c h i t e c t u r e g r e yr e l a t i o n a la n a l y s i s g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l e c o m m u n i c a t i o n i n t e g r a t e dd i g i t a le n h a n c e dn e t w o r k m o b i l es e r v i c e sc e n t r e p r i m a r yc o m m o n c o n t r o lp h y s i c a l c h a n n e l p u s h t ot a l k q u a l i t yo fs e r v i c e r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r r a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t r e c e i v e ds i g n a lc o d ep o w e r t h i n k i n gc o m m u n i c a t i o ns y s t e m t i m ed i v i s i o nd u p l e x t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s t i m ed i v i s i o n s y n c h r o n o u sc d m a t r a n se u r o p e a nt r u n k d e dr a d i o s y s t e m u s e re q u i p m e n t w i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s v i i i 第三代移动通信 基站 基站控制器 码分多址2 0 0 0 频分双工 开放式集群架构 灰色关联分析 全球移动通信系统 集成数字增强型网络 移动交换中心 主公共控制物理信 一键通 服务质量 无线网络控制器 无线资源管理 接收信号码功率 集群移动通信系统 时分双工 时分多址 时分同步码分多址 泛欧集群无线电系统 用户设备 宽带码分多址 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 第一章绪论 1 1t d s c d m a 技术与集群通信的发展 1 1 1t d s c d m a 技术的发展 由我国提出的时分同步码分多址( t i m ed i v i s i o n s y n c h r o n o u sc o d ed i v i s i o n m u l t i p l ea c c e s s ，t d s c d m a ) 技术，作为第三代移动通信系统的主流标准之一，在 全世界范围内引起了广泛的关注，并且得到了国际电信联盟( n u ) 批准。 第三代移动通信( 3 r dg e n e r a t i o n , 3 g ) 的概念在1 9 8 5 年时由国际电信联盟提出， 与此同时成立了组织机构t g 8 1 对3 g 进行研究，当时3 g 被称为未来公共陆地移 动通信系统( f u t u r ep u b l i cl a n dm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，f p l m t s ) ，此时， c d m a 技术也未出现，第二代移动通信技术还正处于发展之中。在t g 8 1 机构成立 的前十年时间内，3 g 的研究进展相对缓慢。在1 9 9 6 年后，f p l m t s 的研究工作取 得了飞速的进展，n u 于1 9 9 6 年确定了正式名称：i m t - 2 0 0 0 ( 国际移动通信- - 2 0 0 0 ) ， 其含义为在2 0 0 0 年左右该系统预期投入使用，2 0 0 0 m h z 频带作为工作频带，最大 数据传输速率是2 0 0 0 k b p s 【i j 。 各个国家、地区、公司及标准化组织为了能够在未来的全球化标准的竞赛中取 得一席之地，不约而同地提交了自己的技术标准，在这种环境下也诞生了 t d s c d m a 标准，它融合了时分双工( t i m e d i v i s i o n d u p l e x ，t d d ) 和码分多址( c o d e d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，c d m a ) 的技术优势，包括灵活的空中接1 2 1 、联合检测、智 能天线等先进技术，使得t d s c d m a 具有相当高的技术先进性，并且是宽带码分 多址( w i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，w c d m a ) 、c d m a 2 0 0 0 、t d s c d m a 三个主流标准中频谱效率最高的。随着高速率移动、大区域覆盖等问题的逐步解决， t d s c d m a 将成为使用经济并能获得令人满意效果的第三代移动通信解决方案。 t d s c d m a 相比于其它的第三代移动通信标准w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 有着明 显的优势，其中之一就是低码片速率，它的码片速率是1 2 8 m c s ，由于以上三个标 准均采用了扩频通信技术，因此扩频码速率越高，载波的带宽也就越大，也就意味 着需要占用更多的频谱，而频谱资源又是十分宝贵的资源。此外，码片速率低也方 便于硬件的实现，并且使成本较低。 t d s c d m a 从诞生到现在已经走过了十多年，如今商用化系统设备也已经趋于 成熟，终端和芯片也已达到了商用化的水平，t d s c d m a 产业链系列的产品也做好 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 了商用的准备【2 1 。t d s c d m a 试商用已在多个地方开展，并且取得了预期的效果。 t d s d c m a 的商用对我国产业界产生了深远的影响，也形成了t d s c d m a 系统的 产业链结构，并且这个产业链涉及到多个方面，包括它的核心技术、核心芯片、终 端等，对我国的通信基础设施制造业、网络软件、手机制造业等相关行业带来了积 极的推动作用。国内外的很多家厂商、科研单位对t d s c d m a 产生了浓厚的兴趣， 对其认同感也逐渐提升，这也对我国的通信事业的发展带来了机遇与挑战，如何提 供更优质的服务、如何在产业方面减小与w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 两个标准的差距是 t d s c d m a 面临的一些问题。 此外，根据试商用的情况，中国移动也正在积极加强网络优化工作，针对试商 用和业务测试当中发现的网络质量、通信质量等方面的问题，及时采取方法措施加 以改进：同时，继续开发基于t d s c d m a 技术的各种新业务，充分发挥第三代网 络的优势，从而吸引更多的用户使用。 1 1 2 集群通信的发展 随着国内外信息化建设步伐的加快，集群移动通信系统( t r u n k i n g c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，t c s ) 也得到了越来越广泛的发展和应用。集群移动通信系 统属于专用移动通信，采用一键通( p u s ht ot a l k , p t t ) 方式接续，是一种共享资源、 分担费用、向用户提供优良服务的多用途、高效能而又廉价的先进的无线调度指挥 系统，代表着专用移动通信网的发展方向。集群系统在专业通信领域发挥着巨大的 作用，在指挥调度功能要求较高的企业、公安、武警以及军队等部门都十分适用【3 】。 集群通信系统的发展，主要经历了三个阶段，分别是无线对讲机系统、模拟集 群系统以及数字集群系统。 诞生于2 0 世纪中期的民用专业移动通信系统，主要采用了点对点半双工通信方 式，也就是无线对讲机方式。这种通信方式要求用户在规定的频点进行通话，该种 通信方式比较简单，不需要基站设备，但是通信的距离有一定的限制，并且当用户 增加时，会出现频率不够用的状况，而且用户之间的通信干扰比较大，通信私密性 弱，选择性的呼叫几乎是不可能的。 在2 0 世纪7 0 、8 0 年代诞生的现代集群移动通信系统，主要是用于室外作业的 移动用户，从事生产调度、指挥控制等通信服务。随着通信技术系统化、网络化方 向的发展，出现了由单基站、单信道构成的通信系统，以及由单基站、多信道构成 的通信系统。伴随着无线通信向数字通信的前进的步伐，集群通信系统也逐渐向数 字集群技术发展，采用时分多址( t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，t d m a 方式是其最 主要的特点。 2 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 随着蜂窝移动通信系统的快速发展，c d m a 2 0 0 0 、w c d m a 、t d s c d m a 等第 三代移动通信技术的应运而生，一些大型通信设备制造公司也积极将第三代通信技 术应用在集群通信系统中。目前，国内外已经有多种数字集群通信系统：例如中兴 的开放式集群架构( g l o b a lo p e nt n m k i n ga r c h i t e c t u r e ，g o t a ) 系统，采用了c d m a 技 术；华为公司的g t - 8 0 0 系统，在第一阶段以成熟的t d m a 技术为基础，在第二阶 段引入了t d s c d m a 技术，增加了对高速数据传输能力的支持，提供高速数据业 务和更高的系统容量；国外的如摩托罗拉公司研制、生产的集成数字增强型网络 ( i n t e g r a t e dd i g i t a le n h a n c e dn e t w o r k , i d e n ) 系统；欧洲电信标准委员会制定的泛 欧集群无线电( t r a n se u r o p e a nt r t m k d e dr a d i os y s t e m ，t e t r a ) 数字集群通信系统 在占 1 于。 作为第三代移动通信国际标准的t d s c d m a 无线接入技术，凭借其先进的技 术和合理的成本在公众移动通信领域被广泛认可，在此基础上向具有自主知识产权 的数字集群系统拓展，完全符合集群技术发展方向和国家利益发展战略【4 】。 1 2 研究背景和意义 在国内外信息化建设步伐的加快的环境下，数字集群移动通系统作为专用移动 通信的最新发展，在国内外得到了越来越广泛的应用。2 0 世纪8 0 年代出现了最早 的集群通信系统，从技术上讲这一阶段的集群系统还是采用模拟通信的技术，即 f d m a 通信方式。2 0 世纪9 0 年代，随着无线通信向数字通信的方向发展，集群通 信系统也开始向第二代的数字技术发展，最主要的特点是采用了t d m a 方式，其频 谱利用率比模拟系统大为提高，并具有更大的容量。 目前，移动通信进入一个新的发展时期，即人们普遍关注的第三代移动通信。 1 9 8 5 年国际电联提出了第三代移动通信的概念，许多国家和地区的著名电信设备制 造商先后提出了十多种无线接口建议。经过充分协商和融合，最后形成了三大主流 标准，即欧洲与日本提出的w c d m a 、美国提出的c d m a 2 0 0 0 和中国提出的 t d s c d m a 。t d s c d m a 融合了t d d 和c d m a 的技术优势，具有灵活的空中接 口，并采用了智能天线、联合监测等先进技术，具有相当高的技术先进性，并且在 三个主流标准中具有最高的频谱效率。 t d s c d m a 集群业务是一种半双工业务，由于t d d 方案的优势在于系统可根 据不同的业务类型灵活调整链路的上、下行转换点，集群使用的是单工或者半双工 的工作方式，因此特别适合应用t d s c d m a 解决方案，从而最有效地利用频谱和 达到最好的业务量。 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 基于t d s c d m a 技术的集群业务的开展，不但推动了第三代移动通信的发展， 而且对集群通信系统的发展有着非常重要的意义。针对t d s c d m a 技术、集群系 统的特点，研究出适合的切换方案，要求新的切换方案不但要保证切换的成功率， 而且还要保证切换的高效完成，因此，针对t d s c d m a 集群通信系统切换技术的 研究具有重要的意义。 1 3 研究现状 不论是切换技术还是t d s c d m a 集群系统，它们的研究步伐从未停歇，取得 了丰硕的研究成果。 自t d s c d m a 商用以来，围绕t d s c d m a 技术优化【5 】的研究也越来越多，为了 提高t d s c d m a 系统的性能，有人提出了在t d s c d m a 系统中应用a d - h o c 中继 技术 6 1 。 在t d s c d m a 系统中实现集群业务的研究也有很多成果，文献 7 】中给出了一 种在t d s c d m a 系统中实现集群业务的方法。这种方法就是在维持现有 t d s c d m a 接入网完整性的前提下，对终端、核心网、无线接入网进行相应的修改， 并定义专用的p t t 调度服务器，从而实现数字集群功能。网络模型结构如图1 1 所 示，图中l i e ( u s e re q u i p m e n t ) 是用户设备，n o d eb 是基站，r n c ( r a d i on e t w o r k c o n t r o l l e r ) 是无线网络控制器，m s c 是移动交换中心，v l r 是访问位置寄存器， g m s c 是网关移动交换中心，e h l r 是增强归属位置寄存器，l s 是有线站，p s t n 是公共交换电话网，p l m n 是公众陆地移动网，s g s n 是服务g p r s 支持节点，g g s n 是网关g p r s 支持节点。 习 1 二j 图i it d - s c d m a 数字集群系统网络结构示意图 文献【8 中，给出了一种实现集群业务的构想，基本思想也是沿用现存的 t d s c d m a 核心网和接入网，以及增加集群子系统和改造现有移动通信终端。 文献 9 】分析了目前在集群上实现v o l p 业务的一些困难，并给出了集群系统s i p 4 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 模型，这些对t d 集群系统的进一步研究有着重要的意义。 在切换方面，列举了以下几个方面的一些研究情况： 不同类型的切换。切换类型一般分为三类：硬切换、软切换以及接力切换。 前两种切换方式是研究已经有很多年的历史了，而最后一种接力切换是伴随着第三 代移动通信技术t d s c d m a 技术应运而生的。接力切换结合了硬切换和软切换的 特点，具有两者共同的优势。而近几年接力切换的研究成果更是举不胜数，各种不 同的优化方案也是不胜枚举。 以上的三种切换方式均属于水平切换，而目前研究的另一个热点就是垂直切换， 它是针对异构网络提出的一种的切换技术1 1 0 】。 通常所说的切换，大多数指的是在同一层发生的切换，即发生在链路层的切换； 而现在也在对发生在多层之间的切换方式进行研究，即跨层切换。目前的跨层切换 主要是跨链路层和网络层之间的切换【1 1 1 。 伴随着移动通信系统的发展，以及人们对通信技术提出的新要求，通信技术的 发展已由第一代迈入了第三代，并且l t e 、t d l t e 、第四代移动通信技术的标准正 在紧锣密鼓的制定中。针对新出现的不同的通信系统，对切换技术也提出了新要求， 切换技术需要紧跟着通信技术发展的步伐，成功地用于不同的通信系统。 切换流程方面。 由于切换过程需要耗费系统资源，而在目前无线资源紧张的局面下，节省资源 显得尤为重要。减少切换过程中信令交互、资源开销以及快速无缝切换的切换流程， 这些研究内容均考虑了系统资源问题。 切换算法方面。 文献 1 2 】给出了一种基于移动速度的切换算法，其思想就是根据移动用户移动 速度的不同，设置不同的门限值，促进切换完成，从而降低掉话率。文献 1 3 】给出 了一种基于小区负荷的自适应切换算法，该方法是根据小区的负荷情况发起切换， 并考虑了动态小区边界以及切换类型的影响。文献 1 4 1 5 】中给出了一种基于路径损 耗和滞后余量结合的切换算法。基于负载均衡的切换算法【l6 】的研究也很多，这种算 法是通过切换实现网络负载的均衡、资源合理利用。根据u e 位置信息【1 7 】【18 1 、u e 移动速度【19 】【2 0 】的切换算法方面的研究也很多，文献 2 0 】的算法是在监测相邻小区的 门限值中加入了速度的因素，对于高速用户能降低切换的延迟。文献 2 1 给出了自 适应切换启动门限的算法。 此外，随着无线网络场景的变化，高速场景、固定场景下的通信越来越多，对 于在高速场景以及固定场景下的通信也提出了新要求。目前伴随着高速铁路、高速 公路的发展，由于它们的覆盖面积呈带状分布，为此切换技术也有了新的研究任务 以及新的挑战。 5 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 4 本文的主要工作及结构安排 本课题来源于中兴通讯股份有限公司牵头，多所高校以及单位合作申请的国家 高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) 重点项目( 项目编号：2 0 0 9 a a 0 1 1 3 0 2 ) 加s c d m a 集群通信系统关键技术研究。该项目的目标是研发出基于 t d s c d m a 技术的集群指挥调度通信系统，并提出相应的行业标准，推动t d 集群 产业的发展，服务国家集群业务的需要。本项目的子课题加s c d m a 集群系 统切换策略和算法，是根据t d s c d m a 和集群系统的不同特点以及相关性，给出 适用于t d s c d m a 集群系统的一种切换策略和算法，并通过相关软件进行仿真验 证。 本论文的所有工作围绕t d s c d m a 系统的切换技术以及在集群系统中的应用 展开，全文共分为六章，以下是各章的内容安排： 第一章是本文的绪论部分，主要介绍了t d 。s c d m a 技术、集群技术的发展现 状、课题的研究背景和意义、研究现状，以及本文的主要研究内容。 第二章对t d s c d m a 技术进行了简略介绍，从切换控制方式、切换过程中连 接的基站数目对切换进行了分类介绍，详细阐述了接力切换的过程、信令流程和实 现接力切换的技术基础。 第三章介绍了目标小区确定在切换中的重要性，给出了基于灰色关联分析的目 标小区确定方法，并对该方法的应用进行了分析。 第四章首先给出了基于移动速度的切换算法，其次建立切换仿真平台，对传统 算法、灰色关联分析目标小区确定方法、基于移动速度的切换算法进行仿真验证， 最后，推导出基于蜂窝覆盖半径、蜂窝小区半径、小区重叠区域、u e 到边界距离 的切换失败概率分析模型。 第五章对集群通信系统进行了介绍，分析t d s c d m a 技术应用于集群系统的 可行性和需要解决的一些技术问题，并阐述了集群系统中单呼和组呼业务在切换中 的区别，最后给出了一种听用户抢占上行信道发送切换请求的策略。 第六章对本文进行了总结，并对进一步的研究工作提出了展望。 6 重庆邮电大学硕士论文 第二章t d - s c d m a 技术及切换技术 第二章t d s c d m a 技术及切换技术 2 1t d s c d m a 技术简介 融合了c d m a 和t d d 技术优势的t d s c d m a ，具有灵活的空中接口，并采 用了智能天线、联合监测、接力切换、上行同步等技术，具有十分高的技术先进性， 并且在三个主流标准中具有最高的频谱效率。随着大范围覆盖和高速移动等问题的 逐步解决，t d s c d m a 将成为使用经济、令人满意的第三代移动通信解决方案。 t d s c d m a 技术作为新一代通信技术的标准之一，有其独有的优势。最主要的 一点是它采用了时分双工t d d 方式，可以灵活安排频谱。此外，t d - s c d m a 技术 采用智能天线、联合检测、接力切换、动态信道分配等多种先进的技术。接力切换 是t d s c d m a 技术给出的一种新型切换方式，智能天线技术的采用，有助于对移 动用户的定位，从而协助接力切换的实现，而动态信道分配技术可以有助于频谱资 源的高效利用。 2 2 切换技术介绍 2 2 1 概述 切换控制( h a n d o v e rc o n t r o l ，h c ) 模块是无线资源管理( r a d i or e s o u r c e m a n a g e m e n t r r m ) 功能中的重要组成部分。蜂窝移动通信网络相对于固定网络最 大的特点就是用户具有移动性，因而用户在一段通话的过程中穿越多个小区的情况 时有发生，这种情况下就需要执行切换，将用户从正在接受服务的小区成功转移到 新的通信小区。 用户终端在最初的小区即原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。t d s c d m a 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。t d s c d m a 系统切换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。 对于任何一个蜂窝通信系统，优化设计切换过程都是一项非常重要的任务。无 论是从网络效率的角度出发，还是从用户的角度出发，切换都是非常重要的。对于 网络效率而言，当移动用户处于不适合的服务小区进行通信时，影响的不仅是自身 的通信质量，同时也增加了整个网络的负荷，而且还有可能对小区内的其他用户造 重庆邮电大学硕士论文 第二章t d - s c d m a 技术及切换技术 成千扰。因此，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。 2 2 2 切换分类 根据切换的控制方式，切换可以分为四种方式【2 2 】【2 3 】： k 叁ka 叁a b s l 白 b s 2 b s l 白 b s 2 b s l 白 b s 2 8 重庆邮电大学硕士论文 第二章t d - s c d m a 技术及切换技术 k 叁ka 叁a b s l 白 b s 2 b s l 囱 b s 2 b s l 囱 b s 2 9 铽砖 粥1 白 b 8 2 ( b ) u e 与b s 2 建立信令连接 叁眦 脂 溉电一 举斛 重庆邮电大学硕士论文第二章t d - s c d m a 技术及切换技术 ( c ) u e 与b sl 断开业务连接( d ) u e 与b s 2 建立业务连接 趣搭 b 8 1 自 b 8 2 ( e ) u e 与b s l 断开信令连 接，接力切换完成 此外，切换也可以从网络角度，也就是按照切换过程中涉及的网元范围，切换 可以分为小区内切换和小区间切换，包括小区内切换、b s c 内切换、m s c 内切换、 m s c 间切换等。在多层网络结构中，有水平切换和垂直切换之分。水平切换是指同 类技术之间的切换，垂直切换是指不同类技术之间的切换。 2 3t d s c d m a 系统接力切换技术 接力切换( b a t o nh a n d o v e r ) 是t d s c d m a 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u e 的距离和方位进行定位的基础 上，根据u e 方位和距离信息作为辅助信息来判断目前l i e 是否移动到了可进行切 换的相邻基站的临近区域。如果u e 进入切换区，则无线网络控制器( r a d i on e t w o r k c o n t r o l l e r , r n c ) 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。这个过程就像是田径比赛中的接力赛跑传递接力棒一样，因而我们形象地称 之为接力切换。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。 从测量过程来看，传统的软切换和硬切换都是在不知道u e 准确位置的情况下 进行的，