（通信与信息系统专业论文）hrpd系统关于切换优化方法的研究.pdf

摘要 切换是为了保证移动用户通信的连续性或基于网络负载和操作维护等 其他原因，而将用户当前的通信链路转移到其他小区的过程。切换是移动通 信系统必须具备的最基本功能，也是移动通信系统的极为复杂和关键的技 术。c d m a 2 0 0 01 xe v - d o ，又称h d r 、h r p d ，是一种专为移动数据应用 而进行了优化的无线传送技术。而数据业务具有突发性强，速率高，上下行 不对称，对延时不敏感的特点。h r p d 中的切换大部分借鉴了c d m a 2 0 0 01 x 的经验。同c d m a 2 0 0 01 x 比较两者切换方面的差异就是h r p d 独有的切换 方式一一虚拟切换。本文对c d m a 2 0 0 01 xe v d 0 系统中切换和虚拟切换进 行了研究。 文中介绍了当前c d m a 2 0 0 0i xe v d o 系统中使用的各种切换类型。阐 述了切换过程，重点分析切换过程接入网对有效集的管理。针对虚拟切换， 详细分析了虚拟切换流程，阐述了朗讯公司虚拟切换过程的不足，并提出了 新的切换流程，提出了改进的理论依据。并对虚拟切换过程的改进后时序进 行了详尽的分析。后续章节的切换算法是基于改进的切换流程。 本文提出了虚拟切换过程中用于产生前向业务捕获和前向业务丢失指 示的算法，阐述了算法时延对虚拟切换性能的影响。并对算法在不同条件下 的参数的影响做了分析，最后根据过程最小延迟实现高概率正确上报低概率 错误上报捕获和丢失指示这一原则，得出了算法参数的最佳值。 针对此算法，对虚拟切换过程中的各个时延进行了理论估算，并在实际 系统对虚拟软，更软切换进行测试，对得出的数据与理论分析结果进行了对 比分析，得出实际实验结果与理论分析基本上相一致的结论，验证了本文算 法的可行性，最后对实验得出的结果中的一些关键点进行了分析。 关键词c d m a ；e v d o ；h r p d ：虚拟切换；切换优化 哈尔滨t 业大学工学硕上学位论文 a b s t r a c t h a n d o f fi sap r o c e s so fc o n v e r t i n gt h eu s e r sc u r r e n tc o m m u n i c a t i o nl i n kt o a n o t h e rc e l lf o rt h er e a s o n so f k e e p i n g t h e c o n t i n u i t y o ft h eu s e r s c o m m u n i c a t i o na n ds o m eo t h e rr e a s o n ss u c ha sn e t w o r kl o a da n do p e r a t i o na n d m a i n t a i n a n c e h a n d o f fi sab a s i cf u n c t i o nam o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e mm u s t h a v e ，a n di sap r e t t yc o m p l e xa n dk e yt e c h n o l o g yi nt h em o b i l ec o m m u n i c a t i o n s y s t e m c d m a 2 0 0 0l xe v o d o ，a l s oc a l l e dh d r ( h i g hd a t ar a t e ) ，h r p d ( h i g h r a t ep a c k e td a t a ) ，i saw i r e l e s st e c h n o l o g ys p e c i a l l yo p t i m i z e df o rt h em o b i l e d a t aa p p l i c a t i o n m o s to ft h eh a n d o f f si nh r p du s et h eh a n d o f f si nc d m a 2 0 0 0 l xa sr e f e r e n c e s v i r t u a lh a n d o 圩i st h ew a yo n l ye x i s t si nh r p d i nt h i s d i s s e r t a t i o nr e s e a r c hw a sd o n eo nt h eh a n d o f fa n dv i r t u a lh a n d o f fi nh r p d s y s t e m i nt h i ss t u d y , t h eh a n d o f ft y p e si nh r p da r ei n t r o d u c e da n dt h eh a n d o f f p r o c e s si se x p o u n d e d ，e m p h a s i si sp u to nt h em a n a g e m e n to ft h ea c t i v e s e tb yt h e a c c e s sn e t w o r k d u r i n gt h eh a n d o f fp r o c e s s a c c o r d i n gt ot h ev i r t u a lh a n d o i f , t h ev i r t u a lh a n d o f fp r o c e s si sa n a l i z e db y d e t a i l t h e nt h el u c e n tc o r p o r a t i o nw a yo fv i r t u a lh a n d o f fi se x p l a i n e da n dt h e z t ec o r p o r a t i o nw a yo fv i r t u a lh a n d o f fi sp r o p o s e d t h et i m es e q u e n c eo ft h e v i r t u a lh a n d o f fi se x p l a i n e db yd e t a i lb e c a u s et h ef o l l o w i n ga l g o r i t h ma b o u t h a n d o f fi si nt h en e wp r o p o s e dw a y i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h ea l g o r i t h mo ng e n e r a t i o no ft h ei n d i c a t i o no ff o r w a r d d e s i r e da n df o r w a r dn o td e s i r e di sp r o p o s e dh e r ea n dt h ea l g o r i t h mt i m ed e l a y i n t e f e r e n c et ot h ev i r t u a lh a n d o f fp e r f o r m a n c ei ss t a t e d a l s oa n a l i z e dt h e p a r a m e t e r su n d e rd i f f e r e n tc i r c u m s t a n c e s ，a n dg o tt h eb e s t v a l u ef o rt h e a l g o r i t h ma c c o r d i n gt o s h o r t e s tt i m ed e l a ya n dr e p o r tr i g h t l yw i t hh i g h p o s s i b i l i t ya n dr e p o r tw r o n g l yw i t hl o wp o s s i b i l i t y e s t i m a t i o na b o u tt h et i m ed e l a yd u r i n gt h ev i r t u a lh a n d o f fp r o c e s si sm a d e a c c o r d i n gt ot h i sa l g o r i t h m a n dm a d et e s ta b o u tt h ev i r t u a ls o f t s o f t e rh a n d o f f i nar e a ls y s t e m c o m p a r i n gt h er e s u l ta n dt h et h e o r e t i ce s t i m a t i o n ，w em a k ea c o n c l u s i o nt h a tt h e yt w oa r ea l m o s tt h es a m e ，t h u sv a l i d a t e dt h ef e a s i b i l i t yo f t h ea l g o r i t h m k e y w o r d sc d m a ，e v d o ，h r p d ；v i r t u a lh a n d o f f , o p t i m i z a t i o nf o rh a n d o f f t 1 1 坠尘鎏当、业銮兰三耋塑主兰堡篓兰 第1 章绪论 1 1 课题背景及目的与意义 本文为中兴通讯股份有限公司应市场及研发需求而设立的c d m a l x e v d o 系统虚拟切换研究项目的一部分，作者参与了理论分析和对系统实际 的测试，得到大量宝贵的实验数据，并对实验的结果进行了理论上的分析。 本课题的理论研究与分析工作为c d m a l xe v d o 实际系统的虚拟切换 的性能优化提供一种有参考价值的评估方法。 第三代移动通信系统的目标是：世界范围内设计上的高度一致性；与固 定网络各种业务的相互兼容；高服务质量；全球范围内使用的小终端；具有 全球漫游能力；支持多媒体功能及广泛业务的终端。为了实现上述目标，对 第三代无线传输技术( r t t ) 提出了支持高速多媒体业务( 高速移动环境： 1 4 4k b p s ，室外步行环境：3 8 4k b p s ，室内环境：2m b p s ) 、比现有系统有更 高的频谱效率等基本要求。 在芬兰赫尔辛基召开的r r ut g 8 1 第1 8 次会议最终通过了i m t - 2 0 0 0 无线接口技术规范建议( i m t r s p c ) 。最终确立了i m t - 2 0 0 0 所包含的无线接 口技术标准。 这次会议的最主要的结论是，通过了i m t - 2 0 0 0 无线接口技术规范建议 ( i m t r s p c ) 。将无线接口的标准明确为以下5 个标准： c d m a 技术： f 1 ) i m t - 2 0 0 0c d m ad s 对应w c d m a f 2 ) i m t - 2 0 0 0c d m am c 对应c d m a 2 0 0 0 f 3 ) i m t - 2 0 0 0c d m at d d 对应t d s c d m a 和u t r a t d d t d m a 技术： f 4 ) i m t - 2 0 0 0t d m as c 对应u w c 一1 3 6 ( 5 ) i m t - 2 0 0 0f d m a t d m a 对应d e c t 上述5 个名称，i t u 又进一步简化为i m t - d s 、i m t - m c 、i m t - t d 、i m t - s c 和i m t - f t 。可以说i m t - 2 0 0 0 的地面无线接口标准有5 个标准构成。 h r p d 简介： c d m a 无线侧标准演进过程大致分为以下几个阶段【4 】： ( 1 ) c d m a o n e ：以语音业务为主，属于第二代移动通信。 ( 2 ) c d m a 2 0 0 01 x ：可支持语音业务，也支持数据业务。其最高数据速率 可达1 5 3k b p s 。 ( 3 ) c d m a 2 0 0 0l x e v - d o ：为1 x 的第一阶段增强版。支持数据业务，其 最高速率在前向高达2 4m b p s 。 ( 4 ) c d m a 2 0 0 0l x e v - d v ：为1 x 的第二阶段增强片，支持语音及数据业 务，其最高数据速率可达4m b p s 或更高。 近几年来，由于数据业务向多样性、大容量性和非对称性方向发展，而 c d m a 2 0 0 0l x 的数据业务能力非常有限，不能满足未来业务需求。为此， 3 g p p 2t s g c 于2 0 0 0 年初成立了l x e v 工作小组，旨在制定、提供解决高 速不对称性分组数据业务的解决方案：l x e v - d o 技术。1 x e v - d o 主要技术 规范于2 0 0 1 年全部制定完毕，现进入版本维护阶段。 c d m a 2 0 0 0 l x e v - d o ，又称h d r 、h r p d ，是一种专为移动数据应用而 进行了优化的无线传送技术。自从3 g p p 2 于2 0 0 0 年3 月成立l xe v 标准工 作组以来，1 x e v d o 的标准化进程取得了长足进展，于2 0 0 1 年8 月在国际 电联举行的i t u rw p 8 f 会议上被正式批准成为3 gi m t - 2 0 0 0 标准的一部 分。与主要是为了优化语音和中等速率数据传输的l x 技术相比，1 x e v - d o 技术针对容量、数据传输速率和无线互联接入等方面作了优化和改进。 l x e v - d o 能在1 ，2 5m h z 标准载频中支持平均速率为6 5 0k b p s ，峰值速率为 2 4m b p s 的高速数据业务。同时它又与c d m a 2 0 0 01 x 后向兼容，射频系统、 链路预算与1 x 系统完全一致，运营商可以非常轻松地从现有地1 x 网络进行 升级。具有以下些特点： f 1 1 相对于语音业务，数据业务具有很多截然不同的特点。如语音业务 具有低时延，低速率，上下行对称，对误码率要求不高，而数据业务具有突 发性强，速率高，上下行不对称，对延时不敏感。针对数据业务的这些特点， l x e v - d o 采用了一系列非常有特色的技术和方法； f 2 1 单独使用一个载频来提供数据业务，这样不需要考虑当数据与话音 在同一载频传输时而进行的折衷( c d m a 2 0 0 0l x 就是这种折衷的产物) ，可 以将所有优化数据的方法应用到该载频上； ( 3 1 在前向链路上，对各用户采用时分复用( t d m ) 的方法，最小调度 单位为一个1 6 6 6 m s 的时隙( s l o t ) ；接入终端快速( 6 0 0h z ) 反馈前向信道 质量，以便接入网确定下一时隙的用户和速率( 从3 8 4 k 到2 4 5 7 6 m 可变) ： 使用h v b r i d a r q 校正接入终端在速率估计时可能出现的偏差；自适应的编 码与调制( r = 1 2 3 ，4 p s k ，8 - p s k ，1 6 - q a m ) ；前向信道使用恒定的全 功率发射；接入终端通过d r cc o v e r 在有效导频集内的各扇区之间进行虚 拟的“软切换”；利用m u l t i u s e rd i v e r s i t y 和m u l t i a n t e n n ad i v e r s i t y 。 ( 4 ) 在反向链路上，支持接入终端的反向导频；数据速率从9 6k b p s 到 1 5 3 6k b p s 可变；支持丌环和闭环( 6 0 0h z ) 的功率控制；支持软切换；接 入网可以使用前向r a 信道来控制接入终端的速率调整。 f 5 ) 在提供高速分组数据业务方面，与i s 9 5 c d m a 2 0 0 0l x 技术相比， 1 x e v - d o 具有如下特点口2 】【3 3 1 【3 机。 空中接口方面：l x e v - d o 技术有效地解决了数据业务在空中接口的传 输瓶颈问题。为此，l x e v - d o 从多个方面对技术做了优化改进。比如蜕， 为保证在不影响语音通信服务的前提下支持高速数据业务，1 x e v o d o 采用 了将语音信道和数据信道分离的方法。事实上数据和语音通信具有不同的特 性，数据传输对实时性的要求低于语音业务，不过数据业务对误比特率的要 求较高；在信道结构方面，数据业务一般是前反向链路非对称的，前向数据 业务( 基站到移动台) 要求的速率较反向业务高出数倍，而语音业务则为严 格的对称业务。正是因为语音和数据的空中链路设计要求不同，所以将语音 和数据分别处理将极大地提高整个系统的效率。相比c d m a 2 0 0 01 x 的1 5 3 6 k b p s 速率，1 x e v - d o 酊向链路峰值速率约高达2 4 5 7 6m b p s s e c t o r 。另外， 将语音和数据区别对待还有一个好处，这两种业务分别由不同的载频来优 化，系统软件的开发可以绕丌复杂的负载平衡问题，极大地简化系统软件的 开发工作，降低开发成本，同时也缩短了设备厂商将产品推向市场的时间。 同时，反向链路采用了反向导频、功率控制和速率控制等技术。前向链路采 用了优化调度、速率控制和信道时分等技术。调度技术使基站根据整个系统 实际情况，合理地安排各终端的业务请求；速率控制技术是1 x e v - d o 技术 所特有的，使终端能根据应用需要向基站定制所需要的传输速率。前向链路 在信号传输时，始终以最大功率进行发射，从而提高了信号传输质量和速率。 另外，1 x e v - d o 采用突发的导频信道，能在预定的时段插入前向信道，确 保了可靠的信噪比。同时1 x e v - d o 前向链路采用了t u r b o 码和可变调制， 支持多种可变的数据速率，可以适应多种业务环境。在反向链路的设计上， 由于l x e v - d o 采用了t u r b o 码，进行相干解调的导频信道和为了实现分集 的较长的分级数据包的划分，反向链路的容量大大提高，达到了1 5 3 6 k b p s 扇区，达到了i s 9 5 a 系统的多倍。 射频参数方面：i x e v 充分考虑了向下兼容问题，尽管1 x e v - d o 需要另 略尔滨工业大学工学硕l 学位论文 外一个c d m a 标准载频来专用于数据传输，但从射频的观点来看，1 x e v d o 与i s 一9 5 c d m a 2 0 0 01 x 具有相同的r f 特性、码片速率、功率要求、覆盖区 域，从而最大限度地保护了运营商的现有投资，使得c d m a 2 0 0 0l x 网络进行 l x e v - d o 升级时，直接使用现存的i s 一9 5 c d m a 2 0 0 01 x 射频部分。同时 1 x e v - d o 基站可与i s 一9 5 或c d m a 2 0 0 0 合一，实现低成本网络部署。另外， l x e v - d o 与i s 9 5 1 x 的兼容属性还使两种系统能够很容易地共同运行。双 模( i s 9 5 i x e v - d o ) 设备允许用户经由i s 9 5 l x 的载波来使用高质量的话 音服务，同时经由1 x e v 的载波接受高性能的移动数据服务。 技术实现方面：l x e v - d o 与i s 9 5 c d m a 2 0 0 01 x 具有相同的功率控制、 软切换、接入过程、t u r b o 编码等技术，可以使开发商利用i s 一9 5 c d m a 2 0 0 0l x 方面的成熟开发经验，较容易地研制成功1 x e v - d o 产品。 组网方面：1 x e v - d o 非常灵活。对于那些只需要分组数据业务的用户， 可以单独组网，以简单网络配置提供高速分组数据业务。此时的核心网配置 不需要基于a n s i 4 1 的复杂结构，而是基于i p 网络结构。对于那些同时需 要语音、数据业务的用户，可以与i s 9 5 e d m a 2 0 0 0l x 联合组网，同时提供 语音与高速分组数据业务。另外，对于同时支持c d m a 2 0 0 0i x l x e v - d o 的 双模终端，1 x e v - d o 技术还提供了在两个系统闻( c d m a 2 0 0 0l x 、l x e v - d o ) 的切换机制。 从而可以看出，与i s 9 5 c d m a 2 0 0 0l x 相比，1 x e v - d o 技术能够提供高 达十几倍的高速分组数据业务。同时，l x e v - d o 的诸多技术与c d m a 2 0 0 0l x 相同，组网简单，并能利用现有投资进行平滑升级。因此，如果与c d m a 2 0 0 0 1 x 共同组网，则在花费很小的代价下，即可以同时提供优质语音与高速分 组数据业务4 1 】f 4 3 】 4 6 1 。 1 2 国内外研究现状 切换是为了保证移动用户通信的连续性，或基于网络负载和操作维护等 其他原因，而将用户当前的通信链路转移到其他小区的过程。切换是移动通 信系统必须具备的最基本功能，也是移动通信系统的极为复杂和关键的技 术。 为了提高频谱利用率，在第三代移动通信系统采用了分集接收，高效信 道编译码，智能天线，多用户检测，功率控制等多种先进技术，无线资源管 n ( r r m ) 的范畴更为广泛。切换作为无线资源管理r r m 的重要组成部分， 喻尔滨t 业大学工学硕士学位论文 必须与其他功率控制，接纳控制，负载控制和动态信道分配等r r m 算法协 调，才能做到网络的整体优化。随着切换技术的发展，切换不再仅仅是用户 移动性的需要，它也是优化网络质量的重要手段【2 】。 在网络结构，资源管理方式和各种先进技术的组合日趋复杂的情况下， 如何分配和调整无线资源，在不同的系统负载和移动环境下能保证系统的服 务质量q o s ，维持系统的覆盖并达到最大的资源利用率，逐渐成为设计切换 算法需要重点考虑的内容。 在整个移动通信网络中，软切换算法的优劣将直接关系到系统的整体性 能，包括系统容量、呼叫阻塞率、资源利用率等重要指标。同时，评价一个 软切换算法的参数指标还包括软切换概率、切换阻塞率、切换速率、系统呼 损率、掉话率等等【3 1 。在目前第三代移动通信发展过程中，人们在从各种不 同的角度对软切换进行了研究，提出了很多软切换的算法，( 如基于不同业 务q o s 要求的软切换算法、动态分配资源的软切换算法、基于目标小区反 向信道干扰考虑的软切换算法、基于简单的移动台移动方向判别的软切换算 法等等) 以期对软切换的算法加以优化和改进。 基于不同业务q o s 要求的软切换算法：由于第三代移动通信系统支持 多种业务并存，且包括多媒体在内的各种数据业务必将成为通信业务的主 流。而不同的业务有不同的特点，对q o s 有不同的要求【1 。那么，软切换 时对不同业务采用不同的切换策略就成为对软切换研究的一个方向。动态分 配资源的软切换算法：由于各地区的经济发展情况不同，包括用户数量、业 务种类、业务量等在不同小区的差异，不同小区的信道资源配置在整个系统 中是动态的( 或者，部分资源是动态分配的) ，以平衡软切换在不同小区发 生频度的不同。 基于目标小区，考虑反向业务信道干扰的软切换算法：该算法主要是考 虑当目标小区的上行链路中存在高比特速率的数据传输时，目标小区的上行 干扰一般会较大，移动台需要较高的功率发射。这种情况下通常会考虑另一 路径损耗相对较小的小区为目标小区进行软切换【1 7 】。基于简单的移动台移 动方向判别的软切换算法：由于各基站台的位置是已知的，系统可以根据移 动台上报的相邻导频信道的功率强度来大致估算出移动台的移动方向，并以 此来帮助判断需要软切换的目标小区。 为了满足对无线通信飞速增长的需求，需要从根本上增加业务容量和服 务区域的全球覆盖。一种方法是降低蜂窝的大小。通过重复使用资源，这些 微蜂窝极大地提高了系统的容量，特别适用于有大业务量需求的区域。进一 步分裂蜂窝可以获得更大的频率重用，但它也增加了与切换有关的问题。用 户移动时所经过的蜂窝越多，切换的次数及引起的问题越多。另外一种更有 效的增加系统容量和扩展覆盖的鳃决方法是将分层蜂窝结构( 多层蜂窝结构1 引入无线网络。它也给运营商提供了灵活性，选择合适的容量来满足业务流 量的需求，同时可以更有效地使用可用频谱【l ”。分层蜂窝结构是一种最有 效的用于调整无线环境来提供更大容量、减少无线干扰和改善业务质量的技 术。但这种系统的网络控制非常复杂，需要更高级和灵活的移动性管理机制， 它特别强调切换的设计。在蜂窝通信系统的性能评价中，强迫中断讵在进行 的呼叫要比阻塞新的呼叫更令人反感，因此当用户从一个蜂窝移动到另个 蜂窝时，要做出很大的努力柬保持当前正在进行的呼口q 的连续性。 切换是一个重要的移动性管理功能，它是蜂窝系统所独有的功能，也是 移动通信系统的一个关键特征。特别是对支持个人通信业务的全球漫游至关 重要，因为它直接影响整个系统的性能。 已经有很多篇论文提供了切换方案的研究成果。文献 5 】给出了切换方 案的概述，并对软切换的优势与资源利用之间的矛盾进行了讨论。文献【6 】 是改进的硬切换方案( i m p r o v e d h a r d h a n d o v e r s c h e m e ) ( i - h h ) ，在切换过 程中加入延迟来避免乒乓效应，并将m s 连接到所需发射功率最小的b s 上， 主要应用于市内微小区。文献【7 为线性切换算法( l i n e a rh a n d o v e r a l g o r i t h m ) ，假设m s 到所有周围的b s 之间的距离是可以知道的。对每条链 路求路径增义的平方的最小值，在此基础上确定连接和切换。文献【8 对室 内的微微蜂窝环境提出了避免决定的切换算法( d e c i s i o n - a v o i d e dh a n d o v e r a l g o r i t h mf o rd s c a m di n d o o rp i c o c e l l u l a rs y s t e m s ) 。文献 9 具有权限的 切换算法( p r i o r i t i z e dh a n d o f f p r o c e d u r e s ) 对有劝降的切换算法进行总结并 提出新的具有权限的切换算法。文献f l o 提出分集切换算法( d i v e r s i t y h a n d o v e r - - d h o ) 。文献 1 1 】基于虚拟连接树的软切换算法( v c tb a s e d s c h e m e ) 应用于无线a t m 网络在虚拟连接树中的呼叫，如果会引起a t m 信元的丢失或延迟或基站超负载的话，就会被系统拒绝。文献【1 2 】应用基于 信道借用的动态信道分配的有权限的切换算法( p r i o r i t i z e dh a n d o f fs t r a g i e s u s i n gc h a n n e lb o r r o w i n g - b a s e dd y n a m i c c h a n n e la s s i g n m e n t ) 将有权限软切 换算法的概念纳入信道分配方案中。文献【1 3 基于图形识别的切换算法 ( h a n d o f f a l g o r i t h mu s i n gp a t t e r nr e c o g n i t i o n p r h o ) 目的：改进切换决定 的效率，减少不必要的软切换。文献 1 4 】超载系统中拒绝切换请求的方案 ( h a n d o v e rr e q u e s tr e j e c t i o ns c h e m e m si no v e r l o a d e dm o b i l es y s t e m sj 日 哈尔滨下业大学工学硕士学位论文 的：降低了在对切换掉话率极为重要的强制切换请求；保证在重叠区域进行 切换的用户掉话现象减少；并减少由于切换请求的等待时延而引起的掉话。 1 3 本文研究的主要内容 本文主要研究c d m a 2 0 0 01 xe v d 0 移动通信系统虚拟切换特性，对系 统虚拟切换特性进行理论分析，得出计算方法，随后对c d m a 2 0 0 01 x e v d o 系统虚拟切换的性能进行了测试，对d o 系统切换性能得出了一些十分有参 考价值的结论。全文可分为： ( 1 、第一章主要介绍本论文研究的背景，本课题的相关知识在国内外的 研究现状，如c d m a 系统h r p d 概况，c d m a 系统切换的研究概况，以及论 文研究开发的意义。 ( 2 1 第二章介绍h r p d 各种切换类型，着重分析各种参数对切换判决的 影响以及接入网对有效集的管理 ( 3 1 第三章分析了c d m a 2 0 0 01 xe v d o 系统虚拟切换过程，详细分析 了虚拟切换的流程，对朗讯公司当前的虚拟切换过程进行了分析和探讨，并 提出了中兴公司对切换过程的优化。最后对虚拟切换过程中d r c c o v e r 变化 的时序图进行了详尽的分析。 ( 4 1 第四章基于第三章中兴改进后的虚拟切换过程提出了虚拟切换过 程中前向业务捕获和前向业务丢失指示算法，根据过程最小延迟实现高概率 正确上报低概率错误上报捕获和丢失指示这一原则在实际系统进行了测试， 得出递归累加算法的参数的最佳值。 ( 5 1 第五章对虚拟切换过程中的各个时延进行了理论估算，在实际系统 对虚拟软更软切换进行测试，对得出的数据与理论分析结果进行了对比分 析，得出实际测试结果与理论分析基本上一致的结论，验证了本文算法的可 行性，最后对实验得出的结果中的些关键点进行分析。 皓自：滨工业大学工学硕+ 学位论文 第2 章c d m a 2 0 0 01 xe v d o 系统中的切换 2 1 引言 相对于语音业务，数据业务具有很多截然不同的特点。如语音业务具有 低时延，低速率，上下行对称，对误码率要求不高，而数据业务具有突发性 强，速率高，上下行不对称，对延时不敏感的特点。h r p d 中的切换大部分 借鉴了c d m a 2 0 0 01 x 的经验。同c d m a 2 0 0 0i x 比较两者切换方面的差异 就是h r p d 独有的切换方式一一虚拟切换。 2 2h r p d 切换类型简介 2 2 1 软更软切换 软更软切换都是在同一载频下进行。 软切换发生在不同组的同频小区之问( 相同载频，不同小区或相同小区 但不同组，因为目前h r p d 的配置中，一块信道板对应一个组号，但可对 应多个载频) 。同前h r p d 中一块信道板剥应一个组，因此也可以认为不同 信道板之间的同频切换即为软切换。软切换伴随着c e 资源分配和释放】。 更软切换发生在同一组( 相同载频相同小区相| 一组) 的同频小区之间， 即块信道板内的同频切换为更软切换。更软切换没有c e 资源的分配和释 放。 2 2 2 半软切换 目前在h r p d 半软切换只有换频切换一种( c d m a 2 0 0 01 x 有换频、换 无线配置、换帧偏置等) 。对于手机而言，换频切换实际上是硬切换，因为 手机的发射和接收机在同一时间只能工作在个频率上，因此要换频切换， 只能先与源基站断开联系，再以新的频率与目标基站建立联系。而对于基站 而言，可以认为是软切换，因为选择器s e 没有变。所以，业界约定俗成地 称这种类型的切换为“半软切换”。 称这种类型的切换为“半软切换”， 坠尘堡三些奎耋：主鎏；! 兰堡兰兰 2 2 3 虚拟软更软切换 在连接状态下，任何时刻前向是只有有效集中的某一个小区给手机发送 数据，即只有一个服务小区。手机根据有效集中各小区的前向信号质量来自 主的决定使用某一个小区为服务小区。当手机决定改用另外个小区为服务 小区时，手机在d r c 信道发送一定数量的n u l lc o v e r ( 让源小区停止发送 数据并确保已发数据能接收完成) 后发送相应的d r cc o v e r 指向目标小区， 目标小区发现手机的指向自己后为该手机服务。这种机制即为虚拟切换，其 软更软关系同2 2 1 中的描述。 2 2 4 a 1 3 切换 手机在一个接入网( b s c ) 建立了s e s s i o n ，如果它在另外一个接入网 发起连接请求，目标接入网将发现该手机的u a t i 不属于本接入网，即向源 接入网请求该手机的s e s s i o n 信息。当目标接入网获取了s e s s i o n 信息后即 继续处理该手机的连接请求。这就是a 1 3 切换过程。 2 3 切换之前 2 3 1 捕获网络 手机开机后根据手机漫游列表中的载频搜索可用网络，当手机在某一载 频上捕获到导频信号时，手机建立了本地时间参考，此时手机即监听并解调 接入网在控制信道上的发送的同步消息( s y n c ) ： 表2 - 1 同步消息结构 t a b l e2 is y n cm e s s a g es t r u c t u r e f i e l d l e n g t h ( b i t s ) m e s s a g e i d 2 m a x i m u m r e v i s i o n8 m i n i m u m r e v i s i o n8 p i l o t p n9 s y s t e m t i m e 3 7 如果手机判断自己的协议版本在接入网的版本范围内，则将手机时间设 为s y s t e m t i m e ，从而完成网络捕获。否则在新的载频上重新丌始捕获导频。 2 3 2 空闲状态 手机捕获网络后即进入空闲状态，手机可以以持续模式或时隙模式监听 控制信道。当手机由连接状态转为空闲状态时，手机会在一定的时间内继续 以持续模式监听控制信道，此时接入网要发起连接可以直接给手机发信道指 配消息而不用经过寻呼过程，这就是快速连接。一定的时问后手机转用时隙 模式监听控制信道。这种监听方式又叫延缓( s u s p e n d e d ) 模式【2 2 。 手机从丌销消息s e c t o r p a r a m e t e r s 获得基站的载频列表后根据如下h a s h 算法确定锁定频点： r = n * ( ( 4 0 5 0 3 + ( l o h o d e c o r r e t a t e ) ) m o d 2 ”) 2 ”( 2 一1 ) 其中 7 一c 协d ”n p ：d “”f ： 一一 匆的0 1 5 b i t ； 抒一一缸沙的1 6 3 l b i t ； d e c o r r e l a f e 一一0 ： e ) 一- - s e s s i o n s e e d ( 即r a t i ) 在空闲状态下手机自己维护有效集，此时有效集只有一个小区，即手机 监听的控制信道所在小区。当手机在空闲状态下跨越子网时，手机会发起 u a t i 更新以获得目标子网的u a t i 。 2 3 3 建立连接 在非快速连接情况下，手机会在接入信道上发起接入试探，其中在每个 接入信道包中都会包含一个r o u t e u p d a t e 消息，如果接入网收到接入信道包 则给手机回a c a e k 。如果其中包含c o r m e c t i o n r e q u e s t ( 其中消息字段 r e q u e s t r e a s o n 标明是手机主动发起的”o ”还是响应接入网寻呼的1 ) 则接 入网在完成资源分配后在控制信道给手机发送t r a f f i c c h a n n e l a s s i g n m e n t ( t c a ) 消息。 手机收到t r a f f i c c h a n n e l a s s i g n m e n t 后更新有效集，在指定的频点上发 送反向导频，并使d r c 指向服务小区，如果接入网检测到手机的导频信道 和d r c 信道，则在前向业务信道回r t c a c k ，手机在反向业务信道发出 t r a f f i c c h a n n e l c o m p l e t e ( t c c ) 消息，完成连接建立。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 2 4 有效集管理 在连接状态下，手机的有效集由基站指定，基站根据手机上报的导频强 度报告、基站配置参数和切换判决规则来进行有效集的维护。 2 4 1 腿和载扇 在有效集的维护中，腿是一个非常重要的概念，它可以认为是从前反向 c e 到s e 的一条帧传输路径，以反向为例，如图2 - 1 所示： 圈2 1 腿的概念不意蚓 f i g 2 1t h ec o n c e p to fl e g 一条腿占用一个反向c e ，有效集中更软关系的载扇共享同一反向c e ， 从更软关系的不同载扇上来的信号在该c e 上进行合并解调f 2 0 】。目前的配置 每条腿最多可以从三个载扇获得分集接收的增益。 在这里从资源的分配角度也可以更容易区分各种切换类型，如果只是增 删解调路径( 小区) 为更软切换，同时有腿的变化( c e ) 则为软切换( 如 果换频则为半软) ，如果s e 也变化了则为硬切换了。 2 4 2 有效集状态迁移 一个典型的切换加流程如图2 - 2 所示 竺玺鋈王些尘耋三兰竺：兰堡堡兰 a tsc e stc 酷tr c p sf s p lss psb s s a r u r r d t o u t e u d d a t e u r d s l p a 蕊 a b i s c f c o n n e c* o n s e t u d 、 。a r n f c o n n e c i i o n s j们 c o n n e c t i o n s i j t u f 心n i o n 舡胡c k b i s c f c o n n *向雕恤柚瞰 a b d s e t o ,7 c a n d a c k l n f o a b l f s e #r c l e n o t h t r a n s i # o n 月船嘣溯甜烈，烈蝴舾 月地确龇“q 肿晰i t d r c s e t u a 蚰d 蚴鼢n d a c k l n f o a c k a b i s c r s 龇微e n e t h t r a n s i t 蚍【睹 尉规巧拼删y d a c k l n f o a 时 , 4 b i s c r s e t 阶c dn g t h t r a n s i # o 洲, c 。u t r i t r a f i c c , h a l惟蚺斑妇删丸删 t t c c u r n f r e s e t r e ， 月4 印c ，】7 u m r t r a f t k ,k m n 耐r h m ，山垃 捌说朋时 a b i s d s e t 凸7 c a n d a c k l n f o a b t b f f s e t l艘e n a t h t r a n 嘣t i o n a b i s c f s e t o r c h稍d x l n f o a b i s d s e t d l ? c l e神砌蝴 a v r h a n d o # p e n 咖d t h e 碘b o d i s t r e c4 扣d 1 丹自。自幻d ；u p d a t e t h h h 耐i 酬t曲自 图2 - 2 典型切换加流程圈 f i g 2 - 2f o w c h a r to ft y p i c a lh a n d o f fa d d 1 2 哈尔滨t 业大学工学硕士学位论文 随着切换流程的进行，当前有效集和目标有效集中各小区的分配状态随 之发生变化，如图2 3 和图2 - 4 所示： 图2 - 3 目标有效集的状态转换图 f i g2 - 3c o n v e r s i o no f a e t i v e s e t l n t c as t a t u s 图2 4 当前有效集的状态转抉幽 f i g2 - 4c o n v e r s i o no f a c t i v e s e ts t a t u s 丌始目标有效集各元素都处于末分配状态，当手机要求切换加时，s p 向r c p 请求分配资源，相应小区的状态变为分配请求状态，同时当前有效 集中需要保留的小区也被放到期望有效集中来，状态为已分配，而要去的小 区的状念则被置为需要去状态。 当r c p 确认资源分配成功后相应小区状态变为已分配状态。当资源分 配完成后基站把状态为已分配的小区通过业务信道指配消息( t c a ) 发给手 啥尔滨工业大学工学坝十学位论文 机，收到业务信道指配完成( t c c ) 后，如果有小区要切换去，则向r c p 发起释放完成后s p 把目标有效集内容同步到当前有效集并清空目标有效 集。 2 5 本章小结 本章介绍了当前h r p d 中的各种切换类型，简单介绍了接入终端捕获 网络到建立连接的过程，通过一个典型切换流程图详细介绍了切换过程中各 个软件模块是如何工作的。最后重点介绍了切换过程中的核心部分，即接入 网对有效集的管理。 同c d m a l x 比较很容易得出两者切换方面的差异就是h r p d 独有的切 换方式一一虚拟切换。 哈尔滨t 业火学工学硕十学位论文 第3 章虚拟切换的过程及中兴公司的改进