CDMA蜂窝移动通信网络中切换技术的研究

移动通信课程设计报告CDMA蜂窝移动通信网络中切换技术的研究摘要 在移动通信系统中的规划和设计中,无线资源的管理与控制居于中心地位,对系统的整体性能产生重要的影响。而切换是无线资源管理功能中的重要一部分,直接影响着系统的容量和服务质量,同时更是蜂窝系统所独有的功能和关键特征。在WCDMA、CDMA2000系统中支持硬切换、软切换及更软切换;TD-SCDMA系统中支持硬切换、接力切换。快速、准确地切换能有效的保证呼叫的完整性。 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,甚至增大对其他用户的干扰。 关键词：软切换,TD-SCDMA,接力切换 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 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 handoff . 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 equipment 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 绪论1.1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方式的主要缺点是系统容量仍不理想，并且和FDMA方式一样，越区切换性能仍不完善3。为克服FDMA和TDMA两种多址方式越区切换性能不完善的缺点，产生了第三代移动通信技术CDMA(码分多址)。软切换则是建立在CDMA系统宏分集接收基础上的一项技术，它给通信话音质量、系统容量等方面带来了突破。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，即完成移动台到基站的空中接口的转移。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。2 切换技术由于移动通信系统采用蜂窝结构移动台在跨越空间划分的小区时必然要进行越区切换。即完成移动台到基站的空中接口的转移以及基站到网人口和网人口到交换中心的相应的转移。在第一和第二代移动通信系统中都采用迫使通信容易中断的越区硬切换方式。3G系统将在使用相同载波频率的小区间实现软切换，即移动用户在越区时可以与两个小区的基站同时接通只相应改变扩频码。即可做到”先接通再断开”的交换功能从而大大改善了切换时的通话质量。2.1硬切换和软切换硬切换是指在新的连接建立以前，先中断旧的连接。软切换是指既维持旧的连接，又同时建立新的连接，并利用新旧链路的分集合并来改善通信质量，当与新基站建立可靠连接之后再中断旧链路。图1表示软、硬切换的切换过程。图1 软、硬切换的切换过程示意图软切换只能在同一导频信道间进行，硬切换是发生在两个基站不同步或者是不同载频的时候，语音或者数据通信在硬切换过程中将发生中断。在不同载频间是不可能发生软切换的。任何时候载频改变了，硬切换就发生作用了。在从一个服务链路过渡到另一个服务链路时，硬切换存在着瞬间的通话中断。当载频改变时。移动台需要从当前的频率调整到一个新的频率上，这样就发生了硬切换，而不能发生软切换。2.2软切换和更软切换CDMA移动通信系统使用软切换和更软切换，软切换允许原工作蜂窝小区和切换到达的新小区同时在软切换过程中为这次呼叫服务。更软切换是一种蜂窝内的切换，发生在两个扇区或三个扇区之间。这种类型的切换只发生在蜂窝内，而不涉及移动交换中心。在更软切换中,移动台完全按照软切换的进程进行。MSC清楚更软切换活动，但并不参预更软切换过程，没有必要另增MSC/小区通道来为软切换服务。 2.3软切换过程2.3.1软切换的呼叫过程呼叫过程分为三步（如图2所示）：（1）移动台和原小区仍在通信；（2）移动台同时和原小区，新小区进行通信；（3）移动台只和新小区通信。图2 软切换示意图软切换可以减小呼叫中断的可能性，并减少了在切换过程中的切换信令的乒乓效应。乒乓效应常常发生在移动台在同样的几个小区之间时，切换交替发生。例如当移动台行进在两小区的边界上时，这样就可以减少消除了切换过程中的中断。 2.3.2软切换实现过程在呼叫建立过程中，移动台被提供了一套切换的门限值集，并且会有一系列的小区最有可能选出加入到切换过程中来。在跟踪从原小区来的信号同时，用户搜索所有的飞行通道，并且保留了那些高于门限值的信道列表，一旦MSC要求就列表传送给MSC。同样当一个现存的飞行通道低于支持业务的门限值时也会向MSC报告。这些列表转换成飞行能量测量消息转送给基站。基站会和飞行信道相对应地安排一个下行业务信道，并发出一个切换指导信息指导移动台完成切换。图3 软切换分析图由图3分析可知，对于软切换，切换指导信息通过多个载频相同下行业务信道给移动台。MSC在切换过程中会给新的基站安排一个切换信道，基站搜索并获得MS来的信号。这时基站给移动台发出一个相应的下行业务信号。所有的安排给移动台的下行业务信道除了功率控制子信道外都具有同样的模块特征值。功率控制信息从两个小区中共同得到。两个小区都会要求用户提高它的功率。从移动台来的数据由两个小区共同收到后，都发往MSC。数据是一帧一帧（20ms）方式。通过对切换指导信息的执行，移动台在新的上行业务信道中发出一个完成切换过程信息。 2.3.3软切换的应用意义在实现系统运行时，这些切换是组合出现的，可能同时既有软切换，又有更软切换和硬切换。比如，一个移动台处于一个基站的两个扇区和另一个基站交界的区域内，这时将发生软切换和更软切换。若处于三个基站交界处，又会发生三方软切换。如图4所示：图4切换示意图上面两种软切换都是基于具有相同载频的各方容量有余的条件下，若其中某一相邻基站的相同载频已经达到满负荷，MSC就会让基站指示移动台切换到相邻基站的另一载频上，这就是硬切换。在三方切换时，只要另两方中有一方的容量有余，都优先进行软切换。也就是说，只有在无法进行软切换时才考虑使用硬切换。当然，若相邻基站恰巧处于不同MSC，这时即使是同一载频，在目前也只能是进行硬切换，因为此时要更换声码器。如果以后BSC间使用了IPI接口和ATM，才能实现MSC间的软切换。3结束语通过分析CDMA中切换技术的不同，我们可以看出：在测量过程中，软切换和硬切换都是在不知道移动台准确位置的情况下进行切换、测量的，因此需要对所有的邻小区进行测量，然后根据给定的切换算法和准则进行切换判断和目标小区的选择。在实际工作中，可以通过权衡掉话、时延、信道忙闲等因素来确定采用哪种切换方式。参考文献 1 宽带CDMA：第三代移动通信技术MTero Ojanpera北京：人民邮电出版社，20012 CDMA2000技术M杨大成北京：北京邮电大学出版社，20013 CDMA20001x移动通信系统M杨大成北京：机械工业出版社，20034 3G移动网WCDMA和Cdma2000MKarim M R，Mohsen Sarraf北京：人民邮电出版社，2003第 9 页 共 9 页