软切换技术 概述

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背景

手机用户对网络的最大意见就是经常掉话。这是因为手机越区切换时采用的是“硬切换”，在从一个基站覆盖区进入另一个基站覆盖区时先断掉与原基站的联系，然后再寻找新进入的覆盖区的基站进行联系，这就是通常所说的“先断后接”，当然这个断的时间差仅几百毫秒，在正常情况下人们无法感觉到，只是一旦手机因进入屏蔽区或信道繁忙而无法与新基站联系时，掉话就会产生；而现在双模手机采用的是“软切换”技术，在越区切换时，双模手机并不断掉与原基站的联系而同时与新基站联系，当手机确认已经和新基站联系后，才将与原基站的联系断掉，也就是“先接后断”，掉话的可能几近于无。

CDMA 系统支持多种类型的切换，主要类型有硬切换、软切换和更软切换。改进切换过程和调整切换参数是为了在增强CDMA 功能的同时保持呼叫的完整性。硬切换是时间离散的事件，当呼叫从一个小区交换到另一个小区或者从一个载波交换到另一个载波时发生。软切换是一种状态，由多个基站同时支持一个呼叫。硬切换事件必然是短暂的；相反，移动台经常在相当长的呼叫时间内处于软切换状态。在所有接入技术中都有硬切换（例如AMPS、 TDMA、GSM 和CDMA），而软切换是CDMA 系统所特有的。

概述

  

在移动通信系统中，当处于连接状态的移动台从一个小区移动到另一个小区时，为了使通信不中断，通信网控制系统通常会启动切换过程〔将与原服务小区的连接释放，并与新的服务小区产生连接)来保证移动台的业务传输。切换过程是蜂窝移动通信系统最重要的过程之一，它不仅影响着小区边界处的呼叫服务质量，还与网络的负载情况有着紧密的联系，也就是说，还与无线资源的使用情况有着密切的联系。如果切换过程进行得不好的话，很可能造成小区的过载和移动台的“掉话”，使网络服务质量下降。在WCDMA系统中。引入了微小区结构来增加系统容量，这时，小区覆盖面积小，从而切换的发生率比较高，这就更加需要有一个好的切换技术来保证系统的性能。

在目前的WCDMA系统中，采用的切换技术主要有以下几种：

(1)频率内切换：这是指软切换和更软切换。软切换的特点是“先建立、后断开”，也就是说，移动台在离开其服务小区(主小区)之前，就己经与它可能到达的小区建立了联系，所以切换具有健壮性。另外，软切换带来的宏分集增益可以明显提高处于小区边缘的移动台的链路通信质量。因此，软切换是WCDMA系统中应用最为广泛的切换技术。随着小区扇区化以提高系统容量的方案逐渐得到采纳，更软切换也得到了运用。更软切换和软切换的区别是:在软切换中，移动台在切换过程中与属于不同小区的多个扇区产生连接，而在更软切换中，移动台在切换过程中与同一小区的具有相同频率的多个扇区产生连接。

(2)系统内的硬切换：在一个WCDMA系统内，如果两个小区的载波频率不同，或者两小区指配的业务信道的帧偏置不同，它们之间的切换必须采用硬切换，即“先断开，后建立”。

(3)系统间的硬切换：主要是指WCDMA系统到其它系统(如GSM或模拟系统)之间的切换。这也必须先中断原来的链路，所以必须采用硬切换。

实现步骤

  

在进行软切换时，移动台首先搜索所有导频并测量它们的强度。移动台合并计算导频的所有多径分量（最多K个）的Ec/Io（一个比特的能量Ec与接收总频谱密度--噪声加信号Io的比值）来作为该导频的强度，Ｋ是移动台所能提供的解调单元数。当该导频强度Ec/Io大于一个特定值T_ADD时，移动台认为此导频的强度已经足够大，能够对其进行正确解调，但尚未与该导频对应的基站相联系时，它就向原基站发送一条导频强度测量消息，以通知原基站这种情况，原基站再将移动的报告送往移动交换中心，移动交换中心则让新的基站安排一个前向业务信道给移动台，并且原基站发送一条消息指示移动台开始切换。可见CDMA软切换是移动台辅助的切换。
当收到来自基站的切换指示消息后，移动台将新基站的导频纳入有效导频集，开始对新基站和原基站的前向业务信道同时进行解调。之后，移动台会向基站发送一条切换完成消息，通知基站自己已经根据命令开始对两个基站同时解调了。
接下来，随着移动台的移动，可能两个基站中某一方的导频强度已经低于某一特定值T_DROP，这时移动台启动切换去掉计时器（移动台对在有效导频集和候选导频集里的每一个导频都有一个切换去掉计时器，当与之相对应的导频强度比特定值D小时，计时器启动）。当该切换去掉计时器T期满时（在此期间，其导频强度应始终低于D），移动台发送导频强度测量消息。两个基站接收到导频强度测量消息后，将此信息送至MSC（移动交换中心），MSC再返回相应切换指示消息，然后基站发切换指示消息给移动台，移动台将切换去掉计时器到期的导频将其从有效导频集中去掉，此时移动台只与目前有效导频集内的导频所代表的基站保持通信，同时会发一条切换完成消息告诉基站，表示切换已经完成。

整个软切换过程包括以下几步：

（１）当导频强度达到T_ADD，移动台发送一个导频强度测量消息，并将该导频转到候选导频集。

（２）基站发送一个切换指示消息。

（３）移动台将此导频转到有效导频集并发送一个切换完成消息。

（４）导频强度掉到T_DROP以下，移动台启动切换去掉计时器。

（５）切换去掉计时器到期，移动台发送一个导频强度测量消息。

（６）基站发送一个切换指示消息。

（７）移动台把导频从有效导频移到相邻导频集并发送切换完成消息。

切换过程

  

IS-95 系统对软切换作了一下的规定：软切换的过程从移动台开始，它必须不断测量系统内导频（Pilot）信道的信号强度。为了有效地对导频信道进行搜索，IS-95A 系统中的导频信道被分为活动集（active set）、候选集（candidate set）、邻近集（neighbor set）和剩余集（remaining set）四个集合。活动集由具有足够信号强度，正在支持移动台呼叫的导频组成；候选集是由导频强度能够支持移动台呼叫的导频组成；邻近集是由不属于活动集或候选集，但是有可能参与软切换的导频组成（例如这些小区可能在已知的邻近区域内）；剩余集是由属于CDMA 系统但未包含在其他3 组中的小区导频组成。当移动台测得邻近集或剩余集中的一个导频的强度超过导频加入门限T_ADD；或者候选集中的一个导频的强度超过活动集中任意导频强度的0.5*T_COMP（dB）（T_COMP 为导频加入比较门限）；或者活动集中的导频低于导频丢弃门限T_DROP，并且持续时间达到导频丢弃定时器门限T_TDROP，移动台会向基站发送“导频强度测量消息”，报告导频搜索的结果以及切换跌落定时器的状态。同时“导频强度测量消息”中还应报告有关导频信道相对于移动台时间基准的相对时间间隔 PILOT_ARRIVAL。基站子系统（BSS）通过发送“切换指示消息”（即分配给移动台的新的前向业务信道）来响应“导频强度测量消息”。另外“切换指示消息”也用来标识从活动集中去掉的导频，移动台将停止使用已从活动集中去掉的导频，并发送出“切换完成消息”。

一般情况下，处于切换状态下的移动台的数量应该控制在系统用户总数的30％左右。当系统资源不够时，即前向业务信道透支时，可能会造成用户接入某小区不畅（如延迟或失败）。在不改变网络现有设备的情况下，可适当降低系统软切换的百分比，以释放业务信道来提供正常通信。