移动通信实践毕业论文

本科 助理工程师） 摘 要：在移动通信系统中，切换已被作为一种关键的技术广泛应用。本文论述了硬切换、软切换和接力切换的原理、过程及优缺点，并结合这三种主流的切换技术在GSM、CDMA和TD-SCDMA系统中的应用做了比较，并对三种切换技术的优劣做了总结。 关键词：移动通信系统； 切换 ；硬切换 ；软切换 ；接力切换。 切换是指移动用户在通话过程中,从一个基站覆盖区移动到另一个基站覆盖区时,或由于受到外界的干扰或其他原因致使通信质量下降时,使用中的话音信道就会自动发出一个请求转换信道的信号,通知移动通信业务交换中心,请求转换到另一个覆盖区基站的信道上去,或是转换到另一条接收质量较好的信道上,以保证移动用户能够正常通信。 一、硬切换 硬切换是在不同频率的基站或覆盖小区之间的切换。这种切换是移动终端在切换状态时，先暂时断开通话,并自动向新的频率调谐,与新的基站接上联系,建立新的信道,从而完成切换的过程。 简单来说，硬切换的特点就是“先断开、后切换”,切换的过程中约有200毫秒时间的短暂中断。因为原基站和移动到的新基站的电波频率不同,移动终端在与原基站的联系信道切断后,往往不能马上建立新基站的新信道,这时就出现一个短暂的通话中断时间。它对通话质量有影响。 硬切换一般采取辅助切换方式，即由移动台监测判决，由交换中心控制完成，在切换过程中基站和移动台均参与切换过程。其切换过程如下： 移动台在通话过程中，不断地向所在小区的基站报告小区和相邻小区基站的无线电环境参数。本小区基站依据所接收的该移动用户无线电环境参数来判断是否应该进行切换。当满足切换条件时，基站便向移动台发出切换请求，同时将切换请示信道传送给MSC，MSC立即判断此新基站位置码是否属于本MSC辖区。此时有两种情况：若MSC确认新基站是属于本MSC辖区的基站，则通知VLR为其寻找一个空闲信道（最佳或次最佳替换信道），然后将所找的信道及IMSI经过本区的基站发送给移动台，移动台依据信道号的频率值将工作频率切换到新的频率点上，并进行环路核准，核准信息经MSC核准后，MSC通知基站释放原信道。若MSC发现新基站是属于非本MSC辖区的基站，MSC就将切换请求转送给新MSC，再由新MSC通知它的VLR为其寻找一个空闲信道，然后将找到的基站信道号及IMSI传送给原MSC，并经由原基站发送给移动台，然后进行移动台的核准和基站的释放过程。 二、软切换 软切换是发生在同一频率的两个不同基站之间的切换。所谓软切换,就是在移动终端进入切换过程时,与原基站和新基站都有信道保持着联系,一直到移动终端进入新基站覆盖区并测出与新基站之间的传输质量已经达到指标要求时,才把与原基站之间的联系信道切断。 简单地说,软切换的特点是“先切换、后断开”。这种切换方式是在与新基站建立联系信道后,才断开与原基站的联系信道,因此在切换过程中没有中断的问题,对通信质量没有影响。软切换可以是同一基站控制器下的不同基站或不同基站控制器下不同基站之间发生的切换。 软切换也是移动台辅助的切换。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)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。 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。 在目前商用的CDMA系统中，所用的切换技术都是软切换。由于软切换是在频率相同的基站之间进行的,因此当移动终端移动到多个基站覆盖区交界处时,移动终端将同时和多个基站保持联系,起了业务信道分集的作用,加强了抗衰落的能力,因而不可能产生“掉话”。即使当移动终端进入了切换区而一时不能得到新基站的链路时,也进入了等待切换的队列,从而减少了系统的阻塞率。因此也可以说,软切换是实现了“无缝”的切换。 三、接力切换 接力切换是介于硬切换和软切换之间的一种新的切换技术。其原理是在切换测量期间，使用上行预同步的技术，提前获取切换后的上行信道发送时间、功率信息，从而达到减少切换时间，提高切换成功率、降低切换掉话率的目的。在切换过程中，移动终端从源小区接收下行数据，向目标小区发送上行数据，即上下行通信链路先后转移到目标小区，这个过程就像是田径比赛中的接力赛一样，因而形象地称之为“接力切换”。 接力切换有三个基本过程，即测量过程、判决过程和执行过程。 （一）接力切换的测量过程 接力切换与硬切换的测量过程和要求是相同的，即需要终端进行信号强度、质量和符合切换条件的相邻小区的同步时间参数进行测量、计算和保存，因此接力切换并不需要额外增加新的测量参数，不会给终端设备带来更多的负担。 移动台需要计算和保存的参数为：本小区与邻近小区引导信道的功率差△P和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△t。 这就是接力切换的上行预同步及保持过程。可见，上行预同步及保持过程并不是一个单独的时间过程，也不需要特别的控制或信令过程，而是在测量过程中同时进行的。 测量过程中一旦发现本小区和邻小区的导频强度、信号质量等满足一定条件，则通过测量上报触发切换判决过程。移动台的测量上报可以是周期性地进行，也可以由事件触发进行测量 （二）接力切换的判决过程 接力切换的判决过程由RNC完成。RNC收到移动台的测量结果报告后，按照一定的判决准则（例如基于接收信号强度的判决准则）形成目标小区列表，然后通过接纳判决算法等流程确定要切换的目标小区，最后发出切换命令(例如物理信道重配置命令)。 接力切换的判决过程与传统的切换判决准则基本相同。判决准则可以利用现有切换技术中的各种准则，同时可以结合TD-SCDMA系统特有的智能天线定位技术对目标小区列表进行优化，从而提高切换的成功率。 （三）接力切换的执行过程 移动台要切换的目标小区确定后，RNC在发出切换命令之前，还应当对目标小区发送无线链路建立请求。当RNC收到目标小区的无线链路建立完成消息之后，将向原小区和目标小区同时发送业务数据承载，同时RNC向移动台发送切换命令。此命令应附上的在目标小区建立通信需要的各项基本数据，具体包括：小区ID；载波频率；标称每码道的发射功率及此业务所需的接收电平；接收和发射的Midamble及偏移。 移动台接收到接力切换命令后，继续在原小区的下行链路接收业务数据和信令，同时，利用事先获取的本小区和邻小区之间的功率差值△P和时间差值△t，通过开环同步和开环功率控制，在目标小区发射上行的承载业务和信令。此分别收发的过程持续一段时间后，将接收来自目标小区的下行数据，实现闭环功率和同步控制，中断和原小区的通信，完成切换过程。 在切换命令发出后，如RNC收到来自移动台的切换成功消息，则删除原小区的通信链路；如果RNC收到来自移动台的切换失败消息，则删除目标小区新建的通信链路。如果由于特殊原因（比如终端突然掉电或进入深衰落地区），网络端没有收到终端的任何信息，则RNC将主动回收为该终端配置的所有信道资源。 在接力切换的过程中，同频小区之间的两个小区的基站都将接收同一个终端的信号，并对其定位，将确定可能切换区域的定位结果向基站控制器报告，完成向目标基站的切换，克服了“软切换”浪费信道资源的缺点。 四、三种技术优劣比较 接力切换与硬切换相比，两者都具有较高的资源利用率、较为简单算法以及系统相对较轻的信令负荷等优点，它们的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时其上下行链路是分别进行的，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。 接力切换与软切换相比，两者都具有较高的切换成功率和较低的掉话率等优点，它们的不同之处在于接力切换并不需要一个移动终端长时间与多个基站保持链路，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、下行链路干扰提高等缺点。