淺談WCDMA系統(tǒng)的切換技術(shù)

韓亞喃，熊 煉

（重慶郵電大學(xué)通信應(yīng)用研究所，重慶 400065）

0 引言

切換技術(shù)是WCDMA系統(tǒng)的重要組成部分，而軟切換是該系統(tǒng)使用的最廣泛的方法。它在提高系統(tǒng)容量的同時(shí)，減少了切換過程的掉話率，消除了“乒乓效應(yīng)”，“拐角效應(yīng)”等。可有效地保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性和用戶通話的連續(xù)性。正確認(rèn)識(shí)和理解切換技術(shù)，對(duì)日常網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化起到了非常重要的作用。

1 切換的定義

切換是指移動(dòng)臺(tái)在通話的過程中，從一個(gè)基站或信道轉(zhuǎn)移到另一個(gè)基站或信道的過程。通過切換，可以有效地保證通信的連續(xù)性和通話質(zhì)量。

2 切換分類

在WCDMA系統(tǒng)中，按照切換方式劃分，切換主要可以分為以下三種類型:硬切換，軟切換，更軟切換。

硬切換指不同的基站覆蓋小區(qū)之間的信道切換。移動(dòng)用戶在與新的基站建立連接前必須斷掉與原有基站的連接。

軟切換是指移動(dòng)用戶從一個(gè)小區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)小區(qū)時(shí)，可以同時(shí)與兩個(gè)或多個(gè)小區(qū)建立連接，進(jìn)行通信。在切換過程中，終端在與新的基站建立連接前不必?cái)嗟襞c原有基站的連接，沒有通信中斷的現(xiàn)象。這種切換發(fā)生在載波頻率相同的基站覆蓋小區(qū)之間的信道切換。

對(duì)于更軟切換，指在同一小區(qū)的不同扇區(qū)之間發(fā)生的切換。

3 切換過程

切換過程一般大致分為以下幾個(gè)步驟:測(cè)量控制，測(cè)量報(bào)告，切換判決，切換執(zhí)行;首先，終端通過接收網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的測(cè)量控制信息，獲取需要進(jìn)行測(cè)量的參數(shù);然后，終端發(fā)送測(cè)量報(bào)告信息給網(wǎng)絡(luò);接著，網(wǎng)絡(luò)做出切換的判斷;在執(zhí)行階段，終端根據(jù)信令流程做出響應(yīng)。

4 軟切換的特征

4.1 上下行鏈路

在上行鏈路方向，每個(gè)UE利用其獨(dú)特的物理信道，例如一個(gè)與獨(dú)特的擾碼序列相結(jié)合的信道（或擴(kuò)頻）碼。只要BS知道相關(guān)連接參數(shù)，比如UE采用的碼子，該信號(hào)能被多個(gè)BS接收到。進(jìn)入SHO后，這些用戶指定的信息和其他參數(shù)就被發(fā)送到新的BS上。

在軟切換中，信號(hào)由不同BS接收并處理。被檢測(cè)出的比特序列被傳送到當(dāng)前SRNC中，然后由SRNC從所有相關(guān)BS中有選擇的結(jié)合接收數(shù)據(jù)包。

由于信號(hào)能被多個(gè)BS接收、合成，UE的發(fā)射功率可以被降低，進(jìn)而減少干擾。

同理，在下行鏈路中每個(gè)激活集通道表示一個(gè)獨(dú)立的從BS到UE的鏈路。由UTRAN下來的數(shù)據(jù)被SRNC復(fù)制并最終轉(zhuǎn)移到所有相關(guān)的BS中。因?yàn)锽S使用不同的擾碼，所以UE根據(jù)不同的擾碼，能夠識(shí)別不同的信號(hào)。

4.2 功率控制

在下行鏈路有多個(gè)SHO鏈路活躍的情況下，必須對(duì)每條信號(hào)無線鏈路進(jìn)行功率控制。由UE發(fā)射到UTRAN的TPC指令只有一條，該指令卻被多個(gè)不同的BS接收。然而，TPC指令在空中傳送的過程中，由于某些原因，可能會(huì)發(fā)生差錯(cuò)。因此有的下行無線鏈路可能增加功率，而其他的下行鏈路可能減少功率。這就產(chǎn)生了所謂的功率漂移。當(dāng)SRNC監(jiān)測(cè)到有功率漂移時(shí)，則通過Iub接口信令發(fā)起下行功率平衡過程。

這些TPC指令被設(shè)定成TPCest=1（增加功率）或TPCest=0（降低功率）［1］。因此當(dāng)前下行鏈路功率P（k-1）隨著更新的下行鏈路功率變化而變化作為新的發(fā)射功率P（k）。

其中PTPC（k）表示內(nèi)環(huán)功率控制過程中第k個(gè)功率調(diào)整量，Pbal（k）表示為了平衡無線鏈路的功率向一個(gè)共同的參考功率靠攏，根據(jù)下行功率控制過程得到的一個(gè)修正值。Pref表示下行鏈路參考功率，PP-CPICH表示主公共導(dǎo)頻信道（CPICH）的發(fā)射功率，r是調(diào)整系數(shù)，介于0到1之間。Pinit是上一個(gè)調(diào)整周期內(nèi)最后一個(gè)時(shí)隙的碼域功率。通過采用這個(gè)算法可以解決由于下行鏈路TPC指令檢測(cè)錯(cuò)誤出現(xiàn)功率漂移的問題。

在激活集中的每個(gè)BS都與UE之間有一個(gè)功率控制環(huán)。BS依靠不同的下行鏈路TPC指令來控制對(duì)應(yīng)的UE。只要當(dāng)BS向UE發(fā)出降低或者提高功率的指令時(shí)，UE就會(huì)采取相應(yīng)的措施來執(zhí)行。但對(duì)于一些不可靠的功率控制指令，UE會(huì)屏蔽它。

4.3 軟切換算法

軟切換算法中幾個(gè)常用的術(shù)語:

●激活集:指與某個(gè)移動(dòng)臺(tái)建立連接的小區(qū)的集合。軟切換的執(zhí)行結(jié)果就表現(xiàn)在激活集里的小區(qū)的增加和減少。

●監(jiān)測(cè)集:監(jiān)測(cè)集的小區(qū)是激活集小區(qū)的鄰區(qū)，是RNC通過measurement control下發(fā)給UE。這些小區(qū)的導(dǎo)頻Ec/Io尚未強(qiáng)到可以加入激活集。

●檢測(cè)集:不在激活集和監(jiān)測(cè)集的小區(qū)，但UE能夠檢測(cè)到它的存在。

除了激活集之外，UE中還有監(jiān)測(cè)集和檢測(cè)集。對(duì)于監(jiān)測(cè)集來說，它能夠控制多達(dá)32個(gè)內(nèi)部頻率小區(qū)，其中包括在激活集內(nèi)的小區(qū)。這些小區(qū)定期檢查“觸發(fā)條件”。如果觸發(fā)條件滿足，UE就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)報(bào)告然后發(fā)送給UTRAN，這意味這小區(qū)是否加入激活集完全可以在UE中判定。這種切換方式稱為移動(dòng)協(xié)助切換。需要注意的是，這份報(bào)告只是由UTRAN評(píng)估而沒有考慮別的測(cè)量操作，里面包含測(cè)量識(shí)別和目標(biāo)小區(qū)信息。由于測(cè)量識(shí)別被設(shè)置在測(cè)量控制信息中，它可用于辨別那種情況可以觸發(fā)測(cè)量報(bào)告，然后由UTRAN選一個(gè)合適的操作?？赡艿牟僮饔?增加無線鏈路、移除無線鏈路以及包含增加和移除鏈路的替換無線鏈路。

每個(gè)操作都有其固定的觸發(fā)條件。觸發(fā)條件包含若干參數(shù)，比如:遲滯時(shí)間參數(shù)和觸發(fā)時(shí)間參數(shù)等。這些參數(shù)在連接之前發(fā)送給UE并能在連接的過程中更新，比如為了適合傳播環(huán)境而做的更新。測(cè)量是一個(gè)循環(huán)事件，由UE的物理層來處理。UE的無線資源管理（RRC）接收這些測(cè)量值并決定是否從激活集中增加或移除小區(qū)。

圖1所示是基于Ec/Io的WCDMA軟切換算法原理圖［2］。

圖1 基于Ec/Io的WCDMA軟切換算法原理圖

（1）事件1A:在圖中，小區(qū)2的導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度逐步增加，當(dāng)強(qiáng)度Ec/Io達(dá)到與激活集增加門限T_ADD的和為激活集最強(qiáng)的1小區(qū)導(dǎo)頻強(qiáng)度時(shí)，并且維持一段時(shí)間T。此時(shí)，在激活集沒有滿的情況下，小區(qū)2被加入激活集中。

（2）事件1C:觀察小區(qū)3和小區(qū)1的信號(hào)強(qiáng)度。小區(qū)3的信號(hào)強(qiáng)度逐步增強(qiáng)，小區(qū)1的信號(hào)強(qiáng)度逐步減弱，并且小區(qū)3的信號(hào)開始超越小區(qū)1的信號(hào)強(qiáng)度。假如小區(qū)3的導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度為監(jiān)測(cè)集中最好的導(dǎo)頻信號(hào)，此時(shí)它的值達(dá)到最弱的1小區(qū)（激活集中最弱的小區(qū)）導(dǎo)頻Ec/Io與替換滯后門限T_Replace之和，并且維持一段時(shí)間T。在激活集數(shù)目已滿的狀態(tài)下，小區(qū)3替代小區(qū)1，被加入激活集中。

（3）事件1B:在接下來的情況中，小區(qū)3的信號(hào)強(qiáng)度逐漸減弱。當(dāng)小區(qū)3的導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度弱到與激活集刪除門限T_Delete之和為激活集最強(qiáng)的2小區(qū)導(dǎo)頻強(qiáng)度時(shí)，并且維持一段時(shí)間T。作為激活集里最弱的信號(hào)，小區(qū)3將移出激活集。

下面將根據(jù)不同的觸發(fā)事件的判決條件和事件1A，1B，1C的具體計(jì)算公式，對(duì)小區(qū)算法進(jìn)行分析。

（1）1A事件

1A事件代表一個(gè)主導(dǎo)頻信道進(jìn)入報(bào)告范圍，相對(duì)門限增加事件，一般用于軟切換鏈路的增加。如果以下的觸發(fā)條件被滿足，則將該導(dǎo)頻加入激活集。

其中MNew是小區(qū)的測(cè)量結(jié)果，Mi是激活集的測(cè)量結(jié)果，N是當(dāng)前激活集小區(qū)數(shù)目;MBest是激活集中載干比最大的小區(qū)的測(cè)量結(jié)果;W是有無線網(wǎng)絡(luò)控制器發(fā)送給用戶設(shè)備的加權(quán)參數(shù)，R1a是事件1A中由無線網(wǎng)絡(luò)控制器發(fā)送給用戶設(shè)備的報(bào)告范圍常數(shù)，H1a是事件1A的滯后參數(shù)。

（2）1B事件

1B事件代表一個(gè)主導(dǎo)頻信道離開報(bào)告范圍，相對(duì)門限刪除事件，一般用于軟切換鏈路的刪除。如果以下的觸發(fā)條件被滿足，則將該導(dǎo)頻退出激活集。

（3）1C事件

1C事件代表當(dāng)非激活集的某小區(qū)導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度超過激活集中某小區(qū)的導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度時(shí)的報(bào)告。該報(bào)告要求添加一條新的無線鏈路來替換原來激活集中的鏈路。

MNew:小區(qū)的測(cè)量值。MInAS:激活集中惡化鏈路的測(cè)量結(jié)果。H1c:事件1C的滯后參數(shù)。

5 鄰區(qū)配置

下面是在軟切換的過程中，由于配置單向鄰區(qū)而導(dǎo)致的掉話的案例［3］:

如圖2所示，在從花城基站到云山大酒店基站方向路測(cè)的過程中，發(fā)現(xiàn)小區(qū)切換掉話，而在相反方向路測(cè)過程中，切換沒有掉話。分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在從花城基站到云山大酒店基站中間的一段路段上，主要由花城基站中擾碼為426的扇區(qū)信號(hào)覆蓋，而不是擾碼為424的信號(hào)覆蓋。觀察地形，分析原因?yàn)閿_碼為426的扇區(qū)前方不遠(yuǎn)處有高層建筑，信號(hào)經(jīng)過反射，被傳播到該路段上。檢查鄰區(qū)列表，發(fā)現(xiàn)云山大酒店基站擾碼為414的扇區(qū)配置了花城基站擾碼為426的扇區(qū)為鄰區(qū)，而擾碼為426的扇區(qū)沒有配置擾碼為414作為鄰區(qū)，導(dǎo)致單向切換失敗。此時(shí)，可以把擾碼為426的扇區(qū)配置擾碼為414作為鄰區(qū)，問題得到解決。

圖2 配置單向鄰區(qū)而導(dǎo)致的掉話的案例

6 結(jié)束語

在上述內(nèi)容中，重點(diǎn)論述了軟切換的上下行鏈路的工作過程，功率控制和切換算法。隨著用戶和運(yùn)營(yíng)商對(duì)各種業(yè)務(wù)需求的不斷提高，使得通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了向IP化發(fā)展的趨勢(shì)。目前，有很大一部分WCDMA網(wǎng)絡(luò)使用的是ATM傳輸模式。因此，在向基于IP模式的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的過程中，會(huì)出現(xiàn)兩種模式共存的現(xiàn)象。在這種情況下，當(dāng)移動(dòng)終端跨網(wǎng)移動(dòng)時(shí)，如何有效地利用切換技術(shù)，特別是軟切換技術(shù)，來保證通信質(zhì)量，是非常重要的問題。

［1］張義軒.WCDMA系統(tǒng)中的功率控制及其在軟切換中的算法研究［D］.重慶郵電大學(xué)，2007.

［2］劉小蕾.WCDMA切換算法及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案研究［D］.南京信息工程大學(xué)，2008.

［3］范麗清.WCDMA網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的研究［D］.北京郵電大學(xué)，2007.