移動(dòng)通信系統(tǒng)中的切換技術(shù)研究

閆濤

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

移動(dòng)通信系統(tǒng)中的切換技術(shù)研究

閆濤

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

切換技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是目前通信領(lǐng)域中的一個(gè)重大的發(fā)展，本論文分析了移動(dòng)通信系統(tǒng)的切換技術(shù)的原因以及切換原理和切換的過(guò)程，其中切換技術(shù)涉及到了軟切換以及水平切換。本文中針對(duì)三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的切換技術(shù)的發(fā)展技術(shù)進(jìn)行了說(shuō)明與分析。充分掌握移動(dòng)通信系統(tǒng)的技術(shù)是十分有必要的，而且具有很大的實(shí)踐意義以及理論意義。

移動(dòng)通信系統(tǒng) 軟切換 水平切換

1 引言

在蜂窩系統(tǒng)中切換技術(shù)占有十分重要的作用，切換技術(shù)具有其自身不同的特性，而且也是在通信系統(tǒng)中存在特征，切換技術(shù)和系統(tǒng)的性能有著直接的聯(lián)系，對(duì)系統(tǒng)的性能有著十分重要的影響。其中的切換技術(shù)中最常用的技術(shù)指的是硬切換。而且在整個(gè)切換的進(jìn)程中，MS首先就需要先進(jìn)行中斷和原基站的聯(lián)系，接著再和新基站獲得一定的聯(lián)系，這也是一個(gè)先斷開(kāi)再接著連接的過(guò)程。

現(xiàn)今的大多數(shù)移動(dòng)通信系統(tǒng)可以歸為蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，對(duì)于蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，其中的服務(wù)區(qū)已經(jīng)分為了多個(gè)區(qū)域，這些區(qū)域稱為小區(qū)，接著覆蓋的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)發(fā)射機(jī)實(shí)現(xiàn)的，而且這些發(fā)射機(jī)的功率比較小，區(qū)群的意思指的是多個(gè)小區(qū)組成的，從而形成了頻率的復(fù)用。當(dāng)某個(gè)小區(qū)移動(dòng)的過(guò)程中是接近小區(qū)的時(shí)候，此時(shí)移動(dòng)臺(tái)與最初的小區(qū)基站之間存在的通信鏈路不得不切換成新小區(qū)基站的上面，而且這個(gè)轉(zhuǎn)換的過(guò)程就是所謂的越區(qū)切換。而切換的含義是當(dāng)正在進(jìn)行中的通信實(shí)現(xiàn)了一種過(guò)渡，而這種過(guò)渡是從一個(gè)信道到另一個(gè)信道，同時(shí)在這個(gè)切換的過(guò)程中，不會(huì)產(chǎn)生中斷通信的現(xiàn)象，切換的實(shí)現(xiàn)是在不同的信道中實(shí)現(xiàn)的，而且這個(gè)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程不僅僅是局限于此，還可以在其他的小區(qū)實(shí)現(xiàn)。從某種意義上而言，切換可以根據(jù)不同的實(shí)體產(chǎn)生類型不同的切換。

2 切換的原因

在新小區(qū)以及用戶之間能夠建立起不同的鏈路，同時(shí)用戶與舊小區(qū)彼此間連接鏈路的時(shí)候不得不進(jìn)行刪以及釋放，從而保證用戶可以進(jìn)行正常的通話。關(guān)于切換的因素可以包括很多種，而這些原因中最重要的一個(gè)就是接口在空中不可以得到滿足，連接的質(zhì)量如果需要得到提高，那么就不得不確保移動(dòng)用戶可以進(jìn)行正常的通話，那么此時(shí)切換是十分有必要的。而關(guān)于引起切換的原因可以總結(jié)如下：

2.1 功率預(yù)算引起的切換

處于GSM的系統(tǒng)中，移動(dòng)用戶的通話是建立在特定的小區(qū)中，而且這個(gè)小區(qū)的特點(diǎn)就是電平很高。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)經(jīng)過(guò)兩小區(qū)的邊界的時(shí)候，假如BSC按照來(lái)自移動(dòng)臺(tái)上所對(duì)應(yīng)的測(cè)量報(bào)告就能夠得出關(guān)于電平的要求。而且同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)小區(qū)功率的切換。通常情況下，功率預(yù)算切換在所用的切換中的數(shù)目達(dá)到了一半。而在CDMA系統(tǒng)中，由于功率預(yù)算切換作為一個(gè)會(huì)受到干擾影響的系統(tǒng)，系統(tǒng)中的容量和網(wǎng)絡(luò)的干擾情況是存在重要的關(guān)系。要想降低所受到的干擾的平均值能夠通過(guò)切換鏈路到最小的路徑上去。

2.2 信號(hào)強(qiáng)度引起的切換

移動(dòng)臺(tái)轉(zhuǎn)移到其他的小區(qū)的發(fā)生場(chǎng)合是在基站或者是移動(dòng)臺(tái)得到的信號(hào)是弱的時(shí)候，除此之外，切換的實(shí)現(xiàn)還包括了頻率不同但是鏈路很好的情況。接受電平的提高可以通過(guò)發(fā)射功率的提高來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而如果信號(hào)的電平是保持在小于門限的范圍以內(nèi)的時(shí)候，切換就應(yīng)該啟動(dòng)。

3 移動(dòng)通信系統(tǒng)的切換技術(shù)的概述

3.1 第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的切換技術(shù)

模擬蜂窩網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)是作為第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。這里選擇的切換是來(lái)自基站或者是網(wǎng)絡(luò)控制的切換技術(shù)，而且這種切換技術(shù)是一種自動(dòng)的過(guò)境技術(shù)。當(dāng)通話在移動(dòng)臺(tái)實(shí)施的時(shí)候，通話的效果是一直被系統(tǒng)監(jiān)控的。如果測(cè)量得到的SAT音信噪比要比SNH（請(qǐng)求切換的信噪比）低或者信號(hào)的強(qiáng)度值比SSH（切換強(qiáng)度）低的話，話音信道則會(huì)發(fā)送請(qǐng)求給MSC。此時(shí)的切換可以總結(jié)為兩種，如下：

（1）按照信號(hào)強(qiáng)度；

（2）按照信噪比。

3.2 第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的切換技術(shù)

第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的代表是碼分多址與時(shí)分多址的數(shù)字蜂窩網(wǎng)。

3.3 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的切換技術(shù)

在第三代的移動(dòng)通信系統(tǒng)誕生的時(shí)候，軟切換技術(shù)也逐漸進(jìn)入人們的視線。所謂的軟切換的含義指的是保持信道的載波頻率一樣從而實(shí)現(xiàn)切換信道，這就是先實(shí)現(xiàn)連接再接著斷開(kāi)的過(guò)程。而軟切換又可以進(jìn)一步細(xì)化，分為軟切換和更軟切換。更軟切換的含義是在同一小區(qū)中實(shí)現(xiàn)信道切換，而這個(gè)切換時(shí)在扇區(qū)之間實(shí)現(xiàn)的。由于此種切換的實(shí)現(xiàn)需要用到小區(qū)基站以及Node B，而且移動(dòng)中心的處理是不會(huì)用到的。所以這種切換也可以稱為是更軟切換。軟切換能夠?qū)崿F(xiàn)增益的增長(zhǎng)，而且系統(tǒng)的干擾就會(huì)不斷地得到減少。但是在TD-SCDMA中用到的技術(shù)還包括了接力切換，同時(shí)這種技術(shù)的實(shí)現(xiàn)的前提是精確定位，所以對(duì)比于硬切換，能夠快速地轉(zhuǎn)到目標(biāo)小區(qū)，從而使得切換的時(shí)延可以降低，最終使得掉話率有所降低。但是在B3G系統(tǒng)中，其中的切換技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來(lái)存在著一定的麻煩性，而這種麻煩的存在的最終的起源是用戶方面的一些要求所導(dǎo)致的。軟切換技術(shù)的原理圖如圖1所示。

圖1 軟切換技術(shù)的原理圖

4 切換技術(shù)的分類

在用戶接進(jìn)去的時(shí)候，系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)行小區(qū)的選擇而且這種選擇是按照小區(qū)的容量以及信號(hào)的強(qiáng)度和質(zhì)量進(jìn)行選擇的，切換技術(shù)的分類總結(jié)如下：

4.1 網(wǎng)絡(luò)控制切換

低層的CT2Plus以及高層的AMPS采用的都是NCHO。網(wǎng)絡(luò)控制的切換技術(shù)中的參數(shù)設(shè)置的時(shí)候需要注意的是參數(shù)的值值是比一些閥值小的。BS在監(jiān)督現(xiàn)在連接的信號(hào)質(zhì)量的時(shí)候是根據(jù)接收信號(hào)的強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)的。而MSC指的是移動(dòng)的交換中心，鏈路的測(cè)量是時(shí)常用到BS。

4.2 MS控制切換(MCHO)

MCHO最為目前低層無(wú)線系統(tǒng)中受關(guān)注度最高的一種技術(shù)，其應(yīng)用的場(chǎng)合十分廣泛，比如在歐洲的DECT以及北美的PACS中都有涉及到。而且MS的持續(xù)監(jiān)督是跟切換候選中的BS信號(hào)強(qiáng)度以及信號(hào)的質(zhì)量是有著之間的關(guān)系。切換的時(shí)候如果保證了準(zhǔn)則的實(shí)現(xiàn)。那么MS就會(huì)檢查出在所有的候選BS中最好的那個(gè)。同時(shí)還會(huì)進(jìn)行發(fā)送要切換的請(qǐng)求。

4.3 水平切換技術(shù)

水平切換指的就是切換對(duì)象是針對(duì)一般的小區(qū)而言的，在一般情況下，移動(dòng)速率不會(huì)發(fā)生很大的變化，而且當(dāng)小區(qū)中的容量是保持一致，并且還沒(méi)達(dá)到飽和的時(shí)候，就可以選擇用水平切換。水平切換指的是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在相同系統(tǒng)的基站中進(jìn)行的一種切換。

5 切換技術(shù)的發(fā)展

將蜂窩的相關(guān)論述應(yīng)用到移動(dòng)通信的相關(guān)領(lǐng)域中已經(jīng)成為了一種必然的趨勢(shì)，切換技術(shù)在現(xiàn)今已經(jīng)是作為通信領(lǐng)域中的一種有著重要地位的技術(shù)。蜂窩系統(tǒng)相比于其他的系統(tǒng)的，其自身最大的特點(diǎn)就是切換，而且也是通信系統(tǒng)中的一個(gè)十分重要的特性，切換和系統(tǒng)的性能彼此間是有著緊密的聯(lián)系的。如何進(jìn)行移動(dòng)通信已經(jīng)如何進(jìn)行控制的這些功能的實(shí)現(xiàn)都是由小區(qū)完成的。所以這里的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的區(qū)域能夠看成面狀服務(wù)區(qū)，而且這些個(gè)面狀服務(wù)區(qū)的形成是由多個(gè)正六邊形的小區(qū)組成的。

考慮到這些服務(wù)區(qū)的形狀跟蜂窩十分類似，所以這種移動(dòng)通信的系統(tǒng)的另一個(gè)名稱蜂窩式，其對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)叫做蜂窩式網(wǎng)絡(luò)。蜂窩結(jié)構(gòu)可以適用在用戶密度很高的場(chǎng)合，然而目前有一個(gè)重大的問(wèn)題就是要確保通信可以一直繼續(xù)下去而不會(huì)中途停止。

6 切換的過(guò)程

切換的過(guò)程主要是有幾個(gè)部分組成的，分別是無(wú)線測(cè)量、網(wǎng)絡(luò)判決以及執(zhí)行系統(tǒng)等，切換的過(guò)程如圖2所示。在切換過(guò)程中的第一個(gè)階段，移動(dòng)臺(tái)會(huì)進(jìn)行詳細(xì)地搜索小區(qū)以及其他附近小區(qū)的基站中的鏈路對(duì)應(yīng)的信號(hào)的強(qiáng)度以及信號(hào)的信噪比，這個(gè)時(shí)候基站同時(shí)也會(huì)進(jìn)行MS上行鏈路中的信號(hào)測(cè)量。接著對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)單元、移動(dòng)臺(tái)以甚至是BSC會(huì)接收測(cè)量的結(jié)果，這個(gè)時(shí)候網(wǎng)絡(luò)單元也就進(jìn)入了切換的第二個(gè)階段就是所謂的判決網(wǎng)絡(luò)的階段。在第二個(gè)階段的過(guò)程中，切換算法會(huì)得到執(zhí)行，也會(huì)比較所測(cè)得的結(jié)果和之前系統(tǒng)中就已經(jīng)確定好的門限值。最終對(duì)目標(biāo)小區(qū)做一個(gè)確定的工作，通過(guò)這些過(guò)程的實(shí)施，網(wǎng)絡(luò)就可以判斷切換是否能夠進(jìn)行了，當(dāng)切換的指令發(fā)送給移動(dòng)臺(tái)的時(shí)候，切換就會(huì)步入最后的階段，也就是執(zhí)行的階段，移動(dòng)臺(tái)會(huì)步入設(shè)置好的切換狀態(tài)中，新基站的信號(hào)就會(huì)在此時(shí)得到接收。移動(dòng)通信系統(tǒng)的切換流程圖如圖2所示。

圖2 移動(dòng)通信系統(tǒng)的切換流程圖

7 結(jié)語(yǔ)

切換的主要使用場(chǎng)合是當(dāng)用戶需要實(shí)現(xiàn)移動(dòng)所必須得一種方法。在通信領(lǐng)域中引入了移動(dòng)通信系統(tǒng)中切換技術(shù)概念以后，切換技術(shù)才慢慢進(jìn)入到了人們的視線，也因此不斷地得到了關(guān)注。

[1]方旭明,戚彩霞, 向征.IEEE 802系列無(wú)線網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)狀組網(wǎng)與移動(dòng)切換技術(shù)綜述[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用, 2006,26(8):1756-1761

[2]蔣新華,朱銓,鄒復(fù)民.高速鐵路3G通信的覆蓋與切換技術(shù)綜述[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用, 2012, 32(9):2385-2390

[3]張爽.多LEO衛(wèi)星RAKE接收機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究與FPGA實(shí)現(xiàn)[D].北京郵電大學(xué),2015

[4]王宇鵬.基于分時(shí)隙通信的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由算法研究[D]. 北京郵電大學(xué),2015