任务5 CDMA切换技术

第三代移动通信技术移动通信系课程目录模块一3G基础模块模块二CDMA技术基础模块模块三WCDMA移动通信技术模块模块四TD-SCDMA移动通信技术模块模块五CDMA2000移动通信技术模块模块六WiMAX技术模块任务1扩频通信概念任务2扩频通信的特点和主要技术指标任务3CDMA码序列任务4CDMA编码技术任务5CDMA切换技术模块二CDMA技术基础模块任务6CDMA功率控制技术任务7CDMA接收和检测技术4问题引入1.切换是指将一个正在进行的呼叫从一个小区转移到另一个小区的过程。切换是用于无线传播、业务分配、激活操作维护、设备故障等原因而产生。2.那么CDMA系统中用到哪些切换技术？3.各种切换技术有怎样的优缺点，应用场合怎样？51、切换过程2、切换技术3、实践活动1切换过程切换过程可以分为三个阶段：测量、决策和执行。在切换测量阶段，典型的下行链路的测量由移动台测量本小区和邻小区的信号质量与强度来完成。在上行链路由基站测量信号质量。测量结果发送到有关的网络单元、移动台和BSC。在切换的决策阶段，有时也称为估值价段，将测量结果与预先确定的门限值比较后决定是否进行切换。再者，完成允许控制以验证新的用户能够进入新的小区而不致于使原有用户质量下降。在执行阶段，移动台进入软切换状态，一个新的基站加入或退出，或完成频率间的切换。71、切换过程2、切换技术3、实践活动1）硬切换CDMA系统中的切换技术包括：软切换、更软切换、频率间的硬切换。1）硬切换无缝隙频率间的切换是CDMA网络一个重要的特性。因其具有分层小区结构和较周围小区有更多载波的热点小区。在后一种情况频率之间的切换可由热点小区中小区之间的切换来完成。在前一种情况，有效的方法是测量另一载波频率。1）硬切换硬切换是指先断开与旧的小区的联系，再和新的小区建立联系的切换过程。如图2-20所示。硬切换包括以下两种情况：同一MSC中的不同频道之间；不同MSC之间。1）硬切换图2-20硬切换和软切换示意图2）软切换（SoftHandoff）软切换是CDMA移动通信系统所特有的。软切换是指移动台在与新的基站建立联系之前并不断开与原基站的联系，而是同时保持与两个以上基站连接的切换过程，如图2-11所示。其基本原理如下：当移动台处于同一个BSC控制下的相邻BTS之间区域时，移动台在维持与原BTS无线连接同时，又与目标BTS建立无线连接，之后再释放与原BTS的无线连接。发生在同一个BSC控制下的同一个BTS间的不同扇区间的软切换又称为更软切换。2）软切换（SoftHandoff）（1）软切换的方式软切换有以下几种软切换方式：•同一BTS内不同扇区相同载频之间的切换，也就是通常说的更软切换（SofterHandoff）；•同一BSC内不同BTS之间相同载频的切换；•同一MSC内，不同BSC的之间相同载频的切换。2）软切换（SoftHandoff）（2）软切换的实现所谓软切换就是当移动台需要跟一个新的基站通信时，并不先中断与原基站的联系。软切换只能在相同频率的CDMA信道间进行。它在两个基站覆盖区的交界处起到了业务信道的分集作用。这样可大大减少由于切换造成的掉话。因为据以往对模拟系统TDMA的测试统计，无线信道上90%的掉话是在切换过程中发生的。实现软切换以后，切换引起掉话的概率大大降低，保证了通信的可靠性。2）软切换（SoftHandoff）在讲述软切换的流程之前，先介绍几个概念：导频集、搜索窗及切换参数。①导频集与待机切换类似，切换中也有导频集的概念，终端将所有需要检测的导频信号根据导频PN序列的偏置归为以下4类：•有效集：当前前向业务信道对应的导频集合。•候选集：不在有效集中，但终端检测到其强度足以供业务正常使用的导频集合。2）软切换（SoftHandoff）•邻区集：由基站的邻区列表消息所指定的导频的集合。•剩余集：未列入以上三种集合的所有导频的集合。在搜索导频时，终端按照有效集以及候选集、邻区集和剩余集的顺序测量导频信号的强度。假设有效集以及候选集中有PN1、PN2和PN3，邻区集中有PN11、PN12、PN13和PN14，剩余集中PN’、……，则终端测量导频信号的顺序如下：2）软切换（SoftHandoff）PN1、PN2、PN3、PN11、PN1、PN2、PN3、PN12、PN1、PN2、PN3、PN13、PN1、PN2、PN3、PN14、PN’、PN1、PN2、PN3、PN11、PN1、PN2、PN3、PN12、……可见剩余集中的导频被搜索的机会远远小于有效集以及候选集中的导频。2）软切换（SoftHandoff）②搜索窗除了导频的搜索次数外，搜索范围也是搜索导频时需要考虑的因素。终端在与基站通信时存在时延。如图2-21所示，终端与基站1有t1的信号延时，与基站2有t2的信号延时。2）软切换（SoftHandoff）图2-21基站之间的延时差别假定终端与基站1同步，如果终端与基站1的距离小于与基站2的距离，必然t1t2。对终端而言，基站2的导频信号会比终端参考时间滞后t2-t1出现；而如果终端与基站1的距离大于与基站2的距离，必然t1t2，对终端而言，基站2的导频信号会比终端参考时间提前t1-t2出现。2）软切换（SoftHandoff）因此在检测导频强度时，终端必须在一个范围内搜索才不会漏掉各个集合中的导频信号。终端使用了搜索窗口来捕获导频，也就是对于某个导频序列偏置，终端会提前和滞后一段码片时间来搜索导频。如图2-22所示，终端将以自身的短码相位为中心，在提前于和滞后于搜索窗口的尺寸的一半的短码范围内进行导频信号的搜索。2）软切换（SoftHandoff）图2-22搜索窗口与导频信号搜索窗口的尺寸越大，搜索的速度就越慢；但是搜索窗口的尺寸过小，会导致延时差别大的导频不能被搜索到。对于每种导频集，基站定义了各自的搜索窗口的尺寸供终端使用。2）软切换（SoftHandoff）•SRCH_WIN_A：有效集和候选集导频信号搜索窗口的尺寸；•SRCH_WIN_N：邻区集导频信号搜索窗口的尺寸；•SRCH_WIN_R：剩余集导频信号搜索窗口的尺寸；SRCH_WIN_A尺寸应该根据预测的传播环境进行设定，该尺寸要足够大，大到能捕获目标基站的所有导频信号的多径部分，同时又应该足够小，从而使搜索窗的性能最佳化。2）软切换（SoftHandoff）SRCH_WIN_N尺寸通常设得比SRCH_WIN_A尺寸大，其大小可参照当前基站和邻区基站的物理距离来设定，一般要超过最大信号延时的2倍。SRCH_WIN_R尺寸一般设得和SRCH_WIN_N一样大。如果不需要使用剩余集，可以把SRCH_WIN_R设得很小。2）软切换（SoftHandoff）例：在CDMA系统中，设MS到BS的直接传输距离为1km，多径信号的传播距离为3km，则SRCH_WIN_A的窗口尺寸应该设为多少？解：直传引起的PN码片延迟为：1000／244＝4.1chips；多径传播引起的PN码片延迟为：3000／244＝12.3chips；12.3－4.1＝8.2chips故SRCH_WIN_A的窗口尺寸应≥2×8.2＝16.4chips，实际上可选17chips。2）软切换（SoftHandoff）③切换参数T_ADD：基站将此值设置为移动台对导频信号监测的门限。当移动台发现邻区集或剩余集中某个基站的导频信号强度超过T_ADD时，移动台发送一个导频强度测量消息（PSMM），并将该导频转向候选集。T_DROP：基站将此值设置为移动台对导频信号下降监测的门限。当移动台发现有效集或候选集中的某个基站的导频信号强度小于T_DROP时，就启动该基站对应的切换去掉计时器。2）软切换（SoftHandoff）T_TDROP：基站将此值设置为移动台导频信号下降监测定时器的预置定时值。如果有效集中的导频强度降到T_DROP以下，移动台启动T_TDROP计时器；如果计时器超时，这个导频从有效集退回到邻区集。如果超时前导频强度又回到T_DROP以上，则计时器自动被删除。T_COMP：基站将此值设置为有效集与候选集导频信号强度的比较门限。当移动台发现候选集中某个基站的导频信号的强度超过了当前有效集中基站导频信号的强度T_COMP×0.5dB时，就向基站发送导频强度测量消息（PSMM），并开始切换。2）软切换（SoftHandoff）移动台进行软切换的流程如图2-23所示。2）软切换（SoftHandoff）软切换流程详细说明如下：①在进行软切换时，移动台首先搜索所有的导频信号，并测量它们的强度。当该导频强度大于一个特定值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（PSMM），以通知原基站这种情况，并且将导频集纳入候选集。2）软切换（SoftHandoff）②原基站将移动报告送往移动交换中心，移动交换中心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切换指示消息（HDM）指示移动台开始切换。③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从候选集纳入有效集，开始对新基站和原基站的前向业务信道同时进行解调。移动台向原基站发送一条切换完成消息（HCM），通知基站自己已经根据命令开始对两个基站同时解调了。2）软切换（SoftHandoff）④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T_DROP小时，计时器启动）。⑤当该切换去掉计时器T_TDROP期满时（在此期间，其导频强度应始终低于T_DROP），移动台向基站发送导频强度测量消息（PSMM）。2）软切换（SoftHandoff）⑥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（HDM）给基站，基站发切换指示消息给移动台。⑦移动台将切换去掉计时器到期的导频将其从有效集移到邻区集。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（HCM）告诉基站，表示切换已经完成。2）软切换（SoftHandoff）⑧移动台接收一个不包括导频的NLUM（邻域列表更新消息）。导频进入剩余集。3）更软切换更软切换是指移动台在同一个小区具有相同频率的两个扇区之间的切换。更软切换发生在一小区中移动台从一个扇区移动到另一扇区。在前向链路移动台从两个扇区接收信号，然后在RAKE接收机中合并。在反向链路也能在RAKE接收机中合并。在更软切换中因不需要在基站之间的转换，扇区之间切换的建立比软切换为快。因此，可用分扇区的小区来实现街道的微小区以减少拐角切换所需的时间。3）更软切换上面主要介绍了切换的类型以及软切换实现过程和更软切换的概念，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。例如，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。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。3）更软切换在三方切换时，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IP或ATM接口，才能实现MSC间的软切换。4）三种切换方式的比较三种切换方式的比较如表2-3所示。5）其他切换之空闲切换另外需要提到的一个概念就是空闲切换。下面介绍在IS-95系统系统中，空闲切换的时机及工作原理。当移动台在空闲状态下，从一个小区移动到另一个小区时，必须切换到新的寻呼信道上，当新的导频比当前服务