CDMA的软切换与硬切换

2009年第3期1概论无线通信为移动通信的实现提供了基础，而无线网络的有效覆盖范围决定了移动通信的服务区域。

由于发射无线信号的天线（基站）不可能无限高，发射功率也不可能无限大，而手机的功率更加有限，因此单独一个天线（基站）的服务范围（小区）是非常有限的。

要实现全国的无线覆盖，系统必定由许许多多的小区构成。

手机通话时，若从一个小区（小区A）移动到另外一个小区（小区B），可能出现信号衰减、频道干扰增加等情况，这些都会影响用户的通话质量。

这时系统可以让手机选择一个更好的信号，如小区B提供的信号。

那么无线信道提供者也要由小区A改变为小区B，就像现实生活中地铁换乘一样。

在超越小区边界时，手机与基站间的无线信道从当前基站（小区A）变换到手机与另外一个基站（小区B）的无线信道，或者变换到同一基站的另外一个无线信道，这一过程称为切换。

因此，有小区存在就有切换存在。

在GSM系统中，用户话务信道是基于频率和时隙来区分的。

相邻小区不能使用相同的频率（即使用相同频率的不同小区之间要有空间上的隔离带），以避免同频干扰。

而CDMA系统是以编码而非频率区分用户的话务信道，频率复用系数可以是1，即CDMA系统中同频小区之间不需要空间上的隔离。

切换的概念在GSM系统中就存在，GSM系统中相邻小区信号强度超过阈值时，移动台就开始切换。

先切断与原小区连接，然后再建立与新小区连接，称为硬切换。

硬切换发生时，手机总是先释放原基站的信道，然后才能获得新基站分配的信道，是一个“释放—建立”的过程。

在CDMA系统中，硬切换通常发生在两个BSC之间或者两个MSC之间，两者之间是一种竞争的关系。

如果在一定区域里两者之间信号强度剧烈变化，手机就会来回切换，产生所谓的“乒乓效应”。

这样一方面给交换系统增加了负担，另一方面也增加了掉话的可能性。

在CDMA系统中，由于频率复用系数可以为1，因此，相邻小区话务信道频率可能相同，为当前小区到邻近小区进行无间断切换（即手机同时保持与相邻小区的话务信道）提供了基础，即所谓的软切换。

若手机处于切换状态下，同时会有多个基站对它进行监测。

系统中的基站控制器逐帧比较来自各个基站的、有关这部手机的信号质量报告，选用最好的一帧。

因此，软切换是一个“建立—比较—释放”的过程。

软切换通常发生在同一BSC下、不同BTS之间，也可以发生在同一MSC下、不同BSC之间。

由上述可知，按照切换时是否发生频率变更或同步的重建可分为硬切换、软切换，软切换又包含更软切换。

硬切换需要移动台改变频率或者重建同步，通常是BSC间以及MSC间的切换。

软切换不需要移动台改变频率或者重建同步，通常是BSC内BTS 间的切换。

更软切换发生在BTS的不同扇区之间，属于BTS内切换。

按照移动用户在切换过程中所处位置的不同，CDMA的软切换与硬切换杨威（上海贝尔股份有限公司，上海市201206）摘要文章简要介绍了移动通信中切换现象的成因，通过GSM系统与CDMA系统的对比，说明为什么CDMA系统能实现软切换，解释了软切换能提供比硬切换更佳用户感受的原因，详细介绍了CDMA系统软切换、更软切换、硬切换的流程，比较了其中异同点，最后提供了涉及第三方MSC硬切换的流程，使得读者对CDMA网络切换有更全面的了解。

关键词CDMA；软切换；硬切换；更软切换；流程202009年第3期可分为以下几类：a ）BTS 内切换：切换发生在BTS 的不同扇区之间，这类切换属于更软切换。

更软切换可以仅由BTS 的功率控制功能完成。

b ）BSC 内切换：切换源小区和目的小区处于同一BSC 下，通常这类切换为软切换。

c ）MSC 内BSC 间切换：切换源小区和目的小区处于同一MSC 的不同BSC 下，通常这类切换为硬切换。

d ）MSC 间切换：切换源小区和目的小区处于不同MSC 下，这类切换通常为硬切换。

以上是在通常情况下，在实际应用中，各厂商通过不同技术手段，能实现同厂商BSC 间、甚至MSC 间软切换。

2切换原理与流程在硬切换发起和执行过程中，手机不能同时与两个基站保持业务信道的通信，是“释放—建立”的过程。

软切换是“建立—比较—释放”的过程。

CDMA 系统中，如果最初的信道和新的信道占用相同的频段时，允许手机同时与两个基站保持业务信道的通信。

根据来自两个或多个基站导频信号强度的变化，最终确定与其中信号最强的那个基站保持联系并进行通信。

因此，软切换能保证移动台始终与它接收到信号最强的那个基站保持连接，而硬切换不能保证这一点。

这也是软切换通话质量好、成功率高的重要原因。

2.1软切换/更软切换原理与流程CDMA 软切换由手机驱动。

软切换/更软切换流程如下：（1）手机不断检查可以得到的导频并测试其强度，当超过一定阈值时，发送PSMM （PILOTSTRENGTH MEASUREMENT MESSAGE ）消息给BSC ，要求系统将信号最好的信道分配给它。

（2）基站收到后，发送BASE STATION ACKNOWLEDG-MENT ，进行确认。

（3）基站准备好资源后，紧接着发送Extended Handoff Direction 消息，指导移动台开始与某些请求导频进行切换。

（4）手机发送MO-BILE STATION ACKNOWLEDGMENT 确认。

（5）手机快速重新检查这些导频，若没有问题，就发送Handoff Completion Message ，确认切换继续进行。

（6）基站发送BASE STATION ACKNOWLEDG-MENT 确认。

（7）对应于手机通过Handoff Com-pletion Message 上报的新的活动导频,基站产生一个新的组合邻区列表，为下一步可能的切换做好准备，并通过NEIGHBOR LIST UPDATE MESSAGE 发送给手机。

（8）移动台发送MOBILE STATIONACKNOWLEDGMENT 给基站，确认收到Neighbor List Update Message ，并开始利用新的邻区表进行搜索。

完整的切换到此为止。

软切换不需要MSC 进行控制，而是由BSC 完成。

在切换成功后，BSC 通知MSC 该移动台已经完成了软切换过程，并告诉MSC 已经切换的小区的CELLID 。

CDMA 更软切换是由基站完成的，并不通知MSC 。

对于同一移动台，不同扇区天线的接收信号对基站来说就相当于不同的多径分量被合成一个话音帧送至选择器，作为此基站的语音帧。

而软切换是由手机协助完成的，将来自不同基站的信号都送至选择器，由选择器选择最好的一路，再进行话音编解码，送到MSC 。

应当注意，更软切换并没有占用ABIS 接口链路的资源，它只是占用了空中接口链路的资源。

其他切换的原理与软切换基本相同。

2.2硬切换原理与流程BSC 之间以及MSC 之间有可能发生硬切换。

1）BSC 之间的硬切换流程（1）移动台报告探测到有更强的信号，源BSC 推荐若干个目的BSC 的小区，向MSC 发送携带有目的小区编码的Handoff Required 切换申请消息。

（2）MSC 向目的BSC 发送Handoff Request 切换请求消息，携带相关信道参数及其他切换必需参数。

（3）目的BSC 向MSC 发送Handoff RequestAcknowledge 切换请求证实消息。

（4）收到Handoff Request Acknowledge 切换请求证实消息后，表明目的BSC 可以接受该手机切换并已经准备好资源，MSC 向源BSC 发送Handoff Command 切换命令消息，其中携带Handoff Request Acknowledgement 切换请求证实消息中的service option 业务选项。

（5）源BSC 向手机发送切换命令，手机接收后回馈源BSC 确认消息。

同时，手机向目标MSC 进行连接尝试，成功后发送切换确认信息。

（6）源BSC 向MSC 发送Handoff Commenced 切换开始消息，通知MSC 移动台已经开始尝试转移到目的BSC 的信道上。

（7）目的BSC 发送Handoff Complete 切换完成消息到MSC ，通知MSC 移动台已经成功地完成212009年第3期硬切换。

（8）MSC向源BSC发送Clear Command 清除命令。

（9）源BSC向MSC发送Clear Complete 清除完成消息，通知MSC清除完成。

至此，移动台通过硬切换，断开与源BSC连接，而连接到目的BSC，与对方通话。

2）MSC之间的硬切换流程手机由MSC A硬切换到MSC B的过程如下：（1）源MSC A依据其内部算法，决定是否要切换到某一相邻MSC。

MSC A发送HANDMREQ消息给候选MSC（可能会发送多个信息分别至不同的候选MSC）。

（2）候选MSC B测试手机的信号强度，并将结果放在handmreq消息中发送给MSC A。

（3）源MSC A决定将候选MSC B设定为目标MSC，并发送FACDIR信息给MSC B，要求进行前向切换初始化工作。

（4）MSC B为目标小区语音信道的准备工作完毕并验证可用后，发送facdir给MSC A，并启动前向切换流程。

（5）MSC A接收到facdir消息后，发送Mobile Handoff Order信息给手机。

（6）手机切换到预设的语音信道上后，MSC B 将该语音信道与MSC A-B间的中继相连接，MSC B发送MSONCH给MSC A，通知硬切换已经成功完成。

（7）MSC A收到该信息，即标志本次MSC间硬切换成功完成。

3）涉及第三方MSC间硬切换流程手机呼叫始于MSC A，当前已切换至B，准备切换到C。

最终的话务信道由A到B再到C。

其信令流程和上述的MSC间硬切换相仿，不再赘述。

4）直达路径至第三方MSC硬切换流程该流程与上述的涉及第三方MSC间硬切换差异在于源MSC与目标MSC间话务信道可以直达。

手机呼叫始于MSC A，当前已切换至B，准备切换到C。

最终话务信道是从A直接建立到C，不需要B 中转。

其信令流程如下：（1）服务MSC B依据其内部算法，决定是否要切换到某一相邻MSC。

MSC B 发送HANDMREQ消息给候选MSC（可能会发送多个信息分别至不同的候选MSC）。

（2）候选MSC C测试手机的信号强度，并将结果放在handmreq消息中发送给MSC B。

（3）MSC B判定应该硬切换至目标MSC C，并且目标MSC C与源MSC A可实现直达路径。

MSC B发送HANDTHIRD给源MSC A，请求A建立直达信道至C。

（4）源MSC A 确认至MSC C有可用的直达中继，便发送FACDIR信息给MSC C，要求进行前向切换初始化工作。

（5）MSC C为目标小区的语音信道准备工作完毕并验证可用后，发送facdir给MSC A，并启动前向切换流程。