CDMA2000 中的软切换技术

CDMA2000 中的软切换技术

【摘要】本文主要讲述了有关 cdma2000 中软切换的基础知识，包括切换中所需的导频集合、导频的搜索与测量、切换参数与消息；软切换技术及其性能；进行软切换的依据和移动台宏分集的实现；软切换的实现过程；导频集的维护等等。其中重点讨论了在静态门限及动态门限下软切换的实现过程，并且比较了二者的不同，从而得出了在动态门限下软切换的性能比在静态门限下软切换的性能

要好。

【关键词】cdma2000；导频；导频集合；软切换；宏分集

0 引言

移动通信以其特有的灵活、便捷的优点符合了现代社会人们对通信技术的要求，成为20世纪80 年代中期以来发展最为迅速的通信方式。而 cdma 技术则是移动通信的“宠儿”，在短短的几年时间里，已经在技术上获得了巨大的突破。软切换是 cdma 系统的关键技术之一，已成功应用于 is-95/cdma 系统，并被第三代移动系统所采纳。本文将重点研究 cdma2000 系统中软切换技术及其实现的考虑。

1 切换概述

在移动通信系统中，对于正在通信中的移动台，当它从一个基站的覆盖区移动到另一个基站的覆盖区域时，为了保证通信的连续性，网络控制系统会启动切换过程，将移动台与网络之间的通信链路从当前基站转移到新的基站，以保证用户业务的连续传输。所谓

切换（ho， handoff），通常就是指移动台在通信期间，由于位置发生改变，而改变与网络的连接关系的过程，也称为越区切换或称为自动链路转移（automatic link transfer， alt）

切换过程中，通信链路的转移不能影响通话的进行，必须顺利完成，时间要求短，完全自动进行，用户感觉不到，即对用户来说是透明的。在蜂窝移动通信系统中，小区的覆盖范围越小，用户的移动速度越快，则切换的处理越频繁。

越区切换包括以下三个方面的问题：

（1）越区切换的准则，也就是何时需要进行越区切换；

（2）越区切换如何控制；

（3）越区切换时信道如何分配。

1.1 切换分类

根据切换发生时，移动台与原基站以及目标基站连接方式的不同，可以将切换分为硬切换与软切换两大类

1.1.1 硬切换（hho， hard handoff）

硬切换是指在新的通信链路建立之前，先中断旧的通信链路的切换方式，即先断后通，在整个切换过程中移动台只能使用一个无线信道。在从旧的服务链路过渡到新的服务链路时，硬切换存在通话中断，但是时间非常短，用户一般感觉不到。在这种切换过程中，可能存在原有的链路已经断开，但是新的链路没有成功建立的情况，这样移动台就会失去与网络的连接，即产生掉话。

采用不同频率的小区之间只能采用硬切换，所以模拟系统和

tdma 系统（如 gsm系统）都是采用硬切换的方式。

硬切换方式的失败率比较高，如果目标基站没有空闲的信道或者切换信令的传输出现错误，都会导致切换失败。此外，当移动台处于两个小区的交界处，需要进行切换时，由于两个基站在该处的信号都较弱并且会起伏变化，这就容易导致移动台在两个基站之间反复要求切换，即出现“乒乓效应”，使系统控制器的负载加重，并增加通信中断的可能性。根据以往对模拟系统、tdma 系统的测试统计，无线信道上 90%的掉话是在切换过程中发生的。

1.1.2 软切换（sho， soft handoff）

软切换是指需要切换时，移动台先与目标基站建立通信链路，再切断与原基站的通信链路的切换方式，即先通后断。软切换只有在使用相同频率的小区之间才能进行，因此模拟系统、tdma 系统不具有这种功能。它是 cdma 蜂窝移动通信系统所独有的切换方式。

在 cdma 移动通信系统中，采用软切换可以带来以下好处：（1）高切换成功率

在软切换过程中，移动台同时与多个基站进行通信，只有当移动台与新的基站建立起稳定的通信之后，原有的基站才会中断其通信控制。因此，与硬切换相比，软切换的失败率相对比较小，有效地提高了切换的可靠性，大大降低切换造成的掉话。

（2）增加系统容量

当移动台与多个基站进行通信时，有的基站命令移动台降低发射

功率，这时移动台优先考虑降低发射功率的命令。cdma 系统是自干扰系统，降低了发射功率，实际上就降低了背景噪声，从而增加了系统容量。

（3）提高通信质量

软切换过程中，在前向链路，多个基站向移动台发送相同的信号，移动台解调这些信号，就可以进行分集合并，从而提高前向链路的抗衰落能力。在反向链路，多个基站接收到一个移动台的信号，通常这些基站进行解调后送至 bsc，在 bsc 用选择器选择质量最高的一路作为输出，从而实现反向链路的分集接收。因此，采用软切换可以提高接收信号的质量。

但是软切换也有一些缺点，如导致硬件设备的增加、占用更多的资源，当切换的触发机制设定不合理导致过于频繁的控制信息交互时，也会影响用户正在进行的呼叫质量，等等，但对 cdma 系统来说，系统容量的瓶颈主要不在于硬件设备资源，而是系统自身的干扰。

软切换中还包括更软切换（softer handoff）。所谓更软切换是指在同一个小区的不同扇区之间进行的软切换。与此对应，软切换通常指不同小区之间进行的软切换。在软切换过程中，会同时占用两个基站的信道单元和 walsh 码资源，通常在基站控制器（bsc）完成前向链路帧的复制和反向链路帧的选择。更软切换则不用占用新的信道单元，只需要在新扇区分配 walsh 码，从基站送到 bsc 的只是一路话音信号。

软切换是 cdma 系统特有的关键技术之一，是系统重要的无线资源控制机制，也是网络优化的重点。软切换算法和相关参数的设置对系统容量和服务质量有重要影响。软切换用户的比例过低会降低宏分集增益，降低系统容量；而如果比例过高则会占用过多的基站发射功率以及 walsh 码资源等无线资源，同样会造成系统容量的下降。

1.2 切换过程

切换的过程一般可以分为以下 3 个阶段：

1.2.1 路监视和测量

监视的参数通常是接收到的信号强度，也可以是信噪比、误比特率等参数。在监视阶段，由移动台完成对前向链路的测量，包括信号质量、本小区和相邻小区的信号强度，而反向链路的信号质量则由基站测量，测量结果发送给相邻的网络单元、移动台、bsc 以及msc。

1.2.2 标小区的确定和切换触发

这一阶段也称为切换决策。在这一阶段，将测量结果与预先定义的门限值进行比较，确定切换的目标小区，决定是否启动切换过程。切换策略必须指定合适的门限值，以保证切换的顺利进行，并减少不必要的越区切换，降低切换时延。

在决定是否启动切换时，很重要的一点是要保证检测到的信号强度下降不是因为瞬时的衰减，而是由于移动台正在离开当前服务的基站。为了保证这一点，通常的做法是在准备切换之前，先对信号