WCDMA专题讲座-切换技术

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1、WCDMA专题讲座切换技术切换技术切换技术切换技术切换（handoff)的定义：切换是指移动台从一个基站或信道转移到另一个基站或信道的过程。在3GPP中，切换是指无线接入网改变提供承载业务的无线发射装置或无线接入模式或无线系统，同时保证承载业务的QoS达到一定的级别。什么是切换？模拟系统中，以基站测量信号结果作为切换判决依据。第二代无线蜂窝系统中（主要是GSM），要根据移动台测量信号结果进行切换判决，是一种移动台辅助切换（MAHO）。只能进行硬切换。第三代无线蜂窝系统中，移动台具有更大的主动性，逐步向MCHO演进。切换的演进?提纲4 硬切换技术提纲4 硬切换技术?提纲提纲提纲提纲4 4 4 4

2、 硬切换技术硬切换技术硬切换技术硬切换技术?提纲2 切换的分类提纲2 切换的分类?提纲提纲提纲提纲2 2 2 2 切换的分类切换的分类切换的分类切换的分类?提纲5 WCDMA切换技术提纲5 WCDMA切换技术?提纲提纲提纲提纲5 WCDMA5 WCDMA5 WCDMA5 WCDMA切换技术切换技术切换技术切换技术?提纲1 切换基本概念提纲1 切换基本概念?提纲提纲提纲提纲1 1 1 1 切换基本概念切换基本概念切换基本概念切换基本概念?提纲6 HCS(分层小区结构)的切换提纲6 HCS(分层小区结构)的切换?提纲提纲提纲提纲6 6 6 6 HCS(HCS(HCS(HCS(分层小区结构分层小区结

3、构分层小区结构分层小区结构)的切换的切换的切换的切换?提纲3 软切换技术提纲3 软切换技术?提纲提纲提纲提纲3 3 3 3 软切换技术软切换技术软切换技术软切换技术切换的分类1?不同NodeB间同频切换?不同RNC间同频切换 软切换：软切换：?同一NodeB不同扇区间切换 更软切换：更软切换：?频间切换?不同3G系统间切换?不同接入技术间切换 硬切换：硬切换：WCDMA系统支持的各种切换切换的分类2 RNS RNC RNS RNC Core Network Node B Node BNode BNode BIuIuIurIubIubIub IubUERadio LinkUuUEUE?提纲4 硬

4、切换技术提纲4 硬切换技术?提纲提纲提纲提纲4 4 4 4 硬切换技术硬切换技术硬切换技术硬切换技术?提纲2 切换的分类提纲2 切换的分类?提纲提纲提纲提纲2 2 2 2 切换的分类切换的分类切换的分类切换的分类?提纲5 WCDMA切换技术提纲5 WCDMA切换技术?提纲提纲提纲提纲5 WCDMA5 WCDMA5 WCDMA5 WCDMA切换技术切换技术切换技术切换技术?提纲1 切换基本概念提纲1 切换基本概念?提纲提纲提纲提纲1 1 1 1 切换基本概念切换基本概念切换基本概念切换基本概念?提纲6 HCS(分层小区结构)的切换提纲6 HCS(分层小区结构)的切换?提纲提纲提纲提纲6 6 6

5、6 HCS(HCS(HCS(HCS(分层小区结构分层小区结构分层小区结构分层小区结构)的切换的切换的切换的切换?提纲3 软切换技术提纲3 软切换技术?提纲提纲提纲提纲3 3 3 3 软切换技术软切换技术软切换技术软切换技术软切换软切换是CDMA特有的切换方式软切换基本步骤：测量，处理，判决，执行。软切换软切换1在切换测量阶段，移动台要测量下行链路的信号，该移动台所属的小区及临近小区的信号移动站测量两个基站的下行定时差别；基站需要测量上行链路的信号。根据测量数据的多少，各部分的数据分别进行正常的加权平均等处理。根据处理后的测量结果，依据一定的切换算法，确定切换目标小区。对切换目标小区进行接纳控制

6、，确定最终目标小区。在执行阶段，移动台进入软切换状态，新的链路信号加入或释放。软切换2软切换中，上行信号在RNC软切换中，上行信号在RNC中进行合并；中进行合并；更软切换中，上行在NodeB更软切换中，上行在NodeB中进行合并；中进行合并；下行信号均在UE中合并下行信号均在UE中合并移动台合并功率移动台合并功率各自小区的接收能量各自小区的接收能量软切换3软切换的合并方式：最大比合并：各支路信噪比叠加选择分集：选择最优支路等增益合并：各支路权重相同反馈分集：与预置门限相比软切换4软切换实现的方法之一：SSDTSSDT（Site Selection Diversity TPC）(b)Propos

7、ed TPC(a)Conventional TPC软切换5接收信号接收信号发射信号发射信号RAKE 接收技术有效地克服多径干扰，提高接收性能接收技术有效地克服多径干扰，提高接收性能接收机单径接收电路单径接收电路单径接收电路搜索器计算信号强度与时延合并合并后的信号tts(t)s(t)软切换6软切换的同步在软切换过程中，必须考虑不同基站的异步性。在进入软切换前，移动台测量两个基站的下行的定时差别。移动台将定时差别报告给服务基站。基站调整新的下行软件切换连接的时间这样能够使移动站的RAKE接收机从两个基站接收某宏分集的能量。SRNC重定位核心网核心网源源RNC目标目标RNCIuIur核心网核心网源源

8、RNC目标目标RNCIuIur核心网核心网源源RNC目标目标RNCIuIur核心网核心网源源RNC目标目标RNCIuIur?提纲4 硬切换技术提纲4 硬切换技术?提纲提纲提纲提纲4 4 4 4 硬切换技术硬切换技术硬切换技术硬切换技术?提纲2 切换的分类提纲2 切换的分类?提纲提纲提纲提纲2 2 2 2 切换的分类切换的分类切换的分类切换的分类?提纲5 WCDMA切换技术提纲5 WCDMA切换技术?提纲提纲提纲提纲5 WCDMA5 WCDMA5 WCDMA5 WCDMA切换技术切换技术切换技术切换技术?提纲1 切换基本概念提纲1 切换基本概念?提纲提纲提纲提纲1 1 1 1 切换基本概念切换基

9、本概念切换基本概念切换基本概念?提纲6 HCS(分层小区结构)的切换提纲6 HCS(分层小区结构)的切换?提纲提纲提纲提纲6 6 6 6 HCS(HCS(HCS(HCS(分层小区结构分层小区结构分层小区结构分层小区结构)的切换的切换的切换的切换?提纲3 软切换技术提纲3 软切换技术?提纲提纲提纲提纲3 3 3 3 软切换技术软切换技术软切换技术软切换技术硬切换1硬切换是无线通信系统普遍采用的切换方式，WCDMA硬切换具有以下的特点：UE具有更大主动性，可以发起前向硬切换。通过压缩模式，实现频间硬切换。硬切换2UE发起的前向硬切换特点：在Cell_PCH和Cell_FACH连接状态下UE独立发起

10、UE根据小区重选结果发起硬切换3为什么频间硬切换使用压缩模式？减少测量干扰。WCDMA的上行的发送功率会泄露到GSM下行的接收功率谱中，影响接收。降低硬件实现难度。增加了设备的成本和大小，以及硬件实现困难和加多30%左右的功耗。硬切换4硬切换中压缩模式的实现方式：#14#Nfirst-1(1)单帧方式(2)双帧方式 第一个无线帧第二个无线帧 无线帧长 发送间隙#0#14#Nlast+1#Nfirst-1#Nlast+1#0 发送间隙?提纲4 硬切换技术提纲4 硬切换技术?提纲提纲提纲提纲4 4 4 4 硬切换技术硬切换技术硬切换技术硬切换技术?提纲2 切换的分类提纲2 切换的分类?提纲提纲提纲

11、提纲2 2 2 2 切换的分类切换的分类切换的分类切换的分类?提纲5 WCDMA切换技术提纲5 WCDMA切换技术?提纲提纲提纲提纲5 WCDMA5 WCDMA5 WCDMA5 WCDMA切换技术切换技术切换技术切换技术?提纲1 切换基本概念提纲1 切换基本概念?提纲提纲提纲提纲1 1 1 1 切换基本概念切换基本概念切换基本概念切换基本概念?提纲6 HCS(分层小区结构)的切换提纲6 HCS(分层小区结构)的切换?提纲提纲提纲提纲6 6 6 6 HCS(HCS(HCS(HCS(分层小区结构分层小区结构分层小区结构分层小区结构)的切换的切换的切换的切换?提纲3 软切换技术提纲3 软切换技术?提

12、纲提纲提纲提纲3 3 3 3 软切换技术软切换技术软切换技术软切换技术切换技术的发展1切换性能相关参数定义：呼叫阻塞概率：指的是新增呼叫被阻塞的概率。切换阻塞概率：指的是切换被阻塞的概率。切换概率：在一个特定小区正在进行的呼叫，在呼叫终止前要求切换的概率。呼叫掉话概率：由于切换失败而导致呼叫中断的概率。不必要切换的概率：当前无线链路质量尚好，而呼叫却要求切换的概率。切换率：单位时间内切换的次数。中断持续期：切换时移动终端不和任何基站连接的时间段。(此时RNC排队将发给UE的消息)切换延时：切换从应该发起时刻到实际发起时刻之间的延时。WCDMA切换的判决方法切换的判决方法切换是怎么判决的？基本的

13、切换判决方法1在得到测量信号后，判决是否发生切换的方法：相对信号强度判决法带门限的相对信号判决法具有滞后控制的相对信号判决法具有门限和滞后参数的相对信号判决法信号预测判决法基本的切换判决方法2 来自小区 1 的信号 来自小区 2 的信号 时间 T信号强度 （CPICH 的Ec/I0）A相对信号强度判决法：移动台对属于有效集内的基站信号强度进行比较，选择信号强度最强的基站作为切换后选基站。基本的切换判决方法3带门限的相对信号判决法：移动台只有在当前信号强度足够低，低于某个门限值而另一基站的信号强度又高于当前信号强度值时才发起切换。来自小区 1的信号 来自小区 2的信号 时间 T信号强度 AT1

14、T2 B基本的切换判决方法4具有滞后控制的相对信号判决：只有当新基站的信号强度超过旧基站的信号强度达到某个门限值时移动台才发生切换。来自小区 1的信号 来自小区 2的信号 时间 T信号强度 滞后门限滞后门限基本的切换判决方法5具有门限和滞后参数的相对信号判决：只有当信号电平低于门限值，且当前基站的信号强度比目标基站的信号强度低于某个值时才发生切换。来自小区 1 的信号 来自小区 2 的信号 时间 信号强度AT1T2滞后门限基本的切换判决方法6信号预测判决法：基于接收信号强度的变化趋势决定是否切换。基本的切换判决方法7WCDMA中通用的切换判决方法：来自小区 1的信号 来自小区 2的信号 来自小

15、区 3的信号 时间 信号强度 TA滞后门限滞后门限TWCDMA切换的控制方法切换的控制方法基于移动环境的切换控制平衡式切换控制具有优先权的切换控制基于移动环境的切换控制1基本思想：基于移动模型确定切换目标小区信号强度预测和目标小区联合预测移动方向预测减少不必要的切换提前预测目标小区此方法的优点：基于移动环境的切换控制2信号强度预测和目标小区联合预测：基于减少切换次数的思想信号强度预测基于最小均方自适应估计目标小区确定基于移动模型基于移动环境的切换控制3移动方向预测法基于减少切换目标小区的思想以服务基站同步信道的当前广播时间为基准，结合移动台接收到的导频信号强度的变化率，预测移动台切换呼叫的强制

16、中断时间。平衡式切换控制1基本思想：最有效地利用无线资源，使系统容量达到最大；又要保证切换失败概率降低到一个预定门限值之下控制新增呼叫允许率，调整新增呼叫和切换呼叫的信道共享率在切换失败概率和新呼叫阻塞概率达到平衡时，确定信道共享率。此方法的优点：控制切换失败概率控制呼叫阻塞概率使上述两者达到一个平衡具有优先权的切换控制具有优先权的切换控制1 1主要思想：设定切换优先级高于新呼叫优先级，优先分配信道给切换呼叫。实际是一种信道分配方法。预留信道法（保护信道法）切换排队法自适应QOS切换法QoS:3GPP系统向用户提供的各种业务的质量,通过传输时延、业务保证速率、业务处理优先级等参数保证。具有优先

17、权的切换控制具有优先权的切换控制2 2预留信道法（保护信道法）：一定数量的信道供切换呼叫专用,但由于是静态分配信道，造成资源的浪费，降低了总业务量。缺点：资源浪费。具有优先权的切换控制具有优先权的切换控制3 3切换排队法：切换呼叫进行排队，一旦有空闲信道再分配给切换呼叫。缺点：延时较大，不适用于实时业务。具有优先权的切换控制具有优先权的切换控制4 4自适应QOS切换法：根据呼叫阻塞概率和切换失败概率将信道分为全速率和半速率两种，当有新的切换请求到来，而小区内又没有空闲信道时，小区内的某些全速率信道可以临时分为两个半速率子信道，一个子信道用作切换，另一个子信道供当前已建立连接的呼叫使用缺点：切换

18、中，服务质量降低。WCDMA切换的优劣切换的优劣哪一个好呢？如何评价切换的优劣1不必要的切换次数尽量少切换的延时尽量小要保证切换过程中的QOS切换对容量的影响切换的实现不能增加硬件的实现难度切换失败率和呼叫阻塞率达到一个平衡如何评价切换的优劣2WCDMA系统对不必要的切换次数的抑制采用相对信号判决方法和3G通用切换方法的比较：来 自 小 区 1 的 信 号 来 自 小 区 2 的 信 号 时 间 信 号 强 度 滞 后 门 限滞 后 门 限ABE CF如何评价切换的优劣3WCDMA系统对切换的延时的限制：软切换延时：小于50+10*KC+100*OC ms硬切换切换时延：小于（80ms+中断时

19、间）中断时间（不用压缩模式）小于 TIU+40+20*KC+150*OC中断时间（使用压缩模式）小于 TIU+40+50*KC+150*OCKC：激活集中已知小区OC：激活集中未知小区如何评价切换的优劣4WCDMA系统对QOS的保证对于业务的QOS有具体的指标，达到这些指标要求就能够满足业务要求。WCDMA系统对的硬件实现上的考虑采用压缩模式实现频间切换。如何评价切换的优劣5切换对系统容量的影响：上行系统容量增加下行：总体上增加系统容量1）UE合并增益，增加系统容量；2）发射源增加，降低系统容量；切换算法举例1这是一个基于切换排队的切换算法基本算法描述如下：针对话音切换呼叫和数据切换呼叫，分别

20、设置了不同的缓冲器M1、M2和定时器T1、T2当系统无空闲信道时，切换呼叫进入缓冲器，同时启动定时器T1、T2（T1T2)新呼叫和切换呼叫共享系统信道，当系统无空闲信道时，新呼叫立即被阻塞，而切换呼叫则可进入缓冲器，等待服务。在定时器超时前，一旦系统有空闲信道，切换呼叫可立即占用这些信道，接受服务。呼叫到达计算小区内干扰计算小区间干扰计算总干扰确定干扰门限C新或切换呼叫接入接入阻塞话音或数据进入缓冲器M1启动定时器T1进入缓冲器M2启动定时器T2定时器超时接入阻塞在干扰门限内？在 干 扰 门 限内？基于切换排队的切换算法流程基于切换排队的切换算法仿真仿真条件：泊松到达指数驻留00.0020.0

21、040.0060.0080.010.0120.01412451020到达率/服务率阻塞概率数据新呼叫（M1=5,M2=10)数据切换呼叫(M1=5,M2=10)数据新或切换呼叫（M1=M2=0)00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0091245102040到达率/服务率阻塞概率话音新呼叫（M1=5,M2=10)话音切换呼叫（M1=5,M2=10)话音新或切换呼叫（M1=M2=0)?提纲4 硬切换技术提纲4 硬切换技术?提纲提纲提纲提纲4 4 4 4 硬切换技术硬切换技术硬切换技术硬切换技术?提纲2 切换的分类提纲2 切换的分类?提纲提纲提纲提纲

22、2 2 2 2 切换的分类切换的分类切换的分类切换的分类?提纲5 切换技术的发展提纲5 切换技术的发展?提纲提纲提纲提纲5 5 5 5 切换技术的发展切换技术的发展切换技术的发展切换技术的发展?提纲1 切换基本概念提纲1 切换基本概念?提纲提纲提纲提纲1 1 1 1 切换基本概念切换基本概念切换基本概念切换基本概念?提纲6 HCS(分层小区结构)的切换提纲6 HCS(分层小区结构)的切换?提纲提纲提纲提纲6 6 6 6 HCS(HCS(HCS(HCS(分层小区结构分层小区结构分层小区结构分层小区结构)的切换的切换的切换的切换?提纲3 软切换技术提纲3 软切换技术?提纲提纲提纲提纲3 3 3 3

23、 软切换技术软切换技术软切换技术软切换技术HCS的定义HCS（HierarchicalCellularSystem/Structure):分层小区系统/结构。主要构成：卫星蜂窝层，宏蜂窝层，微蜂窝层，微微蜂窝层。HCS的作用覆盖更充分系统容量更大切换机制更复杂无线资源管理更复杂HCS中的切换控制1HCS中切换的基本原则：快速移动用户优先在宏蜂窝间切换慢速移动用户优先在微蜂窝间切换室内用户驻留在微微蜂窝不切换各层间保持负荷平衡低层容量受限制通过向上层切换解决两个关键点：移动用户移动速度的确定选择目标小区（择层）的算法HCS中的切换控制2HCS中切换的确定移动台的移动速度是一个关键点。移动台速度的

24、判决方法：根据UE在小区中的驻留时间判断根据一段时间内切换次数预测信号的频偏根据信号强度的变化率HCS中的切换控制3残余小区逗留时间策略利用时间门限进行层与层之间的选择功率电平补偿策略利用功率补偿和时间门限相结合进行层选指数平均策略利用时间门限进行层与层之间的选择模糊择层策略把信道利用率和时间门限相结合，通过模糊函数集和模糊算法来进行层选缺点：时间门限仍是相对固定的，时间门限的确定有赖于小区均值逗留时间HCS中的切换控制4自适应择层策略主要考虑以下几个方面：在自适应控制择层策略中设置了一个准快速门限和一个快速门限，准快速门限在一般情况下防止会使信令负载增加太大的移动用户被接入微小区层，只有在特

25、殊情形中才允许此类移动用户被接入微小区层；快速门限防止来不及建立切换连接的移动用户被接入微小区层；此外还设立了一个慢速门限，尽量防止占用宏小区层过多时间的慢速用户被接入宏小区层。HCS中的切换控制5当微小区的信道利用率和宏小区的信道利用率都高或低时，确定的速度门限不能低于慢速门限，也不能高于准快速门限，防止可能引起信令负载过度增加的准快速移动用户被接入微小区层，同时也防止占用宏小区层过多时间的慢速用户被接入宏小区层。当微小区的信道利用率低而宏小区的信道利用率高时，确定的速度门限可以高于准快速门限，以便让更多的呼叫业务接入微小区。若宏小区信道利用率低而微小区信道利用率高时，确定的速度门限可以低于

26、慢速门限，但不能高于准快速门限，以便让更多的呼叫业务接入宏小区层。HCS中的切换控制6自适应择层算法描述1）分别计算宏小区和微小区的信道利用率Uma和Umi，设置慢速门限Vs、准快速门限Vf1、快速门限Vf，计算慢速时间门限Ts、准快速时间门限Tf1、快速时间门限Tf2。2）当呼叫业务到达时，若Umi 1，Uma=1，该呼叫接入微小区；若Umi=1，Uma Umi，该呼叫业务被接入微小区，否则被接入宏小区。4）当（UmaUb,UmiUb,UmiUb时，确定的速度门限不能低于慢速门限Vs，也不能高于准快速门限Vf1，防止可能引起信令负载过度增加的准快速移动用户被接入微小区层，同时也防止占用宏小区

27、层过多时间的慢速用户被接入宏小区层。当（UmaUb而UmiUb）时，确定的速度门限可以高于准快速门限Vf1，以便让更多的呼叫业务接入微小区。当（UmaUb）时，确定的速度门限可以低于慢速门限Vs，但不能高于准快速门限Vfs，以便让更多的呼叫业务接入宏小区层。制8自适应择层算法仿真仿真条件及结果宏：1KM微：300M呼叫泊松到达信道占用符合指数分布00.010.020.030.040.050.52.54.56.58.5新呼叫业务到达率新 呼 叫 业 务 阻 塞 概 率ACLSSRCDTS00.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.04513579切换呼叫业务到达

28、率切换呼叫业务失败概率ACLSSRCDTSACLSS：自适应算法RCDTS：残留小区逗留时间算法HCS的小区选择和重选1本章主要介绍HCS中小区选择和重选的基本方法，根据小区重选发起的前向硬切换过程。HCS的小区选择和重选2小区选择小区选择是指手机开机后选择合适小区登记的过程。小区重选是指手机入网后不断监测周围小区，周期寻找是否有更合适的小区登记的过程。通过小区选择与重选使手机接入一个理想的小区，从而能够减少通话过程中的小区切换次数。HCS的小区选择和重选3小区选择方法：1）初始小区选择；2）保留信息小区选择；判决标准：FDD：Srxlev 0 且 Squal 0TDD：Srxlev 0Squ

29、al=Qqualmeas QqualminSrxlev=Qrxlevmeas-Qrxlevmin-PcompensationHCS的小区选择和重选4小区重选方法：快速移动用户，选择HCS优先级等于或小于服务小区的相邻小区。重选标准：1）R(小区等级)值最大且Squal 0,Srxlev 0的小区；2）H(质量等级门限)=0；Hs=Qmap,s-QhcssHn=Qmap,n-QhcsnTOn*LnRs=Qmap,s+QhystsRn=Qmap,n-Qoffsets,n TOn*(1 Ln)小区重选引起的前向硬切换过程发现其他小区更优，发起小区更新UE1UTRAN网络侧得到小区更新命令，重新分配资

30、源，并发回小区更新确认消息UE1得到新的RNTI，重新驻留到新的小区U ED R N Cs o u rc eD R N Cta rg e tS R N CR N S A PR N S A P8.C o m m o n T ra n s p.C h a n n e l R e s o u rc e s R e le a s eR N S A PR N S A P2.U p lin k S i g n a llin g T r a n s fe rIn d ic a tio n n e w C-R N T I,D-R N T I,U L m e s s a g e R N S A P3.C o m

31、 m o n T ra n s p.C h a n n e l R e s o u rc e sIn itia liz a tio n R e q u e s tR N S A PR R C1.C C C H:C e ll U p d a teR R C-re la yR R C6.D C C H:C e ll U p d a te C o n firmR R CR R C7.D C C H:R N T I R e lo c a tio n C o m p le teR R CR N S A PR N S A P4.C o m m o n T ra n s p.C h a n n e l R e s o u rc e sIn itia liz a tio n R e s p o n s e5.A L C A P Iu r b e a re r s e tu p谢谢大家！