浅谈移动通信的切换技术

发布: 2010-10-20 00:49 | 作者: | 来源: | 字体: 小中大

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浅谈移动通信的切换技术（赵如兵）
    所谓切换，是指当移动台在通话过程中从一个基站覆盖区移动到另一个基站覆盖区，或
者由于外界干扰造成通话质量下降时，必须改变原有的话音信道而转接到一条新的空闲话音
信道上，以继续保持通话的过程。正确认识和理解切换对我们的日常维护及网络优化有重要
作用。
    一、切换判决条件
    在移动通信系统中，我们一般可根据射频信号强度、载干比、移动台到基站的相对位置
来判断切换与否。
    1．依射频信号强度判决。射频信号强度（基站接收到的手机信号强度）直接反映了话音
传输质量的好坏，基站话音信道接收机连续对其进行测量，控制单元将测量值与门限值比较
，根据比较结果向交换机发出切换请求。
    2．依接收信号载干比判决。载干比是接收机接收到的载波信号与干扰信号的平均功率的
比值，反映了移动通信的通话质量。如在模拟移动通信系统（TACS）系统中，通话时基站会产
生连续的监测音（SAT），和话音一起传送，用于监测无线信道质量。一般来说，TACS要求载
干比大于17dB，而GSM、CDMA载干比分别大于9dB和7dB。当接收机接收到的载干比小于规定的
门限值时，系统就启动切换过程。
    3. 依移动台到基站的距离判决。一般而言，切换是由于移动台移动到相邻小区的覆盖范
围内，因此可根据其与基站及小区的距离作出是否要进行切换的判决。当距离大于规定值时，
发出切换请求。
    上述3种判决条件中，满足其中任一条件都将启动切换过程。但在实际应用时，由于在通
话过程中测量接收信号载干比有一定困难，而用距离判决时，测量精度很难保证，因此，大
多数的移动通信系统均使用射频信号强度作为判决切换与否的基准。基于信号强度的切换过程
如下：移动台从当前小区运动到相邻小区时，从两小区接收到的信号强度不断发生变化。一方
面，随移动台逐渐接近当前小区边界，信号强度和质量逐渐恶化，从某一点开始从相邻小区来
的信号强度开始高于当前小区；另一方面，相邻小区收到该移动台的信号强度也高于当前小区
收到的信号强度。在移动台与当前小区间的通信链路恶化到无法使用之前，或相邻小区的信号
强度高于当前小区信号强度一定值时，通话被切换到相邻小区。
    二、切换控制方式
    移动通信系统共有三种切换控制方式，即：移动台控制切换（MCHO）、网络控制切换（N
CHO）和移动台辅助切换（MAHO）。
    1．移动台控制切换（MCHO）。移动台控制切换是通过移动台持续监视通信端口的信号强
度和质量，当满足切换条件时，移动台选择一个最好的切换候选项并发出切换请求。目前欧
洲的增强型数字无绳技术（DECT）和北美的太平洋地区通信系统（PACS）均采用这种切换控制。
    2．网络控制切换（NCHO）。网络控制切换是通过通信端口监视信号强度和质量，当信号
恶化到低于某阈值时，网络就安排切换到新的通信端口。在此过程中，网络要求所有端口监视
由移动台来的信号，并将结果报告结网络。当网络选择新端口后，它同时通知新、旧端口完成
切换，移动台在切换过程中是被动的。目前的TACS及AMPS系统均采用这种切换控制，即由基站
检测，由交换中心控制完成，当前基站监视并测量所有通信链路，移动交换中心（MSC）命令
周围基站不时地测量各自的通信链路，基于这些测量，MSC决定何时何地发生切换。
    3．移动台辅助切换（MAHO）。移动台辅助切换可以说是网络控制切换（NCHO）的一种演
化，网络要求移动台测量周围端口的信号强度并报告给旧端口，然后由网络来判断是否切换和
切换到哪个端口。因此MA－HO是通过移动台测量通信链路，而由网络控制切换，在切换过程中
移动台和网络同时参与切换，移动台负责测量，网络负责判决，目前的GSM及CDMA系统均采用
这种切换控制。
    我国目前是TACS、GSM及CDMA多网并存的结构。在TACS系统中，由于采用网络控制切换方
式，由基站检测，交换中心控制完成，放信道监视和测量功能集中在基站，当基站判决要切换
时，必须请求和等待相邻基站的测量结果才能确定切换的目标小区；而在GSM和CDMA系统中，
由于采用移动台辅助切换方式，切换是由移动台负责测量，网络负责判决的，故需要切换时，
目标小区可立即确定，因此GSM、CDMA切换速度比TACS快。另外，由于网络控制切换需要传递
大量信令用以搜集信息，而基站可用的无线资源是有限的，切换又经常要花费数秒钟，为减少
网络的信令负担，周围基站并非持续向MSC传递测量报告，即测量次数由于资源的限制而降低
，因此MSC用作切换判决的依据并非精确可靠。
    三、软切换与硬切换
    切换从方式上一般可分为硬切换和软切换两种。
    1．硬切换
    硬切换是不同频率的基站或小区之间的切换，在切换过程中，移动台必须在一指定时间内
，先中断与原基站的联系，调谐到新的频率上，再与新基站取得联系。因此，硬切换是“先断
开，后切换”。切换时，要在原话音信道上送切换指令，移动台需要暂时停止通话，然后调谐
到新的信道频率上。
    现有TACS系统和GSM系统均使用硬切换方式。当切换发生时，因为原基站与新基站的载波
频率不同，移动台必须在接收新基站的信号之前，中断与原基站的通信，而当移动台与原基站
链路切断后，却往往不能立即得到与新基站之间的链路（GSM有200ms左右的中断时间，TACS有
500ms左右的中断时间），因此硬切换在一定程度上会影响通话质量。另外，如在中断时间内
受到干扰或切换参数设置不合理等因素的影响，会导致切换失败，引起掉话；当硬切换区域面
积狭窄时，会出现新基站与原基站之间来回切换的”乒乓效应”，影响业务信道的传输。
    2. 软切换
    软切换是同一频率不同基站之间的切换，在切换过程中，移动台同时与原基站和新基站都
保持着通信链路，一直到进入新基站并测量到新基站的传输质量满足指标要求后，才断开与原
基站的连接。因此，软切换是“先切换，后断开”，在切换过程中，移动台并不中断与原基站
的联系，真正实现了“无缝”切换。
    现有CDMA系统使用软切换方式。移动台只有在取得了与新基站的链接之后，才会中断与原
基站的联系，因此在切换过程中没有中断也就不会影响通话质量；软切换由于是在频率相同的
基站间进行，在两基站（或多基站）覆盖区的交界处，移动台同时与多个基站通信，起业务信
道分集的作用，因而可大大减少切换造成的掉话（可视为无掉话）。另外，由于软切换中移动
台和基站均采用了分集接收技术，有抵抗衰落能力，同时通过反向功率控制，我们可使移动台
的发射功率降至最小，从而降低了移动台对系统的干扰；进入软切换区域的移动台即使不能立
即得到与新基站的链路，也可以进入切换等待的排列，从而减少了系统的阻塞率。
    四、切换过程
    1．TACS的切换过程
    TACS系统采用的是网络控制切换方式，即由基站检测，由交换中心控制完成。其切换过程
如下：
    移动台在通话过程中，基站会产生连续的监测音SAT，和话有一起传送，用于监测无线信
道质量，当基站监测到移动台的射频信号强度低于所设定的切换门限电平值时，基站便向交换
机发出切换请求，交换机根据基站切换关系表，指定相应的目标基站来测量源基站要切换的话
音信道的信号强度。当某个目标基站的测量值满足设定的比较条件时，该基站便通知系统它所
测量的信号强度、所用无线等参数，系统便向该目标基站发出一个执行切换命令（对于MOTOR
OLA系统，由于信道的分配功能是由基站完成的，所以这时应由基站向系统应答一个信息，以
告诉系统所选信道的信道号、SAT音号等。而对于ERICSSON系统，由于信道的分配功能是由交
换机来完成的，所以不存在这一应答指令），同时系统还会向发出切换请求的源基站发一个切
换执行命令，于是源基站便在其下行话音信道中向手机发一个包含手机要切换的信道号和所应
使用的功率等参数的控制信号。手机收到该信号后向基站发一个释放该信道的应答信号（ST）
，然后立即切换到新的话音信道，基站收到ST后便释放该话音信道。当目标基站的SAT音经手机
环回后，它便向系统报告越区切换成功。
    2.GSM的切换过程
    GSM系统采用的是移动台辅助切换方式，即由移动台监测判决，交交换中心控制完成，在切
换过程中基站和移动台均参与切换过程。其切换过程如下：
    移动台在通话过程中，不断地向所在小区的基站报告本小区和相邻小区基站的无线电环境
参数；本小区基站依据所接收的该移动用户无线电环境参数来判断是否应该进行越区切换。当
满足越区切换条件时，基站便向移动台发出越区切换请求，同时将越区切换请求信息传送给MSC，
MSC立即判断此新基站位置码是否属于本MSC辖区。此时有两种情况：一种是，若MSC确认新基站
是属于本MSC辖区的，则通知访问用户登记器（VLR）为其寻找一空闲信道（最佳或次最佳替换
信道），然后将所找信道的信道号及国际移动电台识别号码（IMSI）经过本区的基站发送给移
动台，移动台依据信道号的频率值将工作频率切换到新的频率点上，并进行环路核准，核准信
息经MSC核准后，MSC通知基站释放原信道；另一种是，若MSC发现新基站不是本MSC辖区内的，
MSC就将切换请求转送给新MSC，再由新MSC通知它的VLR为其寻找一空闲信道，然后将找到的基
站站号、信道号及IMSI传送给原MSC，并经由原基站发送给移动台，进行移动台的核准和基站
的释放过程。
    3.CDMA的切换过程
    CDMA系统采用的也是移动台辅助切换方式，其切换过程如下：
    基站在每个工作的前向CDMA信道上不断发射一个引导信号，用于监测无线信道质量（与
TACS中的SAT类似）。移动台在通话过程中，不断搜索系统内的引导信号并测量其信号强度。
当移动台检测到来自相邻小区基站的引导信号大于上门限时，移动台便将该引导信号的强度信
息报告给基站，并将该信号作为候选者。MSC通过原基站向移动台发送一个切换命令，移动台
据此跟踪新目标基站的引导信号，并将此引导信号作为有效者，同时向该目标基站发送一个切
换完成消息。至此，移动台除与原基站保持联系外，还向新基站取得了链路。当原基站的引导
信号强度小于下门限时，移动台的切换计时器开始计时，计时期满，移动台向原基站发送引导
信号强度测量消息，然后MSC通知目标基站向移动台发送切换命令消息，移动台据此断开与原基
站的联系，并保持与新基站的联系，同时向新基站发磅一个切换完成消息。至此，整个软切换
过程结束。
摘自《现代通信》