韓 鵬

（聊城電力信通公司，山東 聊城 252000）

0 引言

移動通信以其特有的靈活、便捷的優(yōu)點符合了現(xiàn)代社會人 們對通信技術(shù)的要求，成為20世紀80年代中期以來發(fā)展最為迅速的通信方式。而CDMA技術(shù)則是移動通信的“寵兒”，在短短的幾年時間里，已經(jīng)在技術(shù)上獲得了巨大的突破。軟切換是CDMA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，已成功應(yīng)用于 IS－95／CDMA系統(tǒng)，并被第三代移動系統(tǒng)所采納。本文將重點研究CDMA2000系統(tǒng)中軟切換技術(shù)及其實現(xiàn)的考慮。

1 切換概述

在移動通信系統(tǒng)中，對于正在通信中的移動臺，當(dāng)它從一個基站的覆蓋區(qū)移動到另一個基站的覆蓋區(qū)域時，為了保證通信的連續(xù)性，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)會啟動切換過程，將移動臺與網(wǎng)絡(luò)之間的通信鏈路從當(dāng)前基站轉(zhuǎn)移到新的基站，以保證用戶業(yè)務(wù)的連續(xù)傳輸。所謂切換（HO,Handoff）,通常就是指移動臺在通信期間，由于位置發(fā)生改變，而改變與網(wǎng)絡(luò)的連接關(guān)系的過程，也稱為越區(qū)切換或稱為自動鏈路轉(zhuǎn)移(Automatic Link Transfer,ALT)

切換過程中，通信鏈路的轉(zhuǎn)移不能影響通話的進行，必須順利完成，時間要求短，完全自動進行，用戶感覺不到，即對用戶來說是透明的。在蜂窩移動通信系統(tǒng)中，小區(qū)的覆蓋范圍越小，用戶的移動速度越快，則切換的處理越頻繁。

越區(qū)切換包括以下三個方面的問題：

（1）越區(qū)切換的準則,也就是何時需要進行越區(qū)切換；

（2）越區(qū)切換如何控制；

（3）越區(qū)切換時信道如何分配。

1.1 切換分類

根據(jù)切換發(fā)生時，移動臺與原基站以及目標基站連接方式的不同，可以將切換分為硬切換與軟切換兩大類

1.1.1 硬切換（HHO,Hard Handoff）

硬切換是指在新的通信鏈路建立之前，先中斷舊的通信鏈路的切換方式，即先斷后通，在整個切換過程中移動臺只能使用一個無線信道。在從舊的服務(wù)鏈路過渡到新的服務(wù)鏈路時，硬切換存在通話中斷，但是時間非常短，用戶一般感覺不到。在這種切換過程中，可能存在原有的鏈路已經(jīng)斷開，但是新的鏈路沒有成功建立的情況，這樣移動臺就會失去與網(wǎng)絡(luò)的連接，即產(chǎn)生掉話。

采用不同頻率的小區(qū)之間只能采用硬切換，所以模擬系統(tǒng)和TDMA系統(tǒng)（如GSM系統(tǒng)）都是采用硬切換的方式。

硬切換方式的失敗率比較高，如果目標基站沒有空閑的信道或者切換信令的傳輸出現(xiàn)錯誤，都會導(dǎo)致切換失敗。此外，當(dāng)移動臺處于兩個小區(qū)的交界處，需要進行切換時，由于兩個基站在該處的信號都較弱并且會起伏變化，這就容易導(dǎo)致移動臺在兩個基站之間反復(fù)要求切換，即出現(xiàn)“乒乓效應(yīng)”，使系統(tǒng)控制器的負載加重，并增加通信中斷的可能性。根據(jù)以往對模擬系統(tǒng)、TDMA系統(tǒng)的測試統(tǒng)計，無線信道上90%的掉話是在切換過程中發(fā)生的。

1.1.2 軟切換（SHO,Soft Handoff）

軟切換是指需要切換時，移動臺先與目標基站建立通信鏈路，再切斷與原基站的通信鏈路的切換方式，即先通后斷。 軟切換只有在使用相同頻率的小區(qū)之間才能進行，因此模擬系統(tǒng)、TDMA 系統(tǒng)不具有這種功能。它是CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)所獨有的切換方式。

在CDMA移動通信系統(tǒng)中，采用軟切換可以帶來以下好處：

（1）高切換成功率

在軟切換過程中，移動臺同時與多個基站進行通信，只有當(dāng)移動臺與新的基站建立起穩(wěn)定的通信之后，原有的基站才會中斷其通信控制。因此，與硬切換相比，軟切換的失敗率相對比較小，有效地提高了切換的可靠性，大大降低切換造成的掉話。

（2）增加系統(tǒng)容量

當(dāng)移動臺與多個基站進行通信時，有的基站命令移動臺降低發(fā)射功率，這時移動臺優(yōu)先考慮降低發(fā)射功率的命令。CDMA系統(tǒng)是自干擾系統(tǒng)，降低了發(fā)射功率，實際上就降低了背景噪聲，從而增加了系統(tǒng)容量。

（3）提高通信質(zhì)量

軟切換過程中，在前向鏈路，多個基站向移動臺發(fā)送相同的信號，移動臺解調(diào)這些信號，就可以進行分集合并，從而提高前向鏈路的抗衰落能力。在反向鏈路，多個基站接收到一個移動臺的信號，通常這些基站進行解調(diào)后送至BSC，在BSC用選擇器選擇質(zhì)量最高的一路作為輸出，從而實現(xiàn)反向鏈路的分集接收。因此，采用軟切換可以提高接收信號的質(zhì)量。

但是軟切換也有一些缺點，如導(dǎo)致硬件設(shè)備的增加、占用更多的資源，當(dāng)切換的觸發(fā)機制設(shè)定不合理導(dǎo)致過于頻繁的控制信息交互時，也會影響用戶正在進行的呼叫質(zhì)量，等等，但對CDMA系統(tǒng)來說，系統(tǒng)容量的瓶頸主要不在于硬件設(shè)備資源，而是系統(tǒng)自身的干擾。

軟切換中還包括更軟切換（Softer Handoff）。所謂更軟切換是指在同一個小區(qū)的不同扇區(qū)之間進行的軟切換。與此對應(yīng)，軟切換通常指不同小區(qū)之間進行的軟切換。 在軟切換過程中，會同時占用兩個基站的信道單元和 Walsh碼資源，通常在基站控制器（BSC）完成前向鏈路幀 的復(fù)制和反向鏈路幀 的選擇。更軟切換則不用占用新的信道單元，只需要在新扇區(qū)分配Walsh碼，從基站送到BSC的只是一路話音信號。

軟切換是CDMA系統(tǒng)特有的關(guān)鍵技術(shù)之一，是系統(tǒng)重要的無線資源控制機制，也是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的重點。軟切換算法和相關(guān)參數(shù)的設(shè)置對系統(tǒng)容量和服務(wù)質(zhì)量有重要影響。軟切換用戶的比例過低會降低宏分集增益，降低系統(tǒng)容量；而如果比例過高則會占用過多的基站發(fā)射功率以及Walsh碼資源等無線資源，同樣會造成系統(tǒng)容量的下降。

1.2 切換過程

切換的過程一般可以分為以下3個階段：

1.2.1 路監(jiān)視和測量

監(jiān)視的參數(shù)通常是接收到的信號強度，也可以是信噪比、誤比特率等參數(shù)。在監(jiān)視階段，由移動臺完成對前向鏈路的測量，包括信號質(zhì)量、本小區(qū)和相鄰小區(qū)的信號強度，而反向鏈路的信號質(zhì)量則由基站測量，測量結(jié)果發(fā)送給相鄰的網(wǎng)絡(luò)單元、移動臺、BSC以及MSC。

1.2.2 標小區(qū)的確定和切換觸發(fā)

這一階段也稱為切換決策。在這一階段，將測量結(jié)果與預(yù)先定義的門限值進行比較，確定切換的目標小區(qū)，決定是否啟動切換過程。

切換策略必須指定合適的門限值，以保證切換的順利進行，并減少不必要的越區(qū)切換，降低切換時延。

在決定是否啟動切換時，很重要的一點是要保證檢測到的信號強度下降不是因為瞬時的衰減，而是由于移動臺正在離開當(dāng)前服務(wù)的基站。為了保證這一點，通常的做法是在準備切換之前，先對信號監(jiān)視一段時間。

1.2.3 換執(zhí)行

在執(zhí)行階段，移動臺增加一條新的無線鏈路或者釋放一條舊的無線鏈路，完成切換過程。

2 切換中所需的導(dǎo)頻集合 、導(dǎo)頻的搜索與測量、切換參數(shù)與消息

要想了解切換，就應(yīng)該知道有關(guān)導(dǎo)頻的一些基本知識，本節(jié)就介紹一下這些知識。

2.1 導(dǎo)頻集合

在CDMA系統(tǒng)中，當(dāng)基站得導(dǎo)頻信道使用同一個頻率時，則它們只能由PN序列的不同相位來區(qū)分，相位偏移是64個碼片的整數(shù)倍。移動臺將系統(tǒng)中的導(dǎo)頻分為 4個導(dǎo)頻集合,在每個導(dǎo)頻集合中，所有的導(dǎo)頻都有相同的頻率，但是其PN碼的相位不同。這四個導(dǎo)頻集合是：

2.1.1 激活集

它包括與分配給移動臺的前向業(yè)務(wù)信道相對應(yīng)的導(dǎo)頻，激活集中的基站與移動臺之間已經(jīng)建立了通信鏈路。激活集也稱為有效集。

2.1.2 選集

候選集中包含的導(dǎo)頻目前不在激活集中。但是，這些導(dǎo)頻已經(jīng)有足夠的強度，表明于該導(dǎo)頻相對應(yīng)的前向業(yè)務(wù)信道可以被成功解調(diào)。

2.1.3 相鄰集

相鄰集指當(dāng)前不在激活集中，但是有可能進入候選集的導(dǎo)頻集合。

2.1.4 余集

剩余集是指除了包含在激活集、候選集和相鄰集中的所有導(dǎo)頻之外，在當(dāng)前系統(tǒng)中，當(dāng)前的頻率配置下，所有可能的導(dǎo)頻組成的集合

2.2 導(dǎo)頻的搜索與測量

切換的前提是能夠識別新的基站，并了解各個基站發(fā)射信號到達移動臺處的強度。因此，移動臺需要對各個基站的導(dǎo)頻信道不斷的進行搜索和測量，并將結(jié)果報告基站，以及發(fā)現(xiàn)基站信號強度的變化。

由于移動臺和基站之間的傳播時延未知，這會使移動臺接收到的信號的PN碼相位有未知的偏差。同時，由于存在多徑傳播，信號的多徑部分比直接到達的部分要晚幾個碼片。為了克服這些因素的影響，基站對以上各種導(dǎo)頻集合分別規(guī)定了相應(yīng)的搜索窗口 （PN碼相位偏移范圍），移動臺在搜索窗口范圍內(nèi)搜索導(dǎo)頻所有的可用多徑分量（可用多徑分量是指信號具有足夠強的分量，可以被追蹤，并且解調(diào)時不會引起很高的誤幀率）。搜索窗口的尺寸應(yīng)該足夠大，使得移動臺能夠捕獲基站所有的可用多徑分量，同時又應(yīng)該盡可能地小，以提高搜索速度，使搜索器的性能最優(yōu)化。

搜索窗口有以下3種,用以跟蹤導(dǎo)頻信號：

（1）SRCH_WIN_A

該窗口用于跟蹤激活集和候選集中的導(dǎo)頻。對于激活集和候選集，移動臺的搜索過程是一樣的。移動臺將這兩個導(dǎo)頻集中每個導(dǎo)頻的搜索窗口的中心設(shè)在接收到的第一個多徑分量的附近。其具體的尺寸應(yīng)該根據(jù)預(yù)測的傳播環(huán)境來設(shè)置。

（2）SRCH_WIN_N

該窗口是用來監(jiān)測相鄰集導(dǎo)頻的搜索窗口。移動臺將該窗口的中心設(shè)在導(dǎo)頻PN序列的相位偏移處。其尺寸通常要比SRCH_WIN_A大。該窗口的大小要根據(jù)服務(wù)基站與相鄰基站之間的距離來設(shè)置。

（3）SRCH_WIN_R

該窗口是用于跟蹤剩余集導(dǎo)頻的搜索窗口。移動臺將該窗口的中心設(shè)在導(dǎo)頻PN序列的相位偏移處。此外，在剩余集中，移動臺僅僅搜索那些PN序列偏置為PILOT_INC的整數(shù)倍的導(dǎo)頻。其尺寸至少應(yīng)該與SRCH_WIN_N一樣大。

以上這3種參數(shù)都在尋呼信道的系統(tǒng)參數(shù)消息中發(fā)送。

移動臺在給定的搜索窗口內(nèi)，合并計算導(dǎo)頻所有可用多徑分量的EC/IO,EC指一個碼片的能量，IO指接收信號總的功率譜密度（包括有用信號、噪聲以及干擾），并以此值作為該導(dǎo)頻的信號強度。對于每一個導(dǎo)頻信號，移動臺測量它的到達時間T,并把結(jié)果報告給基站。導(dǎo)頻的到達時間是指該導(dǎo)頻最早可用多徑分量到達移動臺天線連接器的時間，其單位為chip,并與移動臺的時間參考有關(guān)。

圖1 導(dǎo)頻搜索順序

對于不同的導(dǎo)頻集，其所需要的測量頻率是不同的。激活集中的基站與移動臺正在通信之中，因此所需的測量最為頻繁，而剩余集最不頻繁。圖1給出了導(dǎo)頻搜索的順序。

2.3 切換參數(shù)與消息

軟切換過程中主要會用到以下控制參數(shù)：

（1）T_ADD

導(dǎo)頻檢測門限。該參數(shù)是向候選集和激活集中加入導(dǎo)頻的門限。T_ADD的值也不能設(shè)置太低，否則會使軟切換的比例過高，從而造成資源的浪費；T_ADD也不能設(shè)置太高，以避免建立切換之前話音質(zhì)量太差。

（2）T_DROP

導(dǎo)頻去掉門限。該參數(shù)是從候選集和激活集中刪除導(dǎo)頻的門限。設(shè)置T_DROP時要考慮既要及時去掉不可用的導(dǎo)頻，又不能很快地刪除有用的導(dǎo)頻。此外，還需要注意的是如果T_ADD和T_DROP值相差太近，而且T_TDROP的值太小會造成信令的頻繁發(fā)送。

（3）T_COMP

候選集導(dǎo)頻與激活集導(dǎo)頻的比較門限。當(dāng)候選集導(dǎo)頻與激活集導(dǎo)頻相比，超過該門限時，會觸發(fā)導(dǎo)頻強度測量消息。設(shè)置 T_COMP時要注意，如果該值設(shè)置太小，激活集和候選集導(dǎo)頻一系列的強度變化會引發(fā)移動臺不斷的發(fā)送導(dǎo)頻強度測量消息。然而如果設(shè)置的太大，會對切換引入很大的時延。

（4）T_TDROP

切換去掉計時器。移動臺的激活集和候選導(dǎo)頻集中的每一個導(dǎo)頻都有一個對應(yīng)的切換去掉計時器。當(dāng)該導(dǎo)頻的強度降至 T_DROP以下時，對應(yīng)的計時器啟動；如果導(dǎo)頻強度回至 T_DROP以上，計時器復(fù)位。T_TDROP的下限值是建立軟切換所需的時間，以防止由信號的抖動所產(chǎn)生的頻繁切換（乒乓效應(yīng)）。[6]在處理軟切換過程中，移動臺和網(wǎng)絡(luò)之間會有頻繁的信令交互。這主要涉及以下切換消息：

（1）頻強度測量消息（PSMM,Pilot Strength Measurement Message）

移動臺通過導(dǎo)頻強度測量消息向正在服務(wù)的基站報告它現(xiàn)在所檢測到的導(dǎo)頻。當(dāng)移動臺發(fā)現(xiàn)某一個導(dǎo)頻足夠強，但卻并未解調(diào)與該導(dǎo)頻相對應(yīng)的前向業(yè)務(wù)信道，或者當(dāng)移動臺正在解調(diào)的某一個前向業(yè)務(wù)信道所對應(yīng)的導(dǎo)頻信號強度已經(jīng)低于某一個門限的時候，移動臺將向基站發(fā)送導(dǎo)頻強度測量消息。該消息中包含以下消息：導(dǎo)頻信號的EC/IO、導(dǎo)頻信號的到達時間、切換去掉計時器信息等。

（2）換指示消息（HDM,Handoff Direction Message）

當(dāng)基站收到移動臺的導(dǎo)頻測量消息后，基站為移動臺分配一個與該導(dǎo)頻信道對應(yīng)的前向業(yè)務(wù)信道，并且向移動臺發(fā)送切換指示消息，指示移動臺進行切換，讓移動臺解調(diào)指定的一組前向業(yè)務(wù)信道。對于軟切換來說，在切換指示消息中列出多個前向業(yè)務(wù)信道，有一些是正在被移動臺所解調(diào)的。對于硬切換，切換指示消息中所列出的一個或多個前向業(yè)務(wù)信道，沒有一個是正在被移動臺所解調(diào)的。

該消息中包含以下消息：激活集消息 （舊的導(dǎo)頻和新導(dǎo)頻的 PN偏置）、與激活集中每一個導(dǎo)頻對應(yīng)的 Walsh碼信息、發(fā)送導(dǎo)頻強度測量消息的參數(shù) （T_ADD、T_DROP、T_COMP、T_TDROP） 以及有關(guān)CDMA到CDMA硬切換的參數(shù)等。

（3）切換完成消息（HCM,Handoff Completion Message）

在執(zhí)行完切換指示消息之后，移動臺在新的反向業(yè)務(wù)信道上面發(fā)送切換完成消息給基站。這個消息實際上是確認消息，告訴基站移動臺已經(jīng)成功地獲得了新的前向信道。該信道中包括激活集中每個導(dǎo)頻的PN偏置信息。

3 進行軟切換的 依據(jù)和移動臺宏分集的實現(xiàn)

在CDMA數(shù)字移動系統(tǒng)中，切換的標準主要為導(dǎo)頻信號的強度，導(dǎo)頻信號強度為接收到的導(dǎo)頻能量與全部接收到的能量的比值。導(dǎo)頻信號是每個基站連續(xù)發(fā)射的未經(jīng)調(diào)制的、直接序列擴頻的信號，它主要用于使所有在基站覆蓋區(qū)中工作的移動臺進行同步。基站利用一周期為 32768chip的最大長度隨機序列（PN）的時間偏置來標識每個前向CDMA信道（由基站到移動臺），此序列PN也稱為導(dǎo)頻序列。

不同前向信道使用不同相位的m序列進行調(diào)制，其相位至少相差64chip，因此導(dǎo)頻PN序列可使用的相位為512個。在CDMA系統(tǒng)中大部分CDMA小區(qū)都采用同一個頻率，移動臺根據(jù)接收到的基站導(dǎo)頻信號的不同偏置來區(qū)分各個基站。每個小區(qū)的導(dǎo)頻要與其同一CDMA信道中的正向業(yè)務(wù)信道相配合才有效，當(dāng)移動臺檢測到一個足夠強度的導(dǎo)頻而它未與任何一正向業(yè)務(wù)信道相配合時，就向基站發(fā)送一導(dǎo)頻強度測量報告，基站根據(jù)此報告決定是否切換。

在越區(qū)軟切換的過程中，移動臺同時接收來自兩個或多個基站發(fā)射的相同信息，對其進行分集合并和判決，從而改善移動臺處于越區(qū)切換時的接收信號質(zhì)量，并保持越區(qū)切換時的數(shù)據(jù)不丟失，相對于多徑分集方式，這種分集稱為宏分集。由于CDMA系統(tǒng)中移動臺獨特的RAKE接收機可以同時接收兩個或兩個以上基站發(fā)來的信號，從而保證了CDMA系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)軟切換。軟切換引入大大地改善了切換的性能，消除了切換過程中通信的中斷、小區(qū)邊界處的“乒乓效應(yīng)”以及切換引入的噪聲。

4 軟切換的實現(xiàn)過程

4.1 靜態(tài)門限的軟切換過程

在進行軟切換時，移動臺首先搜索所有導(dǎo)頻并測量它們的強度Ec/Io。當(dāng)某個導(dǎo)頻的強度超過到品檢測門限 T_ADD時，移動臺認為此導(dǎo)頻的強度已經(jīng)足夠大，能夠?qū)ζ溥M行正確解調(diào)。此時，如果移動臺與該導(dǎo)頻對應(yīng)的基站之間沒有業(yè)務(wù)信道連接，它就向原基站發(fā)送一條導(dǎo)頻強度測量消息，報告這種情況；原基站再將移動臺的報告送往移動交換中心（MSC），MSC則讓新的基站安排一個前向業(yè)務(wù)信道給移動臺，并且原基站向移動臺發(fā)送切換指示消息，指示移動臺開始切換。

收到來自基站的軟切換指示消息后，移動臺將新的導(dǎo)頻轉(zhuǎn)入激活集，開始對新的基站和原基站的前向業(yè)務(wù)信道同時進行解調(diào)，之后，移動臺會向基站發(fā)送一條切換完成消息，通知基站自己已經(jīng)根據(jù)命令開始對兩個基站同時解調(diào)了。 接下來，隨著移動臺的移動，當(dāng)該導(dǎo)頻的強度低于導(dǎo)頻去掉門限 T_DROP時，移動臺啟動切換去掉計時器T_TDROP。當(dāng)計時器期滿時（在此期間，該導(dǎo)頻的強度應(yīng)該始終低于T_DROP），移動臺發(fā)送導(dǎo)頻強度測量消息。兩個基站接收到導(dǎo)頻強度測量消息后，將此信息發(fā)送至MSC，MSC再返回相應(yīng)的切換指示消息；然后基站將切換指示消息發(fā)送給移動臺，移動臺將切換去掉計時器到期的導(dǎo)頻從激活集中去掉，轉(zhuǎn)移至相鄰集。此時移動臺只與目前激活集中導(dǎo)頻所代表的基站保持通信，同時會發(fā)一條切換完成消息給基站，表示切換已將完成。如果在切換去掉計時器的尚未期滿時，該導(dǎo)頻的強度又超過 T_DROP，移動臺要對計時器進行復(fù)位操作并關(guān)掉計時器。整個軟切換的過程如圖2所示。

圖2 靜態(tài)門限控制軟切換的實現(xiàn)過程(程序代碼見附錄一)

圖中各個時刻所對應(yīng)的消息交互如下：

1）相鄰集中某個導(dǎo)頻強度超過 T_ADD，移動臺向基站發(fā)送導(dǎo)頻強度測量消息PSMM，并將該導(dǎo)頻轉(zhuǎn)入候選集；

2）基站向移動臺發(fā)送切換指示消息 HDM，只是移動臺將該導(dǎo)頻敬加入激活集；

3）移動臺接收到 HDM，將該導(dǎo)頻加入激活集，建立新的業(yè)務(wù)信道，并向基站發(fā)送切換完成消息HCM；

4）頻強度低于 T_DROP時，移動臺啟動相對應(yīng)的切換去掉計時器T_TDROP；

5）切換去掉計時器到時，移動臺向基站發(fā)送導(dǎo)頻強度測量消息；

6）基站向移動臺發(fā)送切換指示消息HDM；

7）移動臺將該導(dǎo)頻從激活集移至相鄰集，并且向基站發(fā)送切換完成消息HCM。

圖3 T_COMP觸發(fā)的導(dǎo)頻強度測量消息（靜態(tài)門限控制算法下）

除了上面所提及的控制參數(shù) T_ADD、T_DROP和 T_TDROP之外，在切換過程中，還要用到比較門限參數(shù) T_COMP，用以控制導(dǎo)頻強度測量消息的的發(fā)送。只有當(dāng)候選集中的某個導(dǎo)頻的強度超過激活集中 T_COMP×0.5dB時，移動臺才會向基站發(fā)送導(dǎo)頻強度測量消息。這樣可以防止激活集和候選集中的導(dǎo)頻強度的順序發(fā)生小的變化時，移動臺頻繁發(fā)送導(dǎo)頻強度測量消息。該參數(shù)觸發(fā)導(dǎo)頻強度測量消息的過程如圖3所示。

圖中，導(dǎo)頻1和導(dǎo)頻2為激活集中的導(dǎo)頻，導(dǎo)頻 3位候選集中的導(dǎo)頻，導(dǎo)頻 1、導(dǎo)頻 2和導(dǎo)頻 3的強度分別為 P1、P2、P3（單位是 dB）來表示。各個時刻發(fā)送的消息如下：

T0：P3＞T_ADD,移動臺發(fā)送 PSMM。

T1：P3＞P1+T_COMP×0.5dB，移動臺發(fā)送 PSMM。

T2：P3＞P2+T_COMP×0.5dB，移動臺發(fā)送 PSMM。

4.2 動態(tài)門限的軟切換過程

對于靜態(tài)門限的軟切換 控制算法，雖然利 用了宏分集增益 ，增加了上行鏈 路的榮量，但是也存在一些問題。例如加入過程中只有一個門限T_ADD，造成加入的條件過于寬松。這樣造成限系統(tǒng)中軟切換用戶的比例比較大，浪費了系統(tǒng)資源（基站功率、Walsh碼以及硬件資源），限制了系統(tǒng)容量。此外，去掉過程中，到品直接進入相鄰集，這樣在環(huán)境不穩(wěn)定時，容易產(chǎn)生乒乓效應(yīng)。動態(tài)門限的軟切換引入了以下幾個新的參數(shù)，用于計算導(dǎo)頻加入和去掉門限：

SOFT_SLOPE,單位為 0.125 dB，取值可以是 0；

ADD_INTERCEPT,單位為 0.5dB；

DROP_INTERCEPT，單位為 0.5dB。

動態(tài)門限控制算法為：

（1）頻加入過程

假設(shè)激活集中導(dǎo)頻的數(shù)量為 NA，導(dǎo)頻 i的強度為PSi（即該導(dǎo)頻的 Ec/Io為實際值，而非 dB）則動態(tài)加入門限 T_Dyn_ADD可由下式計算得到；

加入過程中 ，對于候選集中的導(dǎo)頻，當(dāng)其強度 PSc滿足式（2）時，會觸發(fā)導(dǎo)頻強度測量消息導(dǎo)致該導(dǎo)頻加入到激活集中。

對于相鄰集中的導(dǎo)頻，當(dāng)其強度 PSn滿足式（3）時，則觸發(fā)導(dǎo)頻強度測量消息，最終導(dǎo)致該導(dǎo)頻加入到激活集中。

如果不滿足式（3），但是強度超過 T_ADD時，將該導(dǎo)頻加入到候選集中，但是不會觸發(fā)導(dǎo)頻強度測量消息

（2）頻去掉過程

從激活集中去掉導(dǎo)頻時，移動臺首先將激活集中的導(dǎo)頻按照其強度進行升序排列，即：

接下來，對于某個激活集中的某個導(dǎo) 頻j，移動臺計算其動態(tài)去掉門限

當(dāng)導(dǎo)頻 j滿足式（5）時，移動臺啟動切換去掉計時器 T_TDROP：

當(dāng)T_TDROP到期后，觸發(fā)導(dǎo)頻強度測量消息，最終從激活集中去掉該導(dǎo)頻。在去掉的過程中，如果導(dǎo)頻的強度低于T_DROP，則將該導(dǎo)頻移至相鄰集；否則，將其移至候選集中。

圖4 動態(tài)門限控制軟切換的實現(xiàn)過程(程序代碼見附錄二)

圖4給出了動態(tài)門限控制軟切換算法執(zhí)行過程的一個示例。

圖中各個時刻所對應(yīng)的消息交互如下：

（1）導(dǎo)頻2強度超過T_ADD，但是尚未達到動態(tài)門限T_Dyn_ADD，移動臺將導(dǎo)頻2加入候選集；

（2）頻 2強度超過 T_Dyn_ADD，移動臺向基站發(fā)送 PSMM；

（3）移動臺接收到擴展切換指示消息（EHDM），將導(dǎo)頻 2加入到激活集中，完成后向基站發(fā)送HCM；

（4）導(dǎo)頻 1強度降至 T_Dyn_Drop以下，移動臺啟動切換去掉計時器 T_TDROP；

（5）切換去掉計時器到時，移動臺向基站發(fā)送 PSMM；

（6）移動臺接收到 EHDM，將導(dǎo)頻 1移至候選集，并發(fā)送 HCM；

（7）導(dǎo)頻1強度降至T_DROP以下，移動臺啟動切換去掉計時器；

（8）切換去掉計時器到時，移動臺將導(dǎo)頻1移至相鄰集。

采用動態(tài)門限后，對于由參數(shù)T_COMP控制的觸發(fā)切換消息的過程，也有所改變，如圖 5所示。 圖中，導(dǎo)頻1和導(dǎo)頻 2位激活集中的導(dǎo)頻，導(dǎo)頻3為候選集中的導(dǎo)頻。則動態(tài)加入門限為

圖5 T_COMP觸發(fā)的導(dǎo)頻強度測量消息（動態(tài)門限控制算法下）

圖中各個時刻所對應(yīng)的消息交互如下：

T0：導(dǎo)頻 3的強度雖然超過 T_ADD，但是由于 10×log PS3＜T_Dyn_ADD，因此不發(fā)送 PSMM。

T1： 導(dǎo)頻 3與導(dǎo)頻 1的強度滿足 10×log PS3＞10×log PS1+T_COMP×0.5 dB，但是 10×log PS3＜T_Dyn_ADD，因此不發(fā)送 PSMM。

T2：導(dǎo)頻 3與導(dǎo)頻 1的強度滿足 10×log PS3＞10×log PS1+T_COMP×0.5 dB，并且 10×log PS3＞T_Dyn_ADD，發(fā)送 PSMM。

T3： 導(dǎo)頻 3與導(dǎo)頻 2的強度滿足 10×log PS3＞10×log PS2+T_COMP×0.5 dB，并且 10×log PS3＞T_Dyn_ADD，發(fā)送 PSMM。

從以上可以看出，修改后的軟切換算法與靜態(tài)軟切換算法相比，有了很大改進，主要是除了使用靜態(tài)門限之外，還是用了動態(tài)門限。從動態(tài)門限的計算方法可以看出，動態(tài)門限衡量的是各個導(dǎo)頻之間的相對量，這樣可以更為準確地判斷軟切換的最佳時機，減少不必要的切換，更為有效的利用系統(tǒng)資源。這一點可以從圖6中反映出來。

圖6 兩種切換算法的對比

激活集總的Ec/Io從圖中可以看出，當(dāng)某個導(dǎo)頻的強度達到圖中的陰影區(qū)域時，對于靜態(tài)門限控制算法，將會觸發(fā)導(dǎo)頻強度測量消息；而在動態(tài)門限控制算法中，則不會觸發(fā)導(dǎo)頻測量消息。因此動態(tài)門限控制算法減少了軟切換發(fā)生的范圍，節(jié)約了系統(tǒng)資源。

此外，靜態(tài)門限控制算法在切換完成后，直接將導(dǎo)頻從激活集轉(zhuǎn)移到相鄰集中；而在動態(tài)門限控制算法中，則是將導(dǎo)頻轉(zhuǎn)移至候選集。這樣就可以減少由于環(huán)境不穩(wěn)定而造成的移動臺在小區(qū)邊緣頻繁的來回切換，從而減少系統(tǒng)軟切換消息的交互，提高系統(tǒng)的可靠性。

5 導(dǎo)頻集的維護

觸發(fā)導(dǎo)頻強度測量消息的事件、切換指示消息的接收、鄰集列表更新消息的接收都會影響到導(dǎo)頻集的變化。接下來的這一部分中，將講述移動臺對 4個導(dǎo)頻集的維護規(guī)則。

（1）激活集的維護

移動臺的激活集中最多包含 6個導(dǎo)頻。移動臺首次被分配前向業(yè)務(wù)信道時，對其激活集進行初始化，使其僅包含與該業(yè)務(wù)信道相對應(yīng)的導(dǎo)頻。移動臺處理切換指示消息時，它會將激活集替換為消息中所列舉的導(dǎo)頻。

（2）候選集的維護

移動臺在候選集中最多包含10個導(dǎo)頻。移動臺首次被分配前向業(yè)務(wù)信道時，會將候選集初始化為空。

出現(xiàn)以下情況時，移動臺向候選集中增加一個導(dǎo)頻：

如果檢測到相鄰集或激活集中的某個導(dǎo)頻的強度超過了T_ADD，移動臺將其加入到候選集：

如果移動臺在處理切換指示消息時發(fā)現(xiàn)某一個導(dǎo)頻并沒有列在其中，而且該導(dǎo)頻所對應(yīng)的切換去掉計時器也沒有超時，移動臺會將其加入到候選集中。

出現(xiàn)以下情況時，移動臺從候選集中刪除一個導(dǎo)頻：

如果移動臺在處理切換指示消息時發(fā)現(xiàn)候選導(dǎo)頻集中的某一個導(dǎo)頻列在其中，移動臺會將該導(dǎo)頻轉(zhuǎn)移到激活集中。

如果候選集中的某一個導(dǎo)頻所對應(yīng)的切換去掉計時器超時，移動臺會將該導(dǎo)頻轉(zhuǎn)移到相鄰集。

如果移動臺將一個導(dǎo)頻加入 到候選集中會導(dǎo)致候選集的大小超過規(guī)定值，移動臺將刪除其中切換去掉計時器的計數(shù)值最大的導(dǎo)頻。如果存在一個以上這樣的導(dǎo)頻，或者候選集中所有導(dǎo)頻的切換去掉計時器都沒有激活，那么移動臺將從中刪除掉強度最小的一個。

（3）相鄰集的維護

移動臺的相鄰導(dǎo)頻集至少能容納40個導(dǎo)頻。當(dāng)移動臺首次被前向業(yè)務(wù)信道時，移動臺會初始化相鄰集，使之僅包含最近接收到的鄰集列表消息中列出的導(dǎo)頻。移動臺為相鄰導(dǎo)頻集中的每一個導(dǎo)頻維持一種老化機制，主要是為了保持最新被檢測到的導(dǎo)頻不被刪除。這種機制是相鄰集中的每一個導(dǎo)頻都有一個計數(shù)器，當(dāng)激活集或候選集中的導(dǎo)頻轉(zhuǎn)移到相鄰集中時，它的計數(shù)器將被初始化為0；當(dāng)剩余集 中的導(dǎo)頻轉(zhuǎn)移到相鄰集中時，它的計數(shù)器將被初始化為最大值（NGHBR_MAX_AGE）。每當(dāng)接收到相鄰 集列表更新消息時，相鄰集中的 每一個導(dǎo)頻的計數(shù)器值要加 1，一旦某個導(dǎo)頻的計數(shù)器超過NGHBR_MAX_AGE，該導(dǎo)頻就要從相鄰集轉(zhuǎn)移到剩余集。

出現(xiàn)以下情況時，移動臺將向相鄰集中增加導(dǎo)頻：

候選集中導(dǎo)頻的切換去掉計時器到時，移動臺將該導(dǎo)頻轉(zhuǎn)移到相鄰導(dǎo)頻集。

如果移動臺在處理切換指示消息時發(fā)現(xiàn)當(dāng)前激活集中的某一個導(dǎo)頻沒有列在消息中，而且該導(dǎo)頻對應(yīng)的切換去掉計時器已經(jīng)超時，那么移動臺將該導(dǎo)頻轉(zhuǎn)移到相鄰集。

如果移動臺將一個導(dǎo)頻加入候選集，會導(dǎo)致候選集的長度超過移動臺所能支持的范圍時，那么移動臺將把從候選集刪除的導(dǎo)頻加入到相鄰集中。

接收到相鄰集列表更新消息時，把該消息中所列舉的每一個不在候選集或相鄰集中的導(dǎo)頻加入到相鄰集中。如果移動臺在相鄰集中還能保存k個新導(dǎo)頻，但是鄰集列表更新消息中卻有多于k個的新導(dǎo)頻，那么，移動臺將存儲消息中前k個新導(dǎo)頻，其余的被轉(zhuǎn)移到剩余集中。因此，如果基站要想使某些導(dǎo)頻在相鄰集列表中有比較高的優(yōu)先級，就要在消息中先發(fā)送這些導(dǎo)頻。

出現(xiàn)以下情況時，移動臺將從相鄰集中刪除導(dǎo)頻；

如果移動臺檢測到相鄰集中某一個導(dǎo)頻的強度超過 T_ADD，移動臺將該導(dǎo)頻轉(zhuǎn)移到候選集；

如果移動臺所處理的切換指示消息包含當(dāng)前相鄰集中的一個導(dǎo)頻，那么移動臺將該導(dǎo)頻從相鄰集轉(zhuǎn)移到激活集；

接收到相鄰集列表更新消息時，將所有計數(shù)器超過NGHBR_MAX_AGE的導(dǎo)頻轉(zhuǎn)移到剩余集；

如果移動臺將一個導(dǎo)頻加入到相鄰集，會導(dǎo)致相鄰集的大小超出移動臺所能支持的范圍，那么移動臺將刪除掉其中計數(shù)器最大的一個；如果存在兩個或兩個以上這樣的導(dǎo)頻，移動臺將刪掉其中強度最小的一個。

（4）剩余集的維護

剩余集是激活集、候選集和相鄰集的補集中符合系統(tǒng) PILOT_INC配置參數(shù)的PN相位偏置。例如，PILOT_INC為1時，剩余集就是激活集、候選集和相鄰集的補集；PILOT_INC為2時，剩余集中PN相位偏置將從補集中每間隔一個選取，即數(shù)量大致減少為補集的一半；其余的PILOT_INC依次類推。從激活集、候選集和相鄰集 3個導(dǎo)頻集的維護過程就可以得知剩余集的基本維護過程。

6 總結(jié)與展望

軟切換是CDMA移動通信系統(tǒng)所特有的，其基本原理如下，當(dāng)移動臺處于同一個BSC控制下的相鄰BTS之間區(qū)域時，移動臺在維持與源BTS無線連接同時，又與目標 BTS建立無線連接，之后再釋放與源BTS的無線連接。發(fā)生在同一個BSC控制下的同一個BTS間的不同扇區(qū)間的軟切換又稱為更軟切換。

FDMA、TDMA系統(tǒng)中廣泛采用硬切換技術(shù)，當(dāng)硬切換發(fā)生時，因為原基站與新基的載波頻率不同，移動臺必須在接收新基站的信號之前，中斷與原基站的通信。往往由于在與原基站鏈路切斷后，移動臺不能立即得到與新基站之間的鏈路，會中斷通信。另外，當(dāng)硬切換區(qū)域面積狹窄時，會出現(xiàn)新基站與原基站之間來回切換的“乒乓效”，影響業(yè)務(wù)信道的傳輸。在CDMA系統(tǒng)中提出的軟切換技術(shù)，很好地利用了直接擴頻系統(tǒng)的特點，與硬切換技術(shù)相比，具有以下更好的性能：

（1）軟切換發(fā)生時，移動臺只有在取得了與新基站的鏈接之后，才會中斷與原基站的聯(lián)系，通信中斷的概率大大降低；

（2）軟切換進行過程中，移動臺和基站均采用了分集接收的技術(shù)，有抵抗衰落的能力，不用過多增加移動臺的發(fā)射功率；同時，基站宏分集接收保證在參與軟切換的基站中，只需要有一個基站能正確接收移動臺的信號就可以進行正常的通信，由于通過反向功率控制，可以使移動臺的發(fā)射功率降至最小，這進一步降低移動臺對系統(tǒng)的干擾；

（3）進入軟切換區(qū)域的移動臺即使不能立即得到與新基站的鏈路，也可以進入切換等待的排隊隊列，從而減少了系統(tǒng)的阻塞率。軟切換正因為有如此的優(yōu)點，才被第三代移動系統(tǒng)所采納，CDMA2000中的軟切換技術(shù)正日趨走向成熟，顯示出強大的生命力。

附錄：程序偽代碼

附錄一：

靜態(tài)門限的軟切換過程：

附錄二：

動態(tài) 門限的軟切換過程：

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