WCDMA系統(tǒng)的軟切換

2019-11-03 09:23:41

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供稿：網(wǎng)友

北京市電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院王玨姜子海

　　本文對WCDMA系統(tǒng)中軟切換過程及WCDMA各相關(guān)事件算法進(jìn)行了介紹，并結(jié)合信息產(chǎn)業(yè)部WCDMA測試內(nèi)容進(jìn)行分析對實(shí)際商用網(wǎng)中WCDMA系統(tǒng)相關(guān)軟切換參數(shù)的設(shè)定提出設(shè)計(jì)值。

　　目前商用的CDMA系統(tǒng)支持多種類型的切換，主要類型有硬切換、軟切換和更軟切換。WCDMA系統(tǒng)中沿用了大部分原IS-95和CDMA2000中的軟切換技術(shù)。

　　軟切換是一種常態(tài)，WCDMA系統(tǒng)中UE幾乎一直處在軟切換狀態(tài)下，這樣可以保證用戶通話的連續(xù)性和穩(wěn)定性，而硬切換過程則不會經(jīng)常發(fā)生，硬切換將影響用戶通話的主觀感受，并容易造成掉話，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時應(yīng)盡量避免硬切換的發(fā)生。

　　WCDMA軟切換的過程

　　信息產(chǎn)業(yè)部有關(guān)部分2004年聯(lián)合設(shè)備廠商和規(guī)劃設(shè)計(jì)單位對3G無線網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行了測試。WCDMA部分共對軟切換進(jìn)行9項(xiàng)測試：包括語音（AMR）、可視電話（CS64）、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（PS64）三類業(yè)務(wù)的更軟切換、軟切換及跨RNC的軟切換的成功率。并對觸發(fā)事件類型1a、1b、1c進(jìn)行了測試。因?yàn)榻ňW(wǎng)初期，用戶數(shù)量不會快速增長，容量不是主要問題，因此對頻率間硬切換及系統(tǒng)間切換未進(jìn)行測試。

　　測試過程中采用前端手機(jī)進(jìn)行不同業(yè)務(wù)的撥叫，記錄UE狀態(tài)是否發(fā)生掉話，后臺記錄相關(guān)信令用來判斷切換成功的次數(shù)。當(dāng)RNC判決進(jìn)行軟切換，并向UE發(fā)送“Active Set Update”消息后，作為一次軟切換。當(dāng)UE成功地更新激活集后，向系統(tǒng)發(fā)送“Active Set Update Complete”消息，宣布新加入了無線鏈路，作為切換event 1a成功的標(biāo)志。當(dāng)Node B向系統(tǒng)發(fā)送“Radio Link Deletion”消息，宣布無線鏈路已經(jīng)從UE的激活集中刪除，作為切換event 1b成功的標(biāo)志。根據(jù)以上信令消息對WCDMA的軟切換過程和成功率進(jìn)行判斷。

　　測試過程中因?yàn)閁E與系統(tǒng)切換頻繁，信令數(shù)量大，分析時應(yīng)注意信令的發(fā)送時間，以避免混淆不同次切換的消息。通常認(rèn)為2ms內(nèi)到達(dá)UE的切換消息，為RNC下發(fā)給不同Node B的同一消息。對于RNC下發(fā)的消息可從信令中的Message Authentication Message進(jìn)行區(qū)分。

　　WCDMA系統(tǒng)軟切換算法

　　1. 軟切換算法

　　WCDMA系統(tǒng)軟切換算法可以分為兩部分：UE測量報(bào)告的配置和RNC更新UE的激活集。UE測量報(bào)告的配置記錄在系統(tǒng)消息塊11（SIB11）中，它是RRC的專用控制消息。SIB11中記錄最多八個小區(qū)，一個為主用小區(qū)，其余七個為相鄰小區(qū)，實(shí)際上，系統(tǒng)只考慮前三個小區(qū)的測量配置。RNC對UE內(nèi)的測量報(bào)告或者頻段內(nèi)的測量報(bào)告進(jìn)行判斷，以決定UE是否對激活集進(jìn)行更新。

　　軟切換算法就是基于以下的測量消息:

　　● 頻段內(nèi)測量消息

　　頻段內(nèi)測量消息由小區(qū)廣播的系統(tǒng)消息（SIB11）進(jìn)行配置。SIB11中包括RACH報(bào)告，它記錄了被測小區(qū)的CPICH強(qiáng)度（Ec/No），以及cell_FACH和cell_DCH的狀態(tài)。cell_DCH對軟切換的觸發(fā)事件進(jìn)行報(bào)告，比如Event 1a、1b、1c。

　　● UE內(nèi)部測量報(bào)告

　　UE內(nèi)部測量報(bào)告由RRC專用控制消息配置，UE內(nèi)部測量包括接收到不同小區(qū)的導(dǎo)頻強(qiáng)度以及收發(fā)數(shù)據(jù)的時間差（Rx-Tx time difference）。

　　WCDMA系統(tǒng)對軟切換狀態(tài)下的事件進(jìn)行了定義：

　　事件（event）1a: 1個 P-CPICH 進(jìn)入了測量范圍（reporting range），切入新的測量小區(qū)。

　　事件（event）1b: 1個 P-CPICH 離開了測量范圍（reporting range），原測量小區(qū)切出。

　　事件（event）1c: 1個非激活集的P-CPICH好于激活集中的某個P-CPICH，原小區(qū)被新加入小區(qū)替換。

　　2. event 1a/1b/1c計(jì)算公式

　　WCDMA系統(tǒng)軟切換根據(jù)觸發(fā)事件決定UE激活集內(nèi)導(dǎo)頻的更新和替換。以下將根據(jù)不同觸發(fā)事件的判決條件，對小區(qū)切換算法進(jìn)行分析。

　　event 1a/1b/1c涉及的主要參數(shù)如下：

　　R（Reporting range）：報(bào)告范圍，即切換門限，可以用來調(diào)節(jié)軟切換的UE在小區(qū)中的比例和切換范圍的大小，軟切換比例通常控制在20%～30％，以減少基站的下行發(fā)射功率，節(jié)約系統(tǒng)資源。應(yīng)當(dāng)指出的是20％～30％的軟切換比例只是實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算結(jié)果，在WCDMA網(wǎng)中，特別是在城區(qū)內(nèi)，基站數(shù)量密集，為保證用戶的語音和數(shù)據(jù)通信，軟切換比例將提高，預(yù)計(jì)將達(dá)到40％～50％。

　　R的取值范圍在0～14.5dB，步長0.5dB，缺省值為3dB。

　　H（Hysteresis）：滯后值，可以用來避免由于頻繁切換造成的乒乓效應(yīng)，同時可避免過多的信令開銷。

　　H的取值范圍在0～7.5dB，步長0.5dB。缺省值為0（event 1a），1.5dB（event 1b,1c）。原IS-95系統(tǒng)為避免乒乓效應(yīng)，采用的是時間滯后的辦法，在WCDMA系統(tǒng)中也仍然保留了時間滯后參數(shù)Time to Trigger，它和Hysteresis的作用相近，可以克服因快速衰落造成的導(dǎo)頻快速變化，保證激活集內(nèi)導(dǎo)頻的穩(wěn)定。

　　W：是一個系數(shù)，可以用來把激活集中其他導(dǎo)頻的影響考慮到切換門限中，通常把激活集中最好的導(dǎo)頻作為導(dǎo)頻準(zhǔn)入門限的參照值。

　　W的取值范圍在0～100％，步長10％，缺省值為100％。

　　event 1a/1b/1c具體算法為：

　　event 1a

　　其中：Mnew為進(jìn)入測量范圍的小區(qū)測量值

　　Mi為激活集中第i個小區(qū)的測量值

　　NA為當(dāng)前激活集中小區(qū)的數(shù)目

　　Mbest為激活集中最高測量值

　　W1a為SIB11中event 1a參數(shù) （可設(shè)置）

　　R1a為event 1a的報(bào)告范圍（可設(shè)置）

　　H1a為event 1a的滯后參數(shù) （可設(shè)置）

　　event 1a是對激活集以外的某個強(qiáng)導(dǎo)頻進(jìn)行測量，如果滿足準(zhǔn)入條件，就將該導(dǎo)頻加入激活集中。而準(zhǔn)入門限的確定就是由以上公式?jīng)Q定。基本原理是UE激活集內(nèi)的所有導(dǎo)頻依照不同的權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，得到準(zhǔn)入門限的參考值:

　　為保證切入導(dǎo)頻的穩(wěn)定性，又加入了兩個參數(shù)H和R。參考值減去報(bào)告范圍值R和滯后值H即可確定導(dǎo)頻的準(zhǔn)入門限，如果新的導(dǎo)頻高于此基準(zhǔn)值，將被加入到激活集中。

　　event 1b

　　其中：Mnew為正在離開報(bào)告范圍的小區(qū)的測量值

　　Mi為激活集中第i個小區(qū)的測量值

　　NA為當(dāng)前激活集中小區(qū)的數(shù)目

　　Mbest為激活集中最高測量值

　　W1b為SIB11中event 1b參數(shù)（可設(shè)置）

　　R1b為event 1b的報(bào)告范圍（可設(shè)置）

　　H1b為event 1b的滯后參數(shù)（可設(shè)置）

　　與event 1a類似，event 1b根據(jù)以上判決門限，對比導(dǎo)頻平均值低的激活集導(dǎo)頻，從激活集中刪除。

　　event 1c

　　10·LogMnew≥10·LogMi+H1c

　　其中：Mnew為進(jìn)入測量范圍的小區(qū)測量值

　　Mi為激活集中第i個小區(qū)的測量值

　　H1c為event 1c的滯后參數(shù)（可設(shè)置）

　　event 1c執(zhí)行替換激活集中導(dǎo)頻的操作，新加入導(dǎo)頻Mnew與原有Mi小區(qū)進(jìn)行比較，如果高于Mi小區(qū)導(dǎo)頻強(qiáng)度H1c時，UE的激活集更新，刪除原Mi小區(qū)導(dǎo)頻由Mnew小區(qū)替換。

　　event 1a/1b/1c的算法對系統(tǒng)定義了不同參數(shù)，參數(shù)值的確定是建設(shè)網(wǎng)絡(luò)的重要指標(biāo)，特別是在密集市區(qū)內(nèi)，基站相對集中，既要保證小區(qū)的連續(xù)覆蓋，使UE保證軟切換的連續(xù)性，同時又要避免系統(tǒng)發(fā)生過多的軟切換，從而造成不必要的資源浪費(fèi)。因此，有必要改進(jìn)切換過程和調(diào)整切換參數(shù)，使系統(tǒng)在增強(qiáng)CDMA 功能的同時保持呼叫的完整性。

　　
摘自《計(jì)算機(jī)世界報(bào)》第41期 D6、D7

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