淺談移動通信的切換技術

2019-11-03 09:39:00

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趙如兵　江蘇移動通信有限責任公司南通分公司　　所謂切換，是指當移動臺在通話過程中從一個基站覆蓋區移動到另一個基站覆蓋區，或者由于外界干擾而造成通話質量下降時，必須改變原有的話音信道而轉接到一條新的空閑話音信道上去，以繼續保持通話的過程。它是移動通信系統中一項非常重要的技術，正確認識及理解切換對我們的日常維護有網絡優化會起到很重要的作用。

　　一、切換判決條件

　　在移動通信系統中，我們一般可根據射頻信號強度，載干比、移動臺到基站的相對位置來判斷切換與否。　　1.依射頻信號強度判決

　　射頻信號強度（基站接收到的手機信號強度）直接反映了話音傳輸質量的好壞，基站話音信道接收機連續對其進行測量，控制單元將測量值與門限值比較，根據比較結果向交換機發出切換請求。

　　2.依接收信號載干比判決

　　載干比是接收機接收到的載波信號與干擾信號的比值，反映了移動通信的通話質量，如在TACS系統中，通話時基站會產生連續的監測音SAT，和話音一起傳送，用于監測無線信道質量。一般來說，TACS要求載干比為17dB，而GSM、CDMA載干比分別為9dB和7dB。當接收機接收到的載干比小于規定的門限值時，系統就啟動切換過程。

　　3.依移動臺到基站的距離判決

　　一般而言，切換是由于移動臺移動到相鄰小區的覆蓋范圍內，因此可根據其與基站及小區的距離作出是否要進行切換的判決。當距離大于規定值時，則發出切換請求。

　　上述3種判決條件中，滿足其中任一條件都將啟動切換過程。但在實際應用中，由于在通話過程中測量接收信號載干比有一定困難，而用距離判決時，測量精度有時很難保證。因此，大多數的移動通信系統均使用射頻信號強度作為判決切換與否的基準。基于信號強度的切換過程如下：移動臺從當前小區運動到相鄰小區時，從兩小區接收到的信號強度不斷發生變化，隨移動臺逐漸接近當前小區邊界，信號強度和質量逐漸惡化，從某一點開始從相鄰小區來的信號強度開始高于當前小區；另一方面，相鄰小區收到該移動臺的信息強度也高于當前小區收到的信號強度，在移動臺與當前小區間的通信鏈路惡化到無法使用之前，通話被切換到相鄰小區。

　　二、切換控制方式

　　移動通信系統共有三種切換控制方式，即：移動臺控制切換（MCHO）、網絡控制切換（NCHO）和移動臺輔助切換（MAHO）。

　　1.移動臺控制切換（MCHO）

　　移動臺控制切換是通過移動臺持續監視通信端口的信號強度和質量，當滿足切換條件時，移動臺選擇一個最好的切換侯選項并發起切換請求，目前歐洲的DECT和北美的PACS系統均采用該切換控制。

　　2.網絡控制切換（MCHO）

　　網絡控制切換是通過通信端口監視信號強度和質量，當信號惡化到低于某閾值時，網絡就安排切換到新的通信端口，在此過程中，網絡要求所有端口監視由移動臺來的信號，并將結果報告給網絡，當網絡選擇新端口后，它同時通知舊端口和新端口完成切換，移動臺在切換過程中是被動的。目前的TACS及AMPS系統均采用這種切換控制，即由基站檢測，由交換中心控制完成，當前基站監視并測量所有通信鏈路，移動交換中心（MSC）命令周圍基站不時地測量各自的通信鏈路，基于這些測量，MSC決定何時何地發生切換。

　　3.移動臺輔助切換（MAHO）

　　移動臺輔助切換（MAHO）可以說是網絡控制切換（NCHO）的一種演化，網絡要求移動臺測量周圍端口的信號強度并報告給舊端口，然后由網絡來判斷是否切換和切換到哪個端口。因此MAHO是通過移動臺測量通信鏈路，而由網絡控制切換，在切換過程中移動臺和網絡同時參與切換，移動臺負責測量，網絡負責判決。目前的GSM及CDMA系統均采用這種切換控制，即由移動臺監測判決，由交換中心控制完成。

　　我國目前是TACS、GSM及CDMA多網并存的結構。在TACS系統中，由于采用網絡控制切換方式，由基站檢測，由交換中心控制完成，故信道監視和測量功能集中在基站，當基站判決要切換時，必須請求和等待相鄰基站的測量結果才能確定切換的目標小區；而在GSM和CDMA系統中，由于采用移動臺輔助切換方式，切換是由移動臺負責測量，網絡負責判決的，故需要切換時，目前小區可立即確定，因此GSM、CDMA切換速度較TACS要快。另外，由于網絡控制切換需要傳遞大量信令用以搜集信息，然而基站可用的無線資源是有限的，切換又經常要花費數秒鐘，為減少網絡的信令負擔，周圍基站并非持續的MSC傳遞測量報告，即測量次數由于資源的限制而降低，因此MSC用作切換判決的依據并非精確可靠。

　　三、軟切換與硬切換

　　切換從方式上一般可分為硬切換和軟切換兩種。

　　1.硬切換

　　硬切換是不同頻率的基站或扇區之間的切換，在切換過程中，移動臺必須在一指定時間內，先中斷與原基站的聯系，調諧到新的頻率上，再與新基站取得聯系。因此，硬切換是“先斷開，后切換”，切換時，要在原話音信道上送切換指令，移動臺需要暫時停止通話，然后調諧到新的信道頻率上。

　　現有TACS系統和GSM系統均使用硬切換方式，當切換發生時，因為原基站與新基站的載波頻率不同，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，而當移動臺與原基站鏈路切斷后，卻往往不能立即得到與新基站之間的鏈路（GSM有200ms左右的中斷時間，TACS有500ms左右的中斷時間），因此硬切換在一定程度上會影響通話質量。另外，由于硬切換是“先斷開，后切換”，如在中斷時間內受到干擾或切換參數設置不合理等因素的影響，會導致切換失敗，引起掉話；當硬切換區域面積狹窄時，會出現新基站與原基站之間來回切換的“乒乓效應”，影響業務信道的傳輸。

　　2.軟切換

　　軟切換是同一頻率不同基站之間的切換，在切換過程中，移動臺同時與原基站和新基站都保持著通信鏈路，一直到進入新基站并測量到新基站的傳輸質量滿足指標要求后，才斷開與原基站的連接。因此，軟切換是“先切換，后斷開”，在切換過程中，移動臺并不中斷與原基站的聯系，真正實現了“無縫”切換。現有CDMA系統使用軟切換方式。軟切換由于“先切換，后斷開”，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系，因此在切換過程中沒有中斷，不會影響通話質量；軟切換由于是在頻率相同的基站間進行，在兩基站（或多基站）覆蓋區的交界處，移動臺同時與多個基站通信，起業務信道分集的作用，因而可大大減少切換造成的掉話（可視為無掉話）。另外，由于軟切換中移動臺和基站均采用了分集接收技術，有低抗衰落的能力，同時通過反向功率控制，我們可以使移動臺的發射功率降至最小，從而降低了移動臺對系統的干擾；進入軟切換區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列，從而減少了系統的阻塞率。

　　四、切換過程

　　1.TACS的切換過程

　　TACS系統采用的是網絡控制切換方式，即由基站檢測，由交換中心控制完成，其切換過程如下：

　　移動臺在通話過程中，基站會產生連續的監測音SAT，和話音一起傳送，用于監測無線信道質量；當基站監測到移動臺的射頻信號強度低于所設定的切換門限電平值時，基站便向交換機發出切換請求；交換機根據基站切換關系表，指定相應的目標基站來測量源基站要切換話音信道的信號強度；當某個目標基站的測量值滿足設定的比較條件時，該基站便通知系統它億測量的信號強度、所用無線等參數，系統便向該目標基站發出一個執行切換命令（對于MOTOROLA系統，由于信道的分配功能是由基站完成的，所以這時應由基站向系統應答一個信息，以告訴系統所選信道的、SAT音號等；而對于ERICSSON系統，由于信道的分配功能是由交換機來完成的，所以不存在在這一應答指令），同時系統還會向發出切換請求的源基站發一個切換執行命令；于是源基站便其下行話音信道中向手機發一個包含手機要切換的信道號和所應使用的功率等參數的控制信號；手機收到該信號后向基站發一個釋放該信道的應答信號ST，然后立即切換到新的話音信道；基站收到ST后便釋放該話音信道；當目標基站的SAT音經手機環回后，它便向系統報告越區切換成功。整個切換過程便結束了。

　　2.GSM的切換過程

　　GSM系統采用的是移動臺輔助切換方式，即由移動臺監測判決，由交換中心控制完成，在發換過程中基站和移動臺均參與切換過程。其切換過程如下；移動臺在通話過程中，不斷地向所在小區的基站報告小區和相鄰小區基站的無線電環境參數；本小區基站依據所接收的該移動用戶無線電環境參數來判斷是否應該進行越區切換，當滿足越區切換條件時，基站便向移動臺發出越區切換請求，同時將越區切換請示信道傳送給MSC;MSC立即判斷此新基站位置碼是否屬于本MSC轄區。此時有兩種情況：若MSC確認新基站是屬于本MSC轄區。此時有兩種情況：若MSC確認新基站是屬于本MSC轄區的基站，則通知VLR為其尋找一空閑信道（最佳或次最佳替換信道），然后將所找信道的信道及IMSI經過本區的基站發送給移動臺，移動臺依據信道號的頻率值將工作頻率切換互新的頻率點上，并進行環路核準，核準信息經MSC核準后，MSC通知基站釋放原信道；若MSC發現新基站是屬于非本MSC轄區的基站，MSC就將切換請求轉送給新MSC，再由新MSC通知它的VLR為其尋找一空閑信道，然后將找到的基站信號，信道號及IMSI傳送給原MSC，并經由原基站發送給移動臺，然后進行移動臺的核準和基站的釋放過程。

　　3.CDMA的切換過程

　　CDMA系統采用的是移動臺輔助切換方式，即由移動臺監測判決，由交換中心控制完成，其切換過程如下：

　　基站在每個工作的前向CDMA信道上不斷發射一個引導信號，用于監測無線信道質量（與TACS中的SAT類似）。移動臺在通話過程中，不斷搜索系統內的引導信號并測量其信號強度，當移動臺檢測到來自相鄰小區基站的引導信號大于上門限時，移動臺便將該引導信號的強度信息的報告給基站，并將該信號作為候選者；MSC通過原基站向移動臺發送一個切換命令消息，移動臺據此跟蹤新目標基站的引導信號，并將引引導信號作為有效者，同時向該目標基站發送一個切換完成消息，至此，移動臺除與原基站保持聯系外，還與新基站取得了鏈路。當原基站的引導信號強度小于下門限時，移動臺的切換計時器開始計時，計時期滿，移動臺向原基站發送引導信號強度測量消息，然后MSC通知目標基站向移動臺發送切換命令消息，移動臺據此斷開與原基站的聯系，并保持與新基站的聯系，同時向新基站發送一個切換完成消息，至此，整個軟切換過程結束。

摘自《移動通信》2001.15期

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