第三代移動通訊系統中CDMA2000軟切換分析
2019-11-03 10:17:17
供稿：網友
（東南大學／謝海榮 劉郁蓉） 移動通信以其特有的靈活、便捷的優點符合了現代社會人們對通信技術的要求，成為２０世紀８０年代中期以來發展最為迅速的通信方式。而ＣＤＭＡ技術則是移動通信的“寵兒”，在短短的幾年時間里，已經在技術上獲得了巨大的突破。軟切換是ＣＤＭＡ系統的關鍵技術之一，已成功應用于ＩＳ９５、ＣＤＭＡ２０００系統，并被第三代移動通信系統所采納。本文將重點闡述ＣＤＭＡ２０００系統中軟切換技術及其實現的考慮。
移動通信以其特有的靈活、便捷的優點符合了現代社會人們對通信技術的要求，成為２０世紀８０年代中期以來發展最為迅速的通信方式。而ＣＤＭＡ技術則是移動通信的“寵兒”，在短短的幾年時間里，已經在技術上獲得了巨大的突破。軟切換是ＣＤＭＡ系統的關鍵技術之一，已成功應用于ＩＳ９５、ＣＤＭＡ２０００系統，并被第三代移動通信系統所采納。本文將重點闡述ＣＤＭＡ２０００系統中軟切換技術及其實現的考慮。
軟切換技術及其性能
軟切換是ＣＤＭＡ系統所特有的。其基本原理如下，當移動臺處于同一個ＢＳＣ控制下的相鄰ＢＴＳ之間區域時，移動臺在維持與源ＢＴＳ無線連接的同時，又與目標ＢＴＳ建立無線連接，之后再釋放與源ＢＴＳ的無線連接。發生在同一個ＢＳＣ控制下的同一個ＢＴＳ間的不同扇區的軟切換又稱為更軟切換。
ＦＤＭＡ、ＴＤＭＡ系統中廣泛采用硬切換技術。當硬切換發生時，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。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，使通信中斷。另外，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”，影響業務的傳輸。在ＣＤＭＡ系統中提出的軟切換技術，很好地利用了直接擴頻系統的特點，與硬切換技術相比，具有以下更好的性能。
１）軟切換發生時，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，有抵抗衰落的能力，不用過多增加移動臺的發射功率；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，通過反向功率控制，可以使移動臺的發射功率降至最小，這進一步降低移動臺對系統的干擾。
３）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隊隊列，從而降低了系統的阻塞率。
進行切換的依據及實現過程
切換的依據和移動臺宏分集的實現
在ＣＤＭＡ系統中，切換的標準主要為導頻信號的強度，導頻信號強度為接收到的導頻能量與全部接收到的能量的比值。導頻信號是每個基站連續發射的未經調制的、直接序列擴頻的信號，它主要用于使所有在基站覆蓋區中工作的移動臺同步。基站利用一周期為３２７６８ｃｈｉｐ的最大長度隨機序列（ＰＮ）的時間偏置來標示每個前向ＣＤＭＡ信道（由基站到移動臺），此序列ＰＮ也稱為導頻序列。
不同前向信道使用不同相位的ｍ序列進行調制，其相位至少相差６４ｃｈｉｐ，因此導頻ＰＮ序列可使用的相位為５１２個。在ＣＤＭＡ系統中大部分ＣＤＭＡ小區都采用同一個頻率，移動臺根據接收到的基站導頻信號的不同偏置來區分各個基站。每個小區的導頻要與其同一ＣＤＭＡ信道中的正向業務信道相配合才有效，當移動臺檢測到一個足夠強度的導頻而它未與任何一正向業務信道相配合時，就向基站發送一導頻強度測量報告，基站根據此報告決定是否切換。
在越區軟切換的過程中，移動臺同時接收來自兩個或多個基站發射的相同信息，對其進行分集合并和判決，從而改善移動臺處于越區切換時的接收信號質量，并保證越區切換時的數據不丟失，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來的信號，從而保證了ＣＤＭＡ系統能夠實現軟切換。軟切換的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、小區邊界處的“乒乓效應”以及切換引入的噪聲。
軟切換的實現過程
移動臺不斷地搜索著激活類、候選類、臨近類、剩余類各個導頻的強度，并且根據強度維護各個類，當移動臺靠近切換區時，移動臺開始以下操作過程：
１）導頻Ｐ２的強度超過Ｔ＿ＡＤＤ，移動臺將這個導頻移到候選類。
２）導頻Ｐ２的強度超過［（ＳＯＦＴ＿ＳＬＯＰＥ／８）×１０×ｌｏｇ１０（ＰＳ１）＋ＡＤＤ＿ＩＮＴＥＲＣＥＰＴ／２］，移動臺發送導頻強度測量消息。
３）移動臺收到擴展切換指示消息，將Ｐ２移入激活類，開始宏分集，然后發送切換完成消息。
４）導頻Ｐ１的強度下降，低于［（ＳＯＦＴ＿ＳＬＯＰＥ／８）×１０× ｌｏｇ１０（ＰＳ２）＋ＤＲＯＰ＿ＩＮＴＥＲＣＥＰＴ／２］時，移動臺開始啟動切換下降定時器。
５）切換下降定時器超時，移動臺發送導頻強度測量消息。
６）移動臺收到擴展切換指示消息，將Ｐ１移入候選類，然后發送切換完成消息。
７）導頻Ｐ１的強度下降，低于Ｔ＿ＤＲＯＰ時，移動臺開始啟動切換下降定時器。
８）切換下降定時器超時，移動臺將Ｐ１從候選類移到臨近類。
這就是移動臺進出切換區的全過程，由此看出對于移動臺，切換的關鍵就是在復雜的無線信道條件下不斷地、較為準確地測量各導頻的強度以及支持在切換區內的宏分集。
IS95和CDMA2000中軟切換的比較
眾所周知，ＣＤＭＡ系統中的軟切換技術具有切換中斷率低、可靠性高等優點，但是由于移動臺在軟切換過程中支持宏分集，所以移動臺在切換區中同時和兩個ＢＴＳ保持通信，這在一定程度上影響了基站的無線信道利用率。尤其在基站較忙時，這種切換方式反而會影響系統的切換成功率。由于移動臺在切換區中逗留的時間與移動臺的速度大小、方向和切換區的大小等因素有密切關系，所以這個問題的處理就比較復雜。ＩＳ９５和ＣＤＭＡ２０００對這個問題的處理有一些區別。
首先，移動臺在靠近切換區時，在ＩＳ９５中當移動臺搜索到鄰區導頻強度大于Ｔ＿ＡＤＤ＿ｓ時，立即把這個導頻加入候選類，同時向基站報告導頻強度，準備接受基站的切換指示消息后開始宏分集。但是在ＣＤＭＡ２０００中，當移動臺搜索到鄰區導頻強度大于Ｔ＿ＡＤＤ時，移動臺只是把這個導頻加入候選類。直到移動臺認為其搜索到的強度足夠大時，才開始向基站發導頻報告，準備宏分集。
其次，移動臺在準備離開切換區時，判斷的門限也有很大不同。在ＩＳ９５中，移動臺直到原ＢＴＳ導頻的強度低于Ｔ＿ＤＲＯＰ＿ｓ時，才開始啟動下降定時器，所以其判斷的尺度比較單一。但是在ＣＤＭＡ２０００中，移動臺對參與宏分集的基站的導頻不斷地按照大小排隊，然后判斷最小的幾個有沒有到達下降門限。
由此看出ＣＤＭＡ２０００在保持了與ＩＳ９５兼容性的同時，大大增加了靈活性。當激活類中強度較大的導頻已經足夠大的時候，移動臺將不再理會Ｔ＿ＤＲＯＰ＿ｓ這個死門限，果斷地提出讓導頻強度較小的基站脫離宏分集狀態，從而減少不必要的鏈路占用。
可以看出，在ＩＳ９５向ＣＤＭＡ２０００過渡的過程中，針對軟切換所造成的信道利用率低的不足，ＣＤＭＡ２０００提出了更為有效的門限判斷方法。在ＩＳ９５中各個門限定得比較單一，門限值是絕對值，所以不能有效地處理移動臺在切換區的復雜情況，但是在ＣＤＭＡ２０００中，在和ＩＳ９５兼容的同時，采用相對門限，因而更為有效，更為實際。同時，ＣＤＭＡ２０００針對軟切換的不足，在保證軟切換成功的同時，相應地縮小了切換區，從而縮短了宏分集的時間，這對于提高整個系統無線資源的利用率、提高整個系統切換的成功率，有著重要意義。
摘自《人民郵電報》
