CDMA系统软切换过程浅析

 
（中国联通河北分公司 石家庄 050011）
　　摘 要 介绍了CDMA系统软切换的概念、过程和特点，重点分析了软切换参数的定义与设置原则。

　　关键词 软切换 导引信号集 切换参数 搜索窗口

1 切换的概念

　　切换是指当移动台走出原服务小区将要进入另一个服务小区时，原基站与移动台之间的链路将由新基站与移动台之间的链路来取代的过程。IS?鄄95A系统支持以下3种切换过程。

　　（1） CDMA到模拟的切换

　　指移动台从一个CDMA业务信道切换到一个模拟AMPS话音信道。

　　（2） MA到CDMA的硬切换

　　指移动台在不同的基站集合间（如属于不同MSC的基站）、不同频率分配或不同帧偏置间转换。

　　（3） 软切换

　　移动台利用Rake接收机的多个接收支路，开始与一个新的基站联系时，并不立即中断与原基站之间的通信，即先建立与新基站的通信，然后直到接收到原基站信号低于一个门限值时再切断与原基站的通信，这种切换方式称为软切换。软切换仅仅能运用于具有相同频率的CDMA信道之间，包含不同基站之间的切换和不同 BSC 之间的切换，利用IMR（Inter MSC Router）的MSC之间的切换。更软切换专指同一基站不同扇区之间的切换。

　　软切换是IS?鄄95A系统引入的一个新的概念，是建立在CDMA系统分集接收基础上的一项技术，它具有提高通信话音质量、增加系统容量等优点。本文将重点讨论IS?鄄95A CDMA系统中软切换技术及其实现过程。

2 软切换技术的特点

　　当软切换发生时，移动台在取得了与新基站的链接之后，再中断与原基站的联系，大大降低了通信中的掉话率。

　　在软切换进行过程中，软切换提供在基站边界处的前向业务信道和反向业务信道的路径分集。采用分集接收的方式，提高了抵抗衰落的能力，降低了移动台的发射功率，减少了移动台对系统的干扰，增加了系统容量。

　　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队队列，从而减少了系统的阻塞率。

3 导引信号集

　　导引信号即指一个导引信道，虽然导引信道的PN码相同，但每个导引信道的时间偏置不同。移动台根据各个基站的导引信号的强度来决定是否进行切换。为了根据导引信号强度对各个基站进行有效的管理，在移动台引入了导引信号集的概念。

　　＊有效导引信号集：分配给移动台的与前向业务信道相联系的导引信号。

　　＊候选导引信号集：当前不在有效导引信号集里，但已被移动台接收，有足够的强度表明与之相联系的前向业务信道能被成功解调的导引信号。

　　＊相邻导引信号集：当前不在有效导引信号集或候选导引信号集中，但有可能成为软切换候选的导引信号。

　　＊剩余导引信号集：在当前CDMA指配频率上，在当前系统里的所有可能导引信号集（PILOT_INC的整数倍）中，但不包括在相邻导引信号集、候选导引信号集和有效导引信号集里的导引信号。

4 切换参数

（1） T_ADD

　　导引信号增加门限。该值用于移动台触发发送导引信号强度测量消息以启动切换过程。移动台根据服务小区的切换指示消息，将邻近集或剩余集中的导引信号在强度（ Ec/Io ）超过该参数的导引信号时移动到候选集或有效集中。

（2） T_DROP

　　导引信号去掉门限。

（3） T_TDROP

　　去掉导引信号定时器值（单位为s，参见表1）。当移动台有效导引信号集或候选导引信号集的一个导引信号强度低于T_DROP时，启动去掉导引信号定时器值。如果这个导引信号是候选导引信号集中的导引信号，其强度持续低于T_DROP的时间超过T_TDROP，它将被移至相邻的导引信号集中。如果这个导引信号是有效导引信号集中的一个导引信号，其强度持续低于T_DROP的时间超过T_TDROP，就发送导引信号强度测量消息。根据基站发送的切换指示消息，它将被移至相邻导引信号集中。

（4） T_COMP

　　有效导引信号集与候选导引信号集比较门限。当候选导引信号集里的一个导引信号强度超过有效导引信号集中的一个导引信号强度0?郾5×T_COMP dB 时，移动台则发射一个导引信号强度测量消息，并根据服务小区的切换指示消息，将该导引信号移到有效导引信号集中，替换那个导引信号。

表1 切换去掉定时器期满值



5 搜索窗口参数

　　因为CDMA系统采用严格的同步控制技术，所以移动台将正在接收的一个导引信道中提取的系统时间作为参考时间，对其他不同PN码导引信道同步解调提取信息。但由于该导引信道和其他导引信道传播时延不确定，因而移动台要在一个合理的时延（PN码相位偏移范围）窗口上进行搜索，以确定导引信道的实际时序。搜索时延宽度称为搜索窗口，以PN码片为单位，搜索窗口的尺寸见表2。

移动台搜索导引信道时使用3种不同的搜索窗口参数。

　　＊SRCH_WIN_A：用于搜索有效集和候选集中的导引信道，移动台的搜索窗口以有效导引信号集中最早到来的可用导引信号多径成分为中心。

　　＊SRCH_WIN_N：用于搜索相邻集中的导引信道，移动台以SRCH_WIN_A中心为基准再加上该导引信道PN序列偏置作为搜索窗口中心。它只对邻区列表（NeighborList）中规定的导引信号进行搜索。

　　＊SRCH_WIN_R：用于搜索剩余集中的导引信道，对于剩余导引信号集中的每个导引信号，移动台应以移动台定时参考加上该导引信道PN序列偏置作为搜索窗口中心。移动台应仅搜索剩余导引信号集中其导引信号PN序列偏置等于PILOT_INC整数倍的导引信号。

　　移动台将在寻呼信道的系统参数中得到搜索窗口取值。窗口大小与搜索速度成反比。为了提高搜索速度而将窗口缩小，将有可能造成有用导引信号的丢失。RCH_WIN_A搜索窗口应满足导引信道中可用多径成分中最大到达时间差，即导引信道的最大时延扩展。SRCH_WIN_N和SRCH_WIN_R搜索窗口应满足导引信道路径传播时延的最大时延扩展。

表2 搜索窗口尺寸



6 切换过程

　　移动台搜索所有导引信号以探测现有的CDMA信道并测量它们的强度。当移动台探测发现相邻导引信号集或者剩余导引信号集导引信号强度超过T_ADD时，它就发送一条导引信号强度测量消息（Pilot Strength Measurement Message，PSMM）至服务基站。

　　服务基站将该报告送给MSC，MSC通知切换目的基站安排一个前向业务信道给移动台，两基站前向业务信道将发送除功率控制子信道以外的完全相同的调制符号，并由服务基站发送含切换目的基站的PN号、前向业务信道号和切换参数等内容的切换指示消息（Handoff Direction Message，HDM），指示移动台开始切换。

　　移动台根据接收到的切换指示消息，将切换目的基站PN加入有效导引集，同时对两基站前向业务信道进行解调。解调完成后发送切换完成消息（Handoff Completion Message，HCM）。

　　随着移动台的移动，当有效导引集的一个导引信号强度低于T_DROP时，移动台就启动切换去掉定时器T_TDROP。当定时器T_TDROP期满时它就发送一条PSMM至基站。

　　两基站接收到PSMM后，将该消息送至MSC，MSC回送相应的HDM，由基站转发至移动台，移动台再根据切换指示消息将该导引信号移出有效集，同时发送HCM。

7 切换参数设置

　　在基站较密集的市区，基站的覆盖范围受其导引信号强度Ec/Io与切换参数T_ADD关系的制约。随着门限值T_ADD的增大，覆盖范围将缩小，反之将扩大。

　　T_ADD和T_DORP的取值还将影响到切换数量和切换区域。增加T_ADD，处于软切换的移动台占总移动台的数量将降低，反之将升高。随着门限值T_ADD和T_DORP的降低，切换区域将扩大，反之将缩小。

　　在软切换状态下使用的多扇区接收机产生的固有分集接收增益，可以降低移动台发射信号强度，减少对其他移动台的干扰，增加系统容量。但软切换需要利用所有相关基站的信道单元来支持通话，这样不仅占用了多个小区的物理信道单元，还造成了物理信道单元的浪费。因此，应综合考虑软切换获得的降低干扰的增益与所投入的信道资源的成本关系。理论研究和实际测试均表明，软切换比例为 35%左右是比较理想的。

　　T_COMP控制导引信号从候补集到有效集的转移。在有4个（或更多）导引信号强度超过T_ADD的情况下，降低T_COMP取值，将使导引信号更容易进入有效集；升高T_COMP的取值将可减少互换次数，但却增加了进入有效集的难度，造成部分强导引信号不能进入有效集（不在有效集中的导引信道是强干扰源）。

　　搜索窗口的大小与搜索速度成反比关系。扩大搜索窗口将增加移动台导引信号搜索处理的工作量，减少单位时间内搜索到的导引信号数。缩小搜索窗口，移动台将无法搜索到窗口外的强导引信号，对系统构成强干扰。由于不在邻区列表的导引信道无法进入有效集，因此为防止移动台浪费时间搜索此类导引信号，可将优化完成后的SRCH_WIN_R设为0。

综合考虑各种因素，实际优化中切换参数设置建议值见表3。