浅谈WCDMA系统的切换技术

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首先描述了切换的定义，切换的分类和切换的过程；接下来重点介绍了WCDMA软切换技术，包括：上下行链路的分析，功率控制，切换算法等；最后，通过具体的案例来加深对切换技术的理解。

0 引言
切换技术是WCDMA系统的重要组成部分，而软切换是该系统使用的最广泛的方法。它在提高系统容量的同时，减少了切换过程的掉话率，消除了“乒乓效应”，“拐角效应”等。可有效地保证系统的稳定性，可靠性和用户通话的连续性。正确认识和理解切换技术，对日常网络的优化起到了非常重要的作用。
1 切换的定义
切换是指移动台在通话的过程中，从一个基站或信道转移到另一个基站或信道的过程。通过切换，可以有效地保证通信的连续性和通话质量。
2 切换分类
在WCDMA系统中，按照切换方式划分，切换主要可以分为以下三种类型：硬切换，软切换，更软切换。
硬切换指不同的基站覆盖小区之间的信道切换。移动用户在与新的基站建立连接前必须断掉与原有基站的连接。
软切换是指移动用户从一个小区移动到另一个小区时，可以同时与两个或多个小区建立连接，进行通信。在切换过程中，终端在与新的基站建立连接前不必断掉与原有基站的连接，没有通信中断的现象。这种切换发生在载波频率相同的基站覆盖小区之间的信道切换。
对于更软切换，指在同一小区的不同扇区之间发生的切换。
3 切换过程
切换过程一般大致分为以下几个步骤：测量控制，测量报告，切换判决，切换执行；首先，终端通过接收网络发送的测量控制信息，获取需要进行测量的参数；然后，终端发送测量报告信息给网络；接着，网络做出切换的判断；在执行阶段，终端根据信令流程做出响应。
4 软切换的特征
4．1 上下行链路
在上行链路方向，每个UE利用其独特的物理信道，例如一个与独特的扰码序列相结合的信道(或扩频)码。只要BS知道相关连接参数，比如UE采用的码子，该信号能被多个BS接收到。进入SHO后，这些用户指定的信息和其他参数就被发送到新的BS上。
在软切换中，信号由不同BS接收并处理。被检测出的比特序列被传送到当前SRNC中，然后由SRNC从所有相关BS中有选择的结合接收数据包。
由于信号能被多个BS接收、合成，UE的发射功率可以被降低，进而减少干扰。
同理，在下行链路中每个激活集通道表示一个独立的从BS到UE的链路。由UTRAN下来的数据被SRNC复制并最终转移到所有相关的BS中。因为BS使用不同的扰码，所以UE根据不同的扰码，能够识别不同的信号。
4．2 功率控制
在下行链路有多个SHO链路活跃的情况下，必须对每条信号无线链路进行功率控制。由UE发射到UTRAN的TPC指令只有一条，该指令却被多个不同的BS接收。然而。TPC指令在空中传送的过程中，由于某些原因，可能会发生差错。因此有的下行无线链路可能增加功率，而其他的下行链路可能减少功率。这就产生了所谓的功率漂移。当SRNC监测到有功率漂移时，则通过Iub接口信令发起下行功率平衡过程。
这些TPC指令被设定成TPCest=1(增加功率)或TPCest=0(降低功率)。因此当前下行链路功率P(k-1)随着更新的下行链路功率变化而变化作为新的发射功率P(k)。


其中PTPC(k)表示内环功率控制过程中第k个功率调整量，Pbal(k)表示为了平衡无线链路的功率向一个共同的参考功率靠拢，根据下行功率控制过程得到的一个修正值。Pref表示下行链路参考功率，Pp-CPICH表示主公共导频信道(CPICH)的发射功率，r是调整系数，介于0到1之间。Pinit是上—个调整周期内最后一个时隙的码域功率。通过采用这个算法可以解决由于下行链路TPC指令检测错误出现功率漂移的问题。
在激活集中的每个BS都与UE之间有一个功率控制环。BS依靠不同的下行链路TPC指令来控制对应的UE。只要当BS向UE发出降低或者提高功率的指令时，UE就会采取相应的措施来执行。但对于一些不可靠的功率控制指令，UE会屏蔽它。

4．3 软切换算法
软切换算法中几个常用的术语：
●激活集：指与某个移动台建立连接的小区的集合。软切换的执行结果就表现在激活集里的小区的增加和减少。
●监测集：监测集的小区是激活集小区的邻区，是RNC通过measurement control下发给UE。这些小区的导频Ec／Io尚未强到可以加入激活集。
●检测集：不在激活集和监测集的小区，但UE能够检测到它的存在。
除了激活集之外，UE中还有监测集和检测集。对于监测集来说，它能够控制多达32个内部频率小区，其中包括在激活集内的小区。这些小区定期检查“触发条件”。如果触发条件满足，UE就会创建一个报告然后发送给UTRAN，这意味这小区是否加入激活集完全可以在UE中判定。这种切换方式称为移动协助切换。需要注意的是，这份报告只是由UTRAN评估而没有考虑别的测量操作，里面包含测量识别和目标小区信息。由于测量识别被设置在测量控制信息中，它可用于辨别那种情况可以触发测量报告，然后由UTRAN选一个合适的操作。可能的操作有：增加无线链路、移除无线链路以及包含增加和移除链路的替换无线链路。
每个操作都有其固定的触发条件。触发条件包含若干参数，比如：迟滞时间参数和触发时间参数等。这些参数在连接之前发送给UE并能在连接的过程中更新，比如为了适合传播环境而做的更新。测量是一个循环事件，由UE的物理层来处理。UE的无线资源管理(RRC)接收这些测量值并决定是否从激活集中增加或移除小区。
图1所示是基于Ec／Io，的WCDMA软切换算法原理图。
  



(1)事件1A：在图中，小区2的导频信号强度逐步增加，当强度Ec／Io达到与激活集增加门限T_ADD的和为激活集最强的1小区导频强度时，并且维持一段时间T。此时，在激活集没有满的情况下，小区2被加入激活集中。
(2)事件1C：观察小区3和小区1的信号强度。小区3的信号强度逐步增强，小区1的信号强度逐步减弱，并且小区3的信号开始超越小区1的信号强度。假如小区3的导频信号强度为监测集中最好的导频信号，此时它的值达到最弱的1小区(激活集中最弱的小区)导频Ec／Io与替换滞后门限T_Replace之和，并且维持一段时间T。在激活集数目已满的状态下，小区3替代小区1，被加入激活集中。
(3)事件1B：在接下来的情况中，小区3的信号强度逐渐减弱。当小区3的导频信号强度弱到与激活集删除门限T_Delete之和为激活集最强的2小区导频强度时，并且维持一段时间T。作为激活集里最弱的信号，小区3将移出激活集。


下面将根据不同的触发事件的判决条件和事件1A，1B，1C的具体计算公式，对小区算法进行分析。
(1)1A事件
1A事件代表一个主导频信道进入报告范围，相对门限增加事件，一般用于软切换链路的增加。如果以下的触发条件被满足，则将该导频加入激活集。

其中MNew是小区的测量结果，Mi是激活集的测量结果，N是当前激活集小区数目；MBest是激活集中载干比最大的小区的测量结果；W是有无线网络控制器发送给用户设备的加权参数，R1a是事件1A中由无线网络控制器发送给用户设备的报告范围常数，H1a是事件1A的滞后参数。
(2)1B事件
1B事件代表一个主导频信道离开报告范围，相对门限删除事件，一般用于软切换链路的删除。如果以下的触发条件被满足，则将该导频退出激活集。


(3)1C事件
1C事件代表当非激活集的某小区导频信号强度超过激活集中某小区的导频信号强度时的报告。该报告要求添加一条新的无线链路来替换原来激活集中的链路。

5 邻区配置
下面是在软切换的过程中，由于配置单向邻区而导致的掉话的案例：
  

如图2所示，在从花城基站到云山大酒店基站方向路测的过程中，发现小区切换掉话，而在相反方向路测过程中，切换没有掉话。分析数据发现，在从花城基站到云山大酒店基站中间的一段路段上，主要由花城基站中扰码为426的扇区信号覆盖，而不是扰码为424的信号覆盖。观察地形，分析原因为扰码为426的扇区前方不远处有高层建筑，信号经过反射，被传播到该路段上。检查邻区列表，发现云山大酒店基站扰码为414的扇区配置了花城基站扰码为426的扇区为邻区，而扰码为426的扇区没有配置扰码为414作为邻区，导致单向切换失败。此时，可以把扰码为426的扇区配置扰码为414作为邻区，问题得到解决。

6 结束语
在上述内容中，重点论述了软切换的上下行链路的工作过程，功率控制和切换算法。随着用户和运营商对各种业务需求的不断提高，使得通信网络出现了向IP化发展的趋势。目前，有很大一部分WCDMA网络使用的是ATM传输模式。因此，在向基于IP模式的网络演进的过程中，会出现两种模式共存的现象。在这种情况下，当移动终端跨网移动时，如何有效地利用切换技术，特别是软切换技术，来保证通信质量，是非常重要的问题。