蜂窝移动通信中的切换技术.docx
《蜂窝移动通信中的切换技术.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《蜂窝移动通信中的切换技术.docx（18页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
蜂窝移动通信中的切换技术
《移动通信》论文
论文题目GSM蜂窝移动通信网络中
切换技术的研究
姓名
学号
学院
专业班级
GSM蜂窝移动通信系统中切换技术的研究
摘要
自从移动通信领域中引入的蜂窝概念，切换技术就开始出现，并成为了移动通信系统中的重要技术之一。
切换技术是蜂窝系统所独有的功能，也是移动通信系统的一个关键特征，它直接影响整个系统的性能。
当移动台的一个基站的覆盖范围移动到另一个基站的覆盖范围，通过切换移动台保持与基站的通信。
切换从本质上说是为了实现移动环境中数据业务的小区间连续覆盖而存在的，从现象上来看是把接入点从一个区换到另一个区。
本文研究的重点是移动通信系统中的切换技术，主要分析了CDMA、GSM、WCDMA系统中的切换算法，切换基本可以分为硬切换、软切换、更软切换。
由于第二代移动通信系统的巨大成功，用户的高速增长与有限的系统容量和有限的业务之间的矛盾渐趋明显，第三代移动通信的标准化工作开始逐渐进入实质阶段。
3G通信技术已经在慢慢成熟，新的4G技术也在不断的演变，要做到通信技术的完善和更前的发展，切换技术作为移动通信中的关键技术，起着重要的作用。
因此，我们研究切换技术是为了更好的发展未来通信技术，提高网络的服务能力和运行质量。
关键词:
切换,硬切换,软切换,切换算法
ABSTRACT
Sincetheintroductionofmobilecommunicationinthefieldofcellularconcepts,switchtechnologybegantoappearasmobilecommunicationssysteminoneoftheimportanttechnology.Switchingtechnologyisacellularsystemfunctionuniquetothemobilecommunicationisalsoakeyfeatureofthesystem,itdirectlyaffectstheperformanceoftheentiresystem.Whenamobilebasecoveragemovingtoanotherstationcoverage,throughtheswitchandmobilecommunicationstations.Switchessentiallyforthemobileenvironmentdatabetweenthebusinesscommunityandthecontinuouscoveragefromthephenomenonexists,itistheaccesspointfromoneregiontoanotherregion.
Thispaperfocusesonmobilecommunicationsystemswitchingtechnology,focusedontheCDMA,GSM,WCDMAsystemswitchingalgorithm,switchBasiccanbedividedintohardswitching,soft-switch,moresoftswitch.Becausethesecondgenerationofmobilecommunicationsystemswithgreatsuccessin,theuser'shigh-growthandlimitedsystemcapacityandlimitedbusinessconflictsbetweenbecomingobvious,thirdgenerationmobilecommunicationsstandardworkbegantograduallyintothesubstantivephase.3Gcommunicationtechnologyhasslowlymatured,thenew4gtechnologyevolutioncontinues,inordertoachievetheperfectionofcommunicationtechnologyandthedevelopmentofmore,beforeswitchingtechnologyasthekeyinmobilecommunicationtechnology,playsakeyrole.Therefore,westudyswitchingtechnologyinordertobetterdevelopfuturecommunicationtechnology,increasenetworkcapacityandquality.
KEYWORDS：
Handover,Soft-handover,Hard-handover,Handover-algorithms
第一章绪论
1.1移动通信系统及其发展
移动通信是指移动用户之间，或移动用户与固定用户之间进行的通信。
随着社会的发展，科学技术的进步，人们希望能随时随地、迅速可靠地与通信的另一方进行信息交流。
这就是我们要介绍的移动通信。
这里所说的“信息交流”，不仅指双方的通话，还包括数据、传真和图像等通信业务。
1.1.1移动通信及工作特点
1.移动通信的传输信道必须使用无线电波，电波的传播条件恶劣。
在陆地上，移动体往来于建筑和障碍物之间。
2由于移动通信网络是无线电台、多波道通信系统，通信设备除受城市噪声影响干扰外，无线电台同屏干扰、互调干扰较为突出。
因此，抗干扰措施在移动通信系统设计中显得尤为重要。
3所用的无线电频率有限，接收戒备动态范围大。
由于移动台的位置不断的变化，接收机和基站之间的距离也在不断的变化，导致接收信号不断的变化。
4.移动通信综合了各种通信技术。
移动通信综合了交换技术，计算机技术和传输技术等。
5.对设备要求苛刻。
移动用户常在野外，环境条件相对较差，因此对其设备要求相当的苛刻。
移动通信按照用户的通话状态和频率使用的方法分，有三种工作方式：
单工制、半双工制和双工制。
1.单工通信
（1）单工通信概念：
所谓单工通信是指通信双方的电台交替地进行收信和发信，某一方收发信不能同时进行。
（2）单工通信分类根据发射频率的异同又可以分为同频单工和异频单工不同的两类。
（3）单工通信的特点
优点：
设备简单、省电、成本低。
缺点：
由于使用PTT按讲开关使用不方便。
2.双工通信
（1）双工通信概念：
所谓双工通信是指通信双方同时进行信息传输进行收信和发信，某一方收发信机能同时的工作方式，区别于后面的半双工通信，这种方式也称为全双工通信。
（2）双工通信分类：
双工通信可分为频分双工和时分双工两类。
（3）双工通信的特点
优点：
使用方便。
缺点：
设备较复杂、耗电大。
3.半双工通信
（1）半双工通信的概念：
半双工通信是指通信一端采用双工制，而移动台采用单工制。
（2）半双工通信的特点
优点：
①移动台设备简单，价格低，耗电少。
②收发采用不同频率，提高了频谱利用率。
③移动台受临近电台干扰小。
缺点：
移动台仍需按键发话，松键受话，使用不方便。
1.1.2移动通信系统的发展
移动通信技术是当前发展最快的技术之一，其通信系统也在迅速发展，给人们的生活带来了巨大改变，使人们摆脱有线的束缚从而可以享受到更全面的通信服务。
从20世纪80年代开始，第一代移动通信系统出现并逐步商用化，这个时候的移动通信系统采用的还是模拟技术。
其接入技术是频分多址（FDMA）[14]，它仅能提供9.6kbit/s通信带宽。
典型系统有美国的模拟电话系统（AMPS）[14]、北欧的移动电话系统（NMT）[14]、英国的全接入通信系统（TACS）[14]等。
到了20世纪90年代开始，数字蜂窝系统开始出现，这一时期，移动通信的商业化得到了突飞猛进的发展。
第二代移动通信系统具有保密性强、频谱利用率高、能提供丰富的业务、标准化程度高等特点，而且为用户提供了无缝的国际漫游。
其接入技术主要有时分多址技术（TDMA）和码分多址技术（CDMA）两种，它可以提供9.6~28.8kbit/s的传输速率。
其典型系统，如欧洲的全球移动通信系统（GSM）、北美的数字增强型系统IS-136、IS-95A、IS-95B、日本的个人数字蜂窝系统（PDC）等。
无论是第一代还是第二代移动通信系统，其主要的业务应用都是在话音业务上。
然而随着移动通信技术的飞速发展和用户对无线业务需求的不断增长变化，支持更高的数据传输速率和提供更多类型的业务已经成为移动通信系统的发展方向。
移动通信系统开始了从提供语音业务到提供多媒体业务的发展过程。
国际电联认可的第三代移动通信系统标准主要有三个，即美国提出的CDMA2000，欧洲和日本提出的WCDMA和我国提出的TD-SCDMA。
第三代移动通信系统主要包括了全球无缝漫游；具有支持多媒体业务的能力，具有高宽带、高速率、高频谱率和大容量。
虽然第三代的移动通信系统的出现使人类的通信方式出现革命性的转变，然而第三代移动通信系统中不同的标准带来的网络融合问题和系统容量受限问题依然存在，所以当今的第四代移动通信系统（B3G）[3]移动通信系统的发展目标就是实现全球统一的通信体制。
使终端用户在任何时间、任何地点、进行任何类型的通信服务都畅通无阻，且保证用户总处于最佳连接状态，是一代有能力彻底解决前三代通信系统主要弊端的最先进的移动通信系统。
当前移动通信技术研究热点主要集中在满足B3G系统的对更高数据速率、更高机动性和无缝隙漫游的要求上。
1.2GSM蜂窝移动通信系统的发展
GSM数字移动通信系统是由欧洲主要电信运营者和制造厂家组成的标准化委员会设计出来的，它是在蜂窝系统的基础上发展而成。
蜂窝系统的概念和理论二十世纪六十年代就由美国贝尔实验室等单位提了出来，但其复杂的控制系统，尤其是实现移动台的控制直到七十年代随着半导体技术的成熟，大规模集成电路器件和微处理器技术的发展以及表面贴装工艺的广泛应用，才为蜂窝移动通信的实现提供了技术基础。
直到1979年美国在芝加哥开通了第一个AMPS（先进的移动电话业务）模拟蜂窝系统，而北欧也于1981年9月在瑞典开通了NMT（Nordic移动电话）系统，接着欧洲先后在英国开通TACS系统，德国开通C－450系统等。
蜂窝移动通信系统主要是由交换网路子系统（NSS）、无线基站子系统（BSS）和移动台（MS）三大部分组成，如图2－1所示。
其中NSS与BSS之间的接口为"A"接口，BSS与MS之间的接口为"Um"接口。
在模拟移动通信系统中，TACS规范只对Um接口进行了规定，而未对A接口做任何的限制。
因此，各设备生产厂家对A接口都采用各自的接口协议，对Um接口遵循TACS规范。
也就是说，NSS系统和BSS系统只能采用一个厂家的设备，而MS可用不同厂家的设备。
蜂窝移动通信系统的组成
1.3课题研究的目的及内容
随着通信技术的发展理论、通信科技技术的不断提高，移动通信技术已经成为人们生活必须，并不断的被发展。
移动台在通话过程中从一个基站覆盖区移动到另一个基站覆盖区，或者由于外界干扰造成通话质量下降时，必须改变原有的话音信道而转接到一条新的空闲话音信道上，以继续保持通话的过程。
正确认识和理解切换对我们的日常维护及网络优化有重要作用。
由于移动通信系统采用蜂窝结构，所以，移动台在跨越空间划分的小区时，必然要进行切换，即完成移动台到基站的空中接口的转移。
因此切换技术成为无线资源管理中的重要研究内容之一。
切换技术是移动终端在众多通信系统、移动小区之间建立可靠移动通信的基础和重要技术，适用于移动终端在不同移动小区之间、不同频率之间通信或者信号降低信道选择等情况。
在移动通信系统中，切换的目的有2种可能，一种是实现漫游，另一种是为了提高网络服务质量，即降低掉话率，降低拥塞率。
移动设备与对端通信点之间的通信会由于切换需要一定的时延，这可能造成数据丢失等问题，甚至通信连接的中断，影响我们的正常通信。
研究切换的目的就是要减少切换的延迟和丢包率，这样我们才能更好的运用于实际的通信中。
1.4课题研究的意义
切换是数字蜂窝移动通信的一个主要特点，它保证移动用户从一个小区移动到另一个小区时通话的可靠性。
在任何移动网中，切换是相当重要的，这是因为在蜂窝结构中，最大限度地使用了频谱利用率。
由于在系统中切换的存在，有可能导致数据分组的丢失，以及在两个基站间来回产生几次切换，导致“乒乓”效应。
因此好的切换机制，可以保证呼叫的数据分组正常传输，而不会丢失分组。
由于软切换无中断时间，可有效限制“乒乓”效应，进而提高通信质量。
因此在移动网中软切换机制得到了大力发展和应用。
但有关切换的问题是一个十分复杂的问题。
不仅涉及小区的大小，小区内移动终端数目和可用信道数目，发射功率，天线高度，无线电波传播特性等因素，还涉及门限和容限等参数的选择。
虽在研究和应用中己经实现了切换的功能，但还存在有待于进一步完善的必要性。
因此有关切换的问题，不但涉及对现有问题的进一步的研究，还涉及到对在应用中出现的一些新问题的优化，如对微小区的重迭及阴影区域的处理等等。
第二章切换技术
2.1切换技术的发展
自从移动通信领域中引入的蜂窝概念，切换技术就开始出现，并成为了移动通信系统中的重要技术之一。
切换技术是蜂窝系统所独有的功能，也是移动通信系统的一个关键特征，它直接影响整个系统的性能。
蜂窝结构可以适应很高的用户密度，但同时也出产生了一个很复杂的问题，那就是怎么才能确保用户在移动过程中保持通信不中断。
为了解决这一问题提出了切换技术。
所谓的切换就是当用户在蜂窝的覆盖区域中移动时，正在进行的呼叫从一个蜂窝系统转到另一个蜂窝的过程。
在传统通信系统中最典型的切换技术就是硬切换。
切换过程中，移动台（MS）先中断与原基站的联系，再与新基站取得联系，是一个“先断开再连接”的过程。
在硬切换过程中只有一个业务信道被激活。
对实时载体信道而言。
这意味着载体的短暂断开;对于非实时载体来说，这是无损耗的。
这种硬切换包括载波频率和引导信道PN序列偏移的转换。
随着第三代移动通信系统的出现，开始出现软切换技术。
软切换是指信道的载波频率相同时的信道切换。
软切换只是引导信道PN序列偏移的转换，而载波频率不发生变化。
在切换过程中，MS与原基站和新基站都保持着通信链路，在切换结束时才断开与原基站的链路，保持与新基站的通信链路。
它是一个“先连接再断开”的过程。
软切换中还包含更软切换，更软切换是指在同一小区内的扇区之间的信道切换。
因为这种切换只需要通过小区基站（NodeB）便可完成，不需要通过移动交换中心（MSC）的处理，故称为更软切换，更软切换是在小区内的扇区与另一个小区或者是某个小区内的扇区之间进行的信道切换。
切换后用户进入更为理想的网络享受更好的服务。
从网络的角度来看这样的切换还确保了带宽的高效使用，网络负载的平衡。
2.2切换的定义及分类
切换的定义：
当移动台一个基站的覆盖范围移动到另一个基站的覆盖范围，通过切换移动台保持与基站的通信。
切换从本质上说是为了实现移动环境中数据业务的小区间连续覆盖而存在的，从现象上来看是把接入点从一个区换到另一个区。
切换的目的：
保证移动用户通话的连续性，恰当的切换算法有利于降低系统掉话率，增加网络容量。
接入期间采用切换主要是为了减少主被叫接入失败，提高接入信道工作的可靠性。
切换的分类：
空闲切换，硬切换，软切换，更软切换.
2.3切换的原因
为什么会产生切换？
有很多原因产生切换，其最主要的原因是空中接口的连接不适合要求，为了能正常的保持移动用户顺利的进行通话。
就要进行切换，触发切换的原因有：
1.由功率的预算造成的切换
GSM通信系统中，为了让用户通话建立在接收电平最高的地方，在移动台穿过两小区的边界是，如果BSC报告某个小区能接收到的电平满足要求，这样就要造成小区功率预算的切换，正常情况下，功率预算切换与切换总数的比是1:
2。
在CDMA系统中，因为系统干扰受到限制的，使得系统的容量与整个网络的干扰情况紧紧地联系在一起。
为了减少整个PLMN中干扰电平的平均值，把链路切换到最小路径损耗的信道上。
2.由信号的强弱造成的切换
在移动台接收到的信号很弱时，并有移动台到别的小区，或者同一小区但是不同的频率有更好的链路情况，可能会产生切换。
这种类型的切换，相邻的小区的接收电平值要大于服务小区的电平值，该值被称为教授性电平切换容限，采用这种算法的目的也是为了避免不必要的救援切换而产生乒乓效应。
3.由信号的质量造成的切换
信道遭受到干扰将引起信号质量的衰减，使前向纠错不能产生可接受的质量水平有时候信道遭受到干扰可能引起信道质量较大的衰减，使信道的纠错功能不可以保证信号的质量成为可以接受的水平，这时就需要切换到质量较好的信道，就算原信道信号的电平足够。
比如在GSM系统中，当BSC从移动台和基站上（下）行检测报告中发觉上（下）行误码率过高，超过质量切换的门限值，就会触发救援性质量切换。
4.移动台到基站的距离引起的切换
各服务小区里移动台到基站的距离限制和网络规划中规定的该小区半径将被存入基站数据库中，系统将不断地检查比较移动台至基站的距离和规定距离，超过规定距离就产生切换。
5.话务切换
如果一个小区的话务量将大于该小区容量的极限，而附近小区话务量非常下，这时可以将高话务小区的链路切换到低话务小区中，以此来平衡话务分布。
这种由话务量引起的切换一般是由MSC或基站控制器来控制。
另外一种基于话务量的切换是在微观蜂窝和宏观蜂窝的双层网中，通过微观蜂窝和宏观蜂窝之间的切换来平衡的话务量。
2.4切换的控制方式
切换控制的三种主要方式
1.移动节点控制的越区切换（MCHO）。
MCHO是低层无线系统最流行的技术，欧洲DECT和北美PACS都采用这种方式。
在这种方式中，MS持续监督来自所接入的BS和几个切换候选BS的强度和质量。
当满足条件时，MS选择一个最好的切换候选项并发起切换的请求。
2.网络控制的越区切换（NCHO）。
网络控制决定了NCHO切换过程，而MS完全处于被动状态。
首先由BS检测MS的主要参数，如标志无线链路质量的接收信号强度指标RSSI，当它小于某个给定的值时，则向MSC发出切换请求。
MSC命令其周围的BS将检测到的该MS的参数的结果上报、汇总到MSC，MSC根据汇总结果，比较、分析并选择被切换的目标小区的BS，一切又MSC决定。
3.移动节点辅助的越区切换（MAHO）。
在MAHO切换中，检测信号强度RSSI和误码率BER，即移动台将邻近基站的RSSI测量结果报告给当前基站，被测参数由网络交给BSC和MSC进行评估。
这类切换已广泛应用于第二代移动通信中,它既允许小区内，也允许小区间进行切换。
在切换过程中移动台和网络同时参与切换，移动台负责测量，网络负责判决。
目前的GSM和CDMA系统均采用这种切换控制方式。
第三章移动通信系统中的切换
3.1GSM系统中的切换
3.1.1GSM系统概述
GSM：
是GlobalSystemforMobilecommunication（全球移动通信系统）的简称。
它是由欧洲的标准化委员会设计的。
80年代到90年代初，TACS系统是欧洲最普遍的模拟蜂窝系统。
数字蜂窝网络系统由三部分组成：
移动台、基站系统、交换系统，如图
GSM系统的组成
3.1.2GSM数字移动通信的主要技术
1.多址技术：
在数字蜂窝移动通信中，采用的多址技术有两种：
频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）。
在工作频带内，它以载波间隔200KHz进行频分，这样在收、发各为25MHz的频带内，可得到124对信道。
然后在每个信道（帧）中又进行时分，分成8个时隙，每个时隙对应的信道称为物理信道。
在每个时隙（物理信道）中传输不同的逻辑信道。
2.调制技术：
在选择数字调制解调技术时，要考虑到两方面的因数：
功率的有效性和频谱的有效性。
对于功率有效的技术，它要求在相对低的载噪比（8.4dB或12dB）的情况下具有低的差错概率（对应于10-4或10-8）。
对于频谱有效性，它应能在单位频带内具有高的比特率（2bit/sHz）。
GSM数字移动通信系统采用了GMSK调制方式。
3.编码技术：
根据目的不同，编码可分为信源编码和信道编码两大类：
（1）信源编码
（2）信道编码
4.交织技术：
交织技术就是把信息码在发端加以排列组合，使信息码相互穿插交织后再发送到信道中去。
交织技术的目的就是使成片或突发差错转换成随机差错。
5.跳帧技术：
跳频就是发射信号时载波频率不是固定的，而是不停地跳变。
在接收端，本地振荡的频率也必须同步地跳变才能正确接收和解调出有用信号。
6.均衡技术：
自适应均衡技术也是一种有效的抗多径干扰的方法。
所谓均衡，指的是信道均衡，也就是在接收端的信道均衡器中产生与信道特性相反的特性，抵消信道产生的干扰，从而正确的判决和恢复有用信号。
3.1.3GSM切换
为了能够清楚的了解GSM的切换过程，我们将把切换分为三个部分：
预切换过程、切换执行过程和切换以后的过程。
1.预切换过程
在GSM中的切换过程是移动台辅助的切换（MAHO）。
在切换过程中移动台起到主要的作用。
为切换算法提供了信息，执行切换的决定和新的最合适的基站收发机BTS的选取均建立在又MS和BTS完成的几种不同的测量上。
描述MS和BTS能力的参数同样形成切换算法输入的一部分。
2.移动测量
为了在切换过程中提供帮助，MS对当前的服务小区进行接收信号强度和质量的测量，对相邻小区进行接收信号强度的测量，并将它们报告给BTS。
质量测量是将当前下行信道的比特误码率转换成0～7中的一个值，接收信号强度转换成6bit的数值。
对附近小区的接收信号强度测量可以使用同样的做法，这种做法是在上行发送和下行接收时隙中完成。
在这一时隙中，MS转到相邻的小区广播控制信道BCCH信道测量下行接收信号的强度，这些包括BCCH频率的详细内容的测量被送往服务BTS，一个MS可以报告多达6个相邻小区的情况，一个MS必须报告的相邻小区BCCH载波频率包括在BCCH和慢相关控制信道SACCH的发射信息中。
由MS完成的下行信道测量报告给BTS。
SACCH被用来携带这一信息。
一个SACCH帧，每120ms发送一次，但由于交织，在BTS收到的一个完整的帧要480ms延时。
同样为了克服短期影响，瞬时无线链路使测量的降级在MS、BTS和BSC被平均化。
由服务BTS完成上行信道测量，它包括质量和接收信号强度测量。
服务BTS把以上测量值和接收到的MS结果一起送给BSC。
3.切换执行
图3.4给出了MSC之间的切换过程。
当切换启动，最适合的新的小区应该得到认定，MS和网络进入切换执行，与BTS中断连接，在新小区与新的BTS建立新连接。
新小区的选择决定了切换执行的过程，如果新小区还是以前的BSC控制，那么我们称之为BSC内部切换，信令限制在BSC内部而不包含MSC。
如果新的BTS属于MSC内不同的BSC。
那么切换被我认为是MSC内部切换。
如果两个BSC由不同的MSC控制，我们称为MSC之间切换。
MSC之间切换过程
上述三种不同情况的切换对信令的要求是不同。
MSC之前切换用MAP的消息来完成。
切换阶段的由BSC将其切换请求通知新BSC。
新
升级会员 