【資料名稱】：TD_SCDMA系統(tǒng)中的接力切換研究

【資料作者】：　顏曉莉, 　李方偉

【資料日期】：2003

【資料語(yǔ)言】：中文

【資料格式】：DOC

【資料目錄和簡(jiǎn)介】：

文章編號(hào):100328329 (2003) 0120018204
　
TD - SCDMA 系統(tǒng)中的接力切換研究
(重慶郵電學(xué)院移動(dòng)通信工程中心,重慶400065)
　　【摘要】本文主要介紹TD - SCDMA 系統(tǒng)所特有的關(guān)鍵技術(shù)———接力切換。文
中從接力切換的基本概念入手,對(duì)在同一個(gè)RNC 下的接力切換過程以及信令流程
進(jìn)行了描述,最后結(jié)合軟硬切換,分析了接力切換的性能。
　　關(guān)鍵詞: TD - SCDMA ;接力切換;信令流程
　　中圖分類號(hào): TN929. 533 　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
　
一、引　言
　　蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中,切換是系統(tǒng)必不可少的
過程,用戶在蜂窩覆蓋區(qū)內(nèi)移動(dòng)時(shí),其正在進(jìn)行的呼
叫有可能從一個(gè)基站轉(zhuǎn)移到另一個(gè)基站。切換必須
快而有效,以防止服務(wù)質(zhì)量下降到一個(gè)不能接受的
水平,而由于無線頻譜的限制,第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)
主要由混合小區(qū)組成,因而切換會(huì)以比較高的頻率
發(fā)生。設(shè)計(jì)快速而可靠的切換機(jī)制,是決定第三代
移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)劣的關(guān)鍵因素之一。
　　在早期FDMA 和TDMA 系統(tǒng)中,使用硬切換
方式,也就是通常所說的“先斷后連”,移動(dòng)臺(tái)在從一
個(gè)基站轉(zhuǎn)移到另一個(gè)基站時(shí),在每一個(gè)瞬間,一個(gè)移
動(dòng)臺(tái)僅與一個(gè)基站進(jìn)行通信,硬切換的優(yōu)點(diǎn)是控制
方案簡(jiǎn)單,但是容易產(chǎn)生掉話現(xiàn)象; 在后來的CD2
MA 系統(tǒng)開始使用軟切換方式,即“先連后斷”,這種
方式允許在切換轉(zhuǎn)移階段移動(dòng)臺(tái)可與兩個(gè)或更多的
基站相連,比如IS - 95 系統(tǒng),讓兩個(gè)基站在切換階
段發(fā)送同樣的數(shù)據(jù)給同一個(gè)移動(dòng)臺(tái)。軟切換與硬切
換相比有提高切換成功率、減小上行鏈路干擾、提高
系統(tǒng)容量、擴(kuò)大小區(qū)覆蓋范圍等優(yōu)點(diǎn),但是在取得上
述優(yōu)點(diǎn)的同時(shí),軟切換同時(shí)也有需要占用的信道資
源較多、信令復(fù)雜導(dǎo)致系統(tǒng)負(fù)荷加重、增加下行鏈路
干擾等缺點(diǎn)。另外如果在不同頻的相鄰基站進(jìn)行切
換時(shí), 也是采用硬切換方式。我國(guó)提出的TD -
SCDMA 系統(tǒng)為CDMA - TDD 中低碼片速率選項(xiàng)
的第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn),采用智能天線技術(shù)、上行同
步技術(shù)、接力切換等一系列新技術(shù),其中基于智能天
線技術(shù)的接力切換技術(shù)正是本文研究的主要內(nèi)容。
　　本文的組織結(jié)構(gòu)如下:第二部分介紹了TD -
SCDMA 系統(tǒng)接力切換的基本概念、過程以及信令
流程;結(jié)合軟硬切換,對(duì)接力切換進(jìn)行的性能分析放
在第三部分描述;最后,在第四部分給出了本文的研
究結(jié)果。
　　說明:本篇論文中UE 表示用戶,Node B1 表示
源基站,Node B2 表示目標(biāo)基站,RNC 表示網(wǎng)絡(luò)控
制器(其功能相當(dāng)于GSM 系統(tǒng)中的BSC) 。
二、TD - SCDMA 系統(tǒng)接力切換機(jī)制
　　1. TD - SCDMA 系統(tǒng)接力切換基本概念
　　(1) 接力切換基本概念
　　TD - SCDMA 系統(tǒng)的接力切換概念不同于硬
切換與軟切換,在切換之前,目標(biāo)基站已經(jīng)獲得移動(dòng)
臺(tái)比較精確的位置信息,因此在切換過程中UE 斷
開與原基站的連接之后,能迅速切換到目標(biāo)基站。
移動(dòng)臺(tái)比較精確的位置信息,主要是通過對(duì)移動(dòng)臺(tái)
的精確定位技術(shù)來獲得。在TD - SCDMA 系統(tǒng)中,
— 18 — 《無線通信技術(shù)》2003 年第1 期
X 基金項(xiàng)目:教育部重點(diǎn)科技項(xiàng)目資助( G2000205)
作者簡(jiǎn)介:陳　,講師,在職碩士研究生,研究方向:移動(dòng)通信技術(shù)。
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
移動(dòng)臺(tái)的精確定位應(yīng)用了智能天線技術(shù),首先Node
B 利用天線陣估計(jì)UE 的DOA ,然后通過信號(hào)的往
返時(shí)延,確定UE 到Node B 的距離,這樣,通過UE
的方向DOA 和Node B 與UE 間的距離信息,基站
可以確知UE 的位置信息,如果來自一個(gè)基站的信
息不夠,可以讓幾個(gè)基站同時(shí)監(jiān)測(cè)移動(dòng)臺(tái)并進(jìn)行定
位。
　　在硬切換過程中,UE 先斷開與Node B1 的信
令和業(yè)務(wù)連接,再建立與Node B2 的信令和業(yè)務(wù)連
接,也即UE 在某一時(shí)刻始終只與一個(gè)基站保持聯(lián)
系。而在軟切換過程中,UE 先建立與Node B2 的
信令和業(yè)務(wù)連接之后,再斷開與Node B1 的信令和
業(yè)務(wù)連接,也即UE 在某一時(shí)刻可與兩個(gè)基站同時(shí)
保持聯(lián)系。
　　接力切換雖然在某種程度上與硬切換類似,同
樣是在“先斷后連”的情況下,但是由于其實(shí)現(xiàn)是以
精確定位為前提,因而與硬切換相比,UE 可以很迅
速地切換到目標(biāo)小區(qū),降低了切換時(shí)延,減小了切換
引起的掉話率。
　　(2) 接力切換過程示意
　　接力切換整個(gè)過程如圖1 所示:
　　第一步:UE 與Node B1 在進(jìn)行正常通信(如圖
1 (a) ) ;
第二步:當(dāng)UE 需要切換并且網(wǎng)絡(luò)通過對(duì)UE
候選小區(qū)的測(cè)量找到了切換目標(biāo)小區(qū)時(shí),網(wǎng)絡(luò)向
UE 發(fā)送切換命令,UE 就與目標(biāo)小區(qū)建立上行同
步,然后UE 在與Node B1 保持信令和業(yè)務(wù)連接的
同時(shí),與Node B2 建立信令連接(如圖1 (b) ) ;
第三步:當(dāng)UE 與Node B2 信令連接建立之后,
UE 就刪除與Node B1 的業(yè)務(wù)連接(如圖1 (c) ) ;
第四步:UE 嘗試建立與Node B2 的業(yè)務(wù)連接,
一旦UE 與Node B2 的業(yè)務(wù)連接建立(如圖1 ( d) )
之后進(jìn)行第五步;
第五步:UE 刪除與Node B1 的信令連接(如圖
1 (e) ) ,這時(shí)UE 與Node B1 之間的業(yè)務(wù)和信令連接
全部斷開了,而只與Node B2 保持了信令和業(yè)務(wù)的
連接,切換完成。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
圖1 　接力切換過程
　　上面各圖以及過程描述都只是針對(duì)切換成功的
情況,而對(duì)于切換失敗的情況幾乎與上面過程相似,
只是當(dāng)UE 嘗試建立與Node B2 的業(yè)務(wù)連接失敗以
后,UE 就恢復(fù)與Node B1 之間的業(yè)務(wù)連接,之后
UE 刪除與Node B2 的信令連接,這時(shí)UE 與Node
B2 之間的業(yè)務(wù)和信令連接全部斷開, 而仍只與
Node B1 保持了信令和業(yè)務(wù)的連接,切換完成。
　　2. TD - SCDMA 系統(tǒng)接力切換信令流程
　　我們?cè)趯?duì)TD - SCDMA 系統(tǒng)接力切換機(jī)制的
《無線通信技術(shù)》2003 年第1 期— 19 —
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
信令部分進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn), TD - SCDMA 系統(tǒng)接力
切換的信令過程與其它系統(tǒng)大致相同,而不同之處
主要表現(xiàn)在:由于接力切換的前提是精確定位,因此
接力切換對(duì)同步精度要求很高,對(duì)于接力切換而言
即使在同步小區(qū)之間進(jìn)行切換的時(shí)候同樣需要通過
TD - SCDMA 特有的上行同步來實(shí)現(xiàn)。
　　經(jīng)過查閱大量文獻(xiàn)資料,我們整理出RNC 內(nèi)
部的接力切換過程(采用的是移動(dòng)臺(tái)輔助切換方式)
如圖2 、3 所示,包括接力切換成功與失敗兩種情
況。
圖2 　成功情況下的接力切換過程
圖3 　失敗情況下的接力切換過程
— 20 — 《無線通信技術(shù)》2003 年第1 期
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
三、TD - SCDMA 系統(tǒng)
接力切換性能簡(jiǎn)要分析
　　通過仿真可以看到,在成功情況下,由于TD -
SCDMA 系統(tǒng)的定位是比較精確的,并且UE 事先
也知道Node B2 的同步等信息,因此UE 在切換過
程中進(jìn)行上行同步只需一次就能成功的概率為
98 %左右,并且UE 通過上行同步的回執(zhí)消息所獲
得的定時(shí)和初始接入目標(biāo)基站的功率也是比較精確
的,因此一旦UE 斷開與Node B1 的業(yè)務(wù)連接以后,
UE 就以獲得的定時(shí)和初始功率接入目標(biāo)基站,并
能夠很快與Node B2 在指定的業(yè)務(wù)時(shí)隙保持精確同
步,繼續(xù)通信。
　　從傳統(tǒng)的硬切換來看,UE 是事先斷開與Node
B1 的業(yè)務(wù)和信令連接,因此當(dāng)UE 在斷開與Node
B1 的連接以后,由于UE 事先知道Node B2 的信息
很少,因此這時(shí)UE 用系統(tǒng)的初始的功率和定時(shí)接
入Node B2 就需要反復(fù)不斷進(jìn)行調(diào)整才能達(dá)到UE
與Node B2 進(jìn)行通信時(shí)所需的定時(shí)和發(fā)射功率(因
為定時(shí)和功率的調(diào)整是受定時(shí)和功率的調(diào)整步長(zhǎng)限
制的) ,因此UE 在斷開與Node B1 的連接以后要花
費(fèi)很長(zhǎng)一段之間才能夠與Node B2 在指定的業(yè)務(wù)時(shí)
隙保持同步,繼續(xù)通信。
　　綜上所述,接力切換過程中UE 一般只需要1
～2 次發(fā)送同步啟動(dòng)消息就能收到Node B2 的回執(zhí)
消息,就能夠達(dá)到比較精確的上行同步,并且通過上
行同步的回執(zhí)消息獲得比較精確的定時(shí)和初始接入
目標(biāo)基站的功率,因此一旦UE 斷開與Node B1 的
業(yè)務(wù)連接以后,能很快與Node B2 在指定的業(yè)務(wù)時(shí)
隙保持精確同步,繼續(xù)通信。并且接力切換所需要
的時(shí)延主要體現(xiàn)在上行同步的時(shí)間上,而達(dá)到上行
同步只需要1～2 次,因此上行同步的時(shí)間也是比較
短的,因此完成切換的時(shí)間也是比較短的;而傳統(tǒng)硬
切換,當(dāng)UE 斷開與Node B1 的業(yè)務(wù)連接以后,還需
要反復(fù)不斷地進(jìn)行功率和定時(shí)地調(diào)整,也就是說要
調(diào)整到所需要的定時(shí)和發(fā)射功率需要進(jìn)行的調(diào)整次
數(shù)遠(yuǎn)比1 或2 大,并且這里的切換所需要的時(shí)延主
要體現(xiàn)在功率和定時(shí)的調(diào)整需要花費(fèi)的時(shí)間上,而
功率和定時(shí)的調(diào)整需要反復(fù)不斷地進(jìn)行很多次,因
此功率和定時(shí)的調(diào)整時(shí)間較接力切換的上行同步的
時(shí)間而言是很大的,因此對(duì)于傳統(tǒng)的硬切換方式而
言切換時(shí)延大于我們所設(shè)計(jì)的接力切換方式下的切
換時(shí)延。因此我們所設(shè)計(jì)的接力切換與傳統(tǒng)的硬切
換相比,切換所需要的時(shí)延較小,這進(jìn)一步減小了由
于切換時(shí)延所引起的掉話,提高了切換成功率,可見
接力切換較硬切換在性能上有較大改善。
　　同時(shí)在接力切換過程中,UE 與基站只保持一
條業(yè)務(wù)連接,因此較軟切換而言,接力切換存在以下
優(yōu)點(diǎn):節(jié)省信道資源、簡(jiǎn)化信令、減小系統(tǒng)負(fù)荷等,同
時(shí)也適用于不同頻率小區(qū)之間的切換。
四、結(jié)束語(yǔ)
　　本文對(duì)接力切換的基本概念及接力切換過程中
的信令規(guī)程進(jìn)行了描述,并結(jié)合軟硬切換,簡(jiǎn)單分析
了接力切換的性能,通過接力切換與硬切換、軟切換
在性能方面的比較,可以知道接力切換從時(shí)延和掉
話率方面來說是介于硬切換和軟切換之間的,從占
用資源和信道的利用率方面也是介于硬切換和軟切
換之間的,因此對(duì)于一個(gè)實(shí)際的系統(tǒng)而言,可以通過
權(quán)衡掉話、時(shí)延、信道忙閑狀況等因素來確定采用哪
種切換方式。
　　本文所描述的接力切換在研究過程中得到了謝
顯中副教授、熊思民副教授以及其他幾位同事的大
力支持,在此表示最真摯的謝意!
參考文獻(xiàn)
[1 ] 　TS25. 301-410 ,Radio interface protocol architecture[ S] .
[2 ] 　TS25. 303-420 , Interlayer procedure in connected mode
[ S] .
[3 ] 　TS25. 331-420 ,RRC specification[ S] .
[ 4 ] 　TR25. 834-410 , TD - SCDMA Radio protocol aspects
[ S] .
[5 ] 　TR25. 931-410 ,UTRAN Functions , Examples on Sig2
nalling Procedures[ S] .
[6 ] 　Rajat Prakash and Venugopal V. Veeravalli. Accurate
performance analysis of hard handoff algorithms[A] . In
Proceedings of PIMRC’98[C] ,September 1998.
[7 ] 　Kyoung I1 Kim(美) 編著,劉曉宇杜志敏譯. CDMA
系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化[M] . 北京:人民郵電出版社,2000 年
12 月第一版.
(收稿日期:2002206221) 　
《無線通信技術(shù)》2003 年第1 期— 21 —
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.