切換技術(shù)

詞語(yǔ)解釋

“切換技術(shù)”是指在通信中，將發(fā)送者和接收者的信息進(jìn)行分類(lèi)、組織和轉(zhuǎn)換的技術(shù)。它是網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)，是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的重要組成部分。切換技術(shù)的應(yīng)用主要有三種：路由切換、網(wǎng)絡(luò)切換和終端切換。路由切換是指將信息從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的過(guò)程，它利用路由表來(lái)定位目的地，以及查找最短路徑。網(wǎng)絡(luò)切換是指在網(wǎng)絡(luò)中，將數(shù)據(jù)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的過(guò)程，它利用網(wǎng)絡(luò)切換設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，以便將數(shù)據(jù)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。終端切換是指將信息從一個(gè)終端設(shè)備傳輸?shù)搅硪粋€(gè)終端設(shè)備的過(guò)程，它利用終端切換設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，以便將數(shù)據(jù)從一個(gè)終端設(shè)備傳輸?shù)搅硪粋€(gè)終端設(shè)備。切換技術(shù)的應(yīng)用可以提高網(wǎng)絡(luò)的效率，使網(wǎng)絡(luò)的傳輸更加快捷、穩(wěn)定，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，保證數(shù)據(jù)的安全性，提高網(wǎng)絡(luò)的可用性，以及提高網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量。切換技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)通信中的應(yīng)用，可以極大地提高網(wǎng)絡(luò)的效率，使網(wǎng)絡(luò)的傳輸更加快捷、穩(wěn)定，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，保證數(shù)據(jù)的安全性，提高網(wǎng)絡(luò)的可用性，以及提高網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量。它也可以幫助網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)更好地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的管理和控制，使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)更加安全可靠。因此，切換技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)通信中的應(yīng)用，可以極大地提高網(wǎng)絡(luò)的性能，提升網(wǎng)絡(luò)的可靠性，保證數(shù)據(jù)的安全性，提高網(wǎng)絡(luò)的可用性，以及提高網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量。

   切換技術(shù)
由于移動(dòng)通信系統(tǒng)采用蜂窩結(jié)構(gòu)移動(dòng)臺(tái)在跨越空間劃分的小區(qū)時(shí)必然要進(jìn)行越區(qū)切換。即完成移動(dòng)臺(tái)到基站的空中接口的轉(zhuǎn)移以及基站到網(wǎng)人口和網(wǎng)人口到交換中心的相應(yīng)的轉(zhuǎn)移。在第一和第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)中都采用迫使通信容易中斷的越區(qū)硬切換方式。3G系統(tǒng)將在使用相同載波頻率的小區(qū)間實(shí)現(xiàn)軟切換，即移動(dòng)用戶(hù)在越區(qū)時(shí)可以與兩個(gè)小區(qū)的基站同時(shí)接通只相應(yīng)改變擴(kuò)頻碼。即可做到”先接通再斷開(kāi)”的交換功能從而大大改善了切換時(shí)的通話質(zhì)量。這種軟切換具體的實(shí)現(xiàn)方法和步驟仍持研究、并且在使用硬切換實(shí)現(xiàn)不同載波的小區(qū)間的切換仍有許多需要解決的問(wèn)題。

淺議3G中的各種切換技術(shù)
第三代移動(dòng)通信（3G）目前是通信業(yè)內(nèi)人士提到頻率較高的一個(gè)詞，其三大標(biāo)準(zhǔn)早為大家所熟知：WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA，它們各有優(yōu)缺，而作為三大標(biāo)準(zhǔn)共有的關(guān)鍵技術(shù)之一——越區(qū)切換（HAND OFF）很值得討論。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，切換是系統(tǒng)必不可少的過(guò)程，用戶(hù)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，否則將會(huì)影響用戶(hù)的通話質(zhì)量。由于無(wú)線頻譜資源的限制，3G主要由混合小區(qū)組成，因而切換會(huì)以較高頻率發(fā)生。設(shè)計(jì)快速而可靠的切換機(jī)制，是決定3G網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)劣的關(guān)鍵因素之一。
　　在了解WCDMA、CDMA2000中的軟切換，以及TD-SCDMA中接力切換之前，先來(lái)熟悉、比較兩個(gè)最為基礎(chǔ)的越區(qū)切換（HAND OFF）——硬切換和軟切換。硬切換是指在新的連接建立以前，先中斷舊的連接。軟切換是指既維持舊的連接，又同時(shí)建立新的連接，并利用新舊鏈路的分集合并來(lái)改善通信質(zhì)量，當(dāng)與新基站建立可靠連接之后再中斷舊鏈路。圖1表示軟、硬切換的切換過(guò)程。

　　圖1 軟、硬切換的切換過(guò)程示意圖
　　軟切換只能在同一導(dǎo)頻信道間進(jìn)行，硬切換是發(fā)生在兩個(gè)基站不同步或者是不同載頻的時(shí)候，語(yǔ)音或者數(shù)據(jù)通信在硬切換過(guò)程中將發(fā)生中斷。在不同載頻間是不可能發(fā)生軟切換的。任何時(shí)候載頻改變了，硬切換就發(fā)生作用了。在從一個(gè)服務(wù)鏈路過(guò)渡到另一個(gè)服務(wù)鏈路時(shí)，硬切換存在著瞬間的通話中斷。當(dāng)載頻改變時(shí)。移動(dòng)臺(tái)需要從當(dāng)前的頻率調(diào)整到一個(gè)新的頻率上，這樣就發(fā)生了硬切換，而不能發(fā)生軟切換。
　　一、WCDMA中的軟切換
　WCDMA切換策略（如圖2）：WCDMA的軟切算法使用了相同導(dǎo)頻信道的Ec/Io作為切換測(cè)量數(shù)值，它有四個(gè)至關(guān)重要的導(dǎo)頻集分別如下：

圖2 WCDMA中的切換策略
　　⊙激活集：與分配給移動(dòng)臺(tái)的前向業(yè)務(wù)信道相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)頻。
　　⊙候選集：當(dāng)前不在激活集里，但是已經(jīng)有足夠的強(qiáng)度表明，與該導(dǎo)頻相對(duì)應(yīng)基站的前向業(yè)務(wù)信道可以被成功解調(diào)的導(dǎo)頻集合。
　　⊙鄰近集：當(dāng)前不在激活集里和候選導(dǎo)頻集中，但可以進(jìn)入候選集的導(dǎo)頻集合。
　　⊙剩余集：在當(dāng)前的系統(tǒng)中，除上述三種導(dǎo)頻集以外的其他導(dǎo)頻。
　　無(wú)線鏈路增加和釋放過(guò)程：
　�。�1）小區(qū)2的導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，當(dāng)小區(qū)2的導(dǎo)頻強(qiáng)度Ec/Io達(dá)到(最好導(dǎo)頻Ec/Io－(報(bào)告門(mén)限－增加滯后門(mén)限))并維持△T時(shí)間，而此時(shí)候選集沒(méi)有滿(mǎn)，小區(qū)2此時(shí)被加入到候選集里。該項(xiàng)動(dòng)作也稱(chēng)為無(wú)線鏈路增加。
　�。�2）小區(qū)3的導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度逐漸增加并開(kāi)始超過(guò)最早的小區(qū)1的導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度，在小區(qū)3的導(dǎo)頻（最好候選導(dǎo)頻）強(qiáng)度Ec/Io達(dá)到（最弱導(dǎo)頻Ec/Io +替換滯后門(mén)限）并維持△T時(shí)間，而此時(shí)候選集的數(shù)目已滿(mǎn)（假設(shè)此時(shí)系統(tǒng)設(shè)置的候選集最大數(shù)目是兩個(gè)），小區(qū)3（候選集中最強(qiáng)的信號(hào)）此時(shí)替代小區(qū)2（候選集里最弱的信號(hào)）被加入到候選集里，小區(qū)1同時(shí)被移出候選集。該項(xiàng)動(dòng)作也被稱(chēng)為無(wú)線鏈路增加和釋放。
　　（3）此時(shí)候選集中小區(qū)3的導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度逐漸減弱，當(dāng)小區(qū)3的導(dǎo)頻強(qiáng)度Ec/Io弱到（最好導(dǎo)頻Ec/Io－（報(bào)告門(mén)限+刪除滯后門(mén)限））并維持△T時(shí)間，小區(qū)3（候選集里最弱的信號(hào)）此時(shí)被移出候選集。該項(xiàng)動(dòng)作也稱(chēng)無(wú)線鏈路的釋放。
　其中，報(bào)告門(mén)限是軟切換中要增加或刪除候選集中的小區(qū)的門(mén)限；△T是留給動(dòng)作觸發(fā)的時(shí)間；導(dǎo)頻Ec/Io是指經(jīng)測(cè)量后導(dǎo)頻的強(qiáng)度；最好候選導(dǎo)頻是指候選集里信號(hào)最強(qiáng)的導(dǎo)頻。
　　滯后門(mén)限分三類(lèi)：
　　⊙增加滯后門(mén)限是要增加無(wú)線鏈路的滯后門(mén)限；
　　⊙刪除滯后門(mén)限的要?jiǎng)h除無(wú)線鏈路的滯后門(mén)限；
　　⊙替換滯后門(mén)限是要同時(shí)增加并釋放一條無(wú)線連路的滯后門(mén)限。
　　二、CDMA2000中的軟切換

　圖3 CDMA2000中的切換策略
　　CDMA2000中的切換策略如圖3所示。移動(dòng)臺(tái)不斷地搜索著激活類(lèi)、候選類(lèi)、鄰近類(lèi)、剩余類(lèi)各個(gè)導(dǎo)頻的強(qiáng)度，并且根據(jù)導(dǎo)頻強(qiáng)度維護(hù)各個(gè)類(lèi)，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)靠近切換區(qū)時(shí)，移動(dòng)臺(tái)開(kāi)始以下操作過(guò)程：
　�。�1）導(dǎo)頻p2強(qiáng)度超過(guò)了T_ADD，但尚未到達(dá)動(dòng)態(tài)門(mén)限，移動(dòng)臺(tái)將這個(gè)導(dǎo)頻移到候選集。
　�。�2）導(dǎo)頻p2強(qiáng)度超過(guò)了[(SOFT_ SLOP/8)×10×log10(PS1)+ADD_IN TERCEPT/2]。移動(dòng)臺(tái)發(fā)送導(dǎo)頻強(qiáng)度測(cè)量消息。
　�。�3）移動(dòng)臺(tái)收到擴(kuò)展切換指示消息DROP_INTERCEPT/2，將p2移入激活集，開(kāi)始宏分集。而后發(fā)送切換完成消息。
　�。�4）導(dǎo)頻p1的強(qiáng)度下降低于動(dòng)態(tài)門(mén)限[(SOFT_SLOPE/8)×10×log10(PS2)+DROP_INTERCEPT/2]，移動(dòng)臺(tái)開(kāi)始啟動(dòng)發(fā)送切換定時(shí)器。其中DROP_INTERCEPT/2是計(jì)算去掉導(dǎo)頻p1時(shí)動(dòng)態(tài)門(mén)限的一個(gè)參數(shù)，和ADD_INTERCEPT/2相對(duì)應(yīng)。
　　（5）切換下降定時(shí)器超時(shí)，移動(dòng)臺(tái)發(fā)送導(dǎo)頻強(qiáng)度測(cè)量消息給基站。
　�。�6）移動(dòng)臺(tái)收到切換指示消息，將p1移入候選類(lèi)。而后發(fā)送切換完成消息。
　　（7）導(dǎo)頻p1的強(qiáng)度下降低于T_DROP。移動(dòng)臺(tái)開(kāi)始啟動(dòng)發(fā)送切換定時(shí)器。
（8）切換下降定時(shí)器超時(shí)，移動(dòng)臺(tái)將p1從候選類(lèi)移到鄰近集。
　　這就是移動(dòng)臺(tái)進(jìn)出切換區(qū)的全過(guò)程，由此看出對(duì)于移動(dòng)臺(tái)，切換的關(guān)鍵就是在復(fù)雜的無(wú)線信道條件下不斷地、較為準(zhǔn)確地測(cè)量各導(dǎo)頻的強(qiáng)度，以及支持在切換區(qū)的宏分集。
　　三、TD-SCDMA中的接力切換
　　接力切換是利用精確的定位技術(shù)，在對(duì)移動(dòng)臺(tái)的距離和方位進(jìn)行定位的基礎(chǔ)上，根據(jù)移動(dòng)臺(tái)方位和距離作為輔助信息，來(lái)判斷移動(dòng)臺(tái)是否移動(dòng)到了可進(jìn)行切換的相鄰基站臨近區(qū)域。如果移動(dòng)臺(tái)進(jìn)入這個(gè)切換區(qū)，則RNC通知該基站作好切換的準(zhǔn)備，從而實(shí)現(xiàn)快速、可靠和高效切換。這樣既節(jié)省信道資源、簡(jiǎn)化信令、減少系統(tǒng)負(fù)荷，也適應(yīng)不同頻率小區(qū)之間的切換。
　　實(shí)現(xiàn)接力切換的必要條件是：網(wǎng)絡(luò)要準(zhǔn)備獲得移動(dòng)臺(tái)的位置信息，包括移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)到達(dá)方向(DOA)以及移動(dòng)臺(tái)與基站的距離。在TD-SCDMA系統(tǒng)中，由于采用了智能天線和上行同步技術(shù)，系統(tǒng)較容易獲得移動(dòng)臺(tái)的DOA，從而獲得移動(dòng)臺(tái)的位置信息。具體過(guò)程是：
　　（1）利用智能天線和基帶數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，可以使天線根據(jù)每個(gè)移動(dòng)臺(tái)的DOA為其進(jìn)行自適應(yīng)的波形賦形。對(duì)每個(gè)移動(dòng)臺(tái)來(lái)講，仿佛始終都有一個(gè)高增益的天線在自動(dòng)跟蹤它，基站根據(jù)智能天線的計(jì)算結(jié)果就能確定移動(dòng)臺(tái)的DOA，從而獲得移動(dòng)臺(tái)的方向信息。
　�。�2）利用上行同步技術(shù)，系統(tǒng)可以獲得移動(dòng)臺(tái)信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)間偏移，進(jìn)而計(jì)算得到移動(dòng)臺(tái)與基站之間的距離。
　�。�3）經(jīng)過(guò)前兩步之后，系統(tǒng)就可準(zhǔn)確獲得移動(dòng)臺(tái)的位置信息。
　　因此，上行同步、智能天線和數(shù)字信號(hào)處理等技術(shù)，是TD-SCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)接力切換的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。接力切換執(zhí)行過(guò)程如圖4所示。

　圖4 接力切換執(zhí)行過(guò)程
　　（1）移動(dòng)臺(tái)與nodeB1進(jìn)行正常通信。
　�。�2）當(dāng)移動(dòng)臺(tái)需要切換并且網(wǎng)絡(luò)通過(guò)對(duì)移動(dòng)臺(tái)對(duì)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)向移動(dòng)臺(tái)發(fā)送切換命令，移動(dòng)臺(tái)就與目標(biāo)小區(qū)建立上行同步。然后移動(dòng)臺(tái)在與nodeB1保持信令和業(yè)務(wù)連接的同時(shí)，與nodeB2建立信令連接。
　　（3）當(dāng)移動(dòng)臺(tái)與nodeB2信令建立之后，移動(dòng)臺(tái)就刪除與nodeB1的業(yè)務(wù)連接。
　�。�4）移動(dòng)臺(tái)嘗試建立與nodeB2的業(yè)務(wù)連接，這時(shí)移動(dòng)臺(tái)與nodeB1之間的業(yè)務(wù)和信令連接全部斷開(kāi)了，而只與nodeB2保持了信令和業(yè)務(wù)的連接，切換完成。
　　四、結(jié)束語(yǔ)
　　通過(guò)分析WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA中切換技術(shù)的不同，我們可以看出：在測(cè)量過(guò)程中，軟切換和硬切換都是在不知道移動(dòng)臺(tái)準(zhǔn)確位置的情況下進(jìn)行切換、測(cè)量的，因此需要對(duì)所有的鄰小區(qū)進(jìn)行測(cè)量，然后根據(jù)給定的切換算法和準(zhǔn)則進(jìn)行切換判斷和目標(biāo)小區(qū)的選擇。而接力切換是在知道移動(dòng)臺(tái)精確位置的情況下進(jìn)行切換測(cè)量，所以它沒(méi)有必要對(duì)所有鄰小區(qū)進(jìn)行測(cè)量，只需對(duì)與移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)方向一致的、靠近移動(dòng)臺(tái)一側(cè)少數(shù)幾個(gè)小區(qū)進(jìn)行測(cè)量，然后根據(jù)給定的切換算法和準(zhǔn)則進(jìn)行切換判斷和目標(biāo)小區(qū)的選擇，就可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的越區(qū)切換。
　　移動(dòng)臺(tái)所需的切換測(cè)量時(shí)間減少，測(cè)量工作量減少，切換時(shí)延也就相應(yīng)減少，切換掉話率隨之下降。另外，由于需要監(jiān)測(cè)的相鄰小區(qū)數(shù)量減少，因而減少了移動(dòng)臺(tái)、NodeB和RNC之間的信令交互，縮短了移動(dòng)臺(tái)測(cè)量時(shí)間，減輕了網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，進(jìn)而使系統(tǒng)性能得到優(yōu)化。接力切換不僅具備硬切換較低掉話率和較小上行干擾的優(yōu)點(diǎn)之外，還具有軟切換資源利用率高、算法簡(jiǎn)單、信令負(fù)荷輕的優(yōu)點(diǎn)，更重要的是它大大提高了切換成功率和信道利用率。在實(shí)際工作中，可以通過(guò)權(quán)衡掉話、時(shí)延、信道忙閑等因素來(lái)確定采用哪種切換方式。

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