CDMA2000软切换

WCDMA网络的导频污染问 CDMA2000软切换控制参数 学院：... 学号：... 姓名：... 指导老师：... 2011年5月4号 【摘 要】本文介绍CDMA软切换的优点及软切换的实现过程，同时了导频在各个集之间的变迁规律。详细介绍了软切换涉及到的系统参数的定义、传送、取值及影响，通过对参数的解释介绍了软切换控制的方法。 【关键词】CDMA 软切换 CDMA 软切换简介 1.1什么是软切换 CDMA系统与GSM系统相比，其中一个显著的特点就是CDMA提供了软切换功能。所谓软切换是指当移动台处于小区边缘时，同时有两个或两个以上的基站向该移动台发送相同的信号，移动台的分集接收机能同时接收合并这些信号，当某一基站的信号强于当前基站信号且稳定后，移动台才切换到该基站的控制上去。当移动台在同一基站的不同扇区间进行软切换时，称之为更软切换。 1.2软切换的优点 （1）软切换是在通信的过程中平滑完成的，即通常所说的“先接后断”，大大提高了切换的成功率，保证了通话质量； （2）软切换进行过程中，移动台和基站均采用了分集接收的思想，有抵抗衰落的能力，不用过多增加移动台的发射功率；同时，基站宏分集接收保证在参与软切换的基站中，只需要有一个基站能正确接收移动台的信号就可以进行正常的通信，由于通过反向功率控制，可以使移动台的发射功率降至最小，这进一步降低移动台对系统的干扰； （3）进入软切换区域的移动台即使不能立即得到新基站的链路，也可以进入切换等待的排列，从而减少了系统的阻塞率。 软切换的实现 2.1CDMA导频集介绍 CDMA的导频共有512个，分为活动集、候选集、相邻集和剩余集四个集合。活动集由具有足够强度，并正在参与移动台接收的导频组成；候选集是由曾经在活动集中，或是强度超过T_ADD的有关导频构成；相邻集是由不在活动集与候选集中的、但有可能参与软切换的导频构成；剩余集是由目前频率上的除了活动集、候选集、相邻集以外的其它导频构成。在CDMA系统中，活动集最多可有6项，候选集最多可有5项（IS95B可有10项），相邻集最多20项（IS2000可有40项）。虽然协议中规定了活动集中可有6个导频，即可以支持6方软切换，在朗讯系统中需要打开该Feature支持，目前的网络中，只支持3方软切换。 2.2导频集间的关系 导频在各个集合间的变迁可用下图表示： 图1、导频集间的转换关系 2.3软切换实现的过程 2.3.1导频搜索的策略 移动台根据信令确定各个导频集搜索窗的宽度，自发地、持续不断地搜索四个导频集中的导频信号。对于活动集和候选集，搜索窗的中心应该在相应导频的最先到达的可用径位置附近，而对于邻近集和剩余集，搜索窗的中心则定在相对于移动台时间基准的64Chip整数倍偏移的位置上。移动台按照活动集、候选集、邻近集和剩余集的先后次序依次搜索。 2.3.2导频强度的测量 在进行软切换时，移动台首先搜索所有导频并测量它们的强度。移动台合并计算导频的所有可能被分集合并所选用的K个有用多径分量的Ｅｃ／Ｉｏ来作为该导频的强度。Ｋ是移动台所能提供的解调单元数。为了避免复杂的比较电路，实际中，可以选K＝1或2，则只取搜索窗内最强一至两径的能量作为该导频的强度。 2.3.3软切换的实现 软切换的过程从移动台开始，它必须不断测量系统内导频(Pilot)信道的信号强度。当移动台测得邻近集或剩余集中的一个导频的强度超过T_ADD；或者候选集中的一个导频的强度超过有效集中任意导频强度的0．5xT—COMPdB；移动台会向基站发送“导频强度测量消息”，报告导频搜索的结果。 基站将接收到的移动台的导频测量报告送往移动交换中心，移动交换中心指示新的基站安排一个前向业务信道给移动台，并且指示原基站发送一条“切换指示消息”告诉移动台开始切换。可见ＣＤＭＡ软切换是移动台辅助的切换。 移动台接收到来自基站的切换指示消息后，将新基站的导频纳入有效导频集，开始对新基站和原基站的前向业务信道同时进行解调。之后，移动台向基站发送一条“切换完成消息”，通知基站自己已经根据指示开始对两个基站同时解调了。 随着移动台的移动，有效集的导频低于T_Drop，并且持续时间达到T—TDROP，移动台发送“导频强度测量消息”以及切换跌落定时器的状态。同时，“导频强度测量消息”中还应报告有关导频信道相对于移动台时间基准的相对时间间隔PILOT_ARRIVAL。基站接收到“导频强度测量消息”后，将此消息送至ＭＳＣ（移动交换中心），ＭＳＣ再返回相应“切换指示消息”，然后基站发“切换指示消息”给移动台，移动台将切换去掉计时器到期的导频将其从有效导频集中去掉，此时移动台只与目前有效导频集内的导频所代表的基站保持通信，同时会发一条“切换完成消息”告诉基站，表示切换已经完成。 更软切换是由基站完成的，并不通知ＭＳＣ。对于同一移动台，不同扇区天线的接收信号对基站来说就相当于不同的多径分量，并被合成一个话音帧送至选择器（Ｓｅｌｅｃｔｏｒ），作为此基站的语音帧。而软切换是由ＭＳＣ完成的，将来自不同基站的信号都送至选择器，由选择器选择最好的一路，再进行话音编解码。 图2、软切换的过程⑦ 软切换时，与所有活动集中的导频相联系的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。移动台应该对相应的前向业务信道进行分集接收。移动台必须支持最大达150μs的相对信号传播延时。软切换时，相同的前向功率控制子信道被划分为不同的功率控制集。移动台必须支持对属于相同功率控制集中的功率控制子信道进行分集合并。当不同功率控制集的功率控制比特均指示发射功率上升时，移动台提高发射功率；当任何一个功率控制集的功率控制比特指示发射功率下降时，移动台降低发射功率。 2.4软切换过程中所涉及到的消息 （1）导频强度测量消息（PSMM），它由移动台发往基站，包含该移动台所有活动集、候选集、以及信号强度超过监测门限T_add的基站的Ec/Io估计值、到达时间，以及切换结束计时器等，基站通过这些消息可以确定该移动台新的活动集基站表，并通过HDM消息通知移动台进行切换。 （2）切换指示消息（HDM），它由基站发往移动台，指示移动台更新活动集基站列表，实现切换，它包含以下信息：HDM序号、CDMA信道频率分配、活动集、活动集PN相关的Walsh码、用于激活和候选集的搜索窗大小、切换参数（T_add、T_drop、T_comp、T_tdrop）。 （3）切换完成消息（HCM），它由移动台发往基站，通知基站移动台已经完成软切换，包含以下信息：肯定确认、活动集中每个导频的PN偏移，基站收到该消息后如果自己已经不在该移动台的活动集中，便停止发送前向话音信道，结束对该移动台的业务信道操作。 （4）邻集列表更新消息（NLUM），它是由基站发送的，包含活动集中导频的最新组合邻集列表。 软切换对网络资源的占用和对网络性能的影响 由于软切换实现的机制是移动台同时与两个或两个以上的基站进行通信，因此在进行软切换时移动台将同时占用活动集中导频对应的基站的无线信道，同时也就占用了该基站的中继资源、处理器资源、信道板资源等。因此，软切换在带来好的通话质量的同时，增加了网络资源的消耗，也增加了网络的负荷。由于基站的负载控制将软切换优于新的呼叫，基站将优先保证一个正在进行的呼叫的资源，如果软切换占用了大量的资源，将降低系统容量，可能导致网络提前出现拥塞。 目前，安徽省蚌埠市的软切换的比例在设计中规划值为：市区35%、县城20%、乡村10%。现网中软切换的比例如下表统计所示： 区域 市区 县城 乡村 软切换比例 70% 28% 50% 软切换控制的关键参数 4.1软切换控制的关键参数 切换参数包括： T_add：切换时加入导频信噪比门限值 T_drop：切换时丢弃导频信噪比门限值 T_tdrop：切换时导频丢弃定时器时长 T_comp：切换时导频强度比较门限值 Srch-win-A：激活、候选导频集搜索窗 Srch-win-N：相邻导频集搜索窗 Srch-win-R：剩余导频集搜索窗 Pilot_inc：导频搜索步长增量 Nghbr_max_age：相邻导频集最大保留时间 4.2相关参数的设置及其对软切换的影响 4.2.1 T_add 定义：基站将此值设置为移动台对导频信号监测的门限。当移动台发现相邻集或剩余集中某个导频信号强度超过T_add时，移动台发送一个PSMM，并将该导频转向候选集。② 传送：长度6bit，在System Parameters Message（寻呼信道）、Handoff Direction Message（前向业务信道）、In-Traffic System Parameters Message（前向业务信道）中传送。② 范围及现网设置：取值范围-31.5~0dB，以-0.5dB为单位变化，现网取值-13dB，优化范围-12dB~-16dB。 设置及影响：T_add和T_drop的值决定了切换区域的大小，值越大，切换区域越小，值越小，切换区域越大。现网中，从资源利用率考虑，希望T_add值尽量大，在保证通话质量的同时尽量减小切换区域，减少软切换比例，同时避免由于噪声引起的错误报警。增加T_add会降低处于软切换的用户数，从而降低所需的设备开销。但若设置过大，则由于导频进入活动集的时间过长，引起切换区域不足，跟移动台无关的强信号成为干扰，可能引起掉话。从通话质量考虑，希望T_add值尽量小，从而能迅速地增加导频，在新的导频信号强度还没有大到可以对其他导频信号产生干扰之前，就已经被加到活动集,避免掉话。但若设置过小，活动集中可能会存在较弱信号，切换区域过大，也可能导致掉话。 4.2.2 T_drop 定义：基站将此值设置为移动台对导频信号下降监测的门槛。当移动台发现活动集或候选集中的某个导频信号强度小于T_drop时，就启动该导频对应的切换去掉计时器。② 传送：长度6bit，在System Parameters Message（寻呼信道）、Handoff Direction Message（前向业务信道）、In-Traffic System Parameters Message（前向业务信道）中传送。② 范围及现网设置：取值范围-31.5~0dB，以-0.5dB为单位变化，现网取值-15dB，优化范围-12dB~-17dB。 设置及影响：T_drop和T_add设置类似，它同样影响了切换状态中移动台的百分率。现网中，从资源利用率考虑，希望T_drop值尽量大，使切换区域减小。但若设置过大，导频过早退出活动集，使软切换减少，同时可能导致乒乓切换（导频离开活动集又进入活动集），使掉话率上升。从通话质量考虑，希望T_drop尽量小，从而避免过早地失掉可用导频，增加干扰，导致掉话。但若设置过小，使软切换区域过大，损失前向链路容量，网络成本上升，活动集中可能会存在较弱信号，也可能导致掉话。 4.2.3 T_tdrop 定义：基站将此值设置为移动台导频信号监测定时器的预置定时值。如果活动集中的导频强度降到T_drop以下，移动台启动T_tdrop计时器，如果计时器超时，则该导频降到相邻集，否则，计时器自动被删除。② 传送：长度4bit，在System Parameters Message（寻呼信道）、Handoff Direction Message（前向业务信道）、In-Traffic System Parameters Message（前向业务信道）中传送。② 范围及现网设置：取值范围0~15（0.1~319s），现网取值3（4s），优化范围2~5（2~9s）。 设置及影响：通过给T_tdrop设置一个合适的值，可以保证服务导频始终在移动台的活动集中，以保证通话质量。T_tdrop的值应大于建立切换所需的时间，它的值要足够小，但也不能太小，避免有用导频过早从活动集转移到相邻集，同时可能产生乒乓切换，影响通话质量。T_tdrop值也不能过高，这样一些无用的弱导频会长时间滞留在活动集中，而强导频由于超过T_comp值，使移动台频繁发送PSMM消息，增加不必要的导频搜索时间。在弱覆盖区域，可以设置较大的T_tdrop，使移动台强制处于软切换状态，以提高通话质量。设置T_tdrop时，应与T_add、T_drop综合考虑，以达到预想的切换效果。 4.2.4 T_comp 定义：基站将此值设置为活动集与候选集导频信号强度的比较门限。当移动台发现候选集中某个导频信号强度超过了当前活动集中导频强度的T_comp*0.5dB时，就向基站发送PSMM，并开始越区切换。② 传送：长度4bit，在System Parameters Message（寻呼信道）、Handoff Direction Message（前向业务信道）、In-Traffic System Parameters Message（前向业务信道）中传送。② 范围及现网设置：取值范围0~7.5dB，以0.5dB为步长，现网取值2.5dB，优化范围2.5~4dB。 设置及影响：T_comp是衡量候选集中的导频是否可用的一个估计值，它对切换百分率有一定影响。一方面，它的值要尽可能低一些，从而能够更快地进行切换。另一方面，它又要足够高，从而避免误报警，但如果设置过大，使候选集中的强导频优于活动集中的弱导频，强导频却不能进入活动集，移动台监测到强导频却不能切换过去，该导频成为很大的干扰，使切换滞后，可能导致掉话。 T_comp的值很大程度上跟T_tdrop有关，如果T_tdrop的值较大，则T_comp值就相对大些；如果T_tdrop的值较小，则T_comp值就相对小些。 T_comp的值应当与T_add一致，因为T_comp是基于相对功率测量结果估算导频可用性的一种形式，而T_add是基于绝对功率测量结果估算导频可用性的一种形式，大多数情况下是由导频值首先超过了T_add而不是超过了T_comp来进行切换的。 4.2.5 Srch-win-A 定义：基站将此值设置为移动台对活动集和候选集的导频信号进行搜索的窗口大小。它是以活动集或候选集中导频的最早到达的可用多径为中心的。② 传送：长度4bit，在System Parameters Message（寻呼信道）、Handoff Direction Message（前向业务信道）、In-Traffic System Parameters Message（前向业务信道）中传送。② 范围及现网设置：取值范围0~15（4~452chips），现网市区取值多为7，优化范围5~9。 设置及影响：Srch-win-A的值应该足够大，比便于捕捉到导频的大多数可用多径信号，但也不能太大，否则有可能会搜索到来自别的基站的多径信号，同时会增加搜索时长，导致切换延时，影响通话质量。Srch-win-A的值也不能过小，否则可能会漏掉有用的多径信号，影响通话质量。 当移动台要求将一个导频加入到活动集中，而该导频的Srch-win-A与活动集中别的导频的Srch-win-A不同时，系统选择其中最大的值，因此呼叫过程中，移动台可以更新Srch-win-A的值。 4.2.6 Srch-win-N 定义：基站将此值设置为移动台对相邻集的导频信号进行搜索的窗口大小。它是以移动台的时间为参考，以导频的PN偏移量为中心。② 传送：长度4bit，在System Parameters Message（寻呼信道）、In-Traffic System Parameters Message（前向业务信道）中传送。② 范围及现网设置：取值范围0~15（4~452chips），现网市区取值多为9，优化范围9~12。 设置及影响：通常情况下，Srch-win-N要比Srch-win-A的值大。它的值必须足够大，以便捕捉到所有可用的多径信号，但如果设置的过大，会增加移动台搜索邻集导频的时间，影响移动台的性能。Srch-win-N的上限是PILOT_INC*64chip，如果超出了搜索窗就会有重叠，造成导频错误解码。Srch-win-N的值也不能设置过小，否则部分导频可能会落在搜索窗之外，造成部分邻集导频搜索不到。 如果基站支持In-Traffic System Parameters Message，Srch-win-N的值能够在通话期间改变。如果不支持在通话过程中处理系统参数消息，在整个通过过程中，Srch-win-N的值就不改变，即使可能各个导频的Srch-win-N设置不同，移动台采用最初的导频的值。 4.2.7 Srch-win-R 定义：基站将此值设置为移动台对剩余导频集基站的导频信号进行搜索窗口大小。它是以移动台的时间为参考，以导频的PN偏移量为中心。② 传送：长度4bit，在System Parameters Message（寻呼信道）、In-Traffic System Parameters Message（前向业务信道）中传送。② 范围及现网设置：取值范围0~15（4~452chips），现网中优化结束后，都置为0。 设置及影响：Srch-win-R的值必须大于等于Srch-win-N，小于PILOT_INC*64chip。如果设置的太小，可能有一些剩余集的导频会搜索不到。如果相邻关系设置的比较合理，在剩余集中几乎没有可能会进行切换的导频，可以将此值设置的比较小。如果设置的过大，移动台可能会搜索到来自别的基站的多径，同时增加了搜索窗口的时间，增大切换的建立时延。 如果基站支持In-Traffic System Parameters Message，Srch-win-R的值能够在通话期间改变。如果不支持在通话过程中处理系统参数消息，在整个通过过程中，Srch-win-R的值就不改变，即使可能各个导频的Srch-win-R设置不同，移动台采用最初的导频的值。 Srch-win-R的值的设置应当与PILOTG_INC的值的设置相配合，移动台只能搜索PN偏移指数是PILOT_INC整数倍的剩余集导频。 4.2.8 Pilot_inc 定义：基站将此值设置为导频PN序列偏移的指数增量，即相邻两个导频相位偏置之差（PILOT_INC*64chip）。根据CDMA空中接口规范，总共可能有32768个PN偏移，由于任意PN偏移的最小间隔64chip，所以最多可能有512个不同的PN偏移，而PILOT_INC则进一步降低了有效偏移的数量，即512/PILOT_INC。② 传送：长度4bit，在Neighbor List Message（寻呼信道）、Neighbor List Update Message（前向业务信道）中传送。② 范围及现网设置：取值范围1~15，现网中取4。 设置及影响：移动台仅仅搜索PN偏置为PILOT_INC的整数倍的剩余导频。设置过大，有效地PN偏置总数就会减少，从而降低PN偏置的复用距离，可能导频干扰。设置过小，会使导频间的差别很小，可能会产生邻PN偏置的干扰问题。PILOT_INC决定了邻集和剩余集的最大搜索窗大小，即： Max{Srch_win_n，Srch_win_r}心得

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