...wd......wd......wd...摘要在CDMA系統中，作為無線通信的一項至關重要的技術，軟切換得到了越來越多的關注。在什么條件下執行軟切換、采取哪一種軟切換策略、軟切換的性能如何等等問題構成了軟切換控制的核心問題。WCDMA系統是當今第三代移動通信系統的主流標準之一，研究在該系統中的軟切換問題具有重大的現實意義。本文首先介紹了第三代移動通信技術以及切換技術的一些前提背景知識；然后介紹了WCDMA系統的構成。接下去討論了WCDMA系統的無線資源管理技術和切換技術，通過對幾種切換類型的比照，得出軟切換的優勢所在。緊接著著重介紹了WCDMA的軟切換三個過程，測量、判決和執行階段。在此前提下，提出了幾種不同的算法和不同的仿真模型，以及對系統性能指標的衡量。然后論述了幾個重要的參數對系統性能的不同影響，并給出了了最正確值，以進一步優化其網絡系統。最后對課題進展了總結，并展望了未來的軟切換研究工作。關鍵詞：WCDMA軟切換算法仿真參數ABSTRACTAsoneofthecrucialtechnologiesforseamlesscommunicationinCDMAsystem,softhandoverhasbeenabsorbedmoreandmoreinvestigations.Whentocarryonsofthandover,whichsofthandoveralgorithmtobechosenandwhattheperformancesofsofthandoverarethekernelquestionsofthesofthandover.WCDMAisoneofthemainstreamstandardsofthe3Gcellularcommunicationsystems,theresearchanddevelopmentofsofthandoveralgorithminWCDMAsystemisanimportantissue.First，thispaperintroducesthepremisebackgroundknowledgeofthethirdgenerationmobilecommunicationtechnologyandswitchingtechnology，thenthecompositionoftheWCDMAsystemisintroduced，nextitdiscussestheradioresourcemanagementtechnologyandswitchingtechnologyoftheWCDMAsystem.AccordingtothecomparisonofSwitchseveraltypes，wecanseetheadvantagesofsoftswitching.ThenthispaperemphaticallyintroducesthethreeprossesofWCDMASoftswitch，Measurement,judgmentandimplementationphases.Inthiscontext,itgivesseveraldifferentalgorithmsanddifferentsimulationmodels,aswellasameasureofsystemperformanceindicators.Andthenthedifferenteffectsofseveralimportantparametersonsystemperformanceareintroduced.Inordertofurtheroptimizetheirnetworksystems，thebestvalueisgiven.Finally，someproblemsandsuggestionsareproposed.KEYWORDS:WCDMA；SoftSwitch；Algorithm；Simulation；Parameter目錄摘要IABSTRACTII目錄III第一章緒論11.1第三代移動通信系統簡介11.2WCDMA的系統概述21.3課題的研究意義41.4論文構造4第二章無線資源管理與切換技術52.1無線資源管理52.2切換簡介62.3切換的分類72.3.1硬切換72.3.2軟切換82.4軟/硬切換的比擬9第三章WCDMA的軟切換研究103.1WCDMA系統中軟切換過程103.2仿真模型介紹113.2.1無線信道傳播模型113.2.2業務類型模型143.3WCDMA系統軟切換算法143.4WCDMA的軟切換算法仿真模型163.4.2無線信道傳輸模型173.4.4移動模型183.5軟切換仿真性能的衡量183.6仿真結論18第四章軟切換參數影響和優化194.1參數切換門限和參數Time_to_trigger194.1.1切換門限204.1.2參數Time_to_trigger204.1.3切換門限和參數Time_to_trigger204.2最大激活集數N的設置204.3權重系數W的設置214.4WCDMA軟切換的系統優化22結論23致謝24參考文獻25第一章緒論1.1第三代移動通信系統簡介從第一代模擬技術到第二代GSM和CDMA，再到今天被各國廣泛關注的3G〔第三代移動通信〕，全球移動通信開展一直牽動著世界電信業的神經中樞。3G從概念的提出，到今天逐步入實用化，期間走過了漫長曲折的道路。第三代移動通信技術的研究、開展和國際范圍內的標準化早在第二代系統商用之時便已經開場。1996年ITU〔國際電聯〕正式將1985年提出的FPLMT5〔未來公共陸地移動通信系統〕更名為ITM-2000，簡稱3G,從此3G成為國際電聯ITU以及全球對第三代移動通信系統的總稱。這項工作的目的在于鼓勵合作，使各種相互競爭的技術能在一個全球兼容的無線通信系統上實現融合[1]。3G網絡存在三大主流標準：一是WCDMA標準，也稱為“寬帶碼分多址接入〞，支持者主要是以GSM系統為主的歐洲廠商；二是CDMA2000標準，也稱為“多載波碼分多址接入〞，由美國高通北美公司為主導提出，韓國現在稱為該標準的主導者；三是TD-SCDMA標準，中文含義為“時分同步碼分多址接入〞。2009年1月7日，工業和信息化部為中國移動、中國電信和中國聯通發放三張第三代移動通信〔3G〕牌照。其中，中國聯通獲得WCDMA牌照，中國移動獲得TD-SCDMA牌照，中國電信獲得CDMA2000牌照，標志著我國正式進入第三代移動通信時代。中國擁有世界上最大的GSM網絡，從國際上GSM開展演進方向來看，WCDMA是最適合GSM網絡演進的標準，這一技術能夠實現網絡的平滑演進，獲得最大的規模效益，最終使廣闊的消費者以最低的本錢享受3G服務[2]。1.2WCDMA的系統概述WCDMA是以第二代移動通信系統GSM為根基進展演進的，所以WCDMA網絡系統根本保持著和GSM相似的網絡拓補構造，是由無線接入網〔UTRAN：UniversalTerrestrialRadioAccess〕，Iu接口〔InterfaceUnit，連接RAN與CN之間的標準接口〕和核心網(CN：CoreNetwork)三局部組成，見圖1-1，圖中NodeB相當于GSM中的基站，UE〔UserEquipment〕表示移動臺，GSN〔GigabyteSystemNetwork〕是千兆字節系統網絡，HLR〔HomeLocationRegister〕表示歸屬位置存放器，MSC〔MobileSwitchingCenter〕為移動交換中心【[3][4]。〔一〕無線接入網〔UTRAN〕UTRAN包含一個或多個無線網絡子系統〔RNS：RadioNetworkSubsystem〕。每個RNS都是UTRAN內的一個子網，它包含一個無線網絡控制器〔RNC：RadioNetworkController〕、一個或者多個NodeB。RNC通過Iur〔InterfaceUnitRNC〕接口彼此互聯，而RNC和NodeB通過Iub〔InterfaceUnitRNCandNodeB〕接口相連。RNC是負責控制UTRAN無線資源的網絡元素，它與CN〔CoreNetwork〕相連。RNC包含支持不同NodeB之間宏分集的合并、拆分功能，對需要和移動臺有信令連接的切換作出決定。RNS負責管理自身蜂窩所需的資源。對于用戶設備和UTRAN間的每個連接，都有一個RNS是服務RNS。NodeB的主要功能是進展空中接口L1層處理〔信道編碼和交織、速率匹配、擴頻等〕；它也執行了一些根本的無線資源管理操作，比方內環功率控制。在邏輯上，它對應于GSM的基站。〔二〕Iu接口Iu接口將UTRAN連接至CN，它是一個開放接口，并且將系統分成專用于無線通信的UTRAN和負責處理交換、尋找路由和業務控制的CN兩局部。Iu接口有兩種類型，他們分別是用于將UTRAN連接至電路交換〔CS〕CN的Iu－CS接口和連接至分組交換〔PS〕CN的Iu－PS接口。〔三〕核心網〔CN〕WCDMA核心網技術標準是在現有GSM/GPRS根基上開展起來的，依然沿用了目前GSM/GPRS系統的網絡構造，對GSM有良好的繼承性。WCDMA核心網將GSM網絡中語音和分組數據業務的網絡處理節點〔MSC/GSN〕集成為支持語音數據一體化的網絡節點，具備如下特性：A．支持電路/分組交換業務、實時/非實時及自適應流量控制業務；B．支持各種QoS需求和業務描述；C．支持用戶獲得各種通信業務，包括許多未定義的多媒體和高速率業務。〔四〕WCDMA的空中接口WCDMA的空中接口——Uu接口，支持和WCDMA移動無線終端UE進展通信，其特點如下：A．最高可達2Mbit/s的比特速率；B．根據不同的帶寬需求支持可變比特速率；C．支持不同服務質量需求的業務，例如：語音、視頻和分組數據業務復用到一條單一的連接中；D．滿足從對時延敏感的實時業務到比擬靈活的盡力而為型的分組數據的時延要求；E．支持10％的誤幀率到10-6的誤比特率的質量要求；F．與第二代系統的共存以及支持為覆蓋范圍和負荷均衡而要在兩種系統之間進展切換的功能；G．支持上、下行鏈路業務量不對稱的服務——如瀏覽網頁造成的下行鏈路負荷遠大于上行鏈路負荷；F．高頻譜利用率；G．支持FDD〔FrequencyDivisionDuplex〕、TDD〔TimeDivisionDuplex〕兩種模式的共存。圖1-1WCDMA的系統構造圖1.3課題的研究意義WCDMA技術繼承了第二代移動通信體制GSM標準化程度高和開放性好的特點，標準化進展順利。WCDMA支持高數據傳輸〔慢速移動時為384kbit/s，室內走動時為2Mbit/s〕和可變速傳輸。在移動通信系統中，無線資源管理起著非常重要的作用，它主要負責對系統可以使用的所有無線資源進展分配和管理，其核心問題是在保證網絡服務質量的前提下，提高頻譜利用率。在第三代移動通信系統中，無線資源管理的內容更加豐富，切換作為其中的重要組成局部，必須與其他接納控制、功率控制、負載控制和動態信道分配等RRM算法協調，對網絡做到整體優化。WCDMA系統支持多種切換技術，其中軟切換是CDMA系統特有的，移動臺與基站〔小區〕間的新連接在建設之前保持原有的舊連接，這種切換方式大大降低了由于硬切換時間間隙引起的掉話概率。1.4論文構造本論文共分為5章：第一章，緒論，介紹課題的背景包括第三代移動通信系統的開展，WCDMA系統的簡介，以及該課題的研究意義。第二章，介紹無線資源管理技術和切換技術。著重介紹了無線資源管理技術的算法組成和切換的概念以及分類，最后比擬了軟/硬切換的優缺點。，介紹WCDMA的軟切換過程。著重介紹了WCDMA軟切換的三個過程，仿真模型，以及典型的軟切換算法和性能指標。，介紹軟切換參數影響和優化。主要以參數切換門限和參數Time_to_trigger、最大激活集數N的設置、權重系數W的設置為重點，提出網絡優化的問題，進一步提高系統效率和服務質量。，對課題進展了總結，并對未來的開展進展了展望。第二章無線資源管理與切換技術2.1無線資源管理第三代移動通信的無線資源管理技術是提高系統容量和系統穩定性的根本技術，如圖2-1所示，WCDMA系統中的無線資源管理技術包括：功率控制，切換控制，負載控制和接納控制等技術。圖2-1WCDMA系統中的無線資源管理功能構成和其典型分布功率控制技術是高容量CDMA系統設計的保障，一個典型的例子就是移動臺到基站的鏈路上出現的遠近效應。在蜂窩系統中離基站近的移動臺的路徑損耗比遠方移動臺的路徑損耗低。如果所有移動臺都使用一樣的發射功率，處于近處的移動臺必然要干擾遠方的移動臺的接入。再有，CDMA系統中的用戶共用一樣的頻帶，且各用戶的擴頻碼之間存在著非理想的相關特性，用戶發射功率的大小將直接影響系統的總容量。這就需要通過功率控制來解決這樣的問題。功率控制確保了用戶間的干擾維持在最低水平上，同時提供用戶所要求的QoS；切換控制處理用戶跨小區移動的情況；接納控制、負載控制和分組調度等完成保證服務質量和不同比特速率、業務、質量要求的情況下將系統的吞吐能力最大化。對無線系統而言，無線資源可以是頻率，可以是功率，還可以是時間、碼字，但是無論從哪個角度來看，以移動通信為代表的無線通信系統都是資源受限的系統。如何高效地利用有限的無線資源滿足日益增長的用戶數量和用戶需求是一個大問題。對于WCDMA系統的研究是一個復雜且范圍廣泛的課題，無線資源管理是對移動通信系統的空中接口資源進展合理規劃和調度，以希望在有限的無線資源情況下，在保證一定的規劃覆蓋和服務質量要求的前提下，接入盡可能多的用戶；同時，隨著多媒體業務需求的不斷增長，大量高速的分組數據業務將在通信中占據主導地位，無線資源管理還需要考慮這些新情況的出現，解決多種業務類型并存情況下的資源分配問題。管理無線資源的算法可以分成兩大類，一是面向連接的無線資源管理算法；二是面向系統的無線資源管理算法。兩類算法的根本區別在于：觸發原因和產生結果面向的對象不同。面向連接的無線資源管理算法由某個用戶的狀態變化觸發，產生的結果也只是對該用戶產生影響；而面向系統的無線資源管理算法由系統的狀態變換觸發，產生的結果也可能影響到系統內的所有用戶。在無線資源管理算法中，功率控制、切換控制屬于面向連接的，接納控制、負載控制等屬于面向系統的，而速率控制、數據業務調度等算法則包括面向連接和面向系統的兩局部，需要兩局部相互配合才能夠實現。2.2切換簡介在移動通信系統中，對于正在通信中的移動臺，當它從一個基站的覆蓋區域移動到另外一個基站的覆蓋區域時〔如圖2-2所示〕，為了保證通信的連續性，網絡控制系統會啟動切換過程，將移動臺和網絡之間的通信鏈路從當前基站轉移到新的基站，以保證用戶業務的連續傳輸。所謂切換〔Handover，HO〕，通常指移動臺在通信期間，由于位置發生改變，而改變與網絡的連接關系的過程。圖2-2越區切換示意圖切換過程中，通信鏈路的轉移不能影響通話的進展，必須平滑進展，時間要求短，完全自動進展，用戶感覺不到切換的進展。在蜂窩移動通信系統中，小區覆蓋范圍越小，用戶的移動速度越快，則切換的處理越頻繁。切換處理對于蜂窩移動通信系統來說是非常重要的。因為網絡系統由多個小區構成的，在不同的小區覆蓋區域之間的切換經常發生。此外，進展切換可以使移動臺以最小的功率和信號最強的基站進展通信，減少了移動用戶的功率消耗。WCDMA系統是蜂窩移動通信系統，當用戶從一個小區移動至另一個小區時，與其連接的小區將發生變換，執行切換操作。同時在WCDMA系統中，切換類型較為豐富，根據不同的負載控制，覆蓋率要求和提供的服務質量等條件，有不同的切換方案與之相對應。2.3切換的分類根據切換發生時移動臺與源基站和目標基站連接方式的不同，切換根本可以分為硬切換〔HardHandover〕、軟切換〔SoftHandover〕、更軟切換〔SofterHandover〕等類型。2.3.1硬切換硬切換采取的是連接之前先斷開的方式，在與新的業務信道建設連接之前先斷開與舊的業務信道的連接。硬切換包括：在不同運營商的基站或扇區之間的切換、不同載波之間的切換、WCDMA與GSM之間的切換等。2.3.2軟切換軟切換指移動臺在載波頻率一樣的基站覆蓋小區之間的信道切換。在軟切換過程中，移動用戶可能同時與兩個或多個基站進展通信，從一個基站到另一個基站的軟切換過程中，不需要改變收發頻率，沒有通信暫時中斷的現象。軟切換根據具體實現上的一些區別又細分成軟切換和更軟切換兩種類型。軟切換：在這種切換過程中，當移動臺開場與一個新的基站聯系時，并不立即中斷與原來基站之間的通信，簡言即“先連后斷〞。同硬切換類似，當用戶在小區邊緣地區活動時，由于是切換區域，也可能導致頻繁的軟切換操作，產生“乒乓效應〞，但由于軟切換過程是先連后斷進展，不管切換有多么頻繁，都很少會出現硬切換中頻繁掉話的現象；另外，在軟切換時采用分集接收，所以不需要提高發射功率就能保證或提升通話質量。更軟切換：更軟切換是軟切換的一種特殊情況。這種切換形式發生在同一基站的具有一樣頻率的不同扇區之間。更軟切換是CDMA的特色，在基站的扇區之間同頻工作時可以方便地進展。如以下列圖2-3所示，軟切換執行過程中，當用戶在小區邊緣地區活動時，由于是切換區域，也可能導致頻繁的軟切換操作，產生“乒乓效應〞，但由于軟切換過程是先連后斷進展，不管切換有多么頻繁，都很少會出現硬切換中頻繁掉話的現象；另外，在軟切換時采用分集接收，所以不需要提高發射功率就能保證或提升通話質量。圖2-3軟切換執行過程示意圖如圖2-4所示，軟切換和更軟切換的區別在于：更軟切換發生在同一個Node-B范圍內，分集信號在Node-B中做最大增益合并；而軟切換發生在兩個Node-B之間，分集信號在RNC中進展合并處理。圖2-4軟切換和更軟切換2.4軟/硬切換的比擬硬切換采取的是連接之前先斷開的方式，它是時間離散的事件，通常當呼叫從一個小區交換到另一個小區或者從一個載波交換到另一個載波時發生，它是一個時刻只有一個業務信道可用時發生的切換。軟切換是一種狀態，它是CDMA最值得討論的特性，由多個基站同時支持一個呼叫，軟切換不同于傳統的硬切換。硬切換與軟切換的主要區別為：硬切換是UE的無線鏈路先被去掉后被加上，軟切換是無線鏈路先被加上后再被去掉甚至只加上不去掉。硬切換過程中會先去掉原先所有無線鏈路，軟切換過程中原有無線鏈路保持。硬切換通過物理信道重配/傳輸信道重配/無線承載重配等消息完成，軟切換通過激活集更新消息完成。硬切換的成功率較低，對業務質量有較大影響；軟切換成功率高，對業務質量影響很小。第三章WCDMA的軟切換研究3.1WCDMA系統中軟切換過程通常，WCDMA系統中的軟切換過程劃分為以下三個步驟：無線測量〔包括測量濾波算法觸發測量報告〕、網絡判決〔軟切換算法〕、系統執行。無線測量由UE和Node-B完成的；網絡判決在RNC中進展；系統執行在UE、Node-B和RNC共同協作下完成。軟切換執行的階段示意圖如圖3-1所示：圖3-1軟切換執行步驟在切換測量階段，移動臺要測量下行鏈路的信號質量、該移動臺所屬的小區及臨近小區的信號能量；基站需要測量上行鏈路的信號質量。測量結果被送到相關的RRC層。在切換判決階段，也稱為評估階段。測量結果與預定義的門限值進展比擬，以決定是否執行切換，同時要進展接納控制，防止新的小區由于新用戶的參加而降低已有用戶的通信質量。在執行階段，移動臺進入軟切換狀態，RNC根據測量結果判決切換的目標小區，并信令通知移動臺完成切換，一個新基站或小區被參加、釋放或者替換。3.2仿真模型介紹在無線通信系統的仿真工作中，設定的系統環境和條件對于仿真的結果有很大的影響，在進展軟切換算法仿真前，有必要對于仿真的無線信道傳播模型、接入業務模型等前提條件做一些討論。3.2.1無線信道傳播模型無線傳播的開放性、地理環境的復雜性和通信用戶的隨機移動性，共同構成了移動通信的主要特點，在傳播過程中會產生三類不同的損耗和三種效應。〔1〕三種損耗路徑傳播損耗：指電磁波在宏觀大范圍〔即公里級〕空間傳播所產生的損耗，它反映了傳播在空間距離的接收信號電平的變化趨勢。大尺度衰落損耗〔陰影衰落〕：是由于在電波傳播路徑上受到建筑物及山丘等的阻擋所產生的陰影效應而產生的損耗；反映了中等范圍內數百波長量級接收電平的均值變化而產生的損耗，一般遵從對數正態分布，變化率比擬慢。小尺度衰落損耗：主要是由于多徑傳播而產生的衰落，反映微觀小范圍內數十波長量級接收電平的均值變化而產生的損耗，一般遵從瑞利分布或萊斯分布，其變化率比慢衰耗快，所以稱為小尺度衰落。它又可以細分為：空間選擇性衰落、頻率選擇性衰落、時間選擇性衰落；選擇性是指在不同的空間、頻率、時間，其衰落特性是不一樣的。〔2〕三種效應陰影效應：由于大型建筑物和其他物體的阻擋，在電報傳播的接收區域中產生傳播半盲區，類似于太陽光受阻擋后產生的陰影。遠近效應：由于接收用戶的隨機移動性，移動用戶與基站間的距離也是在隨機變化的，假設各移動用戶發射功率一樣，那么到達基站時的信號強弱將不同，離基站近者信號強，離基站遠者信號弱。通信系統的非線性將進一步加重信號強弱的不平衡性，出現強者更強，弱者更弱甚至以強壓弱的現象，并使弱者即離基站較遠的用戶產生通信中斷的現象，此類現象稱為“遠近效應〞。多普勒效應：是由于接收用戶處于高速移動中，如車載通信時傳播頻率的擴散而引起的，其擴散程度和用戶運動速度成正比。這一現象只發生在高速〔≥70km/hr〕車載通信時，對于通常慢速移動的步行和準靜態的室內通信不予考慮。下面是電波傳播損耗模型的根本表達式：〔3.1〕其中：為某時刻基站和用戶之間的距離矢量。表示由于電波傳播的彌散特性造成的路徑傳播損耗，n的典型值為3～5，反映了公里量級的空間距離內，接收電平均值的變化趨勢。表示陰影效應，由位于電波傳播路徑上的障礙物的阻擋而產生的損耗，反映了數百波長內接收電平均值的變化趨勢，為大尺度衰落。最后一項，反映了數十波長內，接收信號電平的均值變化趨勢，為小尺度衰落。歐洲電信標準化協會〔EuropeanTelecommunicationStandardsInstitute：ETSI〕規定了UTRA系統中不同移動測試環境下的參考傳播模型，這也是本章進展仿真工作所使用的無線信道傳播模型。在介紹這些模型之前，先引入四個路徑損耗計算公式和一個自相關函數計算公式。〔3.2〕式中：L——路徑損耗〔dB〕；R——發射天線和接收天線的距離〔m〕；n——路徑中的樓層數目；〔3.3〕式中：L——路徑損耗〔dB〕；R——基站和移動臺之間的距離〔km〕；f——載波頻率〔MHz〕，在UMTS中f的值為2000MHz；〔3.4〕式中：L——路徑損耗〔dB〕；——參照平均屋脊水平高度測得的基站天線高度〔m〕，其有效范圍0～50；R——基站和移動臺之間的距離〔km〕；f——載波頻率〔MHz〕；〔3.5〕式中：L——路徑損耗〔dB〕；R——基站和移動臺之間的距離〔m〕；自相關函數：〔3.6〕式中：R——陰影衰落的標準化自相關函數〔無量綱〕；——移動臺的移動距離〔m〕；——陰影衰落的去相關距離〔m〕，它的取值依賴于環境；ETSI【18】規定的參考傳播模型具體內容為：室內辦公室環境〔IndoorOffice〕：基站和用戶皆位于室內的情形。小區面積小，發射功率低，路徑損耗多由墻、地板以及金屬構造造成是這類環境的特征。路徑損耗遵從式(3.2)；陰影衰落的標準偏差為12dB，去相關距離為5m；快衰落特性服從萊斯分布或瑞利分布。室外到室內和徒步環境〔Outdoortoindoorandpedestrian〕：基站位于室外且天線位置較低，用戶位于室內或室外的情形。小區面積小和發射功率低是這類環境的特征。路徑損耗遵從式(3.3)〔僅適用于非視距傳播的情況〕；陰影衰落的標準偏差為：室外10dB、室內12dB，去相關距離為5m；建筑物穿透損耗平均值為12dB，其標準偏差為8dB；瑞利和/或萊斯衰落率根據步速而定，但同時也偶爾出現由移動車輛的反射造成的更快速的衰落。車載環境〔Vehicular〕：較大的小區面積和較高的發射功率是這類環境的特點，路徑損耗遵從式(3.4)〔僅適用于非視距傳播的情況〕；陰影衰落的的標準偏差為10dB；快衰落分布一般為行駛車輛導致的瑞利分布，瑞利衰落率根據車速而定，固定終端采用較低的衰落率是比擬適宜的。如果取f=2000MHz，=15m則式(3.4)可簡化為(3.5)。混合小區環境〔Mixed〕：實際情況網絡工作環境往往比擬復雜，在一個地理區域中，可能既存在宏小區中的車載環境，也存在微小區下的室外到室內和徒步環境，這時就要考慮使用混合小區環境，區別處理高速用戶和低速用戶的情況。3.2.2業務類型模型語音業務2.視頻業務3.互動業務3.3WCDMA系統軟切換算法軟切換算法的研究主要集中在軟切換執行的判決階段，合理確定執行軟切換執行的條件是個關鍵。實際使用中的軟切換算法主要是基于不同的軟切換門限策略。軟切換算法是和一組判決控制門限相聯系的，它們分別是參加門限Th_ADD、刪除門限Th_DROP以及刪除滯后時間門限T_tDROP。歸納軟切換執行判決條件就是：如果接收到的新基站信號強度大于Th_ADD，則將新基站參加激活集；當激活集中的基站信號強度小于Th_DROP，且持續了T_tDROP時間以上，則將此基站從激活集中刪除。參與條件判決的是移動臺上報的測量信號值，測量信號強度可以用下式來表示，其中N為接收到的新基站數目：〔3.7〕在WCDMA系統中，測量信號量一般選取CPICH信道的RSCP值〔接收信號碼功率〕或CPICH信道信噪比EC/I0〔碼元能量和噪聲頻譜密度之比〕。測量過程瞬時接收到第i基站導頻信道的RSCP可以用下式來表示：〔3.8〕測量過程瞬時接收到第i基站導頻信道的EC/I0可以用〔3.9〕來表示〔3.9〕其中：RSSI－表示信道帶寬內的總寬帶接收功率(3.10)(3.11)公式中參數說明如下：Pp、Pt—導頻信道和業務信道的發射功率大小W—WCDMA系統切普速率，為3.84McpsIsc、Ioc—分別指代來自第i基站的干擾和其余基站的干擾Li、ξi—路徑衰落和第i基站的陰影效應Ni—第i小區中的用戶數目η—正交系數。由于導頻信道和業務信道間的非理想正交性會帶來小區內干擾n—熱噪聲根據不同的門限確定策略，得到不同的軟切換算法：靜態門限算法：算法中門限Th_ADD和Th_DROP都預先設定為固定值，在軟切換執行前后不會改變。動態參加門限算法：門限設定為Th_ADD=max{PMAX,Th_DROP}，而Th_DROP預先設定為固定值。只有當新接收基站的信號強度大于PMAX〔PMAX表示為測定時刻激活集中最強基站信號〕，才將其參加到激活集中，這樣可以保證用戶總是和信號最強的基站保持著聯系。Th_ADD門限的下限設定為Th_DROP可以保證門限Th_ADD總是大于Th_DROP。動態門限算法〔UTRA軟切換算法〕：Th_ADD、Th_DROP均為動態變化值：Th_ADD=Best_Ss+Hyst_ADDHyst_ADD=-As_Th+As_Th_Hyst〔3.12〕Th_DROP=Best_Ss+Hyst_DROPHyst_DROP=-As_Th–As_Th_Hyst〔3.13〕Th_REP=Worst_Old_Ss+Hyst_REPHyst_REP=-As_Rep_Hyst〔3.14〕Hyst_ADD的典型參數值為1～3dB，Hyst_DROP的典型參數值為2～5dB.在軟切換執行的過程，激活集中Best_Ss、Worst_Old_Ss會持續的進展改變，算法判決門限也隨之動態的進展調整。3.4WCDMA的軟切換算法仿真模型3.4.1小區模型小區布局構造如圖3-2所示，所有的小區均為正六邊形，每19個小區由一個中心小區、第一環小區和第二環小區組成〔第一環有6個小區，第二環有12個小區〕。設小區半徑為R，基站位于小區的中央，每小區負荷均勻分布。設小區1內某一移動臺MS，與BS1間距離為r1，與間距離為，與B,BS2間連線的的夾角為。則當2≤i≤7時，有，其中D=R當i=8，10，12，……，18時，，其中D=2R當i=9，11，13，……，19時，，其中D=3R圖3-2小區構造示意圖3.4.2無線信道傳輸模型假定快衰落可以通過RAKE接收得到有效抑制，則傳輸損耗由路徑損耗和陰影衰落組成。定義無線信道的傳播損耗模型為：〔3.15〕其中，μ為路徑損耗指數，典型取值為4；表示陰影衰落，是服從均值為0，方差為σ的高斯分布，與距離無關，σ典型取值為8dB-10dB。當損耗單位為dB時，傳播模型可以表示為：〔3.16〕其中，第i〔i=1，2，……〕個基站的陰影衰落ζ可以表示為：其中其中對所有i〔1-19〕，j〔1-19〕，〔3.17〕〔3.18〕〔3.19〕因此對于基站i和j的損耗的標準協方差為：〔3.20〕3.4.3業務模型設新呼叫到達過程是一個服從均值為6的泊松過程，其概率密度函數其中λ=6，i=0,1，2，...〔3.21〕并且新呼叫在小區內均勻到達，其持續時間服從均值為120s的指數分布。其概率密度函數為：〔3.22〕其中t≥0，λ=，則每個用戶的業務量可以表示為：Tuser===200mErLang其中AHT〔AverageHoldTime〕表示“平均占用時間〞。3.4.4移動模型設移動用戶初始的運動速度v是一個隨機變量，并且0≤v≤16m/s，它服從均值為6，方差為10的高斯分布。假定移動用戶每30s改變一次運動速度，并且新的速度與原來的運動速度相關。新的運動速度如下所示：〔3.23〕其中，為前一狀態的運動速度，χ服從均值為1的瑞利分布，0<ρ<1，ρ越大，前后狀態的運動速度相關越大，當ρ=1時，運動速度不變，而ρ=0時，新的運動速度與原運動速度無關。當用戶發起一個呼叫時，其初始的運動方向也是一個隨機變量，在[0,2π]內均勻分布，并且每隔30s以0.2的概率改變一次運動方向，每次改變的運動方向都與前次的運動方向相關，并且服從以原方向值為均值，方差為的高斯分布。3.5軟切換仿真性能的衡量使用下面的指標來衡量軟切換算法的性能：中斷概率〔PO〕：正在通信中的用戶其接收信號RSCP值低于業務質量要求門限值的概率。在仿真過程中這樣處理，當系統中某用戶其總接收導頻信號強度比在小區邊沿區域平均接收信號強度低6dBm時即認為出現中斷現象；然后，在每個小區內統計使用內兩層小區的PO平均值作為整個系統中斷概率平均激活集數目〔MASN〕：一定時間中，一個用戶激活集的平均數目，對應用戶移動過程中系統的平均專用信道開銷。這個指標可以反映出軟切換算法在執行的過程中占用系統資源的情況。激活集更新速率〔ASUR〕：單位時間內一個用戶平均改變激活集的次數。激活集更新速率對應用戶移動過程中系統的瞬時信令開銷；速率越高，說明相互間信令通信越頻繁，系統信令負載也就越高。在仿真中，統計一定時間內對激活集的操作次數，包括激活集參加、刪除等操作。3.6仿真結論1)一樣的仿真條件下，靜態門限算法下的平均激活集數量和中斷概率比其余算法的都要高；動態門限算法下的平均激活集數量和中斷概率是三種算法中最低的，但該算法的激活集更新速率相對于其他算法要高許多，這意味著其信令交互負載比其他算法要大。動態參加門限算法的各項性能在各算法中居中。2)在實際的應用中，可以根據網絡當時的運行情況合理的調整軟切換控制算法：當網絡中業務負載較高時，選取MASN指標低的算法，以留出空余信道提供應新接入用戶使用；而在業務負載低的網絡狀態下，相對高的MASN指標是可以承受的，此時可以考慮提高服務質量，PO指標低的算法是選擇的對象，如動態門限的軟切換算法；而當網絡中信令負載成為性能的瓶頸時，ASUR指標則成為算法選擇的標準，應中選擇ASUR低的算法，如動態參加門限算法，以降低信令負載的強度。第四章軟切換參數影響和優化4.1參數切換門限和參數Time_to_triggerUE用參數切換門限Reportrange1A來確定是否觸發事件1A的報告。這個門限是相對于激活集中最正確小區的CPICH/值。當最正確小區與被監視的小區的CPICH/差值小于這個門限時，并持續地待在該范圍內的時間必須大于Time_to_trigger〔1A〕，UE才會向RNC發送測量報告，要求將該小區參加激活集中〔Event1A〕。所以，切換門限和參數Time_to_trigger在軟切換中是聯合應用的。UE用參數切換門限Reportrange1B來確定是否觸發事件1B的報告。這個門限是相對于激活集中最正確小區的CPICH/值。當激活集中的最正確小區與最差小區的CPICH/差值大于這個門限時，并持續地待在該范圍內的時間必須大于Time_to_trigger〔1B〕，UE才會向RNC發送測量報告，要求將該小區移出激活集中〔Event1B〕。4.1.1切換門限切換門限如果設置的越大，軟切換區域、開銷以及軟切換因子〔正常軟切換比例在30%—40%〕將相對的增加，新小區較容易參加激活集，這樣在下行鏈路上會消耗更多的發射功率，使得下行容量減少，對于PS業務來講，其吞吐量減少。但是，在上行鏈路方面，軟切換提供更多的分集增益，這有助于降低UE的發射功率，提高通信質量。反之，如果切換門限設置過低，則新小區難以參加激活集，小區之間的干擾增加，發生軟切換的概率將減少，使軟切換開銷減少，上行宏分集增益減少，處于下行最大發射功率的UE數較多，上行吞吐量也將相應降低。4.1.2參數Time_to_trigger如果參數Time_to_trigger設置太長，將造成軟切換的延誤。如果參數Time_to_trigger設置太短，則會導致切換很容易發生，過多增加信令負荷。4.1.3切換門限和參數Time_to_trigger當切換門限參數Reportrange1A和Reportrange1B設置的過于接近，小于一個滯后系數時，那么會導致頻繁的切換〔乒乓效應〕。同時，由于信令開銷的增加也會影響系統容量。軟切換區域越大，軟切換的開銷也就越大，對系統硬件的要求也相應增加，這樣增加了系統發生硬件阻塞的可能性，Iub口上的傳輸負荷和信令負荷同時也增加了。而對上行來說，增大軟切換開銷不會導致什么問題，它反而有利于終端降低發射功率。降低軟切換開銷可能會降低上行鏈路的宏分集增益，因此終端需要增加發射功率，會減小上行鏈路的覆蓋范圍。在進展網絡優化時，可以通過調節這些參數來到達改善軟切換性能的目的。例如，為了增加軟切換，可以增大切換門限參數Reportrange1A的值，降低軟切換可以增加Time_to_trigger1A或者降低門限參數的值。總而言之，增加軟切換開銷有利于提高上行鏈路性能，而降低軟切換開銷有助于減少下行鏈路的功率開銷。對系統而言，存在一個折中的最正確值，使得軟切換效果更好。4.2最大激活集數N的設置激活集最大數目N指的是在軟切換過程中允許與移動臺建設連接的最大基站數目。N越大，UE可以連接的小區數越多，移動臺收到的信號能量就越高，但這也勢必會增加對其他移動臺的干擾增加，并且也會增加系統的開銷。圖4-1最大激活集數N對系統的影響軟切換要求最大激活集數N大于等于2，上圖反響了最大激活集數對系統的影響。從圖中可以看出，當N從2變化到7時，系統性能在3時到達最正確。當N等于2時，相對捕獲率太低，不能充分表達軟切換帶來的增益，而當N從3增加到4時，相對捕獲率增加緩慢，而平均激活集數增長幅度相對較大，所以此時服務質量的提高不能彌補系統無線資源的消耗。而當N大于4已經沒有什么意義，因為平均激活集數和相對捕獲率都幾乎不再改變。因此最大激活集數N的典型值為3.4.3權重系數W的設置權重系數W這個參數反響了現有激活集中最正確導頻和所有導頻對進入和離開激活集導頻門檻影響的權重關系。W越大，最正確導頻的影響越小，所有導頻的影響越大，進入或者離開激活集的難度也就越大。圖4-2W對系統性能的影響從圖中可以看出，隨著權重系數W的增加，平均激活集數和相對捕獲率都相對遞減，所以W主要是用于對軟切換比例進展控制，希望軟切換比例高一些，W設的小一些，反之則設的大一些。W的典型取值為0.8--1.在WCDMA系統中，切換時必不可少的過程，而切換參數的設置對系統性能的好壞有很大影響。4.4WCDMA軟切換的系統優化由于軟切換對系統容量和性能具有重大的影響，在移動通信系統中適宜的軟切換算法設計是其中最大的難點和挑戰。某種條件下的軟切換觸發是由不同基站下的不同參數決定的，這使得具體軟切換算法的設計和參數優化變得更加復雜【5】。切換中需要注意的問題如下：控制好切換比例保證切換成功率，防止掉話。盡量減少乒乓次數，以減少信令交互和資源消耗，從而降低掉話概率。結論在WCDMA系統中，軟切換作為一種重要的無線資源管理方法，其參數設置對于WCDMA系統至關重要，軟切換直接影響著整個系統的性能。本論文主要就軟切換對系統性能的影響〔第三章的分析和論證〕和軟切換算法優化〔第四章的分析和論證〕，方面進展了研究，具體如下：1、論述了WCDMA系統無線資源管理技術，包括功率控制、切換控制，負荷控制和接入控制等技術。2、討論了WCDMA系統軟切換的不同種算法