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1、TD和GSM网络切换的可视化系统研究与实现目 录TD和GSM网络切换的可视化系统研究与实现I第1章绪 论11.1选题的研究背景、目的和意义11.1.1研究背景11.2国内外的发展现状21.2.1国内外的发展概况21.2.2国内研究状况41.2.3国外研究状况71.3本文的工作91.4本文的组织结构9第2章移动网络中的切换理论112.1切换的概念及意义112.2切换的准则112.3切换的分类132.3.1根据切换的过程同时涉及到的基站数量划分132.3.2根据切换过程的控制方式划分142.3.3依据切换发起的信道不同划分152.3.4根据多层网络中的网络层次划分162.4切换的过程162.4.1
2、测量过程172.4.2触发过程182.4.3选择过程192.4.4执行过程202.5切换的总结20第3章23G网络互操作切换和算法的研究213.12G/3G互操作理论213.1.1互操作介绍213.2系统间小区重选223.323G互操作策略243.3.1发展初期243.3.2发展中后期253.4TD-SCDMA向GSM切换253.4.1TD到GSM重选流程253.4.2TD向GSM切换263.4.3TD向GSM切换算法283.4.4基于邻区优化的TD向GSM切换算法323.5GSM向TD-SCDMA切换383.5.1GSM到TD重选流程383.5.2GSM到TD切换流程和算法403.623G网
3、络切换算法的研究413.6.1基于距离的切换研究41第4章基于覆盖切换的23G切换算法的研究424.1覆盖切换概述434.1.1覆盖边界介绍434.1.223G覆盖边界介绍444.2场景覆盖概述454.2.1场景的概念454.2.2覆盖的划分464.323G覆盖切换算法474.3.1算法原理474.3.2场景切换算法的研究53第5章23G网络覆盖切换可视化仿真系统中的设计595.1可视化仿真系统系统分析与设计595.1.1系统功能需求网络覆盖分析595.1.2系统结构615.2系统的设计和编码635.2.1数据准备635.2.2数据清理645.2.3用例图645.3系统的可视化和仿真675.4
4、本章小结67第6章总结与展望686.1本文工作总结686.2研究展望69第1章 绪 论1.1 选题的研究背景、目的和意义1.1.1 研究背景随着2009年1月7日工信部给中国移动、中国电信和中国联通颁发第三代移动通信(3G)牌照，标志着我国正式进入3G时代，其中中国移动基于TD-SCDMA技术的3G牌照特别引人瞩目。TD-SCDMA第三代移动通信标准是信息产业部电信科学技术研究院（现大唐电信集团）在国家主管部门的支持下，经过多年的研究，提出的具有一定特色的第三代移动通信系统标准，该标准成为国际标准。这是我国通信史上第一个具有完全自主知识产权的国际通信标准，在通信发展史上具有里程碑的意义，并将产
5、生深远影响，是整个中国通信业的重大突破。极大地提升了我国在移动通信领域的技术水平，减少了与世界发达国家的差距，是整个中国通信业的重大突破。作为的国际主流标准之一，TD-SCDMA技术必将引导中国乃至全球及后技术的演进和发展。虽然作为第三代移动通信标准的TD-SCDMA技术己经成熟，TD-SCDMA系统正在我国逐步发展起来，其产业链日渐成熟。但是其在产业化的道路上依然坎坷，其中终端成为制约TD发展的一大瓶颈，在前期TD试商用过程中终端的问题严重影响了用户对3G的体验效果。中国移动通信公司是目前全球最大的GSM运营商之一，拥有快3亿用户的容量及覆盖全国的GSM/GPRS网络，特别是相关的基础配套资
6、源，包括站址、局址、传输等，对于3G建设来讲，既是优势，也是限制，因此应当充分地发挥自身的优势，充分利用好这些资源，既要保持其网络覆盖及用户优势，又需要将3G引入所导致的不良影响降到最低，其网络的规划及建设模式必然和新兴的3G移动运营商有所不同。如何利用中国移动现有的 2G网络为3G用户提供无缝的业务覆盖、如何解决好两网的互联互通/协调发展，为用户提供优秀的业务质量是3G网络建设的一个关键性问题。因此有必要对2G/3G之间可能的组网方式、对2G/3G网络共存涉及到的关键技术，如网络选择策略、小区选择和重选、切换策略等，进行一定的分析和验证，为将来3G网络的建设提供宝贵的经验。具体2G/3G无线
7、组网可以从以下几个方:2G/3G基础设施的共用；2G/3G之间的相互干扰；2G/3G之间的互操作。一个拥有2G网络的运营商，在TD-SCDMA网络建设的初期，由于投资、网络发展和建设目标不同，将导致初期的3G网络不能做到连续覆盖或者在连续覆盖区域内做不到无缝覆盖，鉴于现在的GSM网络投资以及其完整性和覆盖方面的优势，TD的前期建设充分利用现网资源和用户资源，以节约投资、快速部署，实现网络以及用户体验的平滑过渡，以提高3G用户感受，因此2G与3G网络的互操作是2G运营商在3G网络运行初期必须面临的问题。3G网络智能切网的互操作主能够是解决2G和3G混合组网过程中碰到的网络驻留、小区选择、小区重选
8、、切换，以及用户接入控制和转网策略等问题。与GSM的900、1800MHz双频间的互操作不同，作为无线网络的演进，TD和GSM系统间的互操作关注的是业务的连续性，体现3G的业务优势，同时在TD网络建设初期又要依赖GSM来作为覆盖的补充，所以互操作原则体现到具体的业务上，针对不同的业务可以采取不同的策略。1.2 国内外的发展现状1.2.1 国内研究状况移动终端在原始的小区与网络进行连接之后，有可能离开这个小区的服务区范围, 为了保证移动用户通信的连续性或者基于网络负载和信道资源等原因，将用户从当前的通信链路到其他小区,系统的切换过程就是将用户终端的连接切换到其他小区，从而使得通信服务不中断。TD
9、-SCDMA系统切换的主要功能是通过相应的测量报告以及有关准则来维持通信链路的连接。对于任何一个蜂窝通信系统而言，2G/3G网络切换的优化设计都十分重要。从网络使用效率最大化出发，当移动终端在不适合的服务小区进行通信时，不仅影响自身的通信质量，也将会增加全网络的负荷，甚至会干扰其他移动终端。移动设备应当使用网络中最优化的通信链路和对应的基站建立连接。当切换概念提出之后，国内一些学者和电信领域研究人员对切换展开了大量研究，取得许多研究成果。主要的研究包括：提出改进的越区切换算法、越区切换算法的优化、越区切换策略和越区切换参数设置对系统的影响。越区切换分为硬切换和软切换，硬切换主要运用于GSM系统
10、和系统间的切换，软切换主要运用于CDMA系统中，对软切换进行一些基本的研究，介绍了软切换的基本概念、实现过程及参数定义与测量，之后人们在无优先切换策略下对于软切换算法做了大量研究。对于系统间的切换算法研究的很少，主要是在系统间的互操作原理和策略上进行研究。詹义、李国庆詹义、李国庆2G/3G网络互操作原理与优化从理论角度对2G/3G网络互操作原理进行了研究，他们以GSM和WCDMA系统为对象，对系统间的互操作原理、相应的参数优化、邻区列表设置以及切换选择进行了介绍和分析，提出了异系统小区重选原理和异系统切换原理。张艳霞张艳霞：3G与2G系统间的互操作策略在互操作原理的基础上提出互操作策略，包括：
11、网络选择策略、2G与3G间的漫游策略、2G/3G语音（CS）切换策略、2G/3G分组域切换策略和2G/3G并发业务切换策略等。互操作策略对网络建设初期和网络成熟期的2G/3G协同操作有其重要的指导意义，减少了3G建设的投资成本。陶志强陶志强从应用层面研究了2G/3G的网络切换，他把网络切换分为移动用户空闲下的网络重选和连接状态下的网络切换两种情况，通过不同的网络重选方案和网络切换方案，提出三种2G/3G网络互操作方案。方案一：仅进行3G到2G的网络重选和切换3G和2G采用不同的网号，在3G网络中，设置2G网络为对等PLMN，为覆盖区边缘的3G小区配置2G的空闲和连接模式下邻区。（2）方案二：进
12、行3G和2G之间的网络双向重选，仅进行3G到2G单向切换。（3）方案三：3G与2G网络完全双向重选和切换。第一种方案：无需升级2G网络即可完成，但是在用户返回3G覆盖区域时，重选3G网络的迟滞时间长，最短为6分钟；第三种案可以加强3G网络的有效覆盖，提高终端用户的业务网络质量，但是如果允许2G到3G的切换，会增大新建3G核心网的信令负荷，也有可能由于不必要的频繁切换影响业务的服务质量。金宏彬，周胜，李秋中金宏彬，周胜，李秋中在理论角度对2G/3G互操作原理进行了补充，把2G/3G互操作参数根据作用分类三类：第一类是小区选择和重选参数，包括：Qqualmin(3G小区的最低接入信号质量门限)、Q
13、rxlevmin(3G的最低接入信号强度门限) 、SsearchRAT(异系统小区搜索门限) 、FDD_Qmin(3G小区重选电平门限)；第二类是异系统测量压缩模式参数；第三类是2G/3G系统间切换门限参数，包括异系统切换CS判决门限、异系统切换PS判决门限、3G服务小区3A事件门限、2G目标切换小区3A事件门限。这些互操作参数是切换测量过程和判决条件中重要指标之一，为切换的算法提出了重要的参数依据。顾雄，蔡丽金顾雄，蔡丽金在前人的基础上对异类系统切换策略进行了补充，并提出了互操作参数优化方法。他们提出空闲模式下的网络互操作者主要是双模用户终端UE如何进行PLMN定位和重定位、小区选择和重选、
14、以及位置登记；连接状态主要是指双模UE的3G向2G单向的CS切换和双向的PS切换；支持3G网络优先原则；空闲模式下历史最多的网络优先原则；手机驻留在信号强度最大的小区的策略；UE总是选择登录在信号强度最强的小区等。雷亮雷亮从理论角度分别对互操作原理和策略原则进行总结和概括，主要包含：小区重选、位置区与PLMN ID设定、系统间切换、系统间话务均衡与负荷和网络参数规划等。遵守的基本原则是影响最小原则，切换最少原则，质量最好原则，负荷分担原则等。陈为平陈为平从实际应用层面提出2G/3G互操作主要应该解决混合组网过程式中碰到的网络驻留、小区选择、小区重选、切换以及用户接入控制和转网策略等问题；2G/
15、3G互操作应该体现在其具体的业务上，针对不同的业务采取不同的策略。崔景龙崔景龙在应用层面针对阿联酋电信3G商用网提出2G/3G互操作解决方案，提出了一些面对商用化网络切换的互操作策略，如：小区重选策略，驻留技术选择策略，网络优先级策略和空闲状态迁移理论等。李文宇，李波李文宇，李波在WCDMA和GSM/GPRS移动通信系统间的漫游和切换的应用中，针对系统间切换的机制，对3G电路域、2G/3G之间的切换、3G分组域和2G/GPRS之间的切换等技术作了详细的介绍。赵绍刚，张一凡赵绍刚，张一凡在WCDMA和GSM之间的切换应用中详细地讨论了WCDMA与GSM系统间切换所面临的问题及解决方案，分析了二者
16、相互切换的具体过程，最后探讨了为了提高二者相互切换的性能，应如何进行系统间的优化。宋远峰，文武宋远峰，文武在GSM与WCDMA系统间的切换应用中，介绍了GSM系统与WCDMA系统间的切换原理，以及已经运用的GSM-WCDMA的切换方案。在实际的应用中，互操作理论和实际商用还有些差距，在实际网络切换中，更加关注23G网络实际覆盖情况，针对不同的覆盖场景对小区重选、小区选择时的参数进行设置，以及相关的参数协调 。当前TD-SCDMA与GSM进行互操作正在测试商用当中，根据以往WCDMA和GSM切换的经验，在语音切换方面加入邻区配置的参数配置，寻找TD-SCDMA网络覆盖边缘区域，补充2G网络邻区，
17、更好地做好小区重选。现有的研究主要集中在同种网络间切换算法。同种网络间切换算法包含：基于目标小区上行干扰的软切换算法、基于目标小区上行干扰的软切换算法、基于移动环境的切换控制算法、基于无线资源最优的平衡式切换控制算法和基于UE移动方向判决的软切换控制算法等。异种网络间的切换算法思想与同种网络间切换算法思想大致相同，主要是通过对一个或多个具体参数设置阈值来进行切换触发。最常见的参数就是接收信号强度（RSS）、载波干扰比（CIR）等参数，绝大多数现在的异系统切换算法都将RSS作为最基本的判断指标。如果移动终端在两个基站之间发生来回切换，可以在异系统切换算法中引入迟滞电平（hysteresis）、延
18、迟时间（dwelling timer）等参数。程远征（2008）程远征（2008）对基于位置的3G和WiFi网络切换算法做了更多具体的研究，提出一种算法能同时适用于同构网络和异构网络的切换方法,以终端位置、速度、方向角信息为主,接收信号强度R S S值为辅选择切换参数。根据网络特性,3 G及W i F i小区覆盖范围等区分切换模式,设置可变入界、出界距离,发起切换判决流程,有效的限制乒乓效应同时减少切换失败概率,并减少了判决时间及信令负载。胡中栋，黎平国，夏冬梅胡中栋，黎平国，夏冬梅：WCDMA和GSM/GPRS移动通信系统间的漫游和切换在研究无线异构网络的自适应垂直切换算法中，针对移动节点在
19、异构网络间切换性能不理想的问题，提出了一种自适应主动预测的垂直切换算法。采用一种面向当前应用程序的代价函数对可接入网络进行评估与选择；根据稳定稳定周期、移动节点的运动速度及所处位置来自动调整切换时间，使得移动节点能自适应地进行切换判决。刘敏，李忠诚，过晓冰，张德魁 程远征在研究异构无线网络中垂直切换算法中，从节点运动模型出发，提出了一组适合垂直切换算法的仿真模型，基于所提出的仿真评价模型，对常用的迟滞电平算法和驻留定时器算法进行了性能分析，在些基础上，提出了一种自适应垂直切换算法。其基本思想是:通过分析移动节点的运动趋势,自适应地调整切换触发条件,从而在不增加乒乓效应的前提下,获得更高的命中率
20、。以上三种算法的缺点是只适用于低能量、低运算能力的移动设备，也没有提出如何获取移动设备的位置和速度，以及考虑环境的影响，如果由于慢衰落和快衰落会使接收的信号发生波动，也会产生不必要的切换，影响移动用户的体验效果。鲁蔚锋, 吴蒙 鲁蔚锋, 吴蒙WCDMA和GSM之间的切换及优化在研究模糊多目标决策的两跳中继蜂窝网络切换算法中，介绍了在集成两跳Ad Hoc 和蜂窝网络的结构下, 触发网络进行切换的一些因素和两种路由代理发现算法, 并且提出了一种新的基于模糊多目标决策方法的切换决定算法。算法以移动节点为中心, 结合层次分析和模糊综合评价方法, 根据所获得的系统信息, 计算出当前每条网络链路的综合分值
21、, 从而将节点切换到最适合的链路上。这些算法的主要问题是公式中的各个参数在实际过程中都是动态变化的，相关的算法都依赖自身的网络支持，没有考虑网络覆盖的实际情况，如果当异系统基站信号足够时，会发生不必要的切换；或者信号突然恶化，会对切换正确性产生误差。算法如果采用动态规化或者人工智能来进行切换判断，考虑到全网的覆盖，算法复杂程度高，神经网络需要很长时间的学习。1.2.2 国外研究状况在网络切换的理论研究上，国外的学者一直走在前列，对研究切换的传统算法和人工智能切换算法的同时，也对切换时服务质量的保证以及系统资源的利用率进行了大量的研究，提出了很多切换时资源分配的算法和方案。在大多数移动话音和数据
22、业务中都使用从服务连接点和邻近连接点接收的信号强度RSS(received signal strength)作为切换算法的判定指标。在把信号强度作为切换判决条件的论文中分为三种：有门限的相对信号强度方法 Ylianttila,M.;Makela,J.;Pahlavan,K:Geolocation Information and In-ter-technology Handoff.IEEE Inter-national Conference 2000.、在滞后的相对信号强度方法 Cortes-Rodriguez,F.;Munoz-Rodriguez,D.;Soto,R:Position loca
23、tion assisted multi-valued logic handoff algorithm.Vehicular Tech-nology Conference,1999.、有滞后和门限的相对信号强度方法 Markopoulos,A.;Pissaris,P.;Kyriazakos,S.;Sykas,E:Optimized handover procedure based on mobile location in cellular systems.Personal,Indoor and Mobile Radio Communications,2003.，还有基于位置辅助的切换算法 Hsi
24、n-Piao Lin;Rong-Terng Juang;Ding-Bing Lin:Validation of an im-proved location-based handover algo-rithm using GSM measurement data.Mobile Computing,IEEE Transactions2005.、方向偏置切换算法Niri,S.G.;Tafazolli,R:Position assisited handover algorithm multilayer cell architecture.Vehicular Tech-nology Conference
25、,1999、基于Bays准则最小化的切换算法 Markopoulos,A.;Kyriazakos,S.;Tsagkaris,K.;Sykas,E.D:Perfor-mance of cellular networks and mobile location-driven handover algorithms.Vehicular Technology Conference,2004.。Hong 和Rappaport在“Traffic model and performance analysis for cellular mobile radio telephone Systems with p
26、rioritized and nonprioritized handoff procedures”一文中，最早提出了优先级方案，基本思想是在每个小区中都预留一部分信道资源给切换连接，切换连接可以竞争所有的信道，降低阻塞率。S.L.Su对切换算法进行了一定的发展，在假设CDMA小区容量不变的情况下，提出了一个低速流在软切换过程中预留固定数量资源的方案，减少了软切换的失败。YBLin,S.Tekinay,Nidi等学者在排队方案上进行了分析，利用小区之间互有重叠的特点，允许切换呼叫等候一定的时间，直到可以分配资源，该方案对宽带实时业务的切换不能很好适应。Ness B.Shroff在 Bursty
27、Data Over CDMA“提出基于邻近小区现有的连接，每个基站动态地调节预留容量。Jorguseski,L.Fledderus,E.Farserotu,在“Radioresourceallocation in third-generation mobile communication systems.IEEE Commun.Mag.2001 基于每个小区的观察的历史估计了移动切换行为。这些信息很难预测，计算量大，难于实现。从国外的一些切换算法可见:通过引入更多的参数能作出更为智能的切换判断。基于带宽的垂直切换判定算法中，除了RSS 外，将WLAN 中的剩余带宽也作为一个切换判定指标。现在基
28、于移动终端的位置的切换算法成为研究的热门,可使用多种方法估计移动终端与基站间的距离,一般假设距离信息的精度是一个静态随机变量，在传统的算法上，位置辅助的切换算法降低了平均切换次数,改善了切换性能。1.3 本文的工作本文来源于湖北移动网络优化中心的重点创新项目2G/3G网络优化分析系统（该系统已经在网优中心正式运行，已经取得了很好的经济效应和同行的好评），论文的主要思路是从2G/3G互操作原理出发，遵循互操作策略，在安照3GPP协议标准的同时，比较和借鉴传统算法，在切换算法引入了迟滞电平参数、小区重选时间参数、驻留时间参数，以及2G/3G相互异邻区配置，提出基于事件的TD_SCDMA/GSM系统
29、间切换算法，并且利用2G/3G覆盖分析的结果，针对不同的覆盖场景设置不同的切换参数，避免因为环境影响和信号衰落产生的切换，以及乒乓切换。系统TD_SCDMA/GSM切换算法为基础，以路测数据为对象，在地图为载体，对系统进行可视化仿真，以检验网络切换的质量，及时发现切换参数存在的问题，实现2G/3G切换的准确性。综上所述，完成的主要工作有：1. 分析了2G/3G网络互操作的工作原理和功能，提出了针对TD_SCDMA/GSM互操作的理论和切换流程，并对2G/3G互切换的流程作出详细论述。2. 在传统的切换算法中，加入电平延迟、驻留时间延迟等等参数，和相对门限的平均化处理，提出一种基于事件的TD_S
30、CDMA/GSM切换算法，本算法对传统的基于门限的切换算法进行了优化，从而解决了切换可以存在的乒乓效应，保证切换的稳定性。3. 提出一种基于历史最优化小区的切换算法，此算法是基于事件的TD_SCDMA/GSM切换算法的进一步研究和完善，提出了切换成功率。以及对现有GPS定位的移动设备在传统的算法上加上位置辅助算法的补充。4. 提出一种基于覆盖的TD_SCDMA/GSM切换算法，根据不同的覆盖场景，在不同的业务域，设置具体的门限参数，更好地进行切换，防止由于信号的衰落和环境的影响导致的切换失败，提高切换的正确性。并结合实例对基于覆盖的TD_SCDMA/GSM切换算法进行了可视化仿真和探讨。1.4
31、 本文的组织结构本文内容安排如下：第一章：绪论。本章主要介绍了本文选题目的背景、目的和意义，介绍了国内外通信发展的现状和2G/3G互操作切换的研究现状，明确了本文研究的主要内容。第二章：知识准备。本章介绍通信系统的切换理论，简单阐述了如切换的概念和切换的过程，为后文对2G/3G系统间切换算法做铺垫。第三章：对2G/3G网络互操作理论和算法的研究作出了详细的介绍，阐述了2G/3G互操作、系统间小区重选、系统间切换策略和系统间相互切换的流程，最后根据系统间切换的流程提出了一种基于事件的TD_SCDMA/GSM切换算法和该算法的进一步优化。第四章：在前一章的基础上，提出基于场景理论和23G网络覆盖切
32、换算法，并详细介绍了覆盖场景理论、场景覆盖的算法和2G/3G覆盖算法，对不同的场景进行CS和PS域切换算法的研究，以及不同场景下的算法参数设置。第五章：设计基于MapInfo实现2G/3G网络智能切换的可视化仿真系统，此系统在武汉移动2G/3G网络优化中的应用，根据路测数据，分析场景理论下的2G/3G网络切换和小区重选策略的正确性和可操作性，以及发现现有网络所存在的问题，更好地完善3G基站的部署。第六章：全文总结及进一步的展望。第2章 移动网络中的切换理论2.1 切换的概念及意义随着无线移动网络已成为移动通信网络的重要组成部分，严重的带宽限制使设计者将无线移动网络的服务区域分为能够重复使用无线
33、频谱的蜂窝小区。通过降低蜂窝的大小，不仅可以更好的重复使用资源，而且提高了系统的容量，特别适用于有大业务量需求的区域。因此，为了满足对无线通信快速发展的需求，从根本上增加业务容量，蜂窝小区被设计得越来越小，正在向微蜂窝(micro)和微微蜂窝(pico)的方向发展，虽然分裂蜂窝小区可以获得更大的频率重用，但是越区切换更为频繁。在移动用户通话业务早期过程中，为了使呼叫建立在最好的小区中以及为了使呼叫不至于掉话，保证业务的连续性，就引入了切换的概念。切换是当用户在蜂窝小区的覆盖区域中移动时，正在进行的呼叫从一个小区转换到另一个小区的过程。当移动设备从一个小区移动到另一个小区时，呼叫需要从一个基站切
34、换到另一个基站。现在移动用户的切换不仅是为了保证移动过程中通话的连续性，高速业务的持续性，也为了提高通信信道的使用度率，以及降低拥塞率和掉话率。切换的原因有以下四种情况: （1）移动用户从一个基站覆盖的小区移动到另一个基站覆盖的小区；（2）由于信道传输质量下降，使得移动台接收到的信号下降；（3）由于某小区业务信道容量全被占用或几乎全被占用；（4）基站为了容纳新的业务而对系统资源重新分配时。切换（handoff）也称自动链路转移（ALT），是改善和提高移动通信可靠性和安全性的关键技术。切换的成功率的高低现已成为国内三大运营商考核网络性能的一个重要指标，也是运营商提高市场占有率的关键因素。2.2
35、切换的准则切换准则是指何时何种条件下切换。目前蜂窝移动通信系统中，切换主要依据的准则如下：（1）导频信号的强度（Ec/Io）导频信号强度为接收到的导频能量与全部接收到的能量的比值(Ec只是手机接收到的导频功率的强度,Io是手机接收到的全部功率的总和,也包含导频功率的强度,参考计算公式是10logEc/Io，只能是负值)。导频信号是每个基站连续发射的未经调制的、直接序列扩频的信号，它主要用于使所有在基站覆盖区中工作的移动台进行同步。（2）载波与干扰比（CIR）接收信号载干比(CIR)。CIR是接收机接收到的载波信号功率和干扰信号功率的比值，它不仅反映通话质量，也指示当前信道的质量，是一种常用的判
36、决标准，切换程序在测量的CIR低于关键门限时启动。在实际系统中会存在干扰，因此不能只依据导频信号强度。由于CIR也会受到无线信道衰落和阴影的影响而有所变动，因此，为了提供准确的切换指示，还需用到加权平均和滞后门限的方法。（3）UE和基站(BaseStation)之间的距离（S）一般而言，最常发生的切换情况是越区切换，是MS（mobile station）已经超出了原小区的覆盖范围，或者是进入临近小区的覆盖范围时发生的切换，此时在切换程序中把两者的距离作为判决条件。在MS和BS的距离超出了规定门限值时，启动切换。由于无线信道的多变性以及移动用户所处环境的不同，在蜂窝系统中完全可能出现越区覆盖的现
37、象，即从离用户近的基站接收到的信号质量比从离用户较远的基站接收到的信号质量要差。（4）网络准则系统服务质量的下降并不是发生越区切换的唯一原因。有时，系统为了容纳更多的用户或为了均衡不同小区间的业务量，将重新安排信道的分配。这时的切换是由系统引起的。在移动通信过程中，切换不仅要顺利完成，并且是尽可能少出现，对于用户也要透明。为了适应和满足要求，系统设计人员必须指定一个最恰当的启动切换的信号强度。如果将某信号强度指定为基站接收机中可接收的语音质量的最小可用信号(一般-90至-100dBm)，那么比此信号强度强一点的信号强度就可作为启动切换的门限。其差值 = Pr(切换)- Pr(最小可用)，不能太
38、低也不能太高。如果太高，就可能存在不需要的切换，增加系统的负担；如果太低可能因为信号太弱而掉话，在此之前又没有足够的预留时间来完成切换。在决定切换时，要保证检测到的信号电平值的下降是由于移动台正在离开当前服务的基站，而不是瞬间的下降。解决此问题的方法是基站在准备切换之前先对信号监视一段时间。呼叫在一个小区内没有经过切换的通话时间，叫做驻留时间。某一特定用户的驻留时间受到一系列参数的影响，包括传播、干扰、用户与基站之间的距离，及其它的随时间而变的因素。2.3 切换的分类蜂窝移动通信系统的切换是一个复杂的过程，需要移动台、基站和移动交换中心三方面的彼此配合、互相协调来实现。不同的蜂窝移动通信系统往
39、往采用不同的切换方案，切换方案也可以按照不同的形式进行分类。2.3.1 根据切换的过程同时涉及到的基站数量划分根据切换的过程同时涉及到的基站数量可以分为硬切换、软切换、接力切换：硬切换：是指不同系统间的小区或者是同一系统间的不同频点的小区之间发生的切换。移动设备在硬切换时必须改变收发的频率，也是说MS（Mobile Station）先要断开与原服务小区的连接，然后再立即与新小区建立连接，将通信业务转移到新信道上来。第一代和第二代移动通信系统使用的主要是硬切换技术，硬切换可以在不同载波之间进行。由于信道的改变，切换过程中会发生时延，硬切换比较容易产生掉话。 软切换：在3GPP中，软切换是指MS在
40、和具有相同载频的新BS或者同一小区的另一扇区通信时发生的切换，以最大可能实现通信信道的转换。软切换只能在相同频率的信道间进行。它在两个基站覆盖区的交界处起到了业务信道的分集作用。软切换是在CDMA技术发展的基础上诞生的，CDMA系统是码分多址系统，在一个频点上支持多个下行扰码，即有多个同频小区。软切换是发生在相邻的同频小区之间，MS可以同时与多个小区连接，实现从一个小区到另一个小区的平滑过渡。软切换的优点很多，主要是减少了掉话率以及硬切换的“乒乓效应”，并可以使上行链路的总干扰减少，从而增加上行链路的容量。虽然软切换较硬切换相比有诸多优点，但它占用了额外的网络资源、操作复杂并且增加了下行链路的
41、干扰。接力切换：TD_SCDMA提出的新概念，TDSCDMA系统采用了智能天线以及使用两个基站对终端进行定位，具有对终端精确定位的功能，能够实现更有效的越区切换，即所谓的“接力切换”。接力切换介于传统硬切换与软切换之间，本质属于硬切换。在接力切换的过程中，同频小区之间的两个小区的基站都将接收同一个终端的信号，并对其定位，将确定可能切换区域的定位结果向基站控制器报告，完成向目标基站的切换，克服了“软切换”浪费信道资源的缺点。接力切换不仅具有上述的“软切换”功能，而且可以使用在不同载波频率的TD_SCDMA基站之间，甚至能够在TD_SCDMA系统与其它移动通信系统（如GSM、CDMAIS95等）的
42、基站之间，实现不丢失信息、不中断通信的理想的越区切换。在一般情况下，“接力切换”与“软切换”相比较，能够使系统容量增加一倍以上。2.3.2 根据切换过程的控制方式划分切换控制的任务是要实现终端或用户移动过程中、网络接入点变化时的通信会话连续性，即实现当前的接入点提供的通信接入由另一个新的接入点提供。切换控制包括以下几个功能:切换的准则、切换控制方式和切换相关的资源分配。切换准则是指何时何种条件下切换。切换控制方式是指在切换过程中，负责切换决策相关数据和信息的收集方及其收集方式、切换的发起方等控制相关因素。切换相关的资源分配的典型例子包括蜂窝网中的射频和信道分配，移动IP的转交地址分配及IP地址
43、绑定等。切换可以由移动设备（UE）控制，也可以由网络控制，或者由二个实体一起控制。当由网络做控制时，可以由无线接入网(Radil Aandom Net )来控制，也可由核心网(Center Net)来控制。为了保持CN与无线不相关，应该由RAN做决定。对于移动通信网络，根据发起和执行切换可以划分为四种切换策略。四种策略分别是：网络控制的切换(NCHO)；网络辅助的切换(NAHO) ；移动设备控制的切换(MCHO)；移动设备辅助的切换(MAHO)。（1）网络控制切换（NCHO）网络控制切换是通过通信端口监视信号强度和质量，网络周期地测量上行链路的功率，当信号电平降到一定的切换门限以下时，网络就安
44、排切换到新的通信端口。这种方案主要用于AMPS、TACS和NMT等模拟移动通信系统。在这种方案中，移动台完全处于被动。基站监测移动台当前链路的质量（received signal strength indication ，RSSI），当发现RSSI低于门限时，便向移动交换中心发出切换请求，移动交换中心命令周围的基站对该移动台的RSSI进行测量，并将测量结果汇总到移动交换中心，由移动交换中心选择切换的目标基站。NCHO只允许进行小区间的切换，完成一次切换所需的时间为几秒钟。NCHO的主要缺点是：相邻小区基站不能经常进行移动台RSSI的测量，降低了测量精度；为了减轻网络的信令负担，测量结果的汇报不
45、能连续发送，影响切换的性能。（2）网络辅助切换（NAHO）该方式由移动设备开始进行切换判决，此判决是基于上行链路和下行链路的信号测量，通过网络通知移动设备有关上行链路的信号测量，所以激活的移动设备在网络的辅助下进行切换判决。此方式增加了切换的可靠性，但是增加了解移动设备的复杂性和当前无线链路的信令负载。（3）移动台控制切换（MCHO）移动台控制切换是通过移动台持续监视通信端口的信号强度和质量，当满足切换条件时，移动台选择一个最好的切换侯选项并发起切换请求。在这种方案中，对切换过程的控制更为分散。移动台与基站均参与测量接收信号的强度（RSSI）和质量（Bit Error Rate ，BER）。此
46、时，基站将测量结果发送到移动台。对不同基站RSSI和空闲信道C/I（C:载波功率，I:干扰总功率；C/I称为载干比）的测量在移动台处进行。对切换的最终判断是在移动台进行的。MCHO既允许小区间的切换，也允许小区内的切换。欧洲数字无绳电信系统(DECT)和个人接入通信系统(PALS)采用的就是这种控制方式。对DECT而言，完成一次切换所需要的时间大约为100毫秒。这种方式的优点是可以进行快速的切换，减小了切换时延、在两个不同的网络之间切换时初始化简单、更具有灵活性。缺点是增加了移动设备的复杂性，只基于下行链路条件的判决可能不是可靠的切换判决。（4）移动台辅助切换（MAHO）移动台辅助切换(MAH
47、O)可以说是网络控制切换(NCHO)的一种演化，它要求移动台测量周围端口的信号强度并报告给旧端口，然后由网络来判断是否切换和切换到哪个端口这种方案的典型应用是在GSM数字移动通信系统中。在这种方案中，对切换过程的控制比较分散。移动台与基站均参与测量接收信号的强度（RSSI）和质量（BER）。对不同基站RSSI的测量在移动台处进行，并以每秒钟两次的速率，将测量结果发送给基站。对切换的最终判断在基站或移动交换中心进行。MAHO即允许小区间的切换，也允许小区内的切换。对GSM而言，完成一次切换所需的时间大约为一秒钟。它的优点是需要较低的信令负载并切换的时延较NCHO小，缺点是增加了移动台的复杂性。M
48、AHO和MCHO的主要区别是：在MAHO中，切换命令是由基站发往移动台的；而在MCHO中，切换则是由移动台判定的。从系统角度出发，分散控制能够获得较佳的性能。因此，移动台参与及移动台控制的MAHO和MCHO的性能优于集中控制的NCHO的性能。2.3.3 依据切换发起的信道不同划分依据切换发起的信道不同，又可以分为下面两种情形：后向切换：在GSM系统中采用了这种方案。切换过程的发起是通过当前通信信道进行的，在得到控制中心对新的信道分配确认信息之前，不进行任何接入新信道的操作。这种方案的优点在于：移动台与当前基站的通信链路已建立，因而，有关切换信令的发送可以在当前信道上进行，不需要为此而建立新的通信链路。缺点是：若当前信道极度恶化，则无法保证以足够低的误码率来传递信令，情况严重时会造成通信的中断。前向切换：与后向切换相反，在前向切换中，切
