CDMA2000硬切换和空闲切换

阳光无线

一、概论
      CDMA系统支持多种类型的切换，根据切换发生时移动台与原基站和目标基站连接的不同，切换可分为以下主要类型：硬切换、软切换、更软切换以及空闲切换等。
      硬切换是时间离散的事件，当呼叫从一个小区转移至另一个小区或者从一个载波转移至另一个载波时发生，它是一个时刻只有一个业务信道可用时发生的切换。
      软切换是一种状态，由多个基站同时支持一个呼叫。
      更软切换是在同一小区的扇区间发生的软切换。
      空闲切换是移动台处于空闲状态时的切换（即没有激活的连接）。
      硬切换事件必然是短暂的；相反，移动台经常在相当长的呼叫时间内处于软切换状态。在所有接入技术中都有硬切换（例如AMPS、TACS、GSM和CDMA），而软切换是CDMA所特有的。
      与GSM的硬切换相比，软切换是CDMA系统的技术特色，提高了切换的成功率。但在实际的CDMA网络中，硬切换也是不可避免的。只要将硬切换保持一定的比例，并将其分布在话务量小的区域，并不会对网络质量产生明显影响。

阳光无线

<font size="3">二、空闲切换
1. IS-95A中的空闲切换
      当在移动台空闲状态，移动台从一个基站的覆盖区移动到另一基站覆盖区时就发生了空闲切换。当移动台检测出一个足够强的但不是当前基站的导频时，移动台决定应该进行空闲切换。移动台从一个小区移动到另一个小区时，必须切换到新的寻呼信道上，当新的导频比当前服务导频高3dB时，移动台自动进行空闲切换。
      导频信道通过相对于零偏置导频信号PN序列的偏置来识别，导频信号偏置可分成几组用于描述其状态，这些状态与导频信号搜索有关。在移动台空闲状态下，存在三种导频集合：有效导频集、邻域导频集和剩余导频集。每个导频信号偏置仅属于一组中的一个。
      ● 有效导频信号集：寻呼信道正在被监视的前向CDMA信道的导频信号偏置。
      ● 相邻导频信号集：很可能做为空闲切换候选小区导频信道的偏置。相邻导频信号集的成员由相邻列表消息规定。
      ● 剩余导频信号集：在当前CDMA频率配置中当前系统的所有可能的导频信号偏置的集合(PILOT INCs的整数倍)，不包括相邻导频信号集和有效导频信号集的导频信号。
      在移动台空闲状态，当移动台监视寻呼信道时，它在当前CDMA频率指配中(CDMACHs)搜索最强导频。搜索性能指标在EIA/TIA/IS-98双模式宽带扩频蜂窝移动台最小性能标准中定义。
      如果移动台确定邻近集合或剩余的导频强度远大于有效集合的导频，那么进行空闲切换。移动台在完成空闲切换时，移动台将工作在非分时隙模式，直到移动台在新的寻呼信道上收到至少一条有效的消息。在收到消息后，移动台可以恢复分时隙模式操作。在完成空闲切换之后，移动台将放弃所有在原寻呼信道上收到的未处理的消息。可以使用寻呼信道给没有分配业务信道的移动台发送控制信息。发送的控制信息包含两种类型，即开销消息和定向消息。
      如果从原基站收到相邻列表消息中列有新的基站，移动台将适用3比特的NGHBR_CONFIG字段来确定需要转换至新基站的动作。如果新基站没有列在相邻列表消息中，移动台将使用表中NGHBR CONFIG字段置为"011"的同样程序来完成切换操作。
      空闲切换区域是指移动台应该切换到新的寻呼信道的区域，即该区域中非服务导频比当前服务导频大3dB，且当前服务导频依然可用（如EC/IO>-15dB）。空闲切换区域太小，服务小区的导频信号衰减很快（例如5～6dB/sec），移动台仅有很短的时间来进行空闲切换，将导致空闲切换失败。如果接入过程的持续时间比这个时间段要长，由于接入过程中不允许切换，所以导频强度低，这将导致系统丢失。如果很强的可用导频没有被列入邻集列表，移动台可能在接入请求前没有进行空闲切换，将造成接入过程中的系统丢失。

2. CDMA2000 1X中的空闲切换
      Ec Threshold和 Ec/Io Threshold用于CDMA2000 1X中，控制MS的Idle Handoff。当MS发现比当前使用导频强的导频信号时， MS并不一定完成一个Idle Handoff，只有当Ec

阳光无线

三、硬切换
      硬切换采取的是连接之前先断开的方式。在与新的业务信道建立连接之前先断开旧的业务信道。具体的硬切换包括：在不同CDMA运营商的基站或扇区之间的切换、不同载波之间的切换、CDMA与模拟系统之间的切换以及帧偏移分配改变而引起的切换。
      给CDMA业务信道分配不同的帧偏移，是为了避免堵塞，偏移分配上的变化会使该链路中断，在软切换过程中，新的基站分配给移动台的帧偏移必须与主基站分配的帧偏移相同，如果哪个特定的帧偏移无效，就要发生硬切换。
      硬切换主要发生在不同BSC间或不同MSC间，如大中城市的多个BSC/MSC，或中小城市不同BSC/MSC的交界处，如果这些BSC不能提供A3/A7接口，则将发生硬切换。

1. IS-95A中的硬切换
      在CDMA系统中，硬切换又分为同频硬切换和异频硬切换，下面分别进行分析。
 同频硬切换
      同一CDMA载波上的硬切换为同频硬切换，主要发生在早期建设的不支持软切换的不同BSC间或不同MSC间的CDMA网络中。对于同频系统间硬切换来说，由于手机可以象软切换一样检测不同系统间相邻小区的导频强度，其切换成功率不低于GSM系统。具体切换原理是：
      在同频网络中，把系统交界处的小区配置成互为相邻关系，那么当手机从一个系统向另一个系统移动时，能够象正常的软切换一样监测相邻系统的导频，基站根据手机上报的导频强度信息充分掌握手机所处的无线环境，做出准确的判决，直接触发硬切换，由于这种切换不需要进行异频搜索，对手机的协议版本也没有要求，切换准确迅速，成功率很高，能够达到90%以上。
       不同厂家的CDMA系统大都对同频硬切换算法进行了优化，有的厂家提出了基于模型预测的同频硬切换算法，该算法根据重叠区手机所处的无线环境、信道类型、速率等因素，计算出手机切换到对方系统需要的反向初始发射功率，并与长期平均值进行比较，在手机长期平均值附近触发切换，从而既保证了切换成功率，又有效的降低了干扰。由于各厂家系统间的软切换无法实现，只能用硬切换解决。 
      目前，各厂家间硬切成功率较低，其主要原因还与要进行硬切换时邻小区使用同一频率有关系。当硬切换的邻小区使用相频率时，由于同频干扰的原因，通话时的Ec/Io降低很快，可进行的切换区域很小，极易掉话。这与软切换状态完全不同，软切换手机可将两路的信号合并，产生较好的Ec/Io，保证通话的平稳进行。相对而言，在硬切换时用不同的频率，效果会明显改善，通过边界处使用不同频率这种方案，可大大提高了硬切换的成功率，而且对原有的网络影响小，不需对现网进行调整，优化简便，容易在现有网络中加以实施。
     此外，可以适当的加大重叠区域和提高目标系统的切换门限，保证手机在重叠区域内从两个系统都能获得良好的链路质量，从而进一步提高硬切换的成功率。

2.异频硬切换
      目前多载波间硬切换是相当普遍的。保证载波间切换健壮性的策略和过程本质上是软切换所使用的策略的扩展，只是通过适当调整来解决由于多载波产生的问题。
      CDMA支持两种基本类型的载波间切换："hand-down"和"hand-over"切换。"hand-down"定义为同一小区两个载波间的硬切换，而"hand-over"则定义为两个不同小区内的两个不同载波间的硬切换。
      在联通CDMA一期的网络中，由于仅使用了基本频点283频点，故相邻的覆盖区均为同频硬切换。随着容量的增加，将会采用第二载频，对于散布于整个地区的热点区域中靠增加第二载波来缓解局部话务的孤立小块区域，实现载波间切换的最健壮的方法是引导移动台在离开孤立小块区域前切换到第一载波。经过孤立小块区域边界的切换就变成在同一载波上的正常软切换。由于第一载频的存在，当手机从A覆盖区的第二载频异频切换到相邻B覆盖区的第一载频时，可以由系统先将手机指定到A覆盖区的第一载频，再同频切换到B覆盖区的第一载频，实现同频软切换。
      仅在A覆盖区第一载频容量已满的情况下，才由A覆盖区的第二载频直接切换到B覆盖区的第一载频，发生异频硬切换。这种情况发生的概率较小，因为CDMA具有系统重定向功能，可以将话务量在两个载频之间均衡分配，故不易发生某一载频容量已满的情况。但对于在高度强调局部话务的热点区域创建的孤立小块区域的情况下，这时从第二载波切换到第一载波可能将大量第二载波业务正好放回第一载波，使用第二载波的几个小区中可能没有一个有足够大的第一载波容量来容纳切换，将由此产生最初的过载情况。为了避免这种过载情况发生，不同厂家提出了不同的解决办法，主要有多目标小区着陆、环路时延等算法，这些算法从一定程度上提高了硬切换的成功率。
      其中多目标小区着陆技术的工作原理是：在进行硬切换时，移动台所接收到的扩展切换指示消息中包含两个或两个以上的目标小区，因此在进行MSC间硬切换后移动台马上转换为软切换或更软切换状态，这种方式提高了切换之后的通话质量，从而提高了切换成功率。这种方式如发生在不同设备供应商之间，则需要双方设备都可以发送并接收基于IS-41C接口协议的多导频信息，共同支持此功能才能实施。这种方式在不同频率间硬切换时会有效地提高切换成功率，而在相同频率配置下的效果还有待检验。
      环路时延算法在遇到阴影衰落时不够准确，尤其是当移动台绕到建筑物背后时其阴影衰落将更为明显，因此一般在系统中配合其它算法来实现对系统的切换控制。环路时延算法比较适合在郊区和农村使用。

阳光无线

2. CDMA2000 1X中的硬切换
      对于目前联通正在建设的CDMA2000 1X网络支持移动台辅助硬切换（MAHHO），它也叫增强的硬切换(EHHO)。MAHHO主要是用在不同频率配置网络系统中，CDMA2000中的MAHHO是由IS-95B继承而来的，采用一种网络与移动台的交互机制。当移动台进入确定的硬切换区域的时候，基站指示移动台在候选频率上对接收功率和导频强度进行一次或周期性的测量，测量结果要与某一个特定的门限进行比较，以决定移动台是否进行硬切换。当候选频率上接收功率和导频强度超过由运营商确定的门限时，移动台将测量结果发送给基站，根据测量结果基站指示移动台切换到候选频率上。
      为防止切换失败掉话，基站可以允许移动台返回到原服务系统以继续经受服务。
      移动台辅助的硬切换（MAHHO）过程如下：
(1)MS工作在频点F1，在MAHHO过程中，首先由BS发起CFSRQM（候选频率搜索请求参数消息），带候选频点搜索参数；
(2)MS发回CFSRSM（候选频率搜索应答消息）确认；
(3)BS通过CFSCNM（候选频率搜索命令消息）命令MS按设定的搜索参数搜索候选频点F2；MS在转到频点F2时，将中断与频点F1的联系；
(4)MS通过CFSRPM（候选频率搜索报告消息）报告搜索结果；
(5)BS通过GHDM（硬切换）命令MS切换到频点F2。

四、多载波间硬切换需注意的问题
      对于多载波间硬切换来说，需注意解决好以下几个问题：
(1)由于IS95A手机不支持异频搜索，基站很难知道手机所处的无线网络环境，在手机需要进行硬切换时，如果不采取特殊的措施，就无法作出准确的切换判决。针对不支持异频搜索的IS95A手机， CDMA2000 1X系统可以采用支持基于导频信标的硬切换算法。由于不需要进行异频搜索，对手机版本没有要求，对通话质量影响小。实践证明：使用导频信标硬切换算法后，异频硬切换成功率由50％～60％提高到90%以上。
(2)对于支持异频搜索的IS95B和IS2000手机，切换成功率有较大提高，但是如果在当前服务导频变差的时候才进行搜索并切换，由于手机的移动和无线环境的变化，在搜索和切换的过程中，掉话概率增加。针对支持异频搜索的IS95B和IS2000手机，CDMA2000 1X系统可采用基于测量的提前搜索硬切换算法，可以动态监测手机服务导频强度的变化并提前指示手机搜索指定目标频率上的导频，从而在服务导频强度变差时，及时地指示手机硬切换到相邻的异频小区上，较普通的基于搜索的硬切换算法有更高的切换成功率。
c.网络规划不好导致硬切换区域处于或接近用户密集区，导致硬切换频繁发生，增加了潜在的掉话率。针对这种情况，要进行合理的网络规划，将硬切换调整到话务量较小的地区，加大硬切换区域的重叠覆盖面积，保持较高的导频信号强度，提高切换的成功率。

五、硬切换参数设置
(1)T_COMP
此参数为激活集与候选集的比较门限。在硬切换中，当候选集中的导频的强度与激活集中导频强度之差超过该门限时，移动台就会向基站自动发送导频强度测量消息(PSMM)。如果移动台没有收到基站对其首次发送的PSMM的确认消息，而且此时候选集中的导频的强度与激活集中导频强度之差仍然高于该门限，那么移动台会再次发送PSMM给基站，直到收到基站的确认消息为止。
此参数值的设置范围是：1～15，系统默认值为5(2.5dB)。
(2)GUARD_LEVEL
此参数为硬切换保护门限。在硬切换中，当导频强度低于该保护门限时保护时间(GUARD_TIME)重置。
此参数值的设置范围是：固化在PLD中，系统默认值为24(-12dB)。
(3)GUARD_TIME
此参数为硬切换保护时间。如果在前一次切换的保护时间内，即使目标导频的Ec/Io大于保护门限也不能进行切换。如果目标导频的Ec/Io小于保护门限，那么在进行硬切换时将不考虑保护时间。

BMJZW

CDMA2000硬切换和空闲切换