CDMA网络切换原理及应用.docx
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CDMA网络切换原理及应用
CDMA网络切换原理分析及应用
许静
（中国联通厦门分公司福建厦门361004）
摘要本文通过对CDMA中各种切换类型的理论分析，结合在A接口上的切换分析，介绍了在现网运行中的一些典型切换参数设置，以及切换参数的设置对网络质量、网络容量的影响。
关键词CDMA切换网络优化
1切换概述
切换不是一个新的概念，既然有小区的存在，就必然会存在切换。
在使用FDMA或TDMA的蜂窝系统中，一个指定的小区使用的频率，其他的邻近小区不能再使用相同的频率（也就是：
在使用相同的频率的小区间要有空间上的隔离带），这被称为频率复用概念。
因为CDMA系统在前向上采用PN短码来区分扇区，用Walsh码来区分信道；在反向上采用PN长码来区分用户，因此在CDMA系统中不需要有空间上的隔离带，CDMA的频率复用系数可以是1。
一般来讲，GSM系统中当邻近小区的信号强度超过现有小区的强度与一个补充值之和时，移动台就开始切换，先切断与原小区连接，然后再建立与新小区连接，这称为硬切换。
在CDMA系统中，因为邻近小区的频率和现有小区的频率相同，在两小区接近时，如果是硬切换，将可能对邻近小区产生强干扰，从而使系统容量下降，为了避免这种干扰，当邻近小区的信号强度超过系统定义的强度时，从现有小区到邻近小区需要进行无间断切换，即同时保持与这两小区进行通信，这就是软切换。
在CDMA系统中，主要存在硬切换、软切换、更软切换三种类型，下面分别进行分析。
2硬切换原理介绍
硬切换采取的是在连接之前先断开的方式。
在与新的业务信道建立连接之前，先断开与旧业务信道的连接。
目前联通的硬切换主要有以下几种：
（1）不同地区（即不同MSC）之间的硬切换。
目前厦门与泉州之间即存在硬切换，厦门与漳州之间目前也是硬切换，由于厦门与漳州都采用三星设备，所以如果把厦门的GAN与漳州的TAN相接的话，厦门与漳州两个MSC之间也可以实现软切换。
（2）同一地区两个载波之间的硬切换。
由于采用两个载波分别是两个不同的频率，所以必须是硬切换。
3软切换原理介绍
3.1软切换的特点
软切换不同于传统的硬切换过程。
在硬切换中，切换与否有一个明确的选择。
在硬切换的发起和执行过程中，用户不会同时与两个基站保持业务信道的通信。
对于软切换来说，是否进行切换是一个有条件的选择。
根据来自两个或多个基站导频信号强度的变化，最终确定与其中一个或多个进行通信。
功率控制与软切换密切相关，IS-95把功率控制和软切换作为一种干扰抑制机制，并把功率控制用作克服远近效应的主要工具。
在CDMA系统中，当最初的信道和新的信道占用相同的频段时，功率控制的使用离不开软切换。
为了使功率控制能够正常的工作，移动台必须始终与它接收到信号最强的那个基站保持联系。
如果不能满足这一点，就必然会产生一个正向功率控制反馈环路，从而使系统出现问题。
软切换能够保证移动台始终与它接收到信号最强的那个基站保持连接，而硬切换不能保证这一点。
下面我们来看一下软切换的优点。
其主要优点就在于：
前向和反向业务信道的路径分集。
因为在前向和反向链路上只需要极小的功率，就可以获得分集增益，这意味着总的系统干扰减少了。
结果提高了系统的平均容量。
同时，移动台发射功率的减少又延长了电池的使用时间，也就延长了通话时间。
在软切换中，由于各小区采用同一频带，因而移动台可同时与小区A和小区B进行通信。
在反向信道，两基站分别接受来自移动台的有用信号，以帧为单位解码，分别传给BSC，BSC内的选择器/声码器也以帧为单位，通过对每一帧数据后面的CRC校验码来分别校验这两帧的好坏，如果其中只有一帧为好帧，则声码器就选择这一帧好帧来进行声码变换；如果两帧都为好帧，则声码器任选一帧进行声码变换；如果两帧都为坏帧，则声码器放弃当前帧，取出前面的一个好帧进行声码变换。
这就保证了基站的最佳接收效果。
由于采用了空间分集技术，大大提高了移动台在小区边缘的通信质量。
如果移动台从一个基站接收到一个正向功率控制比特，又从辅助基站接收到一个反向控制比特，移动台就降低它的发射功率。
3.2软切换的类型
软切换主要包括以下几种类型：
（1）同一BSC不同基站之间的切换。
这类软切换在BSC里就可以完成，软切换成功后，BSC会发一个切换完成的消息HO_Performed消息给MSC，告诉MSC目前已经与另一个扇区实现软切换。
在A口跟终一次完整的HO_Performed消息如表1所示：
表1A口一次完整的呼叫流程
时间
类型
层三消息
源端地址
对端地址
对端号码
16:
42:
31
SCCP
CR
Comp_L3_Inf
253-74-233
253-74-229
2027259f（hex）
16:
42:
32
SCCP
CC
253-74-229
253-74-233
16:
42:
32
SCCP
DT1
Assign_Req
253-74-229
253-74-233
16:
42:
33
SCCP
DT1
Assign_Comp
253-74-233
253-74-229
16:
42:
34
SCCP
DT1
Progress
253-74-229
253-74-233
16:
44:
25
SCCP
DT1
HO_Performed
253-74-233
253-74-229
16:
44:
30
SCCP
DT1
HO_Performed
253-74-233
253-74-229
16:
44:
31
SCCP
DT1
HO_Performed
253-74-233
253-74-229
16:
44:
36
SCCP
DT1
HO_Performed
253-74-233
253-74-229
16:
45:
40
SCCP
DT1
Clear_Commd
253-74-229
253-74-233
16:
45:
41
SCCP
DT1
Clear_Comp
253-74-233
253-74-229
16:
45:
41
SCCP
RLSD
253-74-229
253-74-233
16:
45:
41
SCCP
RLC
253-74-233
253-74-229
其中253-74-233是BSC的信令点代码，253-74-299是MSC的信令点代码。
我们将CR（Comp_L3_lnf）解析后可以看出，该消息里已经包含目前发起呼叫的小区编号，我们将后续的一个HO_Performed消息解析开，它的消息内容如表2所示：
表2HO_Performed消息解析内容
字节
十进制
二进制
类型
十六进制
描述
1
223
-1011111
MF
df
BSN=95
1-------
MF
BIB=1
2
224
-1100000
MF
e0
FSN=96
1-------
MF
FIB=1
3
26
00------
MF
1a
Spare=0
11010
MF
LI=MSU
4
131
11
MF
83
SI=SCCP
--00----
MF
Spare=0
10------
MF
NI=NationalNetwork
5
233
11101001
MF
e9
DPC=253-74-233
6
74
1001010
MF
4a
7
253
11111101
MF
fd
8
229
11100101
MF
e5
OPC=253-74-229
9
74
1001010
MF
4a
10
253
11111101
MF
fd
11
4
100
MF
4
SLS=4
0000----
MF
Spare=0
12
6
110
MF
6
MT=DataForm1
13
15
1111
MF
0f
DestinationLocalNumber=9425167
14
209
11010001
MF
d1
15
143
10001111
MF
8f
16
0
0
MF
0
Segmenting/ReassemblingMoreDataIndicator=Nomoredata
0000000-
MF
Spare=0
17
1
1
MF
1
PointertoData=1octet
18
11
1011
MF
0b
DataLength=11octets
19
0
0
MF
0
MessageDiscrimination=BSMAPMessage
20
9
1001
MV
9
Length=9octets
21
23
10111
MV
17
BSMAPmessagetype=HandoffPerformed
22
4
100
MV
4
CauseId=4
23
1
1
MV
1
Length=1octet
24
14
0-------
MV
0e
Ext=0
-1110
MV
CauseValue=Bettercell
25
26
11010
OF
1a
CellIdentifierListId=1a（hex）
26
3
11
OV
3
Length=3octets
27
2
10
OV
2
28
0
0
OV
0
29
66
1000010
OV
42
CellIdValue=42（hex）
从上面的信令解析来看，软切换完成后，BSC只向MSC报告切换后新的小区的CELLID，而不要求MSC回应。
（2）BSC之间的切换。
这类软切换需要借助GAN模块实现，三星系统里同一MSC下的BSC之间通过GAN来实现通信，所以当处于BSC之间的扇区实现软切换时，必须通过GAN来实现。
信令流程与第一类软切换的流程基本一致。
（3）利用了TAN实现MSC之间的切换（三星系统功能）。
目前厦门与漳州之间可以通过漳州的TAN来实现MSC之间的软切换，只需在漳州的TAN与厦门的GAN之间增加两条2M传输链路即可。
目前还未实施。
3.3 软切换中的主要概念
为了说明软切换的实现过程，首先分别说明一下导频集、搜索窗、切换门限的概念。
3.3.1 导频集
移动台是根据各个基站的导频信号强度来决定是否要求进行切换的。
为了根据导频信号强度对各个基站进行有效的管理，在移动台导入了导频集的概念。
导频集的种类分为如下几种：
（1）有效集（ActiveSet）。
指移动台正在与被纳入该导频集内的各个导频所代表的基站保持通信。
（2）候补集（CandidateSet）。
指该导频集内的各个导频所代表的基站信号已有足够的强度使移动台成功地进行解调，即移动台可与该导频所代表的基站进行通信。
（3）相邻集（NeighborSet）。
根据优化人员自己设定的顺序（neighbor_list）被认为很快可以进入候选导频集的导频集合。
（4）剩余集（RemainingSet）。
指剩余的所有其它导频的集合。
3.3.2 搜索窗
基站针对上面各种导频集分别规定了相应的搜索窗口（PN码相位偏移范围），在各个窗口里移动台搜索对应导频集中所有导频的多径分量（可用于解调的多径）。
现分别简述如下：
（1）SRCH_WIN_A：
有效和候补集合的搜索窗口的尺寸。
SRCH_WIN_A是移动台用来跟踪有效和候补集合导频的搜索窗口。
应该根据预测的传播环境对窗口进行设定，该窗口应该足够大，大到能够捕获一个基站的所有有用信号部分，同时又应该尽可能小，从而使搜索器的性能最佳化。
（2）SRCH_WIN_N：
相邻集合的搜索窗口的尺寸。
SRCH_WIN_N是移动台用来监控邻域集合导频的搜索窗口。
通常情况下该窗口的尺寸要比SRCH_WIN_A的尺寸大。
该窗口要足够大，不仅能够捕获服务基站所有有用的多径信号，而且还要能够捕获可能的邻域多径信号。
在这种情况下，我们需要考虑多径以及服务基站和邻域基站之间的路径的不同。
该搜索窗口的最大值受到两个相邻基站之间距离的限制。
（3）SRCH_WIN_R：
剩余集合的搜索窗口的尺寸。
SRCH_WIN_R是移动台用来跟踪剩余集合导频的搜索窗口。
该窗口尺寸在基站开通到优化的这一段时间内，可以设大一些，以便将一些未列入neighbor_list的导频找出来；在基站优化完后，处于稳定运行时期，该值可以设小，如2以下。
3.3.3 切换门限
共有四个切换门限参数——T_ADD、T_COMP、T_DROP、T_TDROP与导频Ec/Io的测量有关。
其中，T_TDROP是一个计时器。
只要有效集合中导频的强度下降到低于T_DROP值，移动台就启动计时器。
如果导频强度回升到T_DROP值之上，计时器将复位；否则，当经过时间T_TDROP之后，由于导频强度降低到T_DROP以下，计时器终止，该导频由有效集/候补集进入邻域集。
移动台为有效集合和候补集合中的每一个导频保留一个切换结束计时器。
（1）导频检测门限（T_ADD）。
候补集及有效集对相邻集设置的门限。
强度较强但不在软切换有效集中的任何导频都是干扰源。
该导频必须立即转移到有效集合进行切换，从而避免降低话音质量或中断呼叫。
T_ADD设的高会影响会影响移动台的切换成功率，T_ADD应该尽可能低一些，从而能迅速的增加导频；同时也要避免太低，避免由于噪声造成的误报警。
（2）门限比较（T_COMP）。
有效集对候补集设置的门限（通常只在有效集内导频个数已满的情况下起作用）。
与T_ADD类似，T_COMP对切换成功率也有一定的影响。
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。
（3）导频丢失门限（T_DROP）。
T_DROP也对切换成功率有一定影响。
它应该足够低，从而不至于很快地删除有效或候补集合中有用的导频。
它必须低于T_ADD，如果它高于T_ADD的话，将引起乒乓反复切换。
（4）衰减定时器门限（T_TDROP）。
T_TDROP应该大于建立切换所需要的时间，同时T_TDROP值应该相当大，以免很快地删除有用的导频。
在弱覆盖区内可以用较大的T_TDROP值强制移动台继续处于切换状态。
3.4软切换的过程
下面具体分析移动台是怎样进行软切换的（参见图1）。
图1软切换过程
在进行软切换时，移动台首先依据当前有效集导频的neighbor_list搜索导频并测量它们的强度。
移动台合并计算导频多径分量（最多K个）的Ec/Io来作为该导频的强度，K是移动台所能
图1软切换程
提供的解调单元数，对于IS_95手机来说，移动台能同时解调3路信号，对于CDMA2000手机来说，移动台能同时解调4-6路信号。
当该导频强度Ec/Io大于一个特定值T_ADD时，移动台认为此导频的强度已经足够大，能够对其进行正确解调，但尚未与该导频对应的基站相联系时，它就向原基站发送一条导频强度测量消息，以通知原基站这种情况，原基站再将移动台的报告送往BSC，BSC则让新的基站安排一个前项业务信道给移动台，并且原基站发送一条消息指示移动台可以开始切换。
可见CDMA软切换是移动台辅助的切换。
当收到来自基站的切换指示消息后，移动台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项业务信道同时进行解调。
之后，移动台会向基站发送一条切换完成消息，通知基站自己已经根据命令开始对两个基站同时解调了。
这时，BSC向MSC发送一条切换完成消息HO_Performed，告诉MSC已经切换的小区的CELLID.
接下来，随着移动台地移动，可能两个基站中某一方的导频强度已经低于某一特定值T_DROP，这时移动台启动衰减定时器（移动台对在有效导频集和候补导频集里的每一个导频都有一个衰减定时器，当与之相对应的导频强度比特定值低时，计时器启动）。
当该衰减定时器T期满时（在此期间，其导频强度始终低于T_DROP），移动台发送导频强度测量消息。
两个基站接收到导频强度测量消息后，将此信息送至BSC，BSC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，移动台将衰减定时器到期的导频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。
BSC向MSC发送一条切换完成消息HO_Performed，告诉MSC已经切换完成后小区的CELLID.
如果在衰减定时器尚未期满时，该导频的强度又超过特定值T_DROP，移动台要对计时器进行复位操作并关掉该计时器。
3.5切换参数设置实例
目前厦门联通的CDMA网络各个典型区域的切换参数设置情况简介如下：
市区密集型基站（覆盖范围在1.5公里内）切换参数设置如表3所示：
表3市区密集基站
T_ADD
T_DROP
T_COMP
T_TDROP
SRCH_WIN_A
SRCH_WIN_N
SRCH_WIN_R
设置大小
22~24
26~28
5
2
6
7
2
具体值
-11~-12db
-13~-14db
2.5db
2秒
28chip
40chip
8chip
市区一般基站切换参数设置如表4所示：
表4市区一般基站
T_ADD
T_DROP
T_COMP
T_TDROP
SRCH_WIN_A
SRCH_WIN_N
SRCH_WIN_R
设置大小
24~26
28~30
5
2
7
8
2
具体值
-12~-13db
-14~-15db
2.5db
2秒
40chip
60chip
8chip
郊区农村基站切换参数设置如表5所示。
表5郊区农村切换参数设置
T_ADD
T_DROP
T_COMP
T_TDROP
SRCH_WIN_A
SRCH_WIN_N
SRCH_WIN_R
设置大小
28
32
5
3
8
9
2
具体值
-14db
-16db
2.5db
4秒
60chip
80chip
8chip
4更软切换原理介绍
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，作为此基站的语音帧。
而软切换是由BSC协助完成的，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，送到MSC。
应当注意，更软切换并没有占用ABIS接口链路的资源，它只是占用了空中接口链路的资源。
其他切换的原理与软切换基本相同。
5小结
切换参数的设置是网优工作中的一项重要工作，要结合实际路测情况设置合理的参数，如是否大覆盖、是否有挂直放站等。
总之，切换参数的优化过程就是网络质量逐步改善的过程。
参考文献
1、JhongSamleeLeonardE.Miller《CDMA系统工程手册》人民邮电出版社
2、三星公司《CDMABSSOPMPARTII.OPERATIONPROCEDUREBook1》
【摘要】本文简要地介绍了CDMA系统的切换策略，重点分析了导频加入门限与导频丢弃门限等参数对系统地影响，文章最后给出了切换参数的合理设置范围，为移动运营商实现网络优化提供了一些参考。
1概述
CDMA系统支持多种类型的切换，主要类型有硬切换、软切换和更软切换。
改进切换过程和调整切换参数是为了在增强CDMA功能的同时保持呼叫的完整性。
硬切换是时间离散的事件，当呼叫从一个小区交换到另一个小区或者从一个载波交换到另一个载波时发生。
软切换是一种状态，由多个基站同时支持一个呼叫。
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、TDMA、GSM和CDMA），而软切换是CDMA系统所特有的。
2软切换过程简述
IS-95系统对软切换作了一下的规定：
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。
为了有效地对导频信道进行搜索，IS－95A系统中的导频信道被分为活动集（activeset）、候选集（candidateset）、邻近集（neighborset）和剩余集（remainingset）四个集合。
活动集由具有足够信号强度，正在支持移动台呼叫的导频组成；候选集是由导频强度能够支持移动台呼叫的导频组成；邻近集是由不属于活动集或候选集，但是有可能参与软切换的导频组成（例如这些小区可能在已知的邻近区域内）；剩余集是由属于CDMA系统但未包含在其他3组中的小区导频组成。
当移动台测得邻近集或剩余集中的一个导频的强度超过导频加入门限T_ADD；或者候选集中的一个导频的强度超过活动集中任意导频强度的0.5*T_COMP（dB）（T_COMP为导频加入比较门限）；或者活动集中的导频低于导频丢弃门限T_DROP，并且持续时间达到导频丢弃定时器门限T_TDROP，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。
基站子系统（BSS）通过发送“切换指示消息”（即分配给移动台的新的前向业务信道）来响应“导频强度测量消息”。
另外“切换指示消息”也用来标识从活动集中去掉的导频，移动台将停止使用已从活动集中去掉的导频，并发送出“切换完成消息”。
一般情况下，处于切换状态下的移动台的数量应该控制在系统用户总数的30％左右。
当系统资源不够时，即前向业务信道透支时，可能会造成用户接入某小区不畅（如延迟或失败）。
在不改变网络现有设备的情况下，可适当降低系统软切换的百分比，以释放业务信道来提供正常通信。
3软切换参数设置及其对系统的影响
下面就对各切换参数设置不当的后果加以分析。
假设CDMA系统参数设置如下：
（1）设置过小：
◆产生大量导频测量消息，通知基站，准备切换，大量占用了移动台和基站的资源；
◆增加了不必要的切换，占用了更多的TCH（TrafficChannel），使更多移动台进入软切换，尤其是随着T_ADD降低，三小区切换的比例会上升；
◆使移动台到达远端小区的功率过低，甚至被忽略，失去了分集接收的意义，又造成了TCH的浪费。
（2）设置过大：
◆话音质量差，甚至造成掉话，减少了基站的覆盖范围；
◆造成了切换延迟；
◆基站边界附近的移动台发射功率过高，造成大
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