TDLTE与TDSCDMA切换策略研究.docx
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TDLTE与TDSCDMA切换策略研究
西安邮电大学
毕业设计（论文）
题目：
TD-LTE与TD-SCDMA切换策略研究
学院：
通信与信息工程学院
专业：
通信工程
班级：
通工1001班
学生姓名：
张洪文
导师姓名：
张晓燕职称：
副教授
起止时间：
2014年3月3日至2014年6月15日
毕业设计（论文）诚信声明书
本人声明：
本人所提交的毕业论文《TD-LTE与TD-SCDMA切换策略研究》是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果，论文中所引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注；对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
论文作者：
（签字）时间：
2014年6月10日
指导教师已阅：
（签字）时间：
2014年6月10日
西安邮电大学
毕业设计（论文）任务书
学生姓名
张洪文
指导教师
张晓燕
职称
副教授
学院
通信与信息工程学院
专业
通信工程
题目
TD-LTE与TD-SCDMA切换策略研究
任务与要求
1.学习TD-LTE和TD-SCDMA系统的基本架构及系统内切换策略
2.分析异构网络间切换的工作原理及切换流程
3.重点研究TD-LTE和TD-SCDMA系统间小区切换技术和切换流程
4.得出结论，给出建议
开始日期
2014年3月3日
完成日期
2014年6月15日
院长（签字）
2014
年
3
月
7
日
西安邮电大学
毕业设计（论文）工作计划
2014年3月10日
学生姓名张洪文指导教师张晓燕职称副教授
学院通信与信息工程学院专业通信工程
题目TD-LTE与TD-SCDMA切换策略研究
工作进程
起止时间
工作内容
3月3日至3月20日导致知道查找论文所需资料
3月20日至3月27日查找资料
3月27日至4月5日完成开题报告
4月5日至4月19日完成论文第一、二、三章内容
4月19日至4月29日完成中期报告
4月29日至5月20日完善并修改毕业论文。
5月20日至6月15日准备答辩。
主要参考书目（资料）
主要参考书目（资料）
（1）郎为民.下一代移动系统3G/B3G[M].北京:
机械工业出版社,2008
（2）郎为民.UMTS中的LTE：
基于OFDMA和SC-FDMA的无线接入[M].北京:
机械工业出版社,2009月．49～52
（3）贺昕，李斌.异构无线网络切换技术[M].北京：
北京邮电大学出版社，2009.06
（4）文志成,张建明,刘强等.UMTS系统无线协议与信令流程[M].北京:
电子工业出版社.2008.
主要仪器设备及材料
1.计算机一台
论文（设计）过程中教师的指导安排
每周指导一次，主要解答学生问题，指导研究进度，并检查阅读资料笔记。
对计划的说明
本计划为开题之初所定，后续会根据具体情况随时调整，最终一定按毕业设计规定结束日期完成。
西安邮电大学
毕业设计（论文）开题报告
通信与信息工程学院通信工程专业10级01班
课题名称：
TD-LTE与TD-SCDMA切换策略研究
学生姓名：
张洪文学号：
03101001
指导教师：
张晓燕
报告日期：
2014年3月18日
1．本课述题所涉及的问题及应用现状综述
随着移动通信和互联网的迅速发展，人们对高带宽、高频谱效率、高速率网络的要求越来越迫切，第四代移动通信网络TD-LTE应运而生。
自从2004年11月3GPP启动了长期演进计划（LTE，LongTermEvolution）项目后，LTE各项规范在逐步的探讨并完成，LTE关键技术特性在逐渐引起人们的关注。
LTE的协议满足了开始定义跨4G技术的需求，目前，物理层和层二、层三协议也已经初步完成。
LTE分为支持FDD和TDD两种双工方式，在基本多址接入技术上引入OFDM来代替CDMA，并在智能天线基础上引入MIMO技术，形成SA+MIMO的先进多天线技术，同时保持了特殊时隙和同步等原有技术和特点。
在性能上获得较大提升的同时，还尽量保证了TD及TD增强网络向TD-LET网络的平滑演进。
TD-LTE是基于TDD的接入方式考虑基于TD-SCDMA现有网络的演进，TD-LTE是TD-SCDMA系统最终演进的方向。
TD-SCDMA与TD-LTE分别作为3G和4G的主要技术标准，用3G网络为用户提供语音业务和流量较少的数据业务，用4G网络为用户提供高速上网等数据交互业务。
实现3G网络与4G网络之间的平稳切换，无缝连接，为用户提供最佳服务是我们需要研究的问题。
所以TD-SCDMA与TD-LTE的切换策略研究具有十分重要的意义。
2．本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行性分析
TD-LTE与TD-SCDMA切换策略研究的关键问题是制定出两系统间切换的策略，保证TD-LTE与TD-SCDMA能够实现高速切换。
并且在终端与网络之间始终保持一个可以接受的通信质量水平，以防通信中断。
然而，不同网络系统间的切换判决除了传统的接收信号强度、链路质量以外，还有服务资费、用户偏好等。
在不同接入技术的系统间的切换判决是多属性多目标判决，因此需要把众多影响判决的因素进行统一、综合决策和判断。
为解决这一关键性问题，解决思路如下：
1．学习TD-LTE和TD-SCDMA系统的基本架构及系统内切换策略。
TD-SCDMA的发展已经比较成熟，系统的基本架构和系统内切换策略都能在学术期刊文献查阅。
通过查阅最新学术期刊文、献可以了解TD-LTE系统的基本架构和系统内切换策略。
2．分析异构网络间切换的工作原理及切换流程。
目前，已经有数十种无线异构网络投入商用，为人们提供无线通信服务。
这些无线异构网络面向不同的应用场景和目标用户，在全球不同地区和国家有着广泛的市场应用，这也为学习了解异构网络间切换的工作原理及切换流程提供了可行性。
3．研究TD-LTE和TD-SCDMA系统间小区切换技术和切换流程。
早在2004年11月份3GPP魁北京的会议上，3GPP决定开始3G系统的长期演进（LongTermEvolution）的研究项目。
经过多年的发展，TD-LTE现已投入商用。
相应的切换策略技术也得到迅速发展。
在3G/4G并存的今天，TD-LTE和TD-SCDMA系统间切换的技术研究正在不断深入。
可通过查阅搜集最新期刊文献学习了解。
3．完成本课题的工作方案
（1）查阅资料，增进对TD-SCDMA技术标准的认识，用一周的时间学习，最终做到对TD-SCDMA的全面了解与掌握。
（2）查阅资料，增进对TD-LTE技术标准的认识，深入学习TD-LTE的关键技术，用一周的时间最终做到对TD-LTE的全面了解与掌握。
（3）搜索文献、期刊，深入研究2G/3G并存时期所运用的切换策略方案，作为3G/4G切换策略研究的预备知识。
通过对2G/3G切换策略的学习，在更加熟悉切换常用方法策略外，还可以作为对3G/4G切换方案的借鉴，为进一步研究TD-SCDMA与TD-LTE的切换策略打下基础。
（4）然后用一个月的时间搜集整合相关资料，分析TD-SCDMA与TD-LTE的切换策略，最终对3G/4G的切换策略有个深刻全面的认识。
（5）撰写论文，完成论文初稿；最后完善并修改毕业论文。
4．指导教师审阅意见
指导教师（签字）：
2014年3月24日
说明：
本报告必须由承担毕业论文（设计）课题任务的学生在毕业论文（设计）正式开始的第1周周五之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。
西安邮电大学毕业设计（论文）成绩评定表
学生姓名
张洪文
性别
男
学号
03101001
专业班级
通工1001班
课题名称
TD-LTE与TD-SCDMA切换策略研究
课题
类型
软件设计类
难度
较难
毕业设计（论文）时间
2014年 3月 3日～ 6月 15日
指导教师
张晓燕
（职称副教授）
课题任务
完成情况
论文13（千字）；设计、计算说明书xx（千字）；图纸16（张）；
其它（含附件）
指导教师意见
分项得分：
开题调研论证分；课题质量（论文内容）分；创新分；
论文撰写（规范）分；学习态度分；外文翻译分
指导教师审阅成绩：
指导教师（签字）：
2014 年 月 日
评
阅
教
师
意见
分项得分：
选题分；开题调研论证分；课题质量（论文内容）分；创新分；
论文撰写（规范）分；外文翻译分
评阅成绩：
评阅教师（签字）：
2014年 月 日
验
收
小
组
意
见
分项得分：
准备情况分；毕业设计（论文）质量分；（操作）回答问题分
验收成绩：
验收教师（组长）（签字）：
2014 年 月 日
答
辩
小组
意
见
分项得分：
准备情况分；陈述情况分；回答问题分；仪表分
答辩成绩：
答辩小组组长（签字）：
2014年月日
成绩计算方法
（填写本系实用比例）
指导教师成绩20（％）评阅成绩30（％）验收成绩30（％）答辩成绩20（％）
学生实得成绩（百分制）
指导教师成绩评阅成绩验收成绩
答辩成绩总评
答
辩
委
员
会
意
见
毕业论文（设计）总评成绩（等级）：
学院答辩委员会主任（签字）：
学院（签章）
2014年月日
备
注
西安邮电大学毕业论文（设计）成绩评定表（续表）
目录
摘要I
AbstractII
引言1
1绪论2
1.1移动通信发展现状2
1.2蜂窝组网理论的提出2
1.3课题研究内容及论文结构3
2蜂窝系统下的切换技术4
2.1蜂窝通信系统概述4
2.1.1第一代蜂窝移动通信4
2.1.2第二代蜂窝移动通信4
2.1.3第三代移动通信系统5
2.1.4第四代移动通信系统6
2.2蜂窝系统下的切换技术7
2.2.1切换概述7
2.2.2切换的分类7
2.2.3切换的步骤8
3TD-SCDMA及TD-LTE系统内部的切换技术9
3.1TD-SCDMA系统切换技术9
3.1.1TD-SCDMA移动通信系统概述9
3.1.2接力切换10
3.2TD-LTE的切换技术16
3.2.1TD-LTE系统概述16
3.2.2LTE网络架构描述17
3.2.3TD-LTE的切换技术20
4TD-SCDMA与TD-LTE间切换技术研究24
4.1TD-SCDMA与TD-LTE间切换概述24
4.1.1数学加权法24
4.1.2层次分析法24
4.2异构网络间切换案例25
4.2.1WCDMA与GSM系统间切换过程25
4.3TD-LTE与TD-SCDMA间切换技术27
结论28
致谢29
摘要
2013年12月，工信部向中国移动、中国电信和中国联通发布4G牌照，从此TD-LTE与TD-SCDMA网络共存已成为事实。
在这种情况下，必须提供一种行之有效的切换策略以保证用户在两种类型的网络间切换时仍然保持较好的连接性。
在保证用户能够在TD-LTE与TD-SCDMA间自由切换的同时，还要确保网络管理简单易行。
本文首先分析了蜂窝移动通信网络中常见的切换技术，研究了TD-LTE和TD-SCDMA系统内部各自采用的切换技术。
在分析异构网络间常用的切换技术的基础上，通过学习、归纳总结最新相关文献中提到的有关异构网络间的切换判决和切换算法，得到了适合于TD-LTE和TD-SCDMA系统间行之有效的切换策略，并研究了相应的越区判决算法和越区流程。
关键词TD-LTE ；TD-SCDMA；异构网络；切换
Abstract
December2013,ChinaMIITministerial4GlicensesfromTD-LTEandTD-SCDMAnetworkcoexistencehasbecomearealityandwillremaininthisconditionforalongperiodoftime.Inthiscase,theswitchmustprovideaneffectivestrategytoensuregoodconnectivityremainstheusertoswitchbetweenthetwotypesofnetworks.EnsuringtheusercanfreelyswitchbetweenTD-LTEandTD-SCDMA,wemustalsoensurethatthenetworkmanagementsimple.Thispaperstudiesthecommonswitchingtechnology,andanalyzestheTD-LTEandTD-SCDMAinternalswitchingtechnology,andthenstudythehandoverbetweenheterogeneousnetworktechnologies,throughtherelevanthandoverdecision,thelatestswitchingalgorithmtosummarizetherelevantliteratureandresearcharesummarizedlearning,andultimatelygetthespecificdecisionalgorithmandhandoverprocessbetweenTD-LTEandTD-SCDMAeachswitchisproposedbetweenTD-LTEandTD-SCDMAeffectiveswitchingstrategy.
KeywordsTD-LTE;TD-SCDMA;heterogeneousnetworks;switch
引言
上世纪70年代，移动通信技术发生了很大变化，人们的生活方式也随之发生巨大改变。
21世纪初，已经步入信息化时代的人们快节奏的工作、生活离不开信息的交流传递。
为了提高工作效率、经济效益，人们渴望及时可靠、随时随地的信息交互。
同时伴随着宽带无线接入及移动通信技术的飞速发展，人们逐渐意识到未来移动通信的发展将是各种无线接入技术并存、相互补充，提供多种类型方式的接入技术，以实现随时随地的无缝接入，而非某种单一技术独大的局面。
TD-SCDMA（时分同步的码分多址技术）是中国提出的第三代移动通信标准，2001年被写进3GPPR4标准。
信息产业部为TD产业链的形成和TD技术的发展提供了很多支持，2009年，3G牌照发布，TD-SCDMA正式投入商用。
仅仅一年时间，用户数量就突破500万，并保持高速增长趋势。
为迎合人们对高带宽、高效率、高速率需求，2004年11月，3GPP启动了“LTE”项目，并于2009年9月完成了技术可行性研究。
随着中国工信部于2013年12月4日向中国三大电信运营商颁发4G牌照，TD-LTE与TD-SCDMA的共存已成为事实，并将长期维持这一状况。
如何做到异构网络间的自由快速切换，成为各大通信运营商及研究机构竞相研究的热点课题。
随着4G牌照发放，LTE步入商用，TD-LTE与TD-SCDMA间的相互切换也显得尤为重要,也因此备受瞩目。
1绪论
1.1移动通信发展现状
21世纪人们已经步入信息化时代，快节奏的工作、生活离不开信息的交流传递。
为了提高工作效率、经济效益，人们渴望及时可靠随时随地的信息交互。
随着用户业务需求的持续提高，全球标准化组织推出了新的演进分组系统：
无线接口长期演进（LTE）和系统架构演进（SAE）。
无论是频谱效率、传输速率还是时延性能，LTE系统都有很大提高。
LTE作为现有3G向4G演进的路线和方向，又分为两个版本：
FDD和TDD。
TD-LTE是TDD版本的LTE技术，是TD-SCDMA的长期演进方向。
LTE并非完整意义上的4G，相比之下，最大带宽和上行峰值速率未能达到要求，其他指标均合乎要求。
LTE的后续演进技术是LTE-Advanced，整体技术设计早已满足了4G需求。
2008年6月，3GPP完成了LTE-Advanced的技术需求报告。
2010年10月20日，ITU-R第5研究组（国际移动同性能工作组，WP5D）在我国重庆的第9次会议上，最终确定LTE-Advanced和802.16m为4G标准。
如今随着13年中国工信部对中国三大电信运营商4G牌照的颁布，TD-SCDMA与TD-LTE共存已成为事实。
因此，如何实现网络间迅速准确的连接，成为各大运营商及研究机构竞相研究的热点。
随着LTE步入商用，TD-LTE与TD-SCDMA间的相互切换技术也越来越受到人们的关注。
1.2蜂窝组网理论的提出
无线电通信起源于二战时期，贝尔实验室首先提出蜂窝移动通信的概念，蜂窝组网和频率复用是其基本理论和技术，见图1-1所示。
图1-1蜂窝系统的频率再用
根据蜂窝组网理论，对于不同制式系统的工作载波频率和不同用户密度选择不同的蜂窝小区。
由于第三代移动通信系统工作在2GHZ频段，根据国际电信联盟（ITU）的讨论结果，蜂窝小区可以划分为以下几种类型（按照小区半径R划分）：
宏小区（R≥0.5km）用于覆盖室外、交通道路沿线及农村、郊区等地区；
微小区（R=0.05~0.5km）用于覆盖城市繁华区等用户密集地区；
微微小区（R＜0.05km）用于覆盖室内移动通信环境。
当频道数不足以满足用户要求时，可采用小区分裂方法，将原蜂窝小区分裂成若干个更小的微蜂窝小区和微微蜂窝小区，这样，就能够有效地扩大系统容量和降低发射功率。
在蜂窝组网理论中，频率复用占有重要的地位。
因为电波传输损耗能够提供足够的隔离度，所以某一基站的工作频率可以让相隔一定距离的另一个基站重复使用。
但在实际工程应用中，由于同频小区之间存在干扰，小区分裂是有一定限度的，即频率资源是有限的。
1.3课题研究内容及论文结构
论文介绍了移动通信的发展史、分析了当前移动通信发展状况、阐述了未来移动通信发展趋势。
对其中的蜂窝移动通信系统进行了具体讨论，对蜂窝系统下的切换进行了概括总结。
深入研究了TD-SCDMA系统及其特有的快速切换技术，重点阐述了TD-LTE系统及其系统内部的切换技术。
论文对无线异构网络间的切换策略进行了探究，提出了在3G/4G共存环境下TD-SCDMA与TD-LTE间的切换策略。
论文的结构如下：
第一章，总体介绍，对移动通信发展状况，蜂窝网理论进行总体介绍。
第二章，蜂窝系统下切换技术介绍，首先对蜂窝移动通信系统的发展史进行了回顾，进而引出切换概念，进而具体阐述切换发起原因，切换分类及切换的常见具体步骤。
第三章，TD-LTE与TD-CSDMA内部切换技术。
首先对TD-SCDMA系统进行概述，详尽介绍TD-SCDMA系统，然后具体阐述其特有的接力切换技术，并用做出了接力切换示流程示意图，一目了然。
然后介绍TD-LTE系统背景，最后具体阐述其内部切换策略。
第四章，TD-SCDMA与TD-LTE切换策略研究。
本章是论文核心内容，首先综述3G/4G共存现状，然后详细阐述无线异构网络间的切换技术，最后提出具体可行的TD-SCDMA与TD-LTE切换策略。
2蜂窝系统下的切换技术
切换是移动通信系统中最重要的无线资源管理功能之一，同时也是蜂窝系统中最重要和最复杂的工程之一。
切换技术伴随着蜂窝移动通信系统而生，随着移动通信系统的发展而逐步改进。
2.1蜂窝通信系统概述
21世纪以来，随着我国经济的发展、科技的进步，人们的生活发生了巨大变化。
在物质生活得到改善的同时，人们渴望更加便利的信息交互。
人们的这一愿望也随着移动通信的发展而逐渐得以实现。
2.1.1第一代蜂窝移动通信
上世纪70年代，微处理器的应用及大规模集成电路的发展使蜂窝系统正式投入商用（1G）。
模拟信号处理技术被第一代移动通信所采用，因此又被称作“模拟蜂窝移动通信系统”。
作为移动通信起点，第一代蜂窝移动通信的首先提出并使用蜂窝小区概念，并采用频分多址（FDMA）和频分双工（FDD）技术。
第一代移动通信系统是相对落后的系统，除研究对象为模拟信号外，高昂的价格、复杂的设备、较大的干扰都是其面临的问题，而且由于所用技术和频段的不同，使得在国际间漫游成为奢望。
由于第一代移动通信发展时期美国电信体制改革的原因，美国均采用这一体制，因此，美国所有的运营商都采用此标准。
随着移动通信市场的增大，价格的降低，应用规模到上世纪末已经十分壮大，即便到第二代移动通信出现，仍然存在相当大的市场份额。
我国引入蜂窝移动通信系统是在上世纪80年代，中国紧跟国际电联步伐，引入英国的900MHz全入网通信系统标准，当时中国电信行业由中国电信垄断经营，发展速度惊人，经过短短十年的发展，人数就从最初的几百户增加了近五百万！
2.1.2第二代蜂窝移动通信
上世纪80年代起，移动通信开始朝着数字化的方向演进。
由于采用了国际电联的制定规则，GSM在国际上取得了史无前例的成功，世界上的诸多主要国家纷纷选择GSM标准。
甚至北美、南美（AMPS大本营）的许多国家和地区（如美国、加拿大和巴西）。
我国也采用了这一标准。
世界范围内的漫游因GSM的广泛采用而成为可能，统计结果显示百分之七十以上的用户使用的是GSM系统。
当时随着使用数量的急剧增加，GSM系统也出现了一些问题。
主要包括以下几个方面：
抗干扰能力不强、系统容量较小、频谱利用率较低等。
因此，国家标准化组织及世界各大主要运营商又都纷纷开始研发第三代移动通信系统。
码分多址（CDMA）技术最早由美国科学家提出，这一方法使得频谱利用率得到很大幅度的提升，并与1993年形成了美国IS-95标准。
将频谱利用率定义为一个大网络，每小区、每兆赫带宽所支持的信道数。
FDMA、TDMA、CDMA的频谱利用率分别如下：
FDMA：
每对话音信道占用频谱宽度2×30kHz（AMPS）,由于相邻两小区不能使用相同频率，故频率复用系数为11，频谱利用率为1/（2×0.03×11）=（1.5/MHz）/小区。
TDMA：
每8对话音信道占用频谱宽度为2×200MHz（GSM），频率复用系数为7，邻近小区使用不同频率，频谱利用率为8/（2×0.2×7）=（2.86MHz）/小区。
CDMA：
每20对话音
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