中兴CDMA基站系统员工高级培训基础知识模块CDMA1X原理第一版切换分析.docx

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中兴CDMA基站系统员工高级培训基础知识模块CDMA1X原理第一版切换分析

 

IS2000切换分析

(1)—

说明(“教材命名规则

设备型号英文符(版本符)+设备中文符+对象符+级别符+培训教材(第Y册)

教材命名示例

举例1:

ZXJ10(V10.0)数字程控交换机

用户高级培训教材

举例2:

ZXSM-10G同步复用设备

员工(用服)中级培训教材”

需要调用用户培训教材参考请上:

输入用户名和密码登录------进入资料中心----培训资料-----培训教材----即可选择所需用户教材下载。

 

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网址:

邮编:

518057

****

版次:

2004年XX月第XX版

代码:

说明

本教材包含以下内容:

代码

课程名称

学习目标:

目录

第一节接入切换4

1.1概述4

1.1.1接入切换的含义4

1.1.2缩略语4

1.2接入切换分析4

1.2.1AccessEntryHandoff5

1.2.2AccessProbeHandoff5

1.2.3AccessHandoff6

1.2.4导频监视6

1.3相关消息结构7

1.3.1ESPM7

1.3.2无线环境报告域8

1.3.3ECAM8

1.4设计时的考虑和问题8

第二节软切换10

2.1概述10

2.1.1软切换10

2.1.2缩略语10

2.2IS95-A软切换算法分析10

2.3IS2000软切换算法分析12

2.3.1PSMM的发送12

2.3.2切换去定时器的维护13

2.3.3软切换处理过程13

2.4相关消息结构的变化14

2.4.1GHDM/UHDM14

2.4.2ITSPM14

2.4.3ESPM15

2.5设计时需要考虑的问题15

第三节硬切换16

3.1概述16

3.1.1CDMA-to-CDMA硬切换16

3.1.2缩略语16

3.2IS2000处理硬切换的特点16

3.3IS2000中的处理17

3.3.1候选频率搜索(CandidateFrequencySearch)17

3.3.2硬切换过程21

3.4硬切换典型流程24

3.5硬切换相关消息结构26

3.5.1CFSRQM26

3.5.2CFSRSM26

3.5.3CFSRPM27

3.5.4GHDM27

3.6问题28

第一节接入切换

(AccessEntryHandoff,AccessProbeHandoff,AccessHandoff)

一.1概述

一.1.1接入切换的含义

接入切换是指MS在系统接入状态所发生的切换,根据MS在作一次接入尝试的不同阶段可以分为三种不同的切换方式:

接入入口切换(AccessEntryHO),接入探测切换(AccessProbeHO)以及接入切换(AccessHO),以下对这三种切换方式进行详细的讨论。

一.1.2缩略语

HO

Handoff

PS

PilotStrength

ESPM

ExtendedSystemParametersMessage

ACM

AccessChannelMessage

EACM

EnhancedAccessChannelMessage

ECAM

ExtendedChannelAssignmentMessage

一.2接入切换分析

MS在接入信道上使用随机接入过程发送接入消息。

从MS发送一条消息到收到对该消息的证实(或者没有收到证实,接入失败)的整个过程称为一次“接入尝试”。

在一次接入尝试中,MS开始在某个导频上发送接入探测,到MS收到证实或者完成一次接入探测切换的过程称为一次“接入子尝试”。

在接入子尝试中的每次发送称为一次“接入探测”。

在MS的系统接入状态有以下三种切换方式:

切换方式

MS状态

描述

AccessEntryHO

空闲=》系统接入

当MS从空闲状态向系统接入状态进行跃迁的过程中,转而接收另外一个BS的寻呼信道

AccessProbeHO

系统接入

MS在系统接入状态进行一次接入尝试的过程中,转而在其他BS上发起接入子尝试

AccessHO

系统接入

MS在系统接入状态完成完成一次接入尝试之后,转而接收其他BS的寻呼信道

从下图中也可清楚地看出三种切换的区别:

一.2.1AccessEntryHandoff

接入Entry切换与MS在空闲状态所发生的切换基本类似,因为MS都没有任何接入信道消息发出。

唯一的不同在于:

如果MS已经被寻呼,在IS2000中由于有接入Entry切换,MS可以在新的BS上发送寻呼响应;而对于IS95-A,MS丢失了寻呼信道的情况下是无法发送寻呼响应的。

一.2.2AccessProbeHandoff

MS在寻呼响应子状态或起呼尝试子状态,对于以下两种情形下可能进行接入探测切换:

1.MS丢失了F-PCH或者F-CCCH;

2.MS得到TA超时的指示,并且MS发现F-PCH或者F-CCCH的强度很弱;

下表为进行接入探测切换的4种不同情况下所应满足的条件。

由此可知,MS可以在发送起呼消息或寻呼响应消息时进行接入探测切换,也可在发送其他接入消息时进行接入探测切换,如表中1,2所示;MS可以切换到已在接入切换列表中的导频,也可切换到不在接入切换列表中的导频(该导频强度高于接入切换列表中的导频强度),所下表中3,4所示。

ConditionSpecific

Common

1

ACC_PROBE_HO_OTHER_MSG=0

ACCESS_PROBE_HOs=1

InPageResponseSubstateorMSOriginationAttempSubstate

Fewerthan(MAX_NUM_PROBE_HOs+1)accessprobehandoffs

2

ACC_PROBE_HO_OTHER_MSG=1

3

ACC_PROBE_HO_OTHER_MSG=0

ACC_HO_LIST_UPDs=1;

TargetPilotisstrongerthananypilotinACCESS_HO_LIST

TargetpillothastheACCESS_HO_ALLOWED=1;

NotexceedthemaximumcapsulesizeofACMorEACM;

ACCESS_HO_LISTnumbernotexceedN13m;

4

ACC_PROBE_HO_OTHER_MSG=1

一.2.3AccessHandoff

MS处于寻呼响应子状态或起呼尝试子状态,完成一次接入尝试之后,在等待BS的响应时(Case1)或者收到BS的消息但是在对该消息响应之前(Case2),在以下两种情形下可能发生接入切换,其应满足的条件如下表所示。

1.MS丢失了F-PCH或者F-CCCH;

2.MS发现F-PCH或者F-CCCH的强度很弱。

Case

ConditionSpecific

Common

1

ACCESS_HO_MSG_RSPs=0

NewBSPilotinACCESS_HO_LIST;

ACCESS_HOs=1

MSnotperforminganaccessattemp

2

ACCESS_HO_MSG_RSPs=1

一.2.4导频监视

MS通过监视和报告相关导频的PN相位和强度来辅助BS的信道指配过程,被监视的导频可以是MS的F-PCH/F-CCCH有效集中的导频;也可以是同CDMA频率的其他导频,分别在两个列表中:

ACCESS_HO_LIST和OTHER_REPORTED_LIST。

下表为ACCESS_HO_LIST和OTHER_REPORTED_LIST的产生和更新过程:

AccessHandoffList

(ACCESS_HO_LIST)

OtherReportedList

(OTHER_REPORTED_LIST)

Generation

Beforetransimittingthefirstaccessprobe:

PSexceedsT_ADD;

ACCESS_HO_ALLOWED=1;

ActivesetpilotwhenMSenterstheSystemAccessState

Beforeeachaccessprobetransmitting

PSexceedsT_ADD;

NotincludedintheACCESS_HO_LIST

Update

ACC_HO_LIST_UPDs=1

Performaccessprobehandoff,addthepilot;

PS

AfterACCESS_HO_LISTupdated

Maximum

N13m

N13m–ACCESS_HO_LIST

根据PILOT_REPORT的不同设置,MS将在不同的接入信道消息中将导频监视报告发送给BS:

1)PILOT_REPORT=0,MS仅在起呼消息和寻呼响应消息中报告导频监视的信息;

2)PILOT_REPORT=1,MS在r-csch发送的消息都报告导频监视的信息。

一.3相关消息结构

一.3.1ESPM

……

EC_IO_THRESH

0or5

PILOT_REPORT

1

NGHBR_SET_ENTRY_INFO

1

ACC_ENT_HO_ORDER

0or1

NGHBR_SET_ACCESS_INFO

1

ACCESS_HO

0or1

ACCESS_HO_MSG_RSP

0or1

ACCESS_PROBE_HO

0or1

ACC_HO_LIST_UPD

0or1

ACC_PROBE_HO_OTHER_MSG

0or1

MAX_NUM_PROBE_HO

0or3

NGHBR_SET_SIZE

0or6

IfNGHBR_SET_ENTRY_INFO=1,NGHBR_SET_SIZEoccurrencesofthefollowingfield;

ACCESS_ENTRY_HO

1

IfNGHBR_SET_ACCESS_INFO=1,NGHBR_SET_SIZEoccurrencesofthefollowingfield

ACCESS_HO_ALLOWED

1

BROADCAST_GPS_ASST

1

……

一.3.2无线环境报告域

在LAC层(2.1.1.4.1.5)定义了MS用来支持无线环境报告的字段。

ACTIVE_PILOT_STRENGTH

0or6

FIRST_IS_ACTIVE

0or1

FIRST_IS_PTA

0or1

NUM_ADD_PILOTS

0or3

NUM_ADD_PILOTSoccurrencesofthefollowingrecord:

PILOT_PN_PHASE

15

PILOT_STRENGTH

6

ACCESS_HO_EN

1

ACCESS_ATTEMPTED

1

NUM_AUX_PILOTS

0or3

NUM_AUX_PILOTSoccurrencesofthefollowingrecord:

PILOT_PN_PHASE

15

PILOT_STRENGTH

6

PILOT_REC_TYPE

3

RECORD_LEN

3

Type-specificfields

8*RECORD_LEN

一.3.3ECAM

对于ASSIGN_MODE=‘000’,theadditionalrecordfieldsshallbe:

……

NUM_PILOTS

3

GRANTED_MODE

2

FRAME_OFFSET

4

ENCRYPT_MODE

2

BAND_CLASS

0or5

CDMA_FREQ

0or11

NUM_PILOTSplusoneoccurrencesofthefollowingrecord:

PILOT_PN

9

PWR_COMB_IND

1

CODE_CHAN

8

……

一.4设计时的考虑和问题

对于三种接入切换方式,如果在1X系统中要实现,有以下几点需要考虑:

1)对于AccessEntryHO:

由于和IdleHO类似,在发送起呼或者寻呼响应消息之前就已经切换到目标基站,因此对在设计中无须任何处理;

2)对于AccessProbeHO:

BSC内不同BTS之间的切换:

+MS在BTS1上发起BTS1没有收到,此时MS的接入子尝试,切换到BTS2发起另一次接入子尝试(以起呼为例),BTS2将起呼消息转发给BSC,BSC进行资源的分配,同时将CM业务请求消息发给MSC,目前看起来好象没有什么问题。

+MS在BTS1上发起的接入子尝试,BTS1收到并回送了基站证实指令,但MS没有收到,且切换到BTS2进行接入子尝试。

这样BSC会先后收到来自两个基站的起呼消息,BSC该如何进行资源的分配和两条起呼消息的转发(根据目前的BSSAP处理,就要创建两个呼叫进程,发送两次CM业务请求给MSC,但很有可能被MSC释放);

BSC之间的切换:

这种情形涉及到A3/A7信令的交互,可参阅IOS4.0的p38的MSC图,其具体的实现也有待讨论;

对于AccessHO:

MS已经完成了在BTS1上的起呼和基站证实,在等待BTS1的信道指配时切换到BTS2,这时BSC的扩展信道指配消息应同时发到BTS1和BTS2;

同样的,对于BSC之间的接入切换,也应有A3/A7信令的交互。

通过扩展信道指配消息进行软/更软切换,使MS在呼叫建立起来之后就可以和多个BS进行通信,以减少在业务信道上进行软/更软切换的一段信令交互的过程(IS95-A的做法)。

关于接入切换的测试问题:

由于MS整个接入过程非常短暂,不同于软切换的调试可以有比较长的时间来调整不同BTS的发射功率,因此如何构造环境,采取何种有效的方法进行接入探测切换和接入切换的调试,这一点在设计的同时也应仔细考虑,因为一个好的设计应是可测试的。

第二节软切换

(SoftHandoff)

二.1概述

二.1.1软切换

软切换是指MS在不中断与原来基站联系的条件下开始和新的基站进行通信的一种切换方式。

软切换只能同在相同频率的CDMA信道之间,它提供了在基站边界处的前反向业务信道的分集。

二.1.2缩略语

PSMM

PilotStrengthMeasurementMessage

EHDM

ExtendedHandoffDirectionMessage

PS

PilotStrength

GHDM

GeneralHandoffDirectionMessage

UHDM

UniversalHandoffDirectionMessage

ITSPM

In-TrafficSystemParametersMessage

ESPM

ExtendedSystemParametersMessage

二.2IS95-A软切换算法分析

在分析IS2000的软切换算法之前,先简要回顾一下IS95-A的软切换处理过程,如下图所示。

1)MS检测到相邻集中的某个导频强度超过T_ADD,发送导频强度测量消息PSMM给BS,并且将该导频移到候选集中;

2)BS发送(扩展)切换指示消息;

3)MS将该导频转移到有效导引集中,并发送切换完成消息;

4)有效集中的某个导频强度低于T_DROP,MS启动切换去定时器(HandoffDropTimer);

5)切换去定时器超时,导频强度仍然低于T_DROP,MS发送PSMM;

6)BS发送(扩展)切换指示消息;

7)MS将该导频从有效导引集移到相邻集中,并发送切换完成消息。

IS95-A的软切换算法简单有效,但也存在以下问题(参阅DoctorWang的论述):

8)不必要的PSMM发送:

当MS正在监听一个或多个信号强度较强的导频时,又出现一个强度较弱的导频信号,尽管此导频信号对总的导频Ec/Io贡献很小,但还是将触发PSMM消息的发送。

例如,MS已经在解调一个导频强度Ec/Io=-5dB的基站信号,此时即使再增加一个导频强度Ec/Io=-12dB的基站信号,对整个增益的贡献都很小。

而且,PSMM及EHDM都将损害到前反向链路话音质量,因为信令的发送会使得话音数据的速率降低。

9)资源浪费:

如果强度弱的导频加入到有效导引集中,由于相应的业务信道不能帮助提高软切换中的话音质量,而导致信道单元等资源的浪费;

10)切换处理延迟:

如果有效导引集中的导频达到了上限N6m(6),或者达到了MS的Rake接收机所能处理的软/更软切换的上限,在候选集中的导频将不能被加入到有效导引集中去,新导频必须等到其强度大于有效导引集中某个导频信号强度的T_COMP×0.5dB,此时MS才会向基站发送PSMM。

当前为移动台提供服务的基站才会通过EHDM将该导频替换到有效导引集中去。

假设,有效集由一个“较强”的导频和(N6m–1)个“较弱”的导频(Pweak)构成,且0<(Pnew–Pweak)<=T_COMP×0.5(dB)。

此时,如果有效导频的强度由于阴影效应而迅速降低,而MS又需要原BS的“许可”才能将该新的导频加到有效集中,这种处理上的延迟使得新的导频不能及时加入有效集中去,最终导致掉话。

因此需要有新的算法来将无助于话音质量的导频从有效集中剔除出去,从而使新的导频能迅速加入进来。

二.3IS2000软切换算法分析

二.3.1PSMM的发送

如下表所示,MS在以下情形下触发PSMM或者扩展的PSMM的发送。

(NS=NeighborSet,RS=RemaingSet,CS=CandidateSet,AS=ActiveSetPSa表示在有效导频集中的导频强度)

RS

NS

CS

AS

Condition

P_REV_IN_USEs<=3

Or

SOFT_SLOPEs=’000000’

PS>T_ADDs

PS>PSa+T_COMPs*0.5(dB)

从收到最近的一条EHDM,GHDM,UHDM之后还没有发送过PSMM

P_REV_IN_USEs>3

SOFT_SLOPEs≠’000000’

10*LogPS>(SOFT_SLOPEs/8)*10*LogΣPSi+(ADD_INTERCEPTs/2),i∈AS

从收到最近的一条EHDM,GHDM,UHDM之后还没有发送过PSMM

10*LogPS>max((SOFT_SLOPEs/8)*10*LogΣPSi+(ADD_INTERCEPTs/2),-T_ADDs/2),I∈AS

PS>Psa+T_COMPs*0.5(dB)

10*LogPS>(SOFT_SLOPEs/8)*10*LogΣPSi+(ADD_INTERCEPTs/2),i∈AS

从收到最近的一条EHDM,GHDM,UHDM之后还没有发送过PSMM

HandoffDropTimer超时

从收到最近的一条EHDM,GHDM,UHDM之后还没有发送过PSMM

二.3.2切换去定时器的维护

MS为在有效集和候选集中的每个导频维护一个切换去(HandoffDropTimer)定时器,如下表所示。

CS

AS

Thresholdwhenstart,reset&disabletimer

P_REV_IN_USEs<=3

Or

SOFT_SLOPEs=’000000’

T_DROPs

P_REV_IN_USEs>3

SOFT_SLOPEs≠’000000’

T_DROPs

将有效集中的NA个导频按强度的增加进行排序

(PS1

当Psi满足下式时启动定时器

10*LogPSi

其中j>i,i=1,2,….,PSNA-1

二.3.3软切换处理过程

如下图所示:

1)导频P2强度超过T_ADD,MS将其转移到候选集中;

2)导频P2超过[(SOFT_SLOPE/8)*10*Log(PS1)+ADD_INTERCEPT/2],MS发送PSMM;

3)MS收到EHDM/GHDM/UHDM,将P2移到有效集中,并发送切换完成消息;

4)导频P1强度低于[(SOFT_SLOPE/8)*10*Log(PS2)+DROP_INTERCEPT/2],MS启动切换去定时器;

5)切换去定时器超时,MS发送PSMM;

6)MS收到EHDM/GHDM/UHDM,将P1移到候选集中,并发送切换完成消息;

7)导频P1强度低于T_DROP,MS启动切换去定时器;

8)切换去定时器超时,MS将导频P1从候选集移到相邻集中。

二.4相关消息结构的变化

体现IS2000软切换特色的三个主要参数SOFT_SLOPE,ADD_INTERCEPT,DROP_INTERCEPT可以在以下消息中进行设置。

1.GHDM/UHDM

……

T_ADD

0or6

T_DROP

0or6

T_COMP

0or4

T_TDROP

0or4

SOF

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