通信工程移动通信课程设计报告模板学生用1.docx
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通信工程移动通信课程设计报告模板学生用1
西安科技大学
移动通信课程设计报告
移动通信系统中切换技术的分析与研究
专业：
通信工程班级：
1004班
姓名：
范琳琳学号：
1007020404成绩：
姓名：
王维学号：
1007020409成绩：
姓名：
何盼盼学号：
1007020414成绩：
姓名：
聂沛学号：
1007020418成绩：
姓名：
李洋学号：
1007020423成绩：
设计时间：
2013/7/8-2013/7/11审阅教师：
孙翠珍
西安科技大学通信通信学院
目录
移动通信系统中切换技术的分析与研究0
1.设计任务3
1.1设计提示3
1.2设计要求3
2.方案设计与论证3
2.1移动通信的发展历程3
2.1.1第一代蜂窝移动电话系统（1G）4
2.1.2第二代蜂窝移动电话系统（2G）4
2.1.3第三代蜂窝移动电话系统（3G）4
2.2切换的目的及技术5
2.2.1切换的目的5
2.2.2切换实现的技术5
2.3第二代移动通信系统的切换技术及参数分析6
2.3.1GSM系统6
2.3.2IS-95窄带CDMA系统10
2.4第三代移动通信系统的切换技术及参数分析11
2.4.1WCDMA的切换技术11
2.4.2CDMA2000的切换技术12
2.4.3TD-SCDMA的切换技术15
2.4.4WiMAX系统的切换技术18
2.54G网络切换的简单介绍18
2.6三种3G标准切换技术的分析比较19
2.7硬切换、软切换与接力切换的相互比较20
2.7.1硬切换和接力切换的区别20
2.7.2硬切换与软切换的区别20
2.7.3接力切换和软切换的比较20
3．分析与总结21
参考文献：
22
1.设计任务
1.1设计提示
1、在移动通信系统中的规划和设计中，无线资源的管理与控制居于中心地位，对系统
的整体性能产生重要的影响，而切换是无线资源管理功能中重要一部分，直接影响着系统的容量和服务质量，同时也是蜂窝移动系统所独有的功能和关键特征。
2、在移动通信系统中，切换的目的有2种可能，一种是实现漫游，另一种是为了提高
网络服务质量，即降低掉话率，降低拥塞率。
3、切换参数的选择将影响网络的性能和服务质量。
对于运营商来说，移动网络的系统
性能和服务质量是非常重要的。
运营商的竞争将是网络质量的竞争。
因为优质的网络服务是建立在良好的网络质量之上的。
网络参量的分析和调整是网络优化工作的重要内容之一，尤其对于网络质量和参数设置密切相关的码分多址系统来说，切换控制参数仅仅是其中的一小部分，但却是对网络质量影响很大的一部分。
1.2设计要求
1、分别比较2G和3G移动通信系统的切换原理及其实现过程，并对相应的切换控制参
数进行分析。
2、比较2G通信系统的切换技术，包括工作原理描述及相应参数分析。
3、比较3G通信系统的切换技术，包括工作原理描述及相应参数分析。
2.方案设计与论证
2.1移动通信的发展历程
自从1897年马可尼的实验证明了运动中无线通信的可应用性，人们就开始了对未来的移动通信孜孜不倦的探索。
早期成功应用的移动通信系统可追溯到20世纪30年代美国的警用车载系统，该系统方便快捷到30年代中期全美警察部门安装了大约5000个无线接收装置。
这一阶段的特点是工作频率较低，工作在短波频段上。
第二次世界大战期间使得通信技术及其制造业有了长足的发展。
1946年，贝尔实验室
推出了第一种大区制的公众移动电话服务。
在美国圣路易斯建立了世界上第一个公用汽车电话网，被称为“城市系统”。
从40年代中期至60年代初期，在西德、法国等国家随后陆续发展了公用移动电话
系统；其间完成了从专用网向公用移动网的过渡，采用人工接续的方式解决了移动电话系统与公用市话之间的接续问题，这时的通信网的容量较小。
60年代中期至70年代后期，主要是改进和完善移动通信系统的性能，包括直接拨号、
自动选择无线信道等。
同时解决了自动接入公用电话网的问题，这时的系统都采用大区制，选择的频段和容量都较以往有了很大的提高。
随着大规模集成电路技术和计算机技术的迅猛发展，解决了困扰移动通信的终端小化
和系统设计等关键问题，移动通信系统进入蓬勃发展阶段。
2.1.1第一代蜂窝移动电话系统（1G）
美国贝尔实验室（belllab）提出了小区制的蜂窝式移动通信系统的解决方案。
在1978年，开发了AMPS（AdvanceMobilePhoneService）系统，这是第一种真正意义上的随时随地通信的大容量的蜂窝移动通信系统。
它结合频率复用技术，可在整个服务覆盖区域内实现自动接入公用电话网，与以前的系统相比确有更大的容量和更好的话音质量，可以说，蜂窝化的系统设计方案解决了公用移动通信系统的大容量要求和频谱资源受限的矛盾。
到80年代中期，欧洲和日本也纷纷建立了自己的蜂窝移动通信网，主要代表有：
英国的ETACS（EuropeanTotalAccessCommunicationSystem）系统；法国的450系统，北欧国家的NMT-450（NordicMobileTelephone-450）系统。
1987年，中国首个TACS制式模拟移动电话系统建成并投入商用。
这些系统都是FDMA（频分多址接入）频分双工模拟制式系统，被称为第一代蜂窝移动通信系统。
2.1.2第二代蜂窝移动电话系统（2G）
20世纪80年代中期，当模拟蜂窝移动通信系统刚投放市场时，世界上的发达国家就在研制第二代移动通信系统。
其中最有代表性和比较成熟的制式有泛欧GSM（GlobalSystemforMobileCommunication），美国的ADC（D-AMPS）和日本的JDC（现在改名为PDC）等数字移动通信系统。
在这些数字系统中，GSM的发展最引人注目。
1991年GSM系统正式在欧洲问世，网络开通运行。
GSM（GlobalSystemforMobileCommunications 全球移动通讯系统）是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术，其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。
我国于20世纪90年代初引进采用此项技术标准，此前一直是采用蜂窝模拟移动技术，即第一代GSM技术（2001年12月31日我国关闭了模拟移动网络）。
目前，中国移动、中国联通各拥有一个GSM网，为世界最大的移动通信网络。
GSM系列主要有GSM900、DCS1800和PCS1900三部分，三者之间的主要区别是工作频段的差异。
GSM系统采用数字调制，即把音频数字化处理后再对其朝廷压缩。
但在二进制码流调制之前必须先进行低通滤波,这里采用高斯低通滤波器。
第二代蜂窝移动电话系统主要采用TDMA（time-divisionmultipleaccess）及CDMA（code-divisionmultipleaccess）技术。
2.1.3第三代蜂窝移动电话系统（3G）
第三代蜂窝移动电话系统的主要特征是可提供丰富多彩的移动多媒体业务，其传输速率在高速移动环境中支持144kb/s，步行慢速移动环境中支持384kb/s，静止状态下支持2Mb/s。
其设计目标是为了提供比第二代系统更大的系统容量、更好的通信质量，而且要能在全球范围内更好地实现无缝漫游及为用户提供包括话音、数据及多媒体等在内的多种业务，同时也要考虑与已有第二代系统的良好兼容性。
目前国际电联接受的3G标准主要有以下三种：
WCDMA、CDMA2000与TD-SCDMA。
CDMA是CodeDivisionMultipleAccess（码分多址）的缩写，是第三代移动通信系统的技术基础。
第一代移动通信系统采用频分多址（FDMA）的模拟调制方式，这种系统的主要缺点是频谱利用率低，信令干扰话音业务。
第二代移动通信系统主要采用时分多址（TDMA）的数字调制方式，提高了系统容量，并采用独立信道传送信令，使系统性能大为改善，但TDMA的系统容量仍然有限，越区切换性能仍不完善。
CDMA系统以其频率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、软容量、软切换等特点显示出巨大的发展潜力。
2.2切换的目的及技术
2.2.1切换的目的
在移动通信系统中切换的目的有两种可能：
一种是实现漫游，另一种是为了提高网络服务质量即降低掉话率、降低拥塞率。
2.2.2切换实现的技术
2.2.2.1切换控制的三种方式[1]
a.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候选项并发出切换请求。
目前欧洲的增强型数字无绳技术（DECT）和北美的太平洋地区通信系统（PACS）均采用这种切换控制。
b.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，当信号恶化到低于某阈值时，网络就安排切换到新的通信端口。
在此过程中，网络要求所有端口监视由移动台来的信号，并将结果报告结网络。
当网络选择新端口后，它同时通知新、旧端口完成切换，移动台在切换过程中是被动的。
目前的TACS及AMPS系统均采用这种切换控制，即由基站检测，由交换中心控制完成，当前基站监视并测量所有通信链路，移动交换中心（MSC）命令周围基站不时地测量各自的通信链路，基于这些测量，MSC决定何时何地发生切换。
c.移动台辅助切换（MAHO）。
移动台辅助切换可以说是网络控制切换（NCHO）的一种演化，网络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。
因此MA－HO是通过移动台测量通信链路，而由网络控制切换，在切换过程中移动台和网络同时参与切换，移动台负责测量，网络负责判决，目前的GSM及CDMA系统均采用这种切换控制。
2.2.2.2切换技术的分类
当用户接入时，系统根据所测量得的信号强度和各小区的容量为某一呼叫选择最恰当的小区（宏小区、微小区或微微小区）。
发生切换时有两种切换方式：
相同层次小区之间的水平切换和不同层次小区之间的垂直切换。
a.水平切换技术
水平切换就是普通的小区切换（包括：
硬切换、软切换、更软切换）。
通常情况下，移动速率没有较大的改变、相同小区的容量未饱和都只需要水平切换即可。
可以这样来概括水平切换：
移动节点在相同系统的基站（扇区、信道）之间的切换称为水平切换。
b.垂直切换技术
垂直切换是移动节点在不同系统的基站（扇区、信道）之间的切换。
垂直切换分为两种类型：
下行垂直切换和上行垂直切换。
下行垂直切换指MT从覆盖范围较大的网络切换至较小的网络，相反，上行垂直切换指MT从覆盖范围较小的网络切换到较大的网络。
通常，下行垂直切换没有严格的时间要求（Time-Critical），而上行垂直切换则是时间严格要求的。
如果接收信号强度（ReceivedSignalStrength，RSS）快速减弱，则MT必须尽快执行上行垂直切换。
而MT则不必立即执行下行切换，因为MT可以在短时间内通过无线网络。
垂直切换的过程通常分为三步：
1）MT必须知道哪些无线网络是可达的，这一过程被称为网络发现；2）MT将评价所有可达的网络，然后做出切换的决定，该过程被称为切换判决；3）MT垂直切换到新的无线网络。
2.3第二代移动通信系统的切换技术及参数分析
第二代移动通信系统是指数字蜂窝移动通信系统，其典型系统为以GSM为代表的TDMA时分多址数字蜂窝网和IS－95窄带CDMA码分多址数字蜂窝网。
2.3.1GSM系统
2.3.1.1切换技术
GSM系统采用移动台辅助越区切换MAHO。
其主要思想是把切换的检测和处理等功能部分地分散到各个移动台，由移动台来测量本基站和周围基站的信号强度，把测量结果送给MSC分析处理，做出有关切换的决策。
信息的传递在慢速辅助控制信道SACCH中完成。
GSM系统采用了MAHO技术，能明显加快切换速度。
其小区半径可以减小至0.5km，因而系统容量可以得到提高，设置多种控制信道增强系统控制能力，不会产生“乒乓效应”，通信高峰期还会出现掉话。
图2-1[2]为GSM系统所采用的硬切换基本原理图[4]。
其特点是在A、B小区分界线上“先断后切”，状态A和B的转换过程中出现暂时中断。
图2-1硬切换基本原理
基于TDMA（时分复用）技术的GSM广泛采用的是硬切换，借助于宏分集特性也可以实现软切换，宏分集就是指使移动终端与两个（或以上）的基站同时保持连接。
GSM中的切换分为3种类型[3]:
a.援救切换（rescuehandoff）可避免由于MS离开所在小区而产生掉话；
b.边缘切换（confinementhandoff）可将呼叫切换到邻近某个小区，减小干扰；
c.业务量切换（traffichandoff）是将一些呼叫从业务量拥挤的小区切换到相对不拥挤的小区。
2.3.1.2参数分析[4]
表2-1GSM参数
参数
取值范围
描述说明（建议值）
惩罚时间---PT
20~620，取值31时CRO反号
微蜂窝越大，PT也应设置越大
切换门限
-24~24B，STEP为1
该参数为BSC在切换中的控制参数，当
邻小区的电平高于服务区电平（切换门限
）后触发切换
基于接收电平的切换
下行链路电平切换门限L_RxLev_DL_H
<-110-110~-109-109~-108………>-48
该参数为越区切换下行链路信号电平切换门限，MS的接收电平一旦低于此值就会触发紧急性电平切换
上行链路电平切换门限L_RxLev_UL_H
该参数为越区切换上行链路信号电平切换门限，基站的接收电平一旦低于此值就会触发紧急性电平切换
基于信号质量的切换
下行链路质量切换门限L_RxQual_DL_H
<-0.2%-0.2%~0.4%-6.4%~-12.8%>-12.8%
该参数为越区切换信号质量下行切换误码率门限，MS的接收质量一旦低于此值就会触发紧急性质量切换
上行链路质量切换门限L_RxQual_UL_H
该参数为越区切换信号质量上行切换误码率门限，BTS的接收质量一旦低于此值就会触发紧急性质量切换
基于距离的切换
1~34KM
该值应小于通话清除门限,否则该值
将不起作用，该值一般不小于2KM
业务信道切换最小时间间隔
1~60
6
信令信道切换最小时间间隔
1~60
2
连续切换最小时间间隔
1~60
6
新紧急切换的最小时间间隔
1~60
6
层间切换门限
0~63
25
层间切换磁滞
0~63
3
涉及到的参数分析：
1.惩罚时间---PT：
图2-2惩罚时间图示
2.切换门限[5]：
（1）设置及影响：
目的是为了增加和邻小区进行切换的难度，从而预防乒乓切换，
设置过高会导致切换滞后，过低会导致切换效率降低；
（2）只有满足功率预算公式的小区才被列为目标切换小区；
（3）改变切换门限值可以相应增大或减小切换半径，达到均衡话务量的目的；
（4）切换门限是针对邻小区的，可以按每一个小区独立设置；
3．基于接收电平的切换
（1）下行链路电平切换门限L_RxLev_DL_H
设置及影响:
在设置该参数时应考虑MS的接收电平灵敏度，还应考虑到快衰落、MS测量的精确度、阴影效应再加上冗余量。
另外，在设置该参数时，应注意使LRXLEVDLH>RXLEVM1No
（2）上行链路电平切换门限L_RxLev_UL_H
设置及影响:
在设置该参数时应考虑基站的接收电平灵敏度，在以下情况时应提高
该值的设置:
1系统允许信号质量切换;
2移动台速度过快;
3切换算法判断的周期太短;
4从话务统计中发现较高的电平切换失败率。
另外，在设置该参数时，应注意使LRXLEVDLH>RXLEVM1N。
4.基于信号质量的切换
（1）下行链路质量切换门限L_RxQual_DL_H
设置及影响:
通过实践，若MS的移动速度高于80km.或属于非跳频网络，LRXQUALDLH的取值为4（即误码率1.6%^-3.2%）;若系统采用跳频或MS的移动速度较低（如市区环境）时取值为5（即3.2%^'6.4%）。
对于非跳频网络，该值过大将会增加切换失败率，增大掉话率，相反若设置过低，同时测量数据平均周期也较短，那么单次测量结果很差就可能触发质量切换，大大增加无谓切换的可能性。
（2）上行链路质量切换门限L_RxQual_UL_H
设置及影响:
通过实践，若MS的移动速度高于80km.或属于非跳频网络，LRXQUAL
ULH的取值为4（即误码率为1.6%^-'3.2%）;若系统采用跳频或MS的移动速度较低（如市区环境）时取值为5（即3.2%^'6.4%）0
对于非跳频网络，该值过大将会增加切换失败率，增大掉话率，相反若设置过低，
同时测量数据平均周期也较短，那么单次测量结果很差就可能触发质量切换，大大增加无谓切换的可能性。
5.基于距离的切换
（1）为了达到控制基站覆盖范围并减小系统干扰的目的,使用距离切换,当BSC发现MS汇报的TA大于规定值时即可触发
（2）注意:
TA设置过小容易引起乒乓效应;同时也可将切换门限设为负值以保证切换MS和BS的距离超过该值即发生距离切换
6.业务信道切换最小时间间隔
当分配一个新的TCH信道后要启动一个定时器只有该定时器溢出时才允许进行切换本参数就是该定时器的定时时间。
这是为了避免在通话建立之初测量报告不准确而引起误切换所设定的保护时间。
当测量报告预处理在BTS侧处理时本参数可以设置小些在BSC侧处理时本参数设置的时间间隔要长些。
7.信令信道切换最小时间间隔
当分配一个新的SDCCH信道后要启动一个定时器只有该定时器溢出时才允许切换本参数就是该定时器的定时时间。
这是为了避免在通话建立之初测量报告不准确而引起误切换所设定的保护时间。
当测量报告预处理在BTS侧处理时本参数可以设置小些在BSC侧处理时本参数设置的时间间隔要长些。
8.连续切换最小时间间隔
在发出切换命令后将启动一个定时器在定时器溢出时才允许再次进行切换判决本参数就是该定时器的定时时间。
这是为了防止连续的频率变换导致整网质量变差增加处理器的负荷。
9.新紧急切换的最小时间间隔
在一次紧急切换完成或试图紧急切换失败后要启动一个紧急切换禁止定时器的定时时间
10.层间切换门限
不同层或优先级间小区切换时目标小区接收电平的门限值。
无论是服务小区还是邻近小区当其接收
信号电平高于本门限值时切换按同层小区处理否则按接收信号电平的高低进行排序。
层间切换门限高于边缘切换门限。
11.层间切换磁滞
不同层或优先级间小区切换时的磁滞值以限制层间的乒乓切换。
12.层间切换持续时间
取值范围：
0~16
单位：
秒
内容：
在整段统计时间中若某小区在此段时间内持续排在候选小区的第一位则判断它为最佳小区。
建议值：
4
13.边缘切换持续时间
取值范围：
1~16
单位：
秒
内容：
在进行边缘切换的判决时在边缘切换的统计时间内上行或下行链路的接收电平低于各自边
缘切换门限要满足的持续时间长度。
建议值：
4
2.3.2IS-95窄带CDMA系统
2.1.2.1切换技术
以往的系统都采用硬切换，而CDMA系统采用软切换。
在硬切换中，切换与否有一个明确的选择。
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进行通信。
在过渡期间，用户与所有候选基站保持业务信道的通信。
软切换只能在同频率的CDMA信道间进行，因此切换只改变地址码，不改变频率。
它在两个基站覆盖区的交界处起到了分集作用，这样减少了由于切换造成的掉话。
据统计，模拟系统、TDMA系统中无线信道上的90％掉话是在切换过程中发生的，采用软切换保证了通信的可靠性，但由于软切换的切换模式使得一个移动台切换的同时需要几个基站的支持，所以软切换与硬切换相比会占用更多的信道资源。
图3为IS－95窄带CDMA系统所采用的软切换基本原理图[4]。
其特点是“先切后断”，无中断。
[6]
图2-3软切换基本原理
2.1.2.2参数分析
系统中涉及到的几个重要的切换参数:
表2-2IS-95窄带CDMA的参数
参数
取值范围
内容
建议值
速度惩罚时间
0~255
表示在此时间段内对快速移动MS的邻小区进行的惩罚有效
40
切换失败惩罚持续时间
0-60
表示切换失败后对相应目标小区进行惩罚的时间
10
质量差切换失败小区信号强度惩罚
0-63
表示因质量差进行紧急切换后，为避免“乒乓”切换，对原服务小区进行惩罚的信号强度值，它仅在质量差切换惩罚持续时间内有效
63
质量差切换惩罚持续时间
0~60
表示因质量差进行紧急切换后，对原服务小区进行惩罚的时间
10
时间提前切换信号强度惩罚
0~63
因时间提前量进行紧急切换后，为避免“乒乓”切换，对原服务小区的信号强度惩罚值，它仅仅在时间提前量切换惩罚持续时间内有效
63
时间提前量切换惩罚持续时间
0~60
表示因时间提前量进行紧急切换后，对原服务小区进行惩罚的时间
10
认定连续的时间间隔
1~200
表示在此时间间隔内发生的两次内部切换被认为是连续的
6
快速移动时间门限
0~255
根据小区半径（r）和移动速度（v）确定的时间门限（2r/v）。
如果MS通过该小区的时间小于该门限则MS是快速通过该小区的
15
2.4第三代移动通信系统的切换技术及参数分析
第三代移动通信有如下三个标准：
欧洲和日本的WCDMA、北美的CDMA2000、中国大唐电信研制的TD-SCDMA。
这标志着中国提出的移动通信建议在百年通信史上第一次成为国际电信联盟采用的技术标准。
2.4.1WCDMA的切换技术
WCDMA是基于GSM的第三代技术。
中国拥有世界上最大的GSM网络，运营商只需增添一些软硬件，即可使GSM升级为WCDMA，保护已有的GSM投资。
WCDMA的切换：
WCDMA系统中的切换包括硬切换和软切换,可分为4类:
系统间硬切换、系统内硬切换、软切换和更软切换。
（1）WCDMA系统的硬切换。
系统间硬切换主要是WCDMA系统和GSM系统的小区间的切换,该切换由移动终端辅助控制切换,从而对WCDMA系统和GSM系统进行覆盖及负荷的平衡[7]。
系统内的硬切换包括:
GSM系统内小区之间的硬切换、WCDMA系统内FDD异频情况下的硬切换、WCDMA系统内TDD模式与FDD模式小区之间的切换及TDD与TDD模式之间的切换。
（2）WCDMA系统的软切换。
WCDMA系统在FDD同频情况下进行软切换或更软切换。
主要有以下几种情况:
同一NodeB（3G网络基站的称呼）内不同小区之间的切换（如果在NodeB内部就完成了链路合并功能称为更软切换）;同一RNC（无线网络控制器）[8]内不同NodeB间的切换;不同RNC之间的切换。
（3）参数分析
表2-3WCDMA参数分析
切换参数
设置过大的影响
设置过小的影响
升级会员 