第三代移动通讯系统中CDMA2000软切换分析

（东南大学／谢海荣 刘郁蓉）
　　移动通信以其特有的灵活、便捷的优点符合了现代社会人们对通信技术的要求，成为２０世纪８０年代中期以来发展最为迅速的通信方式。而ＣＤＭＡ技术则是移动通信的“宠儿”，在短短的几年时间里，已经在技术上获得了巨大的突破。软切换是ＣＤＭＡ系统的关键技术之一，已成功应用于ＩＳ９５、ＣＤＭＡ２０００系统，并被第三代移动通信系统所采纳。本文将重点阐述ＣＤＭＡ２０００系统中软切换技术及其实现的考虑。

　　移动通信以其特有的灵活、便捷的优点符合了现代社会人们对通信技术的要求，成为２０世纪８０年代中期以来发展最为迅速的通信方式。而ＣＤＭＡ技术则是移动通信的“宠儿”，在短短的几年时间里，已经在技术上获得了巨大的突破。软切换是ＣＤＭＡ系统的关键技术之一，已成功应用于ＩＳ９５、ＣＤＭＡ２０００系统，并被第三代移动通信系统所采纳。本文将重点阐述ＣＤＭＡ２０００系统中软切换技术及其实现的考虑。

　　软切换技术及其性能

　　软切换是ＣＤＭＡ系统所特有的。其基本原理如下，当移动台处于同一个ＢＳＣ控制下的相邻ＢＴＳ之间区域时，移动台在维持与源ＢＴＳ无线连接的同时，又与目标ＢＴＳ建立无线连接，之后再释放与源ＢＴＳ的无线连接。发生在同一个ＢＳＣ控制下的同一个ＢＴＳ间的不同扇区的软切换又称为更软切换。

　　ＦＤＭＡ、ＴＤＭＡ系统中广泛采用硬切换技术。当硬切换发生时，因为原基站与新基站的载波频率不同，移动台必须在接收新基站的信号之前，中断与原基站的通信。往往由于在与原基站链路切断后，移动台不能立即得到与新基站之间的链路，使通信中断。另外，当硬切换区域面积狭窄时，会出现新基站与原基站之间来回切换的“乒乓效应”，影响业务的传输。在ＣＤＭＡ系统中提出的软切换技术，很好地利用了直接扩频系统的特点，与硬切换技术相比，具有以下更好的性能。

　　１）软切换发生时，移动台只有在取得了与新基站的链接之后，才会中断与原基站的联系，通信中断的概率大大降低。

　　２）软切换进行过程中，移动台和基站均采用了分集接收的技术，有抵抗衰落的能力，不用过多增加移动台的发射功率；同时，基站宏分集接收保证在参与软切换的基站中，只要有一个基站能正确接收移动台的信号就可以进行正常的通信，通过反向功率控制，可以使移动台的发射功率降至最小，这进一步降低移动台对系统的干扰。

　　３）进入软切换区域的移动台即使不能立即得到与新基站的链路，也可以进入切换等待的排队队列，从而降低了系统的阻塞率。

　　进行切换的依据及实现过程

　　切换的依据和移动台宏分集的实现

　　在ＣＤＭＡ系统中，切换的标准主要为导频信号的强度，导频信号强度为接收到的导频能量与全部接收到的能量的比值。导频信号是每个基站连续发射的未经调制的、直接序列扩频的信号，它主要用于使所有在基站覆盖区中工作的移动台同步。基站利用一周期为３２７６８ｃｈｉｐ的最大长度随机序列（ＰＮ）的时间偏置来标示每个前向ＣＤＭＡ信道（由基站到移动台），此序列ＰＮ也称为导频序列。

　　不同前向信道使用不同相位的ｍ序列进行调制，其相位至少相差６４ｃｈｉｐ，因此导频ＰＮ序列可使用的相位为５１２个。在ＣＤＭＡ系统中大部分ＣＤＭＡ小区都采用同一个频率，移动台根据接收到的基站导频信号的不同偏置来区分各个基站。每个小区的导频要与其同一ＣＤＭＡ信道中的正向业务信道相配合才有效，当移动台检测到一个足够强度的导频而它未与任何一正向业务信道相配合时，就向基站发送一导频强度测量报告，基站根据此报告决定是否切换。

　　在越区软切换的过程中，移动台同时接收来自两个或多个基站发射的相同信息，对其进行分集合并和判决，从而改善移动台处于越区切换时的接收信号质量，并保证越区切换时的数据不丢失，相对于多径分集方式，这种分集称为宏分集。由于ＣＤＭＡ系统中移动台独特的ＲＡＫＥ接收机可以同时接收两个或两个以上基站发来的信号，从而保证了ＣＤＭＡ系统能够实现软切换。软切换的引入大大地改善了切换的性能，消除了切换过程中通信的中断、小区边界处的“乒乓效应”以及切换引入的噪声。

　　软切换的实现过程

　　移动台不断地搜索着激活类、候选类、临近类、剩余类各个导频的强度，并且根据强度维护各个类，当移动台靠近切换区时，移动台开始以下操作过程：

　　１）导频Ｐ２的强度超过Ｔ＿ＡＤＤ，移动台将这个导频移到候选类。

　　２）导频Ｐ２的强度超过［（ＳＯＦＴ＿ＳＬＯＰＥ／８）×１０×ｌｏｇ１０（ＰＳ１）＋ＡＤＤ＿ＩＮＴＥＲＣＥＰＴ／２］，移动台发送导频强度测量消息。

　　３）移动台收到扩展切换指示消息，将Ｐ２移入激活类，开始宏分集，然后发送切换完成消息。

　　４）导频Ｐ１的强度下降，低于［（ＳＯＦＴ＿ＳＬＯＰＥ／８）×１０× ｌｏｇ１０（ＰＳ２）＋ＤＲＯＰ＿ＩＮＴＥＲＣＥＰＴ／２］时，移动台开始启动切换下降定时器。

　　５）切换下降定时器超时，移动台发送导频强度测量消息。

　　６）移动台收到扩展切换指示消息，将Ｐ１移入候选类，然后发送切换完成消息。

　　７）导频Ｐ１的强度下降，低于Ｔ＿ＤＲＯＰ时，移动台开始启动切换下降定时器。

　　８）切换下降定时器超时，移动台将Ｐ１从候选类移到临近类。

　　这就是移动台进出切换区的全过程，由此看出对于移动台，切换的关键就是在复杂的无线信道条件下不断地、较为准确地测量各导频的强度以及支持在切换区内的宏分集。

　　IS95和CDMA2000中软切换的比较

　　众所周知，ＣＤＭＡ系统中的软切换技术具有切换中断率低、可靠性高等优点，但是由于移动台在软切换过程中支持宏分集，所以移动台在切换区中同时和两个ＢＴＳ保持通信，这在一定程度上影响了基站的无线信道利用率。尤其在基站较忙时，这种切换方式反而会影响系统的切换成功率。由于移动台在切换区中逗留的时间与移动台的速度大小、方向和切换区的大小等因素有密切关系，所以这个问题的处理就比较复杂。ＩＳ９５和ＣＤＭＡ２０００对这个问题的处理有一些区别。

　　首先，移动台在靠近切换区时，在ＩＳ９５中当移动台搜索到邻区导频强度大于Ｔ＿ＡＤＤ＿ｓ时，立即把这个导频加入候选类，同时向基站报告导频强度，准备接受基站的切换指示消息后开始宏分集。但是在ＣＤＭＡ２０００中，当移动台搜索到邻区导频强度大于Ｔ＿ＡＤＤ时，移动台只是把这个导频加入候选类。直到移动台认为其搜索到的强度足够大时，才开始向基站发导频报告，准备宏分集。

　　其次，移动台在准备离开切换区时，判断的门限也有很大不同。在ＩＳ９５中，移动台直到原ＢＴＳ导频的强度低于Ｔ＿ＤＲＯＰ＿ｓ时，才开始启动下降定时器，所以其判断的尺度比较单一。但是在ＣＤＭＡ２０００中，移动台对参与宏分集的基站的导频不断地按照大小排队，然后判断最小的几个有没有到达下降门限。

　　由此看出ＣＤＭＡ２０００在保持了与ＩＳ９５兼容性的同时，大大增加了灵活性。当激活类中强度较大的导频已经足够大的时候，移动台将不再理会Ｔ＿ＤＲＯＰ＿ｓ这个死门限，果断地提出让导频强度较小的基站脱离宏分集状态，从而减少不必要的链路占用。

　　可以看出，在ＩＳ９５向ＣＤＭＡ２０００过渡的过程中，针对软切换所造成的信道利用率低的不足，ＣＤＭＡ２０００提出了更为有效的门限判断方法。在ＩＳ９５中各个门限定得比较单一，门限值是绝对值，所以不能有效地处理移动台在切换区的复杂情况，但是在ＣＤＭＡ２０００中，在和ＩＳ９５兼容的同时，采用相对门限，因而更为有效，更为实际。同时，ＣＤＭＡ２０００针对软切换的不足，在保证软切换成功的同时，相应地缩小了切换区，从而缩短了宏分集的时间，这对于提高整个系统无线资源的利用率、提高整个系统切换的成功率，有着重要意义。

摘自《人民邮电报》