CDMA2000网络的关键技术——软切换

恋々风

软切换作为CDMA2000系统的关键技术之一，与业务资源管理、功率控制、信道管理等共同构成RRM子系统，它不仅和CDMA系统的网络质量（通话质量、掉话性能等）有密切关系，与覆盖、容量、干扰也有着复杂的关系，因此正确地理解CDMA网络切换的概念，有助于网络规划与建设工作。
切换的基本概念是：当MS靠近原来服务小区的边缘，将要进入另一个服务小区时，原基站与MS之间的链路将由新基站与MS之间的链路来取代的一个过程。
在CDMA网络中，通话状态下的切换按照MS与网络之间连接建立释放的情况以及频率占用情况可以分为：硬切换、软切换（小区间切换）、更软切换（扇区间切换）、软/更软切换。
硬切换（hard handoff）：在切换过程中，MS与新的基站联系前，先中断与原基站的通信，再与新基站建立联系。硬切换过程中有短暂的中断，容易掉话。
发生硬切换的情况包括：
* 不同频率之间的切换；
* 不同系统之间的切换（如：GSM网络切换到CDMA网络）；
* 不同BSC/MSC之间，并且两者之间没有软切换通路（A3/A7）；
* 不同CDMA网络运营商的基站或者扇区之间的切换；
* 帧偏移分配的变化。在切换过程中，新基站分配给MS的帧偏移必须和主基站分配的帧偏移一致，否则就要进行硬切换。
软切换（soft handoff）：MS在两个或多个基站的覆盖边缘区域进行切换过程中，在中断与旧的小区的联系之前，先用相同频率建立与新的小区的联系,MS同时接收多个基站（大多数情况下是两个）的信号，几个基站也同时接收MS的信号，直到满足一定的条件后MS才切断同原来基站的联系，在切换过程中，MS同时与所有的候选基站保持业务信道的通信。
软切换仅能用于具有相同频率的CDMA信道之间。软切换会带来更好的话音质量，实现无缝切换、减少掉话可能，且有利于增加反向容量。
更软切换（softrt handoff）：发生在同一基站具有相同频率的不同扇区之间的切换，实际上是相同信道板上的导频之间的切换。
软/更软切换：MS与一个小区的两个扇区，以及另一个小区的扇区进行的通信，所需的资源包括：小区A和B之间的软切换资源加上小区B内的更软切换资源。
软切换和更软切换的区别在于：更软切换发生在同一BTS里，MS同时向多个扇区发送相同的信息，分集信号在BTS做最大增益比合并；而软切换发生在两个BTS之间，MS同时向多个基站发送相同的信息，BTS内的声码器/选择器都收到同一个帧的多个COPY，分集信号在BSC做选择合并。
软切换与硬切换相比有以下优点：
＊在实现软切换以后，切换引起掉话的概率降低，保证了通信的可靠性。
＊软切换能够提供前向和反向业务信道的路径分集，这样在前向和反向链路上只需要较小的功率，就能够获得较大的分集增益，这意味着减低了CDMA系统的总干扰，提高了系统的平均容量。

CDMA网络软切换基本原理
要深入了解CDMA网络的软切换，就必须先先容导频、导频集、切换参数和搜索窗口的概念。
导频即导频信道，在CDMA系统中利用导频信道引导接入和切换信道，MS通过处理导频信道来确认最强的信号部分。
CDMA系统使用m序列（短PN码）对导频信道进行调制，不同导频之间PN码时间偏置不同，两个相邻导频之间的偏移为64个码片，MS通过识别偏移来区分不同的基站。
CDMA系统中有4类导频集合：有效导频集、候选导频集、相邻导频集、剩余导频集。在一个导频集合中，所有的导频具有相同的频率，只是它们的时间偏置不同。
1．有效导频集（active set）：当前手机正在保持连接的业务信道所对应的导频的集合。
2．候选导频集（candidae set）：导频信号强度足够，手机可以成功解调，随时可以接入。
3．相邻导频集（neighbor set）：当前不在有效或候选集里，但可能会进入候选集的导频的集合
4．剩余导频集（residual set）：包含当前系统中除了有效集、候选集、相邻集外的所有可能的导频。
CDMA2000系统中有4个重要的切换参数：T-ADD、T_DROP、T_COMP、T_TDROP。
T_ADD（导频检测门限）：当Ec/Io>T_ADD时，MS发送导频强度测量消息（PSMM），将导频由相邻集加到候选集。
T_DROP（导频丢弃门限）：当导频的Ec/Io下降低于T_Drop触发计数器T_TDrop；如果导频Ec/Io超过T_Drop，计数器中止；计数器满时导频从激活集或候选集中去除到相邻集。
T_TDROP（定时器衰减门限）：当导频集和候选集中导频降低时间超过了T_TDROP计数器，导频将被去除到相邻集；如果候选集满了，但是有新的导频满足T_ADD要求需要增加，那么就去除一个最接近TT_DROP门限的导频。在此过程中手机只向位于激活集中的导频小区发送功率强度测量消息，在候选集中的导频直接被去除到相邻集中，不需要手机发送功率强度测量消息。
T_COMP（门限比较）：T-COMP参数控制导频从候选集移动到激活集。如果候选集中某导频的强度超过激活集中某个导频的强度至少T-COMP×0.5dB，MS则将此导频移入激活集中，并可能替换那个导频。
在IS95A中使用的是静态的门限（T_ADD，T_DROP），在IS95B和CDMA2000中使用的是动态门限，在不同的小区或不同的噪声环境中，加入或删除Active set中的小区导频的绝对门限是与当前Active Set中最好和最弱导频的信号强度相关的。如果当时Active Set里的导频信号强度都很强，其他导频要加入Active Set的要求也相对提高，而如果Active Set里的导频信号强度都很弱，Active Set里的导频要移出Active Set的要求也相对降低。
CDMA系统中，基站设置了三种类型的搜索窗口（PN偏置范围），移动台可以使用这些搜索窗口跟踪导频信号，在规定的时间偏移里搜索导频信号的多径分量：
* SRCH_WIN_A：有效导频集和候选导频集的搜索窗口；
* SRCH_WIN_N：相邻导频集的搜索窗口；
* SCRH_WIN_R：剩余导频集的搜索窗口。
在软切换过程中，MS连续不断地跟踪，并测量系统中所有导频信号的强度。MS合并计算导频的所有多径分量的EC/IO来作为该导频的强度，K是MS所能提供的解调单元数。
1．当该某个导频信道的导频强度EC/IO超过T_ADD时，MS认为此导频的强度已经足够大，能够对其进行正确解调，MS就向原基站发送一条PSMM（导频强度测量消息），同时将该导频加入候选导频集。
2．当导频强度强度超过激活集中某个导频的强度至少T-COMP×0.5dB时，基站向MS发送HDM，通知MS将该导频加入有效导频集。
3．当MS收到来自基站的切换指示消息，并且得到了一个新的业务信道后，导频进入有效导频集，同时MS向基站发送HCM，知基站自己已经根据指示开始对多个基站同时解调了。
4．随着MS的移动，当两个基站中某一方的导频强度已经低T_TDROP，这时MS启动T_TDROP，开始记时。（MS对在有效导频集和候选导频集里的每一个导频保留一个T_TDROP）。
5．当T_TDROP记时终止时，（在此期间，其导频强度应始终低于T_TDD，如果导频强度回升到T_ADD之上，记时器将复位），MS向基站发送PSMM。
6．当基站接收到PSMM后，将此信息送至BSC，BSC再返回相应HDM，最后由基站再转发给MS。
7．当MS收到来自基站的HDM后，MS将该导频从有效导频集移入相邻导频集，同时MS发送HCM，通知基站已经完成切换。此时MS只与目前有效导频集内的导频所代表的基站保持通信。
8．MS接收基站发送的NLUM，导频进入剩余导频集。
总之，在软切换作为CDMA系统特有的关键技术之一，对于提高通话质量、增加系统容量、减低系统干扰、降低系统的掉话率起着及其重要的作用，在CDMA系统中扮演着重要的角色。