TD-SCDMA系統(tǒng)切換算法

一、引言
由于現(xiàn)代的移動(dòng)通信系統(tǒng)采用蜂窩結(jié)構(gòu)，用戶(hù)在跨越空間劃分的小區(qū)時(shí)，必然要進(jìn)行越區(qū)切換，而對(duì)于第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)而言，智能天線技術(shù)的引入由于增加了空間這一維度的資源，將會(huì)對(duì)傳統(tǒng)的硬切換技術(shù)的測(cè)量準(zhǔn)則、切換觸發(fā)、切換執(zhí)行等過(guò)程產(chǎn)生巨大的影響。由于智能天線具有的指向性特點(diǎn)及其帶來(lái)的系統(tǒng)增益，僅僅考慮對(duì)導(dǎo)頻信道強(qiáng)度測(cè)量來(lái)觸發(fā)切換的傳統(tǒng)策略，已經(jīng)明顯無(wú)法適應(yīng)引入智能天線的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)。本文針對(duì)使用智能天線的TD-SCDMA系統(tǒng)，提出了一種修正的基于導(dǎo)頻信道測(cè)量強(qiáng)度和基于通信業(yè)務(wù)質(zhì)量相結(jié)合的切換觸發(fā)策略。
二、智能天線下切換算法的設(shè)計(jì)
?移動(dòng)通信論壇擁有30萬(wàn)通信專(zhuān)業(yè)人員，超過(guò)50萬(wàn)份GSM/3G等通信技術(shù)資料，是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先專(zhuān)注于通信技術(shù)和通信人生活的社區(qū)。在實(shí)際的切換實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，需要如一定的時(shí)間延遲△T和信號(hào)強(qiáng)度冗余來(lái)補(bǔ)償因?yàn)閭鞑l件的復(fù)雜性、信息處理速度和能力的限制、命令傳遞的時(shí)間延遲等原因造成的誤差，減少不必要的切換，避免“乒乓效應(yīng)”的出現(xiàn)。同時(shí)，針對(duì)TDD系統(tǒng)對(duì)干擾敏感的問(wèn)題，只有當(dāng)相鄰小區(qū)基站信號(hào)強(qiáng)度優(yōu)于本小區(qū)信號(hào)強(qiáng)度一定程度（即差值大于信號(hào)強(qiáng)度冗余）并且本小區(qū)信號(hào)強(qiáng)度小于某一特定門(mén)限之下時(shí)才啟動(dòng)切換過(guò)程。在有的文獻(xiàn)中，明確的給出了基于上述思想的切換策略，因此傳統(tǒng)的切換觸發(fā)策略可簡(jiǎn)略的用公式表示為：mscbsc 移動(dòng)通信論壇擁有30萬(wàn)通信專(zhuān)業(yè)人員，超過(guò)50萬(wàn)份GSM/3G等通信技術(shù)資料，是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先專(zhuān)注于通信技術(shù)和通信人生活的社區(qū)。;

式中，RXLev-DLmonintor為UE接收到的監(jiān)測(cè)集中基站信號(hào)強(qiáng)度的測(cè)量值，以dB表示；RXLev_DL是UE接收到的當(dāng)前服務(wù)基站的信號(hào)強(qiáng)度的測(cè)量值，以dB表示；hoMarginLev代表接收電平的切換儲(chǔ)備，以dB表示；hoThresholdsLevDL為服務(wù)基站的信號(hào)強(qiáng)度門(mén)限，以dB表示。上述算法中，hoThresholdsLevDL，hoMarginLev，時(shí)間延遲△T都是需仔細(xì)選擇的參數(shù)。hoThresho1dsLevDL是由當(dāng)前UE所處的傳播模型、與服務(wù)基站之間距離等因素決定的，而hoMarginLev選擇太小，會(huì)增大不必要切換發(fā)生的概率，而過(guò)大則會(huì)使正常和必要的切換受阻。對(duì)于時(shí)間延遲△T的選擇，則主要考慮避免乒乓效應(yīng)，取值過(guò)小效果不明顯，而若取值過(guò)大則可能導(dǎo)致UE的掉話。
5u;D%E1v*E%z%^6z0vmscbsc 移動(dòng)通信論壇擁有30萬(wàn)通信專(zhuān)業(yè)人員，超過(guò)50萬(wàn)份GSM/3G等通信技術(shù)資料，是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先專(zhuān)注于通信技術(shù)和通信人生活的社區(qū)。由于智能天線的引入，切換觸發(fā)的準(zhǔn)則需要進(jìn)行重新考慮。目前UE大都測(cè)量各個(gè)基站的PCCPCH信號(hào)強(qiáng)度，而PCCPCH信道在引入智能天線的系統(tǒng)中仍采用全方向的方式發(fā)射，即不使用智能天線（如圖1所示）。在此情況下，切換測(cè)量忽略了業(yè)務(wù)信道上由于應(yīng)用智能天線而帶來(lái)的對(duì)專(zhuān)用信道信號(hào)的增益，而以盡量維持當(dāng)前業(yè)務(wù)連接，盡可能減少切換發(fā)生的原則下，適當(dāng)?shù)脑黾觝oMarginLev(n)/Qual(n)的取值大小，充分利用智能天線所帶來(lái)的增益和益處將是一個(gè)明智的選擇。經(jīng)過(guò)修正后，符合的準(zhǔn)則如下：

? ?? ?? ?? ?? ?? ???圖1PCCPCH有效覆蓋及智能天線有效覆蓋示意圖

式中引入新的修正項(xiàng)hoMargin_SA，代表因?yàn)榧尤胫悄芴炀€而帶來(lái)的接收信號(hào)電平的切換儲(chǔ)備的附加值，以dB表示。關(guān)于hoMargin_SA的選擇，其取值大小不能過(guò)于接近智能天線所帶來(lái)的增益，以免當(dāng)前服務(wù)基站信號(hào)過(guò)弱，從而由于通信過(guò)程中信號(hào)強(qiáng)度的突發(fā)變化對(duì)通信帶來(lái)不穩(wěn)定性甚至造成掉話，同時(shí)考慮到UE不應(yīng)距離服務(wù)基站過(guò)遠(yuǎn)，致使其發(fā)射功率增大過(guò)多，對(duì)其他用戶(hù)造成較強(qiáng)干擾。
傳統(tǒng)的切換觸發(fā)策略主要考慮信號(hào)強(qiáng)度，但在TD-SCDMA中導(dǎo)頻信道與業(yè)務(wù)信道處于不同時(shí)隙，而且業(yè)務(wù)信道采用了智能天線技術(shù)，因此，僅僅測(cè)量PCCPCH的信號(hào)強(qiáng)度已不能適應(yīng)智能天線條件下對(duì)切換性能的要求。為了獲得切換更高的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)的更好性能，我們必須引入新的觸發(fā)切換請(qǐng)求的判斷依據(jù)與原有切換觸發(fā)策略相結(jié)合。于是我們?cè)诠剑?），（4）的基礎(chǔ)上還提出了下面的要求：

式中，QualityTrafficThreshold_DL/UL是UE的業(yè)務(wù)信道質(zhì)量門(mén)限，它對(duì)應(yīng)于業(yè)務(wù)通信質(zhì)量?jī)?yōu)劣的表征值。
.i2})d0~0j4t2{MSCBSC 移動(dòng)通信論壇在具體實(shí)現(xiàn)上，我們采用了基于幀錯(cuò)誤率的業(yè)務(wù)質(zhì)量指示依據(jù)來(lái)體現(xiàn)用戶(hù)通信質(zhì)量，因?yàn)閺臉I(yè)務(wù)角度而言，針對(duì)TDD特點(diǎn)，對(duì)每一個(gè)幀統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤率足以反映當(dāng)前服務(wù)質(zhì)量的優(yōu)劣。而出于消除不穩(wěn)定性和突發(fā)的考慮，我們使用平均誤幀率作為當(dāng)前業(yè)務(wù)質(zhì)量的判斷依據(jù)，因此在切換請(qǐng)求發(fā)起時(shí)增加一個(gè)判斷條件：當(dāng)前業(yè)務(wù)平均誤幀率是否大于門(mén)限值，若大于則通信質(zhì)量不能滿足業(yè)務(wù)要求，需要發(fā)起切換。即滿足：

綜上，公式（3），（4），（6）概括了本文提出的修正的基于導(dǎo)頻信道測(cè)量強(qiáng)度和基于通信業(yè)務(wù)質(zhì)量相結(jié)合的切換觸發(fā)策略。
移動(dòng)通信論壇三、切換算法仿真實(shí)現(xiàn)
國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的通信技術(shù)論壇切換流程如圖2所示，在UE與基站進(jìn)行通信的過(guò)程中，UE需要對(duì)當(dāng)前服務(wù)基站及相鄰小區(qū)基站導(dǎo)頻信道信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量方式由RNC的測(cè)量控制信息進(jìn)行制定。同時(shí)UE需要實(shí)時(shí)的測(cè)量自身業(yè)務(wù)的質(zhì)量特性，統(tǒng)計(jì)誤幀率情況，進(jìn)而計(jì)算獲得平均誤幀率。

? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? ? ?圖2切換流程圖

在收到UE發(fā)來(lái)的切換請(qǐng)求后，會(huì)對(duì)切換請(qǐng)求進(jìn)行判決，若判決允許切換，RNC則會(huì)向UE發(fā)送物理信道重配置消息命令，指示UE執(zhí)行切換操作。隨后，UE根據(jù)物理信道重配置命令中的配置參數(shù)和信息進(jìn)行切換操作，待切換過(guò)程完成后，UE恢復(fù)正常通信，將重新開(kāi)始進(jìn)行切換所需測(cè)量值的統(tǒng)計(jì)，周而復(fù)始的重復(fù)上面的操作流程，直至UE通信結(jié)束。
四、切換仿真和性能分析
1.仿真環(huán)境模型
為了驗(yàn)證切換算法的性能，使用OPENT仿真工具搭建了適用于TD-SCDMA的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)級(jí)仿真平臺(tái)。仿真平臺(tái)中模擬了3種節(jié)點(diǎn)：RNC，NodeB和UE，分別對(duì)應(yīng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器，基站和移動(dòng)臺(tái)。其中傳播模型，移動(dòng)性模型和業(yè)務(wù)模型的定義均遵照參考文獻(xiàn)中的規(guī)定。具體的網(wǎng)絡(luò)模型設(shè)計(jì)為典型的六邊型宏蜂窩小區(qū)結(jié)構(gòu)，共布設(shè)了16個(gè)基站，每個(gè)基站均位于小區(qū)的中心，小區(qū)半徑為577米，每個(gè)小區(qū)的覆蓋相同如圖3所示。用戶(hù)的位置服從均勻分布。在仿真中考慮了智能天線的引入并模擬了智能天線的功能。計(jì)算接收信號(hào)強(qiáng)度時(shí)考慮了快衰和慢衰的影響。

? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?圖3仿真場(chǎng)景—Macro環(huán)境
移動(dòng)通信,通信工程師的家園,通信人才,求職招聘,網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化,通信工程,出差住宿,通信企業(yè)黑名單用戶(hù)的業(yè)務(wù)類(lèi)型為12.2kb/s的電路交換域語(yǔ)音業(yè)務(wù)，移動(dòng)速度為36km/h，并且規(guī)定若用戶(hù)連續(xù)接收200幀錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)則認(rèn)為用戶(hù)掉話。
移動(dòng)通信論壇擁有30萬(wàn)通信專(zhuān)業(yè)人員，超過(guò)50萬(wàn)份GSM/3G等通信技術(shù)資料，是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先專(zhuān)注于通信技術(shù)和通信人生活的社區(qū)。2.性能指標(biāo)定義和說(shuō)明針對(duì)本文中提出的切換出發(fā)策略，所需要關(guān)注的性能指標(biāo)設(shè)計(jì)如下：
切換請(qǐng)求次數(shù)。發(fā)起的總的同頻切換請(qǐng)求次數(shù)（Event 1A的總次數(shù)）。
●切換掉話次數(shù)。在切換過(guò)程中，因?yàn)榍袚Q操作失敗，時(shí)延因素或者長(zhǎng)時(shí)間切換請(qǐng)求得不到滿足，切換機(jī)制釋放與當(dāng)前用戶(hù)的通信以免影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定而產(chǎn)生的用戶(hù)掉話次數(shù)。mscbsc 移動(dòng)通信論壇擁有30萬(wàn)通信專(zhuān)業(yè)人員，超過(guò)50萬(wàn)份GSM/3G等通信技術(shù)資料，是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先專(zhuān)注于通信技術(shù)和通信
●下行GoS。即業(yè)務(wù)等級(jí)。由（7）給出

（7）
Ngood，Nbad，Ndrop，Nblock分別為滿意的，不滿意的，掉話和阻塞的呼叫數(shù)；為體現(xiàn)掉話對(duì)滿意度影響的因子，目前取值為2。因?yàn)閷?duì)于通信用戶(hù)來(lái)說(shuō)，掉話遠(yuǎn)比接入請(qǐng)求被拒絕更令人無(wú)法接收，所以掉話次數(shù)對(duì)于用戶(hù)滿意度的負(fù)面影響應(yīng)加權(quán)考慮。
仿真結(jié)果與分析移動(dòng)通信,通信工程師的家園,通信人才,求職招聘,網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化,通信工程,出差住宿,通信企業(yè)黑名單 h.Z-I1T2C!L,A
（1）驗(yàn)證引入hoMargin_SA的有效性在使用智能天線的前提假設(shè)下，場(chǎng)景中使用PCCPCH電平測(cè)量值的冗余度hoMarginLev為3dB，切換的PCCPCH電平門(mén)限hoThresholdsLevDL為113dB。hoMargin_SA取3dB，仿真時(shí)間取5分鐘。 |??國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的通信技術(shù)論壇5f%K+f.G#^'@,~
本場(chǎng)景中，切換請(qǐng)求次數(shù)在引入和不引入hoMargin_SA下的對(duì)比如圖4所示。圖4分別為不引入和引入hoMargin_SA下切換請(qǐng)求的總次數(shù)，即Event 1A的總事件數(shù)。可以看出，由于沒(méi)有加入hoMargin_SA，切換請(qǐng)求次數(shù)明顯大于加入hoMargin_SA后的統(tǒng)計(jì)值。由此，hoMargin_SA的加入對(duì)于減少不必要的切換發(fā)生，具有比較顯著的作用。

? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? 圖4切換請(qǐng)求次數(shù)比較 |??國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的通信技術(shù)論壇2\3C7t&v"_;\-y$`(I
本場(chǎng)景中，系統(tǒng)下行GoS在引入和不引入hoMargin_SA下的對(duì)比如圖5所示。圖5分別為不引入和引入hoMargin_SA下，系統(tǒng)下行GoS的性能曲線。出于性能結(jié)果準(zhǔn)確性的考慮，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)從30秒開(kāi)始。可以看到在智能天線下，hoMargin_SA的加入是必要的。它減少了不必要的切換，避免了因此出現(xiàn)的通信質(zhì)量下降和過(guò)多掉話，從而提高了系統(tǒng)GoS性能。移動(dòng)通信,通信工程師的家園,通信人才,求職招聘,網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化,通信工程,出差住宿,通信企業(yè)黑名單

? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???圖5下行GoS比較
（2）兩種切換策略的性能比較
?移動(dòng)通信論壇仿真場(chǎng)景中使用傳統(tǒng)切換策略和修正的基于導(dǎo)頻信道測(cè)量強(qiáng)度和基于通信業(yè)務(wù)質(zhì)量相結(jié)合的切換觸發(fā)策略?xún)煞N不同的切換請(qǐng)求發(fā)起算法，仿真假設(shè)和參數(shù)除引入hoMargin_SA取3dB外，與（1）中相同。
本場(chǎng)景中不同切換請(qǐng)求發(fā)起算法下切換請(qǐng)求次數(shù)的比較如圖6所示。圖6分別為基于傳統(tǒng)切換策略和新的切換觸發(fā)策略下切換發(fā)起次數(shù)（Event 1A）的對(duì)比?？梢钥吹绞褂眯滤惴〞r(shí)，Event 1A數(shù)量顯著減少，通信系統(tǒng)的信令負(fù)荷也將隨之下降。通過(guò)隨后的下行GoS的比較能更清楚地看到：新算法減少了不必要的切換，切換的準(zhǔn)確性和有效性得到了明顯提高。

? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?圖6切換請(qǐng)求次數(shù)對(duì)比
本場(chǎng)景中不同切換請(qǐng)求發(fā)起算法下行GoS的比較如圖7所示。圖7分別為應(yīng)用基于傳統(tǒng)切換策略和新的切換觸發(fā)策略時(shí)下行GoS的對(duì)比。出于性能結(jié)果準(zhǔn)確性的考慮，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)從30秒開(kāi)始。當(dāng)系統(tǒng)趨于穩(wěn)定（仿真時(shí)間兩分鐘后）時(shí)，新算法由于其更佳的準(zhǔn)確性和有效性，減少了不必要的切換發(fā)起，在切換執(zhí)行過(guò)程中，切換掉話數(shù)大大減少，更好的保證了通信在滿足質(zhì)量要求下的正常進(jìn)行，其GoS較前者有大約10個(gè)百分點(diǎn)的提升。

? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? 圖7下行GoS對(duì)比

本文中提出了一種在TD-SCDMA系統(tǒng)下修正的基于導(dǎo)頻信道測(cè)量強(qiáng)度和基于通信業(yè)務(wù)質(zhì)量相結(jié)合的切換觸發(fā)策略。通過(guò)建立動(dòng)態(tài)仿真模型，獲得切換相關(guān)的性能統(tǒng)計(jì)量，對(duì)比所提出算法的優(yōu)勢(shì)。mscbsc 移動(dòng)通信論壇擁有30萬(wàn)通信專(zhuān)業(yè)人員，超過(guò)50萬(wàn)份GSM/3G等通信技術(shù)資料，是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先專(zhuān)注于通信技術(shù)和通信人生活的社區(qū)。因加入智能天線而引入的接收信號(hào)電平的切換儲(chǔ)備值hoMargin_SA的合理使用，對(duì)于減少不必要切換，減少切換掉話次數(shù)，提高業(yè)務(wù)等級(jí)GoS有一定的作用。
?國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的通信技術(shù)論壇新的切換觸發(fā)策略，避免了不必要的切換，提高了切換的準(zhǔn)確性和有效性，減小了系統(tǒng)系統(tǒng)信令負(fù)荷，減少了因切換失敗而掉話的數(shù)量，使業(yè)務(wù)等級(jí)GoS得到改善。