RG000004 CDMA 1X切换算法

RG000004 CDMA 1X切换算法 2.0

引入 • CDMA系统中切换不仅与网络质量（通话质量、掉话性能等）有密切关系，与覆盖、容量、干扰也有复杂的关系。本文档是在网络规划的角度描述和分析cdma 1X的切换过程和与切换规划相关的问题；结合产品实现，对切换算法、流程的细节作简单描述，详细细节请参见协议和相应的技术手册或者指导书。

学习目标 学习完本课程，您应该能够： • 了解切换的作用和分类 • 掌握切换的概念接入切换、导频集、搜索窗、切换参数、切换过程 • 掌握不同切换算法同频切换、异频切换 • 了解切换信令流程 • 掌握切换数据配置

课程内容 第一章 CDMA切换的基本概念第二章 CDMA切换算法第三章 CDMA切换流程简介第四章 CDMA切换的参数设置第五章 CDMA切换工程实践

第一章 CDMA切换的基本概念 • 切换的含义和目的 • 切换的分类 • 切换发生场景 • 切换的基本概念

参考资料 • 《CDMA系统工程手册》人民邮电出版社 • CDMA 1X切换规划指导书V1.0 • cdma2000 BSC R02B03版本硬切换指导书 • CDMA1X BSS网络规划参数配置指导书

切换的含义 • 当移动台从一个基站的覆盖范围移动到另一个基站的覆盖范围，通过切换移动台保持与基站的通信。在cdma2000中有通话切换和空闲切换两个概念。 • 在呼叫过程中，移动台支持以下三种切换过程：软切换：在断绝和服务小区链路之前已建立和目标小区的链路更软切换：移动台与同一小区的两个扇区保持通信,由基站完成不同扇区天线的合并，不通知BSC 硬切换：不同频率或不同步基站之间的切换 • 空闲状态下切换和接入切换空闲切换：空闲态切换到导频强度更强的寻呼信道接入切换：系统接入状态切到另一个基站的寻呼信道接收并继续接入过程

切换的目的 • 切换的目的：保证移动用户通话的连续性，是在一切蜂窝移动通信系统中进行移动通信的必然要求。恰当的切换算法有利于降低系统掉话率，增加网络容量。（无线掉话的90%是在切换过程中发生的） • 接入期间采用切换主要是为了减少主被叫接入失败，提高接入信道在前向覆盖不好的地区工作的可靠性。

空闲切换 接入态切换属于空闲切换的范畴硬切换先断再接软切换先接再断，分支来自不同基站更软切换先接再断，分支来自相同基站不同扇区 CDMA切换的分类

BSC帧处理板 Abis链路 BTS A BTS B 软切换软切换，由BSC帧处理板选择

BSC帧处理板 BTS 更软切换更软切换，不同分支的信号在BTS分集合并

硬切换触发条件 • 不同的系统 • 不同的设备商的网络 • 不同的频率配置 • 不同的帧偏置的网络

导频集 • 导频信道：CDMA系统用于引导接入和切换信道，手机在网络中不间断测量周围小区的导频信号。 • 导频集：导频（不同PN偏置）的集合，它们具有相同的CDMA频率。

导频集 • 导频集分为：激活集、候选集、相邻导频集、剩余导频集。激活集：当前手机正在保持连接的业务信道所对应的导频的集合。候选集：导频信号强度足够，手机可以成功解调，随时可以接入。相邻集：当前不在激活集或候选集里，但可能会进入候选集的导频的集合。剩余集：所有其余导频的集合。 • BSC与MS间导频集的异同：手机的导频集按照协议划分为激活集、候选集、相邻集、剩余集。 BSC中的导频集可以只有激活集和相邻集。

CDMA切换的主要参数1 • T_ADD：导频可用门限当Ec/Io>T_ADD手机发送导频强度测量消息，将导频由相邻集加到候选集。范围：-31.5~0dB 推荐值：-14~-12 dB • T_DROP：导频最低可用门限当激活集或候选集中的导频的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，对于候选集导频，手机将自发的将该导频转移到相邻集中。对于激活集导频，手机将产生一条导频强度测量消息PSMM报给BSC，提醒BSC应当删除该导频。范围：-31.5~0dB 推荐值：-16~ -13 dB • T_Comp:导频比较差值门限当Ec/Io>Active Ec/Io＋T_Comp*0.5，则手机发送导频强度测量消息，提醒BSC应当进行切换。范围：0～63dB 步长0.5dB 推荐值：2~2.5dB

CDMA切换的主要参数2 • T_TDROP: 导频去掉定时器长度当激活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T_TDROP门限的导频。范围：0~319s 推荐值：2~4 s • NGHBR_MAX_AGE：相邻集最大生存期限手机对每个相邻集导频都有一个计数器，每当手机收到邻区列表更新消息（NLUM）时，都对相邻集原有导频的计数器加1，如果计数器超过该参数，则将该导频从相邻集剔除。

搜索窗口参数 • 在前向链路上，CDMA使用同步检测技术。换句话说，移动台要成功地解调导频信号，就必须能够精确地估计系统时间。移动台从参考导频中提取这个估计结果，参考导频是其正在接收的一个导频。用这个系统时间作为参考，移动台就可以用任意PN码对信号进行同步接收，从而提取导频载波信号。 • 移动台在检测导频时，移动台想要检测的导频并不会正好在预期的时间内到达，移动台估计的系统时间包括参考导频的传播时延，而其他导频的时序也是基于自己的传播时延的。由于移动台并不知道任意给定的导频的传播时延大小，所以它必须在合理的时延窗口上进行搜索，直到找出导频的实际时序。移动台寻找给定导频时，其搜索宽度称为搜索窗口。

搜索窗的分类 • 移动台搜索导频时使用3种不同的搜索窗口参数（包含在系统参数消息SPM中）： SRCH_WIN_A，用于搜索激活集和候选集中的导频 SRCH_WIN_N，用于搜索相邻集中的导频 SRCH_WIN_R，用于搜索剩余集中的导频基站对各种导频集合分别设置了相应的搜索窗口(PN偏置范围)，在各个窗口里移动台搜索对应导频集中导频的所有可用多径分量。

导频搜索 SRCH_WIN_A 移动台利用这个搜索窗口搜索激活集和候选集中的导频，它以PN码片为单位来指定。这样，移动台在传播时延增大或减小的情况下，都将继续跟踪导频。移动台将把激活集和候选集中每个导频信号的搜索窗口中心定位在最早到达的可用多径成份的导频信号附近。根据经验，搜索窗口应足够大，能够覆盖导频可用多径成分中预计的最大到达时间差（即导频的最大时延扩展）。

导频搜索 • SRCH_WIN_N 和SRCH_WIN_R 移动台利用这个搜索窗口搜索相邻集和剩余集中的导频，这些窗口的中心大约位于目标导频相对于激活集中参考导频到达时刻的PN码偏置处。基于最早到达的参考导频的定位，移动台将加上适当数量的码片来找出相邻集的导频，相对于导频42来找出导频92意味着加上（92-42）×64=3200 Chip. 其中导频42为参考导频，导频92为邻区中设定的导频。

搜索器工作过程

问题 • 假设一个CDMA网络的传播环境是：信号到移动台的直接传播距离为1km，而多径信号的传播距离为5km。SRCH_WIN_A的尺寸应该是多大？

解答答：直接路径的传播距离1000/244.14=4.1chips 多径传播的传播距离5000/244.14=20.5chips 两条路径之间传播距离差=20.5-4.1=16.4chips，窗口尺寸>=2×16.4=32.8chips，因此使用的窗口尺寸=33chips。

课程内容 第一章 CDMA切换的基本概念第二章 CDMA切换算法第三章 CDMA切换流程简介第四章 CDMA切换的参数设置第五章 CDMA切换工程实践

第二章 CDMA切换算法 • 第一节切换算法设计目的 • 第二节切换算法的种类 • 同频切换 • 异频切换 • 其他切换

CDMA切换算法设计目的 • 减少掉话率，保证满足要求的服务质量 • 降低干扰，增加网络容量 • 均衡网络话务负荷分布，减轻热点拥塞

切换算法的种类 切换算法可以分为以下的类型： • 同频切换接入期间切换软切换/更软切换同频硬切换 • 异频切换手机辅助硬切换伪导频硬切换 HANDDOWN 硬切换直接硬切换 • 其他特色切换算法异频导频的负荷均衡

接入期间切换1

接入期间切换2 空闲状态系统接入状态业务状态 ① 寻呼响应子状态 / 始呼尝试子状态接入进入切换（仅有一次）总体消息更新子状态接入试探切换接入切换信道指配 /扩展信道指配寻呼响应基站回响应寻呼消息 ② ③ 时间 Time ①手机寻呼匹配操作 ②含导频报告的接入试探 ③ 反向preamble

软切换过程中导频集的更新 导频强度 3 2 1 T_ADD 4 T_DROP 5 6 7 时间候选集相邻集相邻集激活集

软切换vs更软切换

软切换/更软切换 数据业务的特殊处理 • 原因：补充信道(SCH)的速率比较高，功率消耗大，如果和基本信道(FCH)维持同样多的切换分支，会降低系统的前向容量。补充信道有一定的有效时间，不会经常保持。 • 措施：补充信道的软切换分支应该比基本信道的软切换分支适当减少，也就是说补充信道的激活集是基本信道激活集的子集。

软切换动态门限 在IS95A中使用的是静态的门限（T_ADD，T_DROP），在IS95B和cdma2000中加入激活集要使用动态的门限，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。

动态门限条件下手机上报导频强度测量的触发条件 动态软切换的存在，会使得激活集中的分支数减少，有可能加大掉话率。

复杂软切换（静态） • 静态门限软切换的数据配置：将空口参数soft_slope配置为0，使得手机按照静态门限的方式来上报PSMM。将BSC计算动态门限开关DYN_THRESH_SHO_SW配置为关，使得BSC不计算动态门限。 • 判决原则如下：如果激活集导频Keep标志为drop，而且激活集导频个数大于1，删除该导频。如果相邻集导频Keep标志为keep，强度大于T_add，而且激活集未满，增加该导频。如果相邻集导频超过激活集某导频T_comp，优先添加该相邻导频。

复杂软切换（动态） • 方式一：完全依赖手机来计算动态门限。将空口参数soft_slope配置为非0，使得手机按照动态门限的方式来上报PSMM；将BSC计算动态门限开关DYN_THRESH_SHO_SW设置为关，BSC依然按照静态门限的方法来判决。 • 方式二：完全依赖BSC来计算动态门限。将空口参数soft_slope配置为0，使得手机按照静态门限的方式来上报PSMM；将BSC计算动态门限开关 DYN_THRESH_SHO_SW设置为开，BSC按照动态门限的方法来判决。 • 方式三：手机和BSC都计算动态门限。

同频硬切换 软切换目标激活集的强度 < 同频硬切换T_ADD，并且同频硬切换目标激活集的强度 > 同频硬切换绝对门限，或者同频硬切换目标激活集的强度－软切换目标激活集的强度 > 同频硬切换的相对门限

注意： 软切换是同频之间的切换同频之间的切换不都是软切换如果目标小区与原小区同频，但是：属于不同BSC BSC间没有软切换通路目标小区不能提供帧偏置都要进行硬切换。软切换vs同频切换

问题 • 激活集是怎么维护的？ • 候选集是怎么维护的？ • 相邻集是怎么维护的？

解答收到HDM消息中不包含该导频且其对应的T_TDROP计时器未超时候选集激活集收到HDM消息中包含该导频导频对应的T_TDROP计时器已经超时或者候选集已满导频强度超过T_ADD 收到HDM消息中包含该导频收到的HDM消息中包含该导频收到HDM消息中不包含该导频且其对应的T_TDROP计时器已经超时导频强度超过T_ADD 相邻集收到邻区列表更新消息NLUM中包含该导频剩余集对应的计数器的计数值超过NGHBR_MAX_AGE，或者出现相邻集满

小结 • 在CDMA系统中软切换技术，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：软切换先接后断，通信中断的概率大大降低；采用分集接收的思想，抵抗衰落；基站宏分集接收提供通信保证；使移动台的发射功率降至最小，降低其对系统的干扰。

硬切换宏分集 硬切换在源测进行判决的时候，依据当前的无线环境和数据配置生成位于同一BSC下的多个硬切换目标导频，使手机在进行硬切换的同时即进入了软切换的状态，提高了切换成功率，这就是硬切换宏分集。 • 目标可测量切换，可以准确地知道目标导频的强度，判决时主要依据手机测量到的无线环境情况生成多目标集，其准确性及切换的成功率较高，如：伪导频、MAHHO、同频硬切换。 • 目标不可测量切换，主要是依据数据配置完成目标集的选择，如：HANDDOWN、直接硬切换。 • 从提高硬切换成功率的角度来说，目标可测量切换应优于目标不可测量切换。

异频测量 手机通过不断测量和报告其接收到的各个异频导频信道的信号强度，来辅助基站进行硬切换判决。详细过程如下： • BSC配置基站的异频相邻关系表（DFNBRPILOT），通过候选频率请求消息（CFSRQM），更新手机的候选频率相邻集（candidate freq neighbor set） • 手机不断测量候选频率相邻集的导频强度 • 当导频强度符合预定门限（CF_T_ADD），手机向BSC报告候选频率搜索报告消息（CFSRPM），辅助BSC进行硬切换判决

手机辅助硬切换(MAHHO) MAHHO主要包括两个过程： • 在候选频率上搜索到合适的导频，将结果报给基站 • 切换到一个新的频率上候选频率搜索请求消息(Candidate Frequency Search Request Message) 候选频率搜索响应消息(Candidate Frequency Search Response Message) 候选频率搜索控制消息(Candidate Frequency Search Control Message) 候选频率搜索报告消息(Candidate Frequency Search Report Message) 通用切换指示消息(Universal Handoff Direction Message)

伪导频硬切换1 • 触发：PSMM消息会将测量到的与激活集具有同频相邻关系的伪导频的强度进行上报。 • 获得硬切换目标：将PSMM中所有伪导频对应的真实导频（同一频点）做为硬切换宏分集的目标。 • 判决：软切换目标激活集导频的综合强度低于伪导频TADD且伪导频硬切换目标的强度高于伪导频绝对门限，或它们的差值高于伪导频相对门限，触发硬切换。

伪导频硬切换2 • 不需要手机进行异频搜索。 • 在网络规划时，要保证伪导频与它所代表的真实导频的覆盖大致相同。 • 需要额外的硬件，增加了网络成本。 • 由于异频搜索会中断在当前频率上的服务，故在对通信质量要求特别高的地方，可以考虑采用伪导频硬切换。 • IS95A手机不具有异频搜索功能，采用伪导频，也可以使此类手机成功地切换到异频上。

HANDDOWN硬切换 软切换 HANDDOWN硬切换 • 在同一个扇区下配有两个载频，则其中一个可作另一个的HANDDOWN目标。 • HANDDOWN硬切换利用了同扇区内硬切换成功率高的特点，首先进行扇区内的硬切换，目的是在扇区内的另一频点上同其它具有相同频点的扇区间进行软切换。

Tsys 传播时延T1 传播时延T2 直接硬切换 RTD（round trip delay，环路时延) 判决： DirectHhoTadd：软切换目标激活集的强度需要低于该参数。 DirectHhoRtd：当前激活集导频的最小RTD需要大于此参数。 • 前向信号到达手机：延时Tsys+T1 • 基站收到反向信号：总的延时T1+T2 =>RTD • 优点：纯粹软件方法，不增加成本。 • 缺点：由于多径效应，利用RTD估计的距离可能不准确；如果有多个相邻小区，而且用户移动的方向不确定时，难以确定合适的目标小区。

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