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1、分类号：U DC：密级：编号；工程硕士学位论文移动通信网越区切换技术的研究硕士研究生：鲁孟杰指导教师：谢红教授企业导师：于丽萍高级工程师学位级别：工程硕士工程领域：电子与通信工程所在单位：信息与通信工程学院论文提交日期：2 0 0 8 年5 月论文答辩日期：2 0 0 8 年6 月学位授予单位：哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学硕十学何论文摘要信息时代是一个技术飞速发展的时代，随着人们需求的不断提高，蜂窝移动通信技术也在不断的提高系统本身的容量以及质量。从模拟到数字，从单一的话音业务到现如今多媒体数据业务的蓬勃兴起，我们看到的是蜂窝移动通信技术在不断的改进，以满足各种宽带业务的需求。由于用户的不断增
2、加，而系统资源很有限，所以如何利用有限的频率资源，达到更高传输速率，以满足多媒体宽带业务的需求，已经成为下一代移动通信研究所必须解决的问题。而无线资源管理与控制功能正是缓解和解决这一问题的重要途径之一。由于移动通信系统采用蜂窝结构，所以，移动台在跨越空间划分的小区时，必然要进行越区切换，即完成移动台到基站的空中接口的转移。而切换算法的优劣，直接决定了系统掉话率的高低，追本溯源，掉话率的高低也是系统所能容纳用户数的一个关键因素。因此切换技术的研究是无线资源管理研究的一个重要组成部分。本文正是基于以上种种因素，对蜂窝移动通信的发展历程进行概述，详细介绍了蜂窝和越区切换的概念，对切换技术的研究现状作
3、了总结评述，并构建了单小区蜂窝移动通信系统模型，研究基于多种业务优先的切换排队策略、基于发射功率的自适应速率切换策略、多种优先排队预留的切换策略切换相关的算法，并通过计算机仿真分析，在切换性能上得到很大提高，从而使得切换掉话率大大降低。关键词：蜂窝移动网；越区切换；排队策略；资源预留哈尔滨工程大学硕+学位论文A B S T R A C TT h ea g e so fi n f o r m a t i o ni st h ea g e sw i t ht h er a p i de v o l u t i o no ft h et e c h n o l o g y T h ec e l l
4、u l a rm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e mh a sb e e ni m p r o v e dc o n s t a n t l yw i t hm o r ea n dm o r ed e m a n d so ft h ep e o p l ei no r d e rt oe x p a n dt h ec a p a c i t yo fc o m m u n i c a t i o ns y s t e mi nr e c e n td e c a d e s F r o ma n a l o gc o m m u n
5、 i c a t i o nt od i g i t a lc o m m u n i c a t i o n，f r o ms i n g l ev o i c es e r v i c et ot h ec o m i n gm u l t i m e d i ad a t as e r v i c e s，w h a tw es e ei st h et e c h n o l o g yo fc e l l u l a rm o b i l ec o m m u n i c a t i o ni m p r o v e dc o n s t a n t l y,t om e e tt
6、h ed e m a n do fv a r i o u sB r o a dB a n ds e r v i c e s B e c a u s et h ec u s t o m e ri n c r e a s e sc o n t i n u o u s l y，b u tt h es y s t e mr e s o u r c e si sv e r yl i m i t e d，S Oh o wt om a k eu s eo fl i m i t e df r e q u e n c yr e s o u r c e，a n da t t a i nt h eh i g h e
7、 rb a u dr a t e，t os a t i s f yt h ed e m a n do fm u l t i m e d i aB r o a dB a n ds e r v i c e s，h a v ea l r e a d yb e c o m et h ep r o b l e mt h a tm u s tb er e s o l v e di nt h er e s e a r c ho fn e x tg e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s B u tw i r e l e s sr e s
8、 o u r c em a n a g e m e n ta n dc o n t r o li sj u s to n eo ft h ei m p o r t a n tw a y so fr e s o l v i n gt h ep r o b l e m B e c a u s em o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e mi sas t r u c t u r eo fc e l l u l a r，t h eh a n d o f fi san e c e s s a r yp r o c e s so fm o b i l et
9、 e r m i n a l，w h e ni tc o m et ot h ev e r g eo fc e l l u l a r，i no t h e rw o r d s，a c h i e v et h et r a n s f e ro ft h ea i ri n t e r f a c ef r o m m o b i l et ob a s es t a t i o n。A n dt h a t，w h e t h e rt h ep e r f o r m a n c eo ft h eh a n d o f fa l g o r i t h mi sg o o do rb
10、 a d，d i r e c t l yd e c i d et h a tt h ed r o pr a t ei sh i g ho rl o wi ns y s t e m U l t i m a t e l y,t h ed r o pr a t ei sak e yf a c t o ro ft h en u m b e rh o wm u c ht h es y s t e mC a na c c e p tt h ec u s t o m e r，t h e r e f o r e，t h er e s e a r c ho fh a n d o f fi sa ni m p o
11、 r t a n tp a r tt h er e s e a r c ho fw i r e l e s sr e s o u r c em a n a g e m e n t T h i st h e s i se x a c t l ya c c o r d i n gt oa b o v ev a r i o u sf a c t o r s，g e n e r a l i z et h ed e v e l o p m e n tp r o c e s so fc e l l u l a rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s，d e t a
12、i l e d l yi n t r o d u c et h ec o n c e p t so fc e l l u l a ra n dh a n d o f f,s u m m a r i z et h er e s e a r c ho ft h et e c h n o l o g yo f哈尔滨T 程大学硕士学何论文h a n d o Ea n dd e s i g nt h es y s t e mm o d e lo fs i n g l ec e l l u l a rm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m，t or
13、e s e a r c hv a r i o u sh a n d o f fa l g o r i t h m，i n c l u d e：t h eq u e u i n go fh a n d o f fc a l l sw i t hv a r i o u sp r i o r i t i e so fs e r v i c et y p e，t h es c h e m eo fa d a p t i v er a t ec o n t r o lb a s e do nt r a n s m i t t i n gp o w e r,t h es c h e m eo ft h e
14、q u e u i n go fh a n d o f fc a l l sr e s e r v i n gr e s o u r c ew i t hv a r i o u sp r i o r i t i e s B yc o m p u t e rs i m u l a t i o n，g e ta n da n a l y z et h eg r a p ho fp e r f o r m a n c e，t h ep e r f o r m a n c eo fh a n d o f fh a sb e e ni m p r o v e dv e r ym u c h，a n dt
15、 h ed r o p p i n gp r o b a b i l i t yo fh a n d o f fc a l l sh a sb e e nd e c r e a s e dq u i t eal o t K e yw o r d s：c e l l u l a rm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m；h a n d o 恁t h es c h e m eo ft h eq u e u i n g；r e s e r v m gr e s o u r c e哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是
16、在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字)：塞盖垒E l 期：渺譬年岁月幻日哈尔滨下程大学硕士学位论文第1 章绪论随着社会的进步、经济秘科技的发展，特剐是计算桃、程控交换、数字通信的发展，近些年来，移动通信系统以其显著的特点和优越性能得以迅猛发展，应用在社会的各个方面，无线遽信的发展潜力大于有线通信的发展，它不仅仅提供普通的电话业务功能，
17、并能提供或即将提供丰富的多种业务，满足耀户的需求。过去十年全球移动无线通信得到了很大的发展，无线通信技术经历了为商业使用的第一代移动通信系统，现在广泛使用的第二代移动通信系统，以及将要试用的第三代移动通信系统。1 1 蜂窝通信系统概述从4 0 年代初期，贝尔实验室提出蜂窝的概念，到7 0 年代朱，美国推出第一个蜂窝系统A M P S，再到现在通用的第二代蜂窝移动通信系统(G S M，I S 9 5，C D M A 2 0 0 0)，以及将要应用的第三代蜂窝移动通信系统(W C D M A，C D M A 2 0 0 0，T D S C D M A)，蜂窝通信系统已经得到了长足的发展。1 1 1
18、 蜂窝移动通信系统的回顾世界范豳的蜂窝移动通信系统，根据其发展历程和发展方向，可以划分为三个阶段：1、第一代模拟蜂窝通信系统第一代移动电话系统采用了蜂窝组网技术。现在存在于世界各地比较实用的、容量较大的系统主要有：北美的A M P S、北欧的N M T-4 5 0 9 0 0、英国的T A C S；其工作频带都在4 5 0 M H z 和9 0 0 M H z 附近，载频间隔在3 0 k H z 以下。鉴于移动通信用户的特点：一个移动通信系统不仅要满足小区内、越区及越区自动转接信道的功缝，还应具有处理漫游用户呼瑟堪(包括主被羹堪)的哈尔滨工程大学硕士学位论文功能。因此移动通信系统不仅希望有一个
19、与公众网之间开放的标准接口，还需要一个开放的开发接口。由予移动通信是基于固定电话网的，因此由于各个模拟通信移动网的构成方式有很大差异，所以总的容量受着很大的限制。鉴于模拟移动通信的局限性，因此尽管模拟蜂窝移动通信系统还会以一定的增长率在近几年内继续发展，但是它有着下列致命的弱点：1)各系统间没有公共接口。2)无法与固定网的迅速向数字化推进稆适应，数字承载业务很难开展。3)频率利用率低，无法适应大容量的要求。4)安全。利用率低，易于被窃听，易做“假机”。这些致命的弱点将妨碍其进一步发展，因此模拟蜂窝移动通信将逐步被数字蜂窝移动通信所替代。然丽，在模拟系统中的组网技术仍将在数字系统中应用。2、第二
20、代数字蜂窝移动通信系统由于T A C S 等模拟制式存在的各种缺点，9 0 年代开发出了以数字传输、时分多址和窄带码分多址为主体的移动通信系统，称之为第二代蜂窝移动遥信系统。在第二代蜂窝系统中，系统设计和标准都采用了一些新的和成熟的技术。典型的系统有时分多址接入(两M A)和扩频码分多址接入(C D M A)1)T D M A 系统T D M A 是用户在时间域上共享无线频谱，每个用户分配一个时除，每个用户使用整个频带或部分频带。T D M A 系列中比较成熟和最有代表性的制式有：泛欧G S M、美国D。A M P S 和日本P D C。(a)D。A M P S 是在1 9 8 9 年由美国电
21、子工业按会E I A 完成技术标准制定工作，1 9 9 3 年正式投入商用。它是在A M P S 的基础上改造成的，数模兼容，基站和移动台比较复杂。(b)日本的J D C(现已更名为P D C)技术标准在1 9 9 0 年制定，9 3 年使用，只限于本国使用。2哈尔滨下程大学硕士学位论文(c)欧洲邮电联合会C E P T 的移动通信特别小组(S M G)在8 8 年制定了G S M 第一阶段标准p h a s e l，I 作频带为9 0 0 M H z 左右，9 0 年投入商用；同年，应英国要求，工作频带为1 8 0 0 M H z 的G S M 规范产生。上述三种产品的共同点是数字化、时分多
22、址、话音质量比第一代好、保密性好、可传送数据、能自动漫游等。三种不同制式各有其优点，P D C 系统频谱利用率很高，而D A M P S 系统容量最大，但G S M 技术最成熟，而且它以O S I 为基础，技术标准公开，发展规模最大。2)C D M A 系统C D M A(码分多址)系列主要是以高通公司为首研制的基于I S 9 5 的N-C D M A(窄带C D M A)。北美数字蜂窝系统的规范是由美国电信工业协会制定的，1 9 8 7 年开始系统研究，1 9 9 0 年被美国电子工业协会接受，由于北美地区已经有统一薛A M P S 模拟系统，该系统按双模式设计。随露频带扩展到1 9 0 0
23、 M H z，即基于N C D M A 的P C S l 9 0 0。3、第三代弧疆2 0 0 0随着用户的不断增长和数字通信的发展，第二代移动电话系统逐渐显示童它的不足之处。首先是频带太窄，不能提供如高速数据、移动视频传输和多媒体等的各种宽带信息业务；其次是G S M 虽然号称“全球通”，实际未能实现真正的全球漫游，尤其是在移动电话用户较多的国家如美重，酲本均来得到大规模的应用。而随着科学技术和通信业务的发展，需要的将是一个综合现有移动电话系统功能和提供多种服务的综合业务系统，所以国际电联要求在2 0 0 0 年实现商用化的第三代移动通信系统，即D d T 2 0 0 0，它的关键特性有：1
24、)包含多种系统；2)世界范围设计的高度一致性；3)M T 2 0 0 0 内业务与固定网络的兼容；4)高质量；哈尔滨工程大学硕十学位论文5)世界范围内使用小型便携式终端。具有代表性的第三代移动通信系统技术主要存在三个标准：1)W C D M AW C D M A 标准是囱E T S I 提出的，是由A R I B 在日本建立的C D M A 方案与欧洲E T S I 的C D M A 方案融合而成的，代表厂商有爱立信、诺基亚、N 肼。W C D M A 采用D S C D M A 多址方式，码片速率3 8 4 M c h i p s，载波带宽为5 M H Z。系统的核心网基于G S M M A
25、 P，同时通过网络扩展方式提供基于A N S I 4 1 的核心网上运行的能力。2)C D M A 2 0 0 0美国T I AT R 4 5 5 向I T U 提出的R T T 方案称为C D M A 2 0 0 0，其核心是由朗讯、摩托罗拉、北方电讯和高逶联合提出的宽带C D M Ao n e 技术，采用多级D S C D M A，射频信道带宽1 2 5 1 0 2 0 M H z，P N 码片率为1 2 8 8 3。6 8 6 4 7 3 7 2 8 1 4 7 4 5 6 M b p s。采潮多级的隧的在于将5 M H z 分为3 个1 2 5 M H z 带宽的信道，以便于使I S
26、9 5 平滑过渡到第三代移动通信系统。C D M A 2 0 0 系统的核心阚基于A N S I-4 1，同时通过网络扩展方式提供基于G S M，M A P 的核心网上运行的能力。3)T D S C D M AT D S C D M A 是由我国电信科学技术研究院(C A T T)提出，是C A T T 的T D S C D M A 与西门子的T D。C D M A 先进技术的合并。代表厂商为C A T T 和西门予。该方案将F D M A T D M 刖C D M A 组合在一起。其特点是信道间隔扩展为1 6 M H z，但它的帧结构和时隙结构与G S M 相同，扩展因子为1 6，可支持每时
27、隙8 个用户。由于每时隙仅8 个用户(码分)，故可采用联合检测(J o i n tD e t e c t i o n)从而不需快速功率控制和减少码间于扰，另外还可采用时分双工(T D D)。移动台将采用双模手机，以便在网络、信令层与G S M 兼容。此方案便于由G S M 平滑过渡到第三代，故受到很多G S M 供应商支持。4哈尔滨工程大学硕+学位论文1 1 2 蜂窝系统的概念很多商业的无线电和电视系统被设计成尽可能大的覆盖面积。这些系统运行在允许的最大功率和最高天线上。频率不能再用，除非地理上有足够的差距，一个发射站不会干扰另一个相同频率的发射站。蜂窝系统采用了相反的方法，为了允许在最短距离
28、的频率再用，采用低功率发射，以使得可用信道的有效使用，最大化一个地理区的每个信道再用的次数，这是有效的蜂窝系统设计的关键。蜂窝系统是很多低功率的无线电波扩展到整个服务区，每一个无线电波组称为一个小区，发射功率可提供本小区边缘的用户通信需要，小区的半径大至2 6 k m，小至2 k m，在实际中，小区的覆盖不是规则形状的，确切的小区覆盖决定于地势和其它因素，为了设计方便，我们做一些近似，假定为覆盖区为规则的多边形，如全向天线小区，覆盖面积近似为圆形，为了获得全覆盖，无死角，小区面积多为正多边形，如正三角形、正四边形、正六角型。采用正六角型主要有两个原因：第一，正六角型的覆盖需要较少的小区，较少的
29、发射站；第二，正六角型小区覆盖相对于四边形和三角形来说费用小。为了使移动通信系统的业务容量最大，同时使移动台在各种速度时切换最少，除了最大限度地提高频谱效率外，对于移动台诸如移动特性、输出功率及所用业务类型等不同参数，使用不同类型的蜂窝可能是有利的。同一地理区域同时运用不同类型的蜂窝是可能的。蜂窝层大体可分成巨区、宏区、微区及微微区，但并不意味着仅这四类。蜂窝半径即无线电可靠的通信范围，它与输出功率、业务类型、接收灵敏度、编码及调制等有关；终端速度即基站与移动台的相对速度，与移动特性有关，其大小决定了区间切换的次数；基站的安装高度与蜂窝半径有关，半径越大安装高度也越大。为了降低小区间的干扰，相
30、邻小区使用不同频率，而为了提高频谱效率，用空间划分的方法，在不同的空间进行频率再用。即若干个小区组成一个区5哈尔滨工程大学硕士学位论文群(C l u s t e r)，区群内的每个小区占用不同的频率，占用给定的频带。另一区群可重复使用相同的频带。不同区群中的相同频率的小区产生同频干扰，即共道干扰。1 2 蜂窝移动通信系统中的越区切换在蜂窝移动通信网络中，移动用户的越区切换技术是支持移动用户移动性的关键技术之一。它可以使得移动用户在移动中一直保持通信业务的连接。1 2 1 什么是越区切换越区切换简单的说，就是当移动用户从一个蜂窝小区移动到另一个蜂窝小区时，目标蜂窝小区会与移动用户建立一个新的连接
31、，移动用户与旧的蜂窝小区之间的连接被释放掉。越区切换是蜂窝移动网络的特点之一，是保证服务质量的重要环节。越区切换可以被认为是蜂窝通信中最复杂和最重要的过程。它被用于保证无线资源在移动环境发生改变时的连续性。切换过程必须快速准确，目标小区的选择必须是最佳的。切换成功率在服务质量测量中被认为是一个敏感的指标，这关系到对用户提供的服务质量。在两项服务质量指标呼叫的接通率和呼叫掉话率，掉话率明显比呼叫拒绝更受到用户的关注。1 2 2 越区切换的过程切换过程通常被分为三个主要阶段：1)监控和测量无线链路2)目标小区确定和切换启动3)切换执行(有效的链路转换)每个切换阶段必须符合一定的约束。在测量阶段，测
32、量时延必须小于越过小区的持续时间。另外切换决定连通目标小区确定的持续时间应足够短，以便进行及时的切换。最后执行阶段应尽可能快地完成，使无线链路丢失地6哈尔滨工程大学硕士学佗论文概率和由于链路切换产生地服务质量下降最小。在处理切换问题时要涉及多方面的知识，具体包括：1)测量报告2)目标小区的定位算法3)频率、基站、M S C 边界的规划4)小区内部切换5)小区负荷分担6)切换的信令过程等1 2 3 越区切换启动的准则机制1)信号强度当基站或移动台接收到的信号很弱时，通过增加基站的发射功率或命令移动台增加它的发射功率，但如果信号电平持续在门限以下，启动切换。接收信号强度准则是最为常用的切换准则。由
33、于移动信道的影响，对于接收信号的测量必须经过一个平均的过程，这样才能获得比较可靠的测量结果，从而防止过早的启动切换过程，同时，为了避免切换过程中的“乒乓效应”，还引入了滞后参数。常见的平均窗口有矩形窗和指数窗两种，由于指数窗较为复杂，所以实际应用一般采用简单的矩形窗平均。如何适当地选择平均窗的长度以及滞后门限将直接影响到该准则的实际性能。在实际系统中，将针对不同类型的切换而选择不同的平均窗长度以及滞后门限。2)信号质量有时候信道遭受到的干扰可能引起信号质量较大的衰减，使前向纠错不能产生可接受的质量水平。这时需要切换到质量更好的信道，即使原来信道的接收电平仍然足够强。尽管接收信号强度准则在实际系
34、统中易于实现，但是它不适用于干扰受限的系统，因为它没有将系统中的干扰考虑进去。为了克服接收信号强度准则的不足，可以采用信号质量切换准则。由于信号质量(C I R，B E R，误帧率等)也会受到移动信道衰落和阴影的影响而有所波动，因此，为了提供准确的切换指示，也需用到加窗平均和滞后门限的方法。7哈尔滨工程大学硕十学位论文3)移动台到基站的距离各服务小区中移动台到基站间的距离限制与网络无线规划中规定的该小区的大小有关。各小区的距离限制将被存入基站数据库中，不断的检查实际距离(实际距离和时间提前量成比例)，超过门限就必须无条件地执行切换。实际系统中将距离准则作为前两种切换准则的一种辅助参考。4)功率
35、预算在改善网络的整体性能中，最重要的是使发射功率最小，因为这可以使移动通信网中干扰电平的统计平均值减少。为此，可以发生功率预算基础上的切换，即使原服务小区的接收电平和服务质量都是可接受的。5)没有被分配的信道中的干扰在空闲信道中选择新的最往信道时，基站对空闲信道上的噪声电平进行测量，这个信息可用于切换时目标信道的选择，也可焉在呼瑟唾建立时信道分配过程中。6)话务量原因小区可以通过把正在通信的时间提前量较大的移动台切换到裙邻小区来减轻拥塞。因为这样的移动台都是处在小区边缘，因此它既在服务小区的覆盖范围内，也在相邻小区的覆盖范围内。由于话务量原因引超的切换由M S C 或B S C 控制。另一个使
36、用的环境就是通过层闻的切换实现话务量的分配。7)移动台位置信息的辅助切换(o S 珏)无论是在霹络侧还是移动台侧得到的关于移动台的位置信息都会在未来的移动通信中为切换机制带来相当可观的好处。一方谣，用户数量的快速增长，特别是在人口密集的地区。为了满足业务量的快速增长，提高系统的容量。采用分层结构的蜂窝移动通信系统得到了发展。微小区和微微小区可以大大提高频谱的利用率，从蔼提高系统的用户容量，但是由此导致用户在通话中的切换次数大大增加，使得信令的负荷加重且通话的中断概率大大增加。铁业务质量的焦度来看，通话中断概率的增加比呼叫阻塞的增加更让用户难以接受。L S H 切换机制联合利用了移动台的位置信息
37、和信号的强度来确定是否需要切换，使褥移动通信中的切换机制更为智能。与传统的切换机制不同，L-S H 决定切换与否是由移动台的位置信息和当前信号的强度共同决定的。另外，在3 G 系统中，无论是8哈尔滨T 程大学硕士学位论文通过B S C 还是R N C(无线网络资源控制器)，移动台的辅助位置信息都可以在很短的时间内得到。1 2 4 越区切换的分类1)从切换的方式上分，可分为：硬切换，软切换，更软切换(a)硬切换是指一个时间只有一个业务信道可用时发生的切换。在这种切换方式下，移动台先中断与原基站的联系，蒋与新基站取得联系。F D M A和T D M A 移动通信系统使用硬切换。在第三代穆动通信系统
38、中，硬切换通常发生在分配不同频率或者不圊的帧偏置的C D M A 信道之间。(b)软切换是指在引导信道的载波频率相同时隙小区之间的信道切换，这种切换只是引导信道P N 序列偏移的转换，瓤载波频率不发生变化。在切换过程中，移动台同时与原基站和新基站都保持着通信链路，当移动台慢慢离开原先的服务小区，将要进入另一个服务小区时，原基站与移动台之闻的链路将由新基站与移动台之间的链路来取代。因此，软切换没有中断通信，提高了透信质量。(c)更软切换是由基站完成的，并不通知M S C。对于移动台来说，不同的扇区天线相当于不同的多径分量，被合并成一个话音帧送至选择器，作为基站的话音帧。而软切换是由M S C 完
39、成的，将来自不同基站的信号都送至M S C 的选择器，由选择器选择最好的一路，再进行话音的编解码。3 G 系统将在使用相同载波频率的小区间实现软切换，即移动用户在越区时可以与两个小区的基站同时接通，只要相应改变扩频码，即可做到“先接通再断开”的交换功能，从而大大改善了切换时的通话质量。但软切换具体的实现方法和步骤还有待进一步研究，在C D M A 2 0 0 0 中，软切换的实现是通过移动台不间断的搜索导频信号并测量它们的强度完成的，当移动台检测到某一个导频信号具有足够的强度TA D D 导频检测门限)时，移动台向基站发送导频强度测量信息，在该消息中列举了移动台所检测到的导频。基站为移动台分配
40、一个与该导频信道对应的前向业务信道，并且向移动台发送切换指9哈尔滨下程大学硕士学位论文示消息，指示移动台进行切换。目前，一种基于位置敏感的切换算法随着G P S定位系统的实施被提出。而不同载波的小区间的切换必须要用硬切换，所以切换技术中还有许多问题需要解决。另外，由于未来移动通信系统的核心网为m 网，这势必会给移动用户的切换带来新的问题和挑战，要使得未来移动通信系统中切换技术褥以实现，就必须对现有切换技术进行改进。2)根据发起切换和执行切换者的不同，可分为：M C H O(M S 控制切换)，N C H 0(网络控制切换)，M 崩O(M S 辅助切换)(a)移动台控制的切换(M C H o)：
41、这种方案为分散控制方案，移动台连续监测当前基站和几个切换时候选基站的信号强度和质量，当满足某种准则后，移动台选择具有可用资源的最佳侯选基站，发起切换请求。(b)移动台辅助切换(M A H O)：这种方案对切换过程的控制比较分散，网络要求移动台测量周围基站的信号并把结果报告给旧基站以便网络决定何时进行切换及切换到哪一个基站。(c)网络控制切换(N C H 0)：在这种方案中，移动台完全处于被动地位，网络要求移动台周围的所有基站都监测该移动台的信号，并把测量结果报告给网络，网络从这些基站中选择一个基站作为切换的新基站，并经旧基站通知移动台和新基站。这三种切换方式各有所长，它们的特点如表1 1。表董
42、I 三种切换方式对照表协议移动台(M S)基站(B S)移动交换切换信令类中心时闻负荷型(M S C)监测当前连接做出切换小N C H O被动的质量，将结决定，通 l s高区果报告M S C知M S间1 0哈尔滨工程大学硕士学位论文对当前信道监测当前连接小和邻近小区质量，做出切监测切换区的信道进行换的决定并通间M A H O过程并通I s高小周期性的测知M S C 和M S知新基站量；将结果报或将测量结果区告基站；送M S C内小监测信道质监测信道质监测切换区量，选择新基量，将结果送间M C H O站，做出切换M S，将切换的过程并通l O O m s低小的决定并通决定送M S C知新基站区知
43、基站内3)根据移动用户的移动性，在分层的移动通信网络中，切换又可分为：水平切换与垂直切换。移动通信网络中在同一网络的相同分层上进行切换，通常称为水平切换。在不同网络或不霜层次之闻的切换称为垂直切换。未来的移动网络将是一种分层结构，每层都具有自己的特性，如宏蜂窝，徽蜂窝和微微蜂窝分别覆盖不同的范圈，支持不同的数据监务。未来移动通信系统应该在这种分层环境下支持不同级别的多媒体业务，一般来说水平切换较易实现低时延，无数据损伤，但是对于垂直切换实现无缝隙的快速切换是面临的难题之一。量2。5 性能评价准别1)阻塞率阻塞率是指在一个小区内，由于业务量过大，信道数不够引起的新发起呼叫不能被接入。与系统C I
44、(无线环境载干比)要求无关。2)掉话率掉话率指的是移动用户伽小于C I 门限时间超过，而未能在给定时哈尔滨t 程大学硕十学位论文 B j 冈元厩到新J、区切浃向引起逋诸被例新。掉话率=鬻3)低服务质量率低服务质量用户是指用户非掉话情况下，C 锺大于謦标C 1 的时间与逶话总时间之比小于等于5 的用户。低服务质量率=笪堕笔警。4)服务满意率。服务满意用户是指垡堕鼋翼孽堇掣9 5 的用户。通话总时间一。满意率=鬻T。越朋姒1 3 越区切换研究的目的前面我们提到越区切换是蜂窝系统中最重要的一个特点，随着全球用户以及业务的不断增长，系统容量受限是一个很严重的问题，丽如何高效的利用有限的资源使得用户得到
45、最满意的服务已经成为一个研究的热点，另外由于蜂窝系统是一个频率复用的系统，小区的划分使得切换成为系统中重要的过程。高效的越区切换技术，能够在有限的资源下，在满足一定的新呼叫阻塞率的情况下，最小的降低切换用户的掉话率，而这正是我们要得到的。在处理切换呼强q 的问题上，各种切换算法基本上都是以呼叫阻塞率的增加为代价换取切换掉话率的降低的，这主要是因为与业务一开始就不能接通相比，用户更不能忍受通话的突然中断。僵从系统承载业务量的角度考虑，只有减少初始呼叫的阻塞，才能够提高系统实际能承载的业务量。因此需要在降低切换掉话率的同时尽可能地降低初始呼瓣q 的阻塞率。1 2哈尔滨工程大学硕士学位论文1 4 论
46、文主要工作本文的工作主要有两大部分：l 对切换技术的研究现状作了总结描述，具体到各种切换算法详细分析，包括本文第二章的全部内容。2)建立了蜂窝移动通信系统模型，研究目前常用的切换相关的算法，详细到切换排队、资源预留、二者相结合三种主要切换方式中的一些算法，包括本文第3 章到第5 章的全部内容。具体如下：第3 章对现有切换排队算法进行仿真研究，主要采用基于多种业务优先的切换排队策略。通过计算机仿真，将包括F I F O、M B P S、S P P Q 等在内切换排队策略运用在多种优先级的切换业务上，在单小区蜂窝移动通信系统模型中，将基于多种业务优先的切换排队策略鞠F I F O、M B P S
47、进行性能对比，并麸性能越线上分析切换呼叫掉话率和呼叫阻塞率。第4 章对现有资源预留算法进行仿真研究，主要采用基于发射功率的鸯适应速率切换策略。通过计算机仿真，将改进的基于发射功率的自适应速率切换策略和无优先级速率降级策略以及单纯的保护门限(G C)方案运用在多业务的七小区复用蜂窝移动通信系统模型中，进行性能对比，著从性能曲线上分析切换呼器唾掉话率和呼叫阻塞率。第5 章对现有切换排队和资源预留糨结合的算法进行仿真研究，主要采用多种优先排队预留的切换策略。通过计算机仿真，将基于多种优先排队预馨的切换策略和单纯的保护门限(G C)方案运用在多业务单小区蜂窝移动通信系统模型中，进行性能对比，共从性能曲
48、线上分析切换呼B q 掉话率和呼叫阻塞率。哈尔滨T 程大学硕十学位论文2 1 引言第2 章业务模型和越区切换方案随着移动通信技术的快速发展，为了满足在有限频谱容量下用户量迅速增加的需求，小区逐步向微蜂窝、微微蜂窝发展；同时，用户的移动速度加快，导致了面瞧切换的用户数增加以及用户通话过程中切换的更为频繁，通话过程中因切换导致的中断也随之增加。此外，传输带宽的增长扩大了移动通信的监务种类，由原来单纯的纯语音韭务发展至l 语音业务与数据业务相结合，以及即将出现的移动I n t e m e t、图像、实时视频传输等业务。因此，在多业务条件下的切换优先算法对于未来移动通信裔着相当重要的意义。2 23 G
49、 移动通信的业务模型在基于C D M A 技术的3 G 系统中，根据各类业务不同的时延要求，将业务划分为蹬类释0】：1)会话型业务(C o n v e r s a t i o n a lC l a s s)，如语音业务(包括电路交换的话音业务及基于p 的分组话音业务)和视频电话业务；2)流式业务(S t r e a m i n gC l a s s)，如流式多媒体业务(M P 3 在线播放、网络电影等业务)；3)交互式业务(I n t e r a c t i v eC l a s s)，如W E B 浏览，数据库检索业务；4)后台业务(B a c k g r o u n dC l a s s)
50、，如E M A I L，短消息，文件传输业务，霹传统的尽力而为(B e s tE f f o r t)型业务。这四类业务中，会话型业务与流式业务属于实时业务，可以采用西南连接鹩方式传输；交嚣式业务与后台业务属于非实时业务，可以采用无连接方式传输。会话型与流式业务以实时连接方式传送，其Q o S(服务质量)要求表现为对时延相当敏感，但可以容忍一定程度(1 0 心量级)的误码；交互式与后台业务采用嚣实时连接方式传送，其Q o S 要求表现为误码率极低，通常在l 酽1 4哈尔滨下程大学颂十学位论文至 j l O 曲量级 3】，但可以容忍较大的时延。业务的多样性、Q o S 要求的严格性以及无线资源的