WCDMA系统的软切换算法技术研究参考模板

1、 摘要在CDMA系统中，作为无线通信的一项至关重要的技术，软切换得到了越来越多的关注。在什么条件下执行软切换、采取哪一种软切换策略、软切换的性能如何等等问题构成了软切换控制的核心问题。WCDMA 系统是当今第三代移动通信系统的主流标准之一，研究在该系统中的软切换问题具有重大的现实意义。本文首先介绍了第三代移动通信技术以及切换技术的一些前提背景知识；然后介绍了WCDMA系统的构成。接下去讨论了WCDMA系统的无线资源管理技术和切换技术，通过对几种切换类型的对比，得出软切换的优势所在。紧接着着重介绍了WCDMA的软切换三个过程，测量、判决和执行阶段。在此前提下，提出了几种不同的算法和不同的仿真模型

2、，以及对系统性能指标的衡量。然后论述了几个重要的参数对系统性能的不同影响，并给出了了最佳值，以进一步优化其网络系统。最后对课题进行了总结，并展望了未来的软切换研究工作。关键词：WCDMA 软切换 算法 仿真 参数 / 38 ABSTRACTAs one of the crucial technologies for seamless communication in CDMA system, soft handover has been absorbed more and more investigations. When to carry on soft handover, which so

3、ft handover algorithm to be chosen and what the performances of soft handover are the kernel questions of the soft handover. WCDMA is one of the mainstream standards of the 3G cellular communication systems, the research and development of soft handover algorithm in WCDMA system is an important issu

4、e.First，this paper introduces the premise background knowledge of the third generation mobile communication technology and switching technology，then the composition of the WCDMA system is introduced，next it discusses the radio resource management technology and switching technology of the WCDMA syst

5、em. According to the comparison of Switch several types ，we can see the advantages of soft switching.Then this paper emphatically introduces the three prosses of WCDMA Soft switch，Measurement, judgment and implementation phases.In this context,it gives several different algorithms and different simu

6、lation models, as well as a measure of system performance indicators.And then the different effects of several important parameters on system performance are introduced. In order to further optimize their network systems，the best value is given.Finally ，some problems and suggestions are proposed.KEY

7、WORDS: WCDMA； Soft Switch； Algorithm； Simulation； Parameter 目录摘要IABSTRACTII目录III第一章 绪论11.1 第三代移动通信系统简介11.2 WCDMA的系统概述21.3课题的研究意义41.4论文结构4第二章 无线资源管理与切换技术52.1无线资源管理52.2切换简介62.3切换的分类72.3.1硬切换72.3.2软切换82.4软/硬切换的比较9第三章WCDMA的软切换研究103.1WCDMA系统中软切换过程103.2 仿真模型介绍113.2.1 无线信道传播模型113.2.2 业务类型模型143.3WCDMA系统软切换算

8、法143.4 WCDMA的软切换算法仿真模型163.4.2无线信道传输模型173.4.4移动模型183.5软切换仿真性能的衡量183.6 仿真结论18第四章 软切换参数影响和优化194.1参数切换门限和参数Time_to_trigger194.1.1切换门限204.1.2 参数 Time_to_trigger204.1.3切换门限和参数Time_to_trigger204.2 最大激活集数N的设置204.3权重系数W的设置214.4 WCDMA软切换的系统优化22结论23致谢24参考文献25 第一章 绪论1.1 第三代移动通信系统简介从第一代模拟技术到第二代GSM和CDMA，再到今天被各国广泛

9、关注的3G（第三代移动通信），全球移动通信发展一直牵动着世界电信业的神经中枢。3G从概念的提出，到今天逐步入实用化，期间走过了漫长曲折的道路。第三代移动通信技术的研究、发展和国际范围内的标准化早在第二代系统商用之时便已经开始。1996年ITU（国际电联）正式将1985年提出的FPLMT5（未来公共陆地移动通信系统）更名为ITM-2000，简称3G,从此3G成为国际电联ITU以及全球对第三代移动通信系统的总称。这项工作的目的在于鼓励合作，使各种相互竞争的技术能在一个全球兼容的无线通信系统上实现融合1。3G网络存在三大主流标准：一是WCDMA标准，也称为“宽带码分多址接入”，支持者主要是以GSM系

10、统为主的欧洲厂商；二是CDMA2000标准，也称为“多载波码分多址接入”，由美国高通北美公司为主导提出，韩国现在称为该标准的主导者；三是TD-SCDMA标准，中文含义为“时分同步码分多址接入”。2009年1月7日，工业和信息化部为中国移动、中国电信和中国联通发放三张第三代移动通信（3G）牌照。其中，中国联通获得WCDMA牌照，中国移动获得TD-SCDMA牌照，中国电信获得CDMA2000牌照，标志着我国正式进入第三代移动通信时代。中国拥有世界上最大的GSM网络，从国际上GSM发展演进方向来看，WCDMA是最适合GSM网络演进的标准，这一技术能够实现网络的平滑演进，获得最大的规模效益，最终使广大

11、的消费者以最低的成本享受3G服务2。1.2 WCDMA的系统概述 WCDMA 是以第二代移动通信系统 GSM 为基础进行演进的，所以 WCDMA 网络系统基本保持着和 GSM 相似的网络拓补结构，是由无线接入网（UTRAN：Universal Terrestrial Radio Access），Iu 接口（Interface Unit，连接 RAN 与 CN 之间的标准接口）和核心网(CN：Core Network)三部分组成，见图 1-1，图中 Node B 相当于 GSM 中的基站，UE（User Equipment）表示移动台，GSN（Gigabyte System Network）是千

12、兆字节系统网络，HLR（Home Location Register）表示归属位置寄存器，MSC（Mobile Switching Center）为移动交换中心【34。（一）无线接入网（UTRAN）UTRAN 包含一个或多个无线网络子系统（RNS：Radio Network Subsystem）。每个RNS 都是 UTRAN 内的一个子网，它包含一个无线网络控制器（RNC：Radio Network Controller）、一个或者多个 Node B。RNC 通过 Iur（Interface Unit RNC）接口彼此互联，而 RNC 和 Node B 通过 Iub（Interface Uni

13、t RNC and Node B）接口相连。RNC 是负责控制 UTRAN 无线资源的网络元素，它与 CN（Core Network）相连。RNC 包含支持不同 Node B 之间宏分集的合并、拆分功能，对需要和移动台有信令连接的切换作出决定。RNS 负责管理自身蜂窝所需的资源。对于用户设备和 UTRAN 间的每个连接，都有一个 RNS 是服务 RNS。Node B 的主要功能是进行空中接口 L1 层处理（信道编码和交织、速率匹配、扩频等）；它也执行了一些基本的无线资源管理操作，比如内环功率控制。在逻辑上，它对应于 GSM 的基站。（二）Iu 接口Iu 接口将 UTRAN 连接至 CN，它是一

14、个开放接口，并且将系统分成专用于无线通信的 UTRAN 和负责处理交换、寻找路由和业务控制的 CN 两部分。Iu 接口有两种类型，他们分别是用于将 UTRAN 连接至电路交换（CS）CN 的 IuCS 接口和连接至分组交换（PS）CN 的 IuPS 接口。（三）核心网（CN） WCDMA 核心网技术标准是在现有 GSM/GPRS 基础上发展起来的，依然沿用了目前 GSM/GPRS 系统的网络结构，对 GSM 有良好的继承性。WCDMA 核心网将 GSM网络中语音和分组数据业务的网络处理节点（MSC/GSN）集成为支持语音数据一体化的网络节点，具备如下特性：A支持电路/分组交换业务、实时/非实时

15、及自适应流量控制业务；B支持各种 QoS 需求和业务描述；C支持用户获得各种通信业务，包括许多未定义的多媒体和高速率业务。（四）WCDMA 的空中接口WCDMA 的空中接口Uu 接口，支持和 WCDMA 移动无线终端 UE 进行通信，其特点如下：A最高可达 2Mbit/s 的比特速率；B根据不同的带宽需求支持可变比特速率；C支持不同服务质量需求的业务，例如：语音、视频和分组数据业务复用到一条单一的连接中；D满足从对时延敏感的实时业务到比较灵活的尽力而为型的分组数据的时延要求；E支持 10的误帧率到10-6的误比特率的质量要求；F与第二代系统的共存以及支持为覆盖范围和负荷均衡而要在两种系统之间进

16、行切换的功能；G支持上、下行链路业务量不对称的服务如浏览网页造成的下行链路负荷远大于上行链路负荷；F高频谱利用率；G支持 FDD（Frequency Division Duplex）、TDD（Time Division Duplex）两种模式的共存。 图1-1 WCDMA的系统结构图1.3课题的研究意义 WCDMA技术继承了第二代移动通信体制GSM标准化程度高和开放性好的特点，标准化进展顺利。WCDMA支持高数据传输（慢速移动时为384kbit/s，室内走动时为2Mbit/s）和可变速传输。在移动通信系统中，无线资源管理起着非常重要的作用，它主要负责对系统可以使用的所有无线资源进行分配和管理，

17、其核心问题是在保证网络服务质量的前提下，提高频谱利用率。在第三代移动通信系统中，无线资源管理的内容更加丰富，切换作为其中的重要组成部分，必须与其他接纳控制、功率控制、负载控制和动态信道分配等RRM算法协调，对网络做到整体优化。WCDMA系统支持多种切换技术，其中软切换是CDMA系统特有的，移动台与基站（小区）间的新连接在建立之前保持原有的旧连接，这种切换方式大大降低了由于硬切换时间间隙引起的掉话概率。1.4论文结构本论文共分为5章：第一章，绪论，介绍课题的背景包括第三代移动通信系统的发展，WCDMA系统的简介，以及该课题的研究意义。第二章，介绍无线资源管理技术和切换技术。着重介绍了无线资源管理

18、技术的算法组成和切换的概念以及分类，最后比较了软/硬切换的优缺点。第3章 ，介绍WCDMA的软切换过程。着重介绍了WCDMA软切换的三个过程，仿真模型，以及典型的软切换算法和性能指标。第4章 ，介绍软切换参数影响和优化。主要以参数切换门限和参数Time_to_trigger 、最大激活集数N的设置、权重系数W的设置为重点，提出网络优化的问题，进一步提高系统效率和服务质量。第5章 ，对课题进行了总结，并对未来的发展进行了展望。 第二章 无线资源管理与切换技术2.1无线资源管理第三代移动通信的无线资源管理技术是提高系统容量和系统稳定性的根本技术，如图2-1所示，WCDMA系统中的无线资源管理技术包

19、括：功率控制，切换控制，负载控制和接纳控制等技术。 图2-1 WCDMA系统中的无线资源管理功能构成和其典型分布 功率控制技术是高容量CDMA系统设计的保障，一个典型的例子就是移动台到基站的链路上出现的远近效应。在蜂窝系统中离基站近的移动台的路径损耗比远方移动台的路径损耗低。如果所有移动台都使用相同的发射功率，处于近处的移动台必然要干扰远方的移动台的接入。再有，CDMA系统中的用户共用相同的频带，且各用户的扩频码之间存在着非理想的相关特性，用户发射功率的大小将直接影响系统的总容量。这就需要通过功率控制来解决这样的问题。 功率控制确保了用户间的干扰维持在最低水平上，同时提供用户所要求的 QoS；

20、切换控制处理用户跨小区移动的情况；接纳控制、负载控制和分组调度等完成保证服务质量和不同比特速率、业务、质量要求的情况下将系统的吞吐能力最大化。 对无线系统而言，无线资源可以是频率，可以是功率，还可以是时间、码字，但是无论从哪个角度来看，以移动通信为代表的无线通信系统都是资源受限的系统。如何高效地利用有限的无线资源满足日益增长的用户数量和用户需求是一个大问题。对于 WCDMA 系统的研究是一个复杂且范围广泛的课题，无线资源管理是对移动通信系统的空中接口资源进行合理规划和调度，以希望在有限的无线资源情况下，在保证一定的规划覆盖和服务质量要求的前提下，接入尽可能多的用户；同时，随着多媒体业务需求的不

21、断增长，大量高速的分组数据业务将在通信中占据主导地位，无线资源管理还需要考虑这些新情况的出现，解决多种业务类型并存情况下的资源分配问题。管理无线资源的算法可以分成两大类，一是面向连接的无线资源管理算法；二是面向系统的无线资源管理算法。两类算法的根本区别在于：触发原因和产生结果面向的对象不同。面向连接的无线资源管理算法由某个用户的状态变化触发，产生的结果也只是对该用户产生影响；而面向系统的无线资源管理算法由系统的状态变换触发，产生的结果也可能影响到系统内的所有用户。 在无线资源管理算法中，功率控制、切换控制属于面向连接的，接纳控制、负载控制等属于面向系统的，而速率控制、数据业务调度等算法则包括面

22、向连接和面向系统的两部分，需要两部分相互配合才能够实现。2.2切换简介在移动通信系统中，对于正在通信中的移动台，当它从一个基站的覆盖区域移动到另外一个基站的覆盖区域时（如图2-2所示），为了保证通信的连续性，网络控制系统会启动切换过程，将移动台和网络之间的通信链路从当前基站转移到新的基站，以保证用户业务的连续传输。所谓切换（Handover，HO），通常指移动台在通信期间，由于位置发生改变，而改变与网络的连接关系的过程。 图 2-2越区切换示意图切换过程中，通信链路的转移不能影响通话的进行，必须平滑进行，时间要求短，完全自动进行，用户感觉不到切换的进行。在蜂窝移动通信系统中，小区覆盖范围越小，

23、用户的移动速度越快，则切换的处理越频繁。切换处理对于蜂窝移动通信系统来说是非常重要的。因为网络系统由多个小区构成的，在不同的小区覆盖区域之间的切换经常发生。此外，进行切换可以使移动台以最小的功率和信号最强的基站进行通信，减少了移动用户的功率消耗。WCDMA 系统是蜂窝移动通信系统，当用户从一个小区移动至另一个小区时，与其连接的小区将发生变换，执行切换操作。同时在 WCDMA 系统中，切换类型较为丰富，根据不同的负载控制，覆盖率要求和提供的服务质量等条件，有不同的切换方案与之相对应。2.3切换的分类根据切换发生时移动台与源基站和目标基站连接方式的不同，切换基本可以分为硬切换（Hard Hando

24、ver）、软切换（Soft Handover）、更软切换（Softer Handover）等类型。2.3.1硬切换 硬切换采取的是连接之前先断开的方式，在与新的业务信道建立连接之前先断开与旧的业务信道的连接。硬切换包括：在不同运营商的基站或扇区之间的切换、不同载波之间的切换、WCDMA与GSM之间的切换等。2.3.2软切换 软切换指移动台在载波频率相同的基站覆盖小区之间的信道切换。在软切换过程中，移动用户可能同时与两个或多个基站进行通信，从一个基站到另一个基站的软切换过程中，不需要改变收发频率，没有通信暂时中断的现象。软切换根据具体实现上的一些区别又细分成软切换和更软切换两种类型。软切换：在这

25、种切换过程中，当移动台开始与一个新的基站联系时，并不立即中断与原来基站之间的通信，简言即“先连后断”。同硬切换类似，当用户在小区边缘地区活动时，由于是切换区域，也可能导致频繁的软切换操作，产生“乒乓效应”，但由于软切换过程是先连后断进行，不管切换有多么频繁，都很少会出现硬切换中频繁掉话的现象；另外，在软切换时采用分集接收，所以不需要提高发射功率就能保证或提升通话质量。更软切换：更软切换是软切换的一种特殊情况。这种切换形式发生在同一基站的具有相同频率的不同扇区之间。更软切换是 CDMA 的特色，在基站的扇区之间同频工作时可以方便地进行。 如下图2-3所示，软切换执行过程中，当用户在小区边缘地区活

26、动时，由于是切换区域，也可能导致频繁的软切换操作，产生“乒乓效应”，但由于软切换过程是先连后断进行，不管切换有多么频繁，都很少会出现硬切换中频繁掉话的现象；另外，在软切换时采用分集接收，所以不需要提高发射功率就能保证或提升通话质量。 图2-3 软切换执行过程示意图 如图2-4所示，软切换和更软切换的区别在于：更软切换发生在同一个 Node-B 范围内，分集信号在 Node-B 中做最大增益合并；而软切换发生在两个 Node-B 之间，分集信号在 RNC 中进行合并处理。 图2-4 软切换和更软切换2.4软/硬切换的比较硬切换采取的是连接之前先断开的方式，它是时间离散的事件，通常当呼叫从一个小区

27、交换到另一个小区或者从一个载波交换到另一个载波时发生，它是一个时刻只有一个业务信道可用时发生的切换。软切换是一种状态，它是CDMA最值得讨论的特性，由多个基站同时支持一个呼叫，软切换不同于传统的硬切换。硬切换与软切换的主要区别为：1） 硬切换是UE的无线链路先被去掉后被加上，软切换是无线链路先被加上后再被去掉甚至只加上不去掉。硬切换过程中会先去掉原先所有无线链路，软切换过程中原有无线链路保持。2） 硬切换通过物理信道重配/传输信道重配/无线承载重配等消息完成，软切换通过激活集更新消息完成。3） 硬切换的成功率较低，对业务质量有较大影响；软切换成功率高，对业务质量影响很小。 第三章WCDMA的软

28、切换研究3.1WCDMA系统中软切换过程通常，WCDMA 系统中的软切换过程划分为以下三个步骤：无线测量（包括测量滤波算法触发测量报告）、网络判决（软切换算法）、系统执行。无线测量由 UE 和 Node-B 完成的；网络判决在 RNC中进行；系统执行在 UE、Node-B 和 RNC 共同协作下完成。软切换执行的阶段示意图如图3-1所示： 图3-1 软切换执行步骤 在切换测量阶段，移动台要测量下行链路的信号质量、该移动台所属的小区及临近小区的信号能量；基站需要测量上行链路的信号质量。测量结果被送到相关的 RRC 层。 在切换判决阶段，也称为评估阶段。测量结果与预定义的门限值进行比较，以决定是否

29、执行切换，同时要进行接纳控制，防止新的小区由于新用户的加入而降低已有用户的通信质量。 在执行阶段，移动台进入软切换状态，RNC 根据测量结果判决切换的目标小区，并信令通知移动台完成切换，一个新基站或小区被加入、释放或者替换。 3.2 仿真模型介绍 在无线通信系统的仿真工作中，设定的系统环境和条件对于仿真的结果有很大的影响，在进行软切换算法仿真前，有必要对于仿真的无线信道传播模型、接入业务模型等前提条件做一些讨论。3.2.1 无线信道传播模型 无线传播的开放性、地理环境的复杂性和通信用户的随机移动性，共同构成了移动通信的主要特点，在传播过程中会产生三类不同的损耗和三种效应。（1） 三种损耗 路径

30、传播损耗：指电磁波在宏观大范围（即公里级）空间传播所产生的损耗，它反映了传播在空间距离的接收信号电平的变化趋势。 大尺度衰落损耗（阴影衰落）：是由于在电波传播路径上受到建筑物及山丘等的阻挡所产生的阴影效应而产生的损耗；反映了中等范围内数百波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗，一般遵从对数正态分布，变化率比较慢。 小尺度衰落损耗：主要是由于多径传播而产生的衰落，反映微观小范围内数十波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗，一般遵从瑞利分布或莱斯分布，其变化率比慢衰耗快，所以称为小尺度衰落。它又可以细分为：空间选择性衰落、频率选择性衰落、时间选择性衰落；选择性是指在不同的空间、频率、时间，其衰落特

31、性是不一样的。（2） 三种效应 阴影效应：由于大型建筑物和其他物体的阻挡，在电报传播的接收区域中产生传播半盲区，类似于太阳光受阻挡后产生的阴影。 远近效应：由于接收用户的随机移动性，移动用户与基站间的距离也是在随机变化的，若各移动用户发射功率一样，那么到达基站时的信号强弱将不同，离基站近者信号强，离基站远者信号弱。通信系统的非线性将进一步加重信号强弱的不平衡性，出现强者更强，弱者更弱甚至以强压弱的现象，并使弱者即离基站较远的用户产生通信中断的现象，此类现象称为“远近效应”。 多普勒效应：是由于接收用户处于高速移动中，如车载通信时传播频率的扩散而引起的，其扩散程度和用户运动速度成正比。这一现象只

32、发生在高速（70km/hr）车载通信时，对于通常慢速移动的步行和准静态的室内通信不予考虑。下面是电波传播损耗模型的基本表达式： （3.1） 其中： 为某时刻基站和用户之间的距离矢量。 表示由于电波传播的弥散特性造成的路径传播损耗，n 的典型值为 35，反映了公里量级的空间距离内，接收电平均值的变化趋势。表示阴影效应，由位于电波传播路径上的障碍物的阻挡而产生的损耗，反映了数百波长内接收电平均值的变化趋势，为大尺度衰落。最后一项，反映了数十波长内，接收信号电平的均值变化趋势，为小尺度衰落。 欧洲电信标准化协会（European Telecommunication Standards Institu

33、te：ETSI）规定了 UTRA系统中不同移动测试环境下的参考传播模型，这也是本章进行仿真工作所使用的无线信道传播模型。在介绍这些模型之前，先引入四个路径损耗计算公式和一个自相关函数计算公式。 （3.2） 式中：L路径损耗（dB）； R发射天线和接收天线的距离（m）； n路径中的楼层数目； （3.3） 式中：L路径损耗（dB）； R基站和移动台之间的距离（km）； f载波频率（MHz），在 UMTS 中 f 的值为 2000MHz； （3.4） 式中：L路径损耗（dB）； 参照平均屋脊水平高度测得的基站天线高度（m），其有效范围 050； R基站和移动台之间的距离（km）； f载波频率（MHz

34、）； （3.5） 式中：L路径损耗（dB）； R基站和移动台之间的距离（m）； 自相关函数： （3.6） 式中：R阴影衰落的标准化自相关函数（无量纲）； 移动台的移动距离（m）； 阴影衰落的去相关距离（m），它的取值依赖于环境； ETSI 【18】规定的参考传播模型具体内容为： 室内办公室环境（Indoor Office）：基站和用户皆位于室内的情形。小区面积小，发射功率低，路径损耗多由墙、地板以及金属结构造成是这类环境的特征。路径损耗遵从式(3.2)；阴影衰落的标准偏差为 12dB，去相关距离为 5m；快衰落特性服从莱斯分布或瑞利分布。 室外到室内和徒步环境（Outdoor to indoo

35、r and pedestrian）：基站位于室外且天线位置较低，用户位于室内或室外的情形。小区面积小和发射功率低是这类环境的特征。路径损耗遵从式(3.3)（仅适用于非视距传播的情况）；阴影衰落的标准偏差为：室外 10dB、室内 12dB，去相关距离为 5m；建筑物穿透损耗平均值为 12dB，其标准偏差为 8dB；瑞利和/或莱斯衰落率根据步速而定，但同时也偶尔出现由移动车辆的反射造成的更快速的衰落。 车载环境（Vehicular）：较大的小区面积和较高的发射功率是这类环境的特点，路径损耗遵从式(3.4)（仅适用于非视距传播的情况）；阴影衰落的的标准偏差为10dB；快衰落分布一般为行驶车辆导致的瑞

36、利分布，瑞利衰落率根据车速而定，固定终端采用较低的衰落率是比较合适的。如果取f=2000MHz， =15m则式(3.4)可简化为(3.5)。 混合小区环境（Mixed）：实际情况网络工作环境往往比较复杂，在一个地理区域中，可能既存在宏小区中的车载环境，也存在微小区下的室外到室内和徒步环境，这时就要考虑使用混合小区环境，区别处理高速用户和低速用户的情况。3.2.2 业务类型模型 1. 语音业务2.视频业务3.互动业务3.3WCDMA系统软切换算法 软切换算法的研究主要集中在软切换执行的判决阶段，合理确定执行软切换执行的条件是个关键。实际使用中的软切换算法主要是基于不同的软切换门限策略。软切换算法

37、是和一组判决控制门限相联系的，它们分别是加入门限 Th_ADD、删除门限 Th_DROP 以及删除滞后时间门限 T_tDROP。归纳软切换执行判决条件就是：如果接收到的新基站信号强度大于 Th_ADD，则将新基站加入激活集；当激活集中的基站信号强度小于 Th_DROP，且持续了 T_tDROP 时间以上，则将此基站从激活集中删除。参与条件判决的是移动台上报的测量信号值，测量信号强度可以用下式来表示，其中 N 为接收到的新基站数目： （3.7） 在 WCDMA 系统中，测量信号量一般选取 CPICH 信道的 RSCP 值（接收信号码功率）或 CPICH 信道信噪比 EC/I0（码元能量和噪声频谱

38、密度之比）。 测量过程瞬时接收到第 i 基站导频信道的 RSCP 可以用下式来表示： （3.8） 测量过程瞬时接收到第 i 基站导频信道的 EC/I0可以用（3.9）来表示 （3.9） 其中：RSSI表示信道带宽内的总宽带接收功率 (3.10) (3.11) 公式中参数说明如下： Pp、Pt导频信道和业务信道的发射功率大小 WWCDMA 系统切普速率，为 3.84McpsIsc、Ioc分别指代来自第 i 基站的干扰和其余基站的干扰Li、i路径衰落和第 i 基站的阴影效应Ni第 i 小区中的用户数目正交系数。由于导频信道和业务信道间的非理想正交性会带来小区内干扰n热噪声根据不同的门限确定策略，得

39、到不同的软切换算法：静态门限算法：算法中门限 Th_ADD 和 Th_DROP 都预先设定为固定值，在软切换执行前后不会改变。动态加入门限算法：门限设定为 Th_ ADD=maxPMAX,Th_DROP，而 Th_DROP 预先设定为固定值。只有当新接收基站的信号强度大于PMAX（PMAX表示为测定时刻激活集中最强基站信号），才将其加入到激活集中，这样可以保证用户总是和信号最强的基站保持着联系。Th_ADD 门限的下限设定为 Th_DROP 可以保证门限 Th_ADD 总是大于 Th_DROP。动态门限算法（UTRA 软切换算法）：Th_ADD、Th_DROP 均为动态变化值： Th_ADD

40、= Best_Ss + Hyst_ADD Hyst_ADD = -As_Th + As_Th_Hyst （3.12） Th_DROP = Best_Ss + Hyst_DROP Hyst_DROP = -As_Th As_Th_Hyst （3.13） Th_REP = Worst_Old_Ss + Hyst_REP Hyst_REP=-As_Rep_Hyst （3.14） Hyst_ADD 的典型参数值为 13dB，Hyst_DROP 的典型参数值为 25dB.在软切换执行的过程，激活集中 Best_Ss、Worst_Old_Ss 会持续的进行改变，算法判决门限也随之动态的进行调整。3.4 W

41、CDMA的软切换算法仿真模型 3.4.1小区模型 小区布局结构如图 3-2 所示，所有的小区均为正六边形，每 19 个小区由一个中心小区、第一环小区和第二环小区组成（第一环有 6 个小区，第二环有 12 个小区）。设小区半径为 R，基站位于小区的中央，每小区负荷均匀分布。设小区1内某一移动台MS，与BS 1间距离为r1，与 间距离为，与B,BS 2间连线的的夹角为。 则当2 i 7时，有，其中D=R 当 i=8，10，12，18 时，其中D=2R 当 i=9，11，13，19 时，其中D=3R 图3-2小区结构示意图3.4.2无线信道传输模型假定快衰落可以通过 RAKE 接收得到有效抑制，则传

42、输损耗由路径损耗和阴影衰落组成。定义无线信道的传播损耗模型为： （3.15）其中， 为路径损耗指数，典型取值为 4；表示阴影衰落，是服从均值为 0，方差为 的高斯分布，与距离无关， 典型取值为 8dB-10dB。 当损耗单位为 dB 时，传播模型可以表示为： （3.16） 其中，第 i（i=1，2，）个基站的阴影衰落 可以表示为： 其中 其中对所有 i（1-19），j（1-19）， （3.17） （3.18） （3.19） 因此对于基站 i 和 j 的损耗的标准协方差为： （3.20）3.4.3业务模型 设新呼叫到达过程是一个服从均值为 6 的泊松过程，其概率密度函数 其中 = 6， i =0

43、,1，2，. （3.21）并且新呼叫在小区内均匀到达，其持续时间服从均值为 120s 的指数分布。 其概率密度函数为： （3.22） 其中 t 0， = ， 则每个用户的业务量可以表示为：Tuser =200mErLang 其中 AHT（Average Hold Time）表示“平均占用时间”。3.4.4移动模型 设移动用户初始的运动速度 v 是一个随机变量，并且0 v 16 m /s，它服从均值为 6，方差为 10 的高斯分布。假定移动用户每 30s 改变一次运动速度，并且新的速度与原来的运动速度相关。新的运动速度如下所示： （3.23） 其中， 为前一状态的运动速度，服从均值为1的瑞利分布

44、，0 < < 1，越大，前后状态的运动速度相关越大，当= 1时，运动速度不变，而 = 0时，新的运动速度与原运动速度无关。 当用户发起一个呼叫时，其初始的运动方向也是一个随机变量，在0,2内均匀分布，并且每隔 30s 以 0.2 的概率改变一次运动方向，每次改变的运动方向都与前次的运动方向相关，并且服从以原方向值为均值，方差为的高斯分布。3.5软切换仿真性能的衡量 使用下面的指标来衡量软切换算法的性能： 中断概率（PO）：正在通信中的用户其接收信号 RSCP 值低于业务质量要求门限值的概率。在仿真过程中这样处理，当系统中某用户其总接收导频信号强度比在小区边沿区域平均接收信号强度低

45、6dBm 时即认为出现中断现象；然后，在每个小区内统计 使用内两层小区的 PO 平均值作为整个系统中断概率 平均激活集数目（MASN）：一定时间中，一个用户激活集的平均数目，对应用户移动过程中系统的平均专用信道开销。这个指标可以反映出软切换算法在执行的过程中占用系统资源的情况。激活集更新速率（ASUR）：单位时间内一个用户平均改变激活集的次数。激活集更新速率对应用户移动过程中系统的瞬时信令开销；速率越高，说明相互间信令通信越频繁，系统信令负载也就越高。在仿真中，统计一定时间内对激活集的操作次数，包括激活集加入、删除等操作。3.6 仿真结论 1) 相同的仿真条件下，静态门限算法下的平均激活集数量

46、和中断概率比其余算法的都要高；动态门限算法下的平均激活集数量和中断概率是三种算法中最低的，但该算法的激活集更新速率相对于其他算法要高许多，这意味着其信令交互负载比其他算法要大。动态加入门限算法的各项性能在各算法中居中。 2) 在实际的应用中，可以根据网络当时的运行情况合理的调整软切换控制算法：当网络中业务负载较高时，选取 MASN 指标低的算法，以留出空余信道提供给新接入用户使用；而在业务负载低的网络状态下，相对高的 MASN 指标是可以接受的，此时可以考虑提高服务质量，PO 指标低的算法是选择的对象，如动态门限的软切换算法；而当网络中信令负载成为性能的瓶颈时，ASUR 指标则成为算法选择的标

47、准，应当选择 ASUR 低的算法，如动态加入门限算法，以降低信令负载的强度。 第四章 软切换参数影响和优化4.1参数切换门限和参数Time_to_trigger UE用参数切换门限Report range 1A来确定是否触发事件1A的报告。这个门限是相对于激活集中最佳小区的CPICH/值。当最佳小区与被监视的小区的CPICH/差值小于这个门限时，并持续地待在该范围内的时间必须大于Time_to_trigger（1A），UE才会向RNC发送测量报告，要求将该小区加入激活集中（Event1A）。所以，切换门限和参数Time_to_trigger在软切换中是联合应用的。 UE用参数切换门限Repor

48、t range 1B来确定是否触发事件1B的报告。这个门限是相对于激活集中最佳小区的CPICH/值。当激活集中的最佳小区与最差小区的CPICH/差值大于这个门限时，并持续地待在该范围内的时间必须大于Time_to_trigger（1B），UE才会向RNC发送测量报告，要求将该小区移出激活集中（Event1B）。4.1.1切换门限 切换门限如果设置的越大，软切换区域、开销以及软切换因子（正常软切换比例在30%40%）将相对的增加，新小区较容易加入激活集，这样在下行链路上会消耗更多的发射功率，使得下行容量减少，对于PS业务来讲，其吞吐量减少。但是，在上行链路方面，软切换提供更多的分集增益，这有助于

49、降低UE的发射功率，提高通信质量。反之，如果切换门限设置过低，则新小区难以加入激活集，小区之间的干扰增加，发生软切换的概率将减少，使软切换开销减少，上行宏分集增益减少，处于下行最大发射功率的UE数较多，上行吞吐量也将相应降低。4.1.2 参数 Time_to_trigger 如果参数Time_to_trigger设置太长，将造成软切换的延误。如果参数Time_to_trigger设置太短，则会导致切换很容易发生，过多增加信令负荷。4.1.3切换门限和参数Time_to_trigger 当切换门限参数Report range1A和Report range1B设置的过于接近，小于一个滞后系数时，那

50、么会导致频繁的切换（乒乓效应）。同时，由于信令开销的增加也会影响系统容量。软切换区域越大，软切换的开销也就越大，对系统硬件的要求也相应增加，这样增加了系统发生硬件阻塞的可能性，Iub口上的传输负荷和信令负荷同时也增加了。而对上行来说，增大软切换开销不会导致什么问题，它反而有利于终端降低发射功率。降低软切换开销可能会降低上行链路的宏分集增益，因此终端需要增加发射功率，会减小上行链路的覆盖范围。 在进行网络优化时，可以通过调节这些参数来达到改善软切换性能的目的。例如，为了增加软切换，可以增大切换门限参数Report range 1A的值，降低软切换可以增加Time_to_trigger1A或者降低

51、门限参数的值。 总而言之，增加软切换开销有利于提高上行链路性能，而降低软切换开销有助于减少下行链路的功率开销。对系统而言，存在一个折中的最佳值，使得软切换效果更好。4.2 最大激活集数N的设置激活集最大数目N指的是在软切换过程中允许与移动台建立连接的最大基站数目。N越大，UE可以连接的小区数越多，移动台收到的信号能量就越高，但这也势必会增加对其他移动台的干扰增加，并且也会增加系统的开销。 图 4-1 最大激活集数N对系统的影响 软切换要求最大激活集数N大于等于2，上图反应了最大激活集数对系统的影响。从图中可以看出，当N从2变化到7时，系统性能在3时达到最佳。当N等于2时， 相对捕获率太低，不能充分体现软切换带来的增益，而当N从3增加到4时，相对捕获率增加缓慢，而平均激活集数增长幅度相对较大，所以此时服务质量的提高不能弥补系统无线资