WCDMA系统的软切换

北京市电信规划设计院 王珏 姜子海

　　本文对WCDMA系统中软切换过程及WCDMA各相关事件算法进行了介绍，并结合信息产业部WCDMA测试内容进行分析对实际商用网中WCDMA系统相关软切换参数的设定提出设计值。

　　目前商用的CDMA系统支持多种类型的切换，主要类型有硬切换、软切换和更软切换。WCDMA系统中沿用了大部分原IS-95和CDMA2000中的软切换技术。

　　软切换是一种常态，WCDMA系统中UE几乎一直处在软切换状态下，这样可以保证用户通话的连续性和稳定性，而硬切换过程则不会经常发生，硬切换将影响用户通话的主观感受，并容易造成掉话，网络设计时应尽量避免硬切换的发生。

　　WCDMA软切换的过程

　　信息产业部有关部分2004年联合设备厂商和规划设计单位对3G无线网络性能进行了测试。WCDMA部分共对软切换进行9项测试：包括语音（AMR）、可视电话（CS64）、数据业务（PS64）三类业务的更软切换、软切换及跨RNC的软切换的成功率。并对触发事件类型1a、1b、1c进行了测试。因为建网初期，用户数量不会快速增长，容量不是主要问题，因此对频率间硬切换及系统间切换未进行测试。

　　测试过程中采用前端手机进行不同业务的拨叫，记录UE状态是否发生掉话，后台记录相关信令用来判断切换成功的次数。当RNC判决进行软切换，并向UE发送“Active Set Update”消息后，作为一次软切换。当UE成功地更新激活集后，向系统发送“Active Set Update Complete”消息，宣布新加入了无线链路，作为切换event 1a成功的标志。当Node B向系统发送“Radio Link Deletion”消息，宣布无线链路已经从UE的激活集中删除，作为切换event 1b成功的标志。根据以上信令消息对WCDMA的软切换过程和成功率进行判断。

　　测试过程中因为UE与系统切换频繁，信令数量大，分析时应注意信令的发送时间，以避免混淆不同次切换的消息。通常认为2ms内到达UE的切换消息，为RNC下发给不同Node B的同一消息。对于RNC下发的消息可从信令中的Message Authentication Message进行区分。

　　WCDMA系统软切换算法

　　1. 软切换算法

　　WCDMA系统软切换算法可以分为两部分：UE测量报告的配置和RNC更新UE的激活集。UE测量报告的配置记录在系统消息块11（SIB11）中，它是RRC的专用控制消息。SIB11中记录最多八个小区，一个为主用小区，其余七个为相邻小区，实际上，系统只考虑前三个小区的测量配置。RNC对UE内的测量报告或者频段内的测量报告进行判断，以决定UE是否对激活集进行更新。

　　软切换算法就是基于以下的测量消息:

　　● 频段内测量消息

　　频段内测量消息由小区广播的系统消息（SIB11）进行配置。SIB11中包括RACH报告，它记录了被测小区的CPICH强度（Ec/No），以及cell_FACH和cell_DCH的状态。cell_DCH对软切换的触发事件进行报告，比如Event 1a、1b、1c。

　　● UE内部测量报告

　　UE内部测量报告由RRC专用控制消息配置，UE内部测量包括接收到不同小区的导频强度以及收发数据的时间差（Rx-Tx time difference）。

　　WCDMA系统对软切换状态下的事件进行了定义：



　　事件（event）1a: 1个 P-CPICH 进入了测量范围（reporting range），切入新的测量小区。

　　事件（event）1b: 1个 P-CPICH 离开了测量范围（reporting range），原测量小区切出。

　　事件（event）1c: 1个非激活集的P-CPICH好于激活集中的某个P-CPICH，原小区被新加入小区替换。

　　2. event 1a/1b/1c计算公式

　　WCDMA系统软切换根据触发事件决定UE激活集内导频的更新和替换。以下将根据不同触发事件的判决条件，对小区切换算法进行分析。

　　event 1a/1b/1c涉及的主要参数如下：

　　R（Reporting range）：报告范围，即切换门限，可以用来调节软切换的UE在小区中的比例和切换范围的大小，软切换比例通常控制在20%～30％，以减少基站的下行发射功率，节约系统资源。应当指出的是20％～30％的软切换比例只是实验室的计算结果，在WCDMA网中，特别是在城区内，基站数量密集，为保证用户的语音和数据通信，软切换比例将提高，预计将达到40％～50％。

　　R的取值范围在0～14.5dB，步长0.5dB，缺省值为3dB。

　　H（Hysteresis）：滞后值，可以用来避免由于频繁切换造成的乒乓效应，同时可避免过多的信令开销。

　　H的取值范围在0～7.5dB，步长0.5dB。缺省值为0（event 1a），1.5dB（event 1b,1c）。原IS-95系统为避免乒乓效应，采用的是时间滞后的办法，在WCDMA系统中也仍然保留了时间滞后参数Time to Trigger，它和Hysteresis的作用相近，可以克服因快速衰落造成的导频快速变化，保证激活集内导频的稳定。

　　W：是一个系数，可以用来把激活集中其他导频的影响考虑到切换门限中，通常把激活集中最好的导频作为导频准入门限的参照值。

　　W的取值范围在0～100％，步长10％，缺省值为100％。

　　event 1a/1b/1c具体算法为：

　　event 1a

　　其中：Mnew为进入测量范围的小区测量值

　　Mi为激活集中第i个小区的测量值

　　NA为当前激活集中小区的数目

　　Mbest为激活集中最高测量值

　　W1a为SIB11中event 1a参数 （可设置）

　　R1a为event 1a的报告范围 （可设置）

　　H1a为event 1a的滞后参数 （可设置）

　　event 1a是对激活集以外的某个强导频进行测量，如果满足准入条件，就将该导频加入激活集中。而准入门限的确定就是由以上公式决定。基本原理是UE激活集内的所有导频依照不同的权重进行计算，得到准入门限的参考值:

　　为保证切入导频的稳定性，又加入了两个参数H和R。参考值减去报告范围值R和滞后值H即可确定导频的准入门限，如果新的导频高于此基准值，将被加入到激活集中。

　　event 1b

　　其中：Mnew为正在离开报告范围的小区的测量值

　　Mi为激活集中第i个小区的测量值

　　NA为当前激活集中小区的数目

　　Mbest为激活集中最高测量值

　　W1b为SIB11中event 1b参数（可设置）

　　R1b为event 1b的报告范围（可设置）

　　H1b为event 1b的滞后参数（可设置）

　　与event 1a类似，event 1b根据以上判决门限，对比导频平均值低的激活集导频，从激活集中删除。

　　event 1c

　　10·LogMnew≥10·LogMi+H1c

　　其中：Mnew为进入测量范围的小区测量值

　　Mi为激活集中第i个小区的测量值

　　H1c为event 1c的滞后参数（可设置）

　　event 1c执行替换激活集中导频的操作，新加入导频Mnew与原有Mi小区进行比较，如果高于Mi小区导频强度H1c时，UE的激活集更新，删除原Mi小区导频由Mnew小区替换。

　　event 1a/1b/1c的算法对系统定义了不同参数，参数值的确定是建设网络的重要指标，特别是在密集市区内，基站相对集中，既要保证小区的连续覆盖，使UE保证软切换的连续性，同时又要避免系统发生过多的软切换，从而造成不必要的资源浪费。因此，有必要改进切换过程和调整切换参数，使系统在增强CDMA 功能的同时保持呼叫的完整性。
摘自《计算机世界报》 第41期 D6、D7