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CDMA切换仿真技术探索
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切换仿真设计方案
在第二章阐述了CDMA蜂窝通信系统在切换中所涉及到的参数，它是切换过程设计的重要指标。越区切换是指将当前正在进行的移动用户与基站之间的通信链路从当前基站转移到另一基站而维持通信不中断的过程。很显然，越区切换可能造成通话的中断，从而影响蜂窝系统的设计和性能，所以处理好切换对系统提高QoS有非常重要的意义。
3.1 切换系统设计
图3-1 蜂窝移动通信图
图3-1是最为典型的蜂窝移动通信图，MS即为移动台，BS就是基站系统，MSC就是移动交换中心，而HLR为位置管理数据库。一般情况下，当其中一个MS从一个BS移动到另外一个BS的时候，就产生了越区切换过程。
在本次仿真设计中，只仿真蜂窝系统中最底层的CDMA切换，不必考虑MSC /VLR、HLR中的位置登记和撤消，所以只需仿真图3-2中两个基站的切换过程：
如图3-2，BTS1和BTS2覆盖范围分别用一个平行斜纹的椭圆和一个竖条斜纹的椭圆表示，基站由长条的三角形表示，导频信号则从三角形的顶端向周边发射，
而两个BTS信号的共同覆盖范围为切换区域(Handoff Area)，即图3-2中交叉条文的图形区域，切换过程的开始和结束皆在这个区域完成(见3.3软切换设计)。
3.2 硬切换和软切换
根据越区切换期间同时涉及的基站数量分，切换可以分为：硬切换和软切换。硬切换是在与新基站重新建立连接前中断与旧基站的连接。软切换是当移动设备从一个蜂窝移动到另一个蜂窝时不中断呼叫，移动设备可以同时与多个基站连接。CDMA系统支持硬切换和软切换，而FDMA和TDMA系统支持硬切换[16]。
3.2.1 硬切换(Hard Handoff)
硬切换发生在不同系统的小区或同一系统不同频点的小区之间。MS在硬切换时必须改变收发频率，在任何时刻都只有一个业务信道可用，也就是说MS先要断开与原服务小区的连接，然后再立即与新小区建立连接，将通信业务转移到新信道上来。这种切换方式也就是使用所谓的“break before make”的概念。
3.2.2 软切换(Soft Handoff)
软切换是指在切换过程中，移动用户在中断与旧的小区的联系之前，先用相同频率建立与新的小区的联系。这种切换方式也就是使用所谓的“make before break”的概念。MS在两个或多个基站的覆盖边缘区域进行切换时，MS同时接收多个基站(大多数情况下是两个)的信号，几个基站也同时接收该手机的信号，直到满足一定的条件后手机才切断与原来基站的联系。如果两个基站之间采用的是不同频率，则这时发生的切换是硬切换。
更软切换是移动台在扇区化小区的同一小区的不同扇区之间进行的软切换。这种切换是由BSC完成的，并不通知MSC。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，作为此基站的语音帧。
3.2.3 两种切换比较
软切换的优点：
(1)在有功率控制的CDMA系统中需要使用软切换，因为使用功率控制的系统希望在工作时动态地调整发射功率。功率控制与软切换紧密相关。一个原因是CDMA/IS-95标准同时使用功率控制和软切换作为降低干扰的机制。功率控制是IS-95用于对抗远近问题的主要工具。功率控制要正确地工作的原因是用户希望在所有的时间与它接收到最强信号的基站相连接。否则，可能会发生正的功率控制反馈环路，使系统出现问题。软切换可以保证用户确实在所有的时间与它接收到最强信号的基站相连接(它也可能同时连接到其它基站)，而硬切换不能保证此点。
(2)软切换减少/消除了硬切换中普遍存在的“乒乓”效应。这将导致：①减少切换信令和开销给网络增加的负载；②当在切换期间暂时停止话音传输时，平滑用户通信没有一般硬切换中的“咔哒声”。
(3)使用软切换，不需要滞后范围，导致更小的时延和等效于“瞬时”的宏选择分集。它通过切换期间“瞬时” 转换到最好的基站来实现，并且避免了与有滞后范围的切换有关的附加干扰。因此：①若保持基站距离和基站与用户的发射功率固定，总的上行链路干扰减少，使对给定的用户有较好的通信质量、对相同要求的Eb/Io可以容纳更多的用户(既更大的容量)、所需的上行链路发射功率更小，进一步降低了上行链路的干扰；②若保持要求的中断概率和基站距离固定，则降低了系统的衰减富余。这将导致所需的下行链路发射功率和下行链路干扰更小；③若保持所要求的中断(outage)概率和衰减富余相同，则增加了基站间的距离。
(4)软切换对网络的限制时间更少。有更长的平均排队时间从目的基站获得新
的信道，因此它有助于降低阻塞概率或掉话(dropped)概率。
与这些优点相比，软切换也有下列缺点：
(1)软切换期间使用了额外的网络资源。因此，这些资源就不能另做它用；
(2)软切换更复杂；
(3)软切换进行时，增加了下行链路的干扰，因为多个基站正在传输其它时间由一个基站传输的信息。如果上行链路与下行链路使用相同的频率，也可能增加上行链路的干扰。若一般呼叫期间只有一小部分时间进行切换，干扰增加的效果通常应很轻微。
软切换有效地改善了移动台在切换区域内的接收质量，当然这是以增加系统造价和复杂度为代价的。因此，在实际系统的设计中，在软切换算法的复杂度，切换工程的稳定性，系统的服务质量，系统的容量以及共信道干扰等诸多因素间存在着折衷。
3.3 软切换设计
越区切换是为了保证通信质量或进一步提高通信质量，将当前连接的信道(这里的信道根据所采用的多址接入方式不同指特定的频率，特定的时隙，特定的扩频码或它们的某种组合)切换到另外一个信道的过程。而为了得到较好的QoS，CDMA切换在一般情况下都使用软切换(软切换中包含了硬切换所有的过程，是硬切换基础之上做了更多的细节处理)，本设计也重点在于软切换的仿真。
在第二章阐述了CDMA蜂窝通信系统在切换中所涉及到的参数，它是切换过程设计的重要指标。越区切换是指将当前正在进行的移动用户与基站之间的通信链路从当前基站转移到另一基站而维持通信不中断的过程。很显然，越区切换可能造成通话的中断，从而影响蜂窝系统的设计和性能，所以处理好切换对系统提高QoS有非常重要的意义。
3.1 切换系统设计
图3-1 蜂窝移动通信图
图3-1是最为典型的蜂窝移动通信图，MS即为移动台，BS就是基站系统，MSC就是移动交换中心，而HLR为位置管理数据库。一般情况下，当其中一个MS从一个BS移动到另外一个BS的时候，就产生了越区切换过程。
在本次仿真设计中，只仿真蜂窝系统中最底层的CDMA切换，不必考虑MSC /VLR、HLR中的位置登记和撤消，所以只需仿真图3-2中两个基站的切换过程：
如图3-2，BTS1和BTS2覆盖范围分别用一个平行斜纹的椭圆和一个竖条斜纹的椭圆表示，基站由长条的三角形表示，导频信号则从三角形的顶端向周边发射，
而两个BTS信号的共同覆盖范围为切换区域(Handoff Area)，即图3-2中交叉条文的图形区域，切换过程的开始和结束皆在这个区域完成(见3.3软切换设计)。
3.2 硬切换和软切换
根据越区切换期间同时涉及的基站数量分，切换可以分为：硬切换和软切换。硬切换是在与新基站重新建立连接前中断与旧基站的连接。软切换是当移动设备从一个蜂窝移动到另一个蜂窝时不中断呼叫，移动设备可以同时与多个基站连接。CDMA系统支持硬切换和软切换，而FDMA和TDMA系统支持硬切换[16]。
3.2.1 硬切换(Hard Handoff)
硬切换发生在不同系统的小区或同一系统不同频点的小区之间。MS在硬切换时必须改变收发频率，在任何时刻都只有一个业务信道可用，也就是说MS先要断开与原服务小区的连接，然后再立即与新小区建立连接，将通信业务转移到新信道上来。这种切换方式也就是使用所谓的“break before make”的概念。
3.2.2 软切换(Soft Handoff)
软切换是指在切换过程中，移动用户在中断与旧的小区的联系之前，先用相同频率建立与新的小区的联系。这种切换方式也就是使用所谓的“make before break”的概念。MS在两个或多个基站的覆盖边缘区域进行切换时，MS同时接收多个基站(大多数情况下是两个)的信号，几个基站也同时接收该手机的信号，直到满足一定的条件后手机才切断与原来基站的联系。如果两个基站之间采用的是不同频率，则这时发生的切换是硬切换。
更软切换是移动台在扇区化小区的同一小区的不同扇区之间进行的软切换。这种切换是由BSC完成的，并不通知MSC。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，作为此基站的语音帧。
3.2.3 两种切换比较
软切换的优点：
(1)在有功率控制的CDMA系统中需要使用软切换，因为使用功率控制的系统希望在工作时动态地调整发射功率。功率控制与软切换紧密相关。一个原因是CDMA/IS-95标准同时使用功率控制和软切换作为降低干扰的机制。功率控制是IS-95用于对抗远近问题的主要工具。功率控制要正确地工作的原因是用户希望在所有的时间与它接收到最强信号的基站相连接。否则，可能会发生正的功率控制反馈环路，使系统出现问题。软切换可以保证用户确实在所有的时间与它接收到最强信号的基站相连接(它也可能同时连接到其它基站)，而硬切换不能保证此点。
(2)软切换减少/消除了硬切换中普遍存在的“乒乓”效应。这将导致：①减少切换信令和开销给网络增加的负载；②当在切换期间暂时停止话音传输时，平滑用户通信没有一般硬切换中的“咔哒声”。
(3)使用软切换，不需要滞后范围，导致更小的时延和等效于“瞬时”的宏选择分集。它通过切换期间“瞬时” 转换到最好的基站来实现，并且避免了与有滞后范围的切换有关的附加干扰。因此：①若保持基站距离和基站与用户的发射功率固定，总的上行链路干扰减少，使对给定的用户有较好的通信质量、对相同要求的Eb/Io可以容纳更多的用户(既更大的容量)、所需的上行链路发射功率更小，进一步降低了上行链路的干扰；②若保持要求的中断概率和基站距离固定，则降低了系统的衰减富余。这将导致所需的下行链路发射功率和下行链路干扰更小；③若保持所要求的中断(outage)概率和衰减富余相同，则增加了基站间的距离。
(4)软切换对网络的限制时间更少。有更长的平均排队时间从目的基站获得新
的信道，因此它有助于降低阻塞概率或掉话(dropped)概率。
与这些优点相比，软切换也有下列缺点：
(1)软切换期间使用了额外的网络资源。因此，这些资源就不能另做它用；
(2)软切换更复杂；
(3)软切换进行时，增加了下行链路的干扰，因为多个基站正在传输其它时间由一个基站传输的信息。如果上行链路与下行链路使用相同的频率，也可能增加上行链路的干扰。若一般呼叫期间只有一小部分时间进行切换，干扰增加的效果通常应很轻微。
软切换有效地改善了移动台在切换区域内的接收质量，当然这是以增加系统造价和复杂度为代价的。因此，在实际系统的设计中，在软切换算法的复杂度，切换工程的稳定性，系统的服务质量，系统的容量以及共信道干扰等诸多因素间存在着折衷。
3.3 软切换设计
越区切换是为了保证通信质量或进一步提高通信质量，将当前连接的信道(这里的信道根据所采用的多址接入方式不同指特定的频率，特定的时隙，特定的扩频码或它们的某种组合)切换到另外一个信道的过程。而为了得到较好的QoS，CDMA切换在一般情况下都使用软切换(软切换中包含了硬切换所有的过程，是硬切换基础之上做了更多的细节处理)，本设计也重点在于软切换的仿真。
