接力切換

接力切換是一種改進的硬切換技術，可提高切換成功率，與軟切換比，可以克服切換時對鄰近基站信道資源的佔用，能夠使系統容量得以增加。

TD-SCDMA的發展過程始於1998年初，在當時的郵電部科技司的直接領導下，由原電信科學技術研究院組織隊伍在SCDMA技術的基礎上，研究和起草符合IMT-2000要求的我國的TD-SCDMA建議草案。該標準草案以智能天線、同步碼分多址、接力切換、時分雙工為主要特點，於ITU徵集IMT-2000第三代移動通信無線傳輸技術候選方案的截止日1998年6月30日提交到ITU，從而成為IMT-2000的15個候選方案之一。ITU綜合了各評估組的評估結果。在1999年11月赫爾辛基ITU-RTG8/1第18次會議上和2000年5月伊斯坦布爾的ITU-R全會上，TD-SCDMA被正式接納為CDMATDD制式的方案之一。

TD-SCDMA系統可以靈活配置上下行時隙轉換點，來適應不同業務上下行流量的不對稱性。合理配置上下行時隙轉換點是提高系統頻譜利用率的有效手段。在具體進行時隙比例規劃時，可以根據業務發展狀況靈活配置，根據上下行承載所佔BRU比例進行時隙比例的計算。業務發展初期，適應語音業務上下對稱的特點可採用3∶3(上行∶下行)的對稱時隙結構；數據業務進一步發展時，可採用2∶4或1∶5的時隙結構。

時隙靈活配置在提高資源利用率的同時，可能帶來相鄰小區之間由於上下行時隙分配比例不一致造成的干擾。因此在網絡規劃與組網時，可對上下行時隙比例的分配採取如下原則，對干擾進行適當規避：

(1)儘量避免任意分配上下行時隙比例，而應按照不同區域上下行業務流量要求，對大片區域採用統一的上下行時隙比例，使得這種干擾只在兩個不同區域交界處發生；

(2)在不同時隙比例的交界處，對於上下行時隙交疊的時隙，上行時隙容量損失比下行時隙嚴重，所能承載的用户較少，因此，不同時隙比例的交界處應選在有較多上行容量空餘的區域；

(3)應該避免相鄰基站上下行時隙比例差異過大(如1∶5和5∶1相鄰)；

(4)上下行時隙比例通常作為小區參數來配置，對於同一個扇區下的所有小區的上下行時隙比例應一致，同一基站內的多個扇區的時隙比例也最好相同。特殊情況下可以通過動態信道調整、空間隔離、避免基站天線正對和犧牲容量等方式來規避干擾。

網絡規劃是無線網絡建設運營前的關鍵步驟，主要根據無線傳播環境、業務、社會等多方面因素，從覆蓋、容量、質量三方面對網絡進行宏觀配置。TD-SCDMA系統採用時分碼分結合多址方式、智能天線、聯合檢測、接力切換、動態信道分配等一系列新型關鍵技術和無線資源算法，提高系統性能，為網絡規劃帶來很多新特點，如不同業務的覆蓋具有一致性、小區呼吸效應不明顯、上下行信道配置靈活等。

接力切換（BH，BatonHandover）是TD-SCDMA系統的核心技術之一。其設計思想是利用智能天線和上行同步等技術，在對UE的距離和方位進行定位的基礎上，以UE方位和距離信息為輔助信息來判斷目前UE是否移動到了可進行切換的相鄰基站的鄰近區域。如果UE進入切換區，則RNC通知該基站做好切換的準備，從而達到快速、可靠和高效切換的目的。這個過程就像是田徑比賽中的接力賽跑傳遞接力棒一樣，因而被形象地稱為接力切換。接力切換通過與智能天線和上行同步等技術有機結合，巧妙地將軟切換的高成功率和硬切換的高信道利用率結合起來，是一種具有較好系統性能優化的切換方法。

實現接力切換的必要條件是：網絡要準確獲得UE的位置信息，包括UE的信號到達方向（DOA）和UE與基站之間的距離。在TD-SCDMA系統中，由於採用了智能天線和上行同步技術，因此係統可以較為容易地獲得UE的位置信息。具體過程如下。

（1）利用智能天線和基帶數字信號處理技術，可以使天線陣根據每個UE的DOA為其進行自適應的波束賦形。對每個UE來講，彷彿始終都有一個高增益的天線在自動地跟蹤它。基站根據智能天線的計算結果就能夠確定UE的DOA，從而獲得UE的方向信息。

（2）在TD-SCDMA系統中，有一個專門用於上行同步的時隙UpPTS。利用上行同步技術，系統可以獲得UE信號傳輸的時間偏移，進而可以計算得到UE與基站之間的距離。

（3）在步驟（1）和步驟（2）完成之後，系統就可以準確獲得UE的位置信息。

因此，上行同步、智能天線和數字信號處理等先進技術，是TD-SCDMA移動通信系統實現接力切換的關鍵技術基礎。

接力切換分3個過程，即測量過程、判決過程和執行過程。

在UE和基站通信過程中，UE需要對本小區基站和相鄰小區基站的導頻信號強度進行測量。UE的測量可以是週期性地進行，也可以由事件觸發進行，還可以是由RNC指定執行的測量。由於接力切換在與目標基站建立通信的同時要斷開與源基站的連接，因此接力切換的判決相對於軟切換來説較為嚴格。也就是説，在滿足正常通信質量要求的情況下，要儘可能地降低系統的切換率。基於這一考慮，接力切換的測量與其他兩種切換的測量有所不同，如測量的範圍和對象較少，進行切換申請的目標小區的信號強度滯後較大等。

首先，接力切換是否進行主要是根據當前小區能否滿足終端的通信要求來判定。因此，對當前小區的內部測量和質量測量特別重要，而對鄰小區的測量結果報告要求相對稍低一些。UE測量報告的門限值設置基本上是以滿足業務質量為基準，並有一定的滯後。在當前服務小區的導頻信號強度在一段時間T1內持續低於某一個門限值T_DROP時，UE向RNC發送由接收信號強度下降事件觸發的測量報告，從而可啓動系統的接力切換測量過程。由於TD-SCDMA採用TDD方式，上下行工作頻率相同，其環境參數可互為估計，這是優於FDD的一大特點，並在接力切換測量中得到了充分運用。如果NodeB的測量處於基準值，則可發送報告請求切換，這樣可以防止UE的測量報告處理不當或延遲較大而造成掉話。

接力切換測量開始後，當前服務小區不斷地檢測UE的位置信息，並將它發送到RNC。RNC可以根據這些測量信息分析判斷UE可能進入哪些相鄰小區，即確定哪些相鄰小區最有可能成為UE切換的目標小區，並作為切換候選小區。在確定了候選小區後，RNC通知UE對它們進行監控和測量，並把測量結果報告給RNC。RNC根據確定的切換算法判斷是否進行切換。如果判決應該進行切換，則RNC可根據UE對候選小區的測量結果確定切換的目標小區，然後系統向UE發送切換指令，開始實行切換過程。

接力切換的判決過程是根據各種測量信息，並結合系統信息，依據一定的準則和算法，來判決UE是否應當切換和如何進行切換。UE或NodeB測量報告觸發一個測量報告到RNC，切換模塊對測量結果進行處理。首先處理當前小區的測量結果，如果其服務質量還足夠好，則判決不對其他監測小區的測量報告進行處理。如果服務質量介於業務需求門限和設定質量門限之間，則激活切換算法對所有的測量報告進行整體評估。如果評估結果表明，監測小區中存在比當前服務小區信號更好的小區，則判決進行切換；如果當前小區的服務質量已低於業務需求門限，則立即對監測小區進行評估，選擇最強的小區進行切換。一旦判決切換，則RNC立即執行接納控制算法，判斷目標基站是否可以接受該切換申請。如果允許接入，則RNC通知目標小區對UE進行掃描，確定信號最強的方向，做好建立信道的準備並反饋給RNC。RNC還要通過源基站通知UE無線資源重配置的信息，並通知UE向目標基站發SYNC-UL，獲得上行同步的相關信息。最後RNC發信令給源基站拆除信道，同時與目標小區建立通信。

接力切換的執行過程，就是當系統收到UE發出的切換申請，並且通過算法模塊的分析判決已經同意UE可以進行切換的時候（滿足切換條件），執行將通信鏈路由當前服務小區切換到目標小區的過程。由於當前服務小區已經檢測到了UE的位置信息，因此當前服務小區可以將UE的位置信息及其他相關信息傳送到RNC。RNC再將這些信息傳送給目標小區，目標小區根據得到的信息對UE進行精確定位和波束賦形。UE在與當前服務小區保持業務信道連接的同時，網絡通過當前服務小區的廣播信道或前向接入信道通知UE有關目標小區的相關係統信息（同步信息、目標小區使用的擾碼、傳輸時間和幀偏移等），這樣就可以使UE在接入目標小區時，能夠縮短上行同步的過程（這也意味着切換所需要的執行時間較短）。當UE的切換準備就緒時，由RNC通過當前服務小區向UE發送切換命令。UE在收到切換命令之後開始執行切換過程，即釋放與源小區的鏈路連接。UE根據已得到的目標小區的相應信息，接入目標小區，同時網絡側則釋放原有鏈路。

TD-SCDMA系統接力切換的3個過程是緊密聯繫在一起的。下面介紹接力切換的完整過程。

第1步：UE與當前服務基站NodeB1進行正常通信。

第2步：當UE需要切換並且網絡通過對UE候選小區的測量找到了切換目標小區時，網絡向UE發送切換命令，UE就與目標小區建立上行同步，然後UE在與NodeB1保持信令和業務連接的同時，與NodeB2建立信令連接。

第3步：當UE與NodeB2信令連接建立後，UE就刪除與NodeB1的業務連接。

第4步：UE嘗試建立與NodeB2的業務連接，假設UE與NodeB2的業務連接成功建立。

第5步：UE刪除與NodeB1的信令連接，這時UE與NodeB1之間的業務和信令連接全部斷開，而只與NodeB2保持了信令和業務的連接，切換完成。

以上過程描述都只是針對切換成功的情況，而切換失敗的情況類似，只是當UE嘗試建立與NodeB2的業務連接失敗以後，UE就恢復與NodeB1之間的業務連接，之後UE刪除與NodeB2的信令連接，這時UE與NodeB2之間的業務和信令連接全部斷開，而仍只與NodeB1保持信令和業務的連接，完成整個接力切換過程。

TD-SCDMA系統接力切換的信令過程與其他系統大致相同，而不同之處主要是：由於接力切換的前提是精確定位，因此接力切換對同步精度要求很高，對於接力切換而言，即使在同步小區之間進行切換，也同樣需要通過TD-SCDMA特有的上行同步來實現。

RNC判決要向目標小區進行切換後，首先查詢目標小區屬性，若目標小區支持接力切換，則執行接力切換過程。若目標小區和源小區屬於同一個NodeB，則RNC向目標小區發送RADIOLINKADDITION，否則發送RADIOLINKSETUP請求。當RNC收到該消息後，向源小區和目標小區同時發送業務數據。同時，RNC以AM模式向UE發送切換命令（PHYSICALCHANNELRECONFIGURATION消息）。UE接到切換命令後，判斷切換類型，若攜帶IESynchronizationParameters，則判斷為接力切換，UE將此目標小區的數據重新測量，獲得UE至此目標小區的鏈路損耗及到達時間。然後UE首先將上行鏈路轉移到目標小區，即向目標小區發送上行數據，同時從源小區接收下行數據。此分別收發的過程持續一段時間後，UE將下行鏈路也轉移到目標小區，即開始在目標小區接收下行數據，中斷和源小區的通信，完成切換過程。

接力切換是介於硬切換和軟切換之間的一種新的切換方法。與軟切換相比，兩者都具有較高的切換成功率、較低的掉話率以及較小的上行干擾等優點。它們的不同之處在於接力切換並不需要同時有多個基站為一個終端提供服務，因而克服了軟切換需要佔用的信道資源較多、信令複雜導致系統負荷加重以及增加下行鏈路干擾等缺點。與硬切換相比，兩者都具有較高的資源利用率、較為簡單的算法以及系統相對較輕的信令負荷等優點。不同之處在於接力切換斷開源基站和與目標基站建立通信鏈路幾乎是同時進行的，因而克服了傳統硬切換掉話率較高、切換成功率較低的缺點。接力切換的突出優點是切換高成功率和信道高利用率。

從測量過程來看，傳統的軟切換和硬切換都是在不知道UE準確位置的情況下進行的，因此需要對所有鄰小區進行測量，然後根據給定的切換算法和準則進行切換判決和目標小區的選擇。而接力切換是在精確知道UE位置的情況下進行切換測量的。因此一般情況下，它沒有必要對所有鄰小區進行測量，而只需對與UE移動方向一致的靠近UE一側少數幾個小區進行測量。然後根據給定的切換算法和準則進行切換判決和目標小區的選擇，就可以實現高質量的越區切換，UE所需要的切換測量時間減少，測量工作量減少，切換時延也就相應地減少，所以切換掉話率隨之下降。另外，由於需要監測的相鄰小區數目減少，因而也相應地減少了UE、NodeB和RNC之間的信令交互，縮短了UE測量的時間，減輕了網絡的負荷，進而使系統性能得到優化。

接力切換的設計思想是：利用終端上行預同步技術，預先取得與目標小區的同步參數，並通過開環方式保持與目標小區的同步，一旦網絡判決切換，終端可迅速由原小區切換到目標小區，在切換過程中，終端從源小區接收下行數據，向目標小區發送上行數據，即上下行通信鏈路先後轉移到目標小區。提前獲取切換後的上行信道發送時間、功率信息提高了切換成功率，縮短了切換時延。

接力切換充分利用系統特殊的幀結構設計和TD-SCDMA系統上行同步的特徵，通過開環同步保持實現上行預同步過程，這樣就可以使UE在接入目標小區時，能夠非常快速地完成上行同步的過程（這也意味着切換所需要的執行時間較短）。上行預同步技術就是在移動台在與原小區通信保持不變的情況下與目標小區建立起開環同步關係，提前獲取切換後的上行信道發送時間和功率，從而達到減少切換時間、提高切換成功率、降低切換掉話率的目的。

與通常的硬切換相比，接力切換除了要進行硬切換所進行的測量外，還要對符合切換條件的相鄰小區的同步時間參數進行測量、計算和保持。接力切換使用上行預同步技術，在切換過程中，UE從源小區接收下行數據，向目標小區發送上行數據，即上下行通信鏈路先後轉移到目標小區。上行預同步技術在移動台在與原小區通信保持不變的情況下與目標小區建立起開環同步關係，提前獲取切換後的上行信道發送時間，從而達到減少切換時間，提高切換的成功率，降低切換掉話率的目的。接力切換是介於硬切換和軟切換之間的一種新的切換方法。

與軟切換相比，軟切換和接力切換都具有較高的切換成功率、較低的掉話率以及較小的上行干擾等優點。不同之處在於接力切換不需要同時有多個基站為一個移動台提供服務，因而克服了軟切換需要佔用的信道資源多、信令複雜、增加下行鏈路干擾等缺點。

與硬切換相比，兩者具有較高的資源利用率，簡單的算法以及較輕的信令負荷等優點。不同之處在於接力切換斷開原基站和與目標基站建立通信鏈路幾乎是同時進行的，因而克服了傳統硬切換掉話率高、切換成功率低的缺點。

傳統的軟切換、硬切換都是在不知道UE的準確位置下進行的，因而需要對所有鄰小區進行測量，而接力切換隻對UE移動方向的少數小區測量。

（1）UE收到切換命令前的場景：上下行均與源小區連接;
　　（2）UE收到切換命令後執行接力切換的場景：利用開環預計同步和功率控制，首先只將上行鏈轉移到目標小區，而下行鏈路仍與源小區通信;
　　(3)UE執行接力切換完畢後的場景：經過N個TTI後，下行鏈路轉移到目標小區，完成接力切換 ^[1]  .