軟切換

軟切換是指既維持舊的連接，又同時建立新的連接，並利用新舊鏈路的分集合並來改善通信質量，當與新基站建立可靠連接之後再中斷舊鏈路。軟切換隻能在相同頻率的信道間進行，因此，模擬系統、TDMA系統不能實現這種功能。

在CDMA系統的無線網絡中，當移動台（MS）處於切換區時，移動台可以根據事先設定的門限和不同的小區的導頻強度，選擇同時與兩個或多個服務小區發生連接。這樣，切換過程也改變為移動台首先與原有小區和即將要切換到的小區同時連接，在繼續移動的過程中，當原始小區的電平低於一定的門限後，再釋放與原服務小區的連接，而僅與即將進入的小區發生連接的過程叫做軟切換，軟切換保證了切換過程中信息傳輸的連續性，降低了掉話的概率。

手機用户對網絡的最大意見就是經常掉話。這是因為手機越區切換時採用的是“硬切換”，在從一個基站覆蓋區進入另一個基站覆蓋區時先斷掉與原基站的聯繫，然後再尋找新進入的覆蓋區的基站進行聯繫，這就是通常所説的“先斷後接”，當然這個斷的時間差僅幾百毫秒，在正常情況下人們無法感覺到，只是一旦手機因進入屏蔽區或信道繁忙而無法與新基站聯繫時，掉話就會產生；而現在雙模手機採用的是“軟切換”技術，在越區切換時，雙模手機並不斷掉與原基站的聯繫而同時與新基站聯繫，當手機確認已經和新基站聯繫後，才將與原基站的聯繫斷掉，也就是“先接後斷”，掉話的可能幾近於無。

CDMA系統支持多種類型的切換，主要類型有硬切換、軟切換和更軟切換。改進切換過程和調整切換參數是為了在增強CDMA 功能的同時保持呼叫的完整性。硬切換是時間離散的事件，當呼叫從一個小區交換到另一個小區或者從一個載波交換到另一個載波時發生。軟切換是一種狀態，由多個基站同時支持一個呼叫。硬切換事件必然是短暫的；相反，移動台經常在相當長的呼叫時間內處於軟切換狀態。在所有接入技術中都有硬切換（例如AMPS、TDMA、GSM和CDMA），而軟切換是CDMA 系統所特有的。

在移動通信系統中，當處於連接狀態的移動台從一個小區移動到另一個小區時，為了使通信不中斷，通信網控制系統通常會啓動切換過程〔將與原服務小區的連接釋放，並與新的服務小區產生連接)來保證移動台的業務傳輸。切換過程是蜂窩移動通信系統最重要的過程之一，它不僅影響着小區邊界處的呼叫服務質量，還與網絡的負載情況有着緊密的聯繫，也就是説，還與無線資源的使用情況有着密切的聯繫。如果切換過程進行得不好的話，很可能造成小區的過載和移動台的“掉話”，使網絡服務質量大大下降。在WCDMA系統中。引入了微小區結構來增加系統容量，這時，小區覆蓋面積小，從而切換的發生率比較高，這就更加需要有一個好的切換技術來保證系統的性能。

在目前的WCDMA系統中，採用的切換技術主要有以下幾種：

(1)頻率內切換：這是指軟切換和更軟切換。軟切換的特點是“先建立、後斷開”，也就是説，移動台在離開其服務小區(主小區)之前，就己經與它可能到達的小區建立了聯繫，所以切換具有健壯性。另外，軟切換帶來的宏分集增益可以明顯提高處於小區邊緣的移動台的鏈路通信質量。因此，軟切換是WCDMA系統中應用最為廣泛的切換技術。隨着小區扇區化以提高系統容量的方案逐漸得到採納，更軟切換也得到了運用。更軟切換和軟切換的區別是:在軟切換中，移動台在切換過程中與屬於不同小區的多個扇區產生連接，而在更軟切換中，移動台在切換過程中與同一小區的具有相同頻率的多個扇區產生連接。

(2)系統內的硬切換：在一個WCDMA系統內，如果兩個小區的載波頻率不同，或者兩小區指配的業務信道的幀偏置不同，它們之間的切換必須採用硬切換，即“先斷開，後建立”。

(3)系統間的硬切換：主要是指WCDMA系統到其它系統(如GSM或模擬系統)之間的切換。這也必須先中斷原來的鏈路，所以必須採用硬切換。

在進行軟切換時，移動台首先搜索所有導頻並測量它們的強度。移動台合併計算導頻的所有多徑分量（最多K個）的Ec/Io（一個比特的能量Ec與接收總頻譜密度--噪聲加信號Io的比值）來作為該導頻的強度，K是移動台所能提供的解調單元數。當該導頻強度Ec/Io大於一個特定值T_ADD時，移動台認為此導頻的強度已經足夠大，能夠對其進行正確解調，但尚未與該導頻對應的基站相聯繫時，它就向原基站發送一條導頻強度測量消息，以通知原基站這種情況，原基站再將移動的報告送往移動交換中心，移動交換中心則讓新的基站安排一個前向業務信道給移動台，並且原基站發送一條消息指示移動台開始切換。可見CDMA軟切換是移動台輔助的切換。

當收到來自基站的切換指示消息後，移動台將新基站的導頻納入有效導頻集，開始對新基站和原基站的前向業務信道同時進行解調。之後，移動台會向基站發送一條切換完成消息，通知基站自己已經根據命令開始對兩個基站同時解調了。

接下來，隨着移動台的移動，可能兩個基站中某一方的導頻強度已經低於某一特定值T_DROP，這時移動台啓動切換去掉計時器（移動台對在有效導頻集和候選導頻集裏的每一個導頻都有一個切換去掉計時器，當與之相對應的導頻強度比特定值D小時，計時器啓動）。當該切換去掉計時器T期滿時（在此期間，其導頻強度應始終低於D），移動台發送導頻強度測量消息。兩個基站接收到導頻強度測量消息後，將此信息送至MSC（移動交換中心），MSC再返回相應切換指示消息，然後基站發切換指示消息給移動台，移動台將切換去掉計時器到期的導頻將其從有效導頻集中去掉，此時移動台只與目前有效導頻集內的導頻所代表的基站保持通信，同時會發一條切換完成消息告訴基站，表示切換已經完成。

整個軟切換過程包括以下幾步：

（1）當導頻強度達到T_ADD，移動台發送一個導頻強度測量消息，並將該導頻轉到候選導頻集。

（2）基站發送一個切換指示消息。

（3）移動台將此導頻轉到有效導頻集併發送一個切換完成消息。

（4）導頻強度掉到T_DROP以下，移動台啓動切換去掉計時器。

（5）切換去掉計時器到期，移動台發送一個導頻強度測量消息。

（6）基站發送一個切換指示消息。

（7）移動台把導頻從有效導頻移到相鄰導頻集併發送切換完成消息。

IS-95系統對軟切換作了一下的規定：軟切換的過程從移動台開始，它必須不斷測量系統內導頻（Pilot）信道的信號強度。為了有效地對導頻信道進行搜索，IS-95A 系統中的導頻信道被分為活動集（active set）、候選集（candidate set）、鄰近集（neighbor set）和剩餘集（remaining set）四個集合。活動集由具有足夠信號強度，正在支持移動台呼叫的導頻組成；候選集是由導頻強度能夠支持移動台呼叫的導頻組成；鄰近集是由不屬於活動集或候選集，但是有可能參與軟切換的導頻組成（例如這些小區可能在已知的鄰近區域內）；剩餘集是由屬於CDMA系統但未包含在其他3 組中的小區導頻組成。當移動台測得鄰近集或剩餘集中的一個導頻的強度超過導頻加入門限T_ADD；或者候選集中的一個導頻的強度超過活動集中任意導頻強度的0.5*T_COMP（dB）（T_COMP 為導頻加入比較門限）；或者活動集中的導頻低於導頻丟棄門限T_DROP，並且持續時間達到導頻丟棄定時器門限T_TDROP，移動台會向基站發送“導頻強度測量消息”，報告導頻搜索的結果以及切換跌落定時器的狀態。同時“導頻強度測量消息”中還應報告有關導頻信道相對於移動台時間基準的相對時間間隔 PILOT_ARRIVAL。基站子系統（BSS）通過發送“切換指示消息”（即分配給移動台的新的前向業務信道）來響應“導頻強度測量消息”。另外“切換指示消息”也用來標識從活動集中去掉的導頻，移動台將停止使用已從活動集中去掉的導頻，併發送出“切換完成消息”。 一般情況下，處於切換狀態下的移動台的數量應該控制在系統用户總數的30%左右。當系統資源不夠時，即前向業務信道透支時，可能會造成用户接入某小區不暢（如延遲或失敗）。在不改變網絡現有設備的情況下，可適當降低系統軟切換的百分比，以釋放業務信道來提供正常通信。

軟切換的參數CDMA系統中使用軟切換的時候需要設置合適的參數，如果參數不合適的話，會嚴重影響系統性能。

(1)設置過小：

◆產生大量導頻測量消息，通知基站，準備切換，大量佔用了移動台和基站的資源；

◆增加了不必要的切換，佔用了更多的TCH(Traffic Channel)，使更多移動台進入軟切換，尤其是隨着T_ADD 降低，三小區切換的比例會上升；

◆使移動台到達遠端小區的功率過低，甚至被忽略，失去了分集接收的意義，又造成了TCH 的浪費。

(2)設置過大：

◆話音質量差，甚至造成掉話，減少了基站的覆蓋範圍；

◆造成了切換延遲；

◆基站邊界附近的移動台發射功率過高，造成大量耗電等不利後果。

適當選擇T_ADD，使系統的大部分軟切換是兩小區切換，並且使移動台與兩小區的距離大致相等，這樣可使移動台平均發射功率降幅加大，降低了對系統的干擾。

軟切換應用價值

在實現系統運行時，這些切換是組合出現的，可能同時既有軟切換，又有更軟切換和硬切換。比如，一個移動台處於一個基站的兩個扇區和另一個基站交界的區域內，這時將發生軟切換和更軟切換。若處於三個基站交界處，又會發生三方軟切換。上面兩種軟切換都是基於具有相同載頻的各方容量有餘的條件下，若其中某一相鄰基站的相同載頻已經達到滿負荷，MSC就會讓基站指示移動台切換到相鄰基站的另一載頻上，這就是硬切換。在三方切換時，只要另兩方中有一方的容量有餘，都優先進行軟切換。也就是説，只有在無法進行軟切換時才考慮使用硬切換。當然，若相鄰基站恰巧處於不同MSC，這時即使是同一載頻，在目前也只能是進行硬切換，因為此時要更換聲碼器。如果以後BSC間使用了IPI接口和ATM，才能實現MSC間的軟切換。