切换技术研究

2004年3月第24卷第3期广东通信技术Vol .24 No.3 March 2004GUANGDONG COMMUNICATION TECHNOLOGY无线通信切换技术研究The Study on Handover Technology阮国伟黄本雄王芙蓉(华中科技大学)摘要随着通信的发展新业务的增加给移动通信系统带来新的技术问题，也对切换提出了更高的要求。微小区的应用导致切换的频繁发生。多业务的并存也使切换的策略发生了改变。面对切换的新问题本文先详细介绍当前的切换技术然后指出解决当前问题的方法最后提出切换的研究方向。关键词切换切换策略 多 业务切换微小区切换 新呼叫 切换呼叫 业 务模型也是针对单业务系统的。但第三代通信系统也将要投1引言入使用,第三代系统与第二代系统相比,有两个明显的现在,无线移动网络己经成为通信基础网络中非优点,一是支持高速的数据业务,使通信系统能承载多常重要的部分,成为人们生活中的-部分,人们对通信种业务;二是使用微蜂窝技术,使 系统容量大大增加。的要求也越来越高,希望随时随地都能享受到通信所为了支持系统的这些优点,切换的策略也要做相应的带来的丰富多彩的服务。但是在目前的无线移动网络改变。中,严重的带宽限制己经不能满足人们越来越多的需2.1.1支持多业务的切换策略求,迫使设计者将服务区域分为能够重复使用无线频第三代移动通信系统支持宽带多媒体业务,如语谱的蜂窝而且蜂窝还有越来越小的趋势。当移动台从音、数据等多种业务。不同的业务对切换有不同的要一个蜂窝移动到另一个蜂窝时,呼叫需要从一个基站求。语音业务对时延很敏感,但它对误码率要求比较;切换到另-一个基站。蜂窝越小,切换的平均次数将越低,数据业务对时延不太敏感,但是它要求数据分组传多。很显然,这样的切换严重影响了呼叫的服务质量，输的可靠性很高,即要求误码率很低。所以要分别对待从而严重影响蜂窝系统的设计和性能。另外通信系统这两种业务的切换。下面先介绍基本的切换策略再介的各种业务对切换的要求也不一样,切换的时候要区绍对多业务系统应采用的切换策略:别对待,这样就增加了切换的复杂性。因此,如何减少①无优先级策略,基站对新呼叫请求和切换呼叫切换,并使切换平滑进行是-个蜂窝移动通信系统是请求不做任何区别,在这种情况下,若没有空闲信道分否成功的重要标志。所以进行切换的研究是十分必要配给呼叫就将其清除。的。②排队优先权策略,如果没有信道可用,则新到呼叫会形成呼损,但切换呼叫可以排队等候信道释放,2切换技术.而且排队等候信道的释放可以是多种多样的。2.1切换策略③预留信道策略,为了降低切换呼叫的失败率每.当前,各国使用的通信系统主流是第二代通信系个蜂窝都预留出固定数量的信道,专用于切换呼叫,如统,由于第二代系统的业务比较单一,所以切换的策略果空闲信道数大于保留信道数,则新呼叫到达不形成阮国伟电子 与信息工程系硕士研究生, 主要研究方向:下一代呼损,而对于切换呼叫只要有空闲信道就不会形成呼网络中的切换技术。黄本雄电子与信息工程系教授 ,硕士生导师,主要研究方向:多叫接近接收④基于MH中国煤化工换请求是根据呼媒体通信技术。CNMHG不是按照先入先王芙蓉电子与信息工程系教授 ,硕士生导师,主要研究方向:移服务的原则给这些呼叫分配信道。动通信系统和软件工程。⑤半速策略,将每个小区定义一些信道,当该小21广东通信技术2004年无线通信.区信道繁忙时,可以暂时将这些信道-分为二,即半速权最高。信道,-个信道用于正在进行的呼叫,另一个用于切换假设语音信道占用一个信道,业务信道占用两个呼叫。以使切换呼叫继续进行减少了强制中断率。当信道。新呼叫和切换呼叫的业务模型如图1( a)和图1一个半速信道释放后,可以与其他空闲的半速率信道(b)所示,其中M为保留信道数,供切换呼叫专用,B1结合成一个全速率信道,但这种方法实现起来需要空为语音业务切换呼叫的缓冲器,B2为数据业务切换的中接口的结构能够支持将全速信道分成两个子速率信缓冲器。道的功能。从图1(a) 和图1(b)可以看出,新呼叫进入小区这些策略都是用于一-种业务的情况,对于多种业后,若忙信道数小于N- M(话音为N-M , 数据为N-务并存的切换情况来说,.上面所说的策略不能很好的M-1) ,则直接占用空闲信道,呼叫完成后离去,否则被满足不同业务的需求,所以为了满足未来移动通信系阻塞。 切换呼叫进入小区后若忙信道数小于N话音为统的要求,要综合单业务切换策略的优点,形成对多业N ,数据为N- 1) ,则直接占用空闲信道,呼叫完成后离务切换的切换策略。下面给出两种多业务切换的策略:去,否则视缓冲器剩余量是否满足接入要求,若是,则(1 )对不同呼叫给予不同的优先权切换呼叫进入缓冲器, 并启动定时器, 等待服务,否则不同业务的新呼叫具有相同的优先权,优先级别拒绝。最低;切换呼叫比新呼叫具有更高的优先权,数据业务当呼叫到达时,首先判断其业务类型,即判断是语由于是非实时业务,其切换呼叫给予次优先权;语音业音还是数据业务,然后判断是新呼叫还是切换呼叫,并务由于有实时要求,对时延要求高,其切换呼叫的优先给出相应的优先级别。各类业务的新呼叫具有相同的优先级别,且级别最低按先来先服务( FIFO )的规则接受服务。切换呼叫比新呼叫具有更高的优先信道1新呼叫完成离去权,而不同业务的切换呼叫具有不同的优先权。数000 -信道2据业务的切换呼叫具有次优先权;语音的切换呼叫具有最高优先权,同样按FIFO规则接受服务。新呼叫到达对于语音新呼叫, 由于一个呼叫占用1个信道,判断小区忙信道数是否小于N-M ,若是,则接.信道N-M .+新呼叫完成离去受呼叫, 否则拒绝;对于数据新呼叫,由于一个呼叫占用二个信道。判断小区忙信道数是否小于(a)新呼叫的业务模型➢新呼叫完成离 去十新呼叫完成离去语音、视频业务切换呼叫缓冲器:B1信道N-M一, .新呼叫完成离去B:数据业务切换呼叫缓冲器中国煤化工YHCNMHG(B)切换呼叫的业务模型图1新呼叫和切换呼叫业务模型2第3期阮国伟等:切换技术研究无线通信N-M- 1。若是则接受呼叫,否则拒绝。对于语音切换据I类资源的情况来分配1类资源。对于借用队列,队呼叫,由于一个呼叫占用1个信道,判断小区忙信道数列中的呼叫都是j类业务呼叫,其优先级由R(j)和P"是否小于N ,若是,则接受呼叫;否则视缓冲器B1占有两部分构成借用队列采用FIFO的优先级规则。量是否小于M1若是则进入缓冲器,否则拒绝。对于数把切换过程分成两种情况:①对于i类业务切换据切换呼叫,由于一个呼叫占用2个信道,判断小区忙切换所需资源为两类资源,切换成功指的是两类资源信道是否小于N-1 ,若是,则接受呼叫;否则视缓冲器都切换成功,而且切换时两类资源一次性分配完成 ;②B2占有量是否小于M2-1 ,若是,则进入缓冲器,否则对于j类业务,切换所需资源仅为n类资源,切换成功拒绝。指的是n类资源切换成功,j类业务切换后进入借用队(2 )资源借用方案列然后才考虑i类资源的分配问题。多业务切换问题与单业务切换问题的最大不同是2.1.2支持微蜂窝的切换策略系统中有不同业务,不同业务有不同的优先级,不同业为了满足移动通信日益增长的需求,第三代系统务使用不同数量的各类资源,而且各种业务对时延敏大大提高了系统的容量。它通过降低蜂窝的大小大大感性不一,因此可以考虑,当需要时,将前者呼叫的业地提高了系统的容量,但这也带来了- -些问题,用户移务信道暂时借给后者切换呼叫,前者呼叫用信令信道动时经过的蜂窝越来越多, 导致切换速率和信令负载保持与基站的联系,在业务信道够用时,再进行业务通的增加,当有高速移动的用户时,很容易掉线。为了解信。决这个问题,我们将分层蜂窝结构引入无线网络,并同假设系统有两类业务:对时延敏感的i类业务和对时使用软切换技术。宏蜂窝主要满足以高速移动的移时延不敏感的j类业务。系统有两类资源:n类不可借动终端或由于缺乏信道而不能由微蜂窝服务的移动终资源1类可借资源。对i类业务如典型的话音业务掉端,因此可以降低切换的速率并同时增加系统的容话后再建立通信,己讲过的话不需要再讲, 而对j类业量。移动终端通话时,它同时保持与宏蜂窝、信号最强务,如典型的文件传输业务,掉话再建立通信后,又要.的相邻微蜂窝的连接。并不断地测量宏蜂窝和相邻的从头再传,所以要让j类业务先切换,以获得n类资源,微蜂窝的信号强度,报告基站系统控制器,基站系统控减少掉话。为了减少i类业务因切换而掉话,我们提出制器调整移动台与它自己相邻的微蜂窝的连接。当移资源借用方案对于j类业务它们的I类资源可以借给动终端低速移动发生切换时,基站根据移动终端测量i类业务,用n类资源保持与基站的必要联系等到1类的信号强度,优先把移动终端切换到信号最强的微蜂资源充足时再继续业务。窝,由于移动终端一直都保持与信号最强的微蜂窝的系统内有两个队列:切换队列和借用队列。当切换连接,所以切换速度很快,切换完成后才调整移动终端请求到达时,如果资源不够用,就进入切换队列中排队与 微蜂窝的连接。当然移动终端快速移动发生切换时等候各种业务共用一个切换队列。队列中切换请求的基站根据移动终端的速度,优先把移动终端切换到宏优先级组成分两种情况。①对于i类业务这个优先级蜂窝,这样移动终端连续经过微蜂窝的时候都不会发由R(i和P’两部分组成R(i表示i种业务的业务优先生切换,减少了切换的发生;当移动终端速度降低到一级,是固定的,P' 是一个偏移量,是可变的,可以使用在定程度时,基站又把移动终端切换到信号最强的微蜂单业务中广泛使用的MBPS,用信号强度来确定P'权值窝,保证用户得到最好的通信质量与提高系统的容量大小,但是R(i)+P'mx