2004年3月第24卷第3期廣東通信技術(shù)Vol .24 No.3 March 2004GUANGDONG COMMUNICATION TECHNOLOGY無(wú)線(xiàn)通信切換技術(shù)研究The Study on Handover Technology阮國(guó)偉黃本雄王芙蓉(華中科技大學(xué))摘要隨著通信的發(fā)展新業(yè)務(wù)的增加給移動(dòng)通信系統(tǒng)帶來(lái)新的技術(shù)問(wèn)題，也對(duì)切換提出了更高的要求。微小區(qū)的應(yīng)用導(dǎo)致切換的頻繁發(fā)生。多業(yè)務(wù)的并存也使切換的策略發(fā)生了改變。面對(duì)切換的新問(wèn)題本文先詳細(xì)介紹當(dāng)前的切換技術(shù)然后指出解決當(dāng)前問(wèn)題的方法最后提出切換的研究方向。關(guān)鍵詞切換切換策略 多 業(yè)務(wù)切換微小區(qū)切換 新呼叫 切換呼叫 業(yè) 務(wù)模型也是針對(duì)單業(yè)務(wù)系統(tǒng)的。但第三代通信系統(tǒng)也將要投1引言入使用,第三代系統(tǒng)與第二代系統(tǒng)相比,有兩個(gè)明顯的現(xiàn)在,無(wú)線(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)己經(jīng)成為通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中非優(yōu)點(diǎn),一是支持高速的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),使通信系統(tǒng)能承載多常重要的部分,成為人們生活中的-部分,人們對(duì)通信種業(yè)務(wù);二是使用微蜂窩技術(shù),使 系統(tǒng)容量大大增加。的要求也越來(lái)越高,希望隨時(shí)隨地都能享受到通信所為了支持系統(tǒng)的這些優(yōu)點(diǎn),切換的策略也要做相應(yīng)的帶來(lái)的豐富多彩的服務(wù)。但是在目前的無(wú)線(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)改變。中,嚴(yán)重的帶寬限制己經(jīng)不能滿(mǎn)足人們?cè)絹?lái)越多的需2.1.1支持多業(yè)務(wù)的切換策略求,迫使設(shè)計(jì)者將服務(wù)區(qū)域分為能夠重復(fù)使用無(wú)線(xiàn)頻第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)支持寬帶多媒體業(yè)務(wù),如語(yǔ)譜的蜂窩而且蜂窩還有越來(lái)越小的趨勢(shì)。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)從音、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)。不同的業(yè)務(wù)對(duì)切換有不同的要一個(gè)蜂窩移動(dòng)到另一個(gè)蜂窩時(shí),呼叫需要從一個(gè)基站求。語(yǔ)音業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延很敏感,但它對(duì)誤碼率要求比較;切換到另-一個(gè)基站。蜂窩越小,切換的平均次數(shù)將越低,數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延不太敏感,但是它要求數(shù)據(jù)分組傳多。很顯然,這樣的切換嚴(yán)重影響了呼叫的服務(wù)質(zhì)量，輸?shù)目煽啃院芨?即要求誤碼率很低。所以要分別對(duì)待從而嚴(yán)重影響蜂窩系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和性能。另外通信系統(tǒng)這兩種業(yè)務(wù)的切換。下面先介紹基本的切換策略再介的各種業(yè)務(wù)對(duì)切換的要求也不一樣,切換的時(shí)候要區(qū)紹對(duì)多業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)采用的切換策略:別對(duì)待,這樣就增加了切換的復(fù)雜性。因此,如何減少①無(wú)優(yōu)先級(jí)策略,基站對(duì)新呼叫請(qǐng)求和切換呼叫切換,并使切換平滑進(jìn)行是-個(gè)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)是請(qǐng)求不做任何區(qū)別,在這種情況下,若沒(méi)有空閑信道分否成功的重要標(biāo)志。所以進(jìn)行切換的研究是十分必要配給呼叫就將其清除。的。②排隊(duì)優(yōu)先權(quán)策略,如果沒(méi)有信道可用,則新到呼叫會(huì)形成呼損,但切換呼叫可以排隊(duì)等候信道釋放,2切換技術(shù).而且排隊(duì)等候信道的釋放可以是多種多樣的。2.1切換策略③預(yù)留信道策略,為了降低切換呼叫的失敗率每.當(dāng)前,各國(guó)使用的通信系統(tǒng)主流是第二代通信系個(gè)蜂窩都預(yù)留出固定數(shù)量的信道,專(zhuān)用于切換呼叫,如統(tǒng),由于第二代系統(tǒng)的業(yè)務(wù)比較單一,所以切換的策略果空閑信道數(shù)大于保留信道數(shù),則新呼叫到達(dá)不形成阮國(guó)偉電子 與信息工程系碩士研究生, 主要研究方向:下一代呼損,而對(duì)于切換呼叫只要有空閑信道就不會(huì)形成呼網(wǎng)絡(luò)中的切換技術(shù)。黃本雄電子與信息工程系教授 ,碩士生導(dǎo)師,主要研究方向:多叫接近接收④基于MH中國(guó)煤化工換請(qǐng)求是根據(jù)呼媒體通信技術(shù)。CNMHG不是按照先入先王芙蓉電子與信息工程系教授 ,碩士生導(dǎo)師,主要研究方向:移服務(wù)的原則給這些呼叫分配信道。動(dòng)通信系統(tǒng)和軟件工程。⑤半速策略,將每個(gè)小區(qū)定義一些信道,當(dāng)該小21廣東通信技術(shù)2004年無(wú)線(xiàn)通信.區(qū)信道繁忙時(shí),可以暫時(shí)將這些信道-分為二,即半速權(quán)最高。信道,-個(gè)信道用于正在進(jìn)行的呼叫,另一個(gè)用于切換假設(shè)語(yǔ)音信道占用一個(gè)信道,業(yè)務(wù)信道占用兩個(gè)呼叫。以使切換呼叫繼續(xù)進(jìn)行減少了強(qiáng)制中斷率。當(dāng)信道。新呼叫和切換呼叫的業(yè)務(wù)模型如圖1( a)和圖1一個(gè)半速信道釋放后,可以與其他空閑的半速率信道(b)所示,其中M為保留信道數(shù),供切換呼叫專(zhuān)用,B1結(jié)合成一個(gè)全速率信道,但這種方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)需要空為語(yǔ)音業(yè)務(wù)切換呼叫的緩沖器,B2為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)切換的中接口的結(jié)構(gòu)能夠支持將全速信道分成兩個(gè)子速率信緩沖器。道的功能。從圖1(a) 和圖1(b)可以看出,新呼叫進(jìn)入小區(qū)這些策略都是用于一-種業(yè)務(wù)的情況,對(duì)于多種業(yè)后,若忙信道數(shù)小于N- M(話(huà)音為N-M , 數(shù)據(jù)為N-務(wù)并存的切換情況來(lái)說(shuō),.上面所說(shuō)的策略不能很好的M-1) ,則直接占用空閑信道,呼叫完成后離去,否則被滿(mǎn)足不同業(yè)務(wù)的需求,所以為了滿(mǎn)足未來(lái)移動(dòng)通信系阻塞。 切換呼叫進(jìn)入小區(qū)后若忙信道數(shù)小于N話(huà)音為統(tǒng)的要求,要綜合單業(yè)務(wù)切換策略的優(yōu)點(diǎn),形成對(duì)多業(yè)N ,數(shù)據(jù)為N- 1) ,則直接占用空閑信道,呼叫完成后離務(wù)切換的切換策略。下面給出兩種多業(yè)務(wù)切換的策略:去,否則視緩沖器剩余量是否滿(mǎn)足接入要求,若是,則(1 )對(duì)不同呼叫給予不同的優(yōu)先權(quán)切換呼叫進(jìn)入緩沖器, 并啟動(dòng)定時(shí)器, 等待服務(wù),否則不同業(yè)務(wù)的新呼叫具有相同的優(yōu)先權(quán),優(yōu)先級(jí)別拒絕。最低;切換呼叫比新呼叫具有更高的優(yōu)先權(quán),數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)當(dāng)呼叫到達(dá)時(shí),首先判斷其業(yè)務(wù)類(lèi)型,即判斷是語(yǔ)由于是非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù),其切換呼叫給予次優(yōu)先權(quán);語(yǔ)音業(yè)音還是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),然后判斷是新呼叫還是切換呼叫,并務(wù)由于有實(shí)時(shí)要求,對(duì)時(shí)延要求高,其切換呼叫的優(yōu)先給出相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)別。各類(lèi)業(yè)務(wù)的新呼叫具有相同的優(yōu)先級(jí)別,且級(jí)別最低按先來(lái)先服務(wù)( FIFO )的規(guī)則接受服務(wù)。切換呼叫比新呼叫具有更高的優(yōu)先信道1新呼叫完成離去權(quán),而不同業(yè)務(wù)的切換呼叫具有不同的優(yōu)先權(quán)。數(shù)000 -信道2據(jù)業(yè)務(wù)的切換呼叫具有次優(yōu)先權(quán);語(yǔ)音的切換呼叫具有最高優(yōu)先權(quán),同樣按FIFO規(guī)則接受服務(wù)。新呼叫到達(dá)對(duì)于語(yǔ)音新呼叫, 由于一個(gè)呼叫占用1個(gè)信道,判斷小區(qū)忙信道數(shù)是否小于N-M ,若是,則接.信道N-M .+新呼叫完成離去受呼叫, 否則拒絕;對(duì)于數(shù)據(jù)新呼叫,由于一個(gè)呼叫占用二個(gè)信道。判斷小區(qū)忙信道數(shù)是否小于(a)新呼叫的業(yè)務(wù)模型?新呼叫完成離 去十新呼叫完成離去語(yǔ)音、視頻業(yè)務(wù)切換呼叫緩沖器:B1信道N-M一, .新呼叫完成離去B:數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)切換呼叫緩沖器中國(guó)煤化工YHCNMHG(B)切換呼叫的業(yè)務(wù)模型圖1新呼叫和切換呼叫業(yè)務(wù)模型2第3期阮國(guó)偉等:切換技術(shù)研究無(wú)線(xiàn)通信N-M- 1。若是則接受呼叫,否則拒絕。對(duì)于語(yǔ)音切換據(jù)I類(lèi)資源的情況來(lái)分配1類(lèi)資源。對(duì)于借用隊(duì)列,隊(duì)呼叫,由于一個(gè)呼叫占用1個(gè)信道,判斷小區(qū)忙信道數(shù)列中的呼叫都是j類(lèi)業(yè)務(wù)呼叫,其優(yōu)先級(jí)由R(j)和P"是否小于N ,若是,則接受呼叫;否則視緩沖器B1占有兩部分構(gòu)成借用隊(duì)列采用FIFO的優(yōu)先級(jí)規(guī)則。量是否小于M1若是則進(jìn)入緩沖器,否則拒絕。對(duì)于數(shù)把切換過(guò)程分成兩種情況:①對(duì)于i類(lèi)業(yè)務(wù)切換據(jù)切換呼叫,由于一個(gè)呼叫占用2個(gè)信道,判斷小區(qū)忙切換所需資源為兩類(lèi)資源,切換成功指的是兩類(lèi)資源信道是否小于N-1 ,若是,則接受呼叫;否則視緩沖器都切換成功,而且切換時(shí)兩類(lèi)資源一次性分配完成 ;②B2占有量是否小于M2-1 ,若是,則進(jìn)入緩沖器,否則對(duì)于j類(lèi)業(yè)務(wù),切換所需資源僅為n類(lèi)資源,切換成功拒絕。指的是n類(lèi)資源切換成功,j類(lèi)業(yè)務(wù)切換后進(jìn)入借用隊(duì)(2 )資源借用方案列然后才考慮i類(lèi)資源的分配問(wèn)題。多業(yè)務(wù)切換問(wèn)題與單業(yè)務(wù)切換問(wèn)題的最大不同是2.1.2支持微蜂窩的切換策略系統(tǒng)中有不同業(yè)務(wù),不同業(yè)務(wù)有不同的優(yōu)先級(jí),不同業(yè)為了滿(mǎn)足移動(dòng)通信日益增長(zhǎng)的需求,第三代系統(tǒng)務(wù)使用不同數(shù)量的各類(lèi)資源,而且各種業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延敏大大提高了系統(tǒng)的容量。它通過(guò)降低蜂窩的大小大大感性不一,因此可以考慮,當(dāng)需要時(shí),將前者呼叫的業(yè)地提高了系統(tǒng)的容量,但這也帶來(lái)了- -些問(wèn)題,用戶(hù)移務(wù)信道暫時(shí)借給后者切換呼叫,前者呼叫用信令信道動(dòng)時(shí)經(jīng)過(guò)的蜂窩越來(lái)越多, 導(dǎo)致切換速率和信令負(fù)載保持與基站的聯(lián)系,在業(yè)務(wù)信道夠用時(shí),再進(jìn)行業(yè)務(wù)通的增加,當(dāng)有高速移動(dòng)的用戶(hù)時(shí),很容易掉線(xiàn)。為了解信。決這個(gè)問(wèn)題,我們將分層蜂窩結(jié)構(gòu)引入無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò),并同假設(shè)系統(tǒng)有兩類(lèi)業(yè)務(wù):對(duì)時(shí)延敏感的i類(lèi)業(yè)務(wù)和對(duì)時(shí)使用軟切換技術(shù)。宏蜂窩主要滿(mǎn)足以高速移動(dòng)的移時(shí)延不敏感的j類(lèi)業(yè)務(wù)。系統(tǒng)有兩類(lèi)資源:n類(lèi)不可借動(dòng)終端或由于缺乏信道而不能由微蜂窩服務(wù)的移動(dòng)終資源1類(lèi)可借資源。對(duì)i類(lèi)業(yè)務(wù)如典型的話(huà)音業(yè)務(wù)掉端,因此可以降低切換的速率并同時(shí)增加系統(tǒng)的容話(huà)后再建立通信,己講過(guò)的話(huà)不需要再講, 而對(duì)j類(lèi)業(yè)量。移動(dòng)終端通話(huà)時(shí),它同時(shí)保持與宏蜂窩、信號(hào)最強(qiáng)務(wù),如典型的文件傳輸業(yè)務(wù),掉話(huà)再建立通信后,又要.的相鄰微蜂窩的連接。并不斷地測(cè)量宏蜂窩和相鄰的從頭再傳,所以要讓j類(lèi)業(yè)務(wù)先切換,以獲得n類(lèi)資源,微蜂窩的信號(hào)強(qiáng)度,報(bào)告基站系統(tǒng)控制器,基站系統(tǒng)控減少掉話(huà)。為了減少i類(lèi)業(yè)務(wù)因切換而掉話(huà),我們提出制器調(diào)整移動(dòng)臺(tái)與它自己相鄰的微蜂窩的連接。當(dāng)移資源借用方案對(duì)于j類(lèi)業(yè)務(wù)它們的I類(lèi)資源可以借給動(dòng)終端低速移動(dòng)發(fā)生切換時(shí),基站根據(jù)移動(dòng)終端測(cè)量i類(lèi)業(yè)務(wù),用n類(lèi)資源保持與基站的必要聯(lián)系等到1類(lèi)的信號(hào)強(qiáng)度,優(yōu)先把移動(dòng)終端切換到信號(hào)最強(qiáng)的微蜂資源充足時(shí)再繼續(xù)業(yè)務(wù)。窩,由于移動(dòng)終端一直都保持與信號(hào)最強(qiáng)的微蜂窩的系統(tǒng)內(nèi)有兩個(gè)隊(duì)列:切換隊(duì)列和借用隊(duì)列。當(dāng)切換連接,所以切換速度很快,切換完成后才調(diào)整移動(dòng)終端請(qǐng)求到達(dá)時(shí),如果資源不夠用,就進(jìn)入切換隊(duì)列中排隊(duì)與 微蜂窩的連接。當(dāng)然移動(dòng)終端快速移動(dòng)發(fā)生切換時(shí)等候各種業(yè)務(wù)共用一個(gè)切換隊(duì)列。隊(duì)列中切換請(qǐng)求的基站根據(jù)移動(dòng)終端的速度,優(yōu)先把移動(dòng)終端切換到宏優(yōu)先級(jí)組成分兩種情況。①對(duì)于i類(lèi)業(yè)務(wù)這個(gè)優(yōu)先級(jí)蜂窩,這樣移動(dòng)終端連續(xù)經(jīng)過(guò)微蜂窩的時(shí)候都不會(huì)發(fā)由R(i和P’兩部分組成R(i表示i種業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)優(yōu)先生切換,減少了切換的發(fā)生;當(dāng)移動(dòng)終端速度降低到一級(jí),是固定的,P' 是一個(gè)偏移量,是可變的,可以使用在定程度時(shí),基站又把移動(dòng)終端切換到信號(hào)最強(qiáng)的微蜂單業(yè)務(wù)中廣泛使用的MBPS,用信號(hào)強(qiáng)度來(lái)確定P'權(quán)值窩,保證用戶(hù)得到最好的通信質(zhì)量與提高系統(tǒng)的容量大小,但是R(i)+P'mx