WCDMA软切换算法研究及参数设计

WCDMA软切换算法研究及参数设计
WCDMA软切换算法研究及参数设计

WCDMA 软切换算法研究及参数设计

纪达麒,缪旭晖

北京邮电大学信息学院,北京(100876)

E-mail :duky2001@https://www.360docs.net/doc/6110300239.html,

摘 要:本文介绍了WCDMA 网络中软切换的功能特点,分析了软切换的执行策略和算法,探讨了软切换相关参数对系统性能的影响,并提出了优化策略以及典型取值。 关键词:WCDMA ,软切换,切换策略,参数优化

1. 概述

无论是在已大范围应用的第二代移动通信系统中,还是在第三代移动通信系统中,切换管理都是十分重要的。当处于连接状态的移动台从一个小区移动到另一个小区时,为了使通信不中断,通信网控制系统通常会启动切换过程(将与原服务小区的连接释放,并与新的服务小区产生连接)来保证移动台的业务传输。通过越区切换,可保证通话中的MS(移动台)越出当前所在蜂窝小区时现有通话不中断。当移动台处于小区边缘时,可以将不同小区接收到的信号合并成足够高的接收电平保证通信。

2. WCDMA 软切换策略

WCDMA 软切换的实现是通过无线网络控制器根据移动台的切换测量报告做出判断和处理而实现的。移动台将根据不同类型的切换,进行频率内测量、频率间测量、系统间测量, 当处于被链接模式时,移动台不停地测量服务小区和邻近小区的当前载波频率。移动台将把测量结果与由无线网络控制器提供的门限进行比较,当执行了报告标准后,移动台将发送一个测量报告给无线网络控制器,无线网络控制器将根据这些结果做出是否切换和如何切换的指示。

切换算法都有其不同的切换准则,根据不同的准则来选择各种参数作为切换判决的输入,判决参数主要包括接收信号强度、信噪比、业务负载、移动台速度等,其中基于导频信道的码片信号能量与噪声谱密度比值,考虑到了接收信号强度及信噪比等因素,成为软切换算法中普遍使用的测量变量。参考文献[1]定义了以下报告事件。

2. 1 事件1A

一条首要公共导频信道将加入激活集。当式(1)满足后,报告将被触发:

111

10lg 10lg()(1)10lg (/2)

A

N New i Best a a i M w M w M R H =≥+???∑ (1)

其中 New M 是报告范围内小区的测量结果;i M 是激活集的测量结果;N 是当前激活集小区数目;Best M 是激活集中载干比最大的小区的测量结果;W 是有无线网络控制器发送给用户设备的加权参数;1a R 是事件1A 中由无线网络控制器发送给用户设备的报告范围常数;1a H 是事件1A 的滞后参数,该滞后参数和报告范围常数常常被称为导频添加门限,用T_Add (=

11/2a a R H ?)表示。

2. 2 事件1B

一个首要公共导频信道退出激活集。当满足式(2)后,报告将被触发:

111

10lg 10lg()(1)10lg (/2)

A

N old i Best b b i M w M w M R H =≤+??+∑ (2)

其中old M 是退出激活集小区的测量结果;i M 是激活集的测量结果, 1b R 是从无线网络控制器发送出来的报告范围常量,1b H 是事件1B 的滞后参数,该滞后参数和报告范围常数之和常常称为导频

删除门限,用T_Drop (=11/2b b R H +)来表示。

2. 3 事件1C

一个非激活集的首要公共导频信道代替激活集中一条首要公共导频信道。当激活集中小区数已满,候选集中一条首要公共导频信道的载干比满足式(3),则用其取代激活集中恶化的首要公共导频信道:

_10lg 10lg T_Re place

best cand serv M M ≥+ (3)

其中 _best cand M 是候选集中链路最好的测量结果;serv M 是激活集中恶化链路的测量结果;T_Replace 是事件1C 的替换门限。

可见, Event 1a/ 1b/ 1c 的算法对WCDMA 系统定义了不同参数,参数值的确定是建设网络的重要指标,在网络规划和优化过程中,要合理设置切换参数,既要保证小区的连续覆盖,使UE 保证软切换的连续性,同时又要避免系统发生过多的软切换,从而造成不必要的资源浪费。

3. 软切换参数设置

软切换可以通过将接收信号合并而获得宏分集增益,提高上行链路信号质量,同时降低移动台的传输功率。但另一方面,软切换过程中移动终端连接多条链路,消耗更多的无线资源,当软切换率增加到一定程度时会减少下行链路的容量。因此在考虑软切换的规划过程中,要在软切换的利弊之间折衷。一般用于评价软切换性能的参数是平均激活集大小和相对捕获功率。

平均激活集大小,表示在某一时刻同时向一个用户提供服务的平均基站个数。它表明在软切换中支持某一用户的传输信道个数,因此可以体现出系统资源的使用情况。平均激活集越大,与用户通信的基站数目越多,系统消耗的无线资源也就越多。

相对捕获功率,定义为用户收到的有用信号功率除以用户收到的所有基站发出的功率,相对捕获功率越大,用户软切换的增益也就越大。[2]

3. 1 最大激活集数N 的设置

激活集最大数目N 指的是在软切换过程中允许与移动台建立连接得最大基站数目。N 越大,UE 可以连接的小区数越多,移动台收到的信号能量就越高,但这也势必会增加对其他移动台的干扰增加,并且也会增加系统的开销。

最大激活集数N

平均激活集数

最大激活集数N

相对捕获功率(%)

图 1 最大激活集数对系统的影响(T_Add=3dB,T_Drop=5dB,T_Replace=2dB,W=1)

软切换要求最大激活集数N 大于等于2。图1反映了最大激活集数对系统的影响。从图中可以看出,当N 从2变化到7时,系统性能在3时达到最佳。当N 等于2时,相对捕获功率太低,不能充分体现软切换带来的增益,而当N 从3增加到4时,相对捕获功率增加缓慢,而平均激活集数增长幅度相对较大,所以此时服务质量的提高不能弥补系统无线资源的消耗。而当N 大于4已经没有什么意义,因为平均激活集数和相对捕获功率都几乎不再改变。因此最大激活集数N 的典型取值为3。

3. 2 增加门限T_Add 和删除门限T_Drop 的设置

从(1)中可以看出,T_Add 这一门限值控制了进入激活集的导频信号。T_Add 越大,导频信号越容易进入激活集,处于软切换状态的移动台数量就越多。反之,T_ADD 越小,导频信号则会越难进入激活集。

从(2)中可以看出,T_DROP 这一门限值控制了退出有效集的导频信号。T_DROP 越大,导频信号越难离开激活集,处于软切换状态的移动台数量就越少。反之,T_DROP 越小,导频信号则会越容易离开激活集。

从(1)与(2)还可以看出T_Add 必须小于T_Drop ,否则一个小区就很可能在激活集与候选集中频繁跳跃,无谓增加系统的负担。

增加门限T__Add (dB)

平均激活集数

增加门限T__Add (dB )相对捕获功率(

%)

图 2 增加门限T_Add 和删除门限T_Drop 对系统的影响(N=3,T_Replace=2dB,W=1)

从图2可以看出,平均激活集数随着T_Add 的增加成线性增长,而相对捕获功率在T_Add 小于等于6dB 时成线性增长,而当T_Add 大于6dB 后,增长就十分缓慢,所以一般T_Add 取值都要小于等于6dB ,否则无线资源的消耗并不能带来足够的切换增益。T_Add 的典型取值是3~5dB 。[5]从图中还可以看出,随着T_Drop-T_add 值的增加,平均激活集数和相对捕获功率都线性增加,取值一般是根据网络对软切换比例控制的需要来设置。希望软切换比例高一些,T_Drop-T_Add 设得大一些,反之则设得小一些。T_Drop-T_Add 的典型取值是2dB[3]

3. 3 替换门限T_Replace 的设置

T_Replace 门限是将候选集中的导频信号替换进入有效集的控制门限,从(3)中可以看出T_Replace 取值越高,候选集中的导频信号越不容易被替换进入激活集,反之则越容易替换进入激活集。

替换门限T__Replace (dB )

平均激活集数

替换门限T__Replace (dB )

相对捕获功率(%)

图 3 替换门限T_Replace 对系统的影响(N=3,T_Add=3dB,T_Drop=5dB,W=1)

从图3可以看出,T_REPLACE 的取值对系统性能的影响并不大,这是因为在实际的系统运行中,发生导频信号替换的几率比较低。T_REPLACE 参数的典型取值为1~3 dB 。[4]

3. 4 权重系数W 的设置

权重系数W 这个参数反应了现有激活集中最佳导频和所有导频对进入和离开激活集导频门槛影响的权重关系。W 越大,最佳导频的影响越小,所有导频的影响越大,进入或者离开激活集的难度也就越大。

权重系数W

平均激活集数

权重系数W

相对捕获功率(

%)

图 4 权重系数W 对系统的影响(N=3,T_Add=3dB,T_Drop=5dB,T_Replace=2dB )

从图4可以看出,随着权重系数W 的增加,平均激活集数和相对捕获功率都线性递减,所以W 主要是用于对软切换比例进行控制,希望软切换比例高一些,W 设得小一些,反之则设得大一些。W 的典型取值为0.8~1。

4. 结论

在WCDMA 系统中,切换是必不可少的过程.而切换参数的设置对系统性能的好坏有很大影响。本文在介绍了WCDMA 中软切换的功能和特点之后,探讨了典型的软切换策略和算法,并通过仿真得出最大激活集数、增加门限、删除门限、替换门限以及权重系数等几个软切换重要参数对软切换性能不同程度的影响,并给出了的优化策略以及典型取值。

参考文献

[1]Jaana Laiho,Achim Wacker,Tomas Novosad,“Radio Network Planning and Optimisation for UMTS”,电子工业出版社,北京,2004.8

[2]V .Vanghi and C.Chevallier, “WCDMA Handover Parameters Optimazation”,IEEE Communications Society, pp. 4133-4137, 2004.

[3]汪典,阮航,刘玉,WCDMA 软切换算法及参数优化研究,计算机与数字工程,第34卷,2006 [4]刘鸣,袁超伟,黄守勇,WCDMA 的切换参数对系统设计的影响研究,邮电设计技术,2006

[5]3GPP,2001,Technical Specification Group RNA; UTRAN Functions, Examples on Signalling Procedures,3G TS 25.942,V 5.1.0,2002.6

Research on Soft Handover Algorithm and Parameter Design in

WCDMA

Ji Daqi,Miao Xuhui

Information School,Beijing University Of Posts and Telecommunications,Beijing (100876)

Abstract

This paper introduces the function and characteristic of soft handover in WCDMA , studies the typical handover algorithm, discusses relative parameters and the influence on the system performance , and supplies the optimum strategy and typical value for these parameters.

Keywords:WCDMA,soft handover,handover strategy,parameter optimization

作者简介:

纪达麒,男,1983年生,福建厦门人,北京邮电大学05级信息工程学院信息理论与技术教研中心的硕士研究生,导师:吴伟陵,专业为信号与信息处理,研究方向为数字移动通信与移动因特网;缪旭晖,男,1982年生,福建宁德人,北京邮电大学05级信息工程学院信息理论与技术教研中心的硕士研究生,导师:周炯槃,专业为信号与信息处理,研究方向为移动通信。

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