手机越区切换类型及原理

elevon

大多数人都觉得奇怪，拿着手机坐在高速行驶的汽车或者火车上，通话却能持续不断。
究竟是什么技术，这么牛13？
接下来，我给各位呼叫中心开发者说一下“切换”的事情。
其实，在移动通信里面，专有名词叫作“越区切换”。如果不能越区切换，那手机的应用，将打折扣。
大家在享受如此方便的通信手段时，总觉得是理所当然的。其实，这背后，移动技术研究人员付出了很多的汗水。
闲话少说。
（一）定义
1 移动台：手机只是一个通俗叫法，也可以叫作大哥大或者移动电话。其实，手机就是一部电台。所以，本文有些地方叫做“移动台”。
2 越区切换：为了保证通信的连续性，当正在通话的手机从一个小区移动到邻接的另一个小区（或在同一小区为避免同频干扰），手机从一个无线频道上的通话切换到另一个无线频道上以维持通话信道连续性，称为越区切换（Handover 或Handoff）或越区频道切换或自动链路转移ALT。
如何成功并快捷地完成小区切换，是无线通信系统中蜂窝小区系统设计的重要方面之一。
如今的无线通信，已经将该技术运用得炉火纯青。当然，这是说中国移动。中国电信拿着CDMA玩不转，总掉线。
真该建议中国电信的人经常来我这里学习业务常识。
（二）越区切换的分类：
1）硬切换：所谓的硬切换是指在新的连接建立以前，先中断旧的连接(GSM)；
2）软切换：是指既维持旧的连接，又同时建立新的连接,并利用新旧链路的分集合并来改善通信质量，在与新基站建立可靠连接之后再中断旧链路(CDMA)。
这点很容易理解，GSM就是看见新连接，立马切断旧的，连上新的。过程很快，话路不会断。
CDMA做的保守一点，新的连结实了，再断开旧的。
越区切换
越区切换包括三方面的问题：
(1)啥时候需要切换；
(2)杂控制切换；
(3)切换的时候，信道控制如何做；
（三）越区切换的准则：
在移动通信系统中，一般可以根据射频信号强度、载干比、手机到基站的相对位置以及数字系统中的误码率来判断切换与否。实际应用中，可以选取其中一种或几种作为参数。
假定s从基站1向基站2运动，其信号强度的变化如图1所示。判定何时需要越区切换的准则如下：
越区切换示意图
阅读后边的文字，先弄清楚什么叫作小区
所谓的小区，就是一个基站所覆盖的区域。但在城市中，基站较密集。所以，挤占所覆盖的区域，就形成一个个蜂窝。每个蜂窝就是一个小区。
该小区不是你家住的那个大院子。
1）相对信号强度准则（准则1）
切换判决基于从基站接收的信号强度平均值。手机连续监测各个小区的信号强度，当某个相邻小区基站的信号强度超过当前基站时，就发起切换。
如图1所示的A处将有发生越区切换。
此方式的缺点：当服务基站还能提供所要求的业务质量时就迸行了许多不必要的切换。
2）具有门限规定的相对信号强度准则（准则2）
手机连续监测各个小区的信号强度，当某个相邻小区基站的信号强度超过当前小区基站，并且当前小区基站的信号强度低于某一门限时，发起切换。如图1所示，在门限为Th2时，在B点发生越区切换。
在此方法中需要恰当地选择门限值。例如，在图1中，如果门限值太高取为Th1，则该准则与准则1相同；如果门限值太低取为Th3，则会引起较大的越区时延，此时，可能会因链路质量较差而导致通信中断。另一方面，它会引起对同道用户的额外干扰。
3）具有滞后余量的相对信号强度准则（准则3）
仅允许移动用户在新基站的信号强度比原基站信号强度强很多（即大于滞后余量（Hysteresis Margin））的情况下进行越区切换。
例如，图1所示的C点。该技术可以防止由于信号波动引起的移动台在两个基站之间来回重复切换，即“乒乓效应”。
乒乓效应

4）具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则（准则4）
仅允许移动用户在当前基站的信号电平低于规定门限并且新基站的信号强度高于当前基站的一个给定滞后余量时进行越区切换。
（四）越区切换的控制策略
越区切换控制包括：越区切换的参数控制、越区切换的过程控制。
在移动通信系统中,过程控制的方式主要有三种:
1）手机移动台控制的越区切换（PACS、DECT）
手机连续监测当前基站和几个越区时的候选基站的信号强度和质量。在满足某种越区切换准则后,移动台手机选择具有可用业务信道的最佳候选基站，并发送越区切换请求。
2）网络控制的越区切换（TACS）
基站监测来自手机的信号强度和质量，在信号低于某个门限后，网络开始安排向另一个基站越区切换。网络要求手机周围的所有基站都监测该手机的信号，并把测量结果报告给网络。网络从这些基站中选择一个基站作为越区切换的新基站，把结果通过旧基站通知移动台并通知新基站。
3）手机辅助的越区切换（GSM IS-95）
网络要求移动台测量其周围基站的信号质量并把结果报告给旧基站，网络根据测试结果决定何时进行越区切换以及切换到哪个基站。
（五）越区切换时的信道分配
它解决当呼叫要转换到新小区时,新小区如何分配信道,使得越区失败的概率尽量小的问题。常用的做法是在每个小区预留部分信道专门用于越区切换。
特点：因新呼叫可使用的信道数减少，要增加呼损率，但减少了通话被中断的概率，从而符合人们的使用习惯。
（六）GSM采用的越区切换
采用移动台辅助切换法：把过区的检测和处理等功能部分地分散到各个移动台，即由移动台来测量本基站和周围基站的信号强度，把测得结果送给MSC进行分析和处理，从而做出有关过区切换的决策。
时分多址（TDMA）技术给移动台辅助切换法提供了条件。GSM系统在一帧的8个时隙中，移动台最多占用两个时隙分别进行发送和接收，其余时隙可以对周围基站的广播控制信道（BCCH）进行信号强度的测量。
越区切换主要有三种不同情况：
（1）同一个BSC控制区内不同小区之间的切换，也包括不同扇区之间的切换。
同一BSC越区切换示意图
如图2所示，首先由MS向BSC报告原基站和周围基站的信号强度，由BSC发出切换命令，MS切换到新TCH信道后告知BSC，由BSC通知MSC/VLR，某移动台已完成此次切换。若MS所在位置区也变了，那么在呼叫完成后还需要进行位置更新。
（2）同一个MSC/VLR业务区内，不同BSC控制区的小区之间的切换。这种切换由MSC负责切换过程，流程如图4所示。
首先由MS向原基站控制器（BSC1）报告测试数据,BSC1向MSC发送“切换请求”，再由MSC向BSC2(新基站控制器)发送“切换指令”，BSC2向MSC发送“切换证实”消息。然后，MSC向BSC1、MS发送“切换命令”；待切换完成后，MSC向BSC1发“清除命令”，释放原占用的信道。
同一个MSC不同BSC越区切换
（3）不同MSC/VLR控制区的小区之间的切换
当移动台在通话中发现信号强度过弱，而邻近的小区信号较强时，即可通过正在服务的基站BS1向正在服务的MSC1发出“过区切换请求”。由MSC1向另一个新的移动交换中心MSC2转发此切换请求。请求信息中包含该移动台的标志和所要切换到的新基站BS2的标志。MSC2收到后，通知其相关的VLR2给该MS“分配切换号码”，并通知新的基站BS2“分配无线信道”，然后向MSC1传送“切换号码”。
如果MSC2发现无空闲信道可用，即通知MSC1结束此次切换过程，这时，MS现有的链路将不被拆除。
MSC1收到“切换号码”后，要在MSC1和MSC2之间建立起“地面有线链路”。完成后，MSC2向MSC1发送“地面有线链路建立证实”信息，并向BS2发出“切换指令”.而MSC1向MS发送“切换指令”，MS收到后，将其业务信道切换到新支配的业务信道上去。BS2向MSC2发送“切换证实”信息，MSC2收到后向MSC1发出“结束”信息，MSC1收到后，即可释放原占用信道，整个切换过程结束。
不同BSC越区切换
不同MSC之间的越区切换