移动通信系统切换技术概述
学号： 09211050
摘要：
在移动通信系统中，切换已被作为一种关键的技术广泛应用。本文首先对切换过程的基本概念进行介绍，然后依次论述了硬切换、软切换、无缝切换、接力切换和垂直切换的原理、
过程及优缺点，并结合这几种主流的切换技术做了比较，并对几种切换技术的优劣做了总结。
关键词：
移动通信系统；硬切换；软切换；更软切换；接力切换。
切换的概念：
切换是指移动用户在通话过程中,从一个基站覆盖区移动到另一个基站覆盖区时,或由于受到外界的干扰或其他原因致使通信质量下降时,使用中的话音信道就会自动发出一个请求转
换信道的信号,通知移动通信业务交换中心,请求转换到另一个覆盖区基站的信道上去,或是转换到另一条接收质量较好的信道上,以保证移动用户能够正常通信。
切换的功能：
在通话进行中允许用户移动；在恶劣的无线传输条件下恢复并保持通信，避免移动偶那个
台与网络之间的链路发生中断；在遇到干扰时能保持可接受的通信质量；优化频率资源的使用；
减小移动台的功率消耗和全局干扰电平。
切换的基本阶段：
切换可以分为三个阶段：无线测量、网络判决和系统执行。在无线测量阶段，移动台不断
搜索本小区和周围小区基站下行链路的信号强度和信噪比，同时基站也不断测量MS 的上行
链路的信号。测量结果在某些预设的条件下发送给相应的网络单元、移动台和BSC，网络单元此时进入相应的网络判决阶段。在网络判决阶段，执行相应的切换算法，将测量结果和预先定义的门限进行比较，并确认目标小区可以提供目前正在服务的用户业务后，网络最终决定是否开始这次切换，在移动台受到网络单元发来的切换确认命令后，开始进入到切换执行阶段，移动台进入特定的切换状态，开始接受或发送与新基站所对应的信号。
切换的分类：
当一次切换被触发后，一个新的信号将被建立，通信将转接到新的链路，同时，原来的信
道被释放。切换处理过程可以根据新链路的建立途径来分来。
一、硬切换
硬切换是在不同频率的基站或覆盖小区之间的切换。这种切换是移动终端在切换状态时，
先暂时断开通话,并自动向新的频率调谐, 与新的基站接上联系,建立新的信道,从而完成切换
的过程。简单来说，硬切换的特点就是“先断开、后切换”,切换的过程中约有200 毫秒时间的短暂中断。因为原基站和移动到的新基站的电波频率不同,移动终端在与原基站的联系信
道切断后 ,往往不能马上建立新基站的新信道,这时就出现一个短暂的通话中断时间。它对通
话质量有影响。
硬切换一般采取辅助切换方式，即由移动台监测判决，由交换中心控制完成，在切换过程
中基站和移动台均参与切换过程。其切换过程如下：
移动台在通话过程中，不断地向所在小区的基站报告小区和相邻小区基站的无线电环境参
数。本小区基站依据所接收的该移动用户无线电环境参数来判断是否应该进行切换。当满足切换条件时，基站便向移动台发出切换请求，同时将切换请示信道传送给MSC ，MSC 立即判断此新基站位置码是否属于本MSC 辖区。此时有两种情况：若MSC 确认新基站是属于
本 MSC 辖区的基站，则通知VLR 为其寻找一个空闲信道（最佳或次最佳替换信道），然后将所找的信道及IMSI 经过本区的基站发送给移动台，移动台依据信道号的频率值将工作频
率切换到新的频率点上，并进行环路核准，核准信息经MSC 核准后， MSC 通知基站释放原
信道。若 MSC 发现新基站是属于非本MSC 辖区的基站， MSC 就将切换请求转送给新MSC ，再由新 MSC 通知它的VLR 为其寻找一个空闲信道，然后将找到的基站信道号及IMSI 传送给原 MSC ，并经由原基站发送给移动台，然后进行移动台的核准和基站的释放过程。
二、软切换
软切换是同一频率下不同基站之间的切换。在软切换过程中，两条链路及相对应的两个数
据流在一个相对较长的时间内同时被激活，一直到进入新基站并测量到新基站的传输质量满足指标要求后，才断开与原基站的连接，不管是从移动台的角度还是从网络的角度看，两条链路传输的是同一个数据流，保证了通信不会发生中断。
软切换由于“先切换，后断开”，移动台只有在取得了与新基站的链接之后，才会中断与
原基站的联系，因此在切换过程中没有中断，不会影响通话质量。软切换由于是在频率相同
的基站间进行，在两基站( 或多基站 ) 覆盖区的交界处，移动台同时与多个基站通信，起前
向业务信道和反向业务信道的路径分集的作用，因而可大大减少切换造成的掉话。另外，由于软切换中移动台和基站均采用了分集接收技术，有抵抗衰落的能力，同时通过反向功率控制，我们可以使移动台的发射功率降至最小，从而降低了移动台对系统的干扰；进入软切
换区域的移动台即使不能立即得到与新基站的链路，也可以进入切换等待的排列，从而减少了系统的阻塞率。软切换主要用于 C D MA 系统中。
但是在拥有上述优点的同时，软切换也有很多缺点：需要占用的信道资源较多、信令复杂导致系统负荷加重、增加下行链路干扰、增加设备投资和系统背板的复杂性等。而且由于受移动台的限制，软切换仅仅能用于具有相同频率的信道之间，所以模拟系统、TDMA 系统不具有这种功能。
三、无缝切换：
在无缝切换中，新建立的链路与旧链路并行使用，数据可以在两条链路上传输。在传输过程中，只有旧的链路起作用，在切换的末尾新的链路被激活。这种切换方式是假定移动台可
以同时在两个信道上发射信号，因此要比硬切换占用更多的无线资源，但在切换过程中通话
中断的概率很低，能够保证通信质量。无缝切换比较适合采用动态信道分配的系统。在DECT 标准中采用了这种切换方式。
四、接力切换
接力切换是介于硬切换和软切换之间的一种新的切换技术。其原理是在切换测量期间，使用上行预同步的技术，提前获取切换后的上行信道发送时间、功率信息，从而达到减少切换时间，提高切换成功率、降低切换掉话率的目的。在切换过程中，移动终端从源小区接收下行数据，向目标小区发送上行数据，即上下行通信链路先后转移到目标小区，这个过程就像是田径比赛中的接力赛一样，因而形象地称之为“接力切换”。接力切换有三个基本过程，即测量过程、判决过程和执行过程。
（一）接力切换的测量过程
接力切换与硬切换的测量过程和要求是相同的，即需要终端进行信号强度、质量和符合切换条件的相邻小区的同步时间参数进行测量、计算和保存，因此接力切换并不需要额外增加
新的测量参数，不会给终端设备带来更多的负担。
移动台需要计算和保存的参数为：本小区与邻近小区引导信道的功率差△P 和来自各邻近小区基站的信号与来自本小区基站信号的时延差△t。这就是接力切换的上行预同步及保持
过程。可见，上行预同步及保持过程并不是一个单独的时间过程，也不需要特别的控制或信
令过程，而是在测量过程中同时进行的。测量过程中一旦发现本小区和邻小区的导频强度、
信号质量等满足一定条件，则通过测量上报触发切换判决过程。移动台的测量上报可以是周
期性地进行，也可以由事件触发进行测量
（二）接力切换的判决过程
接力切换的判决过程由RNC 完成。 RNC 收到移动台的测量结果报告后，按照一定的判决准则（例如基于接收信号强度的判决准则）形成目标小区列表，然后通过接纳判决算法等流
程确定要切换的目标小区，最后发出切换命令(例如物理信道重配置命令)。
接力切换的判决过程与传统的切换判决准则基本相同。判决准则可以利用现有切换技术中的
各种准则，同时可以结合TD-SCDMA系统特有的智能天线定位技术对目标小区列表进行优
化，从而提高切换的成功率。
（三）接力切换的执行过程
移动台要切换的目标小区确定后，RNC 在发出切换命令之前，还应当对目标小区发送无线链路建立请求。当RNC 收到目标小区的无线链路建立完成消息之后，将向原小区和目标
小区同时发送业务数据承载，同时RNC 向移动台发送切换命令。此命令应附上的在目标小
区建立通信需要的各项基本数据，具体包括：小区ID ；载波频率；标称每码道的发射功率
及此业务所需的接收电平；接收和发射的Midamble 及偏移。
移动台接收到接力切换命令后，继续在原小区的下行链路接收业务数据和信令，同时，利用事先获取的本小区和邻小区之间的功率差值△P 和时间差值△t，通过开环同步和开环功
率控制，在目标小区发射上行的承载业务和信令。此分别收发的过程持续一段时间后，将接
收来自目标小区的下行数据，实现闭环功率和同步控制，中断和原小区的通信，完成切换过
程。
在切换命令发出后，如RNC收到来自移动台的切换成功消息，则删除原小区的通信链路；
如果 RNC 收到来自移动台的切换失败消息，则删除目标小区新建的通信链路。如果由于特
殊原因（比如终端突然掉电或进入深衰落地区），网络端没有收到终端的任何信息，则RNC
将主动回收为该终端配置的所有信道资源。
在接力切换的过程中，同频小区之间的两个小区的基站都将接收同一个终端的信号，并对其定位，将确定可能切换区域的定位结果向基站控制器报告，完成向目标基站的切换，克服
了“软切换”浪费信道资源的缺点。
五、垂直切换：
上面介绍的集中切换方式按照切换的方向来分都可以归为水平切换，而与此相应，还存在一种切换方式，即垂直切换。可以这样来概括水平切换和垂直切换：移动台在相同系统的基
站之间的切换称为水平切换，而移动台在不同系统的基站之间的切换就称为垂直切换。
在移动通信系统中，通过在宏小区下引入微小区和微小区而形成分级小区结构，从而解
决网络内的“盲点”和“热点”，同时也针对用户的不同运动状态，用不同级别的小区提供
通信能力。它包括宏小区、微小区和微微小区。宏小区用于处理快速移动车辆的通信业务；
微小区处理慢速移动，如步行或交通阻塞车辆的通信业务；微微小区用于覆盖商场和办公室
等室内区域。这样处理的优势是可以降低切换的次数，减少网络中管理数据的流量，同时又保证了较大的网络容量。当用户接入时，系统根据所测得的信号强度和各小区的容量，为某一呼叫选择最恰当的小区(宏小区、微小区或微微小区) ，发生切换时有两种切换方式：相
同层次小区之间的水平切换和不同层次小区之间的垂直切换。。水平切换就是普通的小区切换，通常情况下移动速率没有较大的改变、相同小区的容量未饱和都只需要水平切换即可，
反之，则根据情况进行相应的向上或者向下的垂直切换。
对比与总结：
总的来说，接力切换与硬切换相比，两者都具有较高的资源利用率、较为简单算法以及系
统相对较轻的信令负荷等优点，它们的不同之处在于接力切换断开原基站和与目标基站建立
通信链路时其上下行链路是分别进行的，因而克服了传统硬切换掉话率较高、切换成功率较低的缺点。接力切换与软切换相比，两者都具有较高的切换成功率和较低的掉话率等优点，
它们的不同之处在于接力切换并不需要一个移动终端长时间与多个基站保持链路，因而克服了软切换需要占用的信道资源较多、信令复杂导致系统负荷加重、下行链路干扰提高等缺点。
在实际工作中，可以通过权衡掉话、时延、信道忙闲等因素来确定采用哪种切换方式。