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WCDMA切换原理及其优化
WCDMA切换原理及其优化
作者:
陈锐汉
时间:
2010年3月22日
目录
1.前言1
2.切换概述1
2.1切换的目的1
2.2UE的模式与状态介绍1
2.3切换的方法与分类3
2.4软切换与硬切换的对比4
2.5切换三步曲与相关基本概念6
2.6滤波、偏移与加权7
3.软切换/更软切换8
3.1测量控制与报告8
3.2判决过程13
3.3执行过程14
3.4软切换案例分析与优化经验15
4.连接质量监测(压缩模式)17
4.1基本概念17
4.2切换类型的决定18
4.32d事件与2f事件19
4.46d事件与6b事件22
4.5相关案例与优化经验23
5.异系统切换(IRATHO)24
5.13a事件的测量24
5.23a事件的判决过程27
5.33a事件的执行27
5.4相关案例与优化经验28
6.异频切换(IFHO)28
6.12b事件的测量28
6.22b事件的判决过程30
6.32b事件的执行30
6.4相关案例与优化经验31
7.HSDPA移动性管理32
7.1HS-DSCH服务小区更新32
7.2IF或IRAT35
7.3Iur接口的配置36
7.4相关案例与优化经验36
8.EUL移动性管理38
9.核心网硬切换(CNHHO)39
10.基于业务的异系统切换(ServiceBasedHOtoGSM)39
11.后话39
1.前言
切换的基本目标是对移动的终端在系统的范围内提供连续的无中断的通信服务。
在WCDMA系统中,切换分为以下几种类型:
⏹软切换/更软切换
⏹异频切换(IFHO)
⏹异系统切换(IRATHO)
⏹核心网硬切换(CNHHO)
⏹基于业务的异系统切换(ServiceBasedHOtoGSM)
⏹HSDPA和EUL的移动性管理
其中,在本编文档中,将对软切换/更软切换、异频切换(IFHO)、异系统切换(IRATHO)、HSDPA和EUL的移动性管理作较详细的介绍,对核心网硬切换(CNHHO)、基于业务的异系统切换(ServiceBasedHOtoGSM)只作简单的介绍。
2.切换概述
2.1切换的目的
●即将离开当前使用小区的信号覆盖区时为UE提供连续的无中断的通信服务,这是切换的基本目标
●覆盖当前区域小区负载不平衡时实现资源共享
●与当前使用小区业务特性不符时根据速度分层、业务分层(例HSDPA),以高效率地使用资源
2.2UE的模式与状态介绍
UE的模式大致分为空闲模式(IdelMode)和连接模式(Connectedmode),而在连接模式中又分为四种状态:
CELL_FACH、CELL_DCH、CELL_PCH、URA_PCH。
如下图:
而各种模式和状态之间的转换可以参考下图:
2.3切换的方法与分类
2.3.1切换的方法
在CELL_DCH状态下的小区变更可以分为:
切换和直接重试(DirectedRetry)。
以上方法都是由RNC发起与控制的。
在IDLE、CELL_FACH、CELL_PCH、URA_PCH状态下驻留小区的变更称为小区重选(又称前向切换),此方法是由UE必起与控制的。
2.3.2切换的分类
按系统变化分类有两类:
同系统和异系统。
按信令过程分类有两类:
软切换和硬切换。
按切换前后频率分类有两类:
同频和异频。
以上分类之间的关系如下表所示:
当发生切换的两个小区使用同一个频点时:
1、如果在同一RNC下,对于低速业务一般开启软切换和更软切换,以获得最好的服务效果;
2、不同RNC之间,如果没有配置Iur接口,则无法发生软切换,只能发生硬切换。
3、对于高速数据类业务(如PS384K业务),由于此类业务占用大量的系统资源,往往不允许进行软切换。
可以通过RNC参数配置当业务速率超过一定门限后就不使用软切换,即使这两个小区在同一RNC下。
(384这个门限可以设置)
4、两个小区频点不同时,一定是硬切换。
2.4软切换与硬切换的对比
对比项目
软切换(更软切换)
硬切换
激活集中无线链路数
多条
一条
是否有切换中断
无
有
切换前后小区的频率
同频小区之间
同频,异频
或异系统小区间
切换增益
最大比合并(UE侧)或选择合并(基站侧),可以减少衰落的影响。
并降低UE发射功率。
无
缺点
占用更多系统资源,软切换小区功率不平衡时产生问题。
掉话比例相对较高
总结
软切换通过牺牲一定的系统资源获得最佳的系统性能。
软切换过程,主要是穿越切换区域时,无线链路与无线链路集的变化。
在软切换区,UE同时和两个小区保持联系,这两个小区属于不同的两个NodeB。
在更软切换区,同时和UE保持联系的两个小区属于同一NodeB。
软切换与更软切换的本质区别:
更软切换在NODEB中进行最大比合并,增益最高;软切换在RNC中进行选择性合并,增益一般;
硬切换过程,在切换区,UE先中断和原服务小区的无线连接,再建立和新小区的连接。
注意在切换过程中,首先建立RNC到NodeB2的链路,然后先断开UE和NodeB1小区的连接(此时NodeB1到RNC的链路保留)再建立NodeB2小区到UE的连接,连接成功后,再断开NodeB1到RNC的连接。
在硬切换过程中,同一时刻,只有一个小区的UE连接。
2.5切换三步曲与相关基本概念
2.5.1切换三步曲
测量
测量控制(RNC告诉UE要测什么,邻区列表,上报的条件是什么?
)
测量的执行与结果的处理测量报告
判决
●以测量报告为基础
●根据相关算法决定是否应该进行小区变更
执行
●信令过程
●支持失败回退
●测量控制更新
2.5.2相关基本概念
活动集:
保持与UE连接的无线链路的集合,最大只能有3个小区
监视集:
不在激活集,但被UE检测到的邻区信号的集合.
检测集:
不是当前激活集的邻区,但被UE检测到的其他小区的信号
邻区:
预先配置好的可以与当前服务小区进行重选/切换的小区集。
同一个小区可以配置三种不同类型的邻区表:
同频邻区、异频邻区和异系统邻区。
除同频邻区只可以配置31个邻区外,其余两种邻区最多可以配置32个。
2.6滤波、偏移与加权
在测量到的信号与各种事件门限值作比较之前,会进行两层的滤波:
层1滤波与层3滤波。
层1滤波直接在物理层通过硬件进行,层3滤波则通过软件来进行。
注意,层3滤波只对处理CELL_DCH状态下测量得的信号进行处理。
公式是
Fn=(1–a)Fn-1+aMn
各符号的意义如下:
Fn:
滤波后的结果
Fn-1:
之前一个滤波后的结果
Mn:
最新在测试结果
a:
=1/2(k/2),k是在MEASUREMENTCONTROL消息中接收到的IE"Filtercoefficient".
如下图:
k的值可以是以下参数中的其中一个:
⏹软切换/更软切换:
filterCoefficient1
⏹连接质量监测:
filterCoefficient2,filterCoeff6
⏹异频切换:
filterCoeff4_2b
⏹异系统切换:
utranfilterCoefficient3,gsmFilterCoefficient3
我们可以通过设置individualOffset的值来为每一个小区的测量对象增加一个偏移量,此值可正可负。
当取正值时,用于比较的值会比实际测量的值要大,即会提前进行切换判决,反之则反。
每个小区的值可以在MEASUREMENTCONTROL消息中得到,如下图:
对于加权,加权因子用于把激活集的所有小区融合在一起来判断事件,而不是用最好的小区。
下面是不同事件的加权因子:
⏹软切换/更软切换:
w1a,w1b
⏹连接质量监测:
usedFreqW2d,usedFreqW2f
⏹异频切换:
usedFreqW4_2b,nonusedFreqW4_2b
⏹异系统切换:
utranW3a
不同事件的相应加权因子值也可以在MEASUREMENTCONTROL消息中得到。
3.软切换/更软切换
3.1测量控制与报告
3.1.1测量控制
测量控制的目的:
通知UE需要测量的对象、邻区列表、报告方式,事件参数等;测量条件改变时,RNC通知UE新的测量条件。
当刚进行CELL_DCH状态时,软切换/更软切换的过程已经开始了。
当还没收到由WCDMARAN下发到UE的第一个MEASUREMENTCONTROL消息时,所有由UE上报的MEASUREMENTREPORT消息的产生都是基于系统的广播消息SIB11和SIB12。
刚进行CELL_DCH状态时,第一个MEASUREMENTCONTROL消息是用来配置UE关于1a事件、1b事件、1c事件和1d事件的相关参数,还有UE要测量的相关邻区信息。
3.1.2测试报告
UE会在测量报告中上报不同的事件,包括哪里些小区附合了哪些事件的条件,还有该小区的相关信息,以触发不同的切换判决与执行过程。
对于软切换/更软切换,会牵涉到以下事件:
1a事件:
一个主导频信道进入报告范围,表示一个小区的质量已经接近最好小区或者活动集质量,当UE的活动集满后,停止报告1A事件
1b事件:
一个主导频信道离开报告范围,表示一个小区的质量比最好小区或活动集质量差得较多
1c事件:
替换事件,一个非激活集的主导频信道好过一个激活集里的主导频信道,只要激活未满,则发生1A事件,若满才发生1C事件。
1d事件:
最好小区变化事件,有一个小区质量比目前认为的最好小区的质量还要好。
1e事件:
对活动集小区的测量结果高于绝对门限事件
1f事件:
对活动集小区的测量结果低于绝对门限事件
●1a事件:
如上图所示,当一个不包括在激活集里面的主导频信号进入了最好小区的reportingRange1a+hysteresis1a/2范围内,且在测量到的信号在该范围内持续了timeToTrigger1a时间,1a事件发生,UE就会上报一个代表1a事件的MEASUREMENTREPORT消息到SRNC。
●1b事件:
如上图所示,当一个激活集里面的主导频离开了最好小区的reportingRange1b-hysteresis1b/2范围,并且离开的时间超过了timeToTrigger1b时间,1b事件发生,UE就会上报一个代表1b事件的MEASUREMENTREPORT消息到SRNC。
●1c事件:
如上图所示,当一个不包括在激活集里面的主导频比激活集里面的最差导频好过hysteresis1c/2并且持续了timeToTrigger1c时间,同时激活集里面的小区数已经满了(有maxActiveSet个,一般为3个),1c事件发生,UE就会上报一个代表1c事件的MEASUREMENTREPORT消息到SRNC。
●1d事件:
如上图所示,当任何一个测量到的小区比激活集中最好小区的信号强出hysteresis1d/2,并且持续时间有timeToTrigger1d,则1d事件发生,UE就会上报一个代表1c事件的MEASUREMENTREPORT消息到SRNC。
●事件转周期报告(Event-triggeredperiodicmeasurementreporting)
此功能是为1a与1c事件而设置的。
当UE发送了1a/1c测试报告到RNC后,没有收到ActiveSetUPDATE消息,UE就会每隔reportingInterval1a(或reportingInterval1c)时间发送一次相关的测量报告,直到激活集更新或者测量结果已经不满足事件触发条件为止。
3.2判决过程
3.2.11a事件的判决过程
当SRNC收到了关于1a事件的测量报告,切换判决算法将会对该报告进行处理,决定报告中所建议的候选小区是否可以加入到激活集中。
算法会保留MEASUREMENTREPORT消息中EventResults部分的第一个小区,也就是附合事件条件的最好的小区,其它小区会舍弃。
假如保留下来的小区已经包含在激活集里面,算法会根据收到的测量报告来更新激活集小区的排列顺序,并且不会再做其它任何动作。
如果不是激活集里面的小区,算法就会检查该小区是不是激活集里面小区的邻区,检测该小区是否可用(如该小区不是激活集小区的邻区,即属于检测集里面的小区,即为不可用小区)。
●保留的小区不可用
假如保留的小区不可用,且MEASUREMENTREPORT消息里面没有该小区的测量值,判决算法将会无条件终止。
假如保留的小区不可用但测量值超过了激活集中最好小区releaseConnOffset个dB,判决算法将会把当前连接释放,这样做的原因是因为UE进入了保留小区的主覆盖范围,如果没有受该小区所功控,会对其它用户产生很大的上行干扰。
假如保留的小区不可用但测量值没有超过激活集中最好小区releaseConnOffset个dB,判决算法会根据测量报告的结果更新当前激活集的排列顺序,并且不会做其它任何动作。
●保留的小区可用但缺失同步信息
如果保留小区可用但测量报告中没有该小区的同步信息,则切换无法进行,判决算法会根据测量报告的结果更新当前激活集的排列顺序,并且不会做其它任何动作。
●保留的小区用
如果保留的小区没有发生以上的任何情况,则会进行切换的执行流程:
如果激活集还没满,则把保留小区加入到激活集里面。
如果激活集已满,则会把保留的小区与激活集中的最差小区进行交换。
确定要进行切换后,SRNC会下发ActiveSetUPDATE消息通知UE进行切换。
3.2.21b事件的判决过程
假如1b事件的MEASUREMENTREPORT消息里面的eventresults部分包括多个附合条件的小区,则切换判决算法把这些小区存放在一个删除列表里面。
切换判决算法从删除列表的第一个小区开始检查,检查该小区是否是激活集里面的小区。
如果是,则把该小区从激活集中删除。
完成了这一步,如果有其它优先级较高的测量报告在缓存(buffer)里面,则先处理优先级高的,然后继续处理删除列表里面的下一个小区,直到删除列表为空为止。
3.2.31c/1d事件的判决过程
1c事件与1d事件的判决过程与1a事件的判决过程相类似,请参考3.2.1。
3.3执行过程
当软切换/更软切换判决算法产生了一个新的建议激活集,切换将会进入执行阶段。
以下动作之一将会执行:
●增加无线链路
●删除无线链路
●无线链路增加与删除的组合
●新的建议激活集被拒绝,原来的激活集保留
●连接被释放
软切换/更软切换的执行是要与容量管理协作运行的,在此不作详细讨论。
下面是软切换/更软切换的信令流程:
3.4软切换案例分析与优化经验
案例1:
由于漏定邻区导致的软切换失败
漏定邻区
解决办法:
♦AddHC_2_187_MaiDiTCLCuiYuan_C1<>HC_2_82_BaiYuLanBinGuan_B1
当各种切换参数都配置正确后,大多数情况下的掉话都是由于缺少邻区关系。
但是,不能一发现缺失邻区的情况就马上添加邻区关系,因为一个小区的邻区数是有限制的,而且有些缺少邻区的情况是由于小区越区覆盖导致的,这种情况应该控制越区的小区的覆盖范围,因为如果服务小区距离UE太远,也大大增加掉话的可能。
案例2:
由于越区覆盖导致的掉话
解决办法:
●调整越区覆盖小区的E-Tilt或者M-Tilt,控制其覆盖范围。
由于每个小区的可以定义的邻区数目是有限的,当有些区域的基站密度比较大,而且附近的同频室分较多时,很有可能会出现邻区表已满而导致无法添加邻区的情况。
不过有时候又很难从地图上判断邻区关系是否多余。
这时候可以观察邻区表已满的小区在过去两周甚至更长时间里面与它的所有邻区的切换尝试次数。
如果连续两个星期或更长时间都没有切换尝试,则可初步断定该邻区关系是多余的,可以删除。
当然,也不排除由于目前业务量较少,该区域没有用户而导致没切换尝试。
4.连接质量监测(压缩模式)
4.1基本概念
WCDMARAN通过对三个对象的监测来确定连接的质量,它们是CPICHEc/No、CPICHRSCP和UETXpower。
通过对CPICHEc/No和CPICHRSCP的监测可能触发2d事件或2f事件;通过对UETXpower的监测可能触发6d事件与6b事件。
当三个对象当中最少有一个对象的测量值超过相关门限,就会进入压缩模式,并触发一次IFHO或者IRATHO。
当CPICHEc/No的测量值低于usedFreqThresh2dEcno+serviceOffset2dEcno,或者CPICHRSCP的测量值低于usedFreqThresh2dRscp+serviceOffset2dRscp将会触发2d事件,并进入压缩模式。
而当进入压缩模式后的CPICHEc/No测量值大于usedFreqThresh2dEcno+serviceOffset2dEcno+usedFreqRelThresh2fEcno,或者CPICHRSCP的测量值大于usedFreqThresh2dRscp+serviceOffset2dRscp+usedFreqRelThresh2fRscp时,将会触发2f事件,并退出压缩模式。
当UETXpower的值达到了最大值,将会触发6d事件,并进入压缩模式。
而当进入压缩模式后的UETXpower的值小于ueTxPowerThresh6b时,将会触发6b事件,并退出压缩模式。
需要注意的是进入压缩模式后要测量的对象应当为触发压缩模式的对象。
对以上三个对象的监测都可以通过参数设置来停止。
把timeToTrigger2dEcno设置为5000,或把timeToTrigger2dRscp设置为5000,或把txPowerConnQualMonEnabled设置为FALSE就可以停止对相应对象的测量监测了。
4.2切换类型的决定
要想进行IFHO,则C_IfHoAllowed要设置成Allowed,FddIfHoSupp要设置成On,并且要定义适当的IF邻区。
要想进行IRATHO,则C_GsmHoAllowed要设置成Allowed,FddGsmHoSupp要设置成On,并且要定义适当的IRAT邻区(GSM邻区)。
假如以上条件都满足,即在激活集中的小区既可以进行IFHO,又可以进行IRATHO,那么,最终会进行哪一种切换由一个小区级参数hoType来决定。
但当激活集中存在DRNC的小区,由于hoType不能从Iur接口上读出,因此该小区的切换类型由一个RNC级参数defaultHoType来决定。
切换类型的决定遵从以下规则:
●当激活集中的所有小区的hoType都设置成NONE,则IFHO与IRATHO都不会进行。
●当激活集中至少有一个小区的hoType设置成GSM_PREFERRED且没有一个小区的hoType设置成IFHO_PREFERRED,同时又有定义IRAT邻区,则会进行IRATHO的尝试。
但如果所有小区都没有定义IRAT邻区,并且IFHO的条件又满足,则会进行IFHO的尝试。
●当激活集中至少有一个小区的hoType设置成IFHO_PREFERRED,同时又有定义IF邻区,则会进入IFHO的尝试。
但如果没有定义IF邻区,则会进行IRATHO的尝试。
4.32d事件与2f事件
2d事件与2f事件的相关参数可以从相关MEASUREMENTCONTROL消息中获取。
如下图:
当CPICHEc/No的测量值低于usedFreqThresh2dEcno+serviceOffset2dEcno-hysteresis2d/2,并且持续时间在timeToTrigger2dEcno以上,2d事件被触发;
当CPICHRSCP的测量值低于usedFreqThresh2dRscp+serviceOffset2dRscp-hysteresis2d/2,并且持续时间在timeToTrigger2dRscp以上,2d事件被触发。
当CPICHEc/No的测量值高于usedFreqThresh2dEcno+serviceOffset2dEcno+usedFreqRelThresh2fEcno+hysteresis2f/2,并且持续时间在timeToTrigger2fEcno以上,2f事件被触发;
当CPICHRSCP的测量值低于usedFreqThresh2dRscp+serviceOffset2dRscp+usedFreqRelThresh2fRscp-hysteresis2f/2,并且持续时间在timeToTrigger2fRscp以上,2f事件被触发。
4.46d事件与6b事件
6d事件与6b事件的相关参数可以从相关MEASUREMENTCONTROL消息中获取。
如下图:
当UETXpower的值达到了最大值,并保持timeTrigg6d时间以上,将会触发6d事件,并进入压缩模式。
而当进入压缩模式后的UETXpower的值小于ueTxPowerThresh6b,并保持timeTrigg6b时间以上,将会触发6b事件,并退出压缩模式。
4.5相关案例与优化经验
对于切换类型的确定(4.2节),存在下面的情况:
首先摘录Alex里面的两段原话:
▪IfatleastonecellinActiveSethashoType(ordefaultHoType)settoGSM_PREFERREDandnocellhashoType(ordefaultHoType)settoIFHO_PREFERRED,IRATneighborsaredefined,andIRATHOisallowedfortheconnection,thenIRAThandoverwillbeattempted.IftheHOtypeevaluatestoGSM_PREFERREDbutIRAThandovercannotbedoneduetoforexamplenodefinedGSMneighbors,thenconditionsforIFHOwillbecheckedandIFHOcouldbeattemptedinstead.
▪IfatleastonecellinActiveSethavehoType(ordefaultHoType)settoIFHO_PREFERRED,IFneighborsaredefined,andIFHOisallowedfortheconnection,thenInter-Frequencyhandoverwillbeattempted.IftheHOtypeevaluatestoIFHO_PREFERREDbutIFhandovercannotbedoneduetoforexamplenodefinedI
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