壓縮模式在WCDMA向GSM切換時(shí)的應(yīng)用

壓縮模式在WCDMＡ向GSM切換時(shí)的應(yīng)用 在WCDMＡ網(wǎng)絡(luò)建網(wǎng)初期,考慮到ＷＣDMA網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本和業(yè)務(wù)持續(xù)性,運(yùn)營(yíng)商必須依托既有GSM網(wǎng)絡(luò)。因此，實(shí)現(xiàn)WCＤMA和GSＭ在電路域的切換和分組域的重選是非常有必要的。 一、系統(tǒng)間的切換過(guò)程 一般我們通過(guò)使用WＣＤMA/GSM雙模終端來(lái)實(shí)現(xiàn)WCDMA和ＧSＭ兩網(wǎng)的切換和重選。從ＧSM網(wǎng)絡(luò)向WCＤMＡ切換時(shí)，雙模終端在GSM的空閑時(shí)隙完畢對(duì)WCDMA網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量和搜索;而在 WCDＭA向ＧSＭ切換時(shí)，由于ＷCDMA為碼分系統(tǒng)，在進(jìn)行電路域業(yè)務(wù)時(shí)獨(dú)占收發(fā)信機(jī)，UE不能調(diào)諧到GSM的頻率對(duì)GＳM系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量和搜索。分組域業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延和業(yè)務(wù)持續(xù)性的規(guī)定較低,因此采用重選的方式,即UE在連接狀態(tài)下先斷開與源服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的連接，進(jìn)入空閑模式，再搜索目的網(wǎng)絡(luò)并重新建立連接。電路域業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延和業(yè)務(wù)的持續(xù)性有嚴(yán)格規(guī)定，不能采用斷開連接的方式進(jìn)行切換。 圖1給出了在WCＤMA和ＧSM系統(tǒng)間切換的過(guò)程。在系統(tǒng)切換前,一方面需要進(jìn)行系統(tǒng)間測(cè)量，具體的測(cè)量算法由RNC（無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器）制造商基于傳播質(zhì)量（BER)和所需的發(fā)射功率指定。測(cè)量一旦觸發(fā),ＵE測(cè)量臨區(qū)列表中GSM頻率的信號(hào)功率。RＮC接受到測(cè)量報(bào)告后,命令UE對(duì)最適合的候選GＳM基站的BSIC（基站辨認(rèn)碼）解碼。RNC根據(jù)接受到的ＢSIＣ信息向UE發(fā)送切換指令。 圖1 ＷCDＭＡ和ＧＳM系統(tǒng)間切換過(guò)程 在ＷCＤＭA向ＧSM切換時(shí),由于ＷCDMA為碼分系統(tǒng)，它在進(jìn)行電路域業(yè)務(wù)時(shí)獨(dú)占收發(fā)信機(jī),ＵE不能調(diào)諧到ＧSM的頻率對(duì)GSM系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量和搜索。WＣDMA引入了壓縮模式，壓縮模式用于解決在連接狀態(tài)下跨頻率或跨系統(tǒng)的測(cè)量,從而可以較好地解決在ＷCDMA連接狀態(tài)下對(duì)ＧSM系統(tǒng)的測(cè)量。 壓縮模式的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)3種措施:減少來(lái)自高層的數(shù)據(jù)速率；通過(guò)變化擴(kuò)頻因子來(lái)提高數(shù)據(jù)速率；通過(guò)物理層復(fù)用過(guò)程中的打孔來(lái)減少符號(hào)速率。 對(duì)于話音和實(shí)時(shí)的流媒體業(yè)務(wù)，高層無(wú)法減少速率,因此第一種措施不適合于上述業(yè)務(wù)。由于打孔操作存在某些實(shí)際的限制，因此第三種措施只限于相稱短的傳播間隔長(zhǎng)度。實(shí)際壓縮模式重要通過(guò)第二種措施實(shí)現(xiàn)。 二、觸發(fā)參數(shù)測(cè)量 WCDＭA中壓縮模式由２d事件觸發(fā),RNC中的測(cè)量觸發(fā)器觸發(fā)測(cè)量事件時(shí)，在BCCH信道下發(fā)送TUsｅd2ｄ和H2d兩個(gè)參數(shù)。TUsed２d 定義為2d事件的絕對(duì)門限，H2ｄ定義為2d事件的遲滯參量,圖2給出了2d事件的觸發(fā)場(chǎng)景。圖中QUsed為測(cè)量的目前使用頻率的質(zhì)量。當(dāng) ＱUｓed≥TUseｄ2d-H2d/２時(shí),ＵE向RNＣ上報(bào)2d事件，RＮＣ發(fā)送信令在UＥ中啟動(dòng)壓縮模式測(cè)量。當(dāng)QＵsed<ＴUｓed 2d-Ｈ2d/２時(shí),RＮC發(fā)送信令在UＥ中關(guān)閉壓縮模式測(cè)量。 圖2 WCDＭＡ到GＳM的觸發(fā)場(chǎng)景 絕對(duì)門限TＵsed2d對(duì)于2ｄ事件的觸發(fā)起重要作用，系統(tǒng)通過(guò)該門限控制處在壓縮模式測(cè)量狀態(tài)下的UＥ的數(shù)量。如果TＵsed2d設(shè)立得過(guò)小，壓縮模式在WＣDMA網(wǎng)絡(luò)覆蓋邊沿進(jìn)行,ＵE接近滿功率發(fā)射，掉話和切換失敗的概率增長(zhǎng)。如果TＵｓed2d設(shè)立得過(guò)大，社區(qū)中大量UE在WCＤMA信號(hào)良好時(shí)就啟動(dòng)壓縮模式,這時(shí)UE的功率提高會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)干擾的增長(zhǎng),從而影響系統(tǒng)容量。H2d用于控制壓縮模式啟動(dòng)或關(guān)閉的頻度,當(dāng)H2d增大時(shí),UE由2ｄ 事件的啟動(dòng)向關(guān)閉轉(zhuǎn)換或由2ｄ事件的關(guān)閉向啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的條件更加難以滿足，這將減少壓縮模式啟動(dòng)和關(guān)閉的頻度。反之,如果H２d減小，壓縮模式啟動(dòng)和關(guān)閉的頻度就會(huì)增長(zhǎng)。 三、壓縮模式測(cè)量 RNC中的測(cè)量觸發(fā)器在觸發(fā)系統(tǒng)間切換測(cè)量事件時(shí)，會(huì)同步通過(guò)BCＣH(廣播控制信道）下發(fā)用于有關(guān)測(cè)量的壓縮模式參數(shù)。在測(cè)量控制條件滿足時(shí),UE啟動(dòng)壓縮模式對(duì)GSM鄰社區(qū)進(jìn)行測(cè)量。 ＵE執(zhí)行測(cè)量，定期向UTRＡＮ報(bào)告BSＩC(基本辨認(rèn)碼)和監(jiān)測(cè)集中ＧＳＭ社區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度。測(cè)量波及到ＧSＭBCCH功率測(cè)量、GSMSＣH（同步信道）或ＦCＣH（頻率校準(zhǔn)信道）捕獲初始化、當(dāng)UTＲA服務(wù)社區(qū)和目的GＳM社區(qū)的定期信息可捕獲/跟蹤GSMSCH或FCCH及BSＩC再確認(rèn)等環(huán)節(jié)。 壓縮模式中有TGL、ＴGD、TGP和PD四個(gè)參數(shù)，圖3給出了壓縮模式各參數(shù)的示意圖,表1給出了壓縮模式各參數(shù)的參數(shù)闡明。 圖3 壓縮模式參數(shù)示意圖 圖4 傳播間隙的位置 WCDMA的幀長(zhǎng)為10ms，分為15個(gè)時(shí)隙。TGL可覺得3、4、５、７、10或1４個(gè)時(shí)隙。TGL可以選擇在一種幀中（單幀)或者在兩個(gè)幀中(雙幀）,選擇單幀或雙幀的原則是每個(gè)幀中至少有8個(gè)時(shí)隙在發(fā)射，也就是說(shuō)在一種幀中傳播間隙必須不不小于7時(shí)隙。 (1)單幀方式 長(zhǎng)度為３、4、５、和7的TGＬ可以選擇單幀的壓縮方式，而對(duì)于長(zhǎng)度為１0或１4的TＧＬ,由于傳播間隙不小于7時(shí)隙,必須選擇雙幀方式。 （２)雙幀方式 長(zhǎng)度為3、4、５、7、１0和1４的ＴGL可以用雙幀的方式。 四、壓縮模式對(duì)WＣＤＭＡ系統(tǒng)的影響 為了完畢從WCDＭA到GSM的切換，需要搜索解調(diào)目的GＳM社區(qū)FＣCＨ和SCH信道，這個(gè)工作也是在壓縮模式下ＷＣＤMA幀中的傳播間隙中完畢。在搜索GSＭ社區(qū)的ＦCＣH和SＣH時(shí)，業(yè)務(wù)信道容量的損失是不可避免的,引入壓縮模式的一種目的是把這種容量損失降到最低。因此，壓縮幀模式的定義必須考慮使用盡量少的時(shí)隙來(lái)進(jìn)行GSM社區(qū)的測(cè)量。在壓縮模式中，另一種目的就是將對(duì)GＳM社區(qū)的搜索時(shí)間最小化，盡快完畢切換。當(dāng)源服務(wù)社區(qū)的信號(hào)迅速削弱時(shí)必須立即執(zhí)行切換以維持連接，這時(shí)最小化搜索時(shí)間尤為重要。 壓縮模式對(duì)系統(tǒng)性能的影響重要體目前如下幾種方面。 (1)有關(guān)仿真表白,TＧL越大,平均搜索時(shí)間和最大搜索時(shí)間就越小，壓縮模式的效率越高。 (２）壓縮模式的傳播間隙不支持迅速功率控制，且會(huì)損失部分交錯(cuò)增益，因此規(guī)定更高的Ｅb/No才干達(dá)到ＢEＲ規(guī)定。有關(guān)仿真表白，Eb/Nｏ的提高在1～３ｄＢ間,一般隨著壓縮因子的增長(zhǎng)而單調(diào)增長(zhǎng)。 （3)在較短的時(shí)間內(nèi)發(fā)送相似數(shù)量的數(shù)據(jù),這規(guī)定系統(tǒng)提高發(fā)射功率。設(shè)某壓縮幀中的傳播間隙為γ,提高量可通過(guò)下面的公式計(jì)算: 這里分析引入壓縮模式對(duì)WCDMＡ鏈路性能、系統(tǒng)容量和反向鏈路覆蓋幾種方面的影響。為了定量分析的需要,在分析對(duì)系統(tǒng)容量和反向鏈路的影響時(shí)我們采用表2給出的壓縮模式參數(shù)。這里選擇壓縮模式參數(shù)配備中的一組為例分析壓縮模式分別對(duì)系統(tǒng)容量和覆蓋的影響。 TGＬ為14時(shí)隙時(shí)，需要采用雙幀(7,7)壓縮模式實(shí)現(xiàn)，如圖５所示。 圖５　TＧＬ為１4時(shí)隙的壓縮模式實(shí)現(xiàn) (1）鏈路性能影響 如果終端不在社區(qū)的邊界，可以用迅速功率控制補(bǔ)償瞬時(shí)的性能損失，因此鏈路性能不會(huì)明顯惡化。如果系統(tǒng)功控余量為4ｄB左右，壓縮模式和非壓縮模式在上行鏈路的性能差別不大，而當(dāng)功控余量為0ｄB時(shí)(此值相應(yīng)于終端在社區(qū)邊界處在最大功率發(fā)射狀態(tài)，無(wú)法進(jìn)行迅速功率控制)，鏈路性能與正常的傳播狀態(tài)相比將會(huì)有明顯惡化,其具體值依賴于壓縮幀TＧＬ的長(zhǎng)度。事實(shí)上，0ｄＢ的功控余量很少浮現(xiàn),由于典型規(guī)劃時(shí)社區(qū)的覆蓋范疇會(huì)浮現(xiàn)重疊，系統(tǒng)中的軟切換將會(huì)減少移動(dòng)臺(tái)所需的發(fā)射功率,從而為系統(tǒng)提供足夠的功控余量。０ｄB功控余量的狀況一般只有在終端離開覆蓋區(qū)才會(huì)浮現(xiàn)。因此,壓縮模式對(duì)單個(gè)鏈路的性能影響是可以控制的。 （2）壓縮模式對(duì)容量的影響 假設(shè)系統(tǒng)中所有UE在每幀中都采用壓縮模式,通過(guò)下面給出的公式可以得到系統(tǒng)干擾提高量，其中壓縮因子為47％，Eb/No的提高取2．2ｄB。 計(jì)算得到干擾電平提高66％,按照例中給出的參數(shù),每3幀中有2幀處在壓縮模式，根據(jù)記錄原理，干擾提高量的均值為4４％。壓縮模式只在異頻或系統(tǒng)間切換時(shí)才合用。假設(shè)社區(qū)內(nèi)10%的UＥ同步進(jìn)入壓縮模式，干擾提高4.４％，可知系統(tǒng)的干擾電平提高為0.1９dＢ,這相稱于系統(tǒng)工作點(diǎn)提高了 ０.19dB，仍然可以保持系統(tǒng)負(fù)荷處在線性區(qū)域?？梢娨雺嚎s模式對(duì)容量的影響不大。 (3）壓縮模式對(duì)覆蓋的影響 重要考慮兩方面的影響:通過(guò)公式1計(jì)算可得發(fā)射功率的提高為２.7ｄＢ；Eb／Ｎo的提高取2.2dＢ。這樣壓縮模式對(duì)系統(tǒng)覆蓋的影響為4.9dB。 壓縮模式重要用于解決WCDＭA向GＳM切換和頻間切換時(shí)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的持續(xù)性問(wèn)題,重要有語(yǔ)音及視頻電話等業(yè)務(wù),這里只考慮前者。由于ＧSM只能支持語(yǔ)音業(yè)務(wù)，如果正在進(jìn)行視頻電話,在向ＧSM切換時(shí)，應(yīng)先執(zhí)行視頻回落操作，再進(jìn)行ＷCＤMA向GＳM語(yǔ)音業(yè)務(wù)的切換。UE采用AＭＲ，當(dāng)AMR語(yǔ)音業(yè)務(wù)采用2０ms的交錯(cuò)時(shí)，可以獲得更高的交錯(cuò)增益。而通過(guò)AMR將速率從1２.2kbit/ｓ減小到4.75kbit/ｓ獲得的覆蓋增益為2.3dB,這樣壓縮模式對(duì)覆蓋性能的影響可以通過(guò)交錯(cuò)增益和降速率帶來(lái)的增益來(lái)彌補(bǔ)。 五、總結(jié) 在進(jìn)行WＣDＭA和GＳM測(cè)量時(shí)，需要對(duì)觸發(fā)測(cè)量的絕對(duì)門限ＴUsed２d和相對(duì)門限H2d兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行不斷優(yōu)化,獲得容量和切換性能之間的平衡。 壓縮模式中TGＬ的長(zhǎng)度會(huì)影響系統(tǒng)容量和覆蓋,有關(guān)仿真表白壓縮模式的TGL越長(zhǎng)，完畢GSＭ搜索和測(cè)量所需的時(shí)間越短，對(duì)GSM網(wǎng)絡(luò)的搜索效率也更高，但同步給WＣDMA系統(tǒng)帶來(lái)的容量和覆蓋的影響也越大。因此,需要在TGL和搜索時(shí)間之間進(jìn)行平衡，以保證系統(tǒng)性能和搜索時(shí)間。 在TＧL長(zhǎng)度相似時(shí)，采用雙幀壓縮模式可以減少一種幀中傳播間隙的時(shí)隙數(shù),由公式1可知,減少一幀中的傳播間隙時(shí)隙數(shù)可以減小發(fā)射功率提高量。因此,在壓縮模式測(cè)量中應(yīng)盡量采用雙幀壓縮模式，這樣可以減少壓縮幀的干擾提高和功率提高,提高壓縮模式性能。