接力切换

接力切换是一种改进的硬切换技术，可提高切换成功率，与软切换比，可以克服切换时对邻近基站信道资源的占用，能够使系统容量得以增加。在接力切换过程中，同频小区之间的两个小区的基站都将接受同一终端的信号，并对其定位，将确定可能切换区域的定位结果向RNC 报告，完成向目标基站的切换。所以，所谓接力切换是由RNC 判定和执行，不需要基站发出切换操作信息。接力切换可以使用在不同载波频率的TD-SCDMA 基站之间，甚至能够使用在TD-SCDMA 系统与其它移动通信系统（如GSM，CDMA IS－95 等）的基站之间。

简介

接力切换是一种改进的硬切换技术，可提高切换成功率，与软切换比，可以克服切换时对邻近基站信道资源的占用，能够使系统容量得以增加。

应用

TD-SCDMA的发展过程始于1998年初，在当时的邮电部科技司的直接领导下，由原电信科学技术研究院组织队伍在SCDMA技术的基础上，研究和起草符合IMT-2000要求的我国的TD-SCDMA建议草案。该标准草案以智能天线、同步码分多址、接力切换、时分双工为主要特点，于ITU征集IMT-2000第三代移动通信无线传输技术候选方案的截止日1998年6月30日提交到ITU，从而成为IMT-2000的15个候选方案之一。ITU综合了各评估组的评估结果。在1999年11月赫尔辛基ITU-RTG8/1第18次会议上和2000年5月伊斯坦布尔的ITU-R全会上，TD-SCDMA被正式接纳为CDMATDD制式的方案之一。

TD-SCDMA系统可以灵活配置上下行时隙转换点，来适应不同业务上下行流量的不对称性。合理配置上下行时隙转换点是提高系统频谱利用率的有效手段。在具体进行时隙比例规划时，可以根据业务发展状况灵活配置，根据上下行承载所占BRU比例进行时隙比例的计算。业务发展初期，适应语音业务上下对称的特点可采用3∶3(上行∶下行)的对称时隙结构；数据业务进一步发展时，可采用2∶4或1∶5的时隙结构。

注意事项

时隙灵活配置在提高资源利用率的同时，可能带来相邻小区之间由于上下行时隙分配比例不一致造成的干扰。因此在网络规划与组网时，可对上下行时隙比例的分配采取如下原则，对干扰进行适当规避：

(1)尽量避免任意分配上下行时隙比例，而应按照不同区域上下行业务流量要求，对大片区域采用统一的上下行时隙比例，使得这种干扰只在两个不同区域交界处发生；

(2)在不同时隙比例的交界处，对于上下行时隙交叠的时隙，上行时隙容量损失比下行时隙严重，所能承载的用户较少，因此，不同时隙比例的交界处应选在有较多上行容量空余的区域；

(3)应该避免相邻基站上下行时隙比例差异过大(如1∶5和5∶1相邻)；

(4)上下行时隙比例通常作为小区参数来配置，对于同一个扇区下的所有小区的上下行时隙比例应一致，同一基站内的多个扇区的时隙比例也最好相同。特殊情况下可以通过动态信道调整、空间隔离、避免基站天线正对和牺牲容量等方式来规避干扰。

网络规划是无线网络建设运营前的关键步骤，主要根据无线传播环境、业务、社会等多方面因素，从覆盖、容量、质量三方面对网络进行宏观配置。TD-SCDMA系统采用时分码分结合多址方式、智能天线、联合检测、接力切换、动态信道分配等一系列新型关键技术和无线资源算法，提高系统性能，为网络规划带来很多新特点，如不同业务的覆盖具有一致性、小区呼吸效应不明显、上下行信道配置灵活等。

接力切换的基本概念

接力切换（BH，BatonHandover）是TD-SCDMA系统的核心技术之一。其设计思想是利用智能天线和上行同步等技术，在对UE的距离和方位进行定位的基础上，以UE方位和距离信息为辅助信息来判断目前UE是否移动到了可进行切换的相邻基站的邻近区域。如果UE进入切换区，则RNC通知该基站做好切换的准备，从而达到快速、可靠和高效切换的目的。这个过程就像是田径比赛中的接力赛跑传递接力棒一样，因而被形象地称为接力切换。接力切换通过与智能天线和上行同步等技术有机结合，巧妙地将软切换的高成功率和硬切换的高信道利用率结合起来，是一种具有较好系统性能优化的切换方法。

实现接力切换的必要条件是：网络要准确获得UE的位置信息，包括UE的信号到达方向（DOA）和UE与基站之间的距离。在TD-SCDMA系统中，由于采用了智能天线和上行同步技术，因此系统可以较为容易地获得UE的位置信息。具体过程如下。

（1）利用智能天线和基带数字信号处理技术，可以使天线阵根据每个UE的DOA为其进行自适应的波束赋形。对每个UE来讲，仿佛始终都有一个高增益的天线在自动地跟踪它。基站根据智能天线的计算结果就能够确定UE的DOA，从而获得UE的方向信息。

（2）在TD-SCDMA系统中，有一个专门用于上行同步的时隙UpPTS。利用上行同步技术，系统可以获得UE信号传输的时间偏移，进而可以计算得到UE与基站之间的距离。

（3）在步骤（1）和步骤（2）完成之后，系统就可以准确获得UE的位置信息。

因此，上行同步、智能天线和数字信号处理等先进技术，是TD-SCDMA移动通信系统实现接力切换的关键技术基础。

接力切换的过程

接力切换分3个过程，即测量过程、判决过程和执行过程。

5.1接力切换中的测量过程

在UE和基站通信过程中，UE需要对本小区基站和相邻小区基站的导频信号强度进行测量。UE的测量可以是周期性地进行，也可以由事件触发进行，还可以是由RNC指定执行的测量。由于接力切换在与目标基站建立通信的同时要断开与源基站的连接，因此接力切换的判决相对于软切换来说较为严格。也就是说，在满足正常通信质量要求的情况下，要尽可能地降低系统的切换率。基于这一考虑，接力切换的测量与其他两种切换的测量有所不同，如测量的范围和对象较少，进行切换申请的目标小区的信号强度滞后较大等。

首先，接力切换是否进行主要是根据当前小区能否满足终端的通信要求来判定。因此，对当前小区的内部测量和质量测量特别重要，而对邻小区的测量结果报告要求相对稍低一些。UE测量报告的门限值设置基本上是以满足业务质量为基准，并有一定的滞后。在当前服务小区的导频信号强度在一段时间T1内持续低于某一个门限值T_DROP时，UE向RNC发送由接收信号强度下降事件触发的测量报告，从而可启动系统的接力切换测量过程。由于TD-SCDMA采用TDD方式，上下行工作频率相同，其环境参数可互为估计，这是优于FDD的一大特点，并在接力切换测量中得到了充分运用。如果NodeB的测量处于基准值，则可发送报告请求切换，这样可以防止UE的测量报告处理不当或延迟较大而造成掉话。

接力切换测量开始后，当前服务小区不断地检测UE的位置信息，并将它发送到RNC。RNC可以根据这些测量信息分析判断UE可能进入哪些相邻小区，即确定哪些相邻小区最有可能成为UE切换的目标小区，并作为切换候选小区。在确定了候选小区后，RNC通知UE对它们进行监控和测量，并把测量结果报告给RNC。RNC根据确定的切换算法判断是否进行切换。如果判决应该进行切换，则RNC可根据UE对候选小区的测量结果确定切换的目标小区，然后系统向UE发送切换指令，开始实行切换过程。

5.2接力切换的判决过程

接力切换的判决过程是根据各种测量信息，并结合系统信息，依据一定的准则和算法，来判决UE是否应当切换和如何进行切换。UE或NodeB测量报告触发一个测量报告到RNC，切换模块对测量结果进行处理。首先处理当前小区的测量结果，如果其服务质量还足够好，则判决不对其他监测小区的测量报告进行处理。如果服务质量介于业务需求门限和设定质量门限之间，则激活切换算法对所有的测量报告进行整体评估。如果评估结果表明，监测小区中存在比当前服务小区信号更好的小区，则判决进行切换；如果当前小区的服务质量已低于业务需求门限，则立即对监测小区进行评估，选择最强的小区进行切换。一旦判决切换，则RNC立即执行接纳控制算法，判断目标基站是否可以接受该切换申请。如果允许接入，则RNC通知目标小区对UE进行扫描，确定信号最强的方向，做好建立信道的准备并反馈给RNC。RNC还要通过源基站通知UE无线资源重配置的信息，并通知UE向目标基站发SYNC-UL，获得上行同步的相关信息。最后RNC发信令给源基站拆除信道，同时与目标小区建立通信。

5.3接力切换中的执行过程

接力切换的执行过程，就是当系统收到UE发出的切换申请，并且通过算法模块的分析判决已经同意UE可以进行切换的时候（满足切换条件），执行将通信链路由当前服务小区切换到目标小区的过程。由于当前服务小区已经检测到了UE的位置信息，因此当前服务小区可以将UE的位置信息及其他相关信息传送到RNC。RNC再将这些信息传送给目标小区，目标小区根据得到的信息对UE进行精确定位和波束赋形。UE在与当前服务小区保持业务信道连接的同时，网络通过当前服务小区的广播信道或前向接入信道通知UE有关目标小区的相关系统信息（同步信息、目标小区使用的扰码、传输时间和帧偏移等），这样就可以使UE在接入目标小区时，能够缩短上行同步的过程（这也意味着切换所需要的执行时间较短）。当UE的切换准备就绪时，由RNC通过当前服务小区向UE发送切换命令。UE在收到切换命令之后开始执行切换过程，即释放与源小区的链路连接。UE根据已得到的目标小区的相应信息，接入目标小区，同时网络侧则释放原有链路。

5.4接力切换的过程

TD-SCDMA系统接力切换的3个过程是紧密联系在一起的。下面介绍接力切换的完整过程。

第1步：UE与当前服务基站NodeB1进行正常通信。

第2步：当UE需要切换并且网络通过对UE候选小区的测量找到了切换目标小区时，网络向UE发送切换命令，UE就与目标小区建立上行同步，然后UE在与NodeB1保持信令和业务连接的同时，与NodeB2建立信令连接。

第3步：当UE与NodeB2信令连接建立后，UE就删除与NodeB1的业务连接。

第4步：UE尝试建立与NodeB2的业务连接，假设UE与NodeB2的业务连接成功建立。

第5步：UE删除与NodeB1的信令连接，这时UE与NodeB1之间的业务和信令连接全部断开，而只与NodeB2保持了信令和业务的连接，切换完成。

以上过程描述都只是针对切换成功的情况，而切换失败的情况类似，只是当UE尝试建立与NodeB2的业务连接失败以后，UE就恢复与NodeB1之间的业务连接，之后UE删除与NodeB2的信令连接，这时UE与NodeB2之间的业务和信令连接全部断开，而仍只与NodeB1保持信令和业务的连接，完成整个接力切换过程。

接力切换的信令流程

TD-SCDMA系统接力切换的信令过程与其他系统大致相同，而不同之处主要是：由于接力切换的前提是精确定位，因此接力切换对同步精度要求很高，对于接力切换而言，即使在同步小区之间进行切换，也同样需要通过TD-SCDMA特有的上行同步来实现。

RNC判决要向目标小区进行切换后，首先查询目标小区属性，若目标小区支持接力切换，则执行接力切换过程。若目标小区和源小区属于同一个NodeB，则RNC向目标小区发送RADIOLINKADDITION，否则发送RADIOLINKSETUP请求。当RNC收到该消息后，向源小区和目标小区同时发送业务数据。同时，RNC以AM模式向UE发送切换命令（PHYSICALCHANNELRECONFIGURATION消息）。UE接到切换命令后，判断切换类型，若携带IESynchronizationParameters，则判断为接力切换，UE将此目标小区的数据重新测量，获得UE至此目标小区的链路损耗及到达时间。然后UE首先将上行链路转移到目标小区，即向目标小区发送上行数据，同时从源小区接收下行数据。此分别收发的过程持续一段时间后，UE将下行链路也转移到目标小区，即开始在目标小区接收下行数据，中断和源小区的通信，完成切换过程。

接力切换性能简要分析

接力切换是介于硬切换和软切换之间的一种新的切换方法。与软切换相比，两者都具有较高的切换成功率、较低的掉话率以及较小的上行干扰等优点。它们的不同之处在于接力切换并不需要同时有多个基站为一个终端提供服务，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以及增加下行链路干扰等缺点。与硬切换相比，两者都具有较高的资源利用率、较为简单的算法以及系统相对较轻的信令负荷等优点。不同之处在于接力切换断开源基站和与目标基站建立通信链路几乎是同时进行的，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。接力切换的突出优点是切换高成功率和信道高利用率。

从测量过程来看，传统的软切换和硬切换都是在不知道UE准确位置的情况下进行的，因此需要对所有邻小区进行测量，然后根据给定的切换算法和准则进行切换判决和目标小区的选择。而接力切换是在精确知道UE位置的情况下进行切换测量的。因此一般情况下，它没有必要对所有邻小区进行测量，而只需对与UE移动方向一致的靠近UE一侧少数几个小区进行测量。然后根据给定的切换算法和准则进行切换判决和目标小区的选择，就可以实现高质量的越区切换，UE所需要的切换测量时间减少，测量工作量减少，切换时延也就相应地减少，所以切换掉话率随之下降。另外，由于需要监测的相邻小区数目减少，因而也相应地减少了UE、NodeB和RNC之间的信令交互，缩短了UE测量的时间，减轻了网络的负荷，进而使系统性能得到优化。

设计思想

接力切换的设计思想是：利用终端上行预同步技术，预先取得与目标小区的同步参数，并通过开环方式保持与目标小区的同步，一旦网络判决切换，终端可迅速由原小区切换到目标小区，在切换过程中，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。提前获取切换后的上行信道发送时间、功率信息提高了切换成功率，缩短了切换时延。

接力切换充分利用系统特殊的帧结构设计和TD-SCDMA系统上行同步的特征，通过开环同步保持实现上行预同步过程，这样就可以使UE在接入目标小区时，能够非常快速地完成上行同步的过程（这也意味着切换所需要的执行时间较短）。上行预同步技术就是在移动台在与原小区通信保持不变的情况下与目标小区建立起开环同步关系，提前获取切换后的上行信道发送时间和功率，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。

接力切换优点

与通常的硬切换相比，接力切换除了要进行硬切换所进行的测量外，还要对符合切换条件的相邻小区的同步时间参数进行测量、计算和保持。接力切换使用上行预同步技术，在切换过程中，UE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。上行预同步技术在移动台在与原小区通信保持不变的情况下与目标小区建立起开环同步关系，提前获取切换后的上行信道发送时间，从而达到减少切换时间，提高切换的成功率，降低切换掉话率的目的。接力切换是介于硬切换和软切换之间的一种新的切换方法。

与软切换相比，软切换和接力切换都具有较高的切换成功率、较低的掉话率以及较小的上行干扰等优点。不同之处在于接力切换不需要同时有多个基站为一个移动台提供服务，因而克服了软切换需要占用的信道资源多、信令复杂、增加下行链路干扰等缺点。

与硬切换相比，两者具有较高的资源利用率，简单的算法以及较轻的信令负荷等优点。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几乎是同时进行的，因而克服了传统硬切换掉话率高、切换成功率低的缺点。

传统的软切换、硬切换都是在不知道UE的准确位置下进行的，因而需要对所有邻小区进行测量，而接力切换只对UE移动方向的少数小区测量。

工作流程

（1）UE收到切换命令前的场景：上下行均与源小区连接;

（2）UE收到切换命令后执行接力切换的场景：利用开环预计同步和功率控制，首先只将上行链转移到目标小区，而下行链路仍与源小区通信;

(3)UE执行接力切换完毕后的场景：经过N个TTI后，下行链路转移到目标小区，完成接力切换 .

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