TD-LTE与TD-SCDMA切换策略研究

《TD-LTE与TD-SCDMA切换策略研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《TD-LTE与TD-SCDMA切换策略研究（44页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、西西 安安 邮邮 电电 大大 学学毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文）题目：TD-LTE 与 TD-SCDMA 切换策略研究学院：通信与信息工程学院专业：通信工程班级：通工 1001 班学生姓名：张洪文导师姓名：张晓燕职称：副教授起止时间：2014 年 3 月 3 日至 2014 年 6 月 15 日毕业设计（论文）诚信声明书毕业设计（论文）诚信声明书本人声明：本人所提交的毕业论文TD-LTE 与 TD-SCDMA 切换策略研究是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果，论文中所引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注；对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表

2、示感谢。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。论文作者：（签字）时间：2014 年 6 月 10 日指导教师已阅：（签字） 时间：2014 年 6 月 10 日西西 安安 邮邮 电电 大大 学学毕业设计毕业设计( (论文论文) )任务书任务书学生姓名学生姓名张洪文张洪文指导教师指导教师张晓燕张晓燕职称职称副教授副教授学院学院通信与信息工程学院通信与信息工程学院专业专业通信工程通信工程题目题目TD-LTE 与与 TD-SCDMA 切换策略研究切换策略研究任务与要求任务与要求1.学习 TD-LTE 和 TD-SCDMA 系统的基本架构及系统内切换策略2.分析异构网络间切换的工作原理及切换流程3

3、.重点研究 TD-LTE 和 TD-SCDMA 系统间小区切换技术和切换流程4.得出结论，给出建议开始日期开始日期2014 年年 3 月月 3 日日完成日期完成日期2014 年年 6 月月 15 日日院院 长长(签字签字)2014年年3月月7日日西西 安安 邮邮 电电 大大 学学毕毕 业业 设设 计计 ( (论文论文) ) 工工 作作 计计 划划20142014 年 3 3 月 1010 日学生姓名学生姓名张洪文张洪文指导教师指导教师张晓燕张晓燕职称职称副教授副教授学院学院通信与信息工程学院通信与信息工程学院专业专业通信工程通信工程题目题目TD-LTE 与与 TD-SCDMA 切换策略研究切换

4、策略研究工作进程工作进程3 月 3 日至 3 月 20 日导致知道查找论文所需资料3 月 20 日至 3 月 27 日查找资料3 月 27 日至 4 月 5 日完成开题报告4 月 5 日至 4 月 19 日完成论文第一、二、三章内容4 月 19 日至 4 月 29 日完成中期报告4 月 29 日至 5 月 20 日完善并修改毕业论文。5 月 20 日至 6 月 15 日准备答辩。起止时间工作内容主要参考书目(资料)(1)郎为民.下一代移动系统 3G/B3GM.北京:机械工业出版社, 2008(2)郎为民.UMTS 中的 LTE：基于 OFDMA 和 SC- FDMA 的无线接入M.北京:机械工

5、业出版社,2009 月4952(3)贺昕，李斌. 异构无线网络切换技术M. 北京：北京邮电大学出版社，2009.06(4)文志成,张建明,刘强等.UMTS 系统无线协议与信令流程M.北京:电子工业出版社.2008.1.计算机一台每周指导一次，主要解答学生问题，指导研究进度，并检查阅读资料笔记。本计划为开题之初所定，后续会根据具体情况随时调整，最终一定按毕业设计规定结束日期完成。主要参考书目(资料)主要仪器设备及材料论文(设计)过程中教师的指导安排对计划的说明西安邮电大学毕业设计(论文)开题报告通信与信息工程 学院 通信工程 专业 10 级 01 班课题名称：TD-LTE 与 TD-SCDMA

6、切换策略研究学生姓名：张洪文学号：03101001指导教师：张晓燕报告日期：2014 年 3 月 18 日1本课述题所涉及的问题及应用现状综述随着移动通信和互联网的迅速发展，人们对高带宽、高频谱效率、高速率网络的要求越来越迫切， 第四代移动通信网络TD-LTE 应运而生。 自从2004年11月3GPP启动了长期演进计划（LTE，Long Term Evolution）项目后，LTE 各项规范在逐步的探讨并完成，LTE 关键技术特性在逐渐引起人们的关注。LTE 的协议满足了开始定义跨 4G 技术的需求，目前，物理层和层二、层三协议也已经初步完成。LTE 分为支持 FDD 和 TDD 两种双工方式

7、，在基本多址接入技术上引入 OFDM 来代替 CDMA，并在智能天线基础上引入 MIMO 技术，形成 SA+MIMO 的先进多天线技术，同时保持了特殊时隙和同步等原有技术和特点。 在性能上获得较大提升的同时， 还尽量保证了 TD 及 TD 增强网络向 TD-LET 网络的平滑演进。TD-LTE 是基于 TDD 的接入方式考虑基于 TD-SCDMA 现有网络的演进，TD-LTE 是 TD-SCDMA 系统最终演进的方向。TD-SCDMA 与 TD-LTE 分别作为 3G 和 4G 的主要技术标准，用 3G 网络为用户提供语音业务和流量较少的数据业务，用 4G 网络为用户提供高速上网等数据交互业务

8、。实现 3G 网络与 4G 网络之间的平稳切换，无缝连接，为用户提供最佳服务是我们需要研究的问题。所以 TD-SCDMA 与 TD-LTE 的切换策略研究具有十分重要的意义。2本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行性分析TD-LTE 与 TD-SCDMA 切换策略研究的关键问题是制定出两系统间切换的策略，保证 TD-LTE 与 TD-SCDMA 能够实现高速切换。并且在终端与网络之间始终保持一个可以接受的通信质量水平，以防通信中断。然而，不同网络系统间的切换判决除了传统的接收信号强度、链路质量以外，还有服务资费、用户偏好等。在不同接入技术的系统间的切换判决是多属性多目标判

9、决， 因此需要把众多影响判决的因素进行统一、综合决策和判断。为解决这一关键性问题，解决思路如下： 1学习TD-LTE 和 TD-SCDMA 系统的基本架构及系统内切换策略。 TD-SCDMA 的发展已经比较成熟， 系统的基本架构和系统内切换策略都能在学术期刊文献查阅。 通过查阅最新学术期刊文、献可以了解 TD-LTE 系统的基本架构和系统内切换策略。2分析异构网络间切换的工作原理及切换流程。目前，已经有数十种无线异构网络投入商用，为人们提供无线通信服务。 这些无线异构网络面向不同的应用场景和目标用户， 在全球不同地区和国家有着广泛的市场应用， 这也为学习了解异构网络间切换的工作原理及切换流程提

10、供了可行性。3研究 TD-LTE 和 TD-SCDMA 系统间小区切换技术和切换流程。早在 2004 年 11 月份 3GPP 魁北京的会议上，3GPP 决定开始 3G 系统的长期演进（Long Term Evolution）的研究项目。经过多年的发展，TD-LTE 现已投入商用。 相应的切换策略技术也得到迅速发展。 在 3G/4G 并存的今天， TD-LTE和 TD-SCDMA 系统间切换的技术研究正在不断深入。可通过查阅搜集最新期刊文献学习了解。3完成本课题的工作方案（1）查阅资料，增进对 TD-SCDMA 技术标准的认识，用一周的时间学习，最终做到对 TD-SCDMA 的全面了解与掌握。

11、（2）查阅资料，增进对 TD-LTE 技术标准的认识，深入学习 TD-LTE 的关键技术，用一周的时间最终做到对 TD-LTE 的全面了解与掌握。（3）搜索文献、期刊，深入研究 2G/3G 并存时期所运用的切换策略方案，作为 3G/4G 切换策略研究的预备知识。通过对 2G/3G 切换策略的学习，在更加熟悉切换常用方法策略外，还可以作为对 3G/4G 切换方案的借鉴，为进一步研究TD-SCDMA 与 TD-LTE 的切换策略打下基础。（4）然后用一个月的时间搜集整合相关资料，分析 TD-SCDMA 与 TD-LTE 的切换策略，最终对 3G/4G 的切换策略有个深刻全面的认识。（5）撰写论文，

12、完成论文初稿；最后完善并修改毕业论文。4指导教师审阅意见指导教师指导教师(签字)：2014 年 3 月 24 日说明：本报告必须由承担毕业论文(设计)课题任务的学生在毕业论文(设计) 正式开始的第 1 周周五之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。西西安安邮邮电电大大学学毕毕业业设设计计 ( (论论文文) )成成绩绩评评定定表表学生姓名张洪文性别男学号03101001专 业班 级通工 1001 班课题名称TD-LTE 与 TD-SCDMA 切换策略研究课 题类 型软件设计类难度较难毕业设计 （论文）时间2014 年年3 月月3 日日6 月月15 日日指导教师张晓燕(职称副教授 )课 题 任 务完

13、成 情 况论文13 (千字)；设计、计算说明书xx (千字)；图纸 16 (张)；其它(含附件)指导教师意见分项得分：开题调研论证分； 课题质量（论文内容）分； 创新分；论文撰写（规范）分； 学习态度分； 外文翻译分指导教师审阅成绩：指导教师(签字)：2014年月日评阅教师意见分项得分： 选题分；开题调研论证分；课题质量 （论文内容）分；创新分；论文撰写（规范）分； 外文翻译分评阅成绩：评阅教师(签字)：2014年月日验收小组意见分项得分：准备情况分； 毕业设计（论文）质量分； （操作）回答问题分验收成绩：验收教师(组长)(签字)：2014年月日答辩小组意见分项得分：准备情况分； 陈述情况分；

14、 回答问题分； 仪表分答辩成绩：答辩小组组长(签字)：2014年月日成绩计算方法(填写本系实用比例)指指导导教教师师成成绩绩20()评评阅阅成成绩绩30()验验收收成成绩绩30()答答辩辩成成绩绩20()学生实得成绩(百分制)指指导导教教师师成成绩绩评评阅阅成成绩绩验验收收成成绩绩答答辩辩成成绩绩总总评评答辩委员会意见毕业论文(设计)总评成绩(等级)：学院答辩委员会主任(签字)：学院 (签章)2014年月日备注西安邮电大学毕业论文(设计)成绩评定表(续表)II目录目录摘要摘要. IABSTRACT. II引言引言.11 绪论绪论.21.1 移动通信发展现状移动通信发展现状.21.2 蜂窝组网理

15、论的提出蜂窝组网理论的提出.21.3 课题研究内容及论文结构课题研究内容及论文结构.32 蜂窝系统下的切换技术蜂窝系统下的切换技术.42.1 蜂窝通信系统概述.42.1.1 第一代蜂窝移动通信.42.1.2 第二代蜂窝移动通信.42.1.3第三代移动通信系统.52.1.4第四代移动通信系统.62.2 蜂窝系统下的切换技术.72.2.1切换概述.72.2.2切换的分类.72.2.3切换的步骤.83 TD-SCDMA 及及 TD-LTE 系统内部的切换技术系统内部的切换技术.93.1 TD-SCDMA 系统切换技术.93.1.1TD-SCDMA移动通信系统概述.93.1.2接力切换.103.2 T

16、D-LTE 的切换技术. 163.2.1 TD-LTE系统概述. 163.2.2 LTE网络架构描述.173.2.3TD-LTE的切换技术. 204 TD-SCDMA 与与 TD-LTE 间切换技术研究间切换技术研究.244.1TD-SCDMA 与 TD-LTE 间切换概述. 244.1.1数学加权法.244.1.2层次分析法.254.2 异构网络间切换案例.254.2.1 WCDMA 与 GSM 系统间切换过程. 254.3 TD-LTE 与 TD-SCDMA 间切换技术. 27结论结论.29致谢致谢.30I摘要摘要2013 年 12 月，工信部向中国移动、中国电信和中国联通发布 4G 牌照

17、，从此TD-LTE 与 TD-SCDMA 网络共存已成为事实。在这种情况下， 必须提供一种行之有效的切换策略以保证用户在两种类型的网络间切换时仍然保持较好的连接性。在保证用户能够在 TD-LTE 与 TD-SCDMA 间自由切换的同时，还要确保网络管理简单易行。本文首先分析了蜂窝移动通信网络中常见的切换技术，研究了 TD-LTE 和TD-SCDMA 系统内部各自采用的切换技术。在分析异构网络间常用的切换技术的基础上，通过学习、归纳总结最新相关文献中提到的有关异构网络间的切换判决和切换算法，得到了适合于 TD-LTE 和 TD-SCDMA 系统间行之有效的切换策略，并研究了相应的越区判决算法和越

18、区流程。关键词TD-LTE； TD-SCDMA；异构网络； 切换IIAbstractDecember 2013, China MIIT ministerial 4G licenses from TD-LTE and TD-SCDMAnetwork coexistence has become a reality and will remain in this condition for a longperiod of time. In this case, the switch must provide an effective strategy to ensure goodconnectiv

19、ity remains the user to switch between the two types of networks. Ensuring theuser can freely switch between TD-LTE and TD-SCDMA, we must also ensure that thenetwork management simple. This paper studies the common switching technology, andanalyzes the TD-LTE and TD-SCDMA internal switching technolo

20、gy, and then study thehandover between heterogeneous network technologies, through the relevant handoverdecision, the latest switching algorithm to summarize the relevant literature and researchare summarized learning, and ultimately get the specific decision algorithm and handoverprocess between TD

21、-LTE and TD-SCDMA each switch is proposed between TD-LTE andTD-SCDMAeffective switching strategy.Keywords TD-LTE; TD-SCDMA; heterogeneous networks; switch编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页 共44页第 1 页 共 44 页引言引言上世纪 70 年代，移动通信技术发生了很大变化，人们的生活方式也随之发生巨大改变。21 世纪初，已经步入信息化时代的人们快节奏的工作、生活

22、离不开信息的交流传递。为了提高工作效率、经济效益，人们渴望及时可靠、随时随地的信息交互。同时伴随着宽带无线接入及移动通信技术的飞速发展， 人们逐渐意识到未来移动通信的发展将是各种无线接入技术并存、相互补充，提供多种类型方式的接入技术，以实现随时随地的无缝接入，而非某种单一技术独大的局面。TD-SCDMA（时分同步的码分多址技术）是中国提出的第三代移动通信标准，2001 年被写进 3GPP R4 标准。信息产业部为 TD 产业链的形成和 TD 技术的发展提供了很多支持，2009 年，3G 牌照发布，TD-SCDMA 正式投入商用。仅仅一年时间，用户数量就突破 500 万，并保持高速增长趋势。为迎

23、合人们对高带宽、 高效率、 高速率需求， 2004 年 11 月， 3GPP 启动了 “LTE”项目，并于 2009 年 9 月完成了技术可行性研究。随着中国工信部于 2013 年 12 月 4日向中国三大电信运营商颁发 4G 牌照， TD-LTE 与 TD-SCDMA 的共存已成为事实，并将长期维持这一状况。如何做到异构网络间的自由快速切换， 成为各大通信运营商及研究机构竞相研究的热点课题。 随着 4G 牌照发放，LTE 步入商用，TD-LTE 与 TD-SCDMA 间的相互切换也显得尤为重要,也因此备受瞩目。编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为

24、径，学海无涯苦作舟页码：第2页 共44页第 2 页 共 44 页1 1 绪论绪论1.1 移动通信发展现状移动通信发展现状21 世纪人们已经步入信息化时代，快节奏的工作、生活离不开信息的交流传递。为了提高工作效率、经济效益，人们渴望及时可靠随时随地的信息交互。随着用户业务需求的持续提高，全球标准化组织推出了新的演进分组系统：无线接口长期演进（LTE）和系统架构演进（SAE） 。无论是频谱效率、传输速率还是时延性能，LTE 系统都有很大提高。LTE 作为现有 3G 向 4G 演进的路线和方向，又分为两个版本：FDD 和 TDD。TD-LTE 是 TDD 版本的 LTE 技术，是 TD-SCDMA

25、的长期演进方向。LTE 并非完整意义上的 4G，相比之下，最大带宽和上行峰值速率未能达到要求，其他指标均合乎要求。LTE 的后续演进技术是 LTE-Advanced，整体技术设计早已满足了 4G 需求。2008 年 6 月，3GPP 完成了 LTE-Advanced 的技术需求报告。2010 年10 月 20 日，ITU-R 第 5 研究组（国际移动同性能工作组，WP5D）在我国重庆的第9 次会议上，最终确定 LTE-Advanced 和 802.16m 为 4G 标准。如今随着 13 年中国工信部对中国三大电信运营商 4G 牌照的颁布，TD-SCDMA与 TD-LTE 共存已成为事实。因此，

26、如何实现网络间迅速准确的连接，成为各大运营商及研究机构竞相研究的热点。 随着 LTE 步入商用， TD-LTE 与 TD-SCDMA 间的相互切换技术也越来越受到人们的关注。1.2 蜂窝组网理论的提出蜂窝组网理论的提出无线电通信起源于二战时期，贝尔实验室首先提出蜂窝移动通信的概念， 蜂窝组网和频率复用是其基本理论和技术，见图 1-1 所示。BBEAFCDGFGDAG再用距离B相同字母小区使用相同频率组图 1-1 蜂窝系统的频率再用E编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页 共44页第 3 页 共 44 页根据蜂窝组网理论，

27、 对于不同制式系统的工作载波频率和不同用户密度选择不同的蜂窝小区。 由于第三代移动通信系统工作在 2GHZ 频段，根据国际电信联盟（ITU）的讨论结果，蜂窝小区可以划分为以下几种类型（按照小区半径 R 划分） ：宏小区（R0.5km）用于覆盖室外、交通道路沿线及农村、郊区等地区；微小区（R=0.050.5km）用于覆盖城市繁华区等用户密集地区；微微小区（R0.05km）用于覆盖室内移动通信环境。当频道数不足以满足用户要求时，可采用小区分裂方法， 将原蜂窝小区分裂成若干个更小的微蜂窝小区和微微蜂窝小区，这样， 就能够有效地扩大系统容量和降低发射功率。在蜂窝组网理论中， 频率复用占有重要的地位。

28、因为电波传输损耗能够提供足够的隔离度， 所以某一基站的工作频率可以让相隔一定距离的另一个基站重复使用。但在实际工程应用中，由于同频小区之间存在干扰，小区分裂是有一定限度的，即频率资源是有限的。1.3 课题研究内容及论文结构课题研究内容及论文结构论文介绍了移动通信的发展史、分析了当前移动通信发展状况、 阐述了未来移动通信发展趋势。 对其中的蜂窝移动通信系统进行了具体讨论， 对蜂窝系统下的切换进行了概括总结。深入研究了 TD-SCDMA 系统及其特有的快速切换技术，重点阐述了TD-LTE 系统及其系统内部的切换技术。论文对无线异构网络间的切换策略进行了探究，提出了在 3G/4G 共存环境下 TD-

29、SCDMA 与 TD-LTE 间的切换策略。论文的结构如下：第一章，总体介绍，对移动通信发展状况，蜂窝网理论进行总体介绍。第二章， 蜂窝系统下切换技术介绍，首先对蜂窝移动通信系统的发展史进行了回顾，进而引出切换概念，进而具体阐述切换发起原因，切换分类及切换的常见具体步骤。第三章， TD-LTE 与 TD-CSDMA 内部切换技术。 首先对 TD-SCDMA 系统进行概述，详尽介绍 TD-SCDMA 系统，然后具体阐述其特有的接力切换技术，并用做出了接力切换示流程示意图，一目了然。然后介绍 TD-LTE 系统背景，最后具体阐述其内部切换策略。第四章，TD-SCDMA 与 TD-LTE 切换策略研

30、究。本章是论文核心内容，首先综述 3G/4G 共存现状，然后详细阐述无线异构网络间的切换技术，最后提出具体可行的 TD-SCDMA 与 TD-LTE 切换策略。编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第4页 共44页第 4 页 共 44 页2 2 蜂窝系统下的切换技术蜂窝系统下的切换技术切换是移动通信系统中最重要的无线资源管理功能之一， 同时也是蜂窝系统中最重要和最复杂的工程之一。 切换技术伴随着蜂窝移动通信系统而生， 随着移动通信系统的发展而逐步改进。2.1 蜂窝通信系统概述蜂窝通信系统概述21 世纪以来，随着我国经济的发展、

31、科技的进步，人们的生活发生了巨大变化。在物质生活得到改善的同时， 人们渴望更加便利的信息交互。 人们的这一愿望也随着移动通信的发展而逐渐得以实现。2.1.1 第一代蜂窝移动通信第一代蜂窝移动通信上世纪 70 年代，微处理器的应用及大规模集成电路的发展使蜂窝系统正式投入商用（1G） 。模拟信号处理技术被第一代移动通信所采用，因此又被称作“模拟蜂窝移动通信系统” 。作为移动通信起点， 第一代蜂窝移动通信的首先提出并使用蜂窝小区概念，并采用频分多址（FDMA）和频分双工（FDD）技术。第一代移动通信系统是相对落后的系统，除研究对象为模拟信号外，高昂的价格、复杂的设备、较大的干扰都是其面临的问题，而且

32、由于所用技术和频段的不同，使得在国际间漫游成为奢望。由于第一代移动通信发展时期美国电信体制改革的原因，美国均采用这一体制，因此，美国所有的运营商都采用此标准。随着移动通信市场的增大，价格的降低，应用规模到上世纪末已经十分壮大，即便到第二代移动通信出现， 仍然存在相当大的市场份额。我国引入蜂窝移动通信系统是在上世纪 80 年代，中国紧跟国际电联步伐，引入英国的 900MHz 全入网通信系统标准，当时中国电信行业由中国电信垄断经营，发展速度惊人，经过短短十年的发展，人数就从最初的几百户增加了近五百万！2.1.2 第二代蜂窝移动通信第二代蜂窝移动通信上世纪 80 年代起，移动通信开始朝着数字化的方向

33、演进。由于采用了国际电联的制定规则，GSM 在国际上取得了史无前例的成功，世界上的诸多主要国家纷纷选择 GSM 标准。 甚至北美、南美（AMPS 大本营）的许多国家和地区（如美国、加拿大和巴西） 。我国也采用了这一标准。世界范围内的漫游因 GSM 的广泛采用而成为可能，统计结果显示百分之七十以上的用户使用的是 GSM 系统。当时随着使用数量的急剧增加，GSM 系统也出现了一些问题。主要包括以下几个方面：抗干扰能力不强、系统容量较小、频谱利用率较低等。因此，国家标准化组织及世界各大主要运编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第5

34、页 共44页第 5 页 共 44 页营商又都纷纷开始研发第三代移动通信系统。码分多址（CDMA）技术最早由美国科学家提出，这一方法使得频谱利用率得到很大幅度的提升，并与 1993 年形成了美国 IS-95 标准。将频谱利用率定义为一个大网络，每小区、每兆赫带宽所支持的信道数。FDMA、TDMA、CDMA 的频谱利用率分别如下：FDMA： 每对话音信道占用频谱宽度 230kHz(AMPS),由于相邻两小区不能使用相同频率，故频率复用系数为 11，频谱利用率为 1/（20.0311）=（1.5/MHz）/小区。TDMA：每 8 对话音信道占用频谱宽度为 2200MHz（GSM） ，频率复用系数为7

35、，邻近小区使用不同频率，频谱利用率为 8/(20.27)=(2.86MHz)/小区。CDMA：每 20 对话音信道占用频谱宽度 21250KHz（IS-95） ，邻近小区频率相同，频率复用系数为 1，频谱利用率为 20/(21.251)=(8/MHz)/小区。可见， 扩频技术使得系统抗干扰能力得到很大提升， 同时频谱效率也得到了改善，因此，IS-95CDMA 技术可以说是移动通信技术的重大突破。由于出现较晚，加上国家间利益冲突等诸多因素是，CDMA 市场份额较低，但为第三代移动通信技术奠定了坚实基础。2.1.3 第三代移动通信系统第三代移动通信系统上世纪 80 年代，人们开始考虑个人通信（PC

36、N） ，即“5W”任何人在任何时间、任何地点以任何方式进行任何类型的信息交互，并要求有效降低网络成本。通过近 10 年的讨论思考，于上世纪末由国际电信联盟确定未来公共陆地移动电话更名为国际移动通信系统，预备 21 世纪开始使用，最高传输速率达 2kbit/s，基本实现个人通信的要求。第三代通信系统主要特点列举如下：a.具有高的业务质量话音和数据传输质量有待提高，要求做到网络无缝连接。b.传输时延问题得到解决c.提高系统容量，增加频谱利用效率d.提供新兴业务，例如，带宽数据、视频业务等e.要求系统灵活性较高，能够实现接口的统一，方便无绳电话、陆地蜂窝等的规范、3G 必须实现多种形式广域网件的互联

37、互通和网络集成f.实现两代通信系统的兼容和过渡cdma2000、WCDMA 和 TD-SCDMA 是目前国际上三种主要的技术标准。其中，cdma2000 和 WCDMA 属于 FDD 方式；TD-SCDMA 属于 TDD 方式。系统的上、下编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第6页 共44页第 6 页 共 44 页行工作于同一频率，具体技术分类如图 2-1 所示。其中 WCDMA 是欧洲电信标准化协会提出的宽带 CDMA 技术， 它与日本无线工业及商贸联合会提出的宽带 CDMA 技术基本一致，两者相结合后形成 WCDMA。作

38、为一种异步传输系统，其码片速率为3.84Mcps。WCDMA 支持多种切换方式，可以提供多种服务。Cdma2000 由美国电信行业协会提出，直接序列扩频或多载波方式，码片速率可以是 1.2288Mpcs 的 1 倍或3 倍。分别对应于 cdma20001x 或 cdma20003x 系统。cdma2000 系统与 IS-95 系统后向兼容，采用 GPS 授时同时，增加了前向快速功率控制高速分组数据传输等功能。TD-SCDMA 由我国自主研制，码片速率 1.28Mpsc。智能天线、接力切换、联合检测是其关键技术。IMT TCTD-CDMA/TD-SCDMAIMT MCCdma 2000IMT S

39、CUWC-136EDGEIMTMCDECTIMT DSWCDMA3GPPTDMA3GPP22图 2-13GPP 传输技术分类由此可以看出， 第一代和第二代移动通信主要以话音业务为主， 人们在任何地方，处于移动状态下进行广泛的通信联系已经成为事实。 第二代移动通信相对第一代有了很大的进步， 主要表现在实现了数字化。随着信息技术的发展和人们对信息速率的要求， 移动通信未来的发展必然与多媒体业务相结合， 这也是移动通信发展的必然趋势。2.1.4 第四代移动通信系统第四代移动通信系统2004 年下半年,随着移动互联网的前景逐渐明朗和竞争性新技术（全球微波互连接入）的出现，移动通信运营商和设备商开始就

40、3G 之后的全新技术演进展开讨论，2004 年 11 月，3GPP 在加拿大举办研讨会，各大运营商共同讨论移动通信未来发展，并积极提出建议看法， 最终达成了迅速进行下一代网络研发的重要共识，同时将其命名为“LTE” 。2005年3GPP 发布的 LTE 技术需求文件 （3GPPTR 25.913） 中明确指出： 在20MHz系统带宽的条件下，LTE 系统下行峰值速率需要达到 50Mbit/s（频谱效率为2.55bit(sHz)）;同时要求系统的用户面传输时延低于 5ms，控制面时延低于 100ms。与第三代移动通信系统 WCDMA/TD SCDMA 相比，LTE 系统的技术指标有了质的飞跃。与

41、之相应，其核心技术也发生了本质的变化，正交频分复用（OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexing） 、新型多天线、链路自适应等新技术在 LTE 系统中得到了广泛的应用。编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第7页 共44页第 7 页 共 44 页OFDM 作为 LTE 系统主要技术之一，不仅可以与高阶的正交幅度调制（QAM,Quadrature Amplitude Modulation）以及多天线技术很好的结合、提高通信系统的频谱效率， 克服时延所带来的严重的码间干扰问题， 还

42、可以省略大量复杂的计算处理。 以正交频分复用为基础的多址接入方式为新一代移动通信提供了新的接入技术。MIMO（Multiple Input Multiple Output）是 LTE 系统核心技术之一，在不同的信道条件下，包含波束赋形、空间分集等多种工作模式。当信噪比较低时，可显著改善链路的传输质量和系统频谱效率；当存在多个独立空间信道且 SINR 值较高时，系统容量更多受限于传输带宽， 此时可通过空间复用技术提高通信链路的信道容量和频谱效率。链路自适应技术作为第四代移动通信的核心技术之一， 能够有效提高系统对频谱资源的利用率， 它能够根据当前发射功率和传输速率等信道状态结合信道反馈技术有效传

43、输数据。正如其最初的名字 “长期演进” 所蕴含的意义， LTE 继承了传统移动通信网络 “全程全网”高质量通信服务，同时针对移动互联网进行优化设计，具有高度革新性而又不断演进的新一代移动通信系统，赢得了通信行业的广泛关注。2.2 蜂窝系统下的切换技术蜂窝系统下的切换技术切换是蜂窝通信系统中最重要的无线资源管理技术之一， 每一代蜂窝通信系统的诞生都伴随着切换技术的改进。2.2.1 切换概述切换概述当移动台从一个基站到另一个基站附近时， 移动交换中心自动将呼叫转移到新基站的信道上的现象称为切换。 切换是蜂窝系统所特有的， 一个十分重要的移动性管理功能。作为移动通信系统的一个关键特征，他直接影响整个

44、系统的性能，尤其对支持个人通信业务的全球漫游至关重要。2.2.2 切换的分类切换的分类分类准则不同时，切换分类方式也不尽相同，主要分类方式如下：以切换期间同时连接的基站数量作为判断标准，将切换分为硬切换、 软切换以及TD-SCDMA 系统中特有的接力切换。硬切换，即“先断后通” ，在建立与目标基站的连接之前就完全中断与原基站的连接。这种切换的缺点是掉话率比较高； 软切换则相反， “先通后断” ，先与目标基站建立连接，再中断与原基站的连接。软切换使得掉话率显著下降，通话质量得到了明显改善，但是由于同时保持与多个基站的连接，占用了较多的信道资源， 信道利用率较低； 接力切换介于两者之间， 得益于智

45、能天线技术，可以在切换之前就获得 UE 准确的位置信息以及到达方向。 与原基站断开连接后迅速编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第8页 共44页第 8 页 共 44 页与目标基站建立连接，完成切换。a.按照涉及网元范围的不同，切换可分为小区间和小区内切换。用户信道切换后，仍在当前小区接受服务，则为小区内切换。当相邻小区信号强度强于当前小区信号强度而发生小区更替时，称为小区间切换b. 根据用于网络和移动设备间进行切换需要交互的信息资源，将切换分为前向切换和后向切换。 前向切换指移动设备将相关信息直接发送到新基站。 后向切换则指

46、相关信息通过旧连路交换。c.根据切换所涉及的接入网络相同与否，又可将切换分为水平切换和垂直切换两种。若两网络相同则为水平切换，反之为垂直切换。2.2.3 切换的步骤切换的步骤无线网络环境中，切换通常包括发起、决策和执行三个阶段。切换的发起移动台不断测量测量本基站及周围基站的广播信号强度， 若当前基站接收信号较弱达不到要求并且发现周围基站有较强接收信号时即发出请求， 由此启动切换处理过程。切换决策切换判决阶段是以测量为基础的。用户根据得到的测量结果， 将自身网络特性和个人喜好进行综合考虑，然后做出判决、完成资源的申请分配。切换执行切换执行阶段是判决之后的信令执行过程。 根据建立途径分为以下三种：

47、 软切换、硬切换和接力切换。可以支持切换失败回退。编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第9页 共44页第 9 页 共 44 页3 3 TD-SCDMATD-SCDMA 及及 TD-LTETD-LTE 系统内部的切换技术系统内部的切换技术随着信息技术的发展和人们对随时随地的多媒体接入的要求， 第三代通信系统应运而生。其中 TD-SCDMA 是具有我国自主知识产权的国际标准，在世界范围内得到广泛接受与认可。 TD-LTE 被称为 TD-SCDMA 的长期演进， 以 OFDM 和 MIMO 为核心技术。采用扁平化的网络结构，以及混

48、合自动传输编码（HARC）和自适应编码调制（ACM）等先进技术。3.1 TD-SCDMA 系统切换技术系统切换技术3.1.1 TD-SCDMA 移动通信系统概述移动通信系统概述TD-SCDMA 是拥有我国自主知识产权的 3G 标准，各项指标均达到 3G 标准，满足用户室内外语音及数据传输业务的要求。TD-SCDMA 采用时分双工工作模式，直接序列扩频码分多址的接入方案拥有时分多址方式的特点，也正因为这个原因，有时被表示为 TDMA/CDMA。TD-SCDMA 曾得到国家信息产业部的大力支持， 由大唐电信集团主要负责研发，具有自主特色。标准文件经过修改后得到邮电部的一次性批准通过，于 1998

49、年交由相关国际标准组织审批。1999 年 3 月，国际电信联盟将第 3G 标准被分为 CDMA 和 TDMA 两种。其中，CDMA 按照双工方式可分为：FDD 直接序列、FDD 多载波和 TDD。由此可见，3G将是多标准的，与此同时也确定了不同标准在一定范围内是可以相互融合的。1999 年 11 月国际电信联盟在赫尔辛基举行的会议通过了“3G 系统（IMT-2000）无线技术规范”建议 IMT.PSPC（IMT-2000 Radio Interface Secitication）,为今后全球3G 产业的发展指明了方向，3G 系统的开发和应用由此开始进入实质阶段。TD-SCDMA被列入3G主流标

50、准之一。 在ITU-R M1457文件中确认了如下5中3G RTT技术：两种 TDMA 标准：SC-TDMA 和 MC-TDMA，前者承认和保持当前所拥有的技术，在受限场合下应用，并非 IMT-2000 主流；三种 CDMA 标准：MC-CDMA（即美国的 CDMA2000,包括 1X、3X 并可扩展至6X、6X、12X） ，DS-CDMA（即欧洲、日本的 WCDMA） ，以及 TDD-CDMA（中国的 TD-SCDMA 和欧洲的 UTRATDD） 。TD-SCDMA 为 ITU 正式接纳后，1999 年 12 月在 3GPP RAN 会议上确定了TD-SCDMA 与欧洲的 UTRAN TDD

51、 标准融合的原则，并被列为 3G 标准之一。这也是 TD-SCDMA 的完全可商用版本的标准。从此，TD-SCDMA 标准进入了稳定发展阶段，图 3-1 回顾了 TD-SCDMA 标准的发展历程。编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第10页 共44页第 10 页 共 44 页图3-1 TD-SCDMA 标准发展历程3.1.2接力切换接力切换a.接力切换的基本概念切换是蜂窝系统所特有的功能和关键特征， 也是通信系统中最重要的无线资源管理功能之一。智能天线、联合检测等空时处理技术作为 TD-SCDMA 的主要技术改进了系统的切换

52、控制方法及其过程，也使得系统的整体性能得到显著改善。 接力切换作为 TD-SCDMA 系统所特有的一种全新技术，综合利用了各种技术特点。在切换前就已经获得 UE 的距离和方位信息，并将这些信息作为辅助，用来做为 UE 是否进入了相邻基站的判决条件，一旦进入，首先通知基站准备切换，因此可以实现高效可靠切换，这个过程称为接力切换接力切换过程接力切换一般包括测量、判决和执行三个典型过程，如下图 3-2 所示。编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第11页 共44页第 11 页 共 44 页完成切换并且开始新一轮的测量以及同步是否满足

53、切换标准测量本小区以及邻小区切换所需信息同时进行开环预同步测量阶段判决阶段执行阶段图 3-2 接力切换流程图（1） 接力切换的测量过程接力切换与硬切换一样， 无需增加新的测量参数， 所以也不会给终端带来新的负担。UE 需要计算和保存的参数为：本小区基本公共控制物理信道与邻居小区基本公共控制物理信道的功率差值P；本小区与相邻小区基站信号之间的时延差t。（2） 接力切换的判决过程接力切换的判决过程由 RNC 完成。与传统按判决过程类似，接力切换判决过程可以利用现有切换技术准则，根据 RNC 收到的 UE 的测量报告列出目标小区，然后按照判决算法得到最终切换小区并执行切换。（3） 接力切换的执行过程

54、确定目标小区后，RNC 向其发送无线链路建立请求，随后向原小区发送业务数据，在切换命令中必须附带以下基本参数：载波频率；每个码道的发送功率和业务需要的接收电平；接收和发射的训练序列及偏移。UE 收到切换命令后，接收下行链路数据及信令的同时根据已知的与相邻小区间的时延差值及功率差值在目标基站发射上行承载业务及信令， 随后继续接收目标基站的下行数据，并且中断与原小区联系，接力切换完成。若 RNC 在接力切换命令发出后收到成功切换消息，则中断与原小区链路，若收编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第12页 共44页第 12 页 共

55、44 页不到消息，则回收配置资源。b.三种切换技术的比较UE 主要有硬切换、软切换及接力切换三种方式。图 3-3、图 3-4、图 3-5 分别展示了硬切换、软切换及接力切换的完整过程。其中 BS1、 BS2 分别表示原基站与目标基站。硬切换，是典型的“先断后通”模式，即先中断与原小区的联系，然后再与新的目标小区建立链路，掉话率较高，通话质量较低。切换过程如图 3-3 (a)、(b)、(c)所示。BS1BS2(a)UE 收到硬切换命令前的场景BS1BS2UEUEBS1BS2UE(b)UE 收到切换命令后执行硬切换的场景(c)UE 执行硬切换后的场景图 3-3 硬切换方式软切换，与硬切换向对应，是

56、典型的“先通后断”模式，即先建立与新的目标小区的链路，然后再中断与原小区的联系，明显改善通话质量，掉话率较低。但是同时占用了较多的通信链路，频谱利用率较低。切换过程如图 3-4(a)(b)(c)所示。编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第13页 共44页第 13 页 共 44 页BS1BS2(a)UE 收到切换命令前的场景BS1BS2UEUEBS1BS2UE(b)UE 收到切换命令后执行软切换的场景(c)UE 执行软切换后的场图 3-4 软切换方式接力切换，介于两者之间。运用智能天线和开环预同步技术，与目标小区建立上行链路的

57、同时与原小区保持下行链路。经过一段时间的收发后， 下行链路移到目标小区。接力切换既保持了软切换掉话率低、切换成功率高的优点，又克服了软切换资源占用过多导致系统负荷过大的缺点。与硬切换相比，同样切换简单便捷，而且掉话率很低，通话质量有显著提高。切换过程如图 3-5(a)(b)(c)(d)(e)所示。编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第14页 共44页第 14 页 共 44 页BS1BS2（a）UE 与原基站正常通信BS1BS2UEUE(b)UE 与目标基站建立信令连接（e）接力切换完成BS1UEBS2UEBS1BS1UEBS

58、2业务连接信令连接(c)UE删除与原基站的信令连接(d)UE 建立与目标基站的业务链接业务连接信令连接信令连接信令连接业务连接信令连接信令连接信令连接信令连接信令连接业务连接业务连接BS2业务连接业务连接图 3-5 接力切换方式第 1 步：UE 与原基站保持正常通信，如果（a）所示。第 2 步：UE 准备切换，先通过测量发现并确定目标基站，然后发出切换命令，编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第15页 共44页第 15 页 共 44 页与其建立上行同步的同时与原基站保持信令和业务连接，如图（b）所示。第 3 步： UE 与目

59、标基站建立信令连接后，删除与原基站的业务连接，如图（c）所示。第 4 步：UE 尝试与目标基站建立业务连接，如图（d）所示。第 5 步：UE 删除与原基站的信令连接，此时只与目标基站保持信令和业务的连接，接力切换过程结束，如图（e）所示。接力切换得益于智能天线技术， 可以事先获得UE的精确位置信息及其移动方向。因此，无需对周围邻近小区都进行测量，而只需要对 UE 移动方向上的目标小区进行测量即可，测量工作量大大减小，因此切换时延也大大降低，掉话率下降，通话质量得到很大提高，同时因为需要监测的目标小区数量减少，使得 UE、RNC 之间信令交互也大大缩小，减轻了网络负荷，提升了系统性能。接力切换的

60、信令流程TD-SCDMA 接力切换的信令流程与传统的硬切换和软切换的信令流程并没有很大的区别， 只是由于接力切换要事先得到 UE 的精确位置信息， 因此对同步要求很高。图 3-6 展示了接力切换成功情况下的完整流程。编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第16页 共44页第 16 页 共 44 页UENode B1RNCNode B2切换成功切换命令测量判决条件建立无线链路UE 与 Node B2 上行同步UE 与 Node B2 之间信令连接成功建立UE 删除信令连接UE 与 Node B2 之间业务连接成功建立删除信令连接

61、成功建立删除无线连接图 3-6 接力切换成功情况下的完整流程3.23.2 TD-LTETD-LTE 的切换技术的切换技术与 2G、3G 技术不同，TD-LTE 由我国主导提出，是国际广泛接受认可的移动通信标准。从标准融合、技术试验、规模试验到最终投入商用，其中凝聚了我国通信领域无数科研人员的智慧与汗水。3.2.1 TD-LTE 系统概述系统概述TD-LTE（长期演进计划）是我国主导的 4G 技术，继承并且发展了 TD-SCDMA系统特有的技术特点和优势，实现了与 FDD LTE 的融合发展，拥有 MIMO、OFDM、频率选择性调度、自适应调制编码、更加扁平的网络结构、小区间干扰协调和用户面分离

62、等核心技术，实现了系统容量和用户体验的极大提升，已经成为未来 TDD 技术发展的全球唯一标准。编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第17页 共44页第 17 页 共 44 页作为 TDD 技术，TD-LTE 可以实现灵活的上下行时隙配比，满足未来移动互联网发展需要的灵活上下行业务比例，最大限度的充分利用有限的频率资源。以 TDD上下行链路传播为基础，同样拥有智能天线技术，并在 Re1-9 版本中将其扩展成双流传输， 以及多用户的空间复用传输； 另外， 在实际环境中新到传播特性变化十分复杂，充分利用各种模式特性，实现不同模式间

63、的自适应，才可以最好的发挥 TD-LTE 系统的优越性能，所以 TD-LTE 进一步地引入了不同的多天线传输模式间的自适应，以期提升多天线技术的性能。面向未来的宽带移动通信需求，以及灵活的频率使用，基于OFDM/SC FDMA 技术，TD-LTE 支持从 1.4MHz 到 20MHz 的系统带宽，在上下行峰值速率得到提升的同时，可大大简化接收机的实现。基于控制面和用户面分离，以及更加扁平的网络结构，相比于 3G 系统，TD-LTE 实现了业务传输时延的一个量级的降低， 为更加丰富多彩的实时业务的传输提供了广阔的前景。 考虑到系统干扰受限，TD-LTE 引入了小区间干扰协调技术。面向 TD-LT

64、E 的实际商业部署和大规模应用，TD-LTE 在标准中先后引入了家庭基站、网络自组织（SON） 、Relay、增强的小区间干扰协调（eICIC）等功能，使得 TD-LTE 从技术到标准，不断走向成熟与完善。TD-LTE 的发展经历了标准确立，大规模试验、建立了强大的产业链、最后投入商用、 真正实现了用户随时随地的接入网络， 实现各种语音数据及多媒体业务的传输，为人们的生活带来了前所未有的便利。3.2.2 LTE 网络架构描述网络架构描述LTE 接入网称为演进网，UTRAN（Evovled UTRAN ,E-UTRAN）,相比传统的 UTRAN架构，E-UTRAN 采用更扁平化的结构，如图 3-

65、7 所示。E-UTRAN 去除 RNC 节点，目的是简化网络结构和降低时延，RNC 功能被分散到了演进型 Node B（ENode B）和服务网关（Serving GateWay,S-GW）中。E-UTRAN 结构中包含了若干个 eNode B，eNode B 之间底层采用 IP 传输，保证用户的无缝切换。每个 eNode B 通过 S1 接口连接到演进分组核心（Evolved Packet Core，EPC）网络的移动管理实体（Mobility Management Entity,MME）,即通过 S1-MME 接口和 MME 相连，通过 S1-Uhe S-GW 连接，S1-MME 和 S1

66、-U 可以被分别看作 S1 接口的控制平面和用户平面。编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第18页 共44页第 18 页 共 44 页MME/S-GWMME/S-GWeNode BeNode BeNode B图 3-7 E-UTRAN 的网络拓扑与 3G 类似， LTE 采用 E-UTRAN 与 EPC 功能相分离的方案， 同时精简部分网元，合并相关功能，E-UTRAN 和 EPC 的功能划分如图 3-8 所示。编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第19页 共44页第 19 页 共 44 页Inter Cell RRMRB ControlConnectionMobilityControlRadio Admission ControleNode B MeasurementConfigurationProvisionDynamic ResourceAllocation (Scheduler)RRCPDCPRLCMACPHYeNodeNAS Securi