1、ITD 和 GSM 网络切换的可视化系统研究与实现目 录TD 和 GSM 网络切换的可视化系统研究与实现 .I第 1 章 绪 论 .11.1 选题的研究背景、目的和意义 .11.1.1 研究背景 .11.2 国内外的发展现状 .21.2.1 国内外的发展概况 .21.2.2 国内研究状况 .41.2.3 国外研究状况 .71.3 本文的工作 .91.4 本文的组织结构 .9第 2 章 移动网络中的切换理论 .112.1 切换的概念及意义 .112.2 切换的准则 .112.3 切换的分类 .132.3.1 根据切换的过程同时涉及到的基站数量划分 .132.3.2 根据切换过程的控制方式划分 .
2、142.3.3 依据切换发起的信道不同划分 .152.3.4 根据多层网络中的网络层次划分 .162.4 切换的过程 .162.4.1 测量过程 .172.4.2 触发过程 .182.4.3 选择过程 .192.4.4 执行过程 .202.5 切换的总结 .20第 3 章 23G 网络互操作切换和算法的研究 .213.1 2G/3G 互操作理论 .213.1.1 互操作介绍 .213.2 系统间小区重选 .223.3 23G 互操作策略 .243.3.1 发展初期 .243.3.2 发展中后期 .253.4 TD-SCDMA 向 GSM 切换 .253.4.1 TD 到 GSM 重选流程 .2
3、53.4.2 TD 向 GSM 切换 .263.4.3 TD 向 GSM 切换算法 .283.4.4 基于邻区优化的 TD 向 GSM 切换算法 .323.5 GSM 向 TD-SCDMA 切换 .383.5.1 GSM 到 TD 重选流程 .383.5.2 GSM 到 TD 切换流程和算法 .40II3.6 23G 网络切换算法的研究 .413.6.1 基于距离的切换研究 .41第 4 章 基于覆盖切换的 23G 切换算法的研究 .424.1 覆盖切换概述 .434.1.1 覆盖边界介绍 .434.1.2 23G 覆盖边界介绍 .444.2 场景覆盖概述 .454.2.1 场景的概念 .45
4、4.2.2 覆盖的划分 .464.3 23G 覆盖切换算法 .474.3.1 算法原理 .474.3.2 场景切换算法的研究 .53第 5 章 23G 网络覆盖切换可视化仿真系统中的设计 .595.1 可视化仿真系统系统分析与设计 .595.1.1 系统功能需求网络覆盖分析 .595.1.2 系统结构 .615.2 系统的设计和编码 .635.2.1 数据准备 .635.2.2 数据清理 .645.2.3 用例图 .645.3 系统的可视化和仿真 .675.4 本章小结 .67第 6 章 总结与展望 .686.1 本文工作总结 .686.2 研究展望 .691第 1 章 绪 论1.1 选题的研
5、究背景、目的和意义1.1.1 研究背景随着 2009 年 1 月 7 日工信部给中国移动、中国电信和中国联通颁发第三代移动通信(3G)牌照，标志着我国正式进入 3G 时代，其中中国移动基于 TD-SCDMA 技术的3G 牌照特别引人瞩目。TD-SCDMA 第三代移动通信标准是信息产业部电信科学技术研究院（现大唐电信集团）在国家主管部门的支持下，经过多年的研究，提出的具有一定特色的第三代移动通信系统标准，该标准成为国际标准。这是我国通信史上第一个具有完全自主知识产权的国际通信标准，在通信发展史上具有里程碑的意义，并将产生深远影响，是整个中国通信业的重大突破。极大地提升了我国在移动通信领域的技术水
6、平，减少了与世界发达国家的差距，是整个中国通信业的重大突破。作为的国际主流标准之一，TD-SCDMA 技术必将引导中国乃至全球及后技术的演进和发展。虽然作为第三代移动通信标准的 TD-SCDMA 技术己经成熟，TD-SCDMA 系统正在我国逐步发展起来，其产业链日渐成熟。但是其在产业化的道路上依然坎坷，其中终端成为制约 TD 发展的一大瓶颈，在前期 TD 试商用过程中终端的问题严重影响了用户对 3G 的体验效果。中国移动通信公司是目前全球最大的 GSM 运营商之一，拥有快 3 亿用户的容量及覆盖全国的 GSM/GPRS 网络，特别是相关的基础配套资源，包括站址、局址、传输等，对于 3G 建设来
7、讲，既是优势，也是限制，因此应当充分地发挥自身的优势，充分利用好这些资源，既要保持其网络覆盖及用户优势，又需要将 3G 引入所导致的不良影响降到最低，其网络的规划及建设模式必然和新兴的 3G 移动运营商有所不同。如何利用中国移动现有的 2G 网络为 3G 用户提供无缝的业务覆盖、如何解决好两网的互联互通/协调发展，为用户提供优秀的业务质量是 3G 网络建设的一个关键性问题。因此有必要对 2G/3G 之间可能的组网方式、对 2G/3G 网络共存涉及到的关键技术，如网络选择策略、小区选择和重选、切换策略等，进行一定的分析和验证，为将来 3G 网络的建设提供宝贵的经验。具体 2G/3G 无线组网可以
8、从以下几个方:2G/3G基础设施的共用；2G/3G 之间的相互干扰；2G/3G 之间的互操作。一个拥有 2G 网络的运营商，在 TD-SCDMA 网络建设的初期，由于投资、网络发展和建设目标不同，将导致初期的 3G 网络不能做到连续覆盖或者在连续覆盖区域内2做不到无缝覆盖，鉴于现在的 GSM 网络投资以及其完整性和覆盖方面的优势，TD 的前期建设充分利用现网资源和用户资源，以节约投资、快速部署，实现网络以及用户体验的平滑过渡，以提高 3G 用户感受，因此 2G 与 3G 网络的互操作是 2G 运营商在 3G 网络运行初期必须面临的问题。3G 网络智能切网的互操作主能够是解决 2G 和3G 混合
9、组网过程中碰到的网络驻留、小区选择、小区重选、切换，以及用户接入控制和转网策略等问题。与 GSM 的 900、1800MHz 双频间的互操作不同，作为无线网络的演进，TD 和 GSM 系统间的互操作关注的是业务的连续性，体现 3G 的业务优势，同时在 TD 网络建设初期又要依赖 GSM 来作为覆盖的补充，所以互操作原则体现到具体的业务上，针对不同的业务可以采取不同的策略。1.2 国内外的发展现状1.2.1 国内研究状况移动终端在原始的小区与网络进行连接之后，有可能离开这个小区的服务区范围, 为了保证移动用户通信的连续性或者基于网络负载和信道资源等原因，将用户从当前的通信链路到其他小区,系统的切
10、换过程就是将用户终端的连接切换到其他小区，从而使得通信服务不中断。TD-SCDMA 系统切换的主要功能是通过相应的测量报告以及有关准则来维持通信链路的连接。对于任何一个蜂窝通信系统而言，2G/3G 网络切换的优化设计都十分重要。从网络使用效率最大化出发，当移动终端在不适合的服务小区进行通信时，不仅影响自身的通信质量，也将会增加全网络的负荷，甚至会干扰其他移动终端。移动设备应当使用网络中最优化的通信链路和对应的基站建立连接。当切换概念提出之后，国内一些学者和电信领域研究人员对切换展开了大量研究，取得许多研究成果。主要的研究包括：提出改进的越区切换算法、越区切换算法的优化、越区切换策略和越区切换参
11、数设置对系统的影响。越区切换分为硬切换和软切换，硬切换主要运用于 GSM 系统和系统间的切换，软切换主要运用于 CDMA 系统中，对软切换进行一些基本的研究，介绍了软切换的基本概念、实现过程及参数定义与测量，之后人们在无优先切换策略下对于软切换算法做了大量研究。对于系统间的切换算法研究的很少，主要是在系统间的互操作原理和策略上进行研究。詹义、李国庆 1从理论角度对 2G/3G 网络互操作原理进行了研究，他们以 GSM和 WCDMA 系统为对象，对系统间的互操作原理、相应的参数优化、邻区列表设置以1詹义、李国庆2G/3G 网络互操作原理与优化 3及切换选择进行了介绍和分析，提出了异系统小区重选原
12、理和异系统切换原理。张艳霞 1在互操作原理的基础上提出互操作策略，包括：网络选择策略、2G 与3G 间的漫游策略、2G/3G 语音（CS）切换策略、2G/3G 分组域切换策略和 2G/3G 并发业务切换策略等。互操作策略对网络建设初期和网络成熟期的 2G/3G 协同操作有其重要的指导意义，减少了 3G 建设的投资成本。陶志强 2从应用层面研究了 2G/3G 的网络切换，他把网络切换分为移动用户空闲下的网络重选和连接状态下的网络切换两种情况，通过不同的网络重选方案和网络切换方案，提出三种 2G/3G 网络互操作方案。方案一：仅进行 3G 到 2G 的网络重选和切换 3G 和 2G 采用不同的网号
13、，在 3G 网络中，设置 2G 网络为对等 PLMN，为覆盖区边缘的 3G 小区配置 2G 的空闲和连接模式下邻区。 （2）方案二：进行 3G 和 2G 之间的网络双向重选，仅进行 3G 到 2G 单向切换。 （3）方案三：3G 与 2G 网络完全双向重选和切换。第一种方案：无需升级 2G 网络即可完成，但是在用户返回 3G 覆盖区域时，重选 3G 网络的迟滞时间长，最短为 6 分钟；第三种案可以加强 3G 网络的有效覆盖，提高终端用户的业务网络质量，但是如果允许 2G 到 3G 的切换，会增大新建 3G 核心网的信令负荷，也有可能由于不必要的频繁切换影响业务的服务质量。金宏彬，周胜，李秋中
14、3在理论角度对 2G/3G 互操作原理进行了补充，把 2G/3G互操作参数根据作用分类三类：第一类是小区选择和重选参数，包括：Qqualmin(3G小区的最低接入信号质量门限)、Qrxlevmin(3G 的最低接入信号强度门限) 、SsearchRAT(异系统小区搜索门限) 、FDD_Qmin(3G 小区重选电平门限)；第二类是异系统测量压缩模式参数；第三类是 2G/3G 系统间切换门限参数，包括异系统切换 CS 判决门限、异系统切换 PS 判决门限、3G 服务小区 3A 事件门限、2G 目标切换小区 3A 事件门限。这些互操作参数是切换测量过程和判决条件中重要指标之一，为切换的算法提出了重要
15、的参数依据。顾雄，蔡丽金 4在前人的基础上对异类系统切换策略进行了补充，并提出了互操作参数优化方法。他们提出空闲模式下的网络互操作者主要是双模用户终端 UE 如何进行 PLMN 定位和重定位、小区选择和重选、以及位置登记；连接状态主要是指双模UE 的 3G 向 2G 单向的 CS 切换和双向的 PS 切换；支持 3G 网络优先原则；空闲模式下历史最多的网络优先原则；手机驻留在信号强度最大的小区的策略；UE 总是选择登录在信号强度最强的小区等。雷亮 5从理论角度分别对互操作原理和策略原则进行总结和概括，主要包含：小区重选、位置区与 PLMN ID 设定、系统间切换、系统间1张艳霞：3G 与 2G
16、 系统间的互操作策略2陶志强3金宏彬，周胜，李秋中4顾雄，蔡丽金5雷亮4话务均衡与负荷和网络参数规划等。遵守的基本原则是影响最小原则，切换最少原则，质量最好原则，负荷分担原则等。陈为平 1从实际应用层面提出 2G/3G 互操作主要应该解决混合组网过程式中碰到的网络驻留、小区选择、小区重选、切换以及用户接入控制和转网策略等问题；2G/3G 互操作应该体现在其具体的业务上，针对不同的业务采取不同的策略。崔景龙 2在应用层面针对阿联酋电信3G商用网提出2G/3G互操作解决方案，提出了一些面对商用化网络切换的互操作策略，如：小区重选策略，驻留技术选择策略，网络优先级策略和空闲状态迁移理论等。李文宇，李
17、波 3在 WCDMA 和 GSM/GPRS 移动通信系统间的漫游和切换的应用中，针对系统间切换的机制，对 3G 电路域、2G/3G 之间的切换、3G 分组域和 2G/GPRS 之间的切换等技术作了详细的介绍。赵绍刚，张一凡 4在 WCDMA 和 GSM 之间的切换应用中详细地讨论了 WCDMA 与 GSM 系统间切换所面临的问题及解决方案，分析了二者相互切换的具体过程，最后探讨了为了提高二者相互切换的性能，应如何进行系统间的优化。宋远峰，文武 5在 GSM 与 WCDMA 系统间的切换应用中，介绍了 GSM 系统与WCDMA 系统间的切换原理，以及已经运用的 GSM-WCDMA 的切换方案。在
18、实际的应用中，互操作理论和实际商用还有些差距，在实际网络切换中，更加关注 23G 网络实际覆盖情况，针对不同的覆盖场景对小区重选、小区选择时的参数进行设置，以及相关的参数协调 。当前 TD-SCDMA 与 GSM 进行互操作正在测试商用当中，根据以往 WCDMA 和 GSM 切换的经验，在语音切换方面加入邻区配置的参数配置，寻找 TD-SCDMA 网络覆盖边缘区域，补充 2G 网络邻区，更好地做好小区重选。现有的研究主要集中在同种网络间切换算法。同种网络间切换算法包含：基于目标小区上行干扰的软切换算法、基于目标小区上行干扰的软切换算法、基于移动环境的切换控制算法、基于无线资源最优的平衡式切换控
19、制算法和基于 UE 移动方向判决的软切换控制算法等。异种网络间的切换算法思想与同种网络间切换算法思想大致相同，主要是通过对一个或多个具体参数设置阈值来进行切换触发。最常见的参数就是接收信号强度（RSS） 、载波干扰比（CIR）等参数，绝大多数现在的异系统切换算法都将 RSS 作为最基本的判断指标。如果移动终端在两个基站之间发生来回切换，可以在异系统切换算法中引入迟滞电平（hysteresis） 、延迟时间（dwelling timer）等参数。1陈为平2崔景龙3李文宇，李波4赵绍刚，张一凡5宋远峰，文武5程远征（2008） 1对基于位置的 3G 和 WiFi 网络切换算法做了更多具体的研究，提
20、出一种算法能同时适用于同构网络和异构网络的切换方法,以终端位置、速度、方向角信息为主,接收信号强度 R S S 值为辅选择切换参数。根据网络特性,3 G 及 W i F i 小区覆盖范围等区分切换模式,设置可变入界、出界距离,发起切换判决流程,有效的限制乒乓效应同时减少切换失败概率,并减少了判决时间及信令负载。胡中栋，黎平国，夏冬梅 2在研究无线异构网络的自适应垂直切换算法中，针对移动节点在异构网络间切换性能不理想的问题，提出了一种自适应主动预测的垂直切换算法。采用一种面向当前应用程序的代价函数对可接入网络进行评估与选择；根据稳定稳定周期、移动节点的运动速度及所处位置来自动调整切换时间，使得移
21、动节点能自适应地进行切换判决。刘敏，李忠诚，过晓冰，张德魁 3在研究异构无线网络中垂直切换算法中，从节点运动模型出发，提出了一组适合垂直切换算法的仿真模型，基于所提出的仿真评价模型，对常用的迟滞电平算法和驻留定时器算法进行了性能分析，在些基础上，提出了一种自适应垂直切换算法。其基本思想是:通过分析移动节点的运动趋势,自适应地调整切换触发条件,从而在不增加乒乓效应的前提下,获得更高的命中率。以上三种算法的缺点是只适用于低能量、低运算能力的移动设备，也没有提出如何获取移动设备的位置和速度，以及考虑环境的影响，如果由于慢衰落和快衰落会使接收的信号发生波动，也会产生不必要的切换，影响移动用户的体验效果
22、。鲁蔚锋, 吴蒙 4在研究模糊多目标决策的两跳中继蜂窝网络切换算法中，介绍了在集成两跳 Ad Hoc 和蜂窝网络的结构下, 触发网络进行切换的一些因素和两种路由代理发现算法, 并且提出了一种新的基于模糊多目标决策方法的切换决定算法。算法以移动节点为中心, 结合层次分析和模糊综合评价方法, 根据所获得的系统信息, 计算出当前每条网络链路的综合分值, 从而将节点切换到最适合的链路上。这些算法的主要问题是公式中的各个参数在实际过程中都是动态变化的，相关的算法都依赖自身的网络支持，没有考虑网络覆盖的实际情况，如果当异系统基站信号足够时，会发生不必要的切换；或者信号突然恶化，会对切换正确性产生误差。算法
23、如果采用动态规化或者人工智能来进行切换判断，考虑到全网的覆盖，算法复杂程度高，神经网络需要很长时间的学习。1程远征（2008）2胡中栋，黎平国，夏冬梅：WCDMA 和 GSM/GPRS 移动通信系统间的漫游和切换3 程远征 4 鲁蔚锋, 吴蒙WCDMA 和 GSM 之间的切换及优化 61.2.2 国外研究状况在网络切换的理论研究上，国外的学者一直走在前列，对研究切换的传统算法和人工智能切换算法的同时，也对切换时服务质量的保证以及系统资源的利用率进行了大量的研究，提出了很多切换时资源分配的算法和方案。在大多数移动话音和数据业务中都使用从服务连接点和邻近连接点接收的信号强度 RSS(receive
24、d signal strength)作为切换算法的判定指标。在把信号强度作为切换判决条件的论文中分为三种：有门限的相对信号强度方法 1、在滞后的相对信号强度方法 2、有滞后和门限的相对信号强度方法 3，还有基于位置辅助的切换算法 4、方向偏置切换算法 5、基于 Bays 准则最小化的切换算法 6。Hong 和 Rappaport 在“Traffic model and performance analysis for cellular mobile radio telephone Systems with prioritized and nonprioritized handoff proce
25、dures”一文中，最早提出了优先级方案，基本思想是在每个小区中都预留一部分信道资源给切换连接，切换连接可以竞争所有的信道，降低阻塞率。S.L.Su 对切换算法进行了一定的发展，在假设 CDMA 小区容量不变的情况下，提出了一个低速流在软切换过程中预留固定数量资源的方案，减少了软切换的失败。YBLin,S.Tekinay,Nidi 等学者在排队方案上进行了分析，利用小区之间互有重叠的特点，允许切换呼叫等候一定的时间，直到可以分配资源，该方案对宽带实时业务的切换不能很好适应。Ness B.Shroff 在 Bursty Data Over CDMA“提出基于邻近小区现有的连接，每个基站动态地调节
26、预留容量。Jorguseski,L.Fledderus,E.Farserotu,在“Radioresourceallocation in third-generation mobile communication systems.IEEE Commun.Mag.2001 基于每个小区的观察的历史估计了移动切换行为。这些信息很难预测，计算量大，难于实1 Ylianttila,M.;Makela,J.;Pahlavan,K:Geolocation Information and In-ter-technology Handoff.IEEE Inter-national Conference 200
27、0.2 Cortes-Rodriguez,F.;Munoz-Rodriguez,D.;Soto,R:Position location assisted multi-valued logic handoff algorithm.Vehicular Tech-nology Conference,1999.3 Markopoulos,A.;Pissaris,P.;Kyriazakos,S.;Sykas,E:Optimized handover procedure based on mobile location in cellular systems.Personal,Indoor and Mob
28、ile Radio Communications,2003.4 Hsin-Piao Lin;Rong-Terng Juang;Ding-Bing Lin:Validation of an im-proved location-based handover algo-rithm using GSM measurement data.Mobile Computing,IEEE Transactions2005.5Niri,S.G.;Tafazolli,R:Position assisited handover algorithm multilayer cell architecture.Vehicular Tech-nology Conference,19996 Markopoulos,
