谢静 唐宏

（重庆邮电大学移动通信重点实验室 重庆 400065）

1 引言

随着国内外信息化建设步伐的加快，数字集群移动通信系统作为专用移动通信的最新发展，在国内外得到了越来越广泛的应用。集群通信经历了简单对讲系统到单基站小系统，再到大容量多区域系统的发展历程[1]，而后又经历了从模拟集群到数字集群的飞跃。

集群系统的小区化以及人们对集群业务需求的不断提高，使得切换成为集群通信系统提供可靠服务的必要条件。切换是指移动终端与当前基站连接断开，与新的基站重新建立连接的过程。移动台移动到原基站覆盖范围以外、原有通信链路质量变差以至于无法继续维持通信或者系统负荷过重都有可能触发切换。一般来说切换分为3个阶段：测量阶段、判决阶段和执行阶段，整个过程不会瞬间完成，所以可能出现各种错误，导致通信质量下降，严重的甚至造成通信中断。现有的对切换策略的改进思路大多是从减少切换延迟角度进行考虑，而且多采用接收信号的信噪比（SNR）作为切换依据，基本上忽略了系统负荷的影响[2]。为了提供更多的服务、更高的质量，如何将系统负荷与接收信号的SNR结合起来，作为切换的依据之一成为当前的研究热点。

2 TD-SCDMA集群通信系统

集群无线通信系统是近几年来发展起来的一种较经济、较灵活的指挥调度通信系统，广泛应用在政府机关、能源交通、机场码头、工矿企业、消防警察、水利和军事等单位，用以满足各单位内部通信联络的需要。目前的集群通信系统是基于第二代移动通信技术发展起来的，即GSM技术，实现了将集群通信技术融入到公用移动通信网络，将PTT业务集成到手机上。随着第三代移动通信技术的发展，集群通信系统也将演进到采用3G技术的系统，采用TDSCDMA技术是集群的演进方向。

TD-SCDMA集群通信系统[1]基于现有的TD-SCDMA技术，在TD-SCDMA公用移动通信系统的网络结构基础上增加相应的集群业务处理部分，即集群核心网或集群业务节点，并相应增加支持集群业务的接口与相应协议。所述无线集群通信系统，既能提供公用移动通信业务，也可以提供集群业务的功能。

3 基于系统负荷的切换

对于无线移动通信系统，虽然在新呼到达时，系统会执行相应的呼叫接纳控制算法，以保证系统的稳定性和已有连接的服务质量，但还是难免出现系统负荷过高，超过系统规定的负荷阈值，导致服务质量下降的情况，此时必须实施由网络侧触发的基于系统负荷的强制切换，以保证系统的整体性能。

触发基于系统负荷的切换需要满足以下条件：

（1）系统信令流量小于允许负荷切换系统流量级别门限；

（2）需要切换的小区负荷高于负荷切换启动门限；（3）接受切换的小区的负荷低于负荷切换接收门限。

在满足上述条件的基础上还应保证目标小区与服务小区之间存在一定的负荷差，以避免产生乒乓效应，对网络造成不必要的负担。

在TD-SCDMA集群通信系统中业务的一个特点是突发性比较强[3]，由于系统负荷等原因，需要小区切换策略调整业务在小区间的分布来降低高负荷小区中的话务量。在系统负荷较高的情况下，可以考虑由系统侧触发部分业务的提前切换，以缓解网络负荷等相关的策略，例如，将边缘听用户提前切换到相邻小区，从而减少当前小区的下行功率，降低系统负荷。在切换过程中，必须保证业务连接不中断，并满足业务QoS。

3.1 切换测量启动门限的设置

对于基于系统负荷的切换，首先必须确定切换的触发门限值，这也是整个切换过程中十分关键的环节，关系到切换对网络性能的影响。触发系统负荷切换的阈值的设置需要综合考虑多方面的因素：

若其值设置的过低，可能造成在系统还能保证所承载的各类业务的服务质量时就触发基于系统负荷的切换，这不仅会造成系统资源的浪费，还会增大切换概率，从而增加切换失败的可能性，对业务的服务质量造成消极影响；

相反地，若该阈值设置的过高，就有可能在系统负荷已经很高时系统还没有做出切换判决，在做出判决后又不能保证在规定的时间内成功完成切换，某些业务的服务质量会因为过高的系统负荷而受到影响，甚至造成业务的中断。

因此触发基于系统负荷切换的阈值应该根据多种因素进行折中考虑，如系统当前的负荷状况、系统规定的负荷阈值、系统所承载的各类业务对系统所造成的负荷量等。

3.2 需要切换的TT及目标Node B的选择

基于系统负荷的切换策略的重点在于对将要进行切换的TT及其目标Node B的选择。执行该过程时需要综合考虑邻近Node B的负载情况和移动台从可视Node B处接收到得SNR。如果仅考虑移动台从候选小区接收到的SNR，则有可能因为该小区的负荷太重而无法为切换用户分配所需的资源；若仅考虑邻近基站的负荷状况，又有可能因为无线信道的传输状况不好或者干扰过强而无法保证切换用户的服务质量。所以在选择切换的目标小区时应综合考虑该小区的负载状况及TT从该小区接收到的SNR两个方面。

另外TD-SCDMA集群业务是一种半双工业务。在TD-SCDMA集群组呼业务中，主叫用户占用上行业务信道，且一次仅有一个主叫群用户；而被叫群用户共享下行业务信道，这种情况下，组呼业务中的说用户具有最高的优先级别，说用户的通信质量下降或者在切换过程中发生中断是无法忍受的，所以在系统强制切换中应避免组呼中说用户的切换，从而减少组呼说用户断话的可能性。

基于以上思想[4,5]，构造了下面的函数：

式中：1≤i≤n，n 是与Node Bi相邻的Node B的个数；1≤j≤m，m是反馈Node B列表的TT的个数；i，j，m，n均为整数。SNRNodeBi-TTj(t)表示t时刻TTj探测Node Bi所得的SNR值；lNodeBi表示当前Node Bi的负载值。

Sα和Sβ是SNR的两个阈值。当SNR>Sβ时，表示信号质量很好，此时，从其他Node B接收到得的SNR值肯定小于原Node B的SNR值，没有必要对其进行切换，所以在启动主动探测时，应预先排除SNR>Sβ的TT；当SNR

f(l)是Node B负载的函数，l0为Node B可承受的最大负载阈值。可以通过f(l)根据需求灵活地调节负载所占的比例，其中k1，k2都是可调参数。由f(l)得表达式可知，f(l)的值随着l的不断增加而呈指数递减。当某Node B的负载l大于等于l0时，f(l)等于零。

Q是一个布尔变量，取值由用户类型决定，若该用户为组呼业务中的说用户，则取Q值为0；若该用户为其他用户，则取Q值为1。这样做是为了避免组呼中的说用户因为切换而产生掉话的可能。

在t时刻，对每个TT-Node B对进行SLP函数计算，并选取其中的最大值SLPNode-TvT＝max{SLPNodeB-TTi(tj)}(1≤u≤n；l≤v≤m)，u，v都为整数，对应的Node Bu和TTv即为被选择的TT及其目标Node B，这样既保证了服务质量，也能够起到均衡系统负载的作用；若经过判断TTv是除组呼业务说用户以外的其他用户，则把与原Node B相连的TTv强制切换到Node Bu上。若Node Bu拒绝接收TTv，则在排除Node Bu和TTv后，再进行SLP函数的计算，取其中的最大值，直至找到符合条件的强制切换结果为止。

TD-SCDMA集群系统中基于系统负荷的切换过程可以总结如图1所示。

图1 TD-SCDMA集群系统中基于系统负荷的切换流程图

综上所述本文提出的基于系统负荷的强制切换策略，综合考虑了集群终端接收到的信号强度和基站端的负载信息，从负载过重的基站处选择一个或者多个集群终端切换到最佳的基站上，同时考虑集群系统的组呼业务中说用户和听用户的区别，对组呼说用户给予了特殊考虑，避免了集群组呼业务中说用户的无谓切换，能够降低说用户的切换中断率，从而提高系统的整体性能。

4 结论

随着公众移动通信系统的快速发展及人们对于集群系统调度功能需求的逐步增强，集群系统出现了与公众移动通信系统融合的发展趋势。这种情况下，为了构建服务质量更高、覆盖范围更广的集群通信系统，基于我国自主提出的第三代移动通信系统标准TD-SCDMA技术的集群系统成为现阶段的研究热点。

集群业务的一个重要特点是突发性比较强，可能造成网络的负载较重，甚至超过系统规定的负载阈值，从而影响到系统的性能和服务质量。本文所述的基于系统负荷的强制切换策略，综合考虑了TT接收的SNR和Node B的负载信息，从超过负载阈值的Node B处选择一个或者多个TT切换到最佳的Node B上，同时避免了集群组呼业务中说用户的无谓切换，能够降低说用户的切换中断率，从而提高系统的整体稳定性。

[1]柳光，陈德. 在TD-SCDMA系统中实现集群业务的方法. 中国专利：200510085333.X，2007-01-24

[2]Wang L, Niu Z, Zhu Y,et al. Integration of SNR, load and time in handoff initiation for wireless LAN: the 14th IEEE 2003 International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communication, Beijing,China, September 7-10, 2003. Washington: IEEE, 2003: 2032-2036

[3]李立平，宋莉，熊卫刚. 一种数字集群终端跨调度客户端的切换方法. 中国专利：200610011126.4，2009-07-22

[4]彭蔓蔓，宁晨，李仁发. WLAN中一种基于负载平衡的AP切换机制.湖南大学学报，2007,34(3)

[5]Sang A, Wang X D, Madihian M,et al. A load-aware handoff and cell-site selection scheme in multi-cell packet data systems. Global Telecommunications Conference, 2004. IEEE, 2004:3931-3936

[6]徐小涛等. 数字集群移动通信系统原理与应用. 北京: 人民邮电出版社，2008