WiMAX與TD-SCDMA聯(lián)合組網(wǎng)中切換技術(shù)的研究

　　WiMAX在物理層上分別有單載波、OFDM、正交頻分多址（OFDMA）三種技術(shù)體制。其中單載波體制使用的是QPSK、160AM、 640AM、2560AM調(diào)制技術(shù)加頻域均衡，后兩種體制都采用了利 于抗衰落、抗多徑、降低實(shí)現(xiàn)成本，及提高頻譜效率的OFDM調(diào)制技術(shù)。在MAC層， WiMAX采用的是TDMA方式，可以是TDD雙工模式或FDD雙工模式。這種多址方式能保證傳輸時(shí)延，支持面向連接的業(yè)務(wù)，以及為系統(tǒng)提供QoS和差異化服務(wù)、帶寬的動(dòng)態(tài)分配。通過這種多址方式可以使WiMAX基站同時(shí)接入數(shù)千個(gè)遠(yuǎn)端用戶站，既可滿足無連接傳輸?shù)男枨螅鐢?shù)據(jù)業(yè)務(wù)，也可在QoS下進(jìn)行面向連接的傳輸，如需要有QoS保證的視頻和話音（VoIP）業(yè)務(wù)。

　　從上述TD-SCDMA與WiMAX的一些特點(diǎn)可以看出兩者的確具有一些共同的特點(diǎn)，如二者在空中接口方面都采用了 OFDM/OFDMA/MIMO等先進(jìn)技術(shù)以追求更高的頻譜效率和更快的數(shù)據(jù)速率，都將業(yè)務(wù)分成了若干類別，提供QoS保證，都制訂了協(xié)議規(guī)范確保支持移動(dòng)性等。尤其是隨著主體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的確立和VoIP技術(shù)的發(fā)展，特別是由于IMS的提出，TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)邁出了面向全I(xiàn)P核心網(wǎng)的關(guān)鍵一步，因此二者的目標(biāo)更加接近，都指向了有QoS保證的IP核心網(wǎng)和移動(dòng)寬帶接入網(wǎng)。

　　正是由于TD-SCDMA與WiMAX的這些共性特征，使得兩者在技術(shù)上可以達(dá)到很好的融合。而隨著各種無線技術(shù)的迅速發(fā)展，移動(dòng)辦公的流行和便攜設(shè)備的普及，用戶對(duì)綜合化的、隨時(shí)隨地、永遠(yuǎn)在線的無線移動(dòng)服務(wù)的需求將持續(xù)增長(zhǎng)。這也為兩種網(wǎng)絡(luò)的融合創(chuàng)造了業(yè)務(wù)需求的前提。

　　3、混合網(wǎng)絡(luò)的切換

　　如果實(shí)現(xiàn)TD-SCDMA與WiMAX的混合組網(wǎng)，切換問題則可以說是其最重要的一個(gè)技術(shù)問題。在保證一定的掉線率和切換成功率的前提下，用戶如何從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)平滑地切入另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)是混合網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素。對(duì)于混合網(wǎng)絡(luò)而言，各種網(wǎng)絡(luò)可能架構(gòu)不同，使用不同的技術(shù)，因此現(xiàn)在還沒有一套統(tǒng)一的關(guān)于異構(gòu)網(wǎng)切換的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。不同的異構(gòu)網(wǎng)進(jìn)行混合，需要根據(jù)異構(gòu)網(wǎng)的特征采用不同的切換技術(shù)。在這里筆者對(duì)根據(jù)接收信號(hào)強(qiáng)度、遲滯電平和信標(biāo)為判斷準(zhǔn)則的切換機(jī)制進(jìn)行了研究。

　　由3GPP協(xié)議可知，以接收信號(hào)強(qiáng)度（RSS）做切換指標(biāo)時(shí)，切換執(zhí)行前后臨界時(shí)刻的采樣平均值最為關(guān)鍵。故設(shè)MS經(jīng)過采樣臨界點(diǎn)前最后一次采樣均值為λ1，而切換后第一次采樣均值為λ2，前后2次采樣的差值為Dss，WiMAX和TD-SCDMA的接收信號(hào)強(qiáng)度模型分別為：

　　式中：d和D-d分別為移動(dòng)臺(tái)到WiMAX接入點(diǎn)和TD-SCDMA基站的距離；P0、n、K1和K2為路徑損失參數(shù)，F(xiàn)(d)和υ(d)為同陰影衰落有關(guān)的靜態(tài)零均值高斯白噪聲過程且不相關(guān)（方差均為）。

　　保切換發(fā)生于兩種網(wǎng)絡(luò)的邊界上，因而有效地避免了乒乓效應(yīng)的發(fā)生。其中λ1、λ2要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膶?shí)際情況，如切入點(diǎn)密度和基站距離來實(shí)際確定。

　　結(jié)合以上分析，并針對(duì)兩種網(wǎng)絡(luò)在信道特性、數(shù)據(jù)速率和業(yè)務(wù)類型上的差異，可以有下列兩種無縫切換控制方案。在高帶寬的WiMAX和低帶寬的TD-SCDMA之間切換時(shí)，先設(shè)定用戶已經(jīng)進(jìn)入這兩種網(wǎng)絡(luò)的交叉覆蓋區(qū)域，并開始信號(hào)強(qiáng)度的檢測(cè)工作。

　　3.1　從WiMAX向TD-SCDMA切換

　　從WiMAX向TD-SCDMA切換如圖1所示。用戶在網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)，在從WiMAX切換到TD-SCDMA之前必須做傳輸數(shù)據(jù)率的調(diào)整。當(dāng)達(dá)到Rw＜Rt時(shí)就開始執(zhí)行切換的準(zhǔn)備工作，即移動(dòng)臺(tái)向TD-SCDMA要求信標(biāo)，協(xié)調(diào)傳輸帶寬，信標(biāo)條件滿足后執(zhí)行切換。而協(xié)調(diào)過程消耗的時(shí)延則用來減小切換時(shí)的乒乓效應(yīng)；如果原網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行數(shù)據(jù)率不高于TD-SCDMA的普通業(yè)務(wù)，則盡量保持在條件較好的WiMAX網(wǎng)絡(luò)中，直到滿足Rt≥Rw+ hv才切換，由于遲滯電平的作用，同樣可以減少乒乓效應(yīng)。

                     圖1　從WiMAX向TD-SCDMA切換

　　3.2　從TD-SCDMA向WiMAX切換

　　從TD-SCDMA向WiMAX切換如圖2所示。雖然原則上當(dāng)有高帶寬的網(wǎng)絡(luò)可用時(shí)盡量向其切換，但從帶寬相對(duì)較低的TD-SCDMA向 WiMAX切換時(shí)，文章提出的策略并不因新網(wǎng)絡(luò)帶寬高就立即切換過去，而是從保證業(yè)務(wù)的可靠性角度出發(fā)來做判決，考慮當(dāng)前業(yè)務(wù)是否是實(shí)時(shí)性的。由于異構(gòu)網(wǎng)切換過程中的時(shí)延開銷較大，容易帶來實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)中斷。因此，在滿足Rw≥Rt+hv時(shí)，就根據(jù)當(dāng)前業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性進(jìn)行判斷，如不是實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，那么TD-SCDMA就立即向WiMAX切換；如是實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，那么向TD-SCDMA要求信標(biāo)，并在要求滿足后切換，這樣切換時(shí)的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)條件較好，為實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的順利交接提供了保障，同時(shí)避免了乒乓效應(yīng)。

                     圖2　從TD-SCDMA向WiMAX切換

　　總之，由以上的推導(dǎo)可知，我們得到了遲滯電平值。從TD-SCDMA向WiMAX切換時(shí)，在滿足Rw≥Rt+hv時(shí)，根據(jù)當(dāng)前業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性來進(jìn)行判斷，如不是實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)，那么TD-SCDMA就立即向W iMAX切換；如是實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，那么向TD-SCDMA要求信標(biāo)，在要求滿足后切換；然而從WiMAX切換到TD-SCDMA之前必須做傳輸數(shù)據(jù)率的調(diào)整，因此達(dá)到Rw＜Rt時(shí)才可以開始執(zhí)行切換的準(zhǔn)備工作（移動(dòng)臺(tái)向TD- SCDMA要求信標(biāo)）來協(xié)調(diào)傳輸帶寬，信標(biāo)條件滿足后執(zhí)行切換，如果原網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行數(shù)據(jù)率不高于TD-SCDMA的普通業(yè)務(wù)，則盡量保持在條件較好的 WiMAX網(wǎng)絡(luò)中，直到滿足Rw≥Rt+hv才切換，這樣均可以減少乒乓效應(yīng)。

　　4、結(jié)語

　　在現(xiàn)今無線通信領(lǐng)域，很難有哪種技術(shù)或標(biāo)準(zhǔn)能夠一統(tǒng)天下，多種技術(shù)共存是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)，多種技術(shù)融合發(fā)展也是必然的趨勢(shì)。

　　TD-SCDMA是無線網(wǎng)絡(luò)寬帶化的成果，而WiMAX系統(tǒng)則使寬帶網(wǎng)絡(luò)向無線化邁出了重要一步。目前兩者實(shí)現(xiàn)的獨(dú)立組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)出現(xiàn)，但由于兩者本身的一些特點(diǎn)使得兩者的結(jié)合也不可避免，這樣有利于兩大系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，達(dá)成雙贏的局面，所以說，各類通信技術(shù)演進(jìn)發(fā)展，最終將會(huì)在未來融合，共同為用戶創(chuàng)造一個(gè)美好的信息時(shí)代。