蜂窝移动通信的困惑之如何保证“移动”着打电话不会有中断

我们现在考虑的模型相对要更复杂，现在有了多个基站。用户打电话的时候总会从一个基站的覆盖范围转移到另一个基站的覆盖范围，那么用户与一个基站的通信也不可避免地要转到另一个基站上去，这就是“Handover”—切换。切换是移动通信系统成功的关键，如果没有切换这样一个流程，每个基站各扫门前雪，不管从其他基站下过来的手机还在进行中的通话，那么结果一定是掉话很频繁，用户很生气。

Handover 这个英语词汇非常形象，很有助于阐述“切换”的本质。它的原意是移交。基站甲对基站乙说：“iPhone 这个小兄弟就要脱离我的地盘到你的地盘了，我把它移交给你了，麻烦你好好照顾它”，如下图所示。

切换的方式有很多种，一种是终端首先切断与原来基站的联系，然后再接入新的基站，这种切换称为“硬切换”，在切换的过程中通信会发生瞬时的中断。PHS、GSM、LTE 都是硬切换。

与此相对应，若终端和相邻的两个基站同时保持联系，当终端彻底进入某一个基站的覆盖区域后，才断开与另一个基站的联系，切换期间没有中断通话，称为“软切换”或者“无缝切换”。CDMA 是软切换。

我们也可以拿固定电话来打比方。固定电话在墙上的接口就好比移动通信的空中接口，电话都是通过接口和网络保持联系。“硬切换”就是这个固定电话只有一个接口和一条电话线，当你要移动到另一个房间（可以理解为另一个基站的覆盖范围），那么你就把电话线从这个房间的墙上的插口中拔出来，再插到另一个房间的插口中去，“先拔后连”，称为硬切换。呵呵，你的固定电话如果要“切换”，估计也就只有这种“硬切换”了。

对于“软切换”，我们一时间难以有清晰的理解，因为软切换的本质是这个手机同时有几个基站在与其保持通信，断了一个没关系，其他基站还在继续。这样的类似场景在日常生活中比较难以找到，从而提高了我们理解它的难度。不妨还是以固定电话为例，假设我们的固定电话在电话机上有两个插口，上面可以连两条电话线，在一个房间里其中一根电话线插到墙上的插口通话时，另一根电话线还可以插到隔壁的插口上实现通信，我们的两根电话线都可以同时连到邮电局，信号同时在这两路电话线上传递，那这样就可以实现“软切换”了。当你要移动到隔壁的房间怎么办，不要紧，你把现在这根电话线拔了，插到隔壁房间里的另一个口上或是别的房间里的电话口上都可以，这个过程中不会产生通信中断，因为你和隔壁房间的电话线还连着呢，同时有多路信号相连，这就是软切换的本质！

对于 GSM 来说，它只有一套信号滤波器，滤波器锁定在目前通信的工作频点。而GSM 的邻区工作频点都是不一样的，要完成切换，必须更改当前信号滤波器的频段，等调谐到要切换的频率才能和新的基站建立通信，因此必然有个先断后连的“硬切换”过程。如果一定要让 GSM 实现软切换也并非不可能，只要在终端上增加一套射频处理单元即可，这无疑会增加成本。对于 CDMA 系统来说，软切换要简单得多，因为它的所有载频都工作在一个频段。但当它因为系统扩容上了二载频、三载频以后，同样也会面临只能硬切换的问题。

上面介绍了切换的基本概念，那么什么时候需要切换呢？

在无线通信中，通常有两个参数来衡量是否需要切换：接收信号的强度和通话质量。手机是有一定灵敏度的，信号太弱了将无法正常工作。通常信号的强度越强，通话质量就会越好。因此，信号强度是决定切换的很重要的一个指标。日常生活中，我们一般用手机信号有几格来判断接收信号的强度。

切换的时候往往会涉及多个基站，一个基站只了解自身的信号和资源情况，并不了解其他基站的具体情况，因此通常要将终端以及基站本身测量的信号接收的强度上报给基站控制器，最后由基站控制器决定是否进行切换。

--摘自《大话移动通信》