GSM 无线接口理论

河北移动公司 BSS 培训教材初稿

第三章 GSM 无线接口理论
第一节 工作频段的分配
一,我国 GSM 网络的工作频段
我国陆地蜂窝数字移动通信 网 GSM 通信系统采用 900MHz 与 1800MHz 频段: GSM900MHz 频段为:890~915(移动台发,基站收),935~960(基站发,移动台收); DCS1800MHz 频段为:1710~1785(移动台发,基站收),1805~1880(基站发,移动台收); GSM 系统 上行频段 下行频段 带宽 双工间隔 双工信道数 GSM900 890~915 935~960 45 124 2×25 GSM900E 880~915 925~960 45 174 2×35 GSM1800 1710~1785 1805~1880 95 374 2×75 GSM1900 1850~1910 1930~1990 80 299 2×60

二,频道间隔
相邻两频点间隔为为 200kHz,每个频点采用时分多址(TDMA)方式,分为 8 个时隙,既 8 个信道 (全速率),如 GSM 采用半速率话音编码后,每个频点可容纳 16 个半速率信道,可使系统容量扩大 一倍,但其代价必然是导致语音质量的降低.
GSM 900MHz Expansion Band: E-GSM:

三,频道配置

UL: Fu=890 + 0.2×(N-1024) MHz DL: Fd=935+ 0.2×(N-1024) MHz

绝对频点号和频道标称中心频率的关系为: GSM900MHz 频段为: (Main Frequency Band: P-GSM) fl(n)=890.2MHz + (n-1)×0.2MHz (移动台发,基站收); fh(n)=fl(n)+45MHz (基站发,移动台收); n∈[1,124] GSM1800MHz 频段为: fl(n)=1710.2MHz + (n-512) ×0.2MHz (移动台发,基站收); fh(n)=fl(n)+95MHz (基站发,移动台收);n∈[512,885] 其中:fl(n)为上行信道频率,fh(n)为下行信道频率,n 为绝对频点号(ARFCN). 注: 1,在我国GSM900使用的频段为: 905~915MHz 上行频率 950~960MHz 下行频率 频道号为76~124, 共10M带宽.

作者:韩斌杰

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中国移动公司:905~909MH(上行),950~954MHz(下行),共4M带宽,20个频道,频道号为 76~95.(目前通过中国移动TACS网的压频,为GSM网留出了更大的空间,因而GSM实际可用 频点号要远大于该范围) 中国联通公司:909~915MH(上行),954~960MHz(下行),共6M带宽,29个频道,频道号为 96~124. 2,目前只有中国移动公司拥有GSM1800网络,拥有1800网络的移动分公司大多申请10M的带宽,频 道号为512~562.

四,干扰保护比
载波干扰比(C/I)是指接收到的希望信号电平与非希望信号电平的比值,此比值与 MS 的瞬时位 置有关.这是由于地形不规则性基本地散射体的形状,类型及数量不同,以及其他一些因素如天线的 类型,方向性及高度,站址的标高及位置,当地的干扰源数目等造成的. 1,同频干扰保护比:C/I≥9dB.所谓 C/I,是指当不同小区使用相同频率时,另一小区对服务小 区产生的干扰,它们的比值即 C/I,GSM 规范中一般要求 C/I >9dB;工程中一般加 3dB 余量, 即要求 C/I>12dB 2,邻频干扰保护比:C/I≥-9dB. C/A 是指在频率复用模式下,邻近频道会对服务小区使用的频 道进行干扰,这两个信号间的比值即 C/A.GSM 规范中一般要求 C/A>-9dB,工程中一般加 3dB 余量,即要求 C/A>-6dB 3,载波偏离 400kHz 的干扰保护比:C/I≥-41dB

第二节

时分多址技术( 时分多址技术(TDMA) )

多址技术就是要使众多的客户公用公共信道所采用的一种技术,实现多址的方法基本有三种,频分多址(FDMA) 分多址(TDMA),码分多址(CDMA).我国模拟移动通信网 TACS 就是采取的 FDMA 技术.CDMA 是以不同的 序列实现通信的,它可重复使用所有小区的频谱,它是目前是最有效的频率复用技术.GSM 的多址方式为时分 TDMA 和频分多址 FDMA 相结合并采用跳频的方式,载波间隔为 200K,每个载波有 8 个基本的物理信道.一个物理 可以由 TDMA 的帧号,时隙号和跳频序列号来定义.它的一个时隙的长度为 0.577ms,每个时隙的间隔包含 156.25 GSM 的调制方式为 GMSK,调制速率为 270.833kbit/s.

一,TDMA 信道的概念
在 GSM 中的信道可分为物理信道和逻辑信道.一个物理信道就是一个时隙,通常被定义为给定 TDMA 帧上的固定位置上的时隙(TS).而逻辑信道是根据 BTS 与 MS 之间传递的消息种类不同而定 义的不同逻辑信道.这些逻辑信道是通过 BTS 来影射到不同的物理信道上来传送. 逻辑信道又可分为业务信道和控制信道. (一) 业务信道:业务信道用于携载语音或用户数据,可分为话音业务信道和数据业务信道. 1, 话音业务信道 TCH/FS:全速率语音信道 13Kbit/s TCH/HS: 半速率语音信道 5.6Kbit/s 2, 数据业务信道 TCH/F9.6: 9.6kbit/s 全速率数据信道
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TCH/F4.8: 4.8kbit/s 全速率数据信道 TCH/H4.8: 4.8kbit/s 半速率数据信道 TCH/H2.4: <=2.4kbit/s 半速率数据信道 TCH/F2.4: <=2.4kbit/s 全速率数据信道 (二)控制信道:控制信道用于携载信令或同步数据,可分为广播信道,公共控制信道和专用控 制信道 . 广播信道(BCH):包括 BCCH,FCCH 和 SCH 信道,它们携带的信息目标是小区内所有的手 机,所以它们是单向的下行信道. 公共控制信道(CCCH):包括 RACH,PCH,AGCH 和 CBCH,前一个是单向上行信道,后 者是单向下行信道. 专用控制信道(DCCH):包括 SDCCH,SACCH,FACCH 1,广播信道: 广播信道仅用在下行链路上,由 BTS 至 MS.它们用在每个小区的 TS0 上作为标频,在一些特 殊的情况下,也可用在 TS2,4 或 6 上,这些信道包括 BCCH,FCCH 和 SCH.为了通信,MS 需要于 BTS 保持同步,而同步的完成就要依赖 FCCH 和 SCH 逻辑信道,它们全部为下行信道,为点对多点的 传播方式. 频率校正信道(FCCH):FCCH 信道携带用于校正 MS 频率的消息,它的作用是使 MS 可以定 位并解调出同一小区的其它信息. 同步信道(SCH):在 FCCH 解码后,MS 接着要解出 SCH 信道消息,它给出了 MS 需要同步 的所有消息及该小区的的标示信息如 TDMA 帧号(需 22 比特)和基站识别码 BSIC 号(需 6 比特). 广播控制信道(BCCH):MS 在空闲模式下为了有效的工作需要大量的网络信息.而这些信息 都 将 在 BCCH 信 道 上 来广 播 . 信 息 基 本 上 包 括小 区 的 所 有 频 点 , 邻 小区 的 BCCH 频 点 , LAI (LAC+MNC+MCC),CCCH 和 CBCH 信道的管理,控制和选择参数及小区的一些选项.所有这些 消息被称为系统消息(SI)在 BCCH 信道上广播,在 BCCH 上系统消息有八种类型 TYPE 1,2, 2bis ,2ter,3,4,7 和 8. 2,公共控制信道: 公共控制信道包括 AGCH,PCH,CBCH 和 RACH,这些信道不是供一个 MS 专用的,而是面 向这个小区内所有的移动台的.在下行方向上,由 PCH,AGCH 和 CBCH 来广播寻呼请求,专用信道 的指派和短消息.在上行方向上由 RACH 信道来传送专用信道的请求消息. 寻呼信道(PCH):当网络想与某一 MS 建立通信时,它就会在 PCH 信道上根据 MS 所登记的 LAC 号向所有具有该 LAC 号的小区进行寻呼,寻呼 MS 的标示为 TMSI 或 IMSI,属下行信道,点对 多点传播. 接入许可信道(AGCH):当网络收到处于空闲模式下 MS 的信道请求后,就将给之分配一专 用信道,AGCH 通过根据该指派的描述(所分信道的描述,和接入的参数),向所有的移动台进行广 播,看属于谁的,下行信道,点对点传播. 小区广播控制信道(CBCH):它用于广播短消息和该小区一些公共的消息(如天气和交通情 况),它通常占用 SDCCH/8 的第二个子信道,下行信道,点对多点传播. 随机接入信道(RACH):当 MS 想与网络建立连接时,它会通过 RACH 信道来广播它所需的 服务信道,请求消息包括 3 个比特的建立的原因(如呼叫请求,响应寻呼,位置更新请求,及短消息 请求等等)和 5 个比特的用来区别不同 MS 请求的参考随机数,属上行信道,点对点传播方式. 3,专用控制信道包括 SDCCH,SACCH,FACCH,TCH,这些信道被用于某一个具体的 MS 上. 独立专用控制信道(SDCCH):SDCCH 是一种双向的专用信道,它主要用于传送建立连接的 信令消息,位置更新消息,短消息,用户鉴权消息,加密命令及应答及各种附加业务. 慢速随路控制信道(SACCH):SACCH 是一种伴随着 TCH 和 SDCCH 的专用信令信道.在上行
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链路上它主要传递无线测量报告和第一层报头消息(包括 TA 值和功率控制级别);在下行链路上它 主要传递系统消息 type5,5bis ,5ter,6 及第一层报头消息.这些消息主要包括通信质量,LAI 号, CELLID,邻小区的标频信号强度等信息,NCC 的限制,小区选项,TA 值,功率控制级别. 快速随路控制信道(FACCH):FACCH 信道与一个业务信道 TCH 相关.FACCH 在话音传输过 程中如果突然需要以比慢速随路控制信道(SACCH)所能处理的高的多的速度传送信令消息,则需借 用 20ms 的话音突发脉冲序列来传送信令,这种情况被称为偷帧,如在系统执行越局切换时.由于话 音译码器会重复最后 20ms 的话音,所以这种中断不会被用户察觉的.

二,TDMA 帧
在 TDMA 中,每一个载频被定义为一个 TDMA 帧,相当于 FDMA 系统中的一个频道.每帧包括 8 个时隙(TS0~TS7),并要有一个帧号 ,这是因为在计算加密序列的 A5 算法中是以 TDMA 帧号为 一个输入参数,当有了 TDMA 帧号后,移动台就可以判断控制信道 TS0 上传送的为哪一类逻辑信道了. TDMA 的帧号是以 3 小时 28 分钟 53 秒 760 毫秒(2715648 个 TDMA 帧)为周期循环编号的.每 2715648 个 TDMA 帧为一个超高帧,每一个超高帧又由 2048 个超帧,一个超帧的持续时间为 6.12s, 而每个超帧又是由 51 个 26 复帧或 26 个 51 复帧组成.这两种复帧是为满足不同速率的信息传输而设 定的,区别是: 26 帧的复帧:包含 26 个 TDMA 帧,时间间隔为 120ms,它主要用于 TCH(SACCH/T)和 FACCH 等业务信道. 51 帧的复帧:包含 51 个 TDMA 帧,时间间隔为 235ms, 它主要用于 BCCH,CCCH,SDCCH 等 控制信道.

作者:韩斌杰

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图示

帧结构图

三,突发脉冲序列(Burst) 突发脉冲序列( )
TDMA 信道上的一个时隙中的消息格式被称为突发脉冲序列,也就是说每个突发脉冲被发送在 TDMA 帧的其中一个时隙上.因为在特定突发脉冲上发送的消息内容不同,也就决定了它们格式的不 同. 可以分为五种突发脉冲序列: 普通突发脉冲序列(normal burst):用于携带 TCH,FACCH,SACCH,SDCCH,BCCH, PCH 和 AGCH 信道的消息. 接入突发脉冲序列(access burst):用于携带 RACH 信道的消息. 频率校正突发脉冲序列(frequency correction burst): 用于携带 FCCH 信道的消息. 同步突发脉冲序列(synchronization burst): 用携带 SCH 信道的消息. 空闲突发脉冲序列(dummy burst):当系统没有任何具体的消息要发送时就传送这种突发脉 冲序列(因为在小区中标频需连续不断的发送消息). 在每种突发脉冲的格式中,都包括以下内容: 尾比特(tail bits):它总是 0,以帮助均衡器来判断起始位和终止位以避免失步. 消息比特(information bits):用于描述业务消息和信令消息,空闲突发脉冲序列和频率校 正突发脉冲序列除外. 训练序列(training sequence):它是一串已知序列,用于供均衡器产生信道模型(一种消 除色散的方法).训练序列是发送端和接收端所共知的序列,它可以用来确认同一突发脉冲 其它比特的确定位置,它对于当接收端收到该序列时来近似的估算发送信道的干扰情况能起 到很重要的作用.值得注意的是,它在普通突发脉冲序列可分为 8 种,但在接入突发脉冲和
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同步突发脉冲序列是固定的而并不随着小区的不同而不同. 保护间隔(guard period):它是一个空白空间,由于每个载频的最多同时承载 8 个用户, 因此必须保证各自的时隙发射时不相互重叠,尽管使用了后面会讲到的定时提前技术,但来 自不同移动台的突发脉冲序列仍会有小的滑动,因而就采用了保护间隔可是发射机在 GSM 规范许可的范围内上下波动.从另一角度来讲,GSM 规范要求 MS 在一个突发脉冲的有用(不 包括保护比特的其它比特)应保持恒定的传输幅度,并要求 MS 在两个突发脉冲之间传输幅度适 当衰减,因此需要保护比特.相邻两个突发脉冲之间的幅度衰减并应用适当的调制比特流,将会 减小对其它 RF 信道的干扰. 现在让我们详细看一下每个突发脉冲序列的内容: 1, 普通突发脉冲序列:它有 2 个的 58 个比特的分组用于消息字段,具体的说有两个的 57 比特用于消息字段来发送用户数据或话音再加上 2 个偷帧标志位,它用于表述所传的是业务 消息还是信令消息,如用来区分 TCH 和 FACCH(当 TCH 信道需用做 FACCH 信道来传送信令 时,它所使用的 8 个半突发脉冲相应的偷帧标志须置 1,在 TCH 以外的信道上没有什么用处 但可被认为是训练序列的扩展,总是置为 1 的.它还包括两个 3 比特的尾位及 8.25 比特的保 护间隔.它的训练序列放在了两个消息字段的中间被称为中间对位,它的唯一缺陷是接收机 在能解调之前需要存储突发脉冲的前一部分.它的突发脉冲共有 26 个比特,其中消息位有 16 个比特,但为了得到 26 个比特,它采取了将前 5 个比特重复到该训练序列的最后和并将后 5 个 比特重复到该训练序列头部的办法.这种训练序列共有八种(该八种序列的相关联性最小),它们 分别和不同的基站色码(BCC,3 个比特)相对应,目的是用来区分使用同一频点的两个小区. 2, 接入突发脉冲序列:用于随机接入(是指用于向网络发起初始的信道请求并用于切换时的接入). 它是基站在上行方向上解调所需的第一个突发脉冲.它包括 41 比特的训练序列,36 比特的信 息位,它的保护间隔是 68.25 比特.对于接入突发脉冲只规定了一种固定的训练序列,由于干 扰的可能性很小,不值得多增加多种训练序列所引起的复杂性.它的训练序列和保护间隔都 要比普通脉冲要长,这是为了适应移动台首次接入(或切换到另一个 BTS)后不知道时间提前 量的缺陷并提高系统的解调能力而设定的. 频率校正突发脉冲序列:它用于移动台的频率同步,相当于一个未调载波,该序列有 142 固定 3, 比特用于频率同步,它的结构十分简单,固定比特全部为 0,当使用调制技术后,其结果是一个 纯正弦波.它应用在 FCCH 信道上来使移动台找到并且解调出同一小区内的同步突发脉冲序列, 当 MS 通过该突发脉冲序列知道该小区的频率后,才能在此标频上读出在同一物理信道上的随 后的突发脉冲序列的信息来(如 SCH 及 BCCH).保护间隔和尾比特同普通突发脉冲序列.

作者:韩斌杰

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4, 同步突发脉冲序列:它用于移动台的时间同步,它的训练序列为 64 比特,2 个 39 比特的信息字段, 它用于 SCH 信道,属下行方向.因为它是第一个需被移动台解调突发脉冲,因而它的训练序列较 长而容易被检测

图示

突发脉冲序列结构图

到.而且它的突发脉冲只有一种,而且只能有一种,因为如果定义了几种序列,移动台无法知道基 站选择的序列.该突发脉冲的信息位中有 19 比特描述 TDMA 的帧号(用于 MS 与网络的同步和加 密过程),有 6 比特来描述基站识别号 BSIC(NCC+BCC),经过信道卷积后就得到了 2 个 39 比特. 保护间隔 和尾比特同普通突发脉冲序列. 空闲突发脉冲序列:此突发脉冲序列在某些情况下由 BTS 发出,不携带任何信息,它的格式与 5, 普通突发脉冲序列相同,其中加密比特改为具有一定比特模型的混合比特.

四,逻辑信道与物理信道之间的对应关系
我们知道,每个小区都有若干个载频,每个载频都有 8 个时隙,因而我们可以定义载频数为 C0, C1,…,Cn,时隙数为 TS0,TS1,..,TS7. 1,控制信道的映射 在某个小区超过一个载频时,则该小区 C0 上的 TS0 就映射广播和公共控制信道(FCCH,SCH, BCCH,CCCH),可使用 mainBCCH 的组合,该时隙不间断的向该小区的所有用户发送同步信息, 系统消息及寻呼消息和指派消息.即使没有寻呼和接入进行,BTS 也总在 C0 上发射空闲突发脉冲. 我们从帧的分级结构知道,51 帧的复帧是用于携带 SCH 和 CCCH,因此 51 帧的复帧共有 51 个 TS0,也就是说将 51 个连续 TDMA 帧的 8 个时隙中的 TSO 都取出来以组成一个 51 帧的复帧.该序列在 映射完一个 51 复帧后开始重复下一个 51 帧的复帧.
作者:韩斌杰 第7页 2/23/2010共 72页

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以上叙述了下行链路 C0 上的 TS0 的映射,对于上行链路 CO 上映射的 TS0 是不含有上述信道的, 它只含有随机接入信道(RACH),用于移动台的接入. 下行链路 C0 上的 TS1 用于映射专用控制信道,它可使用 SDCCH 的信道组合形式.它是 102 个 TDMA 帧重复一次.由于是专用信道,所以上行链路 C0 上的 TS1 也具有同样的结构,这就意味着对一 个移动台同时可双向连接,但在时间上会有一个偏移(以后我们会讲到出现这种情况的原因). 当某个小区的容量很小,仅使用一个载频时,则该载频的 TSO 即用做公共控制信道又用做专用控 制信道,即可采用 mainBCCHcombined 的信道组合形式.该信道组合每 102 重复一次. 当某小区业务量很高时,它可把 C0 的 TS0 配置成为 mainBCCH,并可在 TS2,TS4,TS6 上扩展 三个组合集,使用 CCCH 的配置形式,该配置形式包括除 SCH 和 FCCH 外的 TS0 的所有组合,因为 这两个信道只能出现在 C0 的 TS0 上.
BCCH+CCCH(下行)51复帧 F S B C F S C C F S C C F S C C F S C C N

BCCH+CCCH(上行)(RACH)51复帧 R R R R R R R R R R 8 SDCCH/8(下行) 2×51复帧 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D0 D1 D2 D3 D4 D5

R

R

R

R

R

R

R

R

D6 D6

D7 D7

A0 A4

A1 A5

A2 A6

A3 A7

N N

N N

N N

8 SDCCH/8 (上行) 2×51复帧 A5 A6 A7 N N N A1 A2 A3 N N N

D0 D0

D1 D1

D2 D2

D3 D3

D4 D4

D5 D5

D6 D6

D7 D7

A0 A4

BCCH+CCCH+4SDCCH/4(下行) 2×51复帧 F S B C F S C C F S D 0 F S B C F S C C F S D 0

D 1 D 1

F F

S S

D 2 D 2

D 3 D 3

F F

S S

A 0 A 2

A 1 A 3

N N

BCCH+CCCH+4SDCCH/4(上行) 2×51复帧 D R R A A R R R R R R R R R R R R R R R R R R R 3 2 3 D R R A A R R R R R R R R R R R R R R R R R R R 3 0 1
F:频率校正脉冲序列 TDMA 帧 S:同步脉冲序列 TDMA 帧 R:用于 RACH 的 TDMA 帧 B:用于 BCCH 的消息块(4 个 TDMA 帧) D:用于 SDCCH 的消息块(4 个 TDMA 帧) C:用于 CCCH 的消息块(4 个 TDMA 帧) A:用于 SACCH 的消息块(4 个 TDMA 帧 ) 表 控制信道的映射

R R R R D 0 R R R R D 0

D R R D 1 2 D R R D 1 2

2, 业务信道的映射 在每个小区携带有 BCCH 信道的载频的 TS0 和 TS1 上按上述映射安排控制逻辑信道,TS2 至 TS7 以及其它载频的 TS0 至 TS7 均可安排业务信道. 除映射控制信道外的时隙均映射在业务信道 TCH 上,用于携带 TCH/F 的复帧是 26 复帧的,因此

作者:韩斌杰

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它有 26 个帧的 TSn.第 26 个 TSn 是空闲时隙,空闲时隙之后序列从 0 开始. 上行链路的结构与下行的是一样的,一个接通的 GSM 移动信道业务信息在每一帧分配的 TS 中以 突发脉冲的形式发送,唯一的不同是有一个时间偏移,这个时间偏移为 3 个时隙. TCH 信道用于传送话音和数据.SACCH 信道用于传送随路控制信息.IDLE 信道不含任何信息. 它有两个作用,一方面是针对全速率 TCH 信道,在呼叫接续的状态下,为了预同步它的相邻小区,移 动台可利用 IDLE 时隙所在的第 26 个空闲帧所提供的这一段时间的间隔,去读取其邻小区的基站识别 码 BSIC;另一方面是针对半速率 TCH 信道,在此时该时隙用于传输另一个 TCH/H 业务信道的 SACCH. 全速率 TCH 的 26 复帧 T T T T T T T T T T T A T T T T:TCH 的 TDMA 帧 A:SACCH 的 TDMA 帧 N:空闲 TDMA 帧

T

T

T

T T

T T T T T N

五,信道组合种类
下面是可使用的逻辑信道的组合形式: 1)FCCH+SCH+BCCH+PCH+AGCH+RACH 称为 mainBCCH 2)FCCH+SCH+BCCH+PCH+AGCH+RACH+SDCCH/4+SACCH 称为 mainBCCHcombined 3)SDCCH/8(0,…7)+SACCH/8(0,…7) 称为 SDCCH 4)TCH/F+ SACCH/TF ,称为 tchfull 5)TCH/H+FACCH/H+SACCH/TF,称为 TCHhalf 6)BCCH+PCH+AGCH+RACH 称为 CCCH 7)同 2,但其中 SDCCH/4(2),用做 CBCH 称为 bcchsdcch4CBCH 8)同 3,但其中 SDCCH/8(2)用做 CBCH,称为 sdcch8CBCH 对于不同容量的基站,控制信息速率随之不同,因此控制信道和业务信道的安排不尽相同. 1, 对于小容量基站,只有一个 TRX 的情况,TS0 可使用第二种 mainBCCHcombined 的形式. TS1~TS7,可使用 TCH/F 的信道类型. 2, 对于中等容量的基站,如有四个 TRX 的情况,TS0 可使用第一种 mainBCCH 的类型,再用 2 个 TS 作为 SDCCH 信道类型.剩余 29 个用做 TCH/F. 3, 对于大容量基站,可将 TS0 使用 mainBCCH 组合方式,TS2,TS4 可使用第六种 CCCH 的组 合方式.其于用做 SDCCH 或 TCH/F.

六,系统消息
MS 为了能得到或提供各种各样的服务通常需要从网络来获得许多消息.这些在无线接口广播的消 息被称做系统消息,可共分为 12 种类型:type1,2,2bis,2ter,3,4,5,5bis,5ter,6,7,8. 每个系统消息都由不同的元素组成,如以下阐述: 当前网络,位置区和小区的识别消息 小区供切换的测量报告消息和小区选择的进程消息 当前控制信道结构的描述消息 该小区不同的可选项的消息 关于邻小区 BCCH 频点的分配 系统消息在两种逻辑信道中传送,BCCH 或 SACCH 信道.手机在不同的模式下通过不同的逻辑 信道来收听系统消息
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在空闲模式下,用 BCCH 信道(传送系统消息 1 至 4 及 7,8) 在通信模式下,用 SACCH 信道(传送系统消息 5 和 6) 系统消息的主要内容如下: SI type1 小区信道描述+RACH 控制参数 (TC=0,若系统采用跳频,1.88 秒一次) SI type2 邻小区 BCCH 频点描述+RACH 控制消息+允许的 PLMN(TC=1,1.88 秒一次) SI type2bis 扩展邻小区 BCCH 频点描述+RACH 控制消息(TC=5,1.88 秒一次) SI type2ter 扩展邻小区 BCCH 频点描述 2(TC=4 或 5,1.88 秒一次) SI type3 小区识别(CELLID)+位置区识别(LAI)+控制信道描述+小区选择+小区选择参 数+RACH 控制参数(TC=2 且 TC=6,1.88 秒两次) SI type4 位置区识别(LAI)+小区选择参数+RACH 控制参数+CBCH 信道描述+CBCH 移动 配置(TC=3 且 TC=7,1.88 秒两次) SI type5 邻近小区 BCCH 频点描述 SI type5bis 扩展邻近小区 BCCH 频点描述 SI type5ter 扩展邻近小区 BCCH 频点描述 SI type6 小区识别(CELLID)+位置区识别(LAI)+小区选择 SI type7 小区重选参数(TC=7,1.88 秒一次) SI type8 小区重选参数(TC=3,1.88 秒一次) 其中 TC 为循环序号,这些消息被循环在 BCCH 或 SACCH 信道中向移动台广播.BCCH 信道是一 个小容量的信道,每 51 复帧(235ms)仅有四帧(一个消息块)传送一个 23 字长 Lapdm 的消息.
注:

1,小区信道描述中含有该小区所使用到的所有频点,包括 BCCH 频点和跳频频点. 2,RACH 控制消息中含有参数 max retrans(最大重传数),TX_integer(传输的时隙数),cell bar access(小区是否被禁止接入),RE(呼叫重建允许比特),EC(紧急呼叫允许比 特),AC CN(被限制接入的用户级别) 3,邻小区 BCCH 频点描述包括其邻小区所使用的 BCCH 频点 4,允许的 PLMN 用来提供小区内 BCCH 载波上移动台监测的所允许的 NCC. 5,控制信道描述中包括:ATT(移动台附着分离允许指示),BS-AG-BLKS-RES(留做接入允 许 AGCH 的块数),CCCH-CONF(公共控制信道结构),BA-PA-MFRMS(传输寻呼消息 留给同一寻呼组的 51TDMA 复帧数),T3212(用做周期性位置更新的时间). 6,小区选择中包括:PWRC(功率控制指示),DTX(不连续发射指示),RADIO-LINKTIMEOUT(无线链路超时值) 7,小区选择参数包括:小区重选滞后值,MS-TXPWR-MAX-CCH(移动台接入小区应使用的最 大 TX 功率电平),RXLEV-ACCESS-MIN(允许接入系统的移动台的最小接入电平). 8,CBCH 信道描述中包括:信道类别和 TDMA 偏差(哪种专用信道的组合),TN(时隙 号),TSC(训练序列码),H(跳频信道指示),MAIO(移动配置指数偏移量),HSN (跳频序列号),ARFCN(绝对频点号). 9,CBCH 移动配置中包括参与跳频的频道顺序与小区信道描述的关系. 10, 小区重选参数包括 CELLRESELIND(小区重选指示),CBQ(小区禁止限制),CRO (小区重选偏置量),TO(临时偏置量),PT(惩罚时间)

作者:韩斌杰

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第三节 无线路径的损耗和衰落
一,无线路径的损耗和衰落 无线路径的损耗和衰落
当移动台和基站的距离逐渐增加时,所收到的信号会越来越弱,这就是发生了 路径损耗.路径损 耗不仅与载频频率,传播速度有关,而且还与传播地形和地貌有关.下面让我们具体研究一下损耗产 生的各种原因. 1,自由空间信号强度的传播衰落 自由空间是指相对于介电参数和相对导磁率均为一的均匀介质所存在的空间 它是一个理想的无限大 的空间,是为了减化问题的研究而提出的一种科学的抽象.在自由空间的传播衰落我们不考虑其它衰 落因素,仅考虑由能量的扩散而引起的损耗.通过研究我们发现该衰落符合以下公式的规律: 2 Pr=Pt×(λ/4πd) .G1G2 其中,Pr 为接收机的接收功率,Pt 为发射机的发射功率(单位为瓦或毫瓦),λ为波长(即 c/f),d 为接收机和发射机之间的距离,G1 为发射机的天线增益,G2 为接收机的天线增益. 从公式中我们可以看出,如果将其它参数保持不变仅使工作频率 f 或传播距离 d 提高一倍,则其 接收功率就为发射功率的四分之一,即自由空间的传播损耗就增加了 6dB.然而在实际上电波还要受 到诸如平地面的吸收,反射和曲率地面的绕射以及地面上覆盖物等产生的传输损耗的影响.因而采取 更为复杂的模型如爱立信的 Okomura 模型更接近实际,Okomura 模型如下: Lp(城区)=69.55+26.16logf-13.82loghb+(44.9-6.55loghb)logd-a(hm) 2 Lp(农村)= Lp(市区)-2[log(f/28)] -5.4 2 Lp(开阔地带)= Lp(市区)-4.78(logf) +18.33logf-40.94 其中,Lp 为无线衰耗, f 为载波频率(适用于 GSM900M 频段),hb 基站天 线高度(30 – 200m),d 为基站与移动台的距离(1 – 20km),hm 为移动台的天线至地面的高度(1-10m). Okomura 模型在大量实测场强数据的基础上,采用数理统计分析方法,确认了市区移动通信场强 预测模型,它适用于市区和郊区的各种不同条件,是一个比较全面的模式,此模式被目前移动通信场 强预测广泛采用,必须指出在使用该模式时必须结合本地的地形地物特性做必要的修正. 对非理想地面的条件下的更好近似是平均信号强度与距离的四次方成反比. 2,对数正态衰落 常常在移动台和基站之间有高大建筑物,树林和高低起伏的地势地貌,这些障碍物的阻挡造成电 磁场的阴影,产生了阴影效应,致使接收信号强度下降.经过大量的野外测试表明,这种衰落服从对 数正态衰落,它的接收信号的中值电场与基站和移动台的距离的四次方成反比.由于这种场强的变化 随着地理位置改变而较慢的变化,故称为慢衰落.又因为其接收场强中值是受电磁场阴影而变化的所 以又称为阴影衰落.其次,大气折射条件的变化使多径信号相对时延变化,造成同一地点场强中值随 时间的慢变化,但这种变化远小于地形因素的影响,这也是产生慢衰落的一种原因,因此由于季节不 同,气候不同等对无线信号的影响也就不同 3,多径传播引起的衰落

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移动通信信道是一种多径衰落信道,发射的信号在城市中常常会受到建筑物或地形的阻挡要经过 直射,反射,散射等多种传播路径才到达接收端,而且随着移动台的移动,各条传播路径上的信号幅 度时延及相位随时随地发生的变化,所以接收到的信号是起伏不稳定的这些多径信号相互迭加产生的 矢量和就会形成一个严重的衰落谷点,使矢量和非常接近为零.迭加后的信号幅度变化符合瑞利分 布,因而又被称为瑞利衰落.瑞利衰落随时间而急剧变化,又常常

图示

瑞利衰落

被称为快衰落.根据理论推导,衰落最快时为每秒 2V/λ次(V 为移动速度,λ为信号波长)严重衰落 时深度达(20~40)dB,这将严重的影响信号传播质量,从这里可以看出在经历衰落谷点的时间取决于 移动台的运动速度及发射的工作频率,作为一种近似,两谷点之间的的距离可以认为是半个波长,对 于 900MHz 频带,它约为 17cm.根据该公式还可以看出当采用 1800MHz 时两衰落谷点的时间是 900 MHz 的一半.瑞利衰落在开阔地带的对通信影响要小一些. 4,多普勒频移 快速运动的移动台还会发生多普勒频移现象,这是因为在移动台高速运动时接收和发送信号将导 致信号频率将发生偏移而引起的干扰.多普勒频移符合下面的公式: fI=f0-fDcosθI= f0-(v/λ)cosθI fI 为合成后的频率,f0 为工作频率,fD 为最大多普勒频移,θI 为多径信号合成的传播方向与移动 台行进方向的夹角,v 为移动台的运动速度,λ为波长,当移动台快速远离基站时为 fI=f0-fD,当移动 台快速靠近基站时为 fI=f0+fD. 当运动速度过高时,多普勒频移的影响必须考虑,而且工作频率越高,频移越大.

二,分集接收
多径衰落和阴影衰落产生的原因是不同的,随着移动台的移动,瑞利衰落随着信号的瞬时值快速 变动,而对数正态衰落随着信号平均值变动,这两者是构成移动通信接收信号不稳定的主要因素,使 接收信号被大大恶化,虽然通过增加发信功率,天线尺寸和高度等方法能取得改善,但采用这些方法 在移动通信中比较昂贵,有时也显得不切实际,而采用分集方法即在若干支路上接收相互间相关性很 小的载有同一消息的信号,然后通过合并技术再将各个支路的信号合并输出,那么便可在接收终端上 大大降低深衰落的概率.
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由于衰落具有频率,时间和空间的选择性,因此分集技术包括空间分集,时间分集,频率分集和极 化分集四种. 1. 空间分集:若在空间设立两副接收天线,独立接收同一信号,由于其传播环境及衰落各不相同, 具有不相干或相干性很小的特点,采用分集合并技术并使输出较强的有用信号,降低了传播因素 的影响.在移动通信中,空间的间距越大,多径传播的差异就越大,所收场强的相关性就越小. 天线间隔可以是垂直间隔也可以是水平间隔.但是,垂直间隔的分集性能太差,不主张用这种方 式.为获得相同的相关系数,基站两分集天线之间的垂直距离应大于水平距离.这种方式在移动 通信中是最有效的,也是应用最普遍的一种分集方式. 2. 时间分集:可采用通过一定的时延来发送同一消息,或在系统所能承受的时延范围以内在不同时 间内的各发送消息的一部分.在 GSM 中采用的是后面会讲到的交织技术来实现时间分集的. 3. 频率分集:这种分集技术在 GSM 中是通过调频来实现的, 4. 极化分集:它是通过采用垂直电子天线,垂直磁性天线和环状天线来实现的.

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第四节 移动台和基站的时间调整
移动台收发信号要求有 3 个时隙的间隔,由于移动台是利用同一个频率合成器来进行发射和接收的. 因而在接收和发送信号之间应有一定的间隔.从基站的角度上来看,上行链路的编排方式可由下行链路 的编排方式延迟 3 个突发脉冲获得.这 3 个突发脉冲的延时对于整个 GSM 网络是个常数. 典型的移动台在一个时隙间接收,在频率上平移 45MHz,经过一段时间(3 个突发脉冲减去传播的 校正时间后发送,然后可能再次平移监视其它信道,并使接收频率移动到能重新开始整个周期. 在通信过程中,如移动台在呼叫期间向远离基站的方向上移动,因而从基站发出的消息将越来越迟 的到达移动台.与此同时,移动台的应答信息也会越来越迟的到达基站.如不采取措施,该时延长至当 基站收到该进动台在本时隙上发送的消息会与基站在其下一个时隙收到的另一个呼叫信息重叠起来,而 引起干扰.因此,在呼叫进行期间由移动台向发送的基站 SACCH 上的测量报告的报头上携带着由移动 台测量的时延值,而基站必须监视呼叫到达的时间,并 BTS 在下行的 SACCH 的系统报告上每次两秒的 频次向移动台发出指令,随着移动台离开基站的距离,逐步指示移动台提前发送的时间,这就是时间的 调整.在 GSM 中被称为时间提前量 TA. 时间提前量值可以由 0 至 233us,该值会影响到小区的无线覆盖,在给定光速下,GSM 小区的无线 覆盖半径最大可达到 35km,这个限制值是由于 GSM 定时提前的编码是在 0~63 之间.基站最大覆盖半 径算法如下: 8 3.7us×63×3×10 m/s÷2=35km 8 其中,3.7us:每个比特的时长;63:时间调整的最大比特数;3×10 m/s:光速. 但在某些情况下,客观需要基站能覆盖更远的地方,比如在沿海地区,如需用来覆盖较大范围的一 些海域或岛屿.这种覆盖在 GSM 中是能实现的,代价是须减少每载频所容纳的信道数,办法是仅使用 TN 为偶数的信道(因为 TN0 必须用做 BCCH),空出奇数的 TN,来获得较大的保持时间.这在北电中被 称为扩展小区技术,这一技术有专门的接收处理.这样定时提前的编码将会增大一个突发脉冲的时长.即 基站的最大覆盖半径为: 8 3.7us×(63+156.25)×3×10 m/s÷2=120km
TS0 TS1 TS2 TS3 图示:扩展小区的 TDMA 帧

第五节 跳频技术
跳频可分为快速跳频和慢速跳频,在 GSM 中采用的是慢速跳频,其特点是按照固定的间隔改变一个信 道使用的频率. 根据 GSM 的建议,基站无线信道的跳频是以每一个物理信道为基础的,因此对于移动台来说,只 需要在每个帧的相应时隙跳变一次,其跳频速率为 217 跳/秒,它在一个时隙内用固定的频率发送和接 收,然后在该时隙后需跳到下一个 TDMA 帧,由于监视其它基站需要时间,故允许跳频的时间约为 1ms,收发频率为双工频率.但对基站系统来说,每个基站中的 TRX(收发信机)要同时于多个移动台 通信,因此,对于每个 TRX 来说,能根据通信使用的物理信道,在其每个时隙上按照不同的跳频方案 来进行跳变.

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一,跳频的种类及各自实现的方法
GSM 中的跳频可分为基带跳频和射频跳频两种.在北电系统中采用的是射频跳频. 基带跳频是通过腔体合成器来实现的,而射频跳频是通过混合合成器来实现的. 当采用基带跳频时,它的原理是在真单元和载频单元之间加入了一个以时隙为基础的交换单元, 通过把某个时隙的信号切换到相应地无线频率上来实现跳频,这种做法的特点是比较简单,而且费用也 底.但由于采用的腔体合成器它要求其每个发信机的频率都是固定发射的,当发信机要改动其频率时, 只能人工调谐到新的频率上,其话音信号随着时间的变化使用不同频率发射机发射,收发信机在跳频总 线上不停的扫描观察,当总线发现有要求使用某一频率时,总线就自动指向拥有该频率的发信机上来发 送信号.采用基带跳频的小区的载频数与该小区使用的频点数是一样的. 当采用射频跳频时,它是在通过对其每个 TRX 的频率合成器进行控制,使其在每个时隙的基础上 按照不同的方案进行跳频.它采用的混合合成器对频带的要求十分宽松,每个发信机都可使用一组相同 的频率,采用不同的 MAIO 加以区分.但它必须有一个固定发射携带有 BCCH 的频率的发信机,其他 的发信机可随着跳频序列的序列值的改变而改变. 两者的区别是: 1,基带跳频采用的腔体合成器最多可配置 8 个发信机,而且衰耗小,此时衰耗仅为 3.5dB;而射频 跳频采用的混合合成器的容量较小,最多可配置 4 个发信机,而且衰耗大,当为 H2D 时,衰耗为 4.5dB 当为 H4D 时,衰耗为 8dB.显然,当基站配置较大时,采用混合合成器的基站的覆盖要小. 2,腔体合成器对频段的要求不如混合合成器灵活,混合合成器所带的发信机可以使用一组频率,频点 的间隔要求为 200 K;腔体合成器的发信机仅能使用固定的频率发射,而且所用频点的间隔要求大于 600K. 3,基带跳频的每个发信机 TX 只能对应一个频点,而射频跳频的每个发信机 TX 能够发送所有参与 跳频的频点.当使用基带跳频时携带 BCCH 频点的 TX 若出现故障,则易导致整个小区的瘫痪,而在射 频跳频时则不会出现这类情况,因为每个 TX 都能发送 BCCH 频点,携带 BCCH 信道的载频优先级最 高,当该载频出现问题时,携带 BCCH 信道的 TDMA 帧,能够自动通过另一个载频发射出去.

二,跳频的优点
GSM 采用跳频有两个原因,是因为它可起到频率分集和干扰源分集的作用. 1, 跳频可起到频率分集的作用. 跳频是要保证同一个信息按几个频率发送,从而可提高了传输特性.不同频率的信号所收到的衰落 不同,而且随着频率差别增大时,衰落更加独立.对于相距足够远的频率,它们可看做是完全独立的, 通过跳频,包括信息一部分的所有突发脉冲不会被瑞利衰落以同一方式破坏. 当移动台以高速移动时,在同一信道上接收两个相邻突发脉冲期间(相隔 8 个时隙,即 4.615ms), 移动台位置的差别对于驱除信号瑞利变化的相关性以足够了,在这种情况下,跳频基本起不到什么作用.然 而对于拥有大量手持机的用户的系统是很重要的,因为手持机的用户通常运动速度较慢,或处于静止状态, 在此时跳频优越性就显示出来了,它所能提供的增益大概是在 6.5dB 左右. 2, 跳频可起到干扰源分集作用 在业务量密集的地方,网络的容量将受到由于频率复用产生的干扰限制.相对干扰比 C/I 值(载 波电平/干扰电平)可能在呼叫之间变化很大.载波电平随着移动台相对于基站的位置及移动台与基站 之间障碍的数量而变化,干扰电平的变化依赖于此频率是否被附近蜂房的另一呼叫使用,它还随着干扰 源距离,电平的变化而变化.由于系统的目标是尽可能满足更多用户的需求,当不选用跳频时,如一频 点出现干扰时,当用户占用该频点时就会造成通话质量使用户难以忍受,而当使用跳频时,该干扰情况
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就会被该小区的许多呼叫所共享,整个网络的性能将得到提高.经分析使用跳频的网络可比不采用跳频 的网络高出 3dB 的增益.

三,跳频序列
在小区参数的定义中定义了两个频率组,一个称为小区分配表(CELL ALLOCATION)用来定 义该小区所用到的所有频点,另一个被称为移动分配表(MOBILE ALLOCATION)用来定义参与跳频 的所有频点.在此值得注意的是,携带有 BCCH 的载频,不能用于跳频,因为它携带有 FCCH,SCH 及 BCCH 信道,需要不停的向该小区的所有手机广播同步消息及系统消息.在 GSM 规范中有两个参数用 来定义跳频序列,分别是 MAIO(移动分配指针偏移)和 HSN(跳频序列号). MAIO 因需描述跳频重复功能的起点,所以偏移的可能值与参与跳频的频率数一样多.MA 的频 点数应在 1 到 64 之间,产生跳频序列要经过一个十分复杂的算法过程时,参与计算的参数有 FN(当前 的帧号及获得的描述帧号的 T1,T2,T3 值),MAIO,HSN. HSN 值有 64 个不同的值,通常一个小区的信道应有相同的 HSN 值,不同的 MAIO 值,因为这是 要避免同一小区信道之间的干扰,当同一小区出现相同的 MAIO 后将导致严重的指派失败率.两个拥有 相同 HSN 不同 MAIO 的信道,不会在同一突发脉冲使用相同的频率.相反,当两个使用同一跳频组, MAIO 也相同的但 HSN 不同的信道,它只会对突发脉冲的 1/n 干扰. MS 可以由系统广播消息中提供的小区参数来根据算法导出跳频序列和小区的跳频序列号. 在使用同一跳频组的相邻小区中,应注意使用不同的 HSN,该做法可获得干扰源分集增益.但 注意应尽量避开使用 HSN=0 的情况(它是循环跳频),因为它会导致低质量的干扰源分集.

第六节
一,语音编码

语音的传输过程

由于 GSM 系统是一种全数字系统,话音和其它信号都要进行数字化处理,因此移动台首先要将语 音信号转换成模拟电信号,以及其反变换,移动台再把这模拟电信号转换成 13Kbit/s 的数字信号,用于 无线传输.下面我们主要讲一下 TCH 全速率信道的编码过程. 目前 GSM 采用的编码方案是 13 Kbit/s 的 RPE-LTP(规则脉冲激励长期预测),其目的是在不增 加误码的情况下,以较小的速率优化频谱占用,同时到达与固定电话尽量相接近的语音质量. 它首先将语音分成 20ms 为单位的语音块,再将每个块用 8 KHZ 抽样,因而每个块就得到了 160 个 样本.每个样本在经过 A 率 13 比特(μ率 14 比特)的量化,因为为了处理 A 率和μ率的压缩率不 同,因而将该量化值又分别加上了 3 个或 2 个的"0"比特,最后每个样本就得到了 16 比特的量化值. 因而在数字化之后,进入编码器之前,就得到了 128 Kbit/s 的数据流.这一数据流的速率太高了以至于 无法在无线路径下传播,因而我们需要让它通过编码器的来进行编码压缩.如果用全速率的译码器的 话,每个语音块将被编码为 260 比特,最后形成了 13 Kbit/s 的源编码速率.此后将完成信道的编码. 在 BTS 侧将能够恢复 13 Kbit/s 的源速率,但为了形成 16 Kbit/s 的 TRAU 帧以便于在 ABIS 和 ATER 接口上传送,因而需再增加 3 Kbit/s 的信令,它可用于 BTS 来控制远端 TCU 的工作,因而被称为带内 信息.这 3 Kbit/s 将包括同步和控制比特(包括坏帧指示,编码器类型,DTX 指示等).总之,带内信 息将能使 TCH,知道信息的种类(全速率语音,半速率语音,数据),以及采用何种适用的方法用于 上行和下行的传输.
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在 TCU 侧,通过为了适应 PSTN 网络 64Kbit/s 的传输,因而在它其中的码型速率转换板将完成将 速率由 13Kbit/s 转换为 64Kbit/s 的工作,

二,信道编码
信道编码用于改善传输质量,克服各种干扰因素对信号产生的不良影响,但它是以增加比特降低信 息量为代价的.编码的基本原理是在原始数据上附加一些冗余比特信息,增加的这些比特是通过某种约 定从原始数据中经计算产生的,接收端的解码过程利用这些冗余的比特来检测误码并尽可能的纠正误 码.如果收到的数据经过同样的计算所得的冗余比特同收到不一样时,我们就可以确定传输有误.根据 传输模式不同,在无线传输中使用了不同的码型. GSM 使用的编码方式主要有块卷积码,纠错循环码(FIRE CODE),奇偶码(PARITY CODE). 块卷积码主要用于纠错,当解调器采用最大似然估计方法时,可以产生十分有效的纠错结果.纠错循环 码主要用于检测和纠正成组出现的误码,通常和块卷积码混合使用,用于捕捉和纠正遗漏的组误差.奇 偶码是一种普遍使用的最简单的检测误码的方法. 无论如何处理,全速率 TCH 编码都将在信道编码后,在每 20ms 内将形成 456 比特的编码序列. 1,全速率 TCH 信道编码 在对全速率语音编码时,首先将对语音编码形成的 260 个比特流分成三类,分别为 50 个最重要的 比特,132 个重要比特以及 78 个不重要的比特.然后对上述 50 个比特添加上 3 个奇偶校验比特(分组 编码),这 53 个比特连同 132 个重要比特与 4 个尾比特一起被卷积编码,速率为 1:2,因而得到 378 个比特,另外 78 个比特不予保护.于是最后将得到 456 比特. 1, BCCH,PCH,AGCH,SDCCH,FACCH,SACCH 信道的编码 LAPDm 是数据链路层的协议(第二层),在连接模式下被用于传送信令.它被应用在逻辑信道 BCCH,PCH,AGCH,SDCCH,FACCH,SACCH 上,一个 LAPDm 帧共有 23 个字节(184 个比 特).为了获得 456 比特的保护字段,便可通过对 LAPDm 帧的编码来得到. 首先给 184 比特增加 40 比特的纠错循环码,这样就可以来检测是否物理层的差错校正码能正确的 校正传输差错.通过这种码型来监测无线链路,来确认是否 SACCH 消息块是否被正确的接收到. 为了实现卷积编码,还应加上 4 个比特的尾位.我们将得到的这 228 个比特通过 1:2 卷积编码速 率,最后也会得到 456 比特的数据. 2, SCH 信道的编码 SCH 信令信道不能用 LAPDm 协议.在每个 SCH 信道有 25 比特的消息字段,其中 19 比特是帧 号,6 比特用于 BSCI 号.由于每个单独的 SCH 时隙都携带着一个完整的同步消息,而且 SCH 的突发脉 冲的消息位的字段是 78 个比特.因而我们需要将这 25 比特的数据编码成 78 个比特. 我们将这 25 个比特的数据再加上 10 个奇偶校验比特和 4 个比特的尾位,这就得到了 39 个比特. 再将这 39 个比特按照 1:2 的卷积编码速率,便得到了 78 个比特的消息. 3, RACH 信道的编码 随机接入信道 RACH 的消息是由 8 个消息比特组成,包括 3 个比特的建立原因和 5 个比特的隋机鉴 别符.由于 RACH 的突发脉冲的消息位的字段是 36 个比特.因而我们需要将这 8 比特的数据编码成 36 个比特. 首先,我们给它加上 6 个比特的色码,这六个比特的色码是通过将 6 个比特的 BSIC 和 6 个比特的 奇偶校验码取模 2 而获得的.然后再加上 4 个比特的尾位.这样就得到了 18 个比特,我们再将这 18 个 比特按照 1:2 的卷积编码速率,最后将得到 RACH 突发脉冲上的 36 比特的消息位.

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三,交织技术
在移动通信中这种变参的信道上,比特差错经常是成串发生的.这是由于持续较长的深衰落谷点 会影响到相继一串的比特.但是,信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长的差错串时才有效,为了 解决这一问题,希望找到把一条消息中的相继比特分开的办法,即一条消息的相继比特以非相继的方式 被发送,使突发差错信道变为离散信道.这样,即使出现差错,也仅是单个或者很短的比特出现错误, 也不会导致整个突发脉冲甚至消息块都无法被解码,这时可再用信道编码的纠错功能来纠正差错,恢复 原来的消息.这种方法就是交织技术. 在 GSM 系统中,在信道编码后进行交织,交织分为两次,第一次交织为内部交织,第二次交织为 块间交织. 在上一节我们提到了,通过话音编码和信道编码将每一 20ms 的话音块数字化并编码,最后形成了 456 比特.我们首先将它进行内部交织,将 456 比特按(0,8…448),(1,9…449)…...(7,15…455) 的排列方法,分为 8 组,每组 57 个比特,通过这一手段,可使在一组内的消息相继较远. 但是如果将同一 20ms 话音块的 2 组 57 比特插入到同一普通突发脉冲序列中,那么,该突发脉冲 丢失则会使该 20ms 的话音损失 25%的比特,显然信道编码难以恢复这么多丢失的比特,因此必须在两 个话音帧间再进行一次交织,即块间交织. 设进行完内部交织后,将一语音块 B 的 456 比特分为八组,再将它的前四组(B0,B1,B2,B3) 与上一个语音块的 A 的后四组(A4,A5,A6,A6)进行块间交织,最后由(BO,A4),(B1,A5), (B2,A6),(B3,A7)形成了 4 个突发脉冲,为了打破相连比特的相邻关系,使块 A 的比特占用突发 脉冲的偶数位置,块 B 的比特占用奇数位置,即 B0 占奇数位,A4 占偶数位.同理,将 B 的后四组同它 的下一语音块 C 的前四组来进行块间交织. 这样,一个 20ms 的语音帧经过二次交织后分别插入了 8 个不同的普通突发脉冲序列中,然后一个 个的进行发送,这样即使在传输过程中丢掉了一个脉冲串,也只影响每一个话音比特数的 12.5%,而且 它们不互相关联,这能就通过信道编码进行校正. 应注意的是,对控制信道(SACCH,FACCH,SDCCH,BCCH,PCH 和 AGCH)的二次交织有所不同.我 们不象话音交织一样,要用到 3 个话音块.在这里我们这一 456 比特的消息块在经历过内部交织并分为 8 组后(这一过程同话音的内部交织一样),将把它的前四组与后四组进行交织(交织方法也与话音的 交织一样),最后获得了 4 个整突发脉冲. 由上可知,交织对于抗干扰具有很重要的意义,但是它的缺点是时延长,在传输 20ms 语音块中, 从接收第一个比特开始到最后一个比特结束并考虑到 SACCH 占一个突发脉冲的话,那么时延周期是 (9*8)-7=65 个突发脉冲的周期,即 37.5ms 的延时.因此在 GSM 系统中,移动台和中继电路上增加了 回波抵消器,以改善由于时延而引起的通话回音.

四,加密
在数字传输系统的各种优点中,能提供良好的保密性是很重要的特性之一.GSM 通过传输加密提 供保密措施.这种加密可以用于语音,用户数据和信令,与数据类型无关,只限于用在常规的突发脉冲 之上.加密是通过一个泊松随机序列(由加密钥 Kc 与帧号通过 A5 算法产生)和常规突发脉冲之中 114 个信息比特进行异或操作而得到的. 在接收端再产生相同的泊松随机序列,与所收到的加密序列进行同或操作便可得到所需要的数据 了.

作者:韩斌杰

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五,调制和解调
调制和解调是信号处理的最后一步.简单的说 GSM 所使用的调制是 BT=0.3 的 GMSK 技术,其调 制速率是 270.833Kbit/s,使用的是 Viterbi(维特比)算法进行的解调.调制的功能就是按照一定的规则 把某种特性强加到的电磁波上,这个特性就是我们要发射的数据.GSM 系统中承载信息的是电磁场的 相位,即调相方式.解调的功能是接收信号,从一个受调的电磁波中还原发送的数据.从发送角度来 看,首先要完成二进制数据到一个低频调制信号的变换,然后再进一步把它变到电磁波的形式.解调过 程是一个调制的逆过程.

第四章 呼叫处理过程
在这一章中,我们重点来研究一下,当移动台处于空闲状态时的工作情况及移动台与网络之间的信令 处理过程.

第一节 小区的选择与重选
一, 小区选择过程
当移动台开机后,它会试图与 SIM 卡允许的 GSM PLMN 取得联系,因此移动台将选择一个合适的 小区,并从中提取控制信道的参数和其它系统信息,这种选择过程被称为"小区选择". 如果移动台并无存储的 BCCH 消息,它将首先搜索完所有的 124 个 RF 信道(如果为双频手机还应 搜索 374 个 GSM1800 的 RF 信道),并在每个 RF 信道上读取接收的信号强度,计算出平均电平,整个 测量过程将持续 3~5s,在这段时间内将至少分别从不同的 RF 信道上抽取 5 个测量样点. MS 将调谐到接收电平最大的载波上,判断该载波是否为 BCCH 载波(通过搜寻 FCCH 突发脉 冲),若是,移动台将尝试解码 SCH 信道来与该载波同步并读取 BCCH 上的系统广播消息.若 MS 可 正确解码 BCCH 的数据,并当数据表明该小区属于所选的 PLMN,参数 C1 值大于 0,该小区并未被禁 止接入,移动台的接入等级并未被该小区禁止时,移动台方可选择该小区.否则,MS 将调谐到次高的 载波上直到找到可用的小区. 如 MS 在上次关机时,存储了 BCCH 载波的消息,它将首先搜索已存储的 BCCH 载波,若未找到 则执行以上过程. 参数 C1 为供小区选择的路径损耗准则,服务小区的 C1 必须大于 0,其公式如下: C1=RXLEV-RXLEV_ACCESS_MIN - MAX ((MS_TXPWR_MAX_CCH - P), 0) 单位:dBm 其中 RXLEV 为移动台接收的平均电平; RXLEV_ACCESS_MIN 为允许移动台接入的最小接收电平; MS_TXPWR_MAX_CCH 为移动台接入系统时可使用的最大发射功率电平;P 为移动台的最大输出功率. 问题研究: 问题研究:允许接入的最小接入电平 RXLEV_ACCESS_MIN 为了避免移动台在接收电平很低的情况下接入系统(此时接入后的通信质量往往很差,以至于无法 保证正常的通信过程),而无法提供用户满意的通信质量而无谓的浪费无线资源,因而 GSM 规范规定 移动台在接入网络时其接收电平必须大于参数 RXLEV_ACCESS_MIN 所定义的值. 当减小该值时,将扩大小区允许接入的范围(其下限是移动台接收灵敏度),但在边缘地带的通话
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质量会很恶劣易引起掉话,而且此时由于上下行信号很弱,会导致在功率控制下移动台以最大功率发 射,从而增加上行信号干扰. 但该值设置过大时会使小区的有效覆盖范围随之缩小,在小区交接处人为的造成盲区.

二,小区重选过程
当移动台选择某小区为当前服务小区后,在各种条件变化不大的情况下,移动台将驻留在所选的小 区中,并根据服务小区的 BCCH 系统消息所指示的小区重选邻小区频点配置表,开始监测该表中所有 BCCH 载波的接收电平和同步消息,并记录下接收电平最高的 6 个邻小区,并从中提取每个邻小区的的 各类系统消息和控制消息,当满足一定条件时移动台将重新选择其中一个邻小区作为服务小区,这个过 程被称为小区重选.所谓一定的条件包含多方面的因素,如小区的限制(由 cell_bar 和 cell_bar_qualify 来决定),小区是否被禁止接入等. 小区重选采用的算法为 C2 算法,计算公式如下: 当 PENALTY_TIME 不等于 11111 时:C2=C1+CELL_RESELECT_OFFSET–TEMPORARY_OFFSET× H(PENALTY_TIME–T); 当 PENALTY_TIME 等于 11111 时:C2=C1-CELL_RESELECT_OFFSET; 其中当 X>0 时,函数 H(x)=0;当 X≤O,函数 H(x)=1; T 是一个定时器,它的初始值为 0,当某小区被移动台记录在信号电平最大的六个邻小区时,则对应该 小区的计数器 T 开始计时,当该小区从移动台信号电平最大的六个邻小区表中去除时,相应的定时器 T 被复位; CELL_RESELECT_OFFSET 为小区重选偏移量,可人为的来调整 C2 值的大小; TEMPORARY_OFFSET 为临时偏移量; PENALTY_TIME 为惩罚时间, 从移动台发现某一小区的信号出现后,定时器 T 开始置位到定时器 T 的值到达 PENALTY_TIME 规定的时间之前将按照 TEMPORARY_OFFSET 所定义的值给该小区的 C2 算法一个负偏置的修正,这种做法是用来防止当移动台在快速移动时来选择一个微蜂窝或覆盖 较小的小区作为服务小区的情况.如果在时间超过仍收到该小区的信号,;反之,若时间超过了 PENALTY_TIME 所定义的时间后,将不考虑临时偏移量.在高速公路等覆盖区可使用惩罚时间. 在这里值得注意的是,仅当小区重选指示(CELL_RESELECTION_INDICATION)激活时 C2 算法这几 个 参 数 才 起 作 用 , 否 则 移 动 台 将 不 考 虑 CELL_RESELECT_OFFSET , TEMPORARY_OFFSET 和 PENALTY_TIME 的设置情况,因而此时 C2=C1. 当发生以下情况时,将触发小区重选 1, 移动台计算某小区(与当前小区属同一个位置区)的 C2 值超过移动台当前服务小区的 C2 值连 续 5 秒. 2, 移动台计算某小区(与当前小区不属同一个位置区)的 C2 值超过移动台当前服务小区的 C2 值 与小区重选滞后值(CELL_SELECTION_HYSTERESIS)之和连续 5 秒 3, 当前服务小区被禁止 4, MS 监测出下行链路故障 5, 服务小区的 C1 值连续 5 秒小于 0 问题研究: 问题研究: 1,小区重选滞后值的设置原则:当移动台进行小区重选时,若原小区和目标小区属不同的位置 区,则移动台在小区重选之后必须启动一次位置更新过程,由于无线信道的衰落特性,通常在相邻小区 的交界测得的 C2 值会有较大的波动,从而导致频繁的小区重选和位置更新,它不但使网络的信令流量
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大大增加导致信令信道的拥塞,并且由于移动台在位置更新过程中无法响应网络对它的寻呼,因而使网 络接通率降低.为了减小这一问题的影响,GSM 设立了小区重选滞后这一参数,要求其邻小区(位置 区与本区不同)信号电平必须比服务小区的信号电平大出重选滞后所规定的值后,才允许触发小区重 选.建议当在话务统计报告中发现位置更新较频繁时,可将该小区的值设为 6dB 或 8 dB.但如果这两 个小区的无线覆盖比较差时,应将该值适当的设小一些. 2,下行信令故障:下行信令故障准则基于下行信令故障计数器 DSC,当 MS 选择了某小区时, DSC 置为[90/BS_PA_MFRMS]取整,BS_PA_MFRMS 为基站传输寻呼消息给同一寻呼组 MS 之间的 51TDMA 帧复帧数.因此当 MS 要在其寻呼子信道上译码时,若成功则 DSC 加 1,若失败,则 DSC 减 4,当 DSC 为 0 时,则断定出现了下行信令故障. 3,值得注意的是 ,每次由参数 C2 引起的小区重选至少间隔 15 秒,这是为了避免移动台频繁的小区 重选过程.当某小区的话务较闲时,可适当提高其 CELL_RESELECT_OFFSET,来增强该小区吸引话务量 的能力.但作为两个相邻的小区,它们的所定义的重选偏置的差值应尽量要小于 20dB,否则将使该服 务区边界的信号很不稳定. 4,小区接入限制(CELL_BAR_ACCESS,CBA)和小区禁止限制(CELL_BAR_QUALIFY,CBQ) 对于小区重叠的地区,根据每个小区容量的大小,业务量的大小及小区功能的差异,网络运营商 们都希望移动台在小区选择中优先选择某些小区,即设定小区的优先级.这一功能可以通过设置参数小 区接入限制和小区禁止限制来实现,见下表: 小区禁止限制 小区接入禁止 小区选择优先级 小区重选状态 0 0 正常 正常 0 1 禁止 禁止 1 0 低 正常 1 1 低 正常 通常所有小区的优先级都为正常.但在某些情况下,运营者希望移动台优先进入某种类型的小 区,如微蜂窝和双频网等,此时我们可将这些小区的优先级设为正常,而将周围其它小区的优先级设为 低.当移动台在小区选择过程中,只有当没有优先级为正常的合适小区时,才去选择优先级为低的小 区.通过设置小区优先级我们可以对一些拥塞较严重的小区和其相邻的小区来进行话务平衡,即将它们 的优先级设为低使它的邻小区将其话务量吸收过去一部分,这也相当于将其实际的覆盖范围减小,但这 种做法不同于将其功率降低,后者可能会引起网络覆盖的盲点和通话质量的下降. 当小区接入禁止设为 1 且小区禁止限制设为 0 时,则该小区只允许切换业务,而不允许移动台直 接接入,这种做法常被用在微蜂窝和双频网的覆盖环境下.如在双层覆盖的情况下,用底层网络来吸引 话务量而用上层网络来保证覆盖.当上层小区的覆盖区业务量较大时,为了防止拥塞可使用该做法来移 动台禁止接入该小区而迫使它去选择其底层的小区,仅支持移动台的切换业务以防止掉话. 但用小区优先级为手段去做网络优化时,应注意,它只影响小区选择而对小区重选不起作用,因 而要真正达到网络优化的目的必须结合使用小区优先级和 C2 算法.

三,不连续接收模式 DRX 和寻呼信道的定义
在空闲模式下,若移动台选择了某小区后作为服务小区后,它就可以开始收听该小区的寻呼消息 了.但为了降低功耗,在 GSM 规范中引入了不连续接收的机制,每个移动用户(即对应每个 IMSI)都 属于一个专门的寻呼组,在小区中每个寻呼组都分别与一个寻呼子信道相对应,移动台可根据自身 IMSI 的最后 3 位及该位置区寻呼信道的配置情况来计算出它所属的寻呼组,进而计算出该寻呼组的寻 呼子信道位置.在实际情况下,移动台在空闲状态下仅守侯在属于它的寻呼子信道上来收听系统播发的 寻呼消息(在此期间它还可用来监测非服务小区的 BCCH 载波的接收电平),而忽略其它寻呼子信道的 内容,甚至在其它寻呼子信道期间关闭移动台某些硬件设备的电源以节约移动台的功率开销,但必须保
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证在一定的时间内完成必要的测量网络消息的任务. 我们可以根据 CCCH 信道的配置类型,BS_AG_BLKS_RES(在 51 复帧中有几个块用于 AGCH 块), BS_PA_MFRMS(以多少个 51 复帧作为寻呼子信道的一个循环)来计算出每个小区寻呼子信道的个数. 当一个 51 复帧中 CCCH 为 3 时寻呼子信道数为:(3- BS_AG_BLKS_RES)×BS_PA_MFRMS 当一个 51 复帧中 CCCH 为 9 时寻呼子信道数为:(9- BS_AG_BLKS_RES)×BS_PA_MFRMS

问题研究: 问题研究: 1,当参数 BS_PA_MFRMS 越大,小区的寻呼子信道也就越多,相应的属于每个寻呼子信道的用户数 也就越小,但系统总体容量并未增加,因为它是以牺牲寻呼消息在无线信道上的平均时延为代价的.当 通过话务统计报告发现重发等待的比率较大时,应适当提高 BS_PA_MFRMS 来划分更多的寻呼子信 道.如重发的比率较 低,则可将将该参数降低,以减少寻呼时延. 2,应注意同一位置区的所有小区的寻呼子信道容量应尽量一样,因为同一位置区的任何一个寻呼消 息必须同时在该位置区的所有小区发送. 3,当寻呼信道周期越长,在该服务区的手机就越省电,如市区可定义为 2 即手机在 102 内帧收听一 次寻呼消息,郊区可定义为 4 或 6,当该参数为 6 时将比 2 时省电 18%.在手机完成对系统消息的测量 后,就进入休息状态,仅在指定的寻呼块内受听寻呼消息并同时测量邻小区的 BCCH 的接收电平,在 30 秒左右的时间内又将会去收听系统消息,来判断小区重选的进程. 4,在 GSM 系统中公共控制信道 CCCH 信道主要包括 AGCH 和 PCH 信道,它的主要作用是用来发送 立即指派消息和寻呼消息.CCCH 可以由一个物理信道承担,也可以有多个物理信道共同承担,且 CCCH 可以与 SDCCH 信道共用一个物理信道.小区中的公共控制信道采用哪种组合方式,由参数 CCCH_CONF 决定.应注意,小区中的 CCCH_CONF 的设置必须与小区公共控制信道的实际配置情况 一致.建议当小区的 TRX 数为一个时,CCCH 的配置可采用一个基本物理信道且与 SDCCH 共用(此时 有 3 个 CCCH 消息块). 在有时由于一个位置区的寻呼业务量特别大,为了防止仅用一个物理时隙发送寻呼消息不够用, 因而 GSM 规范允许在携带有 BCCH 信道的载频上,可以多配置几个 CCCH 信道,但只要求在时隙 0, 2,4,6 上使用. 5,当 CCCH_CONF 确定以后,参数 BS_AG_BLKS_RES 实际上就是分配 AGCH 和 PCH 在 CCCH 上占用的比例.建议在保证 AGCH 信道上不过载的情况下,应尽可能缩小该参数以缩短移动台响应寻 呼的时间.

第二节 初始化过程
一,信道申请
初始化过程就是一个随机接入的过程.当移动台需要同网络建立通信时,就需通过 RACH 信道来向 网络发送一个报文以申请接入.这个在 RACH 上发送的报文被称做信道申请(channel request),它的有 用信令消息只有 8 比特,其中有 3 比特用来提供接入网络原因的最少指示,在网络拥塞的情况下,系统 可根据这这一粗略的指示来分别对待不同接入目的的信道申请(哪些类型的呼叫可接入网络,哪些类型 的呼叫将被拒绝)并为它们选择分配最佳类型的信道,在这一指示中显然不足以传送移动台想传送的所 有信息,如申请信道的具体原因,用户身份及移动设备的特性,这些消息是在此后的 SABM 消息中发 送的.另外 5 比特是移动台随机选择的鉴别符,它并不用来向网络提供信息,而是用来区分两个移动台
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在同一时隙内发送信息时被网络所识别,在网络此后向移动台发送的立即指派命令(含有所分配信道的 信息中),会再将该鉴别符发给移动台,移动台通过此鉴别符和本身所发送的鉴别符相比较来判断是否 是网络发送给自己的消息.
问题研究: 问题研究:系统对 RACH 的控制功能

1, 值得注意的是网络无法知道移动台何时需要通信,移动台也很可能会同时占用同一个 RACH 时隙 来用于申请接入,这时不可避免的要发生碰撞现象.后果有两个,一是网络收到在此时隙上的一个突发 脉冲的电平,要明显的比另一个高,这样网络就会处理电平较高的这个随机接入请求.另一后果是,网 络什么也不能正确的接收到.因而随着业务量的增长,报文因碰撞而丢失的几率也就越大,这必将是对 网络容量的一个重要的制约因素. 在此 GSM 引入了两个机制用来控制这种报文丢失情况,一个是允许重发的最大次数 (maxretrans),另一个是重发之间的平均时间(TX-INTEGER)这两个参数是在 BCCH 的系统报告上 广播的.当在移动台发起申请后如在规定的时间内(定时器 T3120)收不到网络的立即指派命令,则需 进行报文的重发,但重发也要遵循一定的原则.因为如果两个移动台的发送碰撞,并在一段给定的时间 后重发,则它们的申请仍会碰撞.因而为了避免这种现象,RACH 上的重发必须在一段"随机"间隔后 进行,这就需要由参数 TX-INTEGER(取值范围:3~12,14,16,20,25,32, 50.根据小区的 RACH 和 AGCH 负载来设置)来决定在距上次发送之间的时隙间隔内随机选择发送信息的时隙(即在此规定的时 隙间隔内随机选择一时隙进行重发,该参数越大,可供选择的时隙就越多,那么再次碰撞的几率就越 小). 在经过最大重发次数后,若仍得不到系统的立即指派命令,移动台则返回到空闲状态下. 2. 在系统发生轻微拥塞的情况,我们就可以利用三种不同的方法来控制三种不同的 RACH 的业务量负 载. 第一种办法是通过减少 RACH 的重发次数和尽量使重发间隔较远,这种控制模式只能处理短暂的业务 高峰或超载的边缘.在存在系统干扰的地方进行 RACH 重发很重要,即使在干扰不明显的地方,因为 MS 发出的 RACH 请求也有可能由于无线信号的多径效应而丢失,建议在业务量很大的微蜂窝和出现明 显拥塞的小区,重发次数设为 1,业务量一般的小区可设为 2 或 4,若重发次数设的过大,在一定程度 上将浪费系统的资源. 二是当目前网络无可指派的信道时,就可以通过发送给移动台一条立即指派拒绝(immediate assignment reject)的 报文来拒绝移动台的信道申请,从而在系统规定的时间内(T3122)禁止移动台接 入网络,通过这种机制可防止在系统无资源的情况下用户频繁的发送信道请求的消息来无谓的增大网络 RACH 和 PAGCH 信道的负荷(一般 T3122 设为 10s,SDCCH 信道的业务量很大时可设为 30s),当信 道的业务量较轻松时该定时器应尽量的小一些,否则这会大大增加系统的业务时间,这将在用户侧会感 觉网络质量的下降.一种比较常见的情况是,当用户发起呼叫后但有时却会很快的返回到空闲模式下, 当用户重新拨叫时会在一段时间内拨打不出去,这就是系统启用了立即指派拒绝限时所产生的影响. 第三种办法是利用限制用户接入类别来控制网络的拥塞,这是最有效但也是一种损害用户权益的办 法,因而不建议使用.在 GSM 的机制中,它将其所有的用户分为 15 个类别(该类别的定义被网络运营 商直接写在了 SIM 卡中),分别为 C0~C9 与 C11~C15,其中前 10 个级别被随机的平均的分配给普通用 户,C10 用于紧急呼叫允许.当必须要用此办法来降低业务量时,可随意由 BSC 来决定任意一种被禁止 的用户类别如类别 1 或 2 等,通过这种措施可使业务量统计的降低 10%,20%…等,除了特殊情况如需 紧急呼叫等属于禁止类别的移动台不能接入网络,但为公正起见如系统过载持续的时间较长,BSC 必须 定期改变允许接入的类别集(这种处理必须要很小心,因为所有等待位置更新的移动台都要将在它们的 类别被允许时试图接入,系统必须要有处理这个业务高峰期的能力).但为了避免在拥塞情况下阻塞特 殊类别的用户,因而为非常重要的 GSM 用户定义了后 5 个级别,限制类别的消息可通过 BCCH 的系统

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消息来向小区内的用户来广播,该参数为 notallowedaccessclasses(在任何情况下都不允许接入的用户级 别)及 accessclasscongestion(发生拥塞时允许接入的用户级别).

二,初始信道的分配
当 BTS 对移动台的信道申请正确的解码后,它将通过一条信道需求(channel required)的报文来发 送给 BSC,该报文包含重要的附加信息和由 BTS 对传输延时(TA)的估计(这一指示对启动定时提前 控制很重要).如 BSC 收到此消息时,将为该次请求选择一条相应的空闲信道,并通过向 BTS 发送一 条信道激活(channel active)的报文来将相应的地面资源(传输电路等)激活,BTS 侧在准备好后将返 回一条信道激活响应(channel active ack)的报文来答复 BSC,如 BSC 收到 BTS 的激活响应后,将会在 AGCH 信道上发送一条立即指派(immediate assignment command)的报文,在该指示中包含有对已分配 信道的描述,初始的时间提前量 TA 及初始的允许发射最大功率及移动台在随机接入时信道请求消息的 消息字段,及 BTS 收到信道请求时的 TDMA 帧号和跳频表等消息.如 BSC 发现无可激活的信道时,就 会发送以上提到的一条立即分配拒绝消息来答复移动台 ,拒绝的原因有如 MSC 话务关闭,无线资源缺 乏,TA 值超出界限,信道激活无应答,BSC 话务超载等.为了提高 AGCH 信道的效率,在 GSM 中引 入了立即指派扩展(immediate assignment extended)的报文格式,在这种报文中有两个分配命令来对应 两个移动台的信道请求,而在立即指派拒绝扩展的报文中,最多可携带有对四个移动用户的拒绝消息. 当收到立即指派拒绝消息后,对应其最后三次信道请求之一(包括重发消息),移动台将停止 T3120 的计时,并启动 T3122(在它所指定的时间内,MS 不许接入网络),并返回空闲模式守侯在寻 呼信道上,直到 T3122 逾时,移动台方可进行新的连接尝试.反之当移动台收到立即指派消息后,MS 将收到的分配指令与自身发出的信道请求的所存储的消息字段及相比较看是否是分配给自己的,对应其 最后三次信道请求之一(包括重发消息),移动台将停止 T3120 的计时,并切换到所分配的信道上,然 后它使用包含信息字段的 SABM(设置异步平衡模式),来建立主信令链路. 问题研究:值得注意的是,立即指派命令可能出现在 51 复帧的任何 CCCH 消息块内,这就需要 问题研究 MS 在发送信道请求后监视全体 CCCH 块,即对整个寻呼子信道的消息都要进行解码,来保证及时获得 网络的应答(在处于空闲模式下时 MS 仅收听属于它的寻呼子信道的消息,即处于不连续收听状态). 还应注意的一种情况是,当系统对移动台的信道申请反应较慢时,以至于不可避免的导致移动台的 重发,由于系统无法知道一条信道申请的报文是否是上一次的重发,所以可能再次甚至多次的发送给该 移动台立即指派命令的报文来给移动台指派信道.移动台将使用它所解码的第一条立即指派的报文中所 指派的信道,其它的将被当作无效,但规范规定移动台必须接收对最后三条信道申请的报文的网络应 答.这种情况被称为是重复分配,当网络的重复分配次数较多时且产生了 CCCH 信道的拥塞,可通过减 少移动台的重发次数,或降低 T3101 的时间等办法来解决,该措施可以防止浪费系统资源.

三,初始化报文
当 MS 收到立即指派命令后,就将它的收发配置调整到指定信道上来,按照 BSC 指定的 TA 值和 初始化最大发射功率(为 BCCH 系统广播消息中的参数 msTxPwrMaxCCH 所定义的)开始传输信令. MS 在所分配上的新的 SDCCH/TCH 信道上所做的第一件事情是发送一个 SABM 帧建立异步平衡模式 (服务接入点类别 SAPI=0),用于建立证实模式下的信令消息连路层连接.在 GSM 规范中 SABM 带 有一条信令报文即"初始化报文",该消息中包含着第三层业务请求消息.在标准 HDLC 协议中, SABM 帧除了携带链路层所必须的消息外并不含有其它消息,GSM 与标准不一样的原因是因为这是为
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了对 MS 接收正确性的确认,当两个 MS 同时发送报文内容完全一样的信道请求时(这种概率在高负载 时是存在的)此时 BSS 只会应答其中之一,而此时两个 MS 却都可响应到同一专用信道上,BTS 在收到 SABM 帧后就会不经过任何修改向 MS 发一个内容与初始化报文完全一样的 UA 帧(无序号证实),如 MS 收到的 UA 帧的信息与 SABM 帧发出的不一样,它就放弃这个信道,开始重新接入过程,只有核对 一致的 MS 留在这个信道上. 根据产生信道申请的原因不同,有四种不同的信令报文可用做初始化报文分别是 CM 的业务请求 (呼叫建立,短信息,附加业务管理等),位置更新请求(正常位置更新,周期性位置更新,IMSI 附 着),IMSI 分离及寻呼响应.但所有这些报文都包括移动台的身份,更详细的说明接入的原因及移动 台类标 classmark(用来指示移动台的一些关键特性如传输功率等级,加密算法,短信息能力及频率容 量). 一旦 BTS 收到了一条初始化报文它会同时向 BSC 发出一条建立指示(establish indication)的报 文.BSC 收到建立指示消息后,就会向 MSC 发出三层业务请求消息(complete layer3 info.)的报文,用 来申请与 MSC 建立 SCCP 层连接,该消息中带有申请 CM 业务的原因如移动主叫,紧急呼叫,位置更新 及短消息业务等;并带有密钥序列号;带有该 MS 的一些物理消息如发射功率等级,支持加密算法否, 伪同步的能力及短消息的能力等,并有该 MS 的识别号.在 MSC 收到此消息后,即向 BSC 发出 connection confirmed 消息,若无资源则发出 SCCP refused 消息,至此接入过程结束,MS 与 MSC 之间 的信令链路已经建立,MSC 已经能够控制 RR 管理的传输特性,BSS 处于监视传输质量和随时准备切换 的运行状态.在下面的信令流程中网络就可以根据需要来判断是否触发鉴权加密过程了. 问题研究:在立即指派的过程中,BSC 还要触发一个 T3101 的定时器,该定时器在 BSC 向 BTS 发 问题研究 送信道激活(channel active)的报文启动,在收到 BTS 发出的建立指示(establish indication)时,将该 定时器复位.该定时器逾时一般是由于重复分配(double allocation)或上下行链路存在干扰的原因,通过 经验值,系统平均有 30%左右的信令资源会被 MS 所发送的第二次 RACH 信息所占用,因而该定时器越 长,系统无效占用的时间也就越长.为了优化信令资源的使用,当通过 OMC-R 原始报告发现重复分配 较多时,应适当减小该定时器,BSC 发送信道激活和收到建立指示的最小时间间隔是 600ms,最长的情 况为 1.8s,建议在信令资源较紧张且重复分配现象较严重的地区将 T3101 设为 3s.

图示 立即指派过程

第三节 鉴权加密过程
GSM 系统一个显著的优点就是它在安全性方面比模拟系统有了显著的改进,它主要是在以下部分 加强了保护:在接入网络方面通过 AUC 鉴权中心采取了对客户鉴权;在无线路径上采取了对通信信息
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的保密;对移动设备通过 EIR 设备识别中心采用了设备识别;对客户身份识别码 IMSI 用临时识别码 TMSI 保护;SIM 卡用 PIN 码保护.

一, 鉴权加密过程的三参数组
客户的鉴权加密过程是通过系统提供的客户三参数组来完成的,客户三参数组的产生是在 GSM 系 统 的 AUC 鉴 权 中 心 中 完 成 . 每 个 客 户 在 GSM 网 中 注 册 登 记 时 , 就 被 分 配 一 个 客 户 电 话 号 码 (MSISDN)和客户身份识别码(IMSI).IMSI 通过 SIM 写卡机来写入客户的 SIM 卡中,同时在写卡 机中又产生了一个对应此 IMSI 的唯一客户鉴权键 Ki,它被分别存储在客户的 SIM 卡和 AUC 中,这是 永久性的信息.在 AUC 中还有个伪随机码发生器,用于产生一个不可预测的伪随机数 RAND.在 GSM 规范中还定义了 A3,A8 和 A5 算法分别用于鉴权和加密过程.在 AUC 中 RAND 和 Ki 经过 A3 算法 (鉴权算法)产生了一个响应数 SRES 同时经过 A8 算法(加密算法)产生了一个 Kc.因而由该 RAND,Kc,SERS 一起组成了该客户的一个三参数组,传送给 HLR 并存储在该客户的客户资料库中. 一般情况下,AUC 一次产生 5 组三参数传送给 HLR,HLR 自动存储.HLR 可存储 10 组三参数,当 MSC/VLR 向 HLR 请求传送三参数组时,HLR 又一次性的向 MSC/VLR 传送 5 组三参数组.MSC/VLR 一组一组的使用,当用到剩两组时,就回再向 HLR 请求传送三参数组. 在下面的流程中我们会比较详细的看到参数的传递过程.

二, 鉴权过程
正如上一节所讲到的,当 MSC 与 BSS 的 SCCP 层建立起来之后,就可以来决定是否触发鉴权加密 过程.而判断是否进行鉴权过程的关键在于查看网络一端所存储的上一次业务处理所使用的该移动台的 Kc 值是否与本次接入中移动台所存储的 Kc 值是否一致,若一致则可越过鉴权过程直接利用该 Kc 值来 参与加密过程,若不一致,则需通过鉴权过程来算出新的 Kc 值.由于需要保密的缘故,因而移动台不 直接通过无线路径来向网络发送 Kc 值进行验证.所以在这里我们引入了一个 Kc 的序列号码的概念, 在规范中被称为 CKSN(密钥序列号码),该号码是移动台在上一次接入网络时,由 MSC/VLR 提供 的,并通过鉴权请求报文发送给移动台的,并于计算出的 Kc 一同存储在 SIM 卡中,同时也存于 MSC/VLR 中.当 MS 初始接入时,通过 SABM 帧的初始化报文业务请求字段把 CKSN 的消息一起送到 MSC/VLR 中,MSC/VLR 将它与上一次使用的 CKSN 号进行校验,如果不一致,则在加密之前要进行 鉴权过程,若 CKSN=0 则表示没有分配 KC. MSC/VLR 会向移动台发送一条鉴权请求(Authentication request)的报文来触发鉴权过程,这是一 条 DTAP 信令消息.系统在鉴权请求消息中包含一个随机数(RAND)和 CKSN 号码,RAND 共 128bit,SIM 卡上的用户密钥 Ki 与这个随机数经 GSM 规范的 A3 算法,产生一个 32bit 的应答数 SRES (与此同时 MS 还要将 Ki 和 RAND 再通过 A8 算法得出一 64bit 的 Kc,并将它保存在 SIM 卡内,以后 按系统指令决定是否激活加密传输),MS 再通过一条鉴权响应(Authentication response)报文将 SERS 送回系统.因 Ki 值作为用户数据存在 VLR 或 HLR 中,在系统一侧也会进行与 MS 相同的 A3 和 A8 算 法,产生一个 SRES 数和 Kc 存在 VLR 中,系统则会将这两个 SRES 值相比较,若相同则鉴权成功允许 接入网络,之后 MSC 将继续触发加密过程;若不同则鉴权失败,系统会拒绝 MS 的继续接入.此时鉴 权过程结束. 一般在 MSC/VLR 和 HLR/AUC 都可执行 A3 和 A8 算法,但 MSC/VLR 算起来比较麻烦,而 HLR/AUC 存有 Ki 值算起来简单的多而且可以很好的解决保密性和漫游的的问题,但却增加了 HLR 至 MSC 的信令量,因而每次计算,HLR/AUC 都会将这三个结果值送到 MSC/VLR 中,即 RAND,SRES 和 KC,以被选用.
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三,加密过程
当鉴权过程结束后,此时 MSC 会向 BSC 发一条加密命令(BSSMAP Ciphering Mode Command)的消 息,在该消息中包含着密钥 Kc,BSC 接着会向 MS 发出加密命令(RR Ciphering Mode Command)来通 知 MS 进入加密模式(这时基站也进入解密的模式下 ),MS 收到该指令后就会转入加密模式的发送与 接收,并向系统发出发出加密完成(RR Ciphering Mode COMPLETE)消息,此时该报文已经是加密的 了.是否采用加密由系统决定,产生加密码的算法称为 A5 算法,它是利用移动台和网络都同意的 Kc (64 比特)值和当前脉冲串的帧号码(22 比特)进行计算的,以产生一个 114 比特的加密序列来和突 发脉冲的 114 比特的信息位进行异或操作.网络在上行链路和下行链路使用两个相同的加密序列,对于 每一个突发,一个序列用于移动台内的加密并作为 BTS 中的解密序列,一个序列用于 BTS 的加密并作 为移动台的解密.

四, TMSI 重新分配过程
在鉴权加密过程完毕之后,系统要向 MS 发出 CM SERVICE ACCEPT 消息或 TMSI 的重新分配命令 (TMSI reallocation command)的报文. 当移动台在定位区内第一次注册时,就会将一个 TMSI 分配给移动台,当移动台离开这个定位区时 释放这个 TMSI.当 MS 收到 TMSI 的重新分配命令时,它将在存储器内存储收到的 TMSI 和 LAI,并向 网络发送 TMSI 再分配完成(TMSI reallocation complete)的报文.MSC 对所收到的位置更新请求 (location update request)的答复即位置更新接受(location update accept)的报文可以在 TMSI 再分配完 成之后发送也可以同 TMSI 的重新分配命令组合在同一个报文中发送. 若在网络中由移动台提供的 TMSI,无法被系统所识别(如此时数据库发生故障),则移动台需提 供其 IMSI.此时在 TMSI 再分配程序启动之前应先启动识别程序来向移动台请求提供其 IMSI 号. 识别程序是通过向移动台发起识别请求(identity request)消息,在收到该消息后,移动台发起识 别响应(identity response)消息来向网络提供其 IMSI 号码.在此程序完成之后,系统再根据其需要来 进行鉴权加密和 TMSI 再分配过程. 问题研究:使用 TMSI 的目的是为了尽量减少在空中接口上使用 IMSI,TMSI 是由 LAI 和临时分给 问题研究 指定用户的一组数字组成(TIC),大多数无线接入是在 MS 已经注册的 LAC 中进行,因此 TIC 就足以 对应一个 MS,而 LAI 是一个隐含值,只有 MS 在一个新的定位区的一个小区内必须完成位置更新尝试 时时才要使用完整的 TMSI.TMSI 是由 MSC/VLR 管理,当 MS 首次在一个 LAC 中注册时才分配给 它,并在离开该 LAC 时注销,TMSI 的注销是自动的,当 MS 收到新的 TMSI 时自动取代原 TMSI . TIC 长为 4 个字节,而 IMSI 由 15 个数字组成(可被编码为包括长度指示的 9 个字节),在允许 TIC 单独使用时,TIC 长度较短可以节约无线信道的频谱.尤其对于寻呼消息,如果使用 TIC,可以用 一条消息最多寻呼 4 个移动台.

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第四节 位置更新
一, 位置区的概念
为了确认移动台的位置,每个 GSM PLMN 的覆盖区都被分为许多个位置区,一个位置区可以包含 一个或多个小区.网络将存储每个移动台的位置区,并作为将来寻呼该移动台的位置信息.对移动台的 寻呼是通过对移动台所在位置区的所有小区中寻呼来实现的,MSC 不可能对它所控制区域内的所有小 区一起进行寻呼,因为 MSC 往往无法处理这样大的寻呼负荷.该位置区的标识 LAC 码将在每个小区的 广播信道上的系统消息中发送.

图示 位置区的登记

位置区的大小在系统中是一个相当关键的因素.在做网络规划时,对位置区的划分相当重要,如 果位置区的覆盖过小,则移动台发生的位置更新过程将增多,从而增加了系统中的信令流量.反之,若 位置区的覆盖过大,在它其中登记的用户越多,则网络寻呼其中任一个移动台时,同一寻呼消息将在该 位置区的所有小区中一起发送,这样将导致寻呼信道的负荷过重,同时也增加了 Abis 接口上的信令流 量. 由此可见,对位置区的优化相当的重要.在划分过程中,应在保证不会产生寻呼负荷之下尽量保 证位置更新次数最小,因为作为网络运营商,如果系统出现频繁的位置更新只能导致白白的浪费掉我们 可贵的网络资源,而不会增加任何收入.

二,正常位置更新流程(越位置区的位置更新) 正常位置更新流程(越位置区的位置更新)
当移动台由一个位置区移动到另一个位置区时,必须进行登记,也就是说一旦移动台发现其存储器
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中的 LAI 与接收到当前小区的 LAI 号发生了变化,就必须通知网络来更改它所存储的移动台的位置信 息.这个过程就被称为位置更新. 我们首先考虑处于开机空闲状态下的移动台,当它在同一位置区内移动时,若此时发生了小区重 选,当移动台的服务小区发生改变时,移动台并不会把该变化通知网络.也就是说在移动台仅发生了小 区重选而没有进行位置更新时,网络并没有参与此处理过程.而在重选前后的两个小区不属于同一个位 置区时,移动台一定要把该位置区的变化来通知网络,这在移动通信中,被称为"强制登记". 从网络对位置更新的标识不同来分,即广义的来分位置更新可分为正常位置更新(即越位置区的位 置更新),周期性位置更新(对应 T3212 到时)和 IMSI 附着(对应用户开机).而具体的来分是根据 看该位置更新程序是否属于同一个 VLR,是否需要 IMSI 号参与,可分为以下几种位置更新. (一),同一个 VLR 不同位置区的位置更新(INTRA VLR LOCATION UPDATE) 这是最简单的一类位置更新过程,在该过程中不需要移动台提供 IMSI 号码,只在当前所在的 VLR 中进行,而不需通知 HLR. 在初始化过程中,移动台在向网络发送的 SABM 帧携带的初始化报文中注明接入原因是位置更新 请求(MM LOCATION UPDATING REQUEST),在该报文中携带有该移动台 TMSI 和 LAI 号码且注明 是正常位置更新,若 MSC 收到此报文时,将此报文发给 VLR,VLR 将更新移动台的位置消息存储新的 LAI 号码,并根据需要向移动台发一个新的 TMSI 号(也可在 TMSI 重新分配命令中不携带 TMSI 号, 此时移动台还将使用以前的 TMSI),在收到移动台的 TMSI 重新分配完成后,则向移动台发位置更新 接受的消息(LOCATION UPDATE ACCEPT),此后释放信道位置更新结束. (二)越 VLR 间的位置更新,且发送的是 TMSI 号码 若移动台进入一个小区后发现它所存储的 LAI 号与当前的 LAI 号不一致,则将其旧的 LAI 号和存 储的 TMSI 号在位置请新请求中通过 MSC 发送给 VLR.当 VLR 发现其 LAI 号不是自己的,则会根据旧 的 TMSI 和 LAI 号码导出前一个 VLR 的地址,并向其旧的 VLR 启动一个请求 IMSI 和鉴权参数的发参 数操作(MAP_SEND_IDENTIFICATION),该旧的 VLR 就会向其新的 VLR 回发有关该移动台的 IMSI 和鉴权参数.如果由于种种原因新的 VLR 无法获得 IMSI,该 VLR 就会向 MS 发出识别请求(identity request)的报文,请求 MS 提供其 IMSI 号码.在 VLR 获得 IMSI 号码后,将向 MS 的 HLR 发出更新位 置的消息,在此位置消息中,提供有 MS 的标识和相关信息以便 HLR 查询数据和建立路径,HLR 收到 此消息后,如果该新的 MSC/VLR 有正常的业务权限,则 HLR 将存储当前的 VLR 号码,并向旧的 VLR 中发出删除位置消息(MAP/D_CANCEL_LOCATION),在旧的 VLR 收到该消息后将删除该 MS 的所 有信息,并向 HLR 发回删除位置确认(MAP/D_CANCEL_LOCATION_RESULT)的消息.在新 VLR 侧将 继续完成鉴权加密和 TMSI 重新分配的过程,当此过程完成后 HLR 通过发起插入用户数据的消息 (MAP_INSERT_SUBSCRIBER_DATA)的报文,将向该 VLR 提供它所需的用户信息,其中包括鉴权 参数等信息,当收到 VLR 的响应时则向该 VLR 位置更新确认的消息. (三)越 VLR 间的位置更新,且发送的是 IMSI 号码 该位置更新过程同上,而且要简单一些,因为它是直接通过 IMSI 号向 HLR 申请鉴权参数的. 问题研究:越 VLR 位置更新的漫游问题 问题研究 当 HLR 收到 VLR 向其发起更新位置消息时,如果允许 MS 漫游,HLR 将回发更新位置确认消息, 其中含有 HLR 号码.若不许 MS 漫游,HLR 则给出此 MS 标明不许漫游,若给 VLR 发出不许漫游的消 息,VLR 则删除所有的 MS 数据且向移动台发出位置更新拒绝的消息.若 MS 标志不允许漫游且该移动 台未激活呼叫前转,则 HLR 将闭锁 MS 的来话呼叫;若激活此业务,则 HLR 将入局的呼叫接至所要求 的地方.此时若是 MS 主叫,则按不认识的移动用户处理.被漫游限制的移动台将在其漫游区域不停的 去做位置更新,虽然网络将一直的向该移动台发出位置更新拒绝的消息,但位置更新拒绝所限制的时间 (T3211,时间为 15 秒)逾时后,移动台会继续去做位置更新尝试,直到发现一个允许漫游的位置区.

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附着和分离过程 三,IMSI 附着和分离过程
IMSI 的附着和分离过程就是在 MSC/VLR 中用户记录上附加一个二进制标志,IMSI 的附着过程就 是置标志为允许接入,而 IMSI 的分离过程就是置标志为不可接入. 当移动台开机时需将自己已开机的状态通知给网络,这个通知过程是通过向网络发出一条"IMSI 的附着(IMSI ATTATCH)"的报文来通知网络它目前的状态已发生改变,当网络收到此指示时就会在 系统数据中注明当前的用户状态,以便当该移动台的寻呼消息到来时,网络可发起寻呼该移动台的程 序. 若移动台开机后发现它所存储的 LAI 号与当前的 LAI 号一致,则进行 IMSI 附着过程,它的程序过 程 同 INTRA VLR LOCATION UPDATE 基 本 一 样 , 唯 一 不 同 的 是 , 在 LOCATION UPDATING REQUEST 的报文中注明位置更新的种类是 IMSI 附着,它的初始化报文含有移动台的 IMSI 号码. 当若移动台开机后发现它所存储的 LAI 号与当前的 LAI 号不一致,则执行正常位置更新过程. 当移动台想关机时,它会定义通过一个按键触发 IMSI 分离过程,在此过程中,仅有一条指令从 MS 发送到 MSC/VLR,这是一条非证实的消息,当 MSC 收到 IMSI 的分离请求时,即通知 VLR 对该 IMSI 作上"分离"的标志,而 HLR 并没有得到该用户已脱离网络的通知.当该用户被寻呼,HLR 将向 该用户所在的 VLR 要漫游号码(MSRN),此时就会通知该用户已脱离网络,便不会执行寻呼程序, 而直接对该寻呼消息进行处理(treatment),如放"用户已关机"的录音等.在 MS 发出此消息后就自动 将 RR 连接放弃. 问题研究: 附着和分离允许( 问题研究:IMSI 附着和分离允许(ATTATCH-DETACH ALLOWDE,ATT) , ) 参数 ATT 用来指示移动台在本小区内是否允许进行 IMSI 附着和分离的过程.0 表示不允许,1 表 示移动台必须启用附着和分离的过程. 在同一位置区的不同小区该参数的设置必须相同,因为移动台在该参数设为 1 的小区中关机时启动 IMSI 分离过程,网络将记录该用户处于非工作状态,并拒绝所有寻呼该用户的请求.若移动台再次开 机时处于同它关机时同一位置区(此时不触发位置更新)但不同的小区,而该小区的参数 ATT 设为 0, 此时移动台也不启动 IMSI 附着的过程,在这种情况下,该用户无法正常成为被叫直至它启动主叫或位 置更新过程.

四,周期性位置更新过程
当出现以下情况时,网络和移动台往往会失去联系:第一种情况是如果当移动台开着机而移动到网 络覆盖区以外的地方(即盲区),此时由于移动台无法向网络作出指示,因而网络因无法知道移动台目 前的状态,而仍会认为该移动台还处于附着的状态;第二种情况是当移动台在向网络发送"IMSI 分 离"消息时,如果此时无线路径的上行链路存在着一定的干扰导致链路的质量很差,那么网络就有可能 不能正确的译码该消息,这就意味着系统仍认为 MS 处于附着的状态;第三种情况是当移动台掉电时, 也无法将其状态通知给网络,而导致两者失去联系.当发生这几种情况后,若在此时该移动台被寻呼, 则系统将在此前用户所登记的位置区内发出寻呼消息,其结果必然是网络以无法收到寻呼响应而告终, 导致无效的占用系统的资源. 为了解决该问题,GSM 系统就采取了相应的措施,来迫使移动台必须在经过一定时间后,自动的 向网络汇报它目前的位置,网络就可以通过这种机制来及时了解移动台当前的状态有无发生变化,这就 是周期性位置更新机制.在 BSS 部分,它是通过小区的 BCCH 的系统广播消息,来向该小区内的所有 用户发送一个应该做周期性位置更新的时间 T3212,来强制移动台在该定时器超时后自动的向网络发起 位置更新的请求,请求原因注明是周期性位置更新.,移动台在做小区选择或重选后,将从当前服务小
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区的系统消息中读取 T3212,并将该定时器置位且存储在它的 SIM 卡中,此后当移动台发现 T3212 超时 后就会自动向网络发起位置更新请求.与此相对应的,在 NSS 部分,网络将定时的对在其 VLR 中标识 为 IMSI 附着的用户做查询,它会把在这一端时间内没有和网络做任何联系的用户的标识改为 IMSI 分离 (IMSI DETATCH),以防止对已与网络失去联系的移动台进行寻呼以导致白白浪费系统资源. 周期性位置更新是网络与移动用户保持紧密联系的一种重要手段,因此周期性位置更新越短,网络 的总体性能就越好.但频繁的位置更新有两个负作用:一是会使网络的信令流量大大增加,对无线资源 的利用率降低.在严重时将影响 MSC,BSC,BTS 的处理能力;另一方面将使移动台的耗电量急剧增 加,使该系统中移动台的待机时间大大缩短.因而 T3212 的设置应综合考虑系统的实际情况. 周期性位置更新的信令流程同正常位置更新的信令流程是一致的. 问题研究: 问题研究 T3212 的单位是 0.1 个小时.当该地区业务量较小,信令流量较低时可设置该值较小(如 8,18 等);当该地区的业务量很大,信令负荷很高时应适当提高该值.当将该值设为 0 时则表示该小区无需 位置更新.但该值的设置应小于网络对在其 VLR 中标识为 IMSI 附着的用户做查询周期的值,因为可能 会发生这种情况,该移动台在一定时间内未做任何操作,而它的周期性位置更新又未到时,而网络因查 询到它未做任何操作就会将其 IMSI 的标识改为关机状态,这样网络就不会处理对该移动台的寻呼了. 当移动台做小区选择时,将该服务小区的 T3212 存储在 SIM 卡中,当发现该值超时后,即触发位 置更新程序.当移动台在不同位置区内做小区重选时,因为这对应一次位置更新,因而移动台就会去采 用新小区的 T3212 值且从 0 开始计时.当移动台做一次呼叫处理时,也会将 T3212 置位.当移动台在不 同位置区内做小区重选时,如该两小区的 T3212 一样(例如都为 20),则会根据上一次的计时值继续 计时,如上次 T3212 的状态是 2/20(2 为目前的计时时间,20 为 T3212 的值),当小区重选后还是 2/20;如两小区的 T3212 不一样(设 A 小区是 20,B 小区是 8),当移动台在 A 中的状态是 2/20,当重 选为 B 时就会变成 2/8,此时当它再重选为 A 时就会变成 14/20.从这种情况我们可以看出,设目前的 计时时间为 T1,T3212 为 T0,即定时状态为 T1/T0,若 A 小区 T0-T1(距位置更新的时间)大于 B 小区 的 T0,则重选到 B 小区状态应为(T0b-T')/T0b,其中 T'为(T0a-T1a)/T0b 取余数;若 A 小区的 T0-T1 小于 B 小区的 T0,则则重选到 B 小区状态应为[T0b-(T0a-T1a)]/T0b.

第五节

MS 主叫过程分析

设一个移动台处于开机并且处于空闲状态,若它要建立与另一用户的呼叫(在此以与一个 PSTN 用 户的通信过程为例),在用户看来他只要输入另一个用户的号码,再按发送键,移动台就开始启动程序 直到电话拨通.其实移动台和网络需经过许多步骤才能将呼叫建立起来

一,呼叫建立过程
移动台首先需建立一个与 MSC 的主信令链路,并要进行鉴权加密及 TMSI 重分配的过程,详细过 程见第二节和第三节的内容.
(一) 被叫号码分析过程

在以上过程完毕以后,此时移动台才进入呼叫建立过程.首先将由移动台向网络发出一个启动 (SETUP)的报文,该消息包含着被叫号码和所需业务等许多内容(对于数据业务这种说明可以比较长 而且详细,对于补充业务还可以包含各种附加的信息),此时 MSC 就能够根据它来进行呼叫接续.当 MSC 收 到 SETUP 消 息 , 就 要 将 该 消 息 通 过 向 其 VLR 发 送 出 局 呼 叫 消 息 (SEND_INFO_FOR_O/C_CALL),VLR 在收到该消息后,根据其在位置更新过程中从 HLR 获得的该用
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户数据消息,来分析被叫的号码(在 VLR 中有各种号码分类的信息,它会检查看是否有指向该号码的 能力)和主叫用户本身的能力(根据主叫用户原来注册的业务是否支持本次呼叫的所需业务,如在拨打 国际长途时则看是否有国际长途受限),以及网络本身的资源能力等等)核对是否能接纳这种需求,若 某些项目不能通过,则向 MS 发出释放完成(RELEASE COMPLETE)的消息,呼叫建立就此失败,以 后 MS 再将底层的连接释放掉,然后转入空闲状态;若可以通过 VLR 则向 MSC 发回完成呼叫能力查询 (COMPLETE_CALL)的报文.当 MSC 收到此确认后则向 MS 发出呼叫继续(CALL PROCEEDING) 的消息表示主叫用户的呼叫请求已经通过了核对,呼叫正在进行之中. (二)话音信道指派过程(接续分配) 在 MSC 向 MS 发出(CALL PROCEEDING 消息后,它就要根据业务请求,
PSTN MSC BSC
A u t h R e q u e st T 3260 A u th R e s p o n s e C ip h e r M o d e C o m d T nt4 C ip h e r M o d e C o m p E nc r y py ion C m d E n c ry p t io n C o m p .

B T S /M S

C L 3 ( C M - S e rv i c e - R e q u e s t ) C M - S e rv i c e - R e q

C M S e rv A c c ( o r T M S I R e a ll o c a t io n ) S e tu p C a ll P r o c e e d in g A s sign m e nt R e q ue s t Tn t2 T1 0 C o n n e c t C o n f i rm C h a n n e l A c ti v a te C h a nn e l A ct Ac k . T3 1 07

A s s i ng m e n t C o m pl e te I n it i a l A d d r e s s M e s s a g e ( IA M ) A d d r e s s -C o m p l e te -M e s s a g e (A C M ) A n s w e r -M e s s a g e (A N M ) A l e rt i n g

C on ne c t C o n n e c t-A c k n o w l e d g e

S p e e ch I n d ic a t io n o f c h a n n e l t r a ff ic T im e r b e tw e e n m e s s a g e s

图示

呼叫建立过程

来 激 活 后 续 分 配 , 即 分 配 给 用 户 TCH 话 音 信 道 的 流 程 . 此 时 , MSC 要 向 BSC 发 出 指 派 请 求 (ASSIGNMENT REQUEST) 消息,在此消息中将含有所请求信道的类型等内容来要求 BSC 来给此次 呼叫分配 TCH 话音信道. BSC 在收到 MSC 的信道请求后,如果发现有 TCH 信道资源的话就会向 BTS 发出请求激活 TCH 信 道(Channel Activation for TCH)的消息,来激活相应的地面资源,该消息发出的也会启动本身的一个 计时器,若该 BTS 将电路等资源准备好后,就会向 BSC 发出信道激活响应(channel activation ack)的 报文.若此时 BSC 已无资源则向 MSC 返回无资源(RESOURCE FAILURE)的消息,而系统允许排队 (要根据 BSCQUEUEINGOPTION 所指示的方法有 ALLOWED/MSC 决定,FORCED/是由 O&M 驱使 的,NOT ALLOWED)的话,则 BSC 向 MSC 发出排队指示(QUEUING INDICATION)的消息,并将 指派请 求消息放入队 列同时打 开 T11 定时器 ,如定时 器超时则 向 MSC 发出 清除请求( CLEAR REQUEST 消息).其中立即指派请求,BSC 内切换,BSC 间切换是不许排队的,仅 TCH 资源请求 (即指派请求和小区内部切换)允许根据内部优先级的的指示来按优先顺序给相应的请求分配在规定时 间内被释放掉的信道,若排队长度或等候时间超出要求则请求将被拒绝. 在 BSC 收到 BTS 发出信道激活响应(CHANNEL ACTIVATION ACK)的报文后,就按照 BTS 所提供的 该信道的物理信息将它放在指派命令(ASSIGNMENT COMMAND)的消息中(该消息中包含着信道类
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别如话音/数据的指示,信道的速率和类别及话音解码算法和透明传输指示时器,分配优先级以及 CIC 电路识别码)通过 SDCCH 信道发给 MS. 在 MS 收到基站发来的 ASSIGNMENT COMMAND 消息后,将会就将收发信配置调整到该 TCH 信 道上,通过 FACCH 信道(此后传递信令,将都采用该信道形式,其实它就是利用的 TCH 信道,唯一不 同是将 TCH 突发脉冲的标识位由 0 改为 1,这种形式被称为偷帧)向系统发出 SABM 消息,系统在收 到该消息后,会向 BSC 发出 ESTABLISH INDICATION(建立指示消息),同初始分配信令信道一样, 需系统再发回一条 UA 的证实帧. 当 MS 收到 UA 帧后将通过 FACCH 信道向系统发出分配完成(ASSIGNMENT COMMPLETE)消 息,若因无线接口失败,无线接口消息失败或因干扰和硬件问题无法识别指派信息等原因 MS 无法占用 该指定的信道,MS 就会向系统发出 ASSIGNMENT FAILURE(指派失败),若因干扰等原因 MS 未收 到系统发给它的指派命令或系统未收到 MS 的响应导致在 BSC 未收到 MS 返回的消息,则系统将该信道 释放掉. 在 BSC 收到分配完成的信令后,一方面向 MSC 发出指派完成(ASSIGNMENT COMPLETE)消 息,一方面向 BTS 发出无线信道释放(RF CHANNEL RELEASE)消息,要求将以前占用的 SDCCH 信 令信道资源释放掉,当 BTS 完成了信令信道的释放后,将发给 BSC 一条信道释放完成(RF CHANNEL RELEASE ACK)消息,BSC 收到此消息后就认为该信道已返回到空闲状态下,该资源可以用于分配给 新的信道请求.

图示 业务信道指派过程

问题研究: 问题研究 1, 针对不同的用处,GSM 分别有三种分配信道的程序.分别是初始化信道分配,接续信道分配, 切换信道分配. 初始化信道分配:是用于 MS 与网络之间建立信令的传输所必须的,如处理位置更新的需求 等.在建立信令传输过程中,系统也可首先选择给它分配 TCH 信道,这被称为过早分配 (VEA);若首先选择给它分配 SDCCH 信道,在需要时才分配 TCH 信道,这被称为预分配 (EA);若首先选择给它分配 SDCCH 信道,当在被叫端发回连接消息(CONNECT)时,才 分配 TCH 信道,这被称为停止广播建立呼叫(OACSU),在当前阶段我们采用的是 EA 分配 模式.在初始化分配中,若使用了 EA 分配模式,当无有可用的 SDCCH 信道时,也可给该信 道请求并根据该请求的优先级来直接分配 TCH 信道,来替代 SDCCH 信道完成信令消息的传 送,但应注意用 TCH 信道来传送信令是相当浪费的(因为一个 TCH 信道相当于八个 SDCCH 信道),当这种情况相当严重时,应及时增加 SDCCH 信道以满足网络的需要. 接续信道分配:这对应于在本节中所讲到的内容,当利用初始分配的信令信道完成鉴权加密过 程后,若该次通信有传递话音或数据的请求时,则触发接续信道的分配来分配一个 TCH 信 道.
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切换信道的分配:该分配用于在呼叫过程中,由于切换的需要来申请网络给它一条信道.在该 分配中根据是通过 SDCCH 过程中的切换或是在 TCH 过程中的切换,来分配相应的信道. 2,小区内部切换过程和该指派过程的程序是一样的,只是报文的名称不同而 已. 和立即指派过程 有些类似,当在 MS 的指派过程中,BSC 将触发一个 T3107 的定时器,该定时器在 BSC 向 BTS 发送指 派命令(ASSIGNMENT COMMAND )的报文启动,在收到 BTS 发出的指派完成时(ASSIGNMENT COMPLETE )时,将该定时器复位.该定时器逾时一般是由于无线链路覆盖很差导致的,当此定时器 逾时后,将认为移动台已脱网,则将占用的该资源释放掉让给其它的移动台.通过经验值,一般信道的 指派过程将在 2 秒中完成,如在两秒中 BSC 仍未收到指派完成消息,则该指派过程失败.但有时网络 质量很差需重复发某些消息,此阶段则可延长至 5 秒.一般来说,当该小区的话务负荷很重,则可将该 定时器设为 2~5 秒.若较为空闲,则可将该定时器设为 10 秒. (三),呼叫连接过程 当收到 BSC 发回的指派完成消息后,MSC 在向被叫端送出初始化地址 I AM 消息(该报文中含有 可用于被叫接续的消息,通过它来建立与被叫网络之间的路由),不用很久就会收到被叫端网络发回的 有关呼叫建立的报告,若成功 MSC 则会收到 ACM(地址完成)消息,如果因某种原因(如对端占线或 线路拥塞等等)呼叫建立失败,主叫 MSC 则会收到被叫端发出的 RELESASE(释放)消息. 此时如果 MSC 收到被叫端发回的 ACM(ADDDRESS COMPLETE 地址完成)消息后,它的反应是 将 ALERTING(待命)消息发给该 MS(该消息可由 MS 翻译成回铃音),该消息属 DTAP 消息类别, 若被叫不应答而主叫也没有终止的动作,经过一定的时间,网络端会终止呼叫或可执行无应答转移.. 如此时被叫摘机,MSC 会收到被叫端发回的 ANSWER(应答)消息,此时主叫与被叫之间的链路 接通,MSC 将发给 MS 一条 CC 协议中的 CONNECT(接通)消息,MS 收到该消息后将停止待命指 示,接着向系统返回 CC 协议中的 CONNECT ACKNOWLEDGE(接通确认),当系统收到此消息时, 就开始记费.如被叫端是数据设备,在收到 SETUP 指示后可直接进入 CONNECT 状态.这时呼叫建立 过程完毕,双方进入通话或传送数据业务阶段.

二,呼叫释放过程
若主叫先挂机时,则 MS 利用 FACCH 信道向 MSC 发出 Disconnect(拆线)消息,在 MSC 收到该消息 后,则向被叫端发出释放消息 来通知对方通信终止,端到端的连接到此结束.但至此呼叫并未完全结 束,因为系统与 MS 之间仍需保持一定的任务,如送收费指示等,当系统认为与 MS 之间的连接已无必 要时,则向主叫端 MS 发出 RELEASE(释放)消息,在 MS 收到该消息后会向系统发出 RELEASE COMPLETE(释放完成消息),表呼叫已结束.同样当由被叫先挂机时,也会向主叫端发出 RELEASE 的消息,MSC 在收到该报文后,将向主叫 MS 发出 DISCONNECT 的消息,当为非正常结束时,该报文 还进一步指出了非正常结束的原因. 在 MSC 收到 MS 的释放完成(RELEASE COMPLETE)消息后,则向 BSC 发出清除命令(CLEAR COMMAND)的报文消息来释放所有信令链路.,在该消息中携带着此次呼叫清除的原因,例如,因切 换完成而清除还是因位置更新完成而清除等等,.当由于是无线接口消息失败,无线链路失败或因设备 故障等原因导致呼叫进程非正常性释放而向系统发出清除请求(CLEAR REQUEST)消息. BSC 收到该命令后,一方面向 MS 发出释放信道(CHANNEL RELEASE)的消息,表示将所有底 层链路释放掉要求 MS 返回空闲模式下,同时将 T3109 定时器启动.移动台收到该命令后,就要拆除上 行信令链路(即停止发送上行方向上的 SACCH 随路信令的测量报告),当它发现下行链路已被拆除 后,即发现 BTS 的无线链路超时值(RADIOLINKTIMEOUT)已变为 0 时,将向 BTS 发送 DISC 消息, 表示无线链路已拆除,MS 已返回到空闲状态下,BSC 收到后,将向 MS 发出 UA 的证实.当 BTS 发现上 行链路已被拆除后,将向 BSC 发出释放指示(RELEASE INDICATION)消息来向 BSC 报告这一事件. 为了保证上下行链路都能及时的拆除,在 BSC 向 MS 发出 CHANNEL RELEASE 消息要求拆除上行
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链路的同时,随后它还要向 BTS 发出去活 SACCH(Deactivate SACCH)的报文消息来,将要求释放下 行的随路信令(即要求停止双方之间的信令联系).BTS 在收到此消息后,将停止传输下行链路的 SACCH 帧,从而使移动台的的下行链路故障计数器在一给定的时间后不可避免的降为 0.当 BTS 开始 执行停止 SACCH 下行链路的系统消息后,即向 BSC 发出去活 SACCH 响应(Deactivate SACCH ACK) 消息. BSC 收到 RELEASE INDICATION 消息后,将定时器 T3109 复位,并启动定时器 T3111, ,随即并向 BTS 发出 RF CHANNLE RELEASE(此时将 T3111 复位)要求释放 TCH 资源(此时才释放物理信道资源是为了 给呼叫重建留有时间)当收到 BTS 返回的 RF CHANNLE RELEASE ACK 消息时,BSC 就认为该信道资源 已空闲可用于再分配了. 此时它还要将向 MSC 发出 CLEAR COMPLETE 消息,表无线链路已清除完毕. MSC 收到此消息后,则会通过发 RLSD 和收 RLC 来完成对 SCCP 连接的释放.到此该信令流程已彻底 完毕.

图示 通信信道释放过程

第六节
一, 查询过程

MS 被叫过程分析

当主叫端信令链路建立起来之后,主叫端将把初始化地址消息(IAI)发送给其关口局 MSC (GMSC),因为在该 IAI 消息中含有被叫用户的 MSISDN,GMSC 就可以根据其 MSISDN 号码分析出 其 被 叫 归 属 HLR 的 七 号 信 令 识 别 号 , 于 是 GMSC 就 可 向 该 HLR 发 出 一 条 送 路 由 消 息 (SEND_ROUTING_INFORMATION)的报文,HLR 收到该消息后,将检查用户的记录,然后根据记录 内容采取不同的步骤并给 GMSC 相应的应答. 其一:在正常的情况下,HLR 在这时只知道该用户目前所在 VLR 的部分识别号(如 CCS7 地址或 通用的标志).为了能使该呼叫获得到达该 MSC 的最终路由信息,HLR 将向被访 VLR 发送一条提供漫 游号码(PROVIDE ROAMING_ NUMBER)的报文,该报文中含有用户的 IMSI 等信息,来请求 VLR 给 该次呼叫提供一个 MSRN 号码,当被访 MSC/VLR 收到此消息后,将从空闲号码中选择出一个漫游号 码 , 并 将 其 同 IMSI 临 时 联 系 起 来 , 并 通 过 回 送 漫 游 号 码 结 果 (PROVIDE_ROAMING_NUMBER_RESULT)的报文将分配给该次呼叫的 MSRN 号码发换给 HLR 作为 应 答 . 当 HLR 收 到 被 访 的 VLR 提 供 的 MSRN 后 , 将 以 一 条 回 送 路 由 信 息 结 果 (SEND_ROUTING_INFORMATION_RESULT)的报文将消息转到发起呼叫的 GMSC.此时 GMSC 就 可以通过获得的 MSRN 号作为地址来找到被访的 VLR 并向其发送初始化地址消息 IAI,当被访 MSC 收 到该消息后可通过 MSRN 从其存储器记录中中恢复该移动用户的 IMSI,来进行寻呼该移动台的过程.

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当呼叫完全建立起来后,就可以释放该漫游号码以供其它用户所使用. 其二:通过被叫 VLR 发回的消息指示,若被叫用户记录被设置为闭锁全部来话(BAIC)或闭锁漫 游情况下的来话(BIC_roam)且目前该用户正处于漫游中.此时 HLR 将对该呼叫进行处理(放相关录 音等). 其三:用户记录被设为无条件前转(CFU),HLR 将该转移号码发回到原 GMSC 再由 GMSC 分析 此号码来重新定义路由. 其四:当该呼叫不可及即没有该用户目前所在的 VLR 号码,而且又没有设置呼叫前转,此时将给 GMSC 发回出错的消息(ERROR).

二,寻呼过程
当 被 叫 MSC 收 到 GMSC 发 来 的 IAI 消 息 后 , 将 向 其 VLR 发 送 一 条 入 局 呼 叫 消 息 (SEND_INFO_I/C_CALL),VLR 在收到该消息后,来分析被叫的号码(在 VLR 中有各种号码分类的 信息,它会检查看是否有指向该号码的能力)和网络本身的资源能力等等来核对是否能接纳这种需求, 若 某 些 项 目 不 能 通 过 将 通 知 主 叫 端 呼 叫 建 立 失 败 . 在 正 常 的 情 况 下 VLR 将 向 MSC 发 送 寻 呼 (PAGING)的 MAP 消息,该消息中含有该移动台所在的位置区(LAI)以及被寻呼用户的 IMSI 或 TMSI 的号码,来通知 MSC 开始执行寻呼该移动台的过程. 当 MSC 从 VLR 中获得移动台目前所处的位置区后,将向这一位置区中的所有 BSC 发出寻呼 (PAGING)的报文,该报文中含有寻呼所需的必须发寻呼消息的小区列表及 TMSI 和 IMSI 信息,其中 IMSI 有两个用处,一个是可以用来通过小区的寻呼信道来寻呼移动台,一个是为了处理不连续接收所 所被用来确认寻呼子信道的. BSC 将对依据表中所定义的该位置区的所有小区发出寻呼命令(PAGING COMMAND)在该报文 中将含有所属寻呼子信道组的号码和所占用的时隙号(通过 IMSI 号码的后三位,寻呼子信道总数和该 小区用于寻呼时隙的总数计算所得). 当 小 区 收 到 该 寻 呼 命 令 时 , 将 该 寻 呼 所 属 的 寻 呼 子 信 道 上 发 出 寻 呼 请 求 消 息 ( PAGING REQUEST),在该消息中携带有被寻呼用户的 IMSI 或 TMSI 号码. 此时,被叫移动台若在其守侯的寻呼子信道上,通过对寻呼消息的解码,若发现是对自己的寻呼, 则将发出信道请求(channel request)来触发初始化信道分配过程(详见第二节),当收到网络对它的 立即指派命令时,则通过 SABM 帧在所被指派的信道上发回寻呼应答(PAGING RESPOSE)的初始化

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报文.此后再通过一系列的鉴权加密,TMSI 重新分配过程,就进入了被叫的呼叫建立过程.
图示 寻呼

三,被叫的呼叫建立过程
当 MSC 完成了对移动台的 TMSI 重新分配后,就会向移动台发一条启动(SETUP)的消息,其中 包括了呼叫所必须的细节(如请求的业务类别和主叫号码等),被叫移动台收到此消息后,则将该消息 进行核实,如果移动台能处理主叫请求的业务类别,就返回一条呼叫核准(CALL CONFIRMED)消 息,在该消息中,还将携带着移动台选定的参数,如移动台可选用哪一种速率的信道(全速率 TCH 及 半速率 TCH)和选定的业务类别. 当 MSC 收到呼叫核准的消息后,将向 BSC 发起指派请求,来给被叫用户分配话音信道.指派过程 完成消息后,被叫移动台将向网络发出待命(ALERTING)的消息,此时被叫移动台将出现震铃提示, MSC 在收到该指示后,则向主叫方发出地址完成的消息(ACM),主叫端在收到该消息后也会将该提 示发给主叫用户. 此时,被叫用户在听到提示,作应答后,即将发送给 MSC 一条接通(CONNECT)的消息,MSC 在收到此消息后接通全部传输链路,用户端到端的传输正式建立. 问题研究: 问题研究: 1,寻呼请求报文种类: 为了与寻呼所用的识别符大小相适配,GSM 将寻呼报文分为三类,分别称为 PAGING REQUEST TYPE1,TYPE2 和 TYPE3.TYPE1 能携带两个任意种类的识别符(即可承载两个 IMSI);TYPE2 能承 载两个 TMSI 和一个任意种类的识别符;TYPE3 可承载 4 个 TMSI.
2,寻呼重发:

为了防止移动台可能在一次寻呼内没能对给它的寻呼消息准确解码,或 做信道 请求时,由于 种种等缘故也没有被网络所解码,造成寻呼失败,因而 GSM 引入了寻呼重发机制.在北电小区参数 中,提供了三个参数控制呼叫重发,分别是 noOfRepeat(基站对移动台的寻呼消息的重发次数), delayBetweenReTrans(同一寻呼命令的两次重发之间相隔的寻呼子信道周期),retransDuration(同一 寻呼命令的首次发送和末次发送所间隔的最大寻呼子信道块数).在设置此类参数时应注意不要造成, 用户很快挂机后的二次寻呼.典型的重发次数是 3 次. 3, 呼叫转移对路由的影响 在补充业务中对呼叫路由影响最大的要算呼叫转移的功能,有许多的原因会引起呼叫转移,其中分 为无条件前转(CFU),遇忙前转(CFB),呼叫不可及前转(CFNRc),呼叫无应答前转 (CFNRy),系统对它们的处理办法也是不一样的,下面让我们具体讨论一下其路由选择的过程. (1)无条件前转(CFU) 当 GMSC 向 HLR 发路由请求消息(SEND_ROUTING_INFORMATION)后,如 HLR 发现该用户有 无条件转移的功能后,将在回送路由结果消息(SEND_ROUTING_INFORMATION_RESULT)直接把该转 移号码发回到原 GMSC 再由 GMSC 分析此号码来重新定义路由. (2)遇忙前转(CFB) 当 GMSC 通过从 HLR 中得到的被叫的漫游号码 MSRN 找到 VMSC/VLR 后,却发现被叫用户正忙, 且有遇忙转移 CFB 的功能,则由其 VMSC/VLR 完成该转移号码的呼叫转接,送至第三方.当未发现有 CFB 的功能时,将直接对该呼叫进行处理(如发用户忙的录音等).此时并不执行寻呼过程. (3)呼叫不可及前转(CFNRc) 该功能要根据网络端如何判断被叫不可及的方法,其处理的办法也不同.

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一种情况是当被叫用户最后一次在某地理区域进行位置登记时没有成功,在 HLR 中记录了这种情 况,已经知道无法接到该移动用户,于是就可以自己做出呼叫不可及前转的判决. 另一种情况是当 HLR 中没有这种登记时,呼叫仍按正常的过程进行,直到 MSC 对该用户进行寻 呼,而在规定的时间内没有得到用户的发回的寻呼响应(PAGING RESPOSE),则判定该用户不可 及,而 MSC 则将该呼叫前转.这种情况发生的原因很多,一种原因是在该用户进入了盲区或移动台掉 电,此时因 VMSC 对 IMSI 附着的用户还未做定期的查询,因而无法判断该移动台的状态,而导致对它 们的寻呼失败.还有一种原因是该移动台正在 LAC 边界进行着频繁的位置更新活动而无法去响应寻呼 或当去申请信道时因网络无信道资源或指派不成功,而导致寻呼超时. 还有一种情况是该移动用户关机造成的(IMSI 分离),由于这种标志是在 VLR 而不是在 HLR,因 而由此引起呼叫前转只能由 VMSC/VLR 发起. (4)呼叫无应答前转(CFNRy) 当 VMSC 对该用户寻呼成功,而且被叫端向系统发回了待命(ALERTING)的消息,但在系统规定 时间内,被叫用户并没有应答,即回发连接(CONNECT)消息,而且 VMSC 发现该用户激活了呼叫无 应答前转的功能,则由此引起呼叫前转. 在此大家应值得注意的是,在激活呼叫转移功能后,对于主叫用户只收取 GMSC 以内的路由的费 用,而对于被叫用户却不同了,因为他将要承担第二路由的费用,假如被叫用户在国外而前转的对象在 国内,这时原来一次国内通信可解决的问题,将变为两次国际呼叫.为了避免该问题的发生,在这种情 况下最好设为无条件前转. 4, 呼叫等待(CW)和呼叫保持(HOLD): : 在补充业务中,GSM 有一个呼叫等待的业务.当 MSC 收到主叫端对它发来的 IAI 消息后,当发现被 叫用户正在进行另一个通信时,且该用户激活了呼叫等待功能,则 MSC 则可跳过寻呼过程及移动台和 MSC 之间低层的建立过程,将利用它们之间已存在的信令方式,直接移动台发出 SETUP 的报文.如当 激活了呼叫保持功能后,就可在两者之间切换通话. 当遇忙前转(CFB)和呼叫等待同时被激活时,当另一个呼叫到来时,也会先启动呼叫等待的业务, 当再有一个呼叫到来时才启动呼叫遇忙前转的业务.

第七节 无线链路控制
一,无线链路故障
当移动台在通信过程中语音或数据恶化到不可接受,这是由于系统存在干扰或接收电平很低,导 致移动台无法正确解码网络的发送来的信息,且无法通过功率控制或切换来控制时(既所谓的无线链路 故障),当出现这种情况时移动台或者启动呼叫重建,或者强行拆链.由于强行拆链实际上引入了一次 掉话的过程,因而必须保证只有在通信质量确实无法接受时,移动台才认为是无线链路故障.因而 GSM 规范引入了一个无线链路超时的概念(RADIOLINKTIMEOUT),该值也可在小区参数中设定, 在 BCCH 和 SACCH 携带的系统消息中发送给移动台. 当移动台收到该参数后时,就将其内部计数器 S 的初值设为所定义的值.若移动台在通信过程中 在应该收到 SACCH(它在移动台处于专用模式下时,携带有系统消息)而无法译出一个正确的 SACCH 消息,S 则减 1,反之,则加 2,但 S 值不可超过无线链路超时的值,当 S 计到 0 时,移动台则报告无线 链路失败. 当该值设置较小时,在移动台的接收电平由于地形等原因突然衰落很大时,很容易产生掉话,从 而影响了网络的质量,损害了用户的利益.但当该值设置很大时,尽管话音质量早已不能接受,而网络
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却只能等到无线链路超时时,才能释放相关的资源,从而使资源的利用率变低.因而在设置该参数时, 应注意实际的情况.一般在业务量较小的边远地区可将该值设的大一些,而在业务量较大的地区可设置 的小一些.但在存在明显盲点的小区应将该值适当增大. 在对无线链路故障的监测过程中,应注意保持对上下行的控制应一致,即基站一侧和移动台一侧 应保持对无线链路故障的算法一致. 在观测无线链路超时时,MS 和 BTS 都在观测链路的失败情况, (一),移动台首先发现下行链路故障 MS 负责监测下行的无线链路超时(通过,在系统消息中获得的无线链路超时值,当 MS 收到该值 时,则按照该值置位,若不正确译码 SACCH 的系统消息一次,则将该值减一,若正确收到一次,则将 该值加二,最大值不能超过无线链路超时值;当 MS 发现该值变为 0 时,则将认为下行无线链路失败. 此时 MS 将会根据 SACCH 的系统消息中是否允许呼叫重建的指示,来决定是否进行呼叫重建,若允许 的话将向 BTS 发出信道请求的消息 channel request,若不允许则 MS 转入空闲的模式下); (二),BTS 首先发现下行链路故障(此为北电网络的设计) BTS负责监测下行的无线链路超时情况,它的无线链路故障的计数器CT应与MS保持一致,当BTS收到 BSC发来的信道激活时,则将本身的计数器置位为0,当开始收到SACCH发来的测量报告时,则将该计 数器置位CT=RLF1*4+4(此时CT值应等于无线链路超时值),当无法正确译码一次MS发来的SACCH 的测量报告时,则将该计数器CT = max(0,CT–rlf3),当正确译码一次后则将该计数器CT=min(4*rlf1 + 4,CT+rlf2).其中RLF1,RLF2,RLF3为小区参数,如当无线链路超时值为20个SACCH测量周期时, RLF1为4,RLF2为2,RLF3为1. 在不正常释放的情况下当 BTS 发现该值变为 0 时,则将向 BSC 发出 CONNECTION FAILURE INDICATION 的消息,当 BSC 收到该消息后将定时器 T3109 置位(系统设置 T3109 是为了给移动台留 出呼叫重建的时间,因而该值必须大于无线链路超时的时间,设无线链路超时的时间为 20 个 SACCH 报告的周期,大约 10 秒左右,这是由于移动台须用大约 10 秒来判断下行无线链路超时,大约用 5 秒来 测量它的邻小区的情况,而后将发起呼叫重建的请求).当 T3109 等待的时间超时后,将向 MSC 发出 CLEAR REQUEST(在该消息中携带有不正常释放的原因)的消息,当 MSC 收到该消息后则向 BSC 发 出 CLEAR COMMAND 的指令,要求释放无线资源,当 BSC 收到该指令后,将直接完成向 BTS 发出 RF CHANNLE RELEASE 要求释放 TCH 资源,当收到 BTS 返回的 RF CHANNLE RELEASE ACK 消息 时,BSC 就认为该信道资源已空闲可用于再分配了. 此时它还要将向 MSC 发出 CLEAR COMPLETE 消息, 表无线链路已清除完毕.).

二,呼叫重建
呼叫重建程序是允许移动台在无线链路失败后,来重新恢复连接的一个过程,呼叫重建可能会建立 在一个新的小区或新位置区上. 在无线环境下,一条连接很有可能突然中断,这可能是由于桥梁,建筑物,隧道等障碍物给移动台造 成的严重传播损耗,当采用该机制后,移动台便可利用另一小区在很短的时间内继续通话,在某种程度 上可改善网络的服务质量.可以认为呼叫重建是一种移动台发起的切换,但只限于对当前小区丢失的呼 叫来用于挽救切换的一种极端情况. 呼叫重建根据首先察觉无线链路失败的实体不同,将会导致两个不同的建立程序. 1, MS 侧首先察觉无线链路失败 移动台将在被选中的小区上(可能是原小区,也可能是新小区)发送一个呼叫重建的请求.以前的信 道资源将在BTS侧的定时器rlf1超时后被BSC释放掉. 2, BSS侧首先察觉无线链路超时
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在BTS侧的定时器rlf1超时后,BTS将发送一个无线链路故障的消息到BSC.此后BSC将释放掉旧的无 线资源,同时MSC将激活定时器T3109来等待移动台的呼叫重建.而后移动台通过一段时间的观察,当 检测到无线链路失败后,它就会通过来选择一个合适的邻小区,并在选中的小区上发出信道请求. 如果要想一个小区支持呼叫重建,那么小区参数callReestablisment必须要设为"allowed",而且该小区 不能是被禁止的(cell barred). 移动台最多在5秒钟之内应该根据以下算法来决定在哪个小区上进行呼叫重建 1, 根据在SACCH上携带的邻小区的BA表(频率分配表),来测量服务小区和邻小区的BCCH载波的接 收电平,并根据5秒的测得的平均测量样本值来选择一个接收电平最高的小区作为呼叫重建的目标小 区. 2, 在该频点上,移动台将试图去解码BCCH数据块所携带的影响小区选择的系统消息,当该小区未被 禁止,C1值大于0并且允许呼叫重建时,将选择该小区.否则,将选择次强的小区进行重试以上的 步骤. 3, 当接收电平最强的6个小区都被尝试但都不合乎条件时,则放弃该次呼叫重建. 应注意,在呼叫重建期内,移动台无法回到空闲模式下,因而当移动台选择了一个位置区不同的小区 作为呼叫重建的目标小区时将无法执行位置更新,只有当该次呼叫结束后移动台才能进行位置更新. 一般情况下,呼叫重建程序将持续 4~20 秒的时间,多数用户在重建完成前都已挂机,因而呼叫重 建非但达不到目的还浪费了许多无线资源.因而建议在信道资源较紧张的地区,最好不要激活该功能.

第八节 切换
在移动用户通话过程中为了使呼叫建立在最好的小区中以及为了使呼叫不至于掉话,就引入了切 换的概念.换句话说切换就是为了维持移动台从一个小区移动到另一个小区使通话能继续进行,以及满 足网络管理的需要.触发切换的原因,切换的准备和判决及切换的执行等是一个十分复杂的过程,下面 就让我们具体的研究一下切换的过程.

作者:韩斌杰

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图示 切换过程

一, 切换过程
整个切换过程将由 MS,BTS,BSC 和 MSC 共同完成,MS 负责测量无线子系统的下行链路性能和 从周围小区中接收信号强度这些.BTS 将负责监视每个被服务的移动台的上行接收电平和质量,此外它 还要在其空闲的话务信道上监测干扰电平.BTS 将把它和移动台测量的结果送往 BSC.最初的评价以及 切换门限和步骤是由 BSC 完成.对从其它 BSS 和 MSC 发来的信息,测量结果的评价是由 MSC 来完 成.

二, 切换准备
(一) 测量报告 在通信过程中,系统对切换的判决取决于移动台定期对网络发送的测量报告(该测量报告是移动台 在处于专用模式下时通过上行的 SACCH 信道来向系统报告),以及基站对上行链路的测量报告,这两 份测量报告将同时送到 BSC 中进行判决.在 SACCH 信道的下行方向上,它负责向处于专用模式下的移 动台来发送系统消息,其中有本小区和邻小区的参数设置情况.移动台就根据系统提供的这些信息,在 通信过程中要向网络汇报本小区的接收电平和信号质量及 TA 值,功率控制和是否使用 DTX 的情况,此 外还要对系统所定义的供该小区切换的邻小区来进行预同步并测量它们 BCCH 频点的接收电平.除空闲 帧外,移动台要对所有的帧进行测量.空闲帧用于对最佳小区进行搜索,用于同步邻小区的 FCH 并解 码 SCH.上行方向上移动台将把在本测量周期内,它所测得的本小区的情况以及接收电平最强的六个邻 小区通过上行的 SACCH 信道上报给系统.系统将根据这些情况来进行切换判决. (二) 测量报告的周期 根据 MS 在专用模式下所占的信道不同,SACCH 测量报告的周期也就不同.
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当 SACCH 测 量报告伴随 SDCCH 信道时,由于一个完整的 SACCH 的 消息块是 2 个 51 复帧,即为 470ms.当 SACCH 测量报告伴随 TCH 信道时,由 于一个完整的 SACCH 的消息块是 4 个 26 复帧,即为 480ms.这是由于四个 SACCH 的突发脉冲才能组 成一个完整的消息,也就是一个完整的测量报告,而在 SDCCH 信道时,这四个突发脉冲是连续发送的 (两个 51 复帧拥有 8 个 SDCCH 信道的测量报告);当在 TCH 信道时情况就不一样了,SACCH 的突发 脉冲不是连续发送的,在每个 26 复帧只有一个 SACCH 的突发脉冲,因而只有当收集了 4 个 26 复帧时 才能构成一个完整的 SACCH 的测量报告. 还应注意的是,上一章提到过无论是否采用不连续发射 DTX 时,测量报告都有两个值,一个是全局 测量(FULL),一个是局部测量(SUB).局部测量是对 12 突发脉冲进行平均的(4 个 SACCH 突发 脉冲,8 个特定位置的 TCH 突发脉冲),全局测量是对 100 个 TCH 的突发脉冲进行平均的(即 4 个 26 复帧中的 4 个空闲帧除外). (三) 测量报告的处理 基站要将自己对上行链路的测量报告,以及收集到的移动台的关于下行链 路测量报告进行处理.它要将从中获得的信号电平(RXLEV),信号质量(RXQUAL),时间提前量 (TA)的测量样本值,再根据相关的参数设定值(参加算术平均的样本值,参加加全平均的样本值来 进行算术平均和加权平均.系统将在设定的时刻(参与的样本数目)来运行相关的判决(是否执行电平 切换,是否执行质量切换及是否执行距离切换等). (四)邻小区的预同步 在通信过程中,移动台为了和其邻小区建立起预同步切换关系而必须要根据服务小区下行 SACCH 携带的系统消息的指示去收听其邻小区的标频(预同步切换用于在发生不可避免的切换时,移动台可以 接入被指派的信道),标频是携带着小区的同步和频率校正信道的,移动台检查它接收的信道确实是标 频信道的一种办法就是确认这个频率是否携带着一个 FCCH.预同步要求移动台不仅要对其邻小区的 FCCH 解码而且要对带有 TDMA 帧号和 BSIC 号的 SCH 来解码,而移动台如何来找到 FCCH,如何来对 SCH 解码呢? 移动台只有通过在其 TCH 复帧的空闲时隙才有时间来解译其邻小区 BCCH 标频的信息.实际上, 在数据交换过程中移动台接收的末尾和发送开始这个时间间隔内(大约为 1ms),它可用来测量本小区 的接收电平和信号质量,但没有足够的时间来测量邻小区的电平;在移动台从发送的末尾和接收的开始 这个时间间隔内(大约 2ms),它不仅可以用来测量本小区的接收电平和信号质量,还可以来测量邻小 区的电平,但还是没有时间来找到 FCCH;在 TCH 的 26 复帧的结构中总有一个空闲帧,移动台就可以 利用属于它的这个空闲时隙的长间隔内(大约 6ms)来进行 FCCH 和 SCH 的解码,但在这个时隙内并 不一定能找到邻小区的 FCCH 信道,这就是 26 和 51 两个数的算术特性介入的地方,因为这两个数没有 公因子,两个周期随时间推移而循环移动,可使空闲时隙百分百能在 11 个循环内与 FCCH 对准.当 SACCH 伴随着 SDCCH 信道时,虽然它此时的周期也是 51 复帧,但是应注意分配给移动台的 SDCCH 信道只占这 51 复帧的 1/8,因而它的空闲时隙很多,必定能和其邻小区同步上. (五)移动台列入邻小区表的小区应满足的条件 当基站收到移动台关于其邻小区的报告后,它会根据其参数定义情况来检查该邻小区是否满足条 件,其公式如下: RXLEV_NCELL(n)>rxLevMinCell(n)+MAX(0,Pa) Pa=msTxPwrMaxCell (n)- msTxPwrMax 其中 RXLEV_NCELL(n)是该邻小区的接收电平,rxLevMinCell(n)是邻小区的最小接入电平, msTxPwrMaxCell(n)是允许移动台在邻小区专用信道上发射的最大功率,msTxPwrMax 是移动台在服务 小区专用信道上的最大发射功率.单位:dBm. 在这里 rxLevMinCell(n),msTxPwrMaxCell(n)都是由服务小区中的切换小区参数定义的,系统在专 用模式下通过 SACCH 的系统消息来通知移动台的,只有当移动台测量所得邻小区的接收电平符合该条
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件时,才将该小区列入切换候选小区表.在定义 rxLevMinCell(n)时,一定要保证它比服务小区的最小接 入电平(rxLevaccessMin)要大出一些,来使切换的成功率提高.定义 Pa 的目的是报证仅当低功率的移 动台的接收电平足够高时方可接入其邻小区,来使通话的质量尽量好一些. 问题研究: 问题研究:BSIC 对切换的影响 当移动台收到 SCH 后,即已认为同步于该小区,但为了正确译出下行公共信令信道上的信息.移 动台还必须知道公共信令信道所采用的训练序列,训练序列有八种固定的格式,分别与 BSIC 中的 BCC (0~7)一一对应.因此,SCH 信道中携带的 BSIC 的作用还有通知移动台它的服务小区公共信令信道 所采用的训练序列号. 由于 BSIC 参与了随机接入信道 RACH 的译码过程(BSIC 用来参与生成 RACH 上的随机接入突发 脉冲的 36 比特的信息位),因此它可以用来避免基站将移动台发向其相邻小区的 RACH 误译为被小区 的接入信道. BSIC 还可以使移动台能区别出用相同频率发送它们定标信道的小区.两个具有相同频点和相同 BSIC 的小区之间相隔的距离一定要尽量的远,否则将对系统产生很大的干扰.在移动台在向系统汇报的测量 报告时,将向网络报告信号最好的 6 个邻小区的情况,而移动台是根据从收听系统得来 BSIC 和频点来 区分其不同的邻小区并与其实现预同步的,在测量报告中也仅通过所描述的 BSIC 和频点的不同以区分 其邻小区的是什么.因而当有一与服务小区的邻小区具有相同 BSIC 和频点的小区在该服务小区的信号 足够好时,就会被在该服务小区中的移动台认为是其邻小区的信号,于是当由此引起的发生切换时往往 就会导致失败和掉话,这也被称为是"孤岛效应".

三, 触发切换的原因
为了满足使移动台在各种条件下都能及时的发生切换,以保证移动用户通话的始终能够顺利进行, 因而这就需要根据情况不同来使移动台进行相应的切换.基本触发切换的原因有功率预算切换,救援性 电平切换,救援性质量切换,距离切换和话务切换.下面我们分别介绍一下各种触发切换的原因. 1,预防性功率预算切换: 为了使移动用户将通话永远建立在接收电平最高的小区上,当移动台穿过两小区的边界时,当 BSC 根据移动台的测量报告发现某邻小区的接收电平满足一定的要求,就将触发到该小区的功率预算切换. 由于该原因触发的切换的优先级是比较高,正常的话,功率预算切换应占到切换总数的 50%以上,仅当 没有出现满足该切换条件的小区,网络才会考虑触发其它类型的切换. 其公式如下: PBGT (n) – hoMargin (n) > 0 其中:PBGT = RxLev_NCell(n) – [RxLev_DL + nPb ] + Pa
nPb = bsTxPwrMax – bsCurrentTxPwr Pa = Min (msTxPwrMax, MSTxPwr)– Min (msTxPwrMaxCell (n), MSTxPwr)

其中 RxLev_NCell(n)是移动台测得的其邻小区的接收电平;RxLev_DL 也是移动台测得的服务小区 的 下 行 接 收 电 平 ; bsTxPwrMax 是 基 站 的 最 大 允 许 发 射 功 率 , 它 也 是 在 小 区 参 数 中 所 定 义 的 ; bsCurrentTxPwr 是基站在使用功率控制后当前的发射功率;MSTxPwr 是移动台的额定最大发射功率, 在移动台与网络试图建立通信时,它将通过初始化报文以类标(classmark)的形式来通知网络. 当满足该公式且 PBGT(n)最大的邻小区将被选为切换的目标小区,在这里面有一个切换容限 (hoMargin)的概念,它也是在该服务小区的邻小区切换参数中定义的.GSM 把它引入的目的是为了 增加切换的难度,来预防当服务小区的接收电平和其邻小区的接收电平差不多时所引起的乒乓效应,即 在两小区中来回的频繁切换.但该值不能设置过高,以防引起切换滞后降低切换效率.由于 hoMargin 的定义是针对邻小区的,它可以按一对小区独立设置,这样就可有目的的来调整话务负荷,如当 A,B 小区相邻时其中 A 小区为高话务,B 小区为低话务,我们就可以通过降低从 A 到 B 的切换容限,并提
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高从 B 到 A 的切换容限来平衡话务分配.这种做法,实际上相当于降低了 A 小区的覆盖范围,并拉大 了 B 小区的覆盖范围. 2, 救援性电平切换: 在小区切换参数中定义了上下行电平切换门限值,当 BSC 从移动台和基站的上(下)行测量报告 中发现上(下)行接收电平值低于参数所定义的上(下)行电平切换门限值(该门限在设置时应比小区 的最小接入电平高),此 时它将从移动台关于邻小区的测量报告中来找一个最合适的邻小区来作为目 标小区来触发切换,若没有邻小区符合条件,那么很容易导致掉话现象的出现. 在该切换中,其邻小区的接收电平应满足比该服务小区的接收电平大出 一定的值,该值被称为救 援性电平切换容限(hoMarginRxLev),采用该算法 的目的也是为了避免不必要的救援切换所引起的乒 乓效应.在郊区,由于基站较少,覆盖大,故容限要降低以使救援切换及时发生;相反在基站较密集的 地方,应提高该值,以避免乒乓效应并同时缩短切换的反应时间.由于救援性电平切换是发生在没有合 格小区作功率切换的区域,因而该容 限值应比功率预算切换的容限值小一些,以便救援性电平切换可 以被触发. 3, 救援性质量切换: 原理同上,当 BSC 从移动台和基站的上(下)行测量报告中发现上(下)行的误码率过高,且高 于低于参数所定义的上(下)行质量切换门限值.就 会触发救援性质量切换. 针对该种切换,也有一个救援性质量切换容限值(hoMarginRxQual),对该值的设置应宽松一些, 只要目标小区的信号电平不是比当前小区差很多,就应鼓励进行切换,以尽量改善正在进行通话的质 量. 4, 距离切换: 为了达到控制某基站覆盖的范围,可以考虑通过激活距离切换的功能.当 BSC 发现移动台所汇报 的 TA 值大于其规定的门限后,即可触发距离切换.当激活距离切换后,应注意当定义的引起切换的 TA 值较小时,将会引起频繁的乒乓切换,如当因为距离原因切入某小区后,可能又会由于功率预算或电平 切换又切回该小区. 距离切换容限(hoMarginDist),一般来说可设置的小一些,可为负数,来保证及 时的切换. 5, 话务切换 在呼叫建立阶段,小区首先会分配专用控制信道 SDCCH 以连通移动台和基站,并进一步分配话音 信道 TCH 以建立通话信道,若此时该服务小区无空闲的 TCH,通常会导致因 TCH 的拥塞而试呼失败. 为了充分利用周围的无线资源以减少拥塞,系统提供话务切换功能,既当 SDCCH 以指派成功,而无空 闲的 TCH 时,则将指派请求通过移动台测量报告的指示来将通话接入到最佳邻小区的空闲话音信道上 来,但应注意在激活小区话务切换的功能后,应将排队功能先打开,以给系统充分的时间来选择可供话 务切换的邻小区.

四, 切换的种类
根据两个准则,切换的种类可从两个角度来划分.一种可根据定时提前来划分,按照这种准则,切 换可分为同步切换和异步切换,它们之间的区别是当为同步切换时,由于新旧小区是同步的,因而可由 移动台来计算新的定时提前(在切换命令中有是否是同步切换的指示);当为异步切换时,则需移动台 和新基站同时计算新的时间提前量,并在当移动台收到切换命令并请求接入新基站时,新基站会把它计 算所得的新时间提前在物理消息的报文中通知移动台. 另一种角度是通过交换点的位置不同,广义的分可分为小区内部切换和小区间切换;具体的分可分 为小区内部切换,BTS 内部切换,BSC 内部切换,MSC 内部切换,MSC 间切换.

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五, 切换流程分析
(一),小区内部切换(INTRA _CELL HANDOVER) 在通话建立阶段,BSC 将分析所收到移动台和基站的的测量报告,若通过判决发现到达小区内部切 换的门限后,将向 BTS 发送信道激活的报文(CHANNEL ACTIVE),来启动小区内部切换的进程,其接 续过程同呼叫建立是 TCH 的接续分配过程是一样的,因为还是在该小区内部来分配 TCH 资源,当 BSC 收到 BTS 发送过来的指派完成(ASSIGNMENT COMPLETE)的报文后,将向 MSC 发送出切换已执行 (HO PERFOMED)的报文,该报文中将含有该切换的类型(如 INTRACELL).此后,BSC 将通过无 线信道释放(RF CHANNEL RELEASE)的报文将旧的 TCH 信道释放,BTS 收到该指令后,将把旧的 TCH 资源释放掉,并返回一条确认的消息(RF CHANNEL RELEASE ACK),表该信道已空闲可用于 其它的分配了. 问题研究: 问题研究: 小区内部切换的电平门限值要比触发功率控制的门限值低一些,但要比越区切换的门限值高一些. 当干扰只影响某个频点或时隙时,往往这时的话音质量较差而信号的电平较高,这时我们就可通过 激活小区内部切换来使它切换到当前小区其它空闲信道上去,这样做可起到改善用户的通话质量的作 用,也可起到预防掉话的功能.但当激活小区内部切换后,往往会导致大量的区内切换,加大系统的负 荷,因而不建议使用区内切换.而且该小区话务负荷较重,或有指派失败的现象时,一定不能激活小区 内部切换的功能. (二),BSC 内部小区间切换(INTRA_BSC HANDOVER)
当移动台想切入的目标小区是同一 BSC 下的不同小区时,即将触发 BSC 内部切换的事件.

BSC 将通过报告分析符合切换条件的邻小区组,首先它将尝试切入排在排在第一位邻小区(若此 过程失败的话,将尝试切入排在第二位邻小区),将发现该移动台切换的目标小区是它所管理的另一小 区时,将向目标小区 B 发出信道激活(CHANNEL ACTIVE)的命令,该报文中含有请求的信道类型和 加密算法以及切换参考号等.当 B 小区已准备好,则向 BSC 发出信道激活响应(CHANNEL ACTIVE ACK ) 的 报 文 作 为 回 应 . BSC 收 到 该 报 文 后 , 则 将 向 原 小 区 A 发 出 切 换 命 令 ( HANDOVER COMMAND)的报文来要求移动台去接入新的小区,该消息中含有在新信道上传输的所有特征信息和 移动台接入所需的数据,而且它还指示了该切换是同步切换还是异步切换. 当移动台收到该命令后,通过判别若是同步切换则根据切换命令的指示,在所分配的新的 TCH 信 道上向目标小区 B 发送几个(一般是四个)切换接入(HANDOVER ACCESS)的请求,然后将采用它 的计算所得的定时提前开始正常传输.当切换的目标小区和原小区在同一个基站时,则 TA 值便可用以 前的,若不在同一个基站,这便要归功于移动台的预同步功能了,原 TA 值再加上本小区与另一个小区 的时间偏移量(根据预同步时,移动台所测得的两个小区的传输时间偏移和它们各自的传播时间)就是 新的 TA 值了.在这里还应注意一个问题,切换接入(HANDOVER ACCESS)这一消息通过的是接入 突发脉冲(ACCESS BURST)发送的,这是接入突发脉冲用到专用信道上的一个唯一的特例,它仅含 有从切换命令(HO COMMAMD)中所获得的 8 比特的切换参考号,由于该参考号是目标小区已知的, 因此新的小区就可以通过该切换识别号来检查是否是期望的移动台的接入请求了. 若是异步切换,当目标小区 B 的信道被激活后,它将一直在所分配的专用信道上来等候移动台的接 入,当它检测到移动台发出的切换接入请求后,一方面向 BSC 发出切换检测到(HO DETECT)的消 息,一方面向移动台发出物理消息(PHYSICAL INFORMATION)的报文来向移动台提供它所计算出的 新的定时提前的结果 .在移动台收到目标小区发出的提供定时提前的消息之前,它是一直会向目标小 区发出切换接入请求的,同样在目标小区收到正常突发脉冲(NORMAL BURST)之前,它也是会一直 向移动台发出物理消息(PHYSICAL INFORMATION)的报文. 当移动台收到目标小区所提供的新的 TA 之后(若是同步切换,它将用自己的),就会使用该 TA

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值,进入正常传输模式,在新的 TCH 信道上(此时是 NORMAL BURST 的形式)向网络发出 SABM 的 报 文 ( 该 报 文 我 们 在 此 前 提 到 过 ) , 若 网 络 收 到 了 该 报 文 , 一 方 面 向 BSC 发 出 建 立 指 示 (ESTABLISHE INDICATION)的报文,表明数据链路层已建立起来了,一方面向移动台发出 UA 的响

应帧.当移动台收到 UA 的响应后,它会认为已和该小区建立起了信
图示 BSC 内部切换过程

令的应答模式,此后它就会向目标小区发送一条切换完成的消息(HANDOVER COMPLETE),在该报 文中,只有切换完成的指示,并不携带其它消息,只有在该报文发出后,移动台才会放弃会到旧信道的 所有可能性.若移动台没有收到目标小区发出的物理消息(PHYSICAL INFORMATION)或 UA 的响应 帧,它就会在该信道上向目标小区发出一条切换失败(HANDOVER FAILURE)的报文,再由原小区考 虑是否再进行切换. 当目标小区 B 收到移动台发出的切换完成的消息后,将再把切换完成的消息通知给 BSC.BSC 收 到该消息后,一方面向原小区 A 通过无线信道释放(RF CHANNEL RELEASE)的报文通知来它释放旧 的 TCH 信道.当原小区 A 收到该报告后,将返回一条无线信道释放响应(RF CHANNEL RELEASE ACK)报文,表该无线信道已释放完毕,可用于再次分配了.另一方面,BSC 则会向 MSC 发出切换已 执行的报文(HO PERFOMED)通知,该消息中有切换的类型. BSC 内部切换通常是由 BSC 自动完成,在整个决策过程中都不需要 MSC 的参与,为了通知 MSC 已成功的完成了一次切换,一般会向 MSC 发出一条 HO PERFOMED 的通知. 注意,若切换的目标小区与原小区不属同一个位置区时,在该次通话完毕后,移动台将马上做一次 位置更新过程. (三)MSC 内部 BSC 间切换(INTRA MSC HANDOVER) BSC 通过对移动台测量报告的分析,若发现切换的首选目标小区属于不在该 BSC 下时,它将向 MSC 发出一条切换申请(HANDOVER REQUIRED)的报文,该报文中包含了切换的目标小区组和原小 区的小区识别号(CELL ID),以及切换的原因等.当 MSC 收到该消息后,将尝试切入首选的目标小 区,通过查询本端 LAC 表若发现目标小区的 LAC 号是自己的,则查询该小区的位置所在 BSC,并向新 BSC 发出一条切换请求的报文(HANDOVER REQUEST),该报文中目标小区和原小区的信息,传输 模式(从目前的需要获得,因此可能与原小区连接的特性不同),加密模式(与以前一样),移动台类 标(CLASSMARK)及所需的信道类别等,当新 BSC 收到该消息后,首先向 MSC 发一条 SCCP 连接的 (CC)的确认消息,表示 MSC 与它的 SCCP 的连接已建立起来了,此后将通过该路径来传递 A 接口的 信息.若当 BSC 发现有信道资源,则将通过交换信道激活和信道激活响应两条报文来准备好一条新的 TCH 信道,目标小区同时也准备好移动台的接入.

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当新 BSC 收到目标小区发来的信道激活响应后,将向 MSC 发送一条切换请求响应(HANDOVER REQUEST ACK)的报文,在该报文中携带着切换命令的消息,表明本端已经准备完毕,并将与该次切换 所分配资源有关的信息发送给 MSC.当 MSC 收到该消息后,将向原 BSC 发送切换命令(HANDOVER COMMAND),该报文中含有小区号码,信道类型和切换参考等消息.当移动台收到该切换命令的消 息后,将根据该消息的指示来试图接入新的小区,此后将进行切换接入过程,当移动台成功的接入后, 新的 BSC 将向 MSC 发切换完成(HO COMPLETE)消息.当 MSC 收到该消息后,就会向原 BSC 发送 一条清除命令(CLEAR COMMAND),该报文中含有清除的原因(如切换清除等),当原 BSC 收到该 报文后将释放掉旧的 TCH 信道后将向 MSC 发出清除完成(CLEAR COMMAND)的消息.在 MSC 收 到该消息后,将把以前的 SCCP 拆除掉.于是,本次切换过程完毕. 问题研究: 问题研究 1,BSC 的定时器 T7,定时器 T8,定时器 3103 为了及时了解切换的情况,防止浪费系统资源,BSC 定义了一些定时器. 当原 BSC 向 MSC 发出切换申请(HANDOVER REQUIRED)时将把 T7 启动,当收到从新 BSC 发 来的切换命令时(或当目标小区无资源时,将返回一条切换申请拒绝的消息)BSC 将把该定时器 T7 清 除.这段时间主要是可以认为是对切换请求的限时. 当原 BSC 收到从 MSC 发来的切换命令时,将定时器 T8 启动,当收到从 MSC 发来的清除命令时, 将该定时器清除. T3103 在 BSC 发出切换命令时启动,在收到切换完成时(INTRA BSC)或清除命令时(INTER BSC)清除.该定时器应小于 T8.在切换过程中,BSC 将按照此计数器来在发起小区和目标小区中同 时保留 TCH 信道的时间.只要该计数器在计时,就会保留两个信道.在最长的切换(INTER MSC)大 概有 5 秒钟的时间,因而建议该值设为 5 秒,若太长的话将大大浪费系统的资源. 2,切换延迟时间和切换允许重试次数 为了避免乒乓效应,小区中有一个参数定义一段时间,若移动台刚做了一次切换,切入了一个新的 小区,在这段时间内将不许进行新的越区功率切换.但一旦起用该参数可能会引起掉话. 在越区切换中,系统首先会选择最佳的邻小区作为切换目标小区,但若失败后,将根据此参数来选 择邻小区表中排在第二,第三的小区进行重试.

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河北移动公司 BSS 培训教材初稿 图示 MSC 内部切换过程

(四),MSC 间切换(针对 FHASE 2 标准) 当 MSCA 收到 BSC 的切换申请(HANDOVER REQUIRED)后,通过对报告的分析,若发现切换 首选目标小区的 LAC 号没有在其本地的 LAC 表中,则会查询其远端的 LAC 表,该 LAC 表中含有相邻 MSC/VLR 的 路 由 地 址 , 当 找 到 后 目 标 MSCB 的 地 址 后 , 则 会 向 该 目 标 MSCA 发 出 切 换 准 备 (PREPARE HANDOVER)的消息,并将切换请求( HANDOVER REQUEST)装到此报文的一个"信 封"中. 目标 MSC 收到切换准备的报文后,将向其 VLRB 通过发送(ALLOCATE_HO_NUMBER)来请求 分配切换号码,切换号码的分配只是为了使归属 MSCA 能够建立起来与目标 MSCB 之间的路由而提供 的一个指向,VLRB 将选择一个空闲的切换号码(HON)并通过送切换报告的消息(SEND
图示 MSC 间切换过程

HO REPORT)将切换号码发送给 MSCB,MSCB 收到后将返回一个送切换报告响应(SEND HO REPORT)的报文.此后,MSCB 将建立一条与目标 BSCB 的 SCCP 链路,并向 BSCB 发出切换请求 (HANDOVER REQUEST),再由 BSCB 将目标小区的信道激活.BSCB 在收到目标小区发来的信道激 活响应后,将向 MSCB 发送含有切换命令报文的切换请求响应(HANDOVER REQUEST ACK).在 MSCB 收到该消息后,就将该消息同切换号码一同包装在切换准备响应(PREPARE HANDOVER ACK)中发送给归属 MSCA.MSCA 一旦收到该报文后,就能向 MSCB 发送通过初始化地址消息 (IAM)的报文,在该报文中含有 VLRB 所分配的切换号码,以使 MSCB 来识别哪个话音信道是为该 移动台所保留的.

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在 MSCA 收到 MSCB 发来的地址全(ACM)消息后,便可将切换命令发送给移动台,通知它接入 目标小区.此后移动台将完成与目标小区的切换接入过程.在收到移动台发送的切换接入消息后, MSCB 将向 MSCA 发送一条 PROCESS ACCESS SIGNING 的报文表示切换已检测到.当目标小区收到 移动台发回的切换完成消息后,将通知给 MSCB,于是 MSCB 就通过向 MSCA 发送一条送结束信号 (SEND END SIGNAL)的消息,来通知它切换已完成. 在 MSCA 收到切换完成的指示后,将向原 BSCA 发送清除命令,来释放旧的信道资源.当释放完 成后 MSCA 将通知 MSCB,MSCB 并向其 VLRB 发送切换报告,来请求释放所分配的切换号码.此时 已完成 MSC 间切换. 异常情况是,当 MSCB 发现无法识别的目标小区,不允许切换到所指示的目标小区,目标小区中 无可用的无线信道,VLRB 中无可用的切换号码或在出现数据错误时都将向 MSCA 发出切换失败的指 示.从而使 MSCA 再对次选的小区进行切换,或返回到原来的信道上去. 问题研究:后续 MSC 间切换(SUBSEQUENT INTER-MSC HANDOVER) 问题研究 当 MSCB 又收到移动台的切换请求,它会首先检查看该目标小区是否属于 MSCB.如果属于, MSCB 将执行它内部的切换,并在完成切换后通知 MSCA. 当 MSCB 无法识别目标小区时,它将向 MSCA 发出后续切换请求的消息(PREPARE SUBS HANDOVER),这个消息中含有是切回 MSCA 还是切向新的 MSCC 识别.若在 MSCA 的 LAC 表和远 端 LAC 表中(有其它 MSC 的信息)中有该 MSC 的信息,则在申请新的 VLRC 提供的切换号码并激活 新的 MSCC 的信道资源后,向 MSCB 发回后续切换响应,该报文中含有新资源的消息,收到该消息后 MSCB 将发出切换命令要求移动台接入新的目标小区,在成功接入后,新的 MSCC 将通知 MSCA,并 由 MSCA 来通知 MSCB 切换已完成.MSCB 在收到该消息后,将释放其信道资源.在这时新的 MSCC 其实已替代了 MSCB 的角色. 在这里我们注意到一个问题,那就是 MSCA 的远端 LAC 表一定要完整,而且在除其相邻的 MSC 外,还应有尽量多的 MSC 的信息.打一比方,如一北京的用户由北京一直打电话至上海,那么在北京 的 MSC 则应有沿路所有 MSC 和小区的数据,否则必然掉话.

第九节 功率控制
一,功率控制
功率控制是指在一定范围内,用无线方式来改变移动台或基站(或两者)的传输功率.它的目的同 不连续发射(DTX)的目的相同,是为了减少整个系统的干扰,提高频谱利用率,并可延长移动台的电 池的寿命.当接收端的接收电平和质量很好时,可以适当的降低对端的传输功率,使通信保持在一定的 水平上,这样就能减少对周围地区其它呼叫的干扰. 在 GSM 中,对上行链路和下行链路都可使用分别使用功率控制,而且对每个处在专用模式下的移 动台独立进行.规范中,规定上行链路的移动台功率控制的范围为 20~30dB,根据移动台的功率级别 (目前手持机的功率大部分都属 CLASS 4,即最大发射功率为 33 DBMS),每一步可改变 2 dB.下行 链路的功率控制范围又设备制造商来决定.虽然是否采用上下行的功率控制功能由网络运营商来决定, 但所有移动台和基站设备必须支持这一功能. 由 BSS 管理两个方向上的功率控制,在专用模式下的移动台的传输功率是由 BSS 来决定的,通过 基站 BTS 对上行链路进行的接收电平和接收质量的测量并考虑移动台的最大传输功率,来计算出移动 台所需的传输功率,改变移动台功率的命令将同要求的时间提前量值一起在每一个下行的 SACCH 信息
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块所带的第一层的报头(LAYER 1 HEADER)传送给移动台.移动台将在它的上行的 SACCH 第一层报 头设置上它现在所使用的功率电平随测量报告将结果发送给基站.该值为上一个 SACCH 的测量周期的 最后一个突发脉冲所使用的功率电平.在下行链路上,将由移动台来测量它对基站的接收电平,再由基 站来决定它所需的传输功率,并自动调节. 在移动台同基站的连接开始时,由 BSC 来选择移动台和 BTS 的初始传输功率.在初始分配时,移 动台根据它在空闲模式时通过收听 BCCH 广播的系统消息所得到的(MsTxPwrMaxCCH)这一参数,来 获得在该小区内的最大发射功率.因而移动台在通过随机接入信道 RACH 上接入网络时,都是以 BCCH 上广播的允许的最大发射功率来发送的,当移动台功率低于这一规定值时,将以其最大发射功率发射. 但系统也规定在移动台在专用信道上所发出的第一个消息的功率电平也是这个固定值,直到收到在 SDCCH 或 TCH 上 SACCH 消息块所携带的功率控制命令时,才开始收系统的控制. 当移动台开始收到专用信道上的 SACCH 携带的功率控制消息后,将使用该值进行传输.但一条功 率控制的消息并不立即使移动台转换到要求的电平,移动台的功率最大变化速度是每 60ms 以 2 dB 来变 化.这就意味着一个较大的功率跳跃,比如说 12dB,在下一条 SACCH 所携带的功率控制命令到来之前 仍不会终止(因为一个 SACCH 的测量周期为 480ms). 功率控制与切换是两个独立的过程,切换将在功率控制完成之后执行.当该小区只有一个载频时 (O1 站型),那么将不允许进行功率控制,因为移动台将一在直测量其邻小区的 BCCH 频点的接收电 平. 问题研究: 问题研究: 1,功率控制指示(PWRC) ,功率控制指示( ) 为了监测无线链路的通信质量和进行功率控制,移动台和基站都必须具备测量功能.但是在测量中 可能会遇到一些问题.首先 GSM 规范允许对跳频使用 BCCH 载频(不可以在发送 BCCH 的时隙上); 其次,规范允许对跳频的信道进行下行功率控制;最后,由于移动台需测量邻小区的信号电平,因此含 有 BCCH 信道的载频其功率不允许变化.因而在上述情况下,信道的下行功率控制不能包含该信道在跳 频过程中使用的 BCCH 载频,移动台若按一般的方式测量下行信道电平的平均值,则其测量结果对于功 率控制是不准确的,因为该平均值包含了功率不可控制的 BCCH 载频的下行接收电平.为了减少这一问 题对功率控制的影响,要求移动台在跳频过程中计算接收电平平均值时去除从 BCCH 载频上获得的接收 电平值.为了让移动台执行上述操作,系统需设 PWRC 指示.PWRC 用一个比特来表示,当为 1 时移 动台即用上述方法进行测量;当为 0 时,移动台按一般方法进行测量. PWRC 一般设置为 0.仅满足下列两个条件 PWRC 才置为 1,其一系统使用跳频且跳频频率表中含 有 BCCH 载频;其二系统使用了下行功率控制. 2,功率计量单位转换 P (dB) = P (dBW) = 10 log (PW) P (dBm) = P (dBmW) = 10 log (PmW) P (dB) = P (dBm) – 30 E (dBmV / m) = P (dBm) + 20 log FHz + 77,2

二,不连续发射(DTX) 不连续发射( )
1, DTX 概述 在一个通信过程中,其实移动用户仅有 40%的时间是在通话,大部分时间都没有在传递话音消息, 这样将会大大的浪费系统资源.针对这种情况 GSM 便引入了这一不连续发射 DTX 的机制,它通过禁止 传输用户认为不需要的无线信号,从而降低干扰电平的方法来提高系统的效率;此外,该机制还能节省 移动台的电池,从而延长移动台的待机时间.但在传送数据时,不应使用该功能. GSM 系统有两种传输模式,一种是正常的模式,在这种情况下噪声将于话音具有同样的传输质
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量.另一种便是不连续发射(DTX)的模式,在这种情况下移动台将仅传送被编码的背景噪音,产生的 这种噪声可被称为"舒适噪声",该噪声是人为制造的,因而是有规律的周期性的产生的,当它被解码 时不会让听者感到厌烦,使用它的主要目的是在不需传送话音的情况下,一方面是为了满足系统的测量 所必须的,一方面是为了使听者不会误认为连接中断(即掉话)而故意产生的.DTX 传输模式仅需要 很低的速率就能解决,通过在该模式下的话音流每 480ms 才传送 260 比特的编码.而正常模式下的话音 流每 20ms 将产生 260 比特的编码. DTX 模式和正常的模式是可选的,因为在 DTX 模式下时会使传输质量少有下降.特别是当通信双 方都是 GSM 的移动用户时,这时由于 DTX 将会在同一条路径下使用两次,这将对通信质量带来比较严 重的影响,因此在这种情况下时,一般不允许使用 DTX 模式传输. 2, 话音激活检测 VAD 为了实现 DTX 这一机制,信源必须能够指示出什么时候要求传输,什么时候不需要.当 DTX 模 式激活时,编码器必须检测出是话音还是噪声,这就用到了话音检测 VAD 技术.VAD 能通过计算某些 信号参数并能通过一些门限值来比较出到底该接收信号是话音还仅是噪声.这种判决基于一个能量准 则:噪声的能量总是要比话音的能量低. VAD 技术在每 20ms 的话音块时间内将产生一组门限值,用于判决下一个 20ms 的话音块是话音还 是噪声.但是当背景噪声很高时,噪声信号将被 VAD 认为是话音来编码发送. 3, 静态描述帧 SID 噪声的编码流程同语音信号的流程基本相同,在采样量化后,每 20ms 将被混合编码器形成一个噪 声块.编码后的噪声块,也会象话音块一样生成 260 比特.这将生成 SID 帧,SID 帧将象话音帧一样经 历信道编码,交织,加密和调制,最后,携带有噪声消息的字段,将被在 8 个连续的突发脉冲中被发送 出去. 由于在 TCH 信道上一个完整的 SACCH 消息块将有 4 个 26 复帧(480ms),为了使对端能够区分 出话音帧和 SID 帧,这 8 个连续的突发脉冲将被编排在第三个复帧的开头这一固定位置发送给对端.在 这 480ms 的其它时刻,除 SACCH 时隙外将不携带任何消息.应注意,利用 20ms 的噪声块编码生成的 SID 帧将与在它之前和在它之后的 SID 帧,在一起完成交织过程.第一个 SID 帧,将与它此前的话音帧 和此后的 SID 帧一起完成交织. 4, 测量方法 DTX 在上行链路和下行链路都可使用,但是它们是毫不相关的两个程序.它们可以各自根据情况 由系统参数激活,而不用考虑对方是否激活了该功能.GSM 中有两种测量方法:一种被称为是全局测 量,该测量是对整个测量周期的 104 个时隙的电平和质量的平均(4 个 TCH 的 26 复帧);一种被称为 是局部测量,它是对 12 个时隙的电平和质量进行测量平均,包括 8 个连续的 TCH 突发脉冲以及 4 个携 带着测量报告的 SACCH 的突发脉冲.为了一致起见无论系统的上下行是否激活 DTX 功能,基站和移 动台都要完成这两种测量方法,由于在 BTS 和移动台的的每个 SACCH 的测量报告都指示了是否应用了 不连续传输的模式,根据这一指示 BSC 来选择是用全局测量还是局部测量来进行判决.

掉话分析(针对北电) 第九节 掉话分析(针对北电)
在网络竞争日益激烈的今天,在用户对网络质量要求愈来愈高的今天,移动通信网络的性能已经越 来越被人们所关注,而如何提高它的性能指标,更成为移动通信网络运营商的焦点问题之一. 现在让我们以北电系统为例详细研究一下掉话产生的原因,观察的办法及解决的措施(以下计数器 和 OMC_R 参数均以北电系统为例). 掉话可分为两种形式,一类是在 SDCCH 信道上的掉话,一类是在 TCH 信道上的掉话,SDCCH 的掉话 是当 BSC 给移动台分配了 SDCCH 信道而 TCH 信道还未分配成功期间的掉话,它记入计数器 C1163/x(除
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了 C1163/5,C1163/20)中,而 TCH 的掉话是当 BSC 给给移动台分配 TCH 信道成功直至将 TCH 信道释 放掉,期间内不正常的掉话,它会记入计数器 C1164/x (除了 C1164/0,1,3,20,28,31)中. 在 GSM 规范中定义了一个叫 RADIOLINKTIMEOUT(无线链路超时)的参数,单位是(个)SACCH 测量报告,因为当手机进入专用模式的状态后是通过 SACCH 信道来传递它的上下行链路信息,在下行信 道上它对手机广播系统消息 SYSTEMFINFORMATIONTYPE5,TYPE5bis,type5ter(主要是邻小区的消 息)及 TYPE6(主要是服务小区的消息),在上行链路上对 BSS 发送测量报告消息 (功率控制消息,时间提 前量,服务小区的电平,信号质量及邻小区的电平报告),在 SDCCH 信道和 TCH 信道上均有 SACCH 测 量报告,在 SDCCH 信道上一个完整的 SACCH 测量报告的周期是 470ms,在 TCH 上一个完整的 SACCH 测 量报告的周期 480ms.,在移动台侧当丢失一个 SACCH 报告 RADIOLINKTIMEOUT 减 1,当收到一个 SACCH 报告 RADIOLINKTIMEOUT 加 2,直至 RADIOLINKTIMEOUT 减为 0 时,信道就被释放,就 发生了掉话现象,被记入计数器 C1163/14,C1164/14.在掉话现象中由于这种原因引起的掉话是最多 的,因此,对于某些掉话率较高的基站,我们可以适当提高该值的设置,如可把它设为 32(个 SACCH 测量周期),一般情况下该值被默认设为 20(个 SACCH 测量周期),当改变该值时还应注意几点要 求,一方面,应同时改变相关的参数如 RLF1,和 T3109,例如当 RADIOLINKTIMEOUT 设为 32 时, RLF1 应被设为 7,T3109 值应大于 16 秒;另一方面,该小区不能为拥塞小区,因为 T3109 的设置加大 会延长无线信道释放的时间. 现在让我们详细研究一下掉话产生的原因,观察的办法及解决的措施. ),由于覆盖原因导致的掉话 (一),由于覆盖原因导致的掉话 1,服务小区由于各种原因(如无线传播环境太好,功率太高)导致覆盖太大将它的邻小区也覆盖在 内,也有可能它的邻小区的定向天线(设它为定向小区)方位角有问题或本身就信号太弱,以至于移动 台超出了它所定义的邻小区 B 的覆盖范围之外到达了小区 C 还占用着原服务小区 A 的信号,而小区 A 又未定义小区 C,此时移动台再根据原服务小区 A 提供的供切换的邻小区 B 进行切换时,就会因找不到 邻小区而导致掉话,这种情况一般发生在市区等基站密集的地方; 2,真正没有信号覆盖的地方,比如因基站太少导致覆盖不连续,这种情况现在不多见了; 3,覆盖不够也可能是由于某个小区出现了问题,如可能带有 BCCH 的载频发生了故障 ; 4,还有一种原因是由于一些高大建筑物所产生的阴影效应而导致移动台信号发生快衰落引起的掉 话. 5,丢失邻小区定义或定义不全会导致移动台保持通话在现有小区中,直到超出该小区覆盖边缘而掉 话; 对于这些问题我们通过以下措施来解决: 对于这些问题我们通过以下措施来解决 1,先通过话务统计分析文件如北电的 CT7200 工具,首先确认该小区仅掉话率较高(同时也可能伴 有较高的切出失败率),而其他指标一切正常,这是可考虑是覆盖的问题了. 2,通过用户投诉,来查明覆盖不足的地方,看是应该新添基站,是通过别的手段来提高基站的覆 盖,如提高基站的最大发射功率,改变天线的方位角(这需要综合考虑频率规划情况,和其他方位的覆 盖情况). 3,通过定期的驱车测试,来找出覆盖不规范的基站.如因覆盖过大而导致掉话的情况,可采用加 大 它 的 倾 角 , 降 低 它 的 基 站 最 大 发 射 功 率 ( BSPWRMAX ) 及 升 高 它 的 最 小 接 入 电 平 (RXLEVACCESSMIN). 4,如果掉话率突然上升并且本站其他指标全部正常,检查相邻小区此时是否工作正常(可能下行 链路发生故障,如 TRX,分集单元,及天线出现问题,若是上行链路故障则会导致原小区切出失败率 较高). 5,检查在 OMCR 数据库(可通过 CT7400)中定义的相邻小区是否互为对称关系,是否邻小区表 定义不全,尤其不同移动公司之间应常对照相邻小区的数据. 6,分析是否由于地形地势的原因,如隧道,大商场,地铁入口及洼地,一般来说,这样的掉话掉
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话多集中于某个方向上,可考虑加微蜂窝来解决. (二),由于切换引起的掉话 二),由于切换引起的掉话 1,在基站做救援性的切换(当手机接收电平低于切换门限下限 IRXLEVULH,IRXLEVDLH 时), 一些切换请求会因为切入小区的信号强度太弱而失败,即使切换成功也经常会因为信号强度太弱而掉 话.原因是在 BTS 中我们对手机用户的接收信号强度设有最低门限 RXLEVACCMIN,当低于此门限值 时,手机无法建立呼叫.而且当手机因接收信号质量差(RXQUAL)导致切向另一个小区,而往往又会 因该小区的接收电平超过切换门限值而重新试图切回原小区,导致出现乒乓效应直至掉话. 2,有一些小区由于相邻小区都很繁忙,造成忙时目标基站无切换信道导致的掉话或在拓扑关系中 漏定义切换条件(含 BSC 间切换和越局切换),致使手机用户在进行切换时无法占用相邻小区的空闲 话音信道,此时 BSC 将对此进行定向重试切换(DirectRetry),若主叫基站的信号此时不能满足最低工 作门限或亦无空闲话音信道,则呼叫重试失败导致掉话. 3,北电计时器 3103 超时,当 BSC 向移动台发出切换命令(handover command)时 T3103 器开始记 时,在 BSC 收到来自切换目标小区的切换完成(handover complete)或者来自源小区的切换失败(handover failure)时就将 T3103 复位,而当 BSC 将 Handover Command 信息发送到 BTS 时,T3103 到时时仍未收 到任一种消息时,BSC 就判断在源小区发生了无线链路失败,进而释放源小区的信道并记入计数器 C1164/24. 观察办法: 观察办法:如果掉话率高涉及到切换问题可通过观察计数器 C1138(切出请求)来分析是什么原因 引起的切换.上下行接收电平 RX_LEVEL 原因引起的切换;上下行接收质量 RX_QUAL 原因引起的切 换;上下行干扰引起的切换;功率预算(PBGT)引起的切换;呼叫定向重试;话务原因引起的切换. 发生此类掉话的解决办法:可再用测试车进行较大范围的测试,因为切换是在小区及基站之间发生 发生此类掉话的解决办法 的,本小区的掉话有可能是因为其与相邻小区之间的切换设置不合理造成的.对于一些与该小区有切换 拓扑关系而拥塞率又较高的小区应作为测试的重点,并需要检查小区周围是否有盲区存在,如果是这种 原因应及时修改相关频率并增加新基站或扩大原有基站的覆盖范围.对于因切换设置不合理而造成的掉 话可根据实测情况适当修改切换参数.对那些由于话务量不均衡,造成忙时因目标基站无切换信道而产 生的掉话,解决的办法是进行话务量的调整. ),掉话也有可能是由基站硬件或系统参数失误的原因引起 掉话也有可能是由基站硬件或系统参数失误的原因引起. (三),掉话也有可能是由基站硬件或系统参数失误的原因引起. 1,软件问题 ,软件问题;可通过参数检查工具(如 CT7400)来检查参数是否合理话,如频率的规划,小区内载 频之间的跳频偏移量(MAIO)是否冲突(当出现这种情况时各种指标都会很差如分配失败率),跳频 的频点是否有邻频,及 BSC 的定时器与 MSC 及 CELL 之间的定时器是否匹配(如 CELL 的定时器 T3103 若大于 BSC 的定时器 BSSMAPT8 时肯定会造成移动台切换期间的掉话).参数 IRXLEVDLH 与 RXLEVMINCELL 定义的不匹配时易造成移动台的到了下限切换电平(IRxlevDLH,IRXLEVULH)但还 没 有 邻 小 区 满 足 RXLEVMINCELL 定 义 的 电 平 值 造 成 的 掉 话 . 或 切 换 容 限 HOMAGIN , HOMAGINLEV,HOMAGINQUAL,HOMAGINDIST 定义的不合理亦会造成切换掉话.可观察计时器 T3101 和 T3107 是否定义的太苛刻,以至于系统没有足够的时间将分配完成的消息报告给 BSC,而此时 计时器已复位所导致的掉话. 2,硬件问题;对因硬件原因而产生的掉话,可通过 OMC_R 察看到相关硬件的告警.如果 OMC_R 中 ,硬件问题; 无硬件告警信息,则可能是某个 TRX 或分集部分的故障所导致,此时分配失败率(可参看计数器 C1055,它计的是分配失败的次数)和上下行质量切换所占的比例(参看计数器 C1138/2, C1138/3)肯 定也会很高,可以通过 ABIS 的监测软件如北电的 CT7300 也可以通过关闭掉小区内其载频,对怀疑有 问题的载频进行拨打测试来发现故障点.一旦发现故障硬件后,应及时更换,如无备件,也应先闭掉故 障板以免产生掉话现象影响网络运行质量.一般来说,当北电设备的帧处理单元出现故障时,分配失败 率和上下行质量切换都会比较严重;当接收部分出现故障时分配失败率和上行质量切换会较严重,当发 射部分出现故障时分配失败率和下行质量切换会较严重. ),由于干扰而导致的掉话 (四),由于干扰而导致的掉话
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因基站分配给移动台的 SDCCH 信道频点可能与 TCH 信道频点不同,因而需要对它们分别进行分 析.干扰主要包括同频,邻频及交调干扰.当手机在服务小区中收到很强的同频或邻频干扰信号时,会 引起误码率恶化,使手机无法准确解调邻近小区的 BSIC 码或不能正确接收移动台测量报告.基站在通 过 SDCCH 为手机分配好应使用的话音信道后,由于没有邻近小区 BSIC 码而无法判断该使用哪个小区的 话音信道,从而产生掉话.交调干扰主要是指数模共站的基站由于模拟基站发射机的影响而产生的干 扰,这种干扰的直接后果是时隙分配不出去造成基站资源的浪费. 干扰的观察和解决: 干扰的观察和解决: 可通过观察计数器 C1619(为系统参数 thresholdinterference 定义的干扰级别,它有四个门限值,当 信道处于空闲状态时,系统就会观察这信道受干扰的情况,并在系统参数 averagingperiod 期间内向系统 报告一次,并可以通过参数 radchanselintthreshold 选择处于那些级别的信道优先级),当工作于干扰级 别的信道较多时,可以判断系统存在干扰现象.也可通过观查计数器 C1033(为可被系统解码的 RACH 请求的平均电平的绝对值)来判断是否存在上行干扰现象.可通过观察计数器 C1138 来判断正常情况下 PBGT(功率预算切换 C1138/5)应比其它类型的切换都要高的多,当上行质量切换(C1138/2)较高 时,可判断为上行干扰或硬件故障,当下行质量切换(C1138/3)较高时,可判断为下行干扰或硬件故 障,当上下行质量切换都较高时可判断为硬件故障问题(也不排除同时存在上下行干扰的情况). 解决措施: 解决措施: ①上行干扰 这种干扰为目前的主要干扰现象.上行干扰主要发生在话务高峰期它主要来源于同频干扰,也可能 是外部干扰,同频干扰与同频小区的话务量有关,话务量高则干扰大,外部干扰主要是交调干扰.对上 行干扰可通过分析驱车测试中的相关报告,修改同频小区的同频频率,增加两个同频小区间的间距(实 际统计表明信号强度随距离以近似 4 次幂指数的规律衰减)或利用频谱分析仪对交调干扰加以定位,通 过分集接收和有效的功率控制也可减少干扰. ②下行干扰 这种干扰不是很普遍.下行干扰主要是由于频率规划不当而造成部分基站的同频干扰和邻频干扰. 发现的方法是通过在 OMC 中取得切换测量报告来加以判断,下行干扰会引起频繁下行切换.通过测量 报告和现场实测如发现存在同频和邻频干扰,需对蜂窝系统的频率规划重新进行优化调整.对无上述情 况但有干扰的小区可用频谱分析仪寻找干扰源. ③使用不连续发射(DTX),跳频技术,功率控制及分集技术 DTX 分为上行 DTX(由参数 DTXMODE 设定)和下行 DTX(由参数 CELLDTXDOWNLINK 设 定),是采用话音激活检测(VAD)技术,在不传送话音信号时停止发射(仅在每 480ms 发送一组 SID 帧以满足基站的测量需要),限制无用信息的发送,减少了发射的有效时间,从而降低了系统的干扰电 平,并能延长电池寿命.跳频可有效地改善无线信号的传输质量,特别是慢速移动体的传输质量,这是 由于跳频使得发射载频以突发脉冲序列为基础进行跳变,能明显地降低同频干扰和频率选择性衰落效 应. ),由于天馈线原因而导致的掉话 (五),由于天馈线原因而导致的掉话 ①由于两副天线俯仰角不同而产生的掉话 基站安装过程中每个定向小区均有主集和分集两副天线,该小区的 BCCH 和 SDCCH 就有可能分 别从两副不同的天线发出.当两副天线的俯仰角不同时,就会造成两副天线的覆盖范围不同,即会出现 当用户能收到 BCCH 信号,但产生呼叫时却因无法占用另一天线发出的 SDCCH 而导致掉话. ②由于天线方位角原因而产生的掉话 在基站安装过程中每个定向小区均有两副天线,当两副天线的方位角不同时就会形成 A 小区中的用 户可以收到控制信号 SDCCH,但用户一旦被指定为由另一副天线发射出的 TCH 时就会造成掉话.在 C 小区中的用户将无法收到信号. ③由于天馈线自身原因而产生的掉话.
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天馈线损伤,进水,打折和接头处接触不良,均会降低发射功率和收信灵敏度,从而产生严重的掉 话,可通过测驻波比来确认. ④由于两副天线之间的距离原因而产生的掉话. 两副天线之间应保持一定的水平距离以实现分集接收,否则将会降低收信灵敏度产生掉话.两副天 线之间的水平距离(经验值)应为垂直距离的十分之一,至少应大于 3m. 天馈线的分析和解决 ①对因天线方位角或信俯仰角不正确而形成的掉话,首先应到基站现场进行观测.如不能发现问题 可以通过对故障小区进行拨打测试(CQT)或驱车测试并结合从 OMC 中得到的相关统计参数 来发现故 障原因,并及时调整天线方位角和俯仰角以降低掉话率. ②对由于天馈线损坏或接头接触不良致使发射功率和收信灵敏度降低而产生的掉话,可采用天馈线 测试仪对天馈线进行测量来判断故障原因及故障点,并及时更换故障天馈线和接头. 注:对于用北电设备的公司,可通过用选中 TDMA 真,在 DISPLAY/SET 中用 DISPLAY ALL 的选 项来确认是用哪个物理的 TRX 来支持它的,再根据分集器的类行(HD,H2D,H4D)来判断该 TRX 是接到哪个天线上的. ),由于 (六),由于 Abis 接口和 A 接口失败产生的掉话 Abis 接口的包括 BSC 未收到来自 BTS 的测量报告,切换过程的一些信令失败以及一些内部原因, 此外还有 Abis 接口的误码率的影响.A 接口失败出现的较少,主要是切换(BSC 之间或 MSC 之间的切 换)的失败,原因是切换局数据不全或目的基站不具备切入条件. ),由于采用直放站而导致的掉话 (七),由于采用直放站而导致的掉话 为减少投资,扩大覆盖范围,大商场等商贸中心和一些县城内的小基站往往采用直放站直接放大其 信号,用光纤或微波传输,由于地形,环境影响再加上工程质量原因,达不到指标要求,从而产生掉 话. 总之,不管是因何种原因产生的掉话都应及时通过各种测试手段以及分析从 OMC 中取得的各种测 试报告来发现故障现象的原因,并建议做定时定量的 CQT 和 DRIVER_TEST 测试.

第五章 信令协议
在一个复杂的系统中(如 GSM),要传送的不止是用户数据,因为网络要实现的大多数功能都是 分布在几个远距离的设备上,要使这些设备协调工作需要交换一些信息,因此我们就要考虑到这些信息 如何从网络内的一点传送到另一点,这就是本章我们要研究的主要内容. 在通信系统中,我们把协调不同实体所需的信息称为信令信息,在所有情况下,使远距离实体协调 工作所需的信令信息都以报文的形式来组织.信令的传输协议就是能够从比特流中识别出报文而且要保 证未检测出的差错量要尽可能的低,因为这种差错将会带来严重的后果,严重的话将会把一条报文的含 义改变.我们把提供这些功能的信令协议称为链路层. 信令的另一个问题就是报文的编排方式和它们的路由,如何把消息由一点传送到另一点,直至到达 它的最终目的地,如何使用查询,并行的处理几个对话,这一部分就是网络层的主要内容.在网络层 中,我们将看到如何在移动台和网络之间携载报文,我们还将接触到七号信令系统的领域. 实际上,我们要研究的主要问题并不是专限于信令信息,在 GSM 系统中,大多数用户信息都具有 电路特性,但也有几种用户业务是非电路特性的,如短信息,这种业务与信令报文很相似,因此要求相 同的传送机制.另一种比较特殊的情况是 RLP(无线链路协议),由于它与链路层协议的密切关系,因 此也将在本章内论述.

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第一节 信令协议概述
一, 接口与协议
首先,分清接口与协议两者的区别是很重要的,接口代表两个相邻实体之间的连接点,而协议是说 明连接点上交换信息需要遵守的规则.协议是各功能实体之间共同语言,两个实体要通过接口传递特定 的信息流,这种信息流必须按照规定的语言传递,双方才能相互了解.因而,一种协议在传递过程中要 经过若干个接口,或者说同一个接口用到多种协议. 根据电信网开放系统互连模式 OSI 的概念,把协议按其功能分成不同的层面:最底层称为物理层或 传输层;第二层被称为链路层;第三层被称为网络层,第三层以上被称为应用层,其每一层都有各自的 协议规约. 1,物理层(OSI 第一层) 本层规定了一条信号数据链路的物理电气和功能特性,以及接入它的方法.物理层有两种作用:一 是传送客户的业务信道包括话音和数据;二是在系统的各实体之间传送信令信息. 传输除了包括传统上使用的调制,编码,多路复用等技术以外,还涉及按低层协议的格式来编排数 据,以保证正确传送和纠正传输中可能出现的差错. 2,链路层(OSI 第二层) 链路层是信令链路功能级其主要功能包括:信令单元的定界和定位,差错检验和纠错,信令链路差 错率监视和流量控制.它与物理层共同保证终端和网路之间提供可靠的信令消息的传递,并规定在一条 信令数据链路上传递信令信息的功能和相应的程序. 3,网路层(OSI 第三层) 网络层是信令网路功能级,负责分配和选路.第三层以上使应用层,其协议是与涉及的功能实体有 关.网路层主要负责系统的控制和管理,把客户和系统控制过程的特定信息按一定的协议分组安排到指 定的逻辑信道上来.

二,GSM 通信系统内部接口
移动通信是由许多功能单元通过接口互连构成的,接口就是各组成单元之间的物理上和逻辑上的连 接.NSS 部分的 B,C,D,E,F,G 接口定义了相应功能单元之间的互连标准,各接口都采用了 7 号 信令系统,以便于实现国际漫游和通信网互连.BSS 和 MS 两部分有 A,Um,Abis 接口以及 Ater 接口 等,其中 A 接口和 Um 接口具有统一和公开的标准,以便于生产和组网,也有利于各种 ISDN 业务的引 入和功能发展,Abis 接口和 Ater 接口的定义尚不统一,实现差别较大,所以 BSC 和 BTS 配置不能实现 多厂家设备互连. 我国 GSM 网络和 PSTN,ISDN 采用 7 号信令互连,物理通道可以是 PCM 系统中的任一时隙.但 是在基群 PCM 系统中(2.048Mbit/s),优先选择 TS16 数据链路传送 64kbit/s 信令. 现在让我们分别介绍以下每个接口的具体情况: 1,Sm 接口 Sm 接口是人机接口,是客户与网络之间的接口,主要包括客户对移动终端进行的操作程序,移动 终端向客户提供的显示和信号音等.Sm 接口还包括客户识别卡(SIM)与移动终端(ME)间接口的内 容. 2,Um 接口
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Um 接口是空中无线接口,是移动台和 BTS 之间的通信接口,用于移动台与 GSM 系统的固定部分 之间的互通,其物理连接通过无线链路实现.Um 接口传递的信息包括无线资源管理,移动性管理和接 续管理等. 3,Abis 接口 Abis 接口为 BSS 系统的两个功能实体 BSC 与 BTS 之间的通信接口,用于 BTS 和 BSC 之间的远端 互连方式,物理连接通过标准的 2Mbit/s 或 64Kbit/s 的 PCM 数字传输链路来实现.Abis 接口支持向移动 台提供的所有服务,并支持对 BTS 无线设备的控制和无线频率的分配.由于 Abis 接口是 GSM 系统 BSS 的内部接口,所以是一个未开放的接口,可由各设备厂家

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