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1、1,第十二章 无线资源的管理,2,一、移动台的空闲模式 固定电话空闲时没有任何活动 移动台空闲时，仍然在监听信标信道，了解周围的环境，判断自己是否已经离开了当前小区。,3,选择蜂窝小区的过程 .建立信标信道列表 移动台在GSM网络或者DCS网络的所有频率中进行选择。移动台监听所有的载波(GSM系统有124对，DCS系统有374对)，通过多次测量，计算收到的场强。 在GSM900系统中，移动台建立一个有30个最合适的载波列表； 在DCS1800系统中，移动台建立一个有40个最合适的载波列表。 这时，可以建立一个候选的信标信道列表。 移动台在SIM卡中储存的信标信道(比如：BCCH载波)列表中选择
2、。,5,.候选信标信道 为了发现一个合适的蜂窝小区，移动台分析所接收到的场强最强的小区中的信标信道。 合适的蜂窝小区 (suitable cell)必须符合： 应该属于被选中的PLMN； 不应该是被禁 (barred)小区； 不应该处于被禁止的地理位置区域； 在MS和BTS间的衰减应该小于运营商规定的门限值。,6,一旦找到了合适的小区，移动台将： 读取地理位置区域代码LAI； 必要时，进行注册登记(可能被拒绝)； 登记结束后，锁定在信标信道上待机，并且随时注意是否离开了当前小区。,7,.选择PLMN 开机后，移动台将在检测到的信标信道上搜寻它的HPLMN，如果移动台发现它的HPLMN不再能够提
3、供正常的服务时(如移动台离开了HPLMN的覆盖范围时)，就要开始选择PLMN： 搜寻存在的PLMN； 网络的选择有两种方式 自动：选择预先设计好的、储存在SIM卡中按优先权排列的PLMN列表中优先权最高的； 人工：显示出可用的PLMN列表，移动用户选择其一。,8,锁定蜂窝小区 .接收的信息 为了能被锁定到某个蜂窝小区上，移动台应预先选择好网络和蜂窝小区，必要时还要进行注册。 移动台： 接收来自BCCH信道上广播的系统信息； 可以在选择的蜂窝小区的RACH信道上随时接入到网络进行通话； 监听PCH信道，接收网络广播的呼叫消息，并且进行应答。,9,只能使用紧急呼叫服务是因为 移动台不能选择到合适的
4、蜂窝小区； SIM不在移动台内； 在要求更新地理位置区域时被拒绝。,10,执行的测量 移动台锁定蜂窝小区后，接收到BCCH载波列表(由运营商制定，列出了相邻蜂窝小区的信标信道) 周期性地测量接收到的BCCH载波功率。每5次测量或每5秒计算一次平均功率，根据结果制定一份功率最强的6个小区的列表，每分钟最多更新一次。 对当前蜂窝小区BCCH信道广播的数据每30秒进行一次解码。每5分钟对功率最强的6个小区解码一次。 通过基于接收功率的衰减指标C1验证自己是否在当前的蜂窝小区中。还可以使用指标C2来对当前蜂窝小区和相邻小区进行功率比较，每5秒种进行一次。,11,蜂窝小区的重选 下列情况之一会导致蜂窝小
5、区的重选： 指标C1指出了当前小区的衰减很严重； MS收不到下行链路的信令消息； 移动台选择的蜂窝小区转入了禁用状态； 发现一个更合适的小区(和参数C2有关)； 在被允许的随机接入尝试失败之后。在这种情况下，两次重选操作的间隔应该有15秒以上。,12,选择/重选指标 .衰减指标C1 前提：运营商对上下行链路进行了均衡处理。 使用C1是为了确保移动台和网络之间有很好的通话质量，移动台同时测量来自当前蜂窝小区和来自相邻蜂窝小区的广播信道信号电平： RXLEV_ACCESS_MIN：小区中要求的最低接收电平，介于-110dBm-48dBm之间(GSM)； MS_TXPWR_MAX_CCH：在接入网络
6、时，网络允许移动台最大发射功率(只可能出现在刚开机接入网络时) ，介于13dBm43dBm之间(GSM)。,13,C1的表达式为 如果C10，该等式成立。 移动台功率越大，可供选择的蜂窝小区就越多。,14,对于下行链路有 假设A为移动台接收到的信号电平RXLEX和RXLEV_ACCESS_MIN的差(dBm) A0，下行链路质量好 A0，下行链路质量差，移动台不在蜂窝小区范围内,16,对于上行链路有 假设B=MS_TXPWR_MAX_CCHP(移动台可以发射的最大功率，对应于移动台位于蜂窝小区边缘，A=0)(dBm)。 B0，上行链路质量好； B0，非常罕见 如果AB0，因为补偿可以弥补不足，
7、上行链路质量可以接受； 如果AB0，因为补偿不足以弥补不足，上行链路质量不行。,17,重选指标C2 .不考虑时域因素 C2=C1CELL_RESELECT_OFFSET CELL_RESELECT_OFFSET是在蜂窝小区的BCCH信道上广播的一个参数。 当C1new cell0，C2new cellC2old cell时，选择新的小区。,18,.考虑时域因素 主要是为了防止高速移动的移动台在经过(掠过)一个很小的蜂窝小区时，频率锁定其上。 如果TPENALITY_TIME， C2=C1+CELL_RESELECT_OFFSETTEMPORARY_OFFSET； 如果TPENALITY_TIM
8、E， C2=C1+CELL_RESELECT_OFFSET； TEMPORARY和PENALITY_TIME是在蜂窝小区BCCH信道上广播的参数，T是一个计时器。,19,.准则C2的使用 参数CELL_RESELECT_HYSTERESIS，为了防止一个移动台在两个地理位置区域交接处频繁移来移去造成的小区重选过程网络产生大量的无用信令。 如果C2newC2old+CELL_RESELECT_HYSTERSIS，选择C2new。,图 CELL_RESELECT_HYSTERESIS的应用,21,.下行信令的丢失 通过准则C1不再能够了解通信的质量。 移动台必须分析在PCH信道上接收到的不能正确解
9、码的消息数量，如果超过了一个门限，移动台要开始蜂窝小区的重选。,22,二、无线链接的管理 移动通信中，对空中接口的管理主要目的是： 使干扰最小化 使移动台要用的功率最小化 控制通信中的差错率,(功率控制),(间断发射),23,功率控制 GSM系统中，移动台应该尽可能地用同样的功率在所有信道上发送突发。 初始接入小区时(功率控制开始前)，移动台使用BCCH信道广播的MS_TXPWR_MAX_CCH的功率发射，然后根据网络的指令来增加或降低功率。,24,.过程 网络将移动台的目标电平传输在SACCH信道上信令块中； 收到信令块后，移动台每60ms以2dB的步长调整发射功率，接近目标电平。 移动台将
10、最新的功率电平加入到要发送的SACCH信令块。,27,.功率控制算法举例 相关参数 RXLEV：接收到的电平强度 RXQUAL：接收到的信号质量 它们在MEASUREMENT RESULT消息中传给BSS。,28,规定： RXLEV_XX (XX=DL代表下行信道，XXUL代表上行信道)：接收信号的功率平均值； L_RXLEV_XX_P：接收信号功率的下限； U_RXLEV_XX_P：接收信号功率的上限； RXQUAL_XX：接收信号的质量指标平均值(07，从高到低)； L_RXQUAL_XX_P：要升高功率的质量指标门限； U_RXQUAL_XX_P：要降低功率的质量指标门限。,29,基站收
11、到MEASUREMENT RESULT消息后，将测量值和各自的门限比较： RXLEV_XXU_RXLEV_XX_P：降低XX_TXPWR； RXQUAL_XXL_RXQUAL_XX_P：升高XX_TXPWR； RXQUAL_XXU_RXQUAL_XX_P：降低XX_TXPWR。,30,间断发射DTX (Discontinuous Transmission) 是指允许无线电发射机在说话停顿期间停止发射的机制。 的目的是当移动用户不说话时将编码速率从13kbit/s (每20ms发送一个260bits的帧)降至500bit/s (每480ms发送一个260bits的帧)左右，对背景噪声(舒适噪声)
12、进行编码。接收机将背景噪声重建，避免移动用户以为通信中断了。,31,. DTX机制必须具备： 发射机端的语音检测器； 发射机端的背景噪声估计，便于将特性参数传给接收机； 在无线电发射中断期间接收机端背景噪声的生成。,32,.语音活动检测VAD (Voice Activity Detection) VAD算法：对于每个输出的帧，编码器通过一个附加位指出该帧需要发送与否。 通过对一个门限值和经过滤波器出来的信号能量的比较，区分语音信号和背景噪声。 移动台使用DTX是蜂窝小区的一个选项(广播在BCCH信道上)。,33,.SID (SIlence Descriptor)帧 被发射在每个停顿周期的开始，
13、随后的帧是周期性发射，每秒最少两次。 对它的信源编码及交织编码和正常语音帧的处理一样，唯一的区别就是它传输的是背景噪声。在接收端，使用TRAU适配器对SID帧的解码。 移动台使用DTX是蜂窝小区的一个选项(广播在BCCH信道上)。,图 语音帧的传送,35,间断接收DRX (Discontinuous Reception) 是一种允许移动台在空闲时期关闭接收机并使自己进入低功耗的技术。 实现： 蜂窝小区中的移动台被分为不同的组，每个组的寻呼消息被计划在特定时间发送，这个时间是BSS利用TDMA帧(包含移动台的IMSI和一些BCCH上传送的参数)通知移动台的。 BSS和移动台都知道相关寻呼的发送时
14、间，因此移动台可以在寻呼消息不出现的期间关闭接收机。,36,三、专用信道的管理 专用信道的分配 .应移动台的请求 移动台在进行注册、呼叫、发送短信等操作时需要一条专用信道。 随机接入(Random Access) 移动台在对FCCH信道、SCH信道和BCCH信道解码并且和BTS同步后，锁定到一个蜂窝小区；,37,38,所使用的编码中，指出了移动台请求的服务是仅仅需要一条SDCCH信道，还是需要一条SDCCH信道和一条TCH信道(半速或全速)。 FN (Frame Number)：移动台在接入突发中标出了发射时间，以FN的形式表示。,39,资源管理 见下图。,BTS收到带有一定延迟的正常接入突发
15、(但总是在一个时隙之内)；,BTS计算出传播时延，并且通过BTSM层的消息CHANNEL REQUIRED向BSC发出请求，这个消息中有请求的服务和传播时延,接受的话，BSC将分配一条SDCCH信道移动台；BSC通过消息CHANNEL ACTIVATION通知BTS信道的频率、时隙号等信息,BTS保留这个信道，发回确认消息CHANNEL ACTIVATION ACKNOWLEDGE给BSC,BSC发送IMMEDIATE ASSIGNMENT COMMAND，通过BTS转发给移动台；这个消息包括：分配的专用信道的详细描述；接入突发中移动台置入的参考字节；移动台的请求发出时间；时间提前量的值；跳频
16、序列中要考虑的频率表。,移动台处于专用信道上。它发出包含MM层消息的SABM消息(含移动台TMSI或IMSI；终端的功率等级；请求的服务等)，用来传输数据和建立3层连接。MM层消息可以是：CM SERVICE REQUEST；LOCATION UPDATING REQUEST。,并且BTS将MM层消息置入到一个UA帧中：BTS和MS间的第二层连接建立了。,BTS收到包含MM消息的SABM消息后，将它封装在消息ESTABLISH INDICATION中发给BSC,收到消息ESTABLISH INDICATION后，BSC和MSC建立SCCP连接。,对消息ESTABLISH INDICATION的
17、确认,服务处理开始,41,接入有冲突时 有两个移动台发射的请求出现在RACH信道的同一时隙： 如果两个信号的功率电平相差不大，基站将一个都接收不到。 各个移动台在等待若干个RACH时隙(由网络随机决定并在BCCH信道上广播，可能根据当前RACH信道的负荷而变化)后重新发射。 移动台尝试接入的次数由系统决定，超过之后将回到空闲模式。,42,如果两个信号的功率电平不同，功率强的信号将完全掩盖掉功率弱的信号(capture effect)。基站则在AGCH信道上发出一个调拨消息(包含接入突发中使用的随机号和申请的服务)。两个移动台都会收到这个消息，不符合的移动台将重发接入突发。 实际上，发送在RAC
18、H上请求的数量不允许超过信道时隙数目的四分之一。 问题：如果这两个移动台使用的随机号和申请的服务都一样，怎么办？(系统不允许两个移动台占用同一条专用信道！),43,答案：在SABM消息和确认消息UA中，有移动台的身份代码TMSI。只有相符的移动台才能继续使用专用信道，别的移动台必须返回RACH信道，重新尝试接入。,44,.对广播呼叫的应答 见下图。,BSC发送消息RR PAGING COMMAND给移动台所在的地理位置区域中的所有的BTS,BTS在一条PCH信道上发出消息RR PAGING REQUEST,46,专用信道的释放 .正常释放 专用信道的正常释放是由消息CLEAR COMMAND发
19、起的，从MSC发往BSC。,MSC发出BSSMAP层的消息BSSMAP CLEAR COMMAND给BSC。,BSC发出RR层消息CHANNEL RELEASE给移动台，释放RR连接。,同时BSC发出消息DEACTIVE SACCH指示BTS释放SACCH信道。,移动台发出消息DISC释放第二层连接。,BTS通过消息UA确认DISC。,BTS用消息RELEASE INDICATION通知BSC移动台的连接释放。,BSC向BTS发出消息RF CHANNEL RELEASE。,消息RF CHANNEL RELEASE ACKNOWLEDGE确认无线资源完全释放。,BSC发送消息BSSMAP CLE
20、AR COMPLETE给MSC，结束整个过程。,MSC用消息SCCP RELEASED通知BSC，SCCP连接释放了。,BSC用SCCP RELEASE COMPLETE确认。,48,信道TCH的释放和信道SDCCH的释放过程是一样的。 释放过程中，移动台和BSC应用了计时器，计时器计时结束后，信道自动释放。,？,49,.非正常释放 在通话期间，LAPDm帧在移动台和BTS间的SACCH信道上有规律地交换。干扰的强度对于TCH信道和SACCH信道是一样的(它们在同一时隙)。 SACCH信道上不能解码的帧的数量在一定程度上反映了通话的质量。,移动台发现SACCH信道上不能解码的帧数量超过门限值时
21、，通知高层无线连接已中断并返回空闲模式。,BTS通知BSC链路中断,BSC通知BTS释放SACCH,BSC通知MSC SCCP连接释放完毕。,51,激活加密 移动台和网络加密/解密的激活和去活必须是对称的。 加密的操作是发生在鉴权之后的。,通知BSC激活加密。,通知BTS激活加密。,通知移动台使用加密模式，并且在接收时应用解密。,移动台激活加密和解密，发回确认消息。,通知BSC加密和解密已激活。,通知MSC加密和解密已激活。,加了密的消息到达移动台。,越区切换时，密钥Kc将从旧的基站发送到新的基站，用来保证通话仍然处于加密模式。,53,信令信道过渡到话务信道 TCH信道的分配通常是和BSC与M
22、SC、BTS与BSC之间的话音线路同时发生的。,MSC预留一条BSC-MSC间链路，发出分配TCH信道的指令给BSC。,BSC预留一条无线信道，发送BTSM层的消息CHANNEL ACTIVATION给BTS。,BTS确认消息的接收。,BSC发出消息ASSIGNMENT COMMAND给移动台，在该消息中有对话务信道的详细描述。,移动台调整到指定信道，然后通过发送消息SABM给BTS建立第二层连接。,BTS通过消息UA指明第二层的连接已建立。,移动台发回消息RR ASSIGNMENT COMPLETE给BSC, BSC发送消息BSSMAP ASSIGNMENT COMPLETE给MSC。,BS
23、C释放信令信道SDCCH。,55,四、越区切换 通信中的越区切换空闲模式的蜂窝小区选择/重选 越区切换总是由网络发起的。,56,定义：为了避免由于移动用户移动造成的不利影响，自动将正在进行的通信从一个蜂窝小区转接到另一个蜂窝小区的过程。 越区切换实际上是指分配另外一条专用信道给通信中的移动台。,57,根据目的的不同可分为： 援救切换(rescue handover)：移动台离开了当前蜂窝小区覆盖时发生的切换 边缘切换(confinement handover)：为避免蜂窝小区内干扰太大而进行的切换 话务量切换(traffic handover)：当前蜂窝小区发生拥塞，而相邻小区没有拥塞时的切换
24、,58,根据发生的位置不同可分为： 蜂窝小区间的切换(inter-cell handover)：当网络测量到来自相邻蜂窝小区的信号强度和/或信号质量比当前蜂窝小区的信号强度更高和/或更好，则发生越区切换。或者，如果一个蜂窝小区中已经有大量的呼叫时，为了平衡负荷，也可以将一些呼叫转发给相邻的蜂窝小区。通常，这种情况是发生在呼叫建立阶段，从当前蜂窝小区的一条信令信道直接转到另一个蜂窝小区的话务信道。 蜂窝小区内的切换(intra-cell handover)：测量结果显示接收到的信号质量很差，但功率很强。另外，专用链路向话务链路过渡的过程也可以视为是切换。,59,切换标准 统计数据：移动台的最大发
25、射功率、当前BTS的最大发射功率、相邻小区的最大发射功率 移动台产生的实时测量数据：下行链路的传输质量(误码率)、当前信道上下行链路的接收电平、相邻小区下行链路的接收电平 BTS产生的实时测量数据：上行链路的传输质量(误码率)、当前信道上上行链路的接收电平、时间提前量 话务量、蜂窝小区容量和当前负荷等,60,切换过程的主要阶段 切换包括以下操作： 除了无线资源管理RR层之外，暂停所有的正常操作； 中断信令链接和必要时的TCH信道连接； 中断、去活先前分配的信道，并且释放它们； 激活新的信道，必要时进行连接； 开始在新的信道上建立数据链路层的连接。,62,初期观察阶段 在当前信道上，移动台对每个
26、突发进行测量，然后取平均值。移动台将测量得到的数据最多每480 ms就发送到SACCH信道上。,63,.在当前信道上，移动台测量： 接收信号的电平RXLEV； 当前蜂窝小区的信号质量RXQUAL。 .在相邻信道的信标信道上，选择接收到的信号电平最强的六个频率，移动台测量： 接收信号的电平RXLEV； 测量接收信号的电平的频率； 色码BSIC。 最后，移动台将这些数据通过消息MEASUREMENT REPORT发送给基站。,64,.BTS测量 被考察的移动台上行链路性能； 空闲话务信道的干扰信号功率； 和移动台间的距离(通过当前的时间提前量)。 最后，这些数据和移动台测量得的数据一起发给BSC。
27、BSC为切换准备候选的蜂窝小区列表。,65,执行切换 .蜂窝小区间的切换 目的：将一个蜂窝小区的移动台转换到另外一个蜂窝小区。 几种可能性： 同一BSC下的当前蜂窝小区和新蜂窝小区 同一MSC下，不同BSC的当前蜂窝小区和新蜂窝小区 不同MSC下的当前蜂窝小区和新的蜂窝小区，MSC间的切换还没有发生 不同MSC下的当前蜂窝小区和新的蜂窝小区，MSC间的切换已经发生(subsequent handover),66,切换的一般规则 是BSC决定进行切换的。 在BSC选定的数个目标蜂窝小区中，MSC根据话务量的相关准则选择一个。 MSC不参与在同一BSC下发生的切换。 用来执行切换的消息在BSC间交
28、换得最频繁。在消息的传输的过程中，MSC只是充当中继的角色。 固定电话网和GSM网间的连接点仍然是负责建立呼叫的MSC，叫做“主MSC”(anchor MSC)。切换完成后，移动台还是继续和锚MSC联系。其他的MSC仅仅是充当消息CM和MM的中继。 ISUP协议被用来更换话音链路。,68,.BSS内部的流程 同一BSC两个不同BTS情况： 一旦决定执行切换时，BSC要在新的蜂窝小区预留一条信道。 BSC发送消息CHANNEL ACTIVATION给相应的BTS。在BTS激活信道和确认指令后，BSC在FACCH信道上发出消息HANDOVER COMMAND指令经BTS给移动台。,69,HANDO
29、VER COMMAND消息中有一个字节用来指出切换的相关信息： 新信道的特性 (SDCCH信道、半速率还是全速率的TCH信道) 新蜂窝小区的特性(信标信道的频率、色码BSIC、慢跳频时所用的频率) 移动台要在新信道上使用的、作为初始功率的电平 要使用的物理信道建立过程的指示 在新蜂窝小区要使用的时间提前量 加密模式的建立,70,异步切换(asynchronous handover) 定义：与切换相关的两个BTS之间不同步，移动台和新的BTS必须对时间提前量重新初始化， BSC不知道在新蜂窝小区应该给移动台应用的时间提前量时发生的切换。,BTS用消息HANDOVER DETECTION通知BSC
30、，并且计算移动台要用的时间提前量。,移动台发送包含切换参数在内的、被编码在接入突发中的消息HANDOVER ACCESS,移动台建立第二层连接，在FACCH信道上发送正常突发。,RR层消息HANDOVER COMPLETE指出切换完成了。,BSC通过发送消息RF CHANNEL RELEASE给BTS释放旧信道。,去活信道和确认指令。,73,同步切换(synchronous handover) 如果两个BTS是同步的，BSC可以根据旧的时间提前量推算出新的时间提前量，并在消息HANDOVER COMMAND指出来。 移动台在一个接入突发上发送4次消息HANDOVER ACCESS，随后就发出S
31、ABM帧，而不用等接收到消息PHYSICAL INFO。 (和异步切换一致)。,74,同一MSC内的切换流程 同一个MSC管理的两个蜂窝小区，但是不同的BSC情况下发生的切换总是由管理移动台所在蜂窝小区的BSC (BSS-A)决定切换与否的。,消息BSSMAP HANDOVER REQUIRED中包括移动台应该被转发的一个或多个蜂窝小区的列表。,MSC-A收到消息后，马上和BSS-B建立SCCP连接，并将之后所有的消息使用这个连接发送。MSC-A在发出消息SCCP CONNECTION REQUEST给BSS-B开始切换。,无线资源调拨完毕。,BSS-A转发给移动台。,BSS-A通知MSC-A
32、 SCCP连接释放完毕。,77,不同MSC间的切换流程 简单的两个MSC间的切换,Switch on channel in new cell,MSC-B分配一个切换号(或在相应的VLR中收到)，使得MSC-A和MSC-B可以建立一条正常的电话链路。,通过两个ISUP消息的交换，从MSC-A到MSC-B之间的话音链路建立。,MSC-A通知移动台切换到新的蜂窝小区。,BSS-B察觉了移动台的接入，通知MSC-A将话音链路连接从BSS-A转换到MSC-B。,通话结束后，资源释放完毕。,80,Subsequent handover 在通话过程中已经执行了不同MSC间的切换的移动台，在同一次通话过程中又
33、离开了MSC-B的控制范围。因此，有两种情况出现 移动台又回到了MSC-A的控制范围或 移动台进入了第三个MSC的控制范围(MSC-B),83,MSC要求的切换 MSC知道每个BSC上的负荷，一旦发现有BSC负荷过大，它可以尝试通过将某些通话转接到其他蜂窝小区，均衡负荷。 但是，MSC不可以发起切换，为什么？,因为MSC并不了解每个通话的质量和它们各自的无线电特性。但是MSC可以要求BSC在可能的情况下，将一些移动台转接到其他蜂窝小区。,消息中包含需要切换的移动台数量、起始蜂窝小区、可用的目的蜂窝小区列表。,消息中包含完成切换的数量和目的蜂窝小区。,85,小结： 了解无线链接的管理，熟悉蜂窝小区的选择和重选过程(准则C1、C2)以及越区切换的有关知识，掌握专用信道的管理相关知识。,86,作业：12月6日交 .请详细解释准则C1和C2在GSM网络中的具体作用。 .切换的概念和类型。 .在蜂窝小区选择过程中，合适蜂窝小区的特点是什么。,