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北京邮电大学硕士论文 中文摘要 移动通信系统中的切换技术研究 摘要 切换是保证用户在移动通信系统中具有移动性的必不可少的方法。 自从移动通信领域中引入的蜂窝概念，切换技术才开始出现并成为了移 动通信系统中的重要技术之一。切换是蜂窝系统所独有的功能，也是移 动通信系统的一个关键特征，它直接影响整个系统的性能。 在传统通信系统中最典型的切换技术就是硬切换。切换过程中，m s 先中断与原基站的联系，再与新基站取得联系，是一个“先断开再连 接”的过程。随着第三代移动通信系统的出现，开始出现软切换技术。 软切换是指在信道的载波频率相同时的信道切换，它是一个“先连接再 断开”的过程。软切换还可细分为软切换和更软切换。更软切换是指在 同一小区内的扇区之间的信道切换。因为这种切换只需要通过小区基站 n o d eb 便可完成，不需要通过移动交换中心m s c 的处理，故称为更软 切换。软切换可以带来增益，减小系统干扰。而t d s c d m a 中还引入 了接力切换的技术，它以精确定位为前提，因而与硬切换相比，u e 可 以很迅速地切换到目标小区，降低了切换时延，减小了切换引起的掉话 率。而在b 3 g 系统中，切换技术更加复杂，是综合网络特性和用户要 求等因素后在不同子网之间的切换。 本论文研究了g s m 、c d m a 、w c d m a 和t d s c d m a 系统中的 切换算法，每种算法中特有的切换测量方式和切换机制，以及在这些系 统中切换对系统性能的影响，分析了这些切换方案在移动通信系统中的 优势与不足。研究了如何从g s m 系统的空中接口提取切换信号与信令， 研究了切换信令提取和分析的处理流程，并分析了g s m 系统中的切换 伺题和解决办法。 关键词：切换软切换g s m m aw m a 北京邮电大学硕士论文英文摘要 i 也s e a r c ho fh a n d o r t e c h n l q u e i n m o b i l es y s t e m a b s t ra c t h a n d o v e ri sm ei 1 1 d i s d e n s a b l em e t h o dw h i c hm d k e ss l l r _ et 1 1 em o b i l eu s e r c a ne n i o yt h em o b i l i t ymt l l em o b i l ec o m m u n i c a t i o ns v s t 啪s i n c et h e c o n c e p to f c e l lc a l ei i l t ot h em o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e i na r e 轧m e h a i l d o v e r t e c l l l l o l o 夥h a s 印p e a ”e d 锄db e c a i i l em ev e 哆i m p o r t 加tc o n c 印to f t h em o b i l ec o m m u i l i c a l i o n 町，s t e m h a l l d o v e ri s l ep a i t i c u l a r 血删o no f t h e c c l l 跖，s 慨a n da l s oi st h el ( e yc h a r a c t e ro f t l l em o b i l ec o m m l 】n i c a t i o n s y s t a i l i ti n n u b 山ec 印a b i l i 妙o f l em o b i l es ) r s t 锄d i r e c t l y t h eh a r d h a n d o v e ri s 山et y p i c a li 锄d ) v 盯t c c h l l o l o g yo f l e 把描衔o n a l m o b i l es y s t e 札i i lt h i sb a nd l w e rp i d c e s s ，m sc u to f r t h ec o i 】i l a c t i o no f t h e f - o 珊u e r b sb c f o r e 衄山e a n e w c o l l n c c d o n o f t h e 鲰e t b s n i s a “c u t o f r 锄dt 1 1 e i lc o 加e 盯p m c e 蟠o n gw 岫t h ed e v e l o p m e n to f t h e3 gs 拇e t i l ， m es o m h 锄d o v e rh a s 研邛i e a r e d t h es o f t h 锄d o v e rm 黜sm sh 觚d o v e r b e t w e c nt h ec h 珊m e l sw l l i c hh a 、，et h es 锄ef e q u e n c y “i sa o 皿o c tm l d t h e nc u to 口p r o c e s s 1 1 1 es o f i - h m d o v e rc 妯s u b d m d ei n t os o f i - h a n d o v e f a n ds o f t e r _ h 剐m d o 吼s o f t e f - h a 】胁v e rm e a l l si sh a n d o v e rb e n v 唧m e d i 丘b r e n td m n n d si nl h es e c t o r so f 1 es 锄ec e l l nw a si l 锄。d s o f l e r - h a i l d o v c rb c c a u s et 1 1 ep r d c 嚣sd o n tn dm s c ，i to d ym l d e rt h en 0 d e b t h es o m h 锄d o v e rc a na d dg a i n 觚d 劬c e 酗，s t c mi n t e f f 唧c c t h e 1 i ) s c d m ai n t 同u c et h er e l a yh 锄d o v e rt h 1 1 0 1 0 9 yw h i c hi l e e dt h e 雕i s el o c a l i z ef o r 也ep r o c o n d i t i o n c o m p a i _ ；e st 0t 1 1 eh 砌b a n d o v e r ，t h e s o m h a i l d o v e r 妣h n o l o 自，m a k cm eu e1 1 a n d o v c r 邛【o r cm p i d l ya n dr e d u c e t l l ed i s c o 衄e c t i o nr a t e 1 1 1t h eb 3 gs y s 劬咀，t i l eh 锄d o v c rt e c l l r l o l o g yw m c h n d t o a c t l i e v e i n t l l ed i f f 邑佗n ts 1 1 b n e t 啪永b o c o m e m o r e 觚d m o r e c o m p l i c 删，c o n s i d 。曲ga _ b o u tl h e 唧i r a 1 曲t so f ( h c 咖m e r sa n dt 1 1 e d | l a c t e 巧o f t h en e t w d f k t l l i st h c s i sh a 、，c 陀s e a r c ht h eh 锄d o v e ra l g o r i t l l m 研m 山e i rp a r t i c u l a r 加a l s t l j 旧m e t h o d 觚dh a i l d o v e rm o c h a l l i 锄b e t 、) l r e e n1 1 1 eg s m c d m 气 w c d m aa n dt d - s c d m as v s t e m 1 1 l i st l l e s i sa l s od i s c u s s e d 也ed i 琢瑚t i n f l u e n c 嚣o f m es y s t i e mc a p a b i l i t yw h i c h 也et 1 1 e s ed i 仃b r e n th 锄d o v e r 北京邮电大学硕士论文英文摘要 曲眦e g i e sb r i n gi n t 0 ，a n dd i s c u s s e dt h ed i 行色f e ma d v a l l t a g 鼯硒w e l la st h e d i s a d v a n t a g e s a n dr e s e 龇出h o wt oe ) 【t r a c ts i 印a l i i l ga j l ds i 印a l so f h a n d o v e r 丘o mt 1 1 eg s ma i ri 1 1 t e r f h c e ，1 1 e s e a r c ht h ew o r l ( i n gp r ) e s so f e x n _ a c t i n gs i g n a l i n ga r l ds i g n a l sa l s o i yw o i m s ：h a n d o v e rs o r h a n d o v e rg s mc d m aw c d m a 北京邮电大学硕士论文 声明 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处， 本人签名： 苯互瘟 本人承担一切相关责任。 日期：立毕业 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论 文注释；本学位 本人签名： 导师签名： 适用本授权书。 日期：卫孕型l 日期：之! 坚兰：兰： 北京邮电大学硕士论文 移动通信系统中的切换技术研究 1 1 移动通信技术的发展 第一章绪论 移动通信技术是当前发展最快的技术之一，其类型系统也在迅速发展，给人们 的生活带来了巨大改变，使人们摆脱有线的束缚从而可以享受到更全面的通信服务。 从2 0 世纪8 0 年代开始，第一代移动通信系统出现并逐步商用化，这个时候的 移动通信系统采用的还是模拟技术。其接入技术是频分多址f d m a ，它仅能提供 9 6 l 【b i t s 通信带宽。典型系统有美国的模拟电话系统a m p s 、北欧的移动电话系统 n m r 、英国的全接入通信系统t a c s 等。 到了2 0 世纪9 0 年代开始，数字蜂窝系统开始出现，这一时期，移动通信的商 业化得到了突飞猛进的发展。第二代移动通信系统具有保密性强、频谱利用率高、 能提供丰富的业务、标准化程度高等特点，而且为用户提供了无缝的国际漫游。其 接入技术主要有时分多址技术t d m a 和码分多址技术c d m a 两种，它可以提供 9 6 2 8 8 妨i t s 的传输速率。其典型系统，如欧洲的全球移动通信系统g s m 、北美 的数字增强型系统i s 1 3 6 、l s 9 5 a 、i s 9 5 b 、日本的个人数字蜂窝系统p d c 等。 无论是第一代还是第二代移动通信系统，其主要的业务应用都是在话音业务上。 然而随着移动通信技术的飞速发展和用户对无线业务需求的不断增长变化，支持更 高的数据传输速率和提供更多类型的业务已经成为移动通信系统的发展方向。移动 通信系统开始了从提供语音业务到提供多媒体业务的发展过程。目前，全球移动通 信系统正处于从第二代到第三代的过渡阶段，第三代移动通信系统的研究已经成为 移动通信领域研究的热点。国际电联接受的第三代移动通信系统标准主要有三个， 即美国提出的c d m a 2 0 0 0 ，欧洲和日本提出的w c d m a 和我国提出的t d s c d m a 。 第三代移动通信系统的主要特点包括了全球无缝漫游：具有支持多媒体业务的能力， 特别是支持h 她n 僦业务；高带宽、高速率；高频谱效率、大容量。 虽然第三代移动通信系统的出现使人类的通信方式出现革命性的转变，然而第 三代移动通信系统中不同的标准带来的网络融合问题和系统容量受限问题依然存 北京邮电大学硕士论文移动通信系统中的切换技术研究 在。所以未来的b 3 g 移动通信系统的发展目标就是实现全球统一的通信体制。使终 端用户在任何时间、任何地点、进行任何类型的通信服务都畅通无阻，且保证用户 总处于最佳连接状态，是一代有能力彻底解决前三代通信系统主要弊端的最先进的 移动通信系统。当前移动通信技术研究热点主要集中在满足b 3 g 系统的对更高数据 速率、更高机动性和无缝隙漫游的要求上。 1 2 切换技术的发展 自从移动通信领域中引入的蜂窝概念，切换技术就开始出现并成为了移动通信 系统中的重要技术之一。切换是蜂窝系统所独有的功能，也是移动通信系统的一个 关键特征，它直接影响整个系统的性能。 蜂窝的概率来自于目前的移动通信系统采用的小区制，即将整个网络服务区域 划分为若干小区，每个小区分别设有一个( 或多个) 基站，用以负责本小区移动通信 的联络和控制等功能。因此移动网络的覆盖区可以看成是由若干正六边形的无线小 区相互邻接而构成的面状服务区。由于这种服务区的形状很像蜂窝，我们便将这种 系统称之为蜂窝式移动通信系统，与之相对应的网络称之为蜂窝式网络。 蜂窝结构可以适应很高的用户密度，但同时也出产生了一个很复杂的问题，那 就是怎么才能确保用户在移动过程中保持通信不中断。为了解决这一问题提出了切 换技术。所谓的切换就是当用户在蜂窝的覆盖区域中移动时，正在进行的呼叫从一 个蜂窝转换到另一个蜂窝的过程。 在传统通信系统中最典型的切换技术就是硬切换。切换过程中，m s 先中断与 原基站的联系，再与新基站取得联系，是一1 。先断开再连接”的过程。在硬切换过 程中只有一个业务信道被激活。对实时载体( 信道) 而言。这意味着载体的短暂断开； 对于非实时载体来说，这是无损耗的。这种硬切换包括载波频率和引导信道p n 序 列偏移的转换。 随着第三代移动通信系统的出现，开始出现软切换技术。软切换是指在信道的 载波频率相同时的信道切换。软切换只是引导信道p n 序列偏移的转换，而载波频 率不发生变化。在切换过程中，m s 与原基站和新基站都保持着通信链路，在切换 结束时才断开与原基站的链路，保持与新基站的通信链路。它是一个先连接再断开” 的过程。软切换中还包含更软切换，更软切换是指在同一小区内的扇区之间的信道 切换。因为这种切换只需要通过小区基站n o d eb 便可完成，不需要通过移动交换中 4 北京邮电大学硕士论文 移动通信系统中的切换技术研究 心m s c 的处理，故称为更软切换软更软切换是在小区内的扇区与另一个小区或者 是某个小区内的扇区之间进行的信道切换。 目前，随着m 0 _ b 丑c 口和口v 6 技术的发展，无线局域网通信系统也引入了切换 技术，并引入了快速切换和平滑切换两种不同的切换机制。所谓快速切换即意味着 低延时，是对移动脚6 协议的扩展，平滑切换聂b 是减小了数据包的丢失率。 而在b 3 g 系统中，切换技术更加复杂，是综合网络特性和用户要求等因素后在 不同子网之问的切换，属于垂直切换技术，该技术不但保留了传统切换的基本功能， 而且能保证用户在任何时间，任何地点能够获得最佳服务。此处的“最佳”体现在切 换过程中用户的毫无觉察。切换后用户进入更为理想的网络享受更好的服务。从网 络的角度来看这样的切换还确保了带宽的高效使用，网络负载的平衡。 1 3 本论文的机构 切换技术是移动通信系统的关键技术。本论文研究分析了各种主流的切换技术 并对g s m 系统中的切换技术做了具体的分析，共分六章。 第一章为绪论。介绍了移动通信技术的发展状况和各个时期的技术特点。然后 介绍了切换技术的研究进展和技术特点。 第二章研究分析了切换技术的基本原理，切换过程等。 第三章研究了具体的切换算法，重点分析了g s m 中的切换算法，c d m a 中的 切换算法，、c d m a 中的切换算法和t d s c d m a 中的切换算法。 第四章介绍了现在切换技术的研究热点。介绍了移动口中的切换技术，和异构 网切换技术。 第五章研究了g s m 切换信令的提取与分析过程，给出了切换信令提取与分析 处理的工作流程，并分析了g s m 系统中的切换问题和解决办法。是本文的重点。 第六章是针对论文的工作做出了概括性的说明和总结。 5 北京邮电大学硕士论文移动通信系统中的切换技术研究 2 1 切换原理 第二章切换技术基本原理 切换是保证用户在移动通信系统中具有移动性的必不可少的方法。切换的概念 是：当用户从一个小区的覆盖范围移动到另外一个小区的覆盖范围时，新的链路必 须在用户和新的小区之间建立，而用户和旧的小区之间的链路连接必须删除和释放， 以使得用户的通话能够继续。 2 1 1 切换的原因 引起切换有许多原因，最主要的原因是空中接口的连接再也不能满足要求，为 了提高连接质量保证移动用户的通话能顺利进行，就需要进行切换。触发切换的原 因有： 1 功率预算引起的切换 在g s m 系统中，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， 在移动台穿过两小区的边界时，如果b s c 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。正常的话，功率预算 切换应占到切换总数的5 0 以上。在c d m a 系统中，因为它是一个干扰受限系统， 其系统容量与整个网络的干扰情况密切相关。为了使整个p l 似中干扰电平的统计 平均值减少，将链路切换到最小路径损耗的信道上。 2 信号强度引起的切换 当基站或移动台处接收到的信号很弱时，并出现移动台到另一个小区，或者同 一小区但不同频率有更好的链路的情况，可能导致切换。当然。服务基站可增加它 的发射功率来提高接受电平，或者命令移动台增加它的发射功率，但是如果信号电 平持续在门限以下，应该启动切换。 6 北京邮电大学硕士论文 移动通信系统中的切换技术研究 比如g s m 系统中。在小区切换参数中定义了上下行电平切换门限值，当b s c 从移动台和基站上( 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( 该门限值设置时应比小区的最小接入电平高) ，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作为目标小区来触发 切换，若没有邻小区符合条件，那么就很容易导致掉话现象的出现。 在这种类型的切换中，其邻小区的接收电平应满足比服务小区的接收电平大出 一定值，该值被称为救援性电平切换容限( h o m a r g i 阻e v ) ，采用该算法的 目的也是为了避免不必要的救援切换而引起乒乓效应。在郊区，由于基站比较少。 覆盖大，故要降低容限以便救援切换及时发生；相反在基站比较密集的地方，应提 高该值，以避免乒乓效应并同时缩短切换的反应时间。 3 信号质量引起的切换 有时候信道遭受到干扰可能引起信道质量较大的衰减，使信道的纠错功能不能 保证信号质量到可以接受的水平，这时就需要切换到质量较好的信道，即便原信道 信号的电平足够强。 比如在g s m 系统中，当b s c 从移动台和基站上( 下) 行测量报告中发现上( 下) 行误码率过高，超过质量切换的门限值，就会触发救援性质量切换。针对这种切换， 也有一个救援性质量切换容量值( h o m 舭诹x q i a i ，) ，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 移动台到基站的距离引起的切换 各服务小区中移动台到基站的距离限制和网络规划中规定的该小区半径将被存 入基站数据库中，系统将不断地检查比较移动台至b 基站的距离和极限距离，如果超 过极限距离就执行切换。 5 话务切换 如果一个小区的话务量即将达到小区容量的极限，而附近小区话务量较小，这 时可以将高话务小区的链路切换到低话务小区中，以此来平衡话务分布。这类切换 的链路通常都位于小区边缘。这种由话务量引起的切换一般是由m s c 或基站控制 器来控制。另外一种基于话务量的切换情况是在微蜂窝和宏蜂窝的双层网中，通过 微蜂窝和宏蜂窝之间的切换来平衡两者的话务量分布。 7 北京邮电大学硕士论文移动通信系统中的切换技术研究 2 1 2 切换控制方式 移动通信系统共有三种切换控制方式： l 。移动台控制切换( m c h o ) 移动台控制切换是通过移动台持续监视通信端口的信号强度和质量，当满足切 换条件时，移动台选择一个最好的切换侯选项并发起切换请求。欧洲数字无绳电信 系统( d e c d 和个人接入通信系统( p 川l s ) 采用的就是这种控制方式。 2 网络控制切换( n c h o ) 网络控制切换是通过通信端口监视信号强度和质量，当信号恶化到低于某阈值 时，网络就安排切换到新的通信端口。在此过程中，网络要求所有端口监视由移动 台来的信号，并将结果报告给网络，当网络选择新端口后，它同时通知旧端口和新 端口完成切换，移动台在切换过程中是被动的。这种切换控制方式被全接入通信系 统f r a g s ) 和高级移动电话系统( a l 旧s ) 采用。即由基站检测，由交换中心控制完成， 当前基站监视并测量所有通信链路，移动交换中心( m s c ) 命令周围基站不时地测 量各自的通信链路，基于这些测量，m s c 决定何时何地发生切换。 3 移动台辅助切换( m a h 0 ) 移动台辅助切换( m a h 0 ) 可以说是网络控制切换( n c h 0 ) 的一种演化，它 要求移动台测量周围端口的信号强度并报告给旧端口，然后由网络来判断是否切换 和切换到哪个端口。因此m a h o 是通过移动台测量通信链路。而由网络控制切换， 在切换过程中移动台和网络同时参与切换，移动台负责测量，网络负责判决。目前 的g s m 及c d m a 系统均采用这种切换控制方式。 2 2 切换的过程 不同的移动通信系统的切换方式各有不同，以下是三个典型的移动通信系统的 的切换过程描述。 1 英国的全接入通信系统( t a c s ) 的切换过程 t a c s 系统采用的是网络控制切换方式，即由基站检测，由交换中心控制完成， 其切换过程如下： 移动台在通话过程中，基站会产生连续的监测音s a t ，和话音一起传送，用于 监测无线信道质量：当基站监测到移动台的射频信号强度低于所设定的切换门限电 s 北京邮电大学硕士论文 移动通信系统中的切换技术研究 平值时，基站便向交换机发出切换请求；交换机根据基站切换关系表，指定相应的 目标基站来测量源基站要切换话音信道的信号强度；当某个目标基站的测量值满足 设定的比较条件时，该基站便通知系统它测量的信号强度、所用无线等参数，系统 便向该目标基站发出一个执行切换命令( 对于m 明r 0 r o l a 系统，由于信道的分配 功能是由基站完成的，所以这时应由基站向系统应答一个信息，以告诉系统所选信 道的、s a t 音号等；而对于尉c s s 0 n 系统，由于信道的分配功能是由交换机来完 成的，所以不存在这应答指令) ，同时系统还会向发出切换请求的源基站发一个 切换执行命令；于是源基站在其下行话音信道中向手机发一个包含手机要切换的信 道号和所应使用的功率等参数的控制信号；手机收到该信号后向基站发一个释放该 信道的应答信号s t ，然后立即切换到新的话音信道；基站收到s t 后便释放该话音 信道；然后向系统报告越区切换成功。整个切换过程便结束了。 2 g s m 的切换过程 g s m 系统采用的是移动台辅助切换方式，即由移动台监测判决，由交换中心控 制完成，在切换过程中基站和移动台均参与切换过程。其切换过程如下：移动台在 通话过程中，不断地向所在小区的基站报告小区和相邻小区基站的无线电环境参数； 本小区基站依据所接收的该移动用户无线电环境参数来判断是否应该进行越区切 换，当满足越区切换条件时，基站便向移动台发出越区切换请求，同时将越区切换 请示信道传送给m s c ；m s c 立即判断此新基站位置码是否属于本m s c 辖区。此时 有两种情况：若m s c 确认新基站是属于本m s c 辖区的基站，则通知且为其寻 找一空闲信道( 最佳或次最佳替换信道) ，然后将所找信道的信道经过本区的基站 发送给移动台，移动台依据信道号的频率值将工作频率切换互新的频率点上，并进 行环路核准，核准信息经m s c 核准后，m s c 通知基站释放原信道；若m s c 发现 新基站是属于非本m s c 辖区的基站，m s c 就将切换请求转送给新m s c ，再由新 m s c 通知它的且为其寻找一空闲信道，然后将找到的基站的参数、信道号传送 给原m s c ，并经由原基站发送给移动台，然后进行移动台的核准和基站的释放过程。 3 c d m a 的切换过程 c d m a 系统采用的是移动台辅助切换方式，即由移动台监测判决，由交换中心 控制完成，其切换过程如下： 基站在每个工作的前向c d m a 信道上不断发射一个引导信号，用于监测无线 信道质量。移动台在通话过程中，不断搜索系统内的引导信号并测量其信号强度， 当移动台检测到来自相邻小区基站的引导信号大于上门限时，移动台便将该引导信 号的强度信息的报告给基站，并将该信号作为候选集；m s c 通过原基站向移动台发 9 北京邮电大学硕士论文 移动通信系统中的切换技术研究 送一个切换命令消息，移动台据此跟踪新目标基站的引导信号，并将引导信号作为 有效集，同时向该目标基站发送一个切换完成消息，至此，移动台除与原基站保持 联系外，还与新基站取得了链路。当原基站的引导信号强度小于下门限时，移动台 的切换计时器开始计时，计时期满，移动台向原基站发送引导信号强度测量消息， 然后m s c 通知目标基站向移动台发送切换命令消息，移动台据此断开与原基站的 联系，并保持与新基站的联系，同时向新基站发送一个切换完成消息，至此，整个 软切换过程结束。 l o 北京邮电大学硕士论文 移动通信系统中的切换技术研究 第三章主要移动通信系统中的切换算法 3 1g s m 的切换算法 3 1 1 切换的准备 测量报告 在通信过程中，系统对切换和功率控制的判决取决于移动台定期向网络发送的 对下行链路的报告( 该测量报告是移动台在处于专用模式时通过上行的s a c c h 信 道来向系统报告) ，以及基站对上行链路测量的报告，这两份报告将同时送到b s c 中进行判决。 邻小区预同步 在通信过程中，移动台为了和其邻小区建立起预同步关系就必须要根据服务小 区下行s a c c h 携带系统消息的指示去收听邻小区的b c c h 信道，b c c h 信道携带 着小区的同步和频率校正信道，移动台验证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f c c h 。预同步要求移动台不仅要对其邻小区的 f c c h 解码而且要对带有t d m a 帧号和b s i c 号的s c h 来解码。其寻找f c c h 的 办法是通过咖6 复帧的空闲帧来解译其邻小区b c c h 信道的信息。 定时提前 定时提前是与切换密切相关的一个过程，其目的是为了补偿不同移动台之间的 传播延迟，并提高频谱效率。在建立了一条专用连接后，酎r s 连续测量它自己的突 发脉冲进度表和移动台的突发脉冲进度表之间的时间偏移，并向移动台提供所要求 的定时提前。这项工作是在s a c c h 上以每秒两次的频进行的。时间的提前量可以 从o - 2 3 3 璐，当切换要求预同步时，移动台能测量来自两个f r s 的突发脉冲到达的 时间的差别，从而计算出所用的定时提前量。 北京邮电大学硕士论文移动通信系统中的切换技术研究 而两个不同步的小区之问进行切换时，没有信息可供移动台或网络来预计一定 时提前量，所以必须先由移动台向r s 发送零定时提前的接入突发脉冲。b r s 在接 收到此突发时，可测量两倍的传播时间，从而推导出定时提前量，并在信令报文中 发送给移动台。移动台在接收到这条报文后，就可以正确地发送正常的突发脉冲了。 因此异步切换的过程要比同步切换的过程长。 3 1 2g s m 的切换 根据两个主要准则，切换规程分为几判”。 第一个准则是与定时提前有关，且仅仅影响移动台和新b t s 之间的无线接口规 程的呼入部分。分为两种情况： 1 同步切换：新旧小区是同步的，移动台能计算新的定时提前。 2 异步切换：在切换规程期间，定时提前必须由移动台和新的h r s 两者同时 计算。 第二种准则与交换点的位置有关，主要分为三种情况： 1 b s c 内的切换 2 m s c 内的切换 3 m s c 之间的切换 不管切换是同步的还是异步的，是m s c 内的还是m s c 之间的，是b s c 内部 的，还是b s c 之间的，切换执行时都分两个阶段。第一阶段，原来的b s c 触发切 换用来建立新的信道。一旦建立好，就向移动台发送一条切换命令结束这一阶段。 第二阶段，移动台接入新信道这一接入过程要触发通信系统内连接路径的转换，并 释放原来的信道。 b s c 内的切换 1 2 北京邮电大学硕士论文移动通信系统中的切换技术研究 m s b t s l b t s 2b s cm s c h 锄d o v 盯i n d i c a t i o q c h a m 他la c t i v a t e c h 锄e la c t i va _ t ea i：k c o m m a i l d 。h 趾d o v e r c l啪m a n d h a n d o v r a c c e 韶 。 h a n d o v e rd e 住c t 。p h y sc a l 幽 s a bm e e s 诅b l i s hi n d i c 咂) n u a h 锄d o v e r c o m p l e t c 、 h a i l d o v e rc o m d l e t e h a t l d o v e r p e 响n n e d 、 。 r fc h 删一r e a l 澉 r f c h 咖er e a l e a s ea c k 图3 1b s c 内部切换的信令流程i l j 流程说明： 第一阶段，b t s l 向b s c 发出切换请求，b s c 发现该移动台切换的目标小区是 它所管辖的b t s 2 时，将向目标小区2 出发c i l 锄d a d i v a t e ( 信道激活) 指令。目标 小区2 准备好后，则向b s c 发出a l 锄i l e la 砸v a t ca c k ( 信道激活证实) 的报文作为回 应。b s c 收到此报文后，则开始执行切换程序，b t s l 发送切换命令给移动台。 第二阶段，移动台收到切换命令后发送h 觚d o v 盯a o c e 鼹( 切换接入) 给b t s 2 ， 但发送方式根据切换命令的参数的不同和小区同步方式的差异略有不同。同步小区 可以根据己知的定时提前量直接接入到信道。若是异步切换，目标小区2 信道被激 北京邮电大学硕士论文移动通信系统中的切换技术研究 活后将一直在所分配的专用信道上等候移动台的接入，当它检测到移动台发出的切 换接入请求后，一方面向b s c 发出h 卸d o v 盯d e t e c t ( 切换检测到) 的消息，一方面 向移动台发出p l l 蜘c a ih 面( 物理消息) 来向移动台提供它所计算出的新的定时提前 结果。移动台会一直发送切换接入的报文，一直到等候到物理消息的报文。 当移动台接入到新的t c h 信道后，就会向网络发出s a b m e 报文。若网络收到 了该报文，一方面向b s c 发出e s t a b h s l lm d ( 建立指示) 报文，一方面向移动 台发出u a 证实帧。当移动台收到u a 的证实后，它会认为己和该小区建立起了信 令的应答模式，此后它就会向目标小区2 发送一条h 锄d o v 盯c 鲫p l e c e ( 切换完成) 的消息，表明m s 己完全完成了至目标小区的切换任务。 当目标小区2 收到移动台发送的切换完成报文后，会通知b s c 。b s c 收到该消 息，会发送r fa l 砌嘣r d e a ( 无线信道释放) 消息给b t s l ，另外会发送一条 h a n d o v e r p 洳e d ( 切换己执行) 的报文给m s c 。b t s l 收到无线信道释放消息后， 会返回条r fa 瑚n dr d a c k ( 无线信道释放证实) 表示该信道已经释放， 可以再次分配。至此，整个切换过程就全部结束了。 m s c 内的切换 切换的前后两个小区分属两个b s c 控制，但这两个b s c 却受控于同一个m s c 。 这种切换的完成需要这个m s c 以及两个b s c 的共同参与控制。m s c 内部b s c 问 切换的信令流程如下图： 北京邮电大学硕士论文移动通信系统中的切换技术研究 m s b t s l b s c lm s cb s c 2 b t s 2 胁 n d o v 盯r e q u h !h d o v c r r 朝u i r c d h 锄d a v 盯r e a ie s t r c c c h 锄n e la c t i v 如。 c h a 叩e la c t i v a t ea c k h 舳d o v玎r e q u e s t a c k i【a r i d o v e rc o m n l 锄d h 卸l o v e rc o m m a n d h 锄d o v 盯c o ni 衲d h a n d o v e ra c c e s s a n d o v e r 【，e t e c t h a l l d o v e rd c t c c t p h y s i c a l i n f o s a b m 【e u ae s t a b i i s hi n d j c 鲥o n h 卸d 0 v e rc o m d l it e g d o v 日c o m p i e “ h a n (o v e rc 0 m p i e t e c 1 e 盯c o m m a n d r f ( n a j l i l e lr e a l e a s e r f c h 柚ni lr e a l e a s ea c k c l e c 0 m p 图3 - 2m s c 内部切换的信令流程f 1 流程说明： b s c 通过对移动台测量报告的分析，若发现切换的目标小区不属于该b s c 时， 它将向m s c 发出一条“切换申请”( h n d o 、，e rr e q u 也d ) 的报文，该报文 中包含了目标小区和原小区的小区识别号( c e l ld ) ，以及切换的原因等。当m s c 收到该消息后，将尝试切入目标小区。首先m s c 将去查询u c 表来判断目标小区 的l c 号是否属于自己，若是的话则查询该小区所在的b s c ，并向该目标b s c 发 出一条“切换请求”( h a n d o r i 也q u e s t ) 的报文，该报文中包含目标小区和 北京邮电大学硕士论文 移动通信系统中的切换技术研究 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特性不同) 、 加密模式( 与以前一样) 、移动台类别( c l a s sm 枷【) 及所需的信道类别等。当 新b s c 收到该消息后，首先将向m s c 发一条s c c p 连接确认( c c ) 消息，表示 m s c 的s c c p 连接己建立起来了，此后将通过该路径来传递a 接口的信息。若目标 b s c 发现有信道资源，则将通过交换。信道激活”和“信道激活证实”两条报文来 准备好一条新的t c h 信道链路，目标小区同时也准备好移动台的接入。 当目标b s c 收到目标小区发来的“信道激活证实”后，将向m s c 发送一条。切 换请求证实” ( h a ) c i v e ri 也q u e s ta c k ) 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 m s c 。m s c 收到该消息后，将向原b s c 发送“切换命令”( h 7 d 1 0 、，e r c m 心d n d ) ，该报文中含有小区号码、信道类型和切换参考等消息。移动台收到 该切换命今后，将根据其中关于信道描述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，目标b s c 将向m s c 发送“切换完成” ( h n d o 、_ r e r c 0 m p l 即 e ) 消息。m s c 收到该消息后，随即向原b s c 发送一条 “清除命令”( c l e a r c o 皿d a n d ) 来要求释放旧的t c h 信道，该报文中含有清 除的原因( 如切换清除等) 。当原b s c 收到该报文后，将释放旧的t c h 信道，并 向m s c 发出“清除完成”( c l e a rc o n 4 a n d ) 的消息。m s c 收到该消息后， 将把以前的s c c p 拆除掉。于是，本次切换过程结束。 m s c 间的切换 切换的前后两个小区分属两个m s c 控制范围，称为m s c 间切换。这种切换的 完成需要多个m s c 以及两个小区所属的b s c 的共同参与控制。m s c 间切换的信令 流程如下图： 1 6 北京邮电大学硕士论文 移动通信系统中的切换技术研究 m s c am s c bv l 尺b 图3 - 3m s c 之间切换的信令流程i l j 流程说明： 目标m s c 上收到来自m s d a 的“切换准备”报文指示后，通过发送“分配切 换号( m a pa l “) c a 吧h a n d o rm j m e r ) 来请求且b 提供切换号码( 除 非在切换准备的请求中收到不需要分配切换号码的指示。切换号码的分配只是为了 使归属m s c - a 能够建立起来与目标m s c - b 之间的路由而提供的一个指向。当收到 m s c b 发来的请求分配切换号码的提示后，r b 决定是否有可用的切换号码， 如果没有可用的切换号码，将会以带有相应错误的m a pa i i o c a t em 蝴v e r m ，e ra c k 来指示。如果有的话，所分配的切换号码将通过“发送切换报告” ( m a ps e n dh a n d o v e rl u ! p o r t ) 消息将切换号码发送给m s c b 。m s c b 收 到该切换号码后，随即返回一个“发送切换报告证实”( m a ps e n dh a n l ) o 、悒r r e p o r t a c k ) 的报文，同时将该切换号码释放掉。此后，m s c b 将建立一条与 目标b s d b 的s c c p 链路，并向b s c b 发出“切换请求”( h a n d 0 、，e r 1 7 北京邮电大学硕士论文移动通信系统中的切换技术研究 r e q u e s t ) ，再由b s c - b 将目标小区的信道激活。b s c - b 在收到目标小区发来的 “信道激活证实”后，将向m s d b 发送含有切换命令内容的。切换请求证实” ( h a n 】x ) v e rr e q u e s ta c k ) 。在收到该消息后，就将该消息同切换号码一同 包装名p 切换准备证实”( m a pp r e p a i 也h h i d o 、，e ra c k ) 中发送给归属m s c - a 。 m s c a 一旦收到该报文后，就能根据切换号码的指示来与m s c b 建立一个路由， 并向它发送。初始化地址消息”( i a j ) ，在该消息中含有承b 所分配的切换号 码，来使m s c b 识别哪个话音信道是为该移动台所保留的。 在m s c - a 收到m s c b 发来的“地址全”( a c m ) 消息后，便将切换命令发 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巨的切换接入过程。 在收到移动台发送的切换接入消息后，m s c b 通过调用一条“接入信令处理”( m a p p r o c e s sa c c e s ss i g n a l l 斟g ) ，把a 接口收到的消息并要m s g a 发送的消 息( 如，呼叫控制消息) 发给m s c a 。当目标小区收到移动台发回的“切换完成” 消息后，将通知m s c - b 。于是m s c b 就通过向m s c - a 发送一条“发送结束信号” ( m a ps e n d 啪s 矾g a l ) 来指示已经建立起了与m s 之间的连接，切换已完成。 在m s d a 收到切换完成的指示后，将向原b s c - a 发送“清除命令”，来释放 旧的信道资源。 3 2c d m a 中的切换算法 c d m a 系