（通信与信息系统专业论文）组接收模式下小区重选的优化.pdf

中文摘要 摘要：g s m r 作为铁路专用通信技术，正在铁路范围内得到越来越广泛的应用， 推动着各国铁路行业的发展。随着g s m r 网络在中国范围内的大面积覆盖，对终 端设备的需求日益明显。目前g s m r 终端在我国还处于开发阶段，没有投入生产； 国外以s a g e m 公司的产品较为成熟，使用范围比较广。本文以g s m r 终端设备 手持台的研发为背景，针对在g s m 协议栈平台进行g s m r 功能开发过程中 遇到的组接收模式下无法提前得知邻区组呼或广播信道的问题，提出了该模式小 区重选优化的四种方案。 高速移动中的手持台，在组接收模式下收听广播或者组呼语音信息时，不能 够实现在进入邻小区之前得知邻区的广播或组呼信道位置，只能在进入邻小区时， 首先从广播或组呼状态退出，回到空闲状态，收听系统消息，找到语音组呼或广 播信道的位置，然后再接入该小区的广播或者组呼当中，这就形成了聆听讲话的 短时间中断，可能造成重要语音信息的丢失。本文针对这一情况提出了相应的解 决方案。 论文首先从g s m r 网络、终端和协议栈等基本概念入手，简要的对开发过程 中，3 g p p 协议已提出的而m s 目前并未实现的功能提出了解决的思路。以g s m 小区选择与重选的概念算法流程为基础，详细分析了重选所需要的系统消息，指 出了g s m r 小区重选的不同之处以及所需要的条件。论文通过对高速行驶过程的 通信特性的分析提出了四种解决方案，并重点介绍了协议栈优化方案。主要分析 m s 在组接收模式下进行小区重选时，协议栈内r r 状态的变化，在此变化基础上 进行修改，解析新的系统消息，来完成协议中已规定的，但实际上并未实现的功 能。搭建系统，进行设计、编码，将代码下载到手机中进行跟踪验证，数据分析。 本文采用了w i n d o w s 的开发平台，在原g s m 协议栈代码平台上进行修改。与 硬件、人机接口以及协议栈其他功能的开发同步进行，最后的验证工作是整个研 发过程的集合，依赖于各部分的正常工作。 关键词：g s m r ；组接收模式；协议栈；n c h 信道；小区重选 分类号：t n 9 2 9 5 3 ；t n 9 15 8 5 2 i i i a b s t r a c t a b s t r a c t ：a sal ( i n do fd e d i c a t e dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , g s m rh a sb e e n m o r ea n dm o r ew i d e l yu s e df o rr a i l w a y i tp r o m o t e st h ed e v e l o p m e n to fr a i l w a y t r a n s p o t a t i o nf o rm a n yc o u n t r i e s a sg a m - r n e t w o r kc o v e r a g eg e t sl a r g e ra n dl a r g e ri n r a i l w a y c o m m u n i c a t i o ni nc h i n a , t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to nt h en e t w o r kt e r m i n a l i si n c r e a s i n g l yn e e d e d t h i st h e s i si sb a s e do nt h ed e v e l o p m e n to fg s m rt e r m i n a l h a n d p h o n e t h e r ei saq u e s t i o nt h a tm sc a i l to b t a i nv g c so rv b s i n f o r m a t i o no f n e i g h b o rc e l lb e f o r em sm o v et oi t w eb r i n gf o r w a r ds o m es o l u t i o ne s p e c i a l l y i n t r o d u c em o d i f y i n gp r o t o c o ls t a c k w h e nm sm o v e si nh i 曲s p e e da n dr e c e i v ev o i c ei n f oi ng r o u pr e c e i v e dm o d ei t c a n tk n o wt h ep o s i t o no fv g c so rv b sc h a n n e lo fn e i g h b o rc e l lu n t i li tc o m e si n t oi t t h e nm sw i l lq u i tf r o mg r o u pr e c e i v e dm o d ea n di n t oi d l em o d e i tr e c e i v es y s t e mi n f o a n dd e c o d ei tu n t i lf i n dv g c so rv b sc h a n n e l sp o s i t i o n f i n a l l yi tj o i ni ng r o u pa g a i n t h i sp r o c e s sm a yc a u s ev o i c et r a n s i t o r y t h i sp a p e rb r i n g sf o r w a r df o u rs o l u t i o n s f i r s t l ys o m er e l a t i v ed e f i n i t i o ns u c ha sg s m rn e t w o r k , t e r m i n a la n dp r o t o c o l s t a c kw i l lb em a d ec l e a r b r i e f l yr a i s es e r v a lm e t h o da b o u tt h ef u n c t i o nt h a t3 g p p p r o t o c o lh a sb o u g h tf o r w a r db u tn o wm sd o e s n ta c h i e v ei t i t b a e s do ng s mc e l l r e s e l e c t i o na r i t h m e t i c ，p a r t i c u l a ra n a l y s ee s s e n t i a ls y s t e mi l l f ot h e ni n d i c a t ed i f f e r e n c e o fc e l lr e s e l e c t i o ni ng s m rg r o u pr e c e i v em o d e w ea n a l y s ec o m m u n i c a t i o n c h a r a c t e r i s t i ci nh i 。g hs p e e dm o t i o na n ds t a t ed i v e r s i f i c a t i o no fr rl a y e ri np r o t o c o l s t a c k t h e ns o m em o d i f i c a t i o nw i l lb em a d et od e c o d en e ws y s t e mm f 0a n dr e s to c t e t a n da c h i v ef u n c t i o na n t e r i o rm e n t i o n e d b u i l ds y s t e m , d e s i g na n dc o d e l a s tv a l i d a t e c o d eb yd o w n l o a di tt om s t h el a s tc h a p t e ra l s od r a w sac o n c l u s i o na n dp o i n t so u tt h ef i e l d sf o rf t k r t h e rs t u d y k e y w o r d s ： g s m - r ；g r o u pr e c e i v e dm o d e ；p r o t o c o ls t a c k ；c e l lr e s e l e c t i o n c l a s s n 0 ：t n 9 2 9 5 3 ；t n 9 1 5 8 5 2 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：导师签名： 签字日期：年。月日签字日期：年月日 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他入已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通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。 学位论文作者签名：巧淋签字日期：砂形了年么月加日 6 2 致谢 本论文的工作是在我的导师张小津教授的悉心指导下完成的，张老师渊博的 知识，严谨的治学态度，忘我的工作精神，平易近人的作风，使我在研究生两年 多的学习中受益匪浅，并必将对我以后的工作和生活产生深远的影响，在此谨向 我的导师表示诚挚的敬意和衷心的感谢! 钟章队教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给 予了我很大的关心和帮助，在此向张小津教授表示衷心的谢意。 实验室的朱刚、金晓军、李旭、吴吴等老师对于我的科研工作和论文都提出 了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。 深圳桑达电子有限公司的技术工程师何冰，孔庆福，秦中军，曹真华给予了 我协议栈代码方面的帮助。 在实验室工作及撰写论文期间，蒋文怡、丁建文等老师和许多同学对我论文 的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 感谢多年以来父母对我默默的支持，使我能够顺利完成学业。 1 引言 本文所做的工作是在g s m r 网络终端设备开发过程中，为保证在高速移动时， 处于组接收模式下的移动台通话的流畅性，提出小区重选优化的方案。因g s m r 手机在中国的开发没有先例，对该问题的研究也是首次提出，所以需要在理论性， 可行性等方面进行相关的探讨与研究。本文提出了几种优化方案，着重对修改协 议栈方案进行了研究，提高了组接收模式下接收语音的可靠性，为列车高速行驶 时通信信息安全可靠性提供了终端方面的保障。 1 1综述 1 1 1 g s m - r 网络的介绍 g s m r 通信技术起源于欧洲，目前在德国、瑞士、荷兰、意大利等国家均已 进入商业运用。由于g s m r 具有适应铁路运输特点的功能优势，以及更符合通信 信号一体化技术发展的需要，因此铁道部2 0 0 0 年底正式确定将g s m r 作为我国 铁路专用通信的发展方向。 g s m r 是基于g s m 平台专门为满足铁路应用而开发的数字无线通信系统， 系统很多技术借鉴了公网的g s m 技术，保留了g s m 的大体结构，使得从一开始 g s m r 系统就是一个成熟可靠的系统，它的绝大多数软硬件都已在公网中得到检 验。不仅如此，由于二者都可以工作在9 0 0 m 频段，因此在无线网络规划方面也是 基本相同的，g s m r 系统的规划设计也可借助于已成熟的g s m 系统工具，可以 方便快捷地为用户提供网络设计安装。g s m r 的基本特性已在铁路网的m o r a n e 试验中得到安装、测试和验证。出于众多的需要，g s m 新技术如g p r s 已经规范 化并将安装使用，向u m t s 的演迸将提供新的业务和更加强大的无线系统。g s m r 据此可最大限度地引入新的业务【l 】。 g s m r 是专门为铁路通信量身打造的专用数字移动通信系统，基于g s m 的 基础结构及其提供的电信业务，提供了铁路特有的基础业务，并以此作为一个信 息化的平台，使得用户可以在这个信息平台上轻松开发各种各样的铁路应用。图 1 1 为g s m r 系统的业务模型层次结构。 图1 - 1g s m r 系统层次结构示意图 f i g 1 - ! t h ea “：h i t e c n i i o f g s m - rs y s t e m 随着铁路信息的高速化发展，目前列车可达到2 5 0 公里以上的运行速度。列 车的提速，必然要求相关的通信可靠性设施随之发展，保证列车运行的安全性。 g s m r 选择工作在9 0 0 m h z 频带，适合5 0 0 k m h 高速移动体的通信( 最大多 普勒频移为4 1 5 h z ) ，为铁路提速提供了极大的通信保障，现在已有3 5 0 k m h 的成 功应用。它能提供无线列调、编组调车通信、应急通信、养护维修通信等语音通 信功能。g s m r 系统可以在8 7 6 - - - 9 6 0 m h z 整个频率范围内工作，但c e p t ( 欧洲 邮政与电信会议) 为欧洲国家的铁路通信系统指定了一个专用频带，也即u i c ( 国 际铁路联盟) 的g s m r 频带：移动台到基站( 上行链路) 为8 8 5 - - 8 8 9 m h z ，基 站到移动台( 下行链路) 为9 3 0 - 9 3 4 m h z ，双工间隔为4 5 m h z ，信道间隔为2 0 0 k h z 。 g s m r 通信系统包括：交换机、基站、机车综合通信设备、手机终端等设备 组成。这些功能实体所实现的功能的集合就是网络能够提供给用户的所有基本业 务和补充业务，以及对于用户数据和移动性的操作和管理。g s m r 陆地移动网络 由三个子系统组成，其基本结构如图1 2 所示。图中描述了m s 所处于的位置， m s 与网络之间的接口是u m 口，遵循3 g p p0 4 、0 5 系列的相关协议。 2 图1 2g s m - r 陆地移动网络的基本结构 f i g 1 - 2s t r u c t u r eo f g s m - r l a n dm o b i l en e t w o r k 1 1 2 6 s m - r 终端的介绍 g s m r 的网络终端包括机车台和手持台，本文提及到的均指手持台。手持台 m s 是在公网g s m 的m s 基础上进行开发的。其功能= g s m 业务+ 语音调度业务+ 铁路应用。除了功能方面增加以外，m s 在对环境的容限，如温度、湿度、抗压、 抗磨性等方面有较高的水平，在恶劣的条件下仍然能够保持功能和性能的完整性， 以保证铁路运输调度的安全可靠性。m s 从功能上分为两种：作业手持台o p h 和 通用手持台g p h 。 终端业务主要由两方面特性决定：低层特性，用支持该项终端业务的承载能 力来描述，包括信息的传输特性和接入特性；高层特性。终端业务的应用必须有 承载业务的低层承载能力支持，但是由于终端业务的管理和提供是相对独立的， 所以它的低层能力不一定就对应于具体的承载业纠1 1 。图l 一3 描述了终端业务各特 性之间的关系。 m s 的主要业务包括语音业务、短消息业务、传真业务、语音组呼业务、语音 广播业务和一些补充业务。高级语音呼叫中v g c s ，v b s 模式是g s m r 移动台所 具备的两种模式，也是本文对终端研究的重点。 图l - 3 终端业务的特性 f i g 1 - 3c h a r a c t e r i s t i co f t e r m i n a l $ a v i o b 语音组呼业务( v g c s ) ，是v o i c eg r o u pc a l ls e r v i c e 的缩写，简称组呼，它是 一种电信业务，定义了一种由多方参与其中一方或者多方可以讲话，多方聆听的 点对多点的语音通信方式。v g c s 用一个组功能码( 组d ) 就能组呼到该组内的 所有成员，参与同一个v g c s 通信的移动用户可以分布在多个蜂窝小区内，突破 了点对点通信的局限性，支持业务用户实现讲者与听者身份之间的转变，能够以 快捷的方式建立组呼，实现调度指挥，紧急通知等特定功能，尤其适用于铁路行 车的指挥调度部门【i j 。语音组呼业务使用的是公共下行链路的广播功能，这种功能 允许在同一个小区上很多用户在业务信道上聆听组呼，用户的数量没有限制，节 约了网元间的空中接口和信令链路上的可用资源。为主叫用户和调度员提供标准 的双向信道，给所有的被叫业务用户分配单一的下行链路信道。 广播呼叫业务( 、m s ) 是v o i c eb r o a d c a s ts e r v i c e 的缩写，允许建立点对多点 的单向语音呼叫连接，与v g c s 非常相似。不同之处在于v b s 的业务用户不能实 现讲话者与聆听者之间的转换，即v b s 不支持角色的转变，v b s 的讲话发起者即 讲话用户从一开始就占用一条专用信道，而其他业务用户共享广播呼叫信道的下 行链路，上行链路是一直处于空闲状态的。简单的说，是指在某个特定的区域上， 一个用户讲话其他用户在下行链路上聆听讲话的内容，即v b s 主要实现单向通信 功能，且所有参与v b s 的用户都必须经过授权【。 组接收模式是指当正在参与组呼或者广播呼叫时，移动台作为听者所处的状 态，在这种模式下，网络不会给移动台分配专用信道，移动台只能收听组呼或者 广播呼叫的下行链路，有时候收听当前业务小区的广播信道，收听组呼或者广播 的移动台会判断最佳小区，可以进行小区重选【4 1 。 4 1 1 3m s 内部平台 对于m s 而言，内部主要由三大部分组成，硬件( h a r d w a r e ) 平台，协议 栈( p r o t o c o ls t a c k ) 平台，人机接口( m m i ) 部分，其中后两部分都属于软件平 台。如图l - 4 ms um 口 图l 一4 手机内部平台分层 f i g 1 - 4i n t e r n a lp l a t f o r mo fm s 其中硬件部分决定手机的各个参数的性能，主要包括天线的性能，喇叭的选 择，电池的选择和优化等。m m i 提供了人机接口用户界面，规定了各个键的作用， 协议栈p s 是本次g s m r 手机功能实现的关键。 协议栈是按照协议规定的，分层搭建起来的模型，每层之间通过特定的原语 进行通信。手机协议栈与无线网络协议栈相比复杂很多，由图1 5 可以看出手机协 议栈包括的层数最多，因为m s 不仅要处理来自b t s 的r r 对等实体的信息，还 要处理来自n s s 的m m ，c m 层的对等实体的信息，因此所作的处理也最为复杂。 本论文主要是对组接收模式下的m s 进行小区重选的优化，重点是在协议栈 基础上进行修改，实现该模式下m s 能收听邻小区的b c c h 信道和n c h 信道信息， 为列车高速行驶时快速的得知邻区的组呼信道信息，进行小区重选做好准备。本 文基本不涉及网络间的信令流程。 口 二j c m 一一， l c m ， m a p s m m 【 f- s )【璐c 】 m m u b 豁a p b s s a p p e ， lr r d b s s t c a p t l t a j i 哭sa南p ! 、孓、i 睁笨p u p s 司c ps c c p qm t p 3 m t p 2 r r rr适 m斟怖?pp-l p 2 o&m) ， zx 一 r r r sm r 5m 重a p “ a p i i l瞳 l a p d - 7 ! = = = = 过p d | | | | i b 嘣l琵袭 p c m 、：，多? p c m t 一 ! 澎酶 m t n 一 o oo 图1 - 5g s m r 网络协议栈 f i g 1 - 5t h ep r o t o c o ls t a c ko fg s m r 1 2本课题研究的意义 g s m r 网络建设在中国进入了一个新的时期。网络的发展决定着终端设备的 发展。而在前期的网络建设施工中所使用的终端设备为s a g e m 公司生产，在国 内还尚无厂家研发成功。随着g s m r 网络的普及，铁路各部门必然要为g s m r 终端支付巨大的使用费用。因此开发中国自己的g s m r 终端，无疑具有重大的意 义。在开发过程中，针对g s m r 手持台的特点和铁路网络特有的组呼和广播功能， 以及高速运行时必须保证通话的可靠性和流畅性要求，提出了在组接收模式下提 前得知邻小区的语音广播或组呼信道的下行信道，以便在进入邻区时能直接接入 该信道。 在研发中国第一代g s m r 手持台过程中，必须要保证手持台的通用性、安全 性和可靠性。手持台的性能主要由硬件设备决定，功能的实现主要是由协议栈来 完成。在某种意义上讲协议栈就是手机的核心指挥，协议栈的稳定与否决定了手 持台的可靠性。为了保证高速运行下组接收模式下的通信顺利进行，就需要对手 持台的小区重选功能进行优化。在通常的通信过程中，组呼或广播接收方听话的 流畅性并没有引起足够的重视，在关键通话时可能引起短时间内信息的丢失。本 6 文主要从g s m r 协议栈内部出发，通过改变r r 层所处的状态以及在不同的状态 下增加相应的行为，来实现该模式下听话的流畅性，达到安全通信的目的。 1 3主要工作与贡献 本论文主要阐述了g s m - - r 手机协议栈的结构运行机制和组接收模式下小区 重选的优化过程，提出了四种实现小区重选优化的思路，着重分析并实施了修改 协议栈进行小区重选优化的方案，具体内容如下： 1 第一章介绍了g s m r 网络、终端和协议栈的相关概念，介绍了组接收模式 的含义。简要的指出了在铁路运行高速化的趋势下，开发g s m r 手机过程中应注 意对3 g p p 协议已提出的而m s 暂时未实现该功能的情况及时提出解决方案，以保 证通信的可靠性。 2 第二章详细介绍现有g s m 小区选择与重选的所需的条件与算法流程，指出 了g s m r 小区重选的不同之处以及要实现g s m r 小区重选所需的条件和要作的 工作。 3 第三章分析了高速行驶过程的特性提出了四种解决方案，并重点介绍了协议 栈优化的方案，以及为实现协议栈算法，我们所需要的r r 状态，g s m 中的流程， 以及新的系统消息的解析方法，为协议栈优化的实现提供了依据。 4 第四章介绍了协议栈方案的组成特点、对本小区邻小区进行了详细的分析， 描述了控制程序设计与开发方法，对数据进行了理论分析。 5 第五章对全文工作做出了总结，并对将来的工作方向作出了展望。 7 2 小区选择与重选 小区选择和重选过程是指处于空闲模式下的移动台，选择网络中合适的小区， 以实现移动台记录网络发出的数据，并做好接入网络的准备并把自己的移动情况报 告给网络，一旦移动台选择了某个小区作为服务小区，就可以在该小区上与网络进 行通信。 2 1基本概念 小区自动选择及重选属于r r 过程，该行为中r r 实体向上层指示b c c h 或 c c c h 的有效性及小区是否改变。当选择了一个新的小区或b c c h 广播信息的有关 部分发生变化时，r r 层会建议上层接收b c c h 广播信息。在空闲模式下，上层可 以要求建立一个r r 连接。一个r r 连接是两个对等r r 实体间的一条物理连接，用 于支持上层之间信息流的交换。论文中涉及到i d l e 模式、专用模式与组接收模式【2 1 。 2 1 1idie 模式 i d l e 模式即空闲模式，该模式下不存在r r 连接，m s 不分配任何专用信道，只 监听c c c h 和b c c h 。空闲模式下，m s 监听b c c h 和它所属的寻呼组，并为连接 到其他小区进行强度测量，即手机一直监听b c c h 信道，然后也会在空闲时间同步 到邻区并解码邻区b c c h 信道系统消息【2 1 。 与小区选择与重选相关主要的系统消息是系统消息类型3 、4 和7 、8 。小区选 择的参数包括： c e l l r e s e l e c t h y s t e r e s i s ，m s t x p w r m a x c c h ，r x l e v a c c e s s m i n 小区重选参数包括： c e l l r e s e l i n d ，c e l l b a r q u a l i f y , p e n a l t y t i m ec e l l r e s e l e c t o f f s e t , t e m p o r a r y o f f s e t 。这 些消息是在t s 0 时隙的b c c h 信道上以5 1 复帧的形式发送的。系统消息是周期性 广播的，一个周期有8 个5 1 复帧。为了确定是否改变小区，m s 需要进行一定的测 量广播信道的信号电平，记录其中信号电平最大的6 个相邻小区。m s 决定改变小区 后，转到新小区的b c c h ，然后接收广播消息，以便确定网络是否允许m s 锁定在 该小区。 8 2 1 2专用模式 在专用模式下，r r 连接是一个双向的点对点物理连接，包括在d c c h 上以多 帧方式进行的一个s a p l 0 ( 业务接入点标识) 数据链路连接。 该模式下，m s 存在上下行两个链路，传送话音，话音是以2 6 复帧的格式进行 传送的。2 6 复帧的第1 3 个时隙是s a c c h 信道，用于传送随路控制信息，第2 6 个 时隙是空闲时隙，不含任何信息，有两个作用，一方面是针对全速率t c h 信道，在 呼叫持续的状态下为了预同步邻小区，移动台可以利用空闲时隙所在的第2 6 个空闲 帧提供的这一段时间的间隔，去读取邻小区的基站识别码b s i c ，另一方面是针对半 速率t c h 信道，在此时隙用于传输另外一个t c h h 业务信道的s a c c h 。本文所涉 及到的主要是指全速率语音信道，1 3 k b p s 。 专用模式下移动台占用一个t c h 信道和一个主信令链路，连接建立后主信令链 路为f a c c h ，系统信息会在s a c c h 上发送。该过程是在r r 连接已经建立的情况 下，涉及到s a c c h 过程，信息传输和链路层提供服务，信道分配过程，切换过程， 信道模式修改，加密等。这一系列的过程都有相应的消息与之对应。系统对切换和 功率控制的判决取决于测量报告，是在s a c c h 上发送的，专用模式下，上下行的 s a c c h 的行为如下： 下行s a c c h - - 积j 络向移动台发送系统消息时几种情况【2 j ： 在多时隙配置中，系统消息5 ，6 以及可选的5 b i s ，5 t e r 消息应该在与承载主信 令链路的信道相关联的s a c c h 上发送，如果s a c c h 没有与承载主信令链路的信道 相关联，那么移动台应该忽略在它上面收到的所有消息。只有在系统消息5 和5 b i s 的相邻小区描述信息元素( n e i g h b o u rc e l ld e s c d p t i o ni e ) 中e x ti n d 比特指出： 这个信息元素只携带一部分b c c h 分配列表( b a ) ，网络才会继续发送系统消息5 b i s 。 一个仅支持主g s m 频段p g s m9 0 0 的g s m9 0 0 移动台，可以把系统消息5 的相邻小区描述信息元素中e x ti n d 比特看成是空余比特，认为这个信息元素携带 了完整的b a ，并忽视系统消息5 b i s 。 上行s a c c i 卜移动台向网络发送测量报告【2 】 专用模式或组发送模式下，移动台有规律地向网络发送测量报告消息。这些消 息包含来自本小区和相邻小区的接收特性结果。测量的基础b a 列表从b c c h 上的系统消息2 , 2 b i s ，2 t e r 和s a c c h 上的系统消息5 , 5 b i s ，5 t c r 中得到。 当在不止一个系统消息中收到了关于b a 的信息时，移动台应该只合并同一信 道上收到的信息，如果在两个系统消息之间没有收到标有不同的b a 顺序号的消息， 那么移动台就应该一直指示同一个b a 顺序号。如果移动台不能获得当前服务小区 的相邻小区信息，那么它应该在测量报告消息中指出，测量结果的获得见3 g p p 9 0 5 0 8 。测量报告消息在s a c c h 上以无确认模式发送。 2 1 3 组接收模式 组接收模式下，移动台侧的r r 过程提供以下业务【4 】： 与语音广播信道或语音组呼信道的本地连接； 非应答模式下消息的接收： 移动台的自动小区重选； 断开到语音组呼或广播呼叫信道的本地连接； 上行链路接入过程，以便建立r r 连接。( 对于支持v g c s 讲话功能的m s ) 该模式只适用于支持v g c s 收听和v b s 收听的m s ，不给m s 分配专用信道； 它监听给小区分配的语音广播信道或语音组呼信道的下行链路。偶尔，m s 必须收听 正在服务小区的b c c h 。 网络以非确认模式向处于组接收模式的移动台提供所有消息。网络以确认模式 向处于组发送模式的移动台发送消息，因此，若这些确认消息同时发送给处于组接 收模式的移动台，网络应该将这些消息以u i 消息的形式重复发送。 网络也可以在v g c s 或v b s 下行f a c c h 上提供用于通知的l 3 消息。在组接收模 式下的移动台应该执行广播控制信道载波的同步、身份识别以及在b c c h 上接收信 号强度的测量值，这里的b c c h 载波是b a ( s a c c h ) 列表中的b c c h 的频率，它们 在当前小区上由网络提供，执行b c c h 载波同步和身份识别的规律和移动台在专用 模式下的规律相同，而在执行b c c h 载波上接收信号强度的测量同移动台在空闲模 式下的执行规律相同。如果在s a c c h 上没有可用的b a 列表，则使用当前小区上 最近一次接收到的b a 列表。 对于组呼或者广播呼叫，网络会在用于组呼或者广播的慢速随路控制信道s a c c h 上的系统消息5 、5 b i s 、5 t e r 消息中提供广播控制信道分配( b a ) 列表。b a 列表指出 周围需要监听的小区和其他广播控制信道载波，周围这些小区可能不属于一个网络， b a 列表也应当包括当前锁定的小区。另外网络会在s a c c h 上提供系统信息类型6 消 息，其中包含允许使用的网络色码n c c 信息。与组呼广播有关的系统信息类型1 0 消 息也在该信道上进行发送。 移动台没有必要监听n c c 在小区上是否被允许，允许使用的n c c 信息会放在 当前小区的s a c c h 上。如果s a c c h 上没有可用的n c c ，则使用当前小区的b c c h 上接收到的最近一次n c c 信息。移动台还要从各小区的b c c h 上读取影响周围小 区重选的一些参数。 移动台要尝试在1 5 s 内解译不多于6 个小区的这些参数，被解译的小区必须是 l o 最合适的小区，在译码过程中，移动台最多允许丢弃6 个话音帧，另外移动台要每 隔5 m i n 更新一次信息。在选择一个小区作为组接收模式的小区之前，移动台必须在 系统信息类型l 和3 上读取这些信息，接下来移动台要判断列表中的哪一个小区为 最佳小区，并计算它们的重选参数，最后做出决定是够更换现在的小区，选择更合 适的小区作为组接收模式的小区。移动台要至少完成b a 列表中的小区测量并读取 相应的b s i c 。 触发组接收模式下的小区重选的事件有：路径损耗参数c l 指示出当前小区的路 径损耗过高；无线链路超时；在同一个位置区l a 中有一个更好的小区，或者另一 个l a 中有一个相当好的小区并且又允许使用的n c c 。 与空闲模式类似，组接收模式的小区重选参数也包括：c e l l r e s e l l n d ， c e l l b a r q u a l i f y , c e l l r e s e l e c t o f f s 吒t e m p o r a r y o f f s 咄p e n a l t y t i m e 在组接收模式下要 进行小区重选，这些参数是通过解码系统信息类型l o 获得的。将系统信息5 、5 b i s 、 5 t e r 、6 、1 0 译码结果结合起来进行小区重选。如果系统信息类型l o 中的b a 指示 与最后收到的系统信息类型5 ，5 b i s ，5 t e r 指示值不一样，m s 就不能解译邻小区信 息。系统消息类型1 0 要求建立邻小区频率和b s i c 、小区信息对之间的联系，定义 了任何相关的b c c h 载波和有这个b s i c 的邻区的小区重选参数。 2 2系统消息与广播信道 m s 为了能够得到或者提供各种各样的服务通常需要从网络来获得许多消息。这 些在无线接口中广播的消息被称做系统消息。在g s m 移动通信系统中，系统消息 的发送方式有两种，一种是广播消息，另一种是随路消息。 m s 在空闲模式下，与网络设备间的联系是通过广播信道的系统消息实现的。网 络设备向m s 广播系统消息，使得m s 知道自己所处的位置，以及能够获得的服务 类型，在广播的系统消息中的某些参数还控制了m s 的小区重选。g s m 系统中，根 据消息内容的不同和传送的信道不同，而把系统消息分为下面几种类型： 系统消息l ：用于跳频的系统消息，包括小区信道描述和r a c h 控制参数； 系统消息2 ：邻小区b c c h 频点描述，r a c h 控制消息和允许的p l m n ； 系统消息2 b i s ：扩展邻小区b c c h 频点描述和r a c h 控制消息； 系统消息2 t e r ：扩展邻小区b c c h 频点描述； 系统消息3 ：小区识别( c e l l i d ) ，位置区识别( l a i ) ，控制信道描述，小区 选择，小区选择参数，r a c h 控制参数： 系统消息4 ：位置区识别( l a i ) ，小区选择参数，r a c h 控制参数，c b c h 信 道描述，c b c h 移动配置； 系统消息5 ：邻近小区b c c h 频点描述： 系统消息5 h i s ：扩展邻近小区b c c h 频点描述； 系统消息5 t e r ：扩展邻近小区b c c h 频点描述； 系统消息6 ：小区识别( c e l i d ) ，位置区识别( l a i ) ，小区选择； 系统消息7 8 ( 可选的) ：系统消息4 的补充和扩展，关于小区重选的系统消 息f 2 】o 。 这些系统消息包括整个网络的参数，也包括每个小区自己的参数。m s 空闲时， 系统消息在b c c h 信道上广播；m s 通话时，系统消息在s a c c h 信道上发送。在 b c c h 信道上传送的系统消息有系统消息类型t y p e l ，t y p e 2 ，t y p e 3 ，t ) ，p e 4 ，t y p e 7 ， t y p e 8 。b c c h 信道是一个小容量的信道，每5 l 复帧( 2 3 5 m s ) 仅有4 帧( 一个消息块) 来传送一个2 3 字节长的l a p d m 消息。随路消息是在s a c c h 信道上传送的，4 个 s a c c h 的突发脉冲才能组成一个完整的消息。传送的系统消息包括系统消息类型5 和6 在g s m l 8 0 0 和g s m l 9 0 0 系统中，另外还有系统消息2 b i s 和系统消息5 b i s ， 作为系统消息2 和系统消息5 的扩展，在与之对应的信道上进行传播。在g s m r 系统中增加了系统消息1 0 ，用于铁路的a s c i 。 在上频系统中，系统消息2 t e r 和系统消息5 衙通知m s 进行测量的频段。系统 消息1 、7 、8 可以由维护者决定是否发送，参数s i m s g 和m s g d i s t 是系统消息l 、 7 、8 发送与否的开关。参数s i m s g 控制何种系统消息的发送，m s g d i s t 控制系统 消息l 、7 、8 的发送与否。 系统消息7 、8 包括小区重选参数c 2 ，因此如果系统消息7 8 没有发送，那么 小区重选参数c 2 不起作用，m s 将用c l 作为小区重选的依据。系统消息7 、8 是 针对系统消息4 的扩展，只有p h 舔e 2 手机才能收到。需要注意的是：当系统消息7 、 8 发送时，参数a g b l k 不能设置为0 。原因是p c h ，a g c h 和系统消息7 、8 共 享c c c h 块。如果采用8 个以上频点的跳频，并且c b c h 放置在一个s d c c h 8 上， 系统消息4 此时已经全满了，因此系统消息7 和8 必须打开。 组接收模式下的m s 主要是在s a c c h 信道上监听系统消息5 、6 、1 0 。 2 3g s m 小区选择与重选 2 3 1概念 当手机开机或从盲区进入覆盖区时，手机将寻找p l m n 允许的所有频点，并选 择合适的小区驻留，这个过程被称为“小区选择。小区选择是为了让m s 在网络中 寻找一个最合适的小区并把该小区作为自己的主服务小区，通过该小区进行通信。 1 2 m s 选择某个小区之后将调谐到该小区的b c c h 载频上，监听b c c h 上的系统信息， 在c c c h 上接昕寻呼信息。 移动台选择小区后，在各种条件不发生重大变化的情况下，移动台将停留在所 选的小区中，同时移动台开始测量临近小区的广播控制信道的信号电平，记录其中 信号电平最大的6 个相邻小区，并从其中提取出相邻小区的各类系统消息和控制消 息，在满足一定条件下移动台将从当前停留的小区转移到另一个小区，这个过程就 是小区重选【3 j 。 2 3 2 小区选择 小区选择必须满足以下条件： 所选择的小区必须是属于所选择的网络； 该小区不是被禁止的； 该小区的c i 0 ； 如果处于漫游中检查是否处于禁止列表中； 在没有一般小区选择的情况下才选择低优先级的小区。 小区选择分为普通方式和存储列表方式。 普通方式 如果移动台没有存储b c c h 消息，开机后它首先要搜索所有的1 2 4 个r f 信道 ( 如果是双频手机还应搜索3 7 4 个g s m l 8 0 0 的r f 信道) ，并且在每一个r f 信道上 计算出平均电平，根据不同的电平强度列出一个表，整个测量过程中持续3 5 s ，在 这段时间内至少将从不同的r f 信道抽取5 个测量样点。m s 调谐到信号最高的频点 上，然后搜索f c c h ，判断该频点是否为b c c h 频点，如果是，m s 将通过解码s c h 来与该b c c h 同步，然后读取b c c h 上的系统消息。根据读取的系统消息来判断该 小区是否属于所选择的网络，以及小区是否是禁止小区，小区的c l 是否大于o 。如 果这三项都通过，将驻留在该小区，否则将从次高点再次进行选择。当列表中的频 率信道都被搜索后仍然没有找到合适的小区，那么m s 将继续监听所有的频率信道， 进行选择驻留。一旦m s 完成小区选择之后，将接收系统广播中的b a 列表，b a 列 表将被重置和更新。与b c c h 载波达到同步的最大时间是o 5 s ，读取数据的最大时 问是1 9 s 。 小区选择采用c l 准则，小区重选也可能会应用该算法。整个流程如图2 1 c 1 准则【3 】： c i = ( a m a x ( a ，o ) )( 2 1 ) 其中，a - r l ac r x l e va c c e s sm i n b 。m s t x p w r m a x c c h p r l ac 是移动台接收的平均电平； r x l e v a c c e s s m i n 允许移动台接入的最小接收电平； m s t x p w r m a x c c h 移动台接入系统时可使用的最大发射功率电平，是由 小区定义的，在系统消息中广播，一般为3 3 d b m ；p 是移动台的最大发射功率，一 般为3 3 d b m 。 c l 体现了系统对m s 接入需要的最小下行信号强度要求，并对由于m s 造成的 上行信号不足进行了补偿，保障了上下链路具有较高的通信成功率。 1 4 圈2 一l 小区选择流程图 f i g 2 一lf l o wc h a r to f c e l ls e l e c t i o n 存储列表方式【3 j 移动台在上次关机时存储了b c c h 载波信息，则开机后将首先搜索已存储的 b c c h 载波。如果解译了所有的b c c h 载波数据后，仍未找到合适的小区，则执行 无存储b c c h 信息的小区选择过程，使用的仍然是c l 准则。 小区接入控制【3 l 在实际操作中，由于某种需要而要求某些m s 禁止接入某些小区，如某小区话 务量过大，通过禁止接入来限制话务量，但当m s 通话时可以切换至该小区，从而 1 5 防止该小区过多的拥塞。 在g s m 系统规范中，可以对小区接入状态进行设置，具体由c b 和c b q 两个 参数来进行控制，c b 是c e l l b a r r e d ，指小区禁止接入参数，这是p h a s e l