（通信与信息系统专业论文）基于gsmr的gprs小区选择和重选的研究.pdf

北京交通大学硕士论文 摘要 引入g p r s 业务是目前铁路通信信号领域研究的热点，如何保证铁 路上分组数据可靠的传输、移动台在数据传输过程中从一个小区重选到 另一个小区会中断多久等是当前铁路应用关注的问题。本论文对这个关 键技术问题进行深入的理论研究，对重选时长的测试结果进行了研究以 及对改进方案进行了探讨，并讨论了将此种方案应用到电路域切换中的 可行性：并对小区重选对数据传输的影响以及对重叠区的需求进行了分 析，为今后铁路g p r s 网络的建设、测试、优化提出了建议和参考。 第一章引言概述了g s m r 、g p r s 网络的发展历程和现状，给出了 g p r s 及其在铁路上应用的基本概念； 第二章介绍了g p r s 移动通信系统，然后描述了小区重选过程中分 组数据传输的过程： 第三章结合青藏线分析了g s m r 网络中的小区选择和重选； 第四章分析了g p r s 中的小区选择和重选； 第五章结合青藏线分析了b sp am f r m s 参数的设置：对数据传 输过程中小区重选时长进行了分析，确定了影响数据传输中断时间的3 个方面，并对这3 个方面进行了分析，提出了改进方案，并分析了改进 方案应用到电路域切换及网络控制小区重选的方法；从理论和实际上分 析了小区重选对数据传输的影响；最后分析了要不增加重选的时间，对 重叠区的需求。 第六章对全文进行总结，提出本论文以后应继续研究的内容。 【关键词】 小区选择1 小区重选g s m rg p r s 北京交通大学硕士论文 a b s t r a c t a b s t r a c t i n t r o d u c i n gg e n e r a lp a c k c tr a d i os e r v i c e ( g p r s ) i sah o ti s s u ei n n o w a d a yr a i l w a yf i e l d t h e ya r ec a r ea b o u tp r o b l e m sf o rc u h 即tr a i l w a y a p p l i c a t i o nm a th o w t oi n s u r ep a c k e td a t er e l i a b l y 订a i l s f c ro nm er a i l w a y ， h o w1 0 n gw i l li n t e m l p td a t e 打a l l s f e rw h e nm s 仃a 1 1 s f e rd a t aa n dr e s e l e c t 劬m o n ec e ut oa 1 1 0 t h e rc e l la 1 1 ds oo n t h cd i s s e r t a t i o n 百v e sd e e pm e o r e t i c a l l y r e s e a r c h ，t e s tr e s u hr e s e a r c ha n dd i s c u s s e sh o wt oi m p r o v es u c hk e y t e c h n o l o g y t h e n ，i td i s c u s s e sf e a s i b i l i t yf o ft h e s es c h e m e sa p p l y t oh a n d o v e r i nc i r c u i ts w h c h i n g a t1 a s t ，i tp r e l i m l n a r i l ya 1 1 a l y s em ei n n u e n c et h a tc e l l r e s e l e c t i o nt od a t at r a l l s f e ra 1 1 dd 锄a 1 1 dt oo v e r i 印c o v e r a g e a l lo fa b o v e p r o v i d ea d v i c ea 1 1 dr e f c r e n c ef o r 如t l 玳r a i l w a yg p r sn e t w o r kc o n s 咖c t i o n ， t e s ta n do p t i m i z i i l g t h ef i r s tc h 印t e rg i v e sa 1 1o v e n r i e wo ft h eh i s t o r ya i l dd e v e l o p m e mf o r g s m - r ，g p r sn c t w o r k t h ec h 印忙rp o i n t so u tm e b a s i cc o n c 印to fg p r s a n da p p l i c a t i o no f g p r si nr a i l 、v a y i nn l es e c o n dc h a p 蚍a r c l 妇c t i 】r eo fg p r sw a si n 廿o d u c e d ，p l u s p r o c e s so f p a c k e td a 诅t r a 璐m i s s i o nw h e nc e l lr e s e l e c t i o n t h et h i r dc h a p t e r 西v e sa na l l a l y s i so fc e l ls e l e c t i o na 1 1 dr e s e l e c t i o ni n g s m rn e t w o r kc o 玎1 b i n e d 丽t l lt i b e tl i i l e t h ef o l l r t hc h a p t e ra n a l y z e s 廿1 ec e l ls e l e c t i o na i l dr e s e l e c t i o ni 1 1g p r s f 戤，m e f i f h l c h 印t e r 锄l y z e s m e s e t t i n g o fb sp am f r m s 讲蚴e t e ri nt i b e tl i n e t h e n ，i ta n a i y z e st i l l l eb e t 、v e e nc e ur e s e l e c t i o nw h e n d a t a 仃a n s f e r e n s u r e3a s p e c t si n n u e n c em ei n t e m l p tt i m ew h e nd a t a 廿a n s f e r a n a l y z et h e s e3a s p e c t s ，p u tf o n v a r d t o i m p r o v e m e n ts c h e m e s ，a 1 1 da n a l y z e s 也em e t h e o dt 0u s et h e s ei m d r o v 朗a e n ts c _ h e m e si nh a n d o v e ra r dn e 椰，0 r k c o i l 仃o i l e dc e l lr e s e l e c t i o n na n a l v z e st h ei 】u e n c eo fc e l lr e s e l e c t i o nt od a t a 廿a n s f 打f r o mt h e o r e ya n da c t u a l l y a t1 a s t ，i ta i l a l y z e si f 、v ed o n tw a m t or i s e 也e 廿m eb e t w e e nc e l lr e s e l e c t i o n ，i tw i l lh a v es o m er c q u i r e m e n tt 0o v e r l 印 2 - 北京交通大学硕士论文a b s l r a c t c o v e r a g e 1 1 1 e1 a s tc h 叩t e rd r a w sac o n c l u s i o na n d p o i n t so u tt l l ef i e l d sf o r 觚h e r s t u d y 【k e yw o r d s 】 c e l ls e l e c t i o nc e l lr e s e l e c t i o ng s m rg p r s 3 - 北京交通大学硕士论文 第一章概述 第一章概述 1 1g s m r 、g p r s 的演进 近5 年，是中国铁路快速发展的5 年，也是铁路通信信号技术飞速 发展的5 年。铁路经历了既有线提速、客运专线建设、青藏线建设、高 速铁路建设等一系列技术进步。铁路通信信号技术也经历了中国铁路需 求规范的制定，标准的制定，青藏线试验段的建设、功能测试、系统测 试，大秦线、青藏线、高速铁路的工程建设等一系列发展，已经达到了 运行前的准备阶段。在某些试验线、铁路线已经完成了测试，并进行了 试运行。本节重点阐述g s m r 在中国的发展历程和发展现状以及研究的 重要性。 1 1 1g s 铲r 的发展历程及其在中国的发展现状 g s m r 相对较早的在国外尤其是欧洲提出和发展，我国对铁路专用 移动通信的研究和应用相对落后。随着欧洲的成功应用，我国也在关注 和积极借鉴国外的先进技术，并结合中国的特点不断进行创新。 1 1 1 1g s m - r 的发展历程 g s m r ( g s mf o rr a i l w a y ) ，是在g s m 的基础上针对铁路通信的列 车调度、列车控制和要支持高速列车等特点，为提供铁路运营而定制附 加功能的一种经济高效、高可靠性的综合无线通信系统。 g s m r 最早在欧洲发展起来，它的发展主要分为3 个阶段，而这几 个阶段也是通信系统发展不可缺少的几个部分： ( 1 ) 需求及标准制定阶段 由于欧洲在移动通信行业的影响及欧洲各国之涮铁路高速运行的需 北京交通太学硕士论文第一章概述 求，1 9 9 3 年，国际铁路联盟u i c 与欧洲电信组织e t s i 协商，制定了一 系列铁路需求规范，并最终提出了欧洲各国铁路下一代无线通信以g s m p h a s c2 + 为标准的g s m r 技术。 ( 2 ) g s m r 系统测试及试验阶段 1 9 9 7 年起，为了验证g s m r 系统的可靠性、兼容性及列车在高速环 境下的性能指标，在德国、法国、意大利开展了三个测试项目 ( m o r a n e ) ，对g s m r 系统进行了严格测试。 ( 3 ) g s m r 工程实施阶段 1 9 9 9 年，第一个g s m - r 网络在瑞典铁路建成，随后十余个国家也相 继开始招标和建设自己的g s m r 系统。 1 1 1 2g s 一一r 在中国的发展现状 2 0 世纪后期，中国铁路相对其他行业，发展较为缓慢；然而随着需 求的不断增长，最近几年及未来5 年至1 5 年，中国铁路正朝着既有线提 速、客运专线、高速铁路方向快速发展，这也为通信信号技术的发展提 供了新的发展机遇。 与世界其他国家铁路相比，中国铁路运输无论在运输模式、客货运 输量、行车指挥和控制方式等方面，都存在着不同程度的差别。因此如 何根据我国铁路的实际情况，借鉴和吸收世界先进通信网络技术和 g s m - r 在国外铁路运营成功经验的同时，形成满足中国铁路实际需要的 网络标准，快速、高效地建设与形成我国铁路通信网络，对于促进铁路 现代化发展，提高铁路的竞争能力，更好地为社会提供运输服务都具有 非常重要的意义。 2 0 0 3 年1 2 月，铁道部与华为公司签定了大秦铁路g s m r 工程合作 框架。g s m 求这项针对铁路通信设计和使用的技术在经历了多年的争议 北京变通大学硕士论文第一章概述 后终于能够工程实施。该工程于2 0 0 4 年9 月正式开工，在铁道部的统一 部署下，仅仅半年时间，到2 0 0 5 年3 月，中国首个g s m r 工程全线开 通运行。 2 0 0 4 年3 月，铁道部与北电签署了一份青藏铁路g s m r 网络的试用 协议。2 0 0 4 年的1 1 月中旬，青藏线格尔木至不冻泉的g s m r 试验段工 程项目已完成g s m r 系统的建设和测试工作，并在2 0 0 5 年5 月份完成 了g p r s 系统的建设和测试工作。青藏线g s m - r 全网也将在2 0 0 6 年3 月完成系统网络的建设。 2 0 0 5 年2 月，西门子也与中国铁道部、铁道部g s m r 实验室正式签 约胶济线g s m r 工程项目。 从上面也可以看出，中国对国外技术的借鉴和学习是非常成功的， 并在短时间内完成了系统测试阶段和工程实施阶段。大秦铁路、青藏铁 路和胶济铁路已经大规模的开展g s m r 工程的建设和试验，大大加快了 0 s m r 系统在中国的实现和发展，加快铁路信息化建设的步伐，促进铁 路现代化的发展。虽然我国铁路的g s m r 建设和运营尚处于初期阶段， 但是随着高速铁路建设的迅速发展和铁路信息化水平要求的不断提升， 会对通信信号技术的发展提供了新的发展机遇。 1 1 2g p r s 的发展历程 由于g s m 网络有它自身的缺陷，为适应铁路对高速移动i p 业务的 需求，g s m r 网络也引入了分组无线数据业务g p r s ，实现了无线信道 上数据的分组传输。目前也有许多急需解决的数据应用，主要是地车之 间的数据传输等。由于其业务点分散、非周期间断数据传输、频繁小容 量数据传输或个别的大容量数据传输的原因，国内的g s m r 网络也很需 要在电路交换网中引入分组网。在原有电路交换网络中引入分组网，为 北京交通大学硕士论文 第一章概述 g s m r 网络向提供综合信息服务领域拓展提供了重要的网络平台，而且 这可以充分利用原有的网络资源，为g s m r 网络做补充，并为g s m - r 网向第三代演进打下了基础。 在国外，2 0 0 2 年，西门子己在荷兰完成了具有g p r s 功能的g s m r 网络。国际铁路联盟u i c 也打算采用基于g p r s 的欧洲列车自动控制系 统( e t c s ) 来代替欧洲各国现有的互不兼容的列车控制系统。 目前，国内g s m r 设备厂商也已经在g s m r 系统中增加了新的 g p r s 业务功能。大秦铁路和青藏铁路试验段g s m - r 工程都已实现了基 于g p r s 数据业务的列尾信息传送、调度命令传送、车次号传送等业务， 并且完成了相关的测试工作。我们也期望网络更早的提供移动互联网接 入、车辆跟踪、移动售票、旅客信息服务等各种新兴业务。 目前已经在很多条铁路线上部署和建设了g s m r ，新技术的需求和 发展为g p r s 网络的建设和发展带来更广阔的空间。 1 2 本文研究的重要性 青藏铁路试验段是亚洲第一条采用g s m r 系统来传输列车控制安全 数据的试验网，采用双网覆盖方式来增强系统的可靠性，并且引入g p r s 技术来传输分组业务。在g s m r 网络引入g p r s 是铁路数据业务传输的 需要，也是铁路信息化发展的需要，有利于提高铁路运输效率。又由于 小区选择和重选是保证手机成功接入无线网络的重要前提，对小区选择 和重选算法及参数的研究有利于提高整个系统的性能。 在g s m 及g s m r 网络中，小区选择和重选算法理论研究比较成熟， 并且只有空闲模式的移动台才会进行小区选择和重选过程，对通信质量 和电路域的数据传输不会造成的影响。但是在g p r s 网络，移动台在数 据传输时的重选会中断数据的传输。 北京交通大学硕士论文第一章概述 公网中，用户对数据传输的可靠性和实时性要求并不十分重视，因 此公网中关于g p r s 中小区选择和重选的研究相对较少。但是在铁路中， 列车在运行过程中，数据传输不能长时间或者频繁的中断，对数据传输 的可靠性和实时性要求较高。而且在列车的运行过程中，移动台会不断 地从一个小区重选到另一个小区，因此铁路中小区重选对数据传输的影 响较大。 从上面的分析可以看出，从理论和实际的测试结果对g p r s 中小区 选择和重选进行研究是很必要的；这样可以将研究应用到今后g p r s 网 络的建设、测试、评估和优化中。 1 3 本文的主要工作和贡献 本论文在第二章深入研究了g p r s 网络及g p r s 分组数据传输的过 程，重点突出了与原有g s m - r 网络的区别；在第三章和第四章中细致的 分析了g s m 、g s m r 和g p r s 的小区选择和重选过程、标准、优先级、 所需的测量项、选择准则等，并对g p r s 中数据传输过程中重选的特殊 点，如网络控制的小区重选、小区更新过程、测量报告等进行了深入的 研究和探讨。 第五章是基于作者在青藏线、大秦线、g s m r 实验室测试的经验完 成的。文章对g p r s 网络中影响数据传输的关键问题小区重选时长 进行了细致的分析，确定了影响重选时长的主要原因，并根据铁路的特 殊性，提出了解决乒乓重选问题的方法以及辅助移动台确认目标小区的 方法。并阐述了将此种方法应用到电路域切换中的可行性，为推动 g s m - r 及g p r s 网络的进一步完善提供依据；其中还通过测试分析了 b s c 间小区重选对数据传输的影响和要保证较短时间的重选，对重叠区 的要求。 北京交通大学硕士论文第二章g p r s 移动通信系统 第二章g p r s 移动通信系统 g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e i c e ，通用分组无线业务) 是第二代 移动通信技术g s m 向第三代移动通信( 3 g ) 的过渡技术。铁路上有分 组数据传输的需求，如调度命令、车次号发送、列尾风压等信息，因此 在铁路的g s m r 网络中引入了g p r s 技术来传输分组数据是很必要的。 由于铁路的特殊需求，在可靠性等方面相对于公网提出了更高的要求， 因此本章对g p r s 网络的基本结构和小区重选对t b f 的影响进行了研 究。 2 1g p r s 网络结构 图2 1g p r s 网络结构示惹图 如图2 1 所示，g p r s 通过在g s m 网络结构中增添p c u 、s g s n 、 g g s n 节点来实现分组业务的传输。s g s n 的主要作用是对移动台进行 鉴权、移动性管理和移动分组数据莳发送和接收。g g s n 主要起网关的 作用。分组控制单元( p c u ，p a c k e tc o n 仃o lu n i t ) ，使b s s 提供数据功能、 控制无线接口、使多个用户使用相同的无线资源。 北京交通大学硕士论文第二章g p r s 移动通信系统 2 2g p r s 移动台 2 2 1 运行模式 g p r s 移动台有三种运行模式，目前一般的移动台是b 和c 类运行 模式。 a 类( c l a s s - a ) 操作模式：m s 申请有g p r s 和其他g s m 服务，而 且m s 能同时运行g p r s 和其他g s m 服务。 b 类( c l a s s b ) 操作模式：一个m s 可同时监测g p r s 和其他g s m 业务的控制信道，但同一时刻只能运行一种业务。 c 类( e l a s s - c ) 操作模式：m s 只能应用于g p r s 服务。 2 2 2 移动性管理( 棚) 状态 g p r s 定义了空闲( i d l e ) 、等待( s t a n d b y ) 、就绪( r e a d y ) 三种不同的移 动性管理状态，每一种状态都描述了一定的功能级别和分配信息。 ( 1 ) 空闲状态 在g p r s 空闲状态中，用户没有激活g p r s 移动性管理。m s 和s g s n 中没有存储与这个用户相关的有效位置信息或路由信息。因此在这个状 态下不能进行与用户有关的移动性管理过程。 ( 2 ) 等待状态 在等待状态下，用户可进行g p r s 移动性管理，也可以接收对p t p 数据传输所进行的寻呼，以及经由s g s n 发送的c s 寻呼。但在这个状 态下，不能进行p t p 数据收发，若要进行数据的传送，需要进入就绪状 态。 等待状态下s g s nm m 环境中的位置信息仅包含m s 的g p r s 路由 区标识( g p r sr a i ) 。因此，s g s n 要寻呼该m s ，会在m s 所处的路由 区中发送一个寻呼请求。当m s 响应了这个寻呼，m s 中的m m 状态就 北京交通大学硕士论文 第二章g p r s 移动通信系统 会转变到就绪a 髓a d y ) 状态。在s g s n 中，如果它收到了m s 对寻呼的回 应信息或移动台向网络发送数据，移动台的m m 状态也会转变到就绪状 态。 ( 3 ) 就绪状态 当移动台和g p r s 网络的分组传输正在进行之中或刚刚结束时，移 动台就处于g p r s 就绪状态。移动台可以接收和发送数据，也可以执行 g p r s 小区选择和重选；位置信息包含实际的小区识别码。 2 2 3 无线资源( 际) 管理操作模式 主要分为两种：分组空闲模式和分组传输模式。 在分组空闲模式下，不存在t b f ( 临时块流) 。当上层需要传递l l c p d u ( 逻辑链路控制分组数据单元) 时，可能会触发建立一个t b f ，移 动台转移到分组传输模式。移动台在分组数据物理信道上没有分配任何 无线资源，需要监听p b c c h ( 分组广播控制信道) 和p c c c h ( 分组公 共控制信道) ，网络若没有p b c c h 和p c c c h ，则监听b c c h 和c c c h 。 在分组传输模式下，网络给移动台安排了无线资源，提供了t b f 。 移动台在一个或多个分组数据物理信道上建立了连接，能够传递l l c p d u 。当全部t b f 都被释放后，移动台返回分组空闲模式。当移动台小 区重选时，会先退出分组传输模式，进入分组空闲模式后获得新小区的 系统消息后，再进入新小区的分组传输模式。 表2 1 所示。列出了无线资源管理和移动性管理状态的对应关系。 表2 1 无线资源管理和移动性管理状态的对应关系 无线资源管理 1分组传输模式1分组空闲模式 移动性管理 i就绪( r e a d y ) 待命( s t a n d b y ) b 类移动台在进入专用模式、组接收模式或组发送模式时，应退出分 组空闲模式或分组传输模式；在铁路应用中，由于机车台要通过分组域 北京交通大学硕士论文第二章g p r s 移动通信系统 传输调度命令等，因此需要保证这些数据按时地接收，则铁路中需要专 门用一个移动台一直处于分组域，这样才能保证正常的数据传输。 2 3g p r s 无线接口信道 g p r s 的无线接口主要利用现有的g s m 资源。目前青藏线所采用的 信道配置方式如图2 2 。目前青藏线g p r s 的业务需求量很低，不需要专 门设置p b c c h 信道，利用现有的g s m 信令资源作为g p r s 的信令资源， 直接利用b c c h 来携带g p r s 的系统广播消息。 o1234567 图2 2g p r s 无线接口配置方案 若g p r s 网络形成一定规模后，可以设置g p r s 信令资源和分组业 务信道，对于铁路，这需要根据铁路数据业务需求量来计算，目前传输 调度命令、车次号、列尾风压等，数据量相对较少。随着数据量的增加、 网络增加g p r s 网络特有的c 3 1 c 3 2 算法或者为了保证移动台的可靠的 数据传输，可能会引入g p r s 专用信道，图2 3 是引入g p r s 专用信道 的无线接口配置方案。 ol23 4567 j b c c h 十c c c h j 8 d c c h i p b c c h l c 8i 动态分配动态分配f 动态分配ip d a t 8 i 图2 3 引入g p r s 专用信令资源的配置方案 2 3 1 逻辑信道 表2 2 所示是g p r s 中的逻辑信道。其中除了业务信道必须要进行配 置，其他的信道都可以利用现有的g s m 信令资源来进行传输。 北京交通大学硕士论文第二章g p r s 移动通信系统 表2 2g p r s 逻辑信道 分组业 p d t c h p d t c h ，u 上行分组数据 务信道 p d t c h ，d下行 分组数据 p b c c h p b c c h下行广播 p r a c h上行 随机接入 p p c h下行寻呼，可以用来寻呼电路交换业务 p c c c h p a g c h下行允许接入，向m s 发送资源分配信息 分组控 p n c h下行多播 制信道 p t c c h ，u上行估计定时提前量 p t c c h d下行 传送定时提前量 p d c c h 功率控制、测量、证实等信息，与当 下行和 p a c c h 前指定给某个移动台的p d t c h 共享 上行 资源 2 3 2 物理信道 物理信道p d c h ( 分组数据信道) 用于承载逻辑信道，逻辑信道可以映 射到5 2 复帧上。如图2 4 ，每一个无线块( b 0 b 1 1 ) 为4 个t d m a 帧， 空闲帧用于解码临小区的b s i c 、测量干扰和功率控制，t 为p t c c h 帧。 图2 45 2 t d m a 复帧结构 2 3 3 信道映射 g p r s 允许四种信道组合方式来组成基本的物理信道( p d c h ) ： ( 1 )p b c c h + p c c c h + p d t c h + p a c c h + p t c c h ： ( 2 )p c c c h + p d t c h + p a c c h + p t c c h ： ( 3 )p d t c h + p a c c h + p t c c h ： ( 4 )p b c c h + p c c c h ： 2 4g p r s 数据传输 g p r s 进行数据传输是分为上下行分别进行的。如图2 5 所示，分组 数据单元( 调度命令) 是如何按照g p r s 传输协议平台，从网络发往移 动台的。 北京交通丈学硕士论文第二章g p r s 移动通信系统 由于移动台在分组传输模式时进行重选才会对数据传输产生影响， 因此下面主要研究了移动台重选以后t b f 的建立过程和重选以前t b f 的释放过程。 其中：1 b f ( 临时块流) 是两个对等的无线资源管理实体使用的一个 物理连接，由一些载有一个或多个l l cp d u 的r l c m a c 块组成。t b f 是临时的，只有在数据传输时才存在。 t f i ( 临时块流标识) 为了使移动台和网络都能识别t b f ，网络给每 一个t b f 都分配了一个临时块流标识( t f i ) ，该t b f 中的所有r l c 凰丛c 块都包含同一个t f i 值。 调厦筒 应用 ， 舍等卜、 应用 口，x 2 5 r e i a v 7 i p x 2 5 s n d c p s 齑b c p 。斫p g 口 l l c u d p 厂ru d p l l c c pt c p r l c 1 j f r e l 8 y 7 b s s g p口口 m a cf r l c 、乒s s g pf 网络业务 l 2 l 2 g s m r f ，l m 慷c i 网络业务i l g s m r fl lb 缸睬 l l b i s l l l 1 图2 + 5 分组数据单元的传输过程 2 4 1 重选之前t b f 的传输 移动台在重选之前进行上、下行数据传输时，移动台接收到r l c 数 据块后，会在下行、上行链路由出p 域指定的无线块中传递“p a c k e t d o w n i i i l l ( a c m 地c k ”“p a c k e t u p n n k a c k 们a c k ”，除非有其他的控制消息 等待重发。在数据传输的过程中移动台，也会不断地检测临小区的电平， 北京交通大学硕士论文第二章g p r s 移动通信系统 计算临小区的c l ，c 2 值，若满足重选到其它小区的条件，移动台会触 发重选。重选到临小区后，开始读取系统消息，然后在新小区发起小区 更新，通知网络。 2 4 2 重选后t b f 的建立过程 上行链路t b f 建立的过程，如图2 - 6 所示，当移动台要向网络发送 数据或移动台告知网络，其已经重选到新小区，移动台会在r a c h 上发 送“p a c k e tc h a n n e lr e q u e s t ”来请求资源。b t s 对移动台的此消息正确解 码后，将把“c l l a i m e lr e q u i r e d ”报文发送给p c u ，该报文包含“p a c k n c h 猢e lr c q u e s t ”的所有信息和基站对1 a 的估计。 p c u 收到基站发来的消息后，若条件允许，则p c u 将在a g c h 信 道向移动台发送“i n l m e d i a t ea s s i 朗m e mc o m m a n d ”消息，向移动台分配 分组资源。 囝2 6 小区重选后t b f 的建立过程 移动台收到此消息后，向p c u 发送“p a c k e tr e s o _ 【l r c er e q u e s t ”消息 北京交通大学硕士论文 第二章g p r s 移动通信系统 消息中带有上行链路传输所需资源的完整描述，对于重选过程，移动台 重选以后，会在该消息的请求接入原因中发送a c c e s sr 旧e ：c e u u p d a t e 。 p c u 收到消息后，根据消息的描述，在p a c c h 上给移动台分配上 行链路的分组信道资源，并通过“p a c k e tu p l i n ka s 或髀瑚e n t ”消息发送给 该移动台。 移动台收到此消息，若此消息的m p ( r e l a t e dr e s e n r e db l o c k p e r i o d ) 字段指示有效，则移动台需要向网络发送“p a c k e t c o m r o l a c k ” 消息。 若移动台在重选之前进行的是上行数据传输，则移动台已经可以进 行上行数据传输。 若移动台在重选之前进行的是下行数据传输，s g s n 收到“小区更新” ( c e l lu p d a r e ) 消息后，发现在该移动台上正在进行着下行分组传输 的程序，s g s n 刚会向p c u 发送一条“清空”( f l u s h ) 消息，来告诉 p c u 移动台已从一个小区移动到了另一个小区。这条消息中包含着原小 区的识别( b v c i ) 、新小区的识别( b v c i ) 以及移动台的识别( t l l i ) ， 数据从b s c 传给新的b v c i 后：b t s 向移动台发送“p a c k e td o w n i i n k a s s i g r l i r i e n t ”消息，给移动台分配p d t c h 资源，若此消息的砌出p ( r e l a t e d r e s e r v e db l o c kp e r i o d ) 字段指示有效，移动台会返回“p a c k e tc o n t r o l a c k ”消息，此时移动台的t b f 就建立起来，移动台就可在系统所指配 的信道上接收下行分组数据。 北京交通大学硕士论文第三章g s m r 小区选择和重选的研究 第三章g s m _ r 小区选择和重选的研究 3 1 概述 小区选择和重选的目的：保证空闲模式的移动台驻留在一个能可靠 解译b c c h 信道数据，并在上行链路具有通信质量好的最适合的小区。 小区选择和重选的区别：小区选择是移动台在刚开机时进行的过程； 小区重选是移动台已经选择了小区后进行的过程。 移动台开机过程： 豢弦朔：嘉：画p入覆盖区i 位置见耕i 网络( p l h n ) 选择：g s m 是一个全球移动通信系统，移动台可在 不同国家、地区、网络问漫游，因此进行网络选择，以选择一个合适的 g s m 网络进行驻留。 3 2 小区选择 移动台进行p l m n 选择后，寻找p l m n 允许的所有b c c h 频点，并 选择一个最合适的小区驻留，即完成了小区选择。之后，移动台可以调 谐到该小区的b c c h 载波上，监听b c c h 广播的系统消息、服务小区的 l a i 消息等，而且可以在c c c h 上接收寻呼消息、在r a c h 信道来发出 接入请求。 3 2 1 小区选择标准 小区选择的标准包括以下几点： 北京交通大学硕士论文 第三章g s m r 小区选择和重选的研究 ( 1 ) 所选网络p l m n 中的小区； ( 2 ) 非禁止的小区； ( 3 ) 小区所在的位置区不包含在“禁止漫游位置区”列表中； ( 4 ) 该小区的c 1 o ； ( 5 ) 移动台与b t s 之间的无线路径损耗低于p l m n 运营商规定的门限 值： ( 6 ) 在没有正常优先级小区选择的情况下，才选择低优先级的小区： ( 7 ) 在以上条件满足的情况下，选择接收电平虽高的小区进行驻留。 禁止小区：p l m n 运营商可以禁止移动台使用某些小区，比如：用 作切换作业的小区。与禁止小区有关的信息将作为系统消息进行广播， 指示移动台不要锁定在这些小区上。禁止小区的状态是动态变化的，因 此，移动台要不断检查系统消息。禁止小区的设置影响小区选择和重选。 3 2 2 小区选择分类 ( 1 ) 有存储b c c h 信息情况下 移动台在上次关机时，存储了b c c h 载波列表。移动台开机后，首 先搜索已存储的b c c h 载波列表，按照小区选择标准进行驻留。若表中 所有的b c c h 载波搜索后，仍无合适小区，则执行无存储b c c h 信息的 小区选择。 ( 2 ) 无存储b c c h 信息情况下 移动台将首先搜索完所有的r f 信道( 如果为g s m ，则搜索1 2 4 个 r f 信道；如果为g s m - r ，则搜索1 9 个r f 信道) ，在每个r f 信道上读 取接收的信号强度，至少抽取5 个测量样点，计算出每个r f 信道的平 均电平，整个测量过程将持续3 5 s 。 移动台调谐到接收电平最大的载波上后，首先判断该载波是否为 北京交通大学硕士论文 第三章g s m r 小区选择和重选的研究 b c c h 载波( 通过搜寻f c c h 频率校正信道) 。如果是，移动台将尝试解 码s c h 来与该载波同步并读取b c c h 的系统广播消息。若m s 可正确解 码相关的b c c h 数据，且满足小区选择标准，则移动台可驻留在该小区。 否则，将调到次高的载波上，直到找到可用的小区。若移动台找到一个 可用的小区，它将收听该小区b c c h 上的系统广播消息，并解码所有的 信息。此后，移动台就驻留在该小区中。 若最强的r f 信道都被搜索后仍未找到合适的小区，移动台将监测所 有的i 疆信道的信号强度，并搜索c 1 o 且未被禁止小区的b c c h 信道， 当找到该载波后，移动台则选择该小区，而不考虑p l m n 识别，移动台 仅可以进行紧急呼叫。 扫描r f 信号和测量信号强度3 5 秒 锁定到强度最大的r f 信号 搜寻f c c h 突发脉冲 星 m s 读取同步并读取b c c h 信息 不是要接入的p l 监 小区是否未被禁止 1 i 是 一 c 1 ) o i 是 锁定至这个小区 否 否 否 锁定到强度次 高的r f 信号 图3 1 无存储b c c h 信息的小区选择过程 北京交通大学硕士论文 第三章g s m r 小区选择和重选的研究 3 2 3 小区选择准则 c l 准则( 路径损耗准则) ： c 1 = r x l e v r x l e v a c c e s s m i n m a ) ( ( m s t x p 酬m a x c c h p ) ，o ( 3 1 ) 表3 1c 1 准则中参数的意义 参数意义单位及设置值 移动台计算获得，单位为 r x l e v 移动台接收的平均电平 d b m r x l e v移动台接入网络所需的最小接入 广播控制信道中获取， a c c c s s m i n电平 9 2 d b m m s t x p w r移动台在随机接入信道上接入时广播控制信道中获取， m a x c c h 可以使用的最大发射功率电平g s m 9 0 0 默认值为3 3 d b m 与移动台的功率等级和小区 p移动台的最大r f 发射功率 的频带有关 对于铁路主要有两种移动台：2 w 的手机和8 w 的机车台，为了让两 种移动台重选的条件类似，避免2 w 的手机的乒乓重选，一般将参数 m s t x p w m a x c c h 设置为3 3 d b m 。 3 2 4 小区选择优先级 小区选择的另一个依据是所选择的优先级，可以鼓励或限制移动台 选择到某些小区。小区优先级的设置并不影响小区覆盖。 表3 2 小区选择优先级 c e l l _ r e s e l e c t i o n _ p ac e l u 3 a r - a c c e s s c e l l b a r 二q u a “母小区的选择优 r a _ i n d 先级 oo 正常 o1 禁止 100 正常 1 1 o 禁止 1l 低优先级 对于青藏线，参数c e l l - r e s e l e c t i o n _ p a r t i n d 均为1 ，这样可以对基 站进行设置，使移动台小区选择时尽量选择到主用网。c e l l b a r _ a c c e s s 也都为o ( 不禁止) 。对于c e l l b a r _ q u a l i f y ，主用层采用o ，备用层用l ， 这样移动台开机时可以选择到主用网。 北京交通大学硕士论文第三章g s m - r 小区选择和重选的研究 3 2 5 小区选择过程持续时间 小区选择过程持续时间如下： ( 1 ) ( 有存储b c c h 信息情况下) 搜索已存储的b c c h 载波列表 ( 无存储b c c h 信息情况下) 扫描和测量所有r f 信道( 每个 r f 信道至少抽取5 个测量样点) ：5 秒以内。 ( 2 ) 与b c c h 载波信道同步：o 5 秒以内 ( 3 ) 读取b c c h 信道上的信息：1 9 秒以内( 每8 个5 1 复帧中的b c c h 块可以传送一次所有类型的系统消息，因此同步后读取b c c h 数据的最 大时间为8 + 2 3 5 3 8 m s ，约为1 9 s ) 因此小区选择过程在7 4 秒之内。 3 3 小区重选 移动台完成小区选择后，在各种条件不发生重大变化的情况下，移 动台将驻留在所选择的小区，当达到触发条件，移动台将从当前停留的 小区转移到另一个小区，此过程称为小区重选。 3 3 1 小区重选触发条件 ( 1 ) 当前服务小区的c 1 值连续5 s 小于o ，即该小区的路径损耗已经很 大： ( 2 ) 邻小区( 与当前服务小区属于同一位置区) 的c 2 值超过当前服务 小区的c 2 值连续5 s ：若新的小区重选距上次重选的时间不足1 5 s ， 相邻小区的c 2 值连续5 s 大于当前服务小区5 d b ： ( 3 ) 邻小区( 与当前服务小区不属于同一位置区) 的c 2 值超过当前服 务小区的c 2 值与当前服务小区b c c h 上定义的c e ur e s e l e c t h y s t e r s i s 之和连续5 s ； 北京交通大学硕士论文第三章g s m - r 小区选择和重选的研究 ( 4 ) 当前服务小区被禁止： ( 5 ) 移动台监测出下行链路失败； ( 6 ) 移动台随机接入时，在最大重传后接入仍不成功。 3 3 2 小区重选规则 当移动台重选到某个小区上，将首先同新小区b c c h 载波信道进行 同步，解译b c c h 信道上的信息，读取寻呼子信道的信息，测量3 - 3 - 3 节所列的( 为下一次小区重选做准备) 测量项，根据小区重选准则( 3 3 4 节) 计算c l ，c 2 值，若满足小区重选触发条件( 3 3 1 节) ，则进行小区 重选到新小区。 移动台重选完成后，若发现l a i ( 位置区码) 发生变化，则触发位置 更新过程。 当移动台释放t c h 或s d c c h 返回空闲模式时，应驻留在t c h 或 s d c c h 被释放的小区，若该小区不适合，则移动台可以选择驻留在合适 的小区。如果返回空闲模式之前没有解译全部的b c c h 数据，则移动台 先解译b c c h 数据，直到解译完与寻呼组相关的b c c h 数据后才响应相 应的寻呼，或者，移动台先存储寻呼信息，在解译完所有的b c c h 数据 后立即响应该寻呼。 当移动台被限制服务时( 只能发起紧急呼叫) ，进行小区重选时，移 动台只能选择与当前服务小区的p l m n 相同的小区，而且参数 c e l lr e s e l e c th y s t e r s i s 总是被当作o 值计算。 3 3 3 小区重选所需的测量项 为加速小区重选过程，在b c c h 上广播一个射频信道列表，称作b a 列表( b c c h 分配表) ，列表中包含同一p l m n 中的b c c h 载波。当m s 完成小区选择时，m s 将接收到系统广播中的b a 列表，移动台内的b a