CDMA通信系统和信令分析.doc

CDMA通信系统和信令分析1移动台登记系统1.1选择可用载波移动台开机后就进入“初始化状态”。移动台不断扫描周围空间频谱，首先扫描使用最频繁的载频，如果没有收到CDMA信号，将继续扫描第二个经常使用的载频，重复这一搜索过程直到接收到CDMA信号或者失败，如果在要求的频谱范围内没有CDMA信号可用，移动台将尝试转向模拟系统或转入待机休眠状态，等待随机时间后，再进行新的尝试。移动台使用的漫游列表数据库（PRL）是预存在移动台内存里的，而已使用过的频率列表都存储在MRU中，移动台扫描频率并选择载波的算法称为系统判定算法（SDA）。开机时，移动台使用专用算法决定自己可用的CDMA初始化载波。在接收的CDMA消息中，有两种寻呼信道消息-CDMA信道列表（CLM）和全球业务重定位消息（GSRM）可以决定移动台切换到其他的载波上去。1.2寻找最强导频（PN），读取同步信道（Sync Channel）1、移动台将不断的检测周围各基站发来的导频信号和同步信号。移动台通过识别本地PN序列的偏置，可以知道周围有哪些基站在发送导频信号。移动台比较这些导频信号的强度来判断自己处于哪个小区之中。 2、移动台的瑞克接收机锁定最强导频，进行64阶沃尔什码（Walsh Code=32）解调，既可读出同步信道消息（Sync Channel Message）。 3、在获得同步信道消息后，移动台将继续搜索寻呼信道（Paging Channel）。移动台的瑞克接收机仍然锁定这个最强导频，进行64阶沃尔什码（Walsh Code=1）解调，监视寻呼信道（Paging Channel），读取配置消息。寻呼信道中包含系统配置消息（ConfigMsg），配置消息在寻呼信道内每1.28秒重复一次，便于移动台进行捕获。移动台从寻呼信道获取系统配置消息后，就可以在系统内进行发送和相关操作了。配置消息中包含接入参数、配置消息等参数的序列号，如果移动台发现任何消息的序列号需要升级，移动台将继续扫描寻呼信道以获得最新配置参数。如果没有发现序列号变化，移动台每600秒扫描寻呼信道一次。当移动台再次扫描寻呼信道中的系统参数消息，移动台会用新接收的配置消息序列号（ConfigMsgSerialNumber）、CONFIG_MSG_SEQr予已经储存的SYS_PAR_MSG_SEQs进行比较，如果相同，移动台将丢弃此帧，如果存在差别，移动台将更新已有配置消息参数。当移动台再次扫描寻呼信道中的CDMA信道列表消息，移动台会用新接收的配置消息序列号（Config Msg Serial Number）、CONFIG_MSG_SEQr予已经储存的CHAN_LST_MSG_SEQs 进行比较，如果相同，移动台将丢弃此帧，如果存在差别，移动台将更新已有配置消息参数。2移动台空闲模式的切换（Handoff）移动台在完成同步并登记完系统后，即由初始状态进入“空闲状态”。在此状态中，移动台可以接收外来的呼叫，可以进行呼出和登记注册，还可以选择所需的码信道和数据率。移动台在空闲模式中将不断监测导频信号的强度，如果监测到更好的导频信号，随时可以进行软切换。移动台不能够同时对多个小区的信号进行解调，因为各扇区的寻呼道配置消息是不同的。所以移动台每次只对周围接收到的最强信号进行解调，既然多个扇区的信号不能合并，移动台就要在不同导频信号间进行快速的切换，以保持和基站通信的可靠性。空闲状态下，移动台的导频搜索器不断扫描临区列表消息（Neighbor List Message）中的导频信号强度，如果移动台发现一个临区导频强度超过参考导频（Reference PN），这个新的强导频变为参考导频。同时移动台在下个超帧（Supper frame 80ms，由三个同步信道帧组成）80ms后切换到新的强导频的寻呼信道，重新进行配置消息的接收。在新的寻呼信道消息中，如果基站需要移动台进行注册，移动台将在新的扇区内完成上述注册过程。3:移动台在接入信道中 接入信道（Access Channel）用于移动台向基站报告自己的注册、本机和寻呼响应消息，基站通过寻呼信道不断与移动台通信。理论上一个扇区的寻呼信道可以同时和32个接入信道进行通信，实际上，移动台只用一个接入信道就完成所有的操作。在接入信道上，移动台不在基站的闭环功率控制范围内。移动台使用随机接入协议在接入信道上进行发射，从发射一则消息到接收到（或接受失败）该消息的确认消息的过程称为接入尝试（accessattempt）。接入尝试中的每次发送称为接入探针（accessprobe）。移动台在接入尝试的每个接入探针发送相同的消息移动台用接入探针（probe）与基站通信，接入功率大小由移动台开环功控决定。如果探针在ACC_TMO时间内（最大400ms）没有收到确认消息，移动台等待随机时间（最大200ms）后，探针功率增加PI（功率增加量PowerIncrease）dB再次发送。一个探针序列最多由15个接入探针组成，通常为5个探针；一个接入尝试通常含有两个接入序列，大多数情况下接入探针第一次发送即可成功，如上图。寻呼信道的接入参数消息（APM）包含所有与接入有关的参数。4移动台系统注册（Registration）系统登记使系统知道移动台已处于激活状态，可以随时发起呼叫或接收来话。移动台不断向系统报告自己的位置变化，以便于有来话发生时，系统可以及时进行交换处理，发送来话消息到移动台。注册后，系统只有和移动台建立通信的基站发送寻呼信道消息，这样减少了系统内的寻呼信道消息的拥塞。寻呼信道的系统参数消息（SPM）决定移动台是否需要进行新的系统注册，收到消息的移动台将向系统回复自己的注册消息（Registration Message）。注册消息的呼叫过程如下： 首先，移动台发送系统参数消息（SPM），要求收到的移动台进行注册； 移动台收到此消息后，向基站发送注册消息（Registration Message）； 基站收到移动台发送的注册消息后，向移动台回复确认消息，通报系统注册已完成。5接听来话移动台完成系统注册后，就可以随时进行呼入和呼出操作。在这过程中，移动台不断监视寻呼信道以判断是否有来话呼叫。当有来话发生时，寻呼信道中的通用寻呼消息（GPM）通知移动台准备接入。之后，移动台通过接入信道向系统发送寻呼响应消息（PRM），准备接收来话。得到确认后，系统通过信道指配消息（CAM）分配一条下行业务信道给移动台来接入来话。然后，移动台和基站互相进行确认，保证双方的业务信道已经建立完成，同时确定呼叫的类型是否一致，9.6Kbps或13Kbps等。移动台现在可以振铃通知用户准备接听，并显示呼叫方的电话号码（calling line ID）。当用户按动通话按钮，语音通道建立完成，就可以进行双工通话了。 接听来话的消息传递过程如下： 1、通过寻呼信道通知移动台准备接收呼叫： 系统发送通用寻呼消息（GPM），准备接收来话 移动台发送寻呼响应消息（PRM），准备接入呼叫 基站确认消息（Order Message），移动台等待一定时间（12秒以内）准备接收信道分配消息（CAM） 2、基站指配进行通话的信道，双方确认通话的业务信道： 基站发送信道指配消息（CAM）。基站发送确认寻呼响应消息后200ms，移动台接收到基站业务信道指配消息 基站开始在指配的业务信道（指定Walsh Code）上发送空帧。移动台在前向链路收到至少两个空帧后，确定该业务信道为基站指配的信道，然后，移动台发送连续两个空帧报头，指明用于反向链路的业务信道。 基站确认已经收到移动台发来的空报头（blank preamble），在已指定前向业务信道上向移动台发送确认消息 移动台在指定反向业务信道上回复确认消息已收到 3、双方建立业务连接，移动台启动振铃： 基站和移动台建立前向和反向业务信道后，就准备启动呼叫了。基站先向移动台发送业务连接消息（SCM） 移动台收到业务连接消息后，建立双方连接后，通报基站业务连接建立完成。业务连接完成消息（SCCM）标志着呼叫建立完成，一次接入尝试（access attempt）成功 基站向移动台发送振铃消息，要求移动台启动振铃，准备接听来话 移动台回复确认消息（Order Msg），启动振铃 4、用户接通电话，连接完成： 用户听到移动台振铃后，按下通话键，最后完成连接命令（Connect Order） 基站确认连接命令 交换机建立双方的语音电路连接，呼叫双方可以进行通话了。6对外呼叫 和接听来话相似，用户对外拨叫也要同系统进行消息传递，建立双方通话的上下行业务信道。首先用户拨打对方的电话号码，按下呼叫按钮，移动台在接入信道（Access Chl）上发送原始消息（Origination Msg）。系统收到消息后，在寻呼信道上进行确认。系统开始分配业务信道用于双方通话，通过业务信道分配消息（CAM）指配专用信道给移动台作为上下行信道。双方进行上下行业务信道的确认，并确定语音通话速率。交换机建立语音电路，被叫方听到电话振铃，通话开始。 双方的消息传递过程如下： 用户按下拨叫按钮后，移动台向系统发送原始消息 基站收到原始消息后，向移动台进行确认 基站向移动台发送信道指配消息（CAM），移动台锁定该下行业务信道 基站向移动台连续发送空的数据帧用指定的沃尔什码调制以实现在专用业务信道上的传送。 移动台在指定业务信道上收到至少两个空帧后，确认该业务信道是用于通话的下行信道后，移动台在它的反向业务信道上发送两个连续的空报头（Blank Preamble）（注：移动台的反向业务信道是通过长码偏置确定的，而每个移动台长码偏置是由电子序列号（ESN）唯一确定的，因此每个移动台的反向业务信道是不会混淆的，它通过不同的长码进行解调） 基站发送确认消息，表明已收到移动台发送的空报头 移动台发送确认消息，表明已经知道基站的确认 基站在指定业务信道上再次发送业务连接消息（SCM），此时双方上下行业务信道都已建立，且不会占用小区内其他用户通话的业务信道。 移动台收到连接消息后，回复业务连接完成消息（SCCM），表明连接已经建立可以准备通话了。 基站进行确认，表明呼叫建立完成，一次接入尝试（access attempt）成功 交换机建立双方的语音电路连接，呼叫双方可以进行通话了7结束一次呼叫通常当通话双方的一方挂断电话后，标志着通话结束。当移动台按下挂机案件后，移动台发送释放电路消息（Release Order），通话另一方断线后，也发送释放消息（Release Order）。移动台挂机后，将重新登记系统，过程与上述登记一样，现搜索周围最强导频，读取同步消息，定期监测寻呼信道。 用户挂断电话后，移动台发送释放消息（Release Order） 基站收到释放消息后，发送确认消息，之后发送基站释放消息 通话技术后，移动台重新搜索周围最强导频，读取同步消息，定期监测寻呼信道注：除了正常的通话结束外，还有其他原因可能导致双方通话被迫中断，常称为“掉话”。掉话原因可能是：移动台无法收到前向业务信道信号，超过定时器时间，导致掉话；基站无法收到反向业务信道信号，超过定时器时间，导致掉话；基站发送的许多前向链路消息得不到确认，基站断开连接，导致掉话；移动台发送的许多反向链路消息得不到确认，移动台断开连接，导致掉话。CDMA的主叫信令流程 主叫MS发送（起呼消息Origination msg）消息给基站， 基站在收到该消息后向MS回复（基站应答消息Base ACK order）消息；手机的第一个消息发送到基站后通过ABIS链路到BSC，BSC向MSC发送（呼叫服务管理请求CM Service Requers）消息；MSC收到该消息后向BSC回复(指配请求消息Assignment Request)消息；基站收到该消息后向MS发送（扩展信道指配消息ECAM）消息；MS收到该消息后向基站发送（反向业务前导消息Traffic Channel Preamble）消息；基站收到该消息后向MS发送（应答确认消息 Base Ack Order）消息，MS收到该消息后向基站发送（应答确认消息 MS Ack Order）消息；基站收到该消息后向MS发送（业务连接消息Service Connect MSG）消息，MS收到后向基站发送（业务连接完成消息Service Connect Complete）消息。始呼流程信令详解：1、 始呼消息：Origination Message2、 基站第一次证实消息：BS_Ack_Order_13、 信道指配消息: Extended Channel Assignment里程1：手机没有接收到基站的确认消息（probe（探测）及sequence（数列序列）达到最大）l 手机Tx较低：接入参数设置不合理。主要参数有INIT_PWR，NOM_PWR，PWR_STEP，NUM_STEP，MAX_REQ_SEQ，MAX_RSP_SEQ l 手机Tx已经很高：可能原因1是接入信道冲突。当多个用户在同一个接入信道上发送呼叫请求时，有可能会发生冲突。可以调整以下的参数来减少冲突的发生：ACC_TMO（probe确认时长，默认为3ms）；PROBE_BKOFF（probe之间间隔，默认为1slot）；BKOFF（sequence之间间隔，默认为1slot ） l 手机Tx已经很高：可能原因2是链路不平衡，即前向指标（Ec/Io）强于反向指标（Tx）。可以调整以下功率参数：MinPilotToTotalPowerRatio（导频信道功率），TxPowerLimitOffset（基站总功率衰减）。在直放站区域要调整直放站的前反向增益。l 手机Tx已经很高：可能原因3是反向信道干扰，可以结合基站侧的接收功率值来判断，如果存在告警，则需要查找干扰源l 手机Tx已经很高：可能原因4是基站搜索窗过小，可调整参数为AccessAcquisitionSearchWidth 。l 导频信号强度较低：发生了系统丢失（导频信道）。主要情况有：前向弱覆盖，导频污染，接入和切换冲突，错过idle handoff（强导频不在neighbor中）l 导频信号强度很高：发生了系统丢失（寻呼信道）。主要情况有：PN冲突，寻呼信道功率偏弱（可调整参数PagingToPilotPowerRatio）4、 基站第二次证实消息BS_Ack_Order_25、 手机响应消息：MS_Ack_Order6、 建立链接请求消息（基站）：Service Connect Message 7、 建立链接完成消息（手机）: Service Connect Complete MessageCDMA接入定时器介绍如下： )E!i1v:B4S0k:w-NMSCBSC 移动通信论坛T40m：系统丢失定时器。 !l9v!*w.k3i6(ff |国内领先的通信技术论坛T41m：一种系统接入状态定时器。协议规定为4s。 移动通信论坛为国内领先的移动通信技术，通信工 T42m：一种系统接入状态定时器。协议规定为12s。 $p0S,H0QW,c3I6d2u移动通信,通信工程师的家园,通信人才,求职招聘,网络优化,通信工程,出差住宿,通信企业黑名单T50m：一种定时器。 IS-95A规定为200ms，IS-95B增加为1s。 9I1t3$Qw9k5s.i T51m：一种定时器。协议规定为2s。 (1):2G;o/-L0u+L)T40m：系统丢失定时器。 /b*P:s)o/E0w0f+y7C#| |国内领先的通信技术论坛当用户起呼后至收到信道指配消息前，称为接入过程的开始阶段。在此阶段，MS会不停监听寻呼信道且每隔T40m时间MS就必须从寻呼信道上收到一个好的消息。若在T40m时间内一直没有收到消息，这时移动台返回空闲状态 ，接入失败。 :F&o!K.p0z移动通信论坛为国内领先的通信技术论坛，我们专注于移动通信技术，通信工程师的网上家园。h4/t!&8f k+&xMSCBSC 移动通信论坛协议规定为：3s。 i0|)Z4L a1i4V3st$V2B&g?该定时器与T42m同时终止。(2):.s-A)E3l0M,Q!n4v |国内领先的通信技术论坛1o&S7Av!H$Bo%l3bMSCBSC 移动通信论坛T41m：一种系统接入状态定时器。MSCBSC 移动通信论坛-O+u,A,:w$t0o3$S;R 当用户起呼后，在此定时器时间限制内，MS未收到BS针对Origination消息的基站证实响应消息（Ack）时，定时器超时，MS将重新初始化并指示系统丢失。MSCBSC 移动通信论坛3wT/i;n./Hg7N6e 22p%O.n,$y1c协议规定为：4s。 qo I7o3 f#d(3):*G1B$R)r)O(q+a!qT42m：一种系统接入状态定时器。MSCBSC 移动通信论坛98w$G-b,W 当MS在收到基站的接入响应消息后，若在T42m的时间限制内没有收到信道指配消息，手机就会返回空闲状态。;,I#D3g+Tu#S2_ .q8B8p.h1&Z:A!z移动通信论坛为国内领先的通信技术论坛，我们专注于移动通信技术，通信工程师的网上家园。协议规定为：12s。 8R3!w)d7y e(4):+E$O9i#*m移动通信论坛为国内领先的通信技术论坛，我们专注于移动通信技术，通信工程师的网上家园。T50m：定时器。9u.I1Z2g9f7d+h01U 当移动台收到信道指配消息后，若在T50m时间内没有捕获到前向业务信道（两个连续的好帧），手机将会重新初始化并指示系统丢失。 |国内领先的通信技术论坛;c+P-C _$S%OG+A/B :U!R!N+&y*Y1q-R1移动通信,通信工程师的家园,通信人才,求职招聘,网络优化,通信工程,出差住宿,通信企业黑名单IS95A中为200ms， IS95B系统中定义为11g+U;4Q&e!x为国内领先的通信技术论(5):T51m：定时器。 4H*w6x9W0R移动通信,通信工程师的家园,通信人才,求职招聘,网络优化,通信工程,出差住宿,通信企业黑名单当移动台捕获到前向业务信道后，若在T51m时间内没有得到基站的证实响应，移动台就会重新初始化。 协议规定为：2s。.r$y0P9o,q(l1L移动通信,通信工程师的家园,通信人才,求职招聘,网络优化,通信工程,出差住宿,通信企业黑名单7个可选消息：发起登记要求的消息（System Parameters Message） Paging SlotCDMA信道指配：一个基站（扇区）可能同时支持多个CDMA信道（频点），即多载波。基站和移动台利用halsh来确定为移动台指配的CDMA信道。此时哈什函数的输入参数为：移动台的MIN或IMSI_S CDMA信道数目 寻呼信道指配：基站在所支持的CDMA信道（即频点）上最多可以同时发送7个寻呼信道。基站和移动台利用哈什（halsh）函数来确定为移动台指配的寻呼信道。此时哈什函数的输入参数为：移动台的MIN或IMSI_S 寻呼信道时隙指配：（每个时隙为1.28s）基站发送的寻呼信道是分时隙的，即在不同的时隙寻呼不同的移动台。基站寻呼不同的移动台的时隙周期可以是不同的。对于移动台A，可以每a个时隙寻呼一次；对于移动台B，可以每b个时隙寻呼一次；在时隙nab时，可以同时寻呼移动台A和B。每个移动台各自的时隙周期由各自的SLOT_CYCLE_INDEX决定。移动台监听寻呼信道时可以是“分时隙”的（即只监听指配给自己的时隙），也可以是“非时隙”的（即监听所有的寻呼信道时隙）。基站和移动台哈什函数来确定为移动台指配的寻呼信道时隙。此时哈什函数的输入参数为：移动台的MIN或IMSI 寻呼时隙的最大号2048 输出参数为：PGSLOT 最终指配给移动台的寻呼信道时隙满足下列等式：（t/4)PGSLOT MOD 162SLOT_CYCLE_INDEX 0 其中：t为以帧为单位的系统时间；SLOT_CYCLE_INDEX的取值范围从0到7；可见：移动台的时隙周期最小为16个时隙，最大为2048个时隙。移动台的时隙周期最终由移动台给出的SLOT_CYLCE_INDEX决定。SLOT_CYCLE_INDEX由移动台在“登记”时通知基站。如果基站无法确定移动台是否工作于时隙状态或者无法知道移动台的SLOT_CYCLE_INDEX，它将假定SLOT_CYCLE_INDEX为min（MAX_CYCLE_INDEX，1），即不是0，便是1。MAX_CYCLE_INDEX由基站在“Access Parameters Message”中给出。Access Attempt从移动台在Access Channel上发送一条信令消息到接收到（或接收失败）基站对该消息的确认消息的整个过程，称为Access Attempt。Access Attempt中的每次完整的接入信号发送称为Access Probe。Access Probe包含一个报头（preamble）和消息体（message capsule）。报头的长度为1pam_sz个帧，消息体的长度为3+max_cap_sz个帧，所以一个Access Probe的总长度为4pam_szmax_cap_sz个帧。Access Probe的发射功率是逐步递增的，增量步长为pwr_step。一定数量的Access Probe组成一个Access Probe Sequence。一个Access Attempt可能包含几个Access Probe Sequence。不同的Access Probe Sequence可能接入不同的接入信道。接入信道号由IS-95随机数发生器根据上次的接入信道号、ESN和系统时间决定。接入信道请求尝试：接入信道响应尝试：时延参数：PN随机时延：导频相对原PN码的偏置，它是02probe_pn_ran范围内的某个随机数。它有效地增加了从移动台到基站的视在范围（apparent range）。这增加了基站在同一个接入信道时隙内分别解调多个移动台发出的消息的概率，尤其是当移动台工作在与基站很近的地方。TA：等待响应时延，TA80（2acc_tmo）ms 。移动台发了一个Access Probe后，将在TA时间内等待接收来自基站的确认信息。RT：探针间补偿时延，为11probe_bkoff范围内的某个随机值。如果移动台在TA时间内没有收到基站的确认消息，并且移动台还可以发送Access Probe，它将在延时RT后发送新的Access Probe。RS：序列间补偿时延，为11bkoff范围内的某个随机值。如果移动台发完了一个Access Probe Sequence还没有收到基站的确认消息，它将在延时RS后再考虑发送新的Access Probe Sequence。PD：持续时延（Persistence Delay），用于控制移动台发送请求的速率、密度以控制接入话务量。不同接入过载级别移动台有不同的PD。接入响应尝试无此概念，因为响应的原则就是要快速响应。对于接入请求尝试，移动台在延时了RS后，还将在延时PD后再发送新的Access Sequence。“持续检测”程序：对于每个接入信道时隙，“持续检测”产生一个0到1之间的随机数RP，与预先设定的门限P比较。如果RP大于P则启动新的Access Probe Sequence。较大的P意味着启动Access Probe Sequence的概率较大。因此可以通过设置 P来控制接入速率。相关信令：Access Parameters Message （Paging Channel）功能描述： Access Parameters Message设定了移动台接入的结构参数、功率参数、时延参数，并在Paging Channel中周期性的广播。随着基站话务量的改变，各种参数也会做响应的调整。这种改变通过ACC_MSG_SEQ来表示。移动台如果发现了新的ACC_MSG_SEQ，将做对应的存储在移动台内的参数调整工作。Service Configuration NegotiationService Configuration Negotiation有两种形式： Service NegotiationMultiplex OptionTransmission RateService OptionTraffic Type注：四项都可以协商。也可以只协商部分，其他采用缺省配置Service Option Negotiation仅协商Service Option，其他三项不能协商。Multiplex Option取与Service Option相对应的缺省配置；Transmission Rate取与Service Option相对应的缺省配置；Traffic Type取“Primary Traffic”；只能确定单一的Service Option Connection。一方提出Service Option请求，并请求相关联的缺省的Service Configuration 移动台始呼（Origination）时提出；基站寻呼移动台（Paging）时提出；移动台响应寻呼（Page Response）时提出；基站根据协定的Service Option分配Traffic Channel Traffic Channel；Extended Traffic Channel；基站根据Traffic Channel Mode确定协商方式 如果分配的是Traffic Channel，采用Service Option Negotiation；分配的是Extended Traffic channel，采用Service Negotiation；如果用Extended Channel Assignment Message分配的业务信道，采用Service Negotiation；基站设置协商完成之前业务信道的配置 Service Configuration Negotiation完成之前，Traffic Channel的缺省结构格式由基站在分配业务信道时暂时指定。可以设置为与Origination或Page Response提出的Service Option相应的业务配置。也可以由基站另外确定一组业务配置。建立起与Service Option相关联的Service Configuration后，双方可以通过协商确定新的Service Configuration。在发生CDMA到CDMA的硬切换时可能需要新的协商，并且协商方式可能改变。相关信令消息集合：Service Option Request Origination Message （Reverse Traffic Channel） General Page Message （Forward Traffic Channel） Page Response Message （Reverse Traffic Channel） Traffic Channel Assignment Channel Assignment Message （Forward Traffic Channel） Extended Channel Assignment Message （Forward Traffic Channel） Service Negotiation Service Request Message （Forward/Reverse Traffic Channel）Ser