移动通信技术10(控制与交换)

知识点回顾：移动通信业务的特点有哪些？,HLRVLRMS,2,第六章GSM数字移动通信系统（三）,移动通信中的控制与交换1、移动台的状态移动台的状态关系到系统是否能够到达移动台，是移动台在系统中的重要信息，关系到系统的整个工作过程。,移动台的状态可能有下列几种：1）、移动台关机MS不能应答寻呼消息，网络不能达到MS。同时它也不能通知网络其所处的位置区的变化。此时MS被认为是“分离”状态。2）、移动台开机，空闲状态系统可以成功地寻呼MS，MS被认为是“附着”。当MS移动时，通过测试检查，MS能够连接到接收性能最好的BCCH载波上，MS具有漫游功能，并能通知网络其位置区的变化，即位置更新。3）、移动台忙网络分配给MS一个业务信道传送话音或数据。当MS移动时，根据信号强度决定是否转移到其他信道上，即“切换”。网络针对切换所做的分析判断工作，即称作“定位”。,在MS处于空闲或忙状态时，系统必须为MS提供无线链路，用以完成网络与MS的信息传送。,2、移动网络中的几个基本概念,位置管理漫游切换,位置管理,GSM网络中采用两个数据库来对用户信息进行管理，包括用户的位置信息。位置管理包括：位置登记位置更新,1）位置登记,定义：移动网络为了跟踪移动台的位置变化，而对其位置信息进行登记、删除和更新的过程，也称位置注册。位置信息存储在HLR和VLR中通常，GSM系统被划分许多位置区，对应不同位置区识别码,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BSC,BSC,BSC,HLR,LA4,2）位置更新,定义：当移动台进入了一个新的位置区（MSC或LAC)，它就要向网络汇报，把自己的IMSI号码和位置区号码（MSCID或LAI)通过空中接口传送给HLR/VLR，这个过程就叫位置更新。作用：通过位置更新，系统能够随时了解移动台的位置变化情况，以便能够随时寻呼到用户，完成通话。,位置更新的类型,移动台开机位置登记当移动台从一个位置区进入另一个新的位置区时，移动系统所进行的常规位置更新在特定时间内，网络与移动台没有发生联系时，移动台自动地、周期地与网络取得联系，核对数据的周期性位置更新。强制措施,1）开机位置登记,移动台首次进入GSM网，先要通过MSC把用户的相关信息存放在HLR中进行登记注册，如IMSI、MSISDN、位置信息等。移动台开机，搜索广播控制信道并查询位置区识别码，发现与原来的位置区不同则要通过基站发位置更新请求。位置登记后才能进行通话,MS的开机过程（小区选择）,YES,2）常规位置更新过程,移动台漫游到新的位置区，发现收到的位置区识别码改变，向新MSC申请位置登记（IMSI）。新VLR向HLR查询用户数据，分配MSRN并告之。HLR修改用户信息以备GMSC查询提供路由，并告诉原位置区VLR删除用户信息。,MS,新MSC,新VLR,原VLR,HLR,位置登记请求,更新位置登记,询问MS的IMSI,“询问IMSI”的响应,查询MS有关参数，并分配MSRN,“查询参数”的响应，并存储MSRN,位置信息注销,更新位置登记确认,位置登记请求确认,3)周期性位置更新,周期位置用来周期性地通知网络每个MS的可用性。当网络在特定的时间内没有收到来自移动台任何信息，在这种情况下网络无法知道移动台所处的状态。为此，系统强制MS进行周期位置更新。,BSC,MSC,VLR,HLR,BSC,MSC,VLR,1,2,3,4,5,6,位置更新请求,位置更新请求,请求位置更新接受,位置更新证实,位置删除,位置删除接受,小区2,小区1,漫游,定义：漫游是指移动台无论是在归属GSMPLMN覆盖区内移动，还是移动到其他GSMPLMN覆盖区内，都可以进行去话呼叫或来话呼叫。,漫游的分类,根据系统对漫游的管理和实现的不同，可将漫游分为三类：1、人工漫游人工漫游的接续采用人工干预，不采用漫游信号。两地运营部门预先定有协议，为对方预留一定数量的漫游号，用户漫游必须提出申请。人工漫游主要用于A、B两地尚未联网的情况。2、半自动漫游漫游用户至访问区发起呼叫时由访问区人工辅助完成，用户无须事先申请，但漫游号回收困难，故实际很少使用。,3、自动漫游为了使手机在漫游过程中仍能接收呼叫，系统必须随时能够了解移动台的位置变化情况，而且该位置信息将随手机位置的不断变化而改变。如果这种改变是由网络自动进行的，称之为“自动漫游”。自动漫游的实现包括三个过程：位置更新、呼叫转移和呼叫建立。,漫游的分类,移动台的漫游（小区重选过程）P144,MS将根据C2来决定应与哪个小区连接,了解平时生活中与漫游相关的现象在外出游玩或回家的时候，可以特别留心一下自己的手机。在跨越不同的地理区域时，系统有时会给手机发一些欢迎信息；在一些省市交界处还有可能会有反复的系统提示信息出现等。,越区切换,一、越区切换的内涵二、越区切换分类三、越区切换的实现四、越区切换的应用,一、越区切换的内涵,（一）越区切换的定义越区切换是指将当前正在进行的移动台与基站之间的通信链路从当前基站移到另一个基站的过程。越区切换通常发生在移动台从一个基站覆盖的小区进入到另一个基站覆盖的小区的情况下，为了保持通信的连续性，将移动台与当前基站之间的链路转移到移动台与新基站之间的链路。,（二）切换的作用1、在移动状态下，切换是实现移动用户不间断通信的可靠保证；2、为了在移动台与网络之间保持一个可以接受的通信质量，防止通信中断，切换是适应移动衰落信道特性的必不可少的措施；3、切换，特别是由网络发起的切换，可以平衡服务区内各小区间业务量，减低高用户小区的呼损率；4、可以优化无线资源（频率、时隙、码）的使用5、可以及时减小移动台的功率消耗和对全局的干扰电平的限制。,25,一、越区切换的内涵二、越区切换分类三、越区切换的实现四、越区切换的应用,二、越区切换的分类,切换允许在不同的无线信道之间进行，也允许在不同的小区之间进行。广义来说，根据切换在载频、时隙、地址码、小区及BSC和MSC等不同实体之间发生，分别对应不同类型的切换。（一）从网络范围方面来看，切换可以分为：1、小区内切换：移动台保持与同一个基站的连接，但是要改变通信所使用的信道。此时移动台还处于同一个基站的服务区。在扇区化的小区中，当移动台从一个扇区移动到另一个扇区时，要执行小区内切换。在CDMA系统中，小区内切换执行的是更软切换。小区内切换不需要经过MSC，相关的操作只需要在BSC内进行。,二、越区切换的分类,2、BSC内切换（小区之间的切换）：BSC内切换是指同一BSC所控制的不同小区（基站）子系统之间的信道切换。这种情况发生在移动台进入一个新基站（这个新基站与原来的基站处于同一个BSC管辖范围）的服务区时。BSC内切换也不需要经过MSC的处理。3、MSC内切换（BSC之间的切换）：MSC内切换是指同一MSC所控制的不同基站子系统之间的信道切换。其中，切换前后的BSC在同一个MSC管辖范围内。这种情况发生在移动台需要改变基站和BSC时。MSC内切换需要经过MSC的处理，MSC从候选小区中选择一个目标BSC供切换使用。,二、越区切换的分类,4、MSC间切换（PLMN内部切换）：MSC间切换是指同一PLMN覆盖区内的不同MSC之间的信道切换。当移动台要同时改变BSC、MSC时，需要进行MSC间切换。这种切换比较困难，引起的话音中断率也比较高。5、网络间切换（PLMN之间的切换）：网络间切换涉及不同网络间的相互操作，这个切换可能需要跨越不同运营商或不同模式的网络，例如IS-95CDMA网络和GSM网络间切换，或者IS-95CDMA网络和AMPS模拟网之间的切换。网络间切换不仅需要多模终端，而且需要网络间交换、通话的鉴权计费等比较复杂的技术。,二、越区切换的分类,（二）按照切换处理过程的不同分类：按照切换处理过程的不同，即按照当前链路是在新链路建立之前还是之后释放可将切换类型分为硬切换、软切换和更软切换三种。1、硬切换当移动台从一个基站覆盖区进入另一个基站覆盖区时，先断掉与原基站的联系，然后再与新进入的覆盖区的基站进行联系。把这种“先断后接”的切换方式称为硬切换。硬切换技术主要用于GSM及一切转换载频的切换。硬切换技术的先断开后切换，会造成短暂的暂时中断，通常人耳是无法察觉的。一般情况下，移动台越区时都不会发生掉话的现象。但当移动台因进入屏蔽区或信道繁忙而无法与新基站联系时，就会产生掉话。,二、越区切换的分类,2、软切换在切换过程中，当移动台开始与目标基站进行通信时并不立即切断与原基站的通信，而是先与新的基站连通再与原基站切断联系，切换过程中移动台可能同时占用两条或两条以上的信道。把这种先通后断的切换方式称为软切换。由于受移动台的限制，软切换仅仅能用于具有相同频率的信道之间，所以模拟系统、TDMA系统不具有这种功能，软切换被广泛应用于CDMA系统中。,二、越区切换的分类,3、更软切换在CDMA系统中，移动台在扇区化小区的同一小区的不同扇区之间进行的软切换称为更软切换。这种切换是由BSC完成的，并不通知MSC。对于移动台来说，不同的扇区天线相当于不同的多径分量，被合并成一个话音帧送至选择器，作为此基站的语音帧。,软切换与硬切换比较：,优点：1）软切换允许移动台在通话过程中同时与多个基站保持通信，所以，软切换提供宏分集的作用，提高了接收信号的质量。2）实现软切换技术后，由于切换引起掉话的概率大大降低了，提高了通信的可靠性。缺点：由于同时占有多个信道资源，它会增加设备的投资和系统的复杂性。,33,一、越区切换的内涵二、越区切换分类三、越区切换的实现四、越区切换的应用,三、越区切换的实现,越区切换的实现包括三个方面的问题：越区切换的准则，也就是何时需要进行越区切换；越区切换如何控制；越区切换时信道如何分配。（一）越区切换的准则在决定何时需要进行越区切换时，通常根据移动台处接收的平均信号强度来确定，也可以根据移动台处的信噪比（或信号干扰比）、误比特率等参数来确定。,基站1,基站2,时间,门限1,门限2,门限3,A,B,C,D,假定移动台从基站1向基站2运动，其信号强度的变化如下图所示。判定何时需要越区切换的准则如下：,准则1,准则2,准则3,准则4,越区切换准则：相对信号强度准则具有门限规定的相对信号强度准则具有滞后余量的相对信号强度准则具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则,1、相对信号强度准则（准则1）：在任何时间都选择具有最强接收信号的基站。如图中的A处将要发生越区切换。这种准则的缺点是：在原基站的信号强度仍满足要求的情况下，会引发太多不必要的越区切换。2、具有门限规定的相对信号强度准则（准则2）：仅允许移动用户在当前基站的信号足够弱（低于某一门限），且新基站的信号强于本基站的信号情况下，才可以进行越区切换。如图所示，在门限达到时，在B点将会发生越区切换。在该方法中，门限选择具有重要作用。例如，在图中，如果门限太高取为，则该准则与准则1相同。如果门限太低取为，则会引起较大的越区时延，此时，可能会因链路质量较差而导致通信中断。另一方面，它会引起对同道用户的额外干扰。,3、具有滞后余量的相对信号强度准则（准则3）：仅允许移动用户在新的基站的信号强度比原基站信号强度强很多（即大于滞后余量(HysteresisMargin)）的情况下进行越区切换。例如图中的C点。该技术可以防止由于信号波动引起的移动台在两个基站之间来回重复切换，即“乒乓效应”。4、具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则（准则4）：仅允许移动用户在当前基站的信号电平低于规定门限并且新基站的信号强度高于当前基站一个给定滞后余量时进行越区切换。,（二）越区切换控制包括两个方面：一方面是越区切换的参数控制，另一方面是越区切换的过程控制。主要讨论过程控制。在移动通信系统中，过程控制的方式主要有三种：1、移动台控制的越区切换（MCHO）：在该方式中，移动台连续监测当前基站和几个越区时的候选基站的信号强度和质量。在满足某种越区切换准则后，移动台选择具有可用业务信道的最佳候选基站，并发送越区切换请求。移动台和基站都参与检测，但切换最终判断由移动台完成。缺点：切换过程控制过于分散，优点：反应速度快、切换快。,2、网络控制的越区切换（NCHO）在该方式中，基站监测来自移动台的信号强度和质量，在信号低于某个门限后，网络开始安排向另一个基站的越区切换。网络要求移动台周围的所有基站都监测该移动台的信号，并把测量结果报告给网络。网络从这些基站中选择一个基站作为越区切换的新基站，把结果通过旧基站通知移动台并通知新基站。切换过程完全由网络控制来决定，而移动台完全处于被动状态。这类切换主要用于第一代模拟移动通信AMPS、TACS等系统。缺点：相邻小区基站对移动台检测不是连续地进行，因此影响检测精度，往往为了减轻网络信令负担，其检测结果也不能连续发送，这样会影响切换的性能。,3、移动台辅助的越区切换（MAHO）在该方式中，网络要求移动台测量其周围基站的信号质量并把结果报告给旧基站，网络根据测试结果决定何时进行越区切换以及切换到哪一个基站。这种切换以移动台为辅、网络为主。这类切换主要用于2G、3G等系统。优点：这种做法更有利于随着业务量增长和网络需求而需要进行的调整和优化，更具有灵活性。,Q：越区切换时的信道分配解决解决什么问题？A：当呼叫要转移到新小区时，新小区如何分配信道，才能使得越区失败的概率尽量小。方法：在每个小区预留部分信道专门用于越区切换。特点：因预留信道用于新呼叫，使可用的信道数减少，增加了呼损率，但减少了通话被中断的概率，更符合人们的使用习惯。,（三）越区切换时的信道分配,43,一、越区切换的内涵二、越区切换分类三、越区切换的实现四、越区切换的应用,四、越区切换的应用,（一）应用场合所有的移动通信系统都会涉及到越区切换，只是在不同的系统中越区切换的类型和算法有所不同。在GSM系统中，由于是不同频率之间的切换，均属于硬切换；CDMA系统中，可能是同一个频率之间的软切换，也可能是不同频率之间的硬切换；3G中，无论是WCDMA、CDMA2000、还是TD-SCDMA都可能发生软切换或硬切换。,（二）应用举例,1、GSM系统中的切换GSM系统采用的是MAHO切换控制方式：由MS和BS测量RSSI（接收射频信号强度）和BER（误码率，代表信号质量），由MS将结果发送给BS，再由BS和MSC完成切换，BS和MS均需参与切换过程。GSM采用的是时分复用（TDMA）技术，广泛采用的是硬切换。2、CDMA系统中的切换（1）CDMA系统中的硬切换CDMA系统中的硬切换是指CDMA工作模式下系统间的硬切换，或是不同系统间的硬切换。,（二）应用举例,CDMA工作模式下系统间的硬切换包括：不同CDMA运营商管理下的BS之间的切换；不同激活集之间的切换；不同频段间的切换；不同频点间的切换；不同帧偏置间的切换。不同系统间的硬切换CDMA与模拟系统间的硬切换，如IS95和模拟AMPS系统间的切换。硬切换的主要目的在于充分利用频率资源，平衡不同频点间的业务负荷。,（二）应用举例,（2）CDMA系统中的软切换由于CDMA系统采用的是码分多址，通过使用频率复用、Rake接收和反向链路合并等技术可以实现软切换。软切换过程中MS必须不断测量系统内导频信道的信号强度。IS95中的软切换算法简单，易于实现，但只采用了静态门限，切换条件过于宽松，容易导致系统的不稳定；在cdma200系统中的软切换是从IS95系统中优化来的，采用了动态门限，但由于缺少加入定时器也使它面临着“乒乓效应”；WCDMA系统的切换算法较之完善一些，采用了动态门限和加入、去掉定时器，系统更为稳定，但是也带来了算法复杂的副作用，如果计算时间过长，同样会导致掉话率的增长。,移动台,网络,早分配earlyassignmentwithoutOACSU,移动主叫流程一,移动主叫流程二,移动台,网络,晚分配lateassignmentwithOACSU,移动主叫流