GSM-R通信系統(tǒng)應(yīng)用與維護 課件 任務(wù)五 GSM–R物理層及移動性管理

GSM-R通信系統(tǒng)應(yīng)用與維護任務(wù)五 GSM–R物理層及移動性管理模 塊 三——GSM-R無線信道與移動性管理目 錄GSM-R物理層（一）多址方式（二）突發(fā)脈沖（三）GSM-R幀結(jié)構(gòu)（四）GSM-R信道（五）信道組合及映射移動性管理（一）小區(qū)選擇與重選（二）位置更新（三）網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)內(nèi)部接口（四）GPRS子系統(tǒng)內(nèi)部接口模 塊 三01GSM-R物理

層（一）多址方式多址技術(shù)是指使眾多的用戶共用通信線路。為使信號多路化，實現(xiàn)多址的方法基本上有三種，分別采用頻率、時間或代碼分隔的多址連接方式，即通常所稱的頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）三種接入方式：【圖3-1FDMA模型】【圖3-2TDMA模型】【圖3-3CDMA模型】多址方式1.

頻分多址（FDMA）有時也稱為信道化，就是把整個可分配的頻譜劃分成許多單個無線電信道（發(fā)射和接收載頻對），每個信道可以傳輸一路話音或控制信息。2.

時分多址（TDMA）在一個寬帶的無線載波上，按時間（或稱為時隙）劃分為若干時分信道，每一用戶占用一個時隙，只在這一指定的時隙內(nèi)收（或發(fā)）信號，故稱為時分多址。3.

碼分多址（CDMA）利用擴頻技術(shù)形成的從不同碼序列實現(xiàn)的多址方式。不像FDMA、TDMA那樣把用戶的信息從頻率和時間上進行分離，它可在一個信道上同時傳輸多個用戶的信息，也就是說，允許用戶之間的相互干擾。（一）多址方式技術(shù)定義GSM-R系統(tǒng)采用的是FDMA（頻分多址）和TDMA（時分多址）混合技術(shù)，具有較高的頻率利用率。FDMA是指在GSM-R頻段的上行（MS到BTS）885～889

MHz或下行（BTS到MS）930～934

MHz頻率范圍內(nèi)分配了21個載波頻率，簡稱載頻，每個載頻之間的間隔為200

kHz。上行與下行載頻是成對的，即采用所謂的雙工通信方式。雙工收發(fā)載頻對的間隔為45

MHz。TDMA指在每個載頻上按時間分為8個時隙段，每一個時隙段稱為一個時隙（TimeSlot）【圖2-2移動終端的組成】（二）突發(fā)脈沖一組對立概念1.普通突發(fā)脈沖序列普通突發(fā)脈沖序列用于攜帶業(yè)務(wù)信道（TCH）及除RACH、SCH、FCCH控制信道上的信息，具體組成如下：（二）突發(fā)脈沖TB3

bit加密比特57

bitFlag1

bit訓練序列26

bitFlag1

bit加密比特57

bitTB3

bitGP8.25

bit2.頻率校正突發(fā)脈沖序列該種突發(fā)脈沖序列傳送下行的FCCH，使MS能校正自己振蕩器的頻率并鎖定BTS的頻率，它相當于一個特定頻率的未調(diào)制載波在FCCH上發(fā)送。TB3

bit固定比特142

bitTB3

bitGP8.25

bit一組對立概念3.同步脈沖突發(fā)序列同步脈沖突發(fā)序列用于MS和BTS間的時間同步，這里含有一個長同步序列TDMA幀號（FrameNumber，F(xiàn)N），以及基站識別碼（BSIC）。同步突發(fā)脈沖序列在SCH上發(fā)送。（二）突發(fā)脈沖4.接入突發(fā)脈沖序列由于第一個突發(fā)脈沖序列中沒有時間調(diào)整，MS接入與后一個串結(jié)構(gòu)有一定的交錯，基站可以根據(jù)交錯碼個數(shù)來計算TA值。TB3

bit加密比特39

bit同步序列64

it加密比特39

bitTB3

bitGP8.25

bitTB3

bit同步序列41

bit加密比特36

bitTB3

bitGP68.25

bit一組對立概念5.空閑突發(fā)脈沖序列在其他信道不發(fā)送突發(fā)脈沖序列時，基站收發(fā)信機必須在小區(qū)配置中的下行信道的每個時隙發(fā)送一個突發(fā)脈沖。因為MS是要不斷地監(jiān)視BCCH射頻的功率的，以便于進行小區(qū)選擇。如果BCCH載頻的TCH時隙有時候不發(fā)送信號，就會影響周圍的MS對該載頻信號強度的評估，因為評估信號強度是根據(jù)采樣點取平均值而得來的。所以如果有BCCH載頻的時隙處于空閑狀態(tài)，那就要發(fā)送空閑突發(fā)脈沖序列，不能讓它閑著。具體組成如下：（二）突發(fā)脈沖TB3

bit加密比特58

bit訓練序列26

bit加密比特58

bitTB3

bitGP8.25

bitGSM-R是數(shù)字化系統(tǒng)，其任務(wù)是傳輸比特流。GSM-R的無線幀結(jié)構(gòu)有5個層次，即時隙、TDMA幀、復幀、超幀和超高幀。不同的信道可以同時傳輸不同的比特流，信道可分為物理信道和邏輯信道，邏輯信道至物理信道的映射是指將要發(fā)送的信息安排到合適的TDMA幀和時隙的過程。復幀有以下兩種類型↓①

由26個TDMA幀組成的復幀。這種復幀用于TCH、SACCH和FACCH②

由51個TDMA幀組成的復幀。這種復幀用于BCCH、CCCH和SDCCH（三）GSM-R幀結(jié)構(gòu)【圖3-5GSM-R系統(tǒng)分級幀結(jié)構(gòu)示意圖】（三）GSM-R幀結(jié)構(gòu)定義每個TDMA幀包含8個時隙。TDMA時隙被稱為“物理信道”，被用于物理地將信息從一個地方送至另一個地方。MS和BTS之間的無線載波信號被分成連續(xù)的時隙流，接下來在一個連續(xù)的TDMA幀中被傳送。為了更有效地利用TDMA，GSM-R在物理層上又設(shè)計了12種邏輯信道。分類和邏輯信道。GSM-R中的信道分為物理信道一個物理信道為一個時隙（TS）；而邏輯信道是根據(jù)BTS與MS之間傳遞信息種類的不同而定義的，這些邏輯信道映射到物理信道上傳送。無線子系統(tǒng)的物理信道支撐著邏輯信道，邏輯信道可分為業(yè)務(wù)信道和控制信道兩大類。其中，控制信道也稱信令信道。（四）GSM-R信道（四）GSM-R信道【圖3-6GSM-R系統(tǒng)邏輯信道圖】GSM-R網(wǎng)絡(luò)主要由兩個個子系統(tǒng)組成：（四）GSM-R信道CCH是傳送信令的通道。為了提高TCH的使用效率，也為了TCH能夠正常使用，GSM-R的設(shè)計者設(shè)計了一部分物理信道來傳輸控制信息。CCH用于傳送信令和同步信號。根據(jù)所需的功能又把控制信道定義成廣播信道（BCH）、公共控制信道（CCCH）和專用控制信道（DCCH）三種控制信道。1.

業(yè)務(wù)信道（TCH）TCH是傳送信息的通道。TCH根據(jù)發(fā)送速率的不同，分為全速率語音信道（TCH/F）和半速率語音信道（TCH/H）。TCH還可以傳遞數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。2.

控制信道（CCH）（一）移（四）GSM-R信道1）廣播信道?

定義：廣播信道是一種“一點對多點”的單方向控制信道，用于基站向移動臺廣播公用信息。廣播信道僅作為下行信道使用，即BTS至MS單向傳輸。根據(jù)傳輸?shù)膬?nèi)容又分為三種信道。分類：（1）頻率校正信道（FCCH）（2）同步信道（SCH）（3）廣播控制信道（BCCH）2）公共控制信道（CCCH）?

定義：CCCH是一種雙向控制信道，用于在BTS和移動臺之間傳遞控制信息，完成呼叫建立和尋呼功能。分類：（1）小區(qū)廣播信道（CBCH）（2）隨機接入信道（RACH）（3）允許接入信道（AGCH）（4）尋呼信道（PCH）3）專用控制信道（DCCH）定義DCCH是一種“點對點”的雙向控制信道，其用途是在呼叫接續(xù)階段，以及在通信進行當中，在移動臺和基站之間傳輸必需的控制信息。分類（1）獨立專用控制信道（SDCCH）（2）快速輔助控制信道（FACCH）（3）慢速輔助控制信道（SACCH）（四）GSM-R信道（五）信道組合及映射1.信道組合在實際應(yīng)用中，總是將不同類型的邏輯信道映射到同一物理信道上，稱為信道組合。以下為GSM-R系統(tǒng)的9種信道組合類型。（1）全速率業(yè)務(wù)信道TCHFull：TCH/F＋FACCH/F＋SACCH/TF。（2）半速率業(yè)務(wù)信道TCHHalf：TCH/H（0，1）+FACCH/H（0，1）+SACCH/TH（0，1）。（3）半速率業(yè)務(wù)信道TCHHalf2：TCH/H（0，0）＋FACCH/H（0，1）＋SACCH/TH（0，1）＋TCH/H（1，1）。（4）獨立專用控制信道SDCCH：SDCCH/8（0，…，7）＋SACCH/C8（0，…，7）。（5）主廣播控制信道MainBCCH：FCCH＋SCH＋BCCH＋CCCH。（五）信道組合及映射1.信道組合在實際應(yīng)用中，總是將不同類型的邏輯信道映射到同一物理信道上，稱為信道組合。以下為GSM-R系統(tǒng)的9種信道組合類型。（6）組合廣播控制信道BCCHCombined：FCCH＋SCH＋BCCH＋CCCH＋SDCCH/4（0，…，3）＋SACCH/C4（0，…，3）。（7）廣播信道BCH：FCCH＋SCH＋BCCH。（8）小區(qū)廣播信道BCCHwithCBCH：FCCH＋SCH＋BCCH＋CCCH＋SDCCH/4（0，…，3）＋SACCH/C4（0，…，3）＋CBCH。（9）慢速專用控制信道SDCCHwithCBCH：SDCCH＋SACCH＋CBCH。以上信道組合中，CCCH

=

PCH＋RACH＋AGCH。CBCH只有下行信道，攜帶小區(qū)廣播信息，和SDCCH使用相同的物理信道。【圖2-4 手持臺】作為一種復幀，以出現(xiàn)一個空閑幀作為此復幀的結(jié)束，在空閑幀之后，復幀再從F、S開始進行新的復幀。以此方法進行重復，即構(gòu)成TDMA的復幀結(jié)構(gòu)。2.信道映射→將公共控制信道復用，即在一個或兩個物理信道上復用公共控制信道。（五）信道組合及映射在沒有尋呼或呼叫接入時，基站也總在f0上發(fā)射信號。這使移動臺能夠測試基站的信號強度以決定使用哪個小區(qū)為合適。對上行鏈路，f0上的TS0不包括上述信道，它只用于移動臺的接入，即將上行鏈路作為RACH信道。（五）信道組合及映射【圖3-8 TS0在RACH信道上的復用】BCCH、FCCH、SCH、PCH、AGCH和RACH均映射到TS0。RACH映射到上行鏈路，其余映射到下行鏈路。下行鏈路f0上的TS1時隙用來將專用控制信道映射到物理信道上如圖所示：（五）信道組合及映射【圖3-9 SDCCH和SACCH在TS1上的復用（下行）】由于呼叫建立和登記時的比特率相當?shù)停钥稍?個時隙上放8個專用控制信道以提高時隙的復用率。SDCCH和SACCH共有102個時隙，即102個時分復用幀SDCCH的DX（D0，D1，…）只用于移動臺建立呼叫開始時使用；當移動臺轉(zhuǎn)移到業(yè)務(wù)信道TCH上，用戶開始通話或登記完成釋放后，DX就用于其他的移動臺?！緢D3-10SDCCH和SACCH在TS1上的復用（上行）】上行鏈路f0上的TS1與下行鏈路f0上的TS1有相同的結(jié)構(gòu)，只是它們在時間上有一個偏移，即意味著對于一個移動臺同時可雙向接續(xù)。（五）信道組合及映射【圖3-11TCH到物理信道的映射】載頻f0上的上行、下行的TS0和TS1供邏輯控制信道使用，而其余6個物理信道TS2～TS7由TCH使用。（五）信道組合及映射通過以上論述可以得出在載頻f0上，TS0為邏輯控制信道，重復周期為51個TS。TS1為邏輯控制信道，重復周期為102個TS。TS2為邏輯業(yè)務(wù)信道，重復周期為26個TS。TS3～TS7為邏輯業(yè)務(wù)信道，重復周期為26個TS。其他f0～fN個載頻的TS0～TS7全部是業(yè)務(wù)信道。模 塊 三02移 動 性 管 理一組對（一）小區(qū)選擇與重選1.

小區(qū)選擇小區(qū)選擇是指處于空閑模式的移動臺選擇網(wǎng)絡(luò)中合適的小區(qū)，以實現(xiàn)移動臺記錄網(wǎng)絡(luò)發(fā)出的數(shù)據(jù)，做好接入網(wǎng)絡(luò)的準備，并把自己的移動情況報告給網(wǎng)絡(luò)。當移動臺開機，并且完成網(wǎng)絡(luò)選擇后，它會選擇一個合適的小區(qū)，并從中提取控制信道的參數(shù)和TA消息。這種選擇過程稱為小區(qū)選擇。無線信道的質(zhì)量是小區(qū)選擇的重要因素?！緢D3-12小區(qū)選擇流程示意圖】C1

=（RxLev－ACCMIN）小區(qū)重選算法類似小區(qū)選擇算法，采用C2準則。C2準則在考慮無線信道質(zhì)量的基礎(chǔ)上，盡量使MS駐留在原小區(qū)。（一）小區(qū)選擇與重選2.小區(qū)重選小區(qū)重選就是移動臺在空閑模式（IDLE）下改變主服務(wù)小區(qū)的過程。因為現(xiàn)行的移動蜂窩技術(shù)將整個服務(wù)區(qū)分為若干個小的區(qū)域，用很多小功率發(fā)射機覆蓋每個小區(qū)，以實現(xiàn)頻率復用。為了使移動臺在移動的過程中和網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系，必須采用一定的重選機制保證移動臺在空閑模式下能夠通過重選變更主服務(wù)小區(qū)。同時，也是業(yè)務(wù)平衡的需要?！緢D3-13位置更新示意】1.一般性位置更新用戶漫游發(fā)生位置區(qū)改變時，移動臺（MS）主動發(fā)起位置更新操作，是否修改看原位置區(qū)（LA）與新LA是否屬于同一個MSC/VLR。（二）位置更新位置更新2.

IMSI附著/分離當MS關(guān)機（或SIM卡拿掉后），該MS不能建立任何連接。如果MSC仍然對它進行正常的尋呼，必然浪費寶貴的資源。IMSI附著/分離的引入就是為了避免這種浪費。3.

周期性位置更新為了解決MS處于“附著”狀態(tài)，GSM-R系統(tǒng)采取了強制登記的措施。要求MS每過一定時間登記一次，這就是周期性位置更新。但如果用戶長時間無操作（由系統(tǒng)管理員靈活設(shè)定，一般為24h），VLR將自動刪除該用戶數(shù)據(jù)，并通知HLR。（二）位置更新1.

移動臺發(fā)起呼叫分為四個階段：接入階段、鑒權(quán)加密階段、TCH指配階段、取被叫用戶路由信息階段?！緢D2-4 手持臺】→移動臺主叫時的信令過程從MS向BTS請求信道開始，到主叫用戶TCH指配完成為止。（三）呼叫接續(xù)【圖3-14主叫信令流程圖】【圖3-15移動臺被叫時的尋呼流程】（三）呼叫接續(xù)2.

移動臺接收呼叫一般來說被叫流程經(jīng)歷以下三個階段：接入階段、鑒權(quán)加密階段、TCH指配階段（通話階段）。要發(fā)起尋呼，首先來看尋呼流程固定用戶呼叫移動用戶的接【圖3-16續(xù)過程】（三）呼叫接續(xù)固定用戶呼叫移動用戶的接續(xù)過程如圖3-16所示參數(shù)的測量值是執(zhí)行切換的判決基礎(chǔ)。MS和BTS都需要有規(guī)律地測量上行和下行傳輸質(zhì)量和接收電平。MS把記錄的結(jié)果以2次/s的頻度報告給BTS。由于擁塞引發(fā)的切換過程，

需要依據(jù)每個BTS的當前負載量進行判決，

這個值只有MSC和BSC知道。這類切換還要結(jié)合其他判決方法和相應(yīng)的測量。（四）切換△定義：切換技術(shù)是GSM-R通信系統(tǒng)保證移動用戶進行正常通信的一種重要手段。它既可能是由用戶終端（MS）的移動引起的，也有可能是頻譜、容量或網(wǎng)絡(luò)管理的需要。切換的目的：是保證當通話中的MS越出其當前小區(qū)時，現(xiàn)有的通話不中斷。1.切換分類不同的原因都有可能要求執(zhí)行切換，不過所有這些情況里，都是由BSC決定給一個給定移動臺切換嘗試。一旦做出決定，并且選擇了新的小區(qū)，真正的切換必須在移動臺和管理新小區(qū)、原小區(qū)（新、原BTS）的設(shè)備之間協(xié)調(diào)進行。根據(jù)三個主要準則，切換主要有以下幾種分類。1）按觸發(fā)方式分2）按時間提前量分3）按交換點的位置分（四）切換細節(jié)摘要：1）按觸發(fā)方式：功率預算切換PBGT；救援性電平切換；救援性質(zhì)量切換；基于距離的切換；基于話務(wù)的切換2）按時間提前量分：同步切換：由于新舊小區(qū)是同步的，移動臺能計算新的時間提前量。異步切換：在切換規(guī)程期間，時間提前量必須由移動臺和BTS兩者啟動。3）按按交換點的位置分：

BSC內(nèi)切換：BSC內(nèi)部BTS之間的切換和同一BTS內(nèi)的切換。BSC間切換：MSC內(nèi)部BSC之間的切換。MSC間切換：MSC之間的切換。2.

切換實現(xiàn)的方法原理1）小區(qū)層級的配置小區(qū)分層采用相對層，對每一個服務(wù)小區(qū)，可以配置鄰小區(qū)為未定義、上層、同層或下層。候選小區(qū)排序的決定因素有三個：優(yōu)先級、業(yè)務(wù)量、無線情況。2）測量報告預處理它的處理方法有如下特點：（1）測量報告數(shù)要達到平均窗口大小，才能進行平均。（2）如果DTX打開，測量報告中的電平和質(zhì)量值的準確性會下降，因此加權(quán)平均時使用DTX的測量報告的權(quán)重應(yīng)該跟未使用DTX的測量報告的權(quán)重不同。（四）切換（3）最多允許丟失Zero

Allowed個測量報告，丟失過多隊列復位。（4）功率控制以后，對相關(guān)切換的判決進行功率補償。3）目標小區(qū)的選擇選擇準則1：AvRxLevNCell（n）＞RXLEV_MIN（n）+

MAX（0，（MS_TXPWR_MAX（n）－P（n）））選擇準則2：PBGT（n）＞HO_MARGIN（n）選擇準則3：AvRxLevNCell（n）＞avRxLevDL＋HO_MARGIN_QUAL（n）選擇準則4：AvRxLevNCell（n）＞avRxLevDL＋HO_MARGIN_LEVEL（n）【表3-1選擇準則參數(shù)】4）目標小區(qū)的排序當找到不止一個鄰接小區(qū)時，應(yīng)該對這些鄰接小區(qū)進行排序，排好序后則按照這個列表依次嘗試切換。（四）切換參數(shù)含義RXLEV_MIN（n）該相鄰小區(qū)切入要求的最小電平PBGT（n）該相鄰小區(qū)的功率預算HO_MARGIN（n）切入該相鄰小區(qū)的功率預算閾值HO_MARGIN_QUAL（n）切入該相鄰小區(qū)的電平閾值HO_MARGIN_LEVEL（n）切入該相鄰小區(qū)的誤碼率閾值MS_TXPWR_MAX（n）MS在該鄰近小區(qū)中允許的最大功率P（n）MS在相鄰小區(qū)的功率能力avRxLevDL當前MS的下行方向強度平均值A(chǔ)vRxLevNCell（n）該鄰近小區(qū)下行方向強度平均值【圖3-17BSC內(nèi)部切換流程圖】（四）切換3.切換流程在同一BSC控制的兩個小區(qū)間進行的越區(qū)切換，屬于BSC內(nèi)部切換，這種切換由BSC進行控制。1）BSC內(nèi)部切換【圖3-18BSC之間切換流程圖】（四）切換3.切換流程在相同MSC、不同BSC控制的兩個小區(qū)間進行的越區(qū)切換，屬于BSC之間切換，這種切換由MSC進行控制。2）BSC之間切換【圖3