绿皮书

GSM无线基础理论及规划

一、GSM网络结构 .............................................................................................. - 3 - 二、无线网络规划 ................................................................................................ - 8 - 三 GSM 无线接口理论 ...................................................................................... - 11 -

第一节 工作频段的分配 ...................................................................... - 11 -

一、我国GSM网络的工作频段 .......................................................... - 11 - 二、频道间隔 ...................................................................................... - 12 - 三、频道配置 ...................................................................................... - 12 - 四、干扰保护比 .................................................................................. - 12 - 第二节 时分多址技术（TDMA） ...................................................... - 13 -

一、TDMA信道的概念 ..................................................................... - 13 - 二、TDMA帧 ..................................................................................... - 15 - 三、突发脉冲序列（Burst） ............................................................. - 16 - 四、逻辑信道与物理信道之间的对应关系 ...................................... - 18 - 五、信道组合种类 .............................................................................. - 20 - 六、系统消息 ...................................................................................... - 21 - 第三节 无线路径的损耗和衰落 .......................................................... - 22 -

一、无线路径的损耗和衰落 .............................................................. - 22 - 二、分集接收 ...................................................................................... - 25 - 第四节 移动台和基站的时间调整 ................................................................. 27 第五节 跳频技术 ............................................................................................. 27

一、跳频的种类及各自实现的方法 ....................................................... 28 二、跳频的优点 ....................................................................................... 28 三、跳频序列 ........................................................................................... 29 第六节 语音的传输过程 ........................................................................... 29

一、语音编码 ........................................................................................... 29 二、信道编码 ........................................................................................... 30 三、交织技术 ........................................................................................... 31 四、加密 ................................................................................................... 32 五、调制和解调 ....................................................................................... 32

四 呼叫处理过程 ................................................................................................... 32

第一节 小区的选择与重选 ....................................................................... 32

一、 小区选择过程 ........................................................................... 32 二、 小区重选过程 ................................................................................. 33 三、 不连续接收模式DRX和寻呼信道的定义 ................................... 35 第二节 初始化过程 ................................................................................... 36

一、 信道申请 ......................................................................................... 36 二、 初始信道的分配 ............................................................................. 37 三、 初始化报文 ..................................................................................... 38 第三节 鉴权加密过程 ............................................................................... 39

一、 鉴权加密过程的三参数组 ....................................................... 39 二、 鉴权过程 ................................................................................... 40 三、 加密过程 ......................................................................................... 40

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四、 TMSI重新分配过程 ................................................................. 41 第四节 位置更新 ....................................................................................... 41

一、 位置区的概念 ........................................................................... 41 二、 正常位置更新流程（越位置区的位置更新） ............................. 42 三、 IMSI 附着和分离过程 ................................................................... 43 四、 周期性位置更新过程 ..................................................................... 44 第五节 MS主叫过程分析 ........................................................................ 45

一、 呼叫建立过程 ................................................................................. 45 二、 呼叫释放过程 ................................................................................. 48 第六节 MS被叫过程分析 ........................................................................ 49

一、 查询过程 ................................................................................... 49 二、 寻呼过程 ......................................................................................... 50 三、 被叫的呼叫建立过程 ..................................................................... 51 第七节 无线链路控制 ............................................................................... 53

一、 无线链路故障 ................................................................................. 53 二、 呼叫重建 ......................................................................................... 54 第八节 切换 ............................................................................................... 55

一、 切换过程 ................................................................................... 55 二、 切换准备 ................................................................................... 56 三、 触发切换的原因 ....................................................................... 57 四、 切换的种类 ............................................................................... 59 五、 切换流程分析 ........................................................................... 59 第九节 功率控制 ............................................................................................. 64

一、 功率控制 ......................................................................................... 64 二、 不连续发射（DTX） ..................................................................... 65 第十节 掉话分析（针对北电） ..................................................................... 66 五 信令协议 ........................................................................................................... 70

第一节 信令协议概述 ..................................................................................... 71

一、 接口与协议 ............................................................................... 71 二、 GSM通信系统内部接口 ................................................................ 71 三、 无线接口信令协议 ......................................................................... 73 四、 A接口信令协议 ............................................................................. 73 第二节 链路层信令协议 ................................................................................. 73

一、 帧结构 ............................................................................................. 74 二、 检错和纠错 ..................................................................................... 74 三、 复用 ................................................................................................. 75 四、 流量控制 ......................................................................................... 76 五、 LAPD和LAPDm帧比较 .............................................................. 76 第三节 网络层信令协议 ................................................................................. 77

一、 BSS网络层 ..................................................................................... 77 二、 NSS网络层 ..................................................................................... 81 第四节 GSM信令网 ....................................................................................... 82

一、 信令网络结构 ........................................................................... 83 二、 信令网路组织 ................................................................................. 83

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三、 信令点编码方案 ............................................................................. 84 四、 信令网寻址方式 ............................................................................. 85

一、GSM网络结构

1.1、GSM网络结构

如图1给出GSM网络结构。

VLRHLROMC-SAUCEIRMSCBSSECIWFXCOMC-RMSPSTNBTSBSCBTSBTSBTSBTSBTSBTSMS 图1、GSM网络结构

系统总体结构由以下功能单元组成：

 OMC(Operation and Maintenance Center，操作维护中心)：操作维护系

统中的各功能实体。依据厂家的实现方式可分为无线子系统的操作维护中心(OMC-R)和交换子系统的操作维护中心(OMC-S)。

 MSC(Mobile Service Switch Center，移动交换中心或移动业务交换中

心)：对于位于它管辖区域中的移动台进行控制、交换的功能实体。  VLR(Visitor Location Register，拜访位置寄存器)：MSC为所管辖区域

中MS的呼叫接续，所需检索信息的数据库。VLR存储与呼叫处理有关的一些数据，例如用户的号码，所处位置区的识别，向用户提供的服务等参数。

 HLR(Home Location Register，归属位置寄存器)：管理部门用于移动用

户管理的数据库。每个移动用户都应在其归属位置寄存器注册登记。HLR主要存储两类信息，有关用户的参数和有关用户目前所处位置的信息。

 AUC(Authentication Center，鉴权中心)：为认证移动用户的身份和产生

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相应鉴权参数(随机数RAND，符号响应SRES，密钥Kc)的功能实体。  EIR(Equipment Identification Register，设备识别寄存器)：存储有关移动

台设备参数的数据库。主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能。

 IWF(InterWorking Function，网络互通功能)：提供GSM系统和多种格

式的公用和私用数据网络的接口。

 BSS(Base Station Subsystem，基站子系统)：包括射频设备和控制设备，

提供移动台和MSC之间的连接。

 BSC(Base Station Controller，基站控制器)：具有对一个或多个BTS进

行控制以及相应呼叫控制的功能，BSC以及相应的BTS组成了BSS(基站子系统)。BSS是在一定的无线覆盖区中，由移动业务交换中心(MSC)控制，与MS进行通信的系统设备。

 BTS(Base Transceiver Station，基站收发信台)：为一个小区服务的无线

收发信设备。

 EC(Echo Cancellation，回音消除器)：由于系统的时延和二四线转换，

系统不可避免有声学回声。EC的加入，可消除远端回声。

 XC(TransCoder，变码器或码型变换器)：XCDR被用做编解来自于移动

台的信号，使信号能够在陆地链路中有效的传输。由于它经常放在MSC一边，所以，常称为RXCDR。

 MS(Mobile Station，移动台)：它包括移动设备(ME)和用户识别模块

(SIM)。根据业务的状况，移动设备可包括移动终端(MT)，终端适配功能(TAF)和终端设备(TE)等功能部件。

 PSTN(Public Switched Telephone Network，公众交换电话网)：GSM系

统可通过MSC实现与多种网络的互通，比如PSTN。

1.2、网络概述

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GSM系统由一系列功能单元组成，图2给出一个简单的网络结构图。图中的各个组成部件表示系统的每一功能单元。在实际的网络构成中，每一功能单元的出现比率不是图中所示的一操作与维护系统网络交换系统次，可多次出现。

NMC 各种网络部件的接口都采用VLRHLRAUC标准接口，这样可以在一个网络OMCEIR中使用不同厂家的设备，比如可将Motoro1a的基站系统BSS与MSCEricsson的网络交换系统配合使用。

PSTNECIWF 一般整个系统可分成四个部分：

XCDR (1)、移动台MS(Mobi1e Station)：如手机、传真机等用户MEBSC实际所使用的设备。

SIM (2)、基站系统BSS (Base 移动台BTS基站系统Station System)：为移动台MS和 陆地交换设备提供无线连接的部图2、GSM系统网络构成

分。

(3)、网络交换系统(Network Switching System)：由MSC及一些相关的数据库组成，完成电话交换及提供GSM系统与PSTN的连接功能等。

(4)、操作与维护系统(0peration and Maintenance System)：使网络管理员能对网络进行集中操作与维护。

1.3、网络部件

1、移动台MS

移动台是用户设备，它可以是车载型。便携型和手持型三种。它的物理设备和移动用户是完全独立的。包括两部分：移动设备ME和用户识别模块SIM，也称为SIM卡即智能卡。 (1)、ME

移动设备ME是用户所使用的硬件设备，用来接入到系统，每部移动设备都有一个唯一的对应于它的永久性识别号，该识别号称为国际移动设备识别号IMEI (International Mobile Equipment Identity)。 对于不同类型的移动台，其最大输出功率也不同。

移动台必须有一个特定的标志供网络识别，该标志称为级别标志(Classmark)，移动台在发送初始化消息时发送此标志。 级别标志Classmark中包含以下信息：



版本级别：指示该移动台是一期(Phase1)或二期(Phase2)的移动台。

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

最大发射功率：该移动台的最大发射功率，在切换及功率控制时会用到，用移动台功率级别号表示。

发射功率等级 功率级 功率输出 1 20瓦特(已不用) 2 8瓦特 3 5瓦特 4 2瓦特 5 0.8瓦特 

加密算法：指示移动台使用的是哪种加密算法，目前在一期GSM中只有一种算法(A5)，但二期(Phase2)GSM规范规定了多种算法(A5/0-A5/7)。 

频率范围：指示该移动台收发信号所能使用的频段。不是所有的移动台都支持扩展频段。



短消息功能：指示该移动台是否可以接收短消息。

(2)、SIM卡

SIM卡插入到移动设备中，用来识别移动用户的身份，存有一些该用户能获得什么服务信息及一些其他的信息。SIM卡中存有移动用户身份识别号，称为国际移动用户识别号IMSI(International Mobile Subscriber Identity)。如果移动设备内没有插SIM卡，只能用来做紧急呼叫。将移动设备识别号与移动用户身份识别号分开后，系统就可以根据移动用户来计费，而不是根据移动设备来计费了。

SIM卡中包含的信息有：



国际移动用户身份识别号IMSI：IMSI (International Mobile Subscriber Identity)用来识别移动用户，仅在初始化时才在空中发送。



临时移动用户身份识别号TMSI：TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity)用来临时性的识别移动用户，该号码会周期性的改变，防止有人从空中截获该号码后盗话。



位置区识别号LAI (Location Area Identity)：指示移动用户当前所在的位置区。



用户身份鉴权密键Ki (Subscriber Authentication Key)：在用户身份鉴权时使用。



移动台国际ISDN号码MSISDN(Mobi1e Station Internationa1 Service Digital Network)：是移动台的电话号码，含有国家码，国内码，及移动用户号码。



SIM卡中的信息在SIM卡发行之后大多是不可读的(如M)或不可改的，(如IMSI)。另外有一些信息，如LA1，会不停的改变，以反映移动台当前所在的位置。



SIM卡以及系统高度的固有安全性，能有效的防止盗话。SIM卡是很难复制的，而且还可以给SIM卡加一个类似信用卡密码的个人密码，即

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PIN码(Personal Identity Number Passwod)，防止有人盗用。



SIM卡还存有一些其它信息，如计费信息，对这些信息用户可以直接通过手机按键功能查看。 

SIM卡另外还执行鉴权算法。

2、基站子系统(BSS)

基站子系统包括：射频设备和控制设备，提供移动台和MSC之间的连接，如图XCDR3所示。主要包括：



BTS(基站收发信台)：BTS是GSMBSC网络中用于和移动台通信的部分。包含了射频部分(如天线等)，为各个小区提供空中接口。

BTSBTSBTS

BSC(基站控制器)：BSC直接与MSC相连。是BSS中的控制部分。BSCBTS可以控制一个或多个BTS，BSC可基站系统控制的最大BTS数，与BSC的软件有密切关系。此外，BSC也可不通图3、基站子系统

过MSC进行INTERNAL的切换。



XCDR(编解码器)：XCDR被用做编解来自与移动台的信号，使信号能够在陆地链路中有效的传输。由于它经常放在MSC一边，所以，常称为RXCDR。

3、网络交换子系统(NSS)

网络交换系统 网络交换系统包含了GSM网VLRHLR络的主要交换功能，它同时也包括操作与维护系统AUC用户数据和移动网管理所需的数据EIRMSC库，其主要的功能是管理GSM网络和其余通信网络之间的通信，如PSTNECIWF图4所示。主要包括：



移动交换机MSC：在GSMBSS系统中，MSC能完成呼叫

图4、网络交换子系统

交换以及其他交换设备一样的功能(计费，操作和维护，中继接口等)。同时，MSC作为网关交换机GMSC提供PSTN和BSS之间的接口。



归属位置寄存器HLR：HLR是为用户单元提供参数的参考数据库，每一个用户单元唯一属于一个HLR，用户通过IMSI(国际移动用户身份识别码)或者MSISDN(移动台国际ISDN号码)接入到HLR中，HLR主要包括用户单元的IMSI、MSISDN。当前在VLR中的信息。补充业务信息。用户状态。鉴权键Ki、用户漫游识别号MSRN等。

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

拜访位置寄存器VLR：VLR包含当前本区域所有用户单元的参数的数据库。它包含有从HLR拷贝来的有关这些用户单元的数据。如：用户状态。MSRN等；也包括LAI、TMSI等。



鉴权中心AUC：AUC是一个进程系统，它执行鉴权功能。AUC通常和HLR结合在一起，在鉴权是和用户单元中的SIM卡共同完成鉴权功能。 

网络互连功能IWF：IWF提供GSM系统和多种格式的公用和私用数据网络的接口。它完成速率适配和协议转换功能。



回音消除器EC：由于系统的时延和二四线转换，系统不可避免有声学回声。EC的加入，可消除远端回声。

4、操作维护子系统(OMS)

操作和维护子系统可以对整个NMCGSM网络进行远程控制，如图5所示。它包括两部分：



网络管理中心NMC：NMCOMCOMC是全网管理的最高层，每一OMC个网络只有一个，目前，我国没有设此项。



操作维护中心OMC：OMC具有软件和数据库的管理、SEGION 2SEGION 3统计数据的收集、事件/告SEGION 1警的管理等功能。每一个网 络可有多个OMC。目前，图5、操作和维护子系统

OMC有无线子系统的操作

维护中心(OMC-R)和交换子系统的操作维护中心(OMC-S)两种，如Ericsson的交换机和BSS共用一个OMC-S。MOTOROLA只有0MC-R，用于对BSS系统的管理等。

二、无线网络规划

2.1、优秀无线网的标准



满足所需的容量：对蜂窝移动通信系统，通信容量可以用单位小区可用信道数(channel/cell)、单位小区爱尔兰数(Erl./cell)、每平方公里用户数(用户数/km2)等来描述。实际上，这些表示方法之间可以相互转换；



覆盖区域范围：首先要覆盖用户最多的地方，然后考虑覆盖范围，越大越好，范围越大越能吸引用户；

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

质量指标：覆盖概率90%，话音质量4级，信道阻塞率2~5%，掉话率2%。

1、通信概率

定义：是指移动台在无线覆盖区边缘(或区内)进行满意通话的成功概率，包括时间概率和地点概率。

规定：我国移动通信技术体制对公众网通信概率明确规定为：覆盖区边缘界面处的无线信道通信概率不低于90%，边远郊区的边缘处可根据实际情况适当降低到不低于50%(信噪比29 dB)。

2、话音质量

与通信概率关系：与通信概率一样也是移动通信系统性能好坏的一项重要指标，并且两者之间是紧密相关的。

影响因素：取决于信号电平和干扰电平，有时信号很强，但质量还是不好，就是干扰的原因。

评价标准：而话音质量是按主观评定方法进行评价，评分标准是由国际电报电话咨询委员会(CCITT)的提出的五级评分标准，如表所示。

表１、CCITT话音质量五级评分标准 话音质量级别 评定类别 主观印象标准 5 优 几乎无噪声和失真，话音完全可懂 4 良 有轻微噪声或失真，话音很易听懂 3 中 有噪声或失真，但话音可懂 2 差 噪声大或严重失真，听清话音吃力 1 劣 话音几乎听不清

3、掉话率

与很多因素有关：无线网部分主要是信号电平、干扰电平和切换电平等有关；除此之外，还与传播问题、规划问题、硬件问题、控制问题等有关，这点以后专门介绍。

获取：可以从系统(OMC)产生的统计报告中获得

4、信道阻塞率(又称为服务等级或业务等级)

定义：总呼叫中不成功的呼叫数。

话务量：为一组信道内移动电话呼叫的集合，而呼叫涉及到呼叫时长和呼叫次数，单位为爱尔兰(Erlang)。

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获取：可以从系统(OMC)产生的统计报告中获得

实际上述目标并不困难，但如何少花钱而又满足上述目标，这才是评价无线网优秀的标准。

2.2、无线网络规划内容



业务密度分布：初建网的业务密度是通过一些预测方法获得的，比如市场调查方法、人口统计方法、按移动电话分布密度预测法、按移动电话安装率预测法、按移动电话的普及率预测法等；已建网的业务密度分布是通过OMC中话务统计获得的；

 可使用的频率：使用国家无线会指定的频率；  对覆盖的要求：覆盖范围大小和不同地区的要求；

 所要求的服务质量：比如上述的通信概率、话音质量、服务等级等；  基站站址的正确选取：取决于业务密度、地形地物条件；



基站参数的设置：包括天线取向、高度、下倾角、发射功率、切换电平等参数，这些参数与无线覆盖、干扰、切换成功率等密切相关；  每个基站的信道数设置：取决于基站所需业务量和改基站的服务等级； 

正确的频率分配：考虑到同频干扰和邻频干扰，也与每个基站的信道数有关。

2.3、无线网络规划设计方法 定义：

 制订预期目标  确定基站位置和数量  确定信道数  制定频率配置方案  基站覆盖

 基站天线类型和高度 

基站发射功率

步骤：



可用频率许可：由国家无线电管理委员会批准。比如GSM系统，国家无委会批准移动公司可用频率为905 MHz~909 MHz(上行)/950 MHz~954 MHz(下行)，共有20个载频；联通公司可用频率为909 MHz ~915 MHz (上行)/954 MHz ~960 MHz (下行)，共有29个载频；



基站初始布局的确定：频率复用方式、基站数量的确定、基站布局和站址选择等；



传播模型选择：根据蜂窝大小及基站所处位置选择合适模型使预测精度更高；



基站覆盖预测：根据每个蜂窝的大小确定基站参数，使覆盖满足要求(通

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信概率、最小接收信号电平)；

 判断整个网络覆盖是否满足要求；



若满足要求，就要根据用户数的预测，进行容量规划，从而完成信道分配，在此基础上进行频率分配和干扰分析 

若满足上述条件，则规划结束。 可用频率许可基站初始布局和参数传播模型选择调整基站初始 布局和参数基站覆盖预测覆盖合格？否是话务分析容量规划是频率分配干扰分析满足要求？否是结束

2.4、网络建设步骤

网网网网络络络络规设建优划计设化

三 GSM 无线接口理论

第一节 工作频段的分配

一、我国GSM网络的工作频段

我国陆地蜂窝数字移动通信 网GSM通信系统采用900MHz与1800MHz频段:

GSM900MHz频段为：890~915(移动台发,基站收),935~960(基站发,移动台收);

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DCS1800MHz频段为：1710~1785(移动台发,基站收),1805~1880(基站发,移动台收); GSM系统 上行频段 下行频段 带宽 双工间隔 双工信道数 GSM900 890~915 935~960 2×25 45 GSM900E 880~915 925~960 2×35 45 GSM1800 1710~1785 1805~1880 2×75 95 GSM1900 1850~1910 1930~1990 2×60 80 二、频道间隔

相邻两频点间隔为为200kHz，每个频点采用时分多址（TDMA）方式，分为8个时隙，既8个信道（全速率），如GSM采用半速率话音编码后，每个频点可容纳16个半速率信道，可使系统容量扩大一倍，但其代价必然是导致语音质量的降低。

三、频道配置

绝对频点号和频道标称中心频率的关系为： GSM900MHz频段为:

fl(n)=890.2MHz + (n-1)×0.2MHz (移动台发,基站收）；

fh(n)=fl(n)+45MHz (基站发,移动台收); n∈[1，124] GSM1800MHz频段为：

fl(n)=1710.2MHz + (n-512) ×0.2MHz (移动台发,基站收）； fh(n)=fl(n)+95MHz (基站发,移动台收）；n∈[512，885]

其中：fl(n)为上行信道频率、fh(n)为下行信道频率,n为绝对频点号（ARFCN）。 注：

1、在我国GSM900使用的频段为： 905~915MHz 上行频率 950~960MHz 下行频率

频道号为76~124, 共10M带宽。

中国移动公司：905~909MH（上行），950~954MHz（下行），共4M带宽，20个

频道，频道号为76~95。（目前通过中国移动TACS网的压频，为GSM网留出了更大的空间，因而GSM实际可用频点号要远大于该范围） 中国联通公司：909~915MH（上行），954~960MHz（下行），共6M带宽，29个

频道，频道号为96~124。

2、目前只有中国移动公司拥有GSM1800网络，拥有1800网络的移动分公司大

多申请10M的带宽，频道号为512~562。

四、干扰保护比

载波干扰比（C/I）是指接收到的希望信号电平与非希望信号电平的比值，此比值与MS的瞬时位置有关。这是由于地形不规则性基本地散射体的形状、类型及数量不同，以及其他一些因素如天线的类型、方向性及高度，站址的标

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高及位置，当地的干扰源数目等造成的。

1、同频干扰保护比：C/I≥9dB。所谓C/I，是指当不同小区使用相同频率时，另一小区对服务小区产生的干扰，它们的比值即C/I，GSM规范中一般要求C/I >9dB；工程中一般加3dB余量，即要求C/I>12dB

2、邻频干扰保护比：C/A≥-9dB。 C/A是指在频率复用模式下，邻近频道会对服务小区使用的频道进行干扰，这两个信号间的比值即C/A。GSM规范中一般要求C/A>-9dB，工程中一般加3dB余量，即要求C/A>-6dB 3、载波偏离400kHz的干扰保护比：C/I≥-41dB

第二节 时分多址技术（TDMA）

多址技术就是要使众多的客户公用公共信道所采用的一种技术，实现多址的方法基本有三种，频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）。我国模拟移动通信网TACS就是采取的FDMA技术。CDMA是以不同的代码序列实现通信的，它可重复使用所有小区的频谱，它是目前是最有效的频率复用技术。GSM的多址方式为时分多址TDMA和频分多址FDMA相结合并采用跳频的方式，载波间隔为200K，每个载波有8个基本的物理信道。一个物理信道可以由TDMA的帧号、时隙号和跳频序列号来定义。它的一个时隙的长度为0.577ms,每个时隙的间隔包含156.25比特,GSM的调制方式为GMSK，调制速率为270.833kbit/s。

一、TDMA信道的概念

在GSM中的信道可分为物理信道和逻辑信道。一个物理信道就是一个时隙，通常被定义为给定TDMA帧上的固定位置上的时隙（TS）。而逻辑信道是根据BTS与MS之间传递的消息种类不同而定义的不同逻辑信道。这些逻辑信道是通过BTS来影射到不同的物理信道上来传送。

逻辑信道又可分为业务信道和控制信道.

（一） 业务信道：业务信道用于携载语音或用户数据，可分为话音业务信

道和数据业务信道。 1、 话音业务信道

TCH/FS：全速率语音信道 13Kbit/s TCH/HS: 半速率语音信道 5.6Kbit/s 2、 数据业务信道

TCH/F9.6: 9.6kbit/s 全速率数据信道 TCH/F4.8: 4.8kbit/s 全速率数据信道 TCH/H4.8: 4.8kbit/s 半速率数据信道 TCH/H2.4: <=2.4kbit/s 半速率数据信道 TCH/F2.4: <=2.4kbit/s 全速率数据信道

（二）控制信道：控制信道用于携载信令或同步数据，可分为广播信道、公共控制信道和专用控制信道 。

广播信道（BCH）：包括BCCH、FCCH和SCH信道，它们携带的信息目标是小区内所有的手机，所以它们是单向的下行信道。

公共控制信道（CCCH）：包括RACH、PCH、AGCH和CBCH，前一

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个是单向上行信道，后者是单向下行信道。 专用控制信道（DCCH）：包括SDCCH、SACCH、FACCH

1、广播信道：

广播信道仅用在下行链路上，由BTS至MS。它们用在每个小区的TS0上作为标频，在一些特殊的情况下，也可用在TS2，4或6上，这些信道包括BCCH、FCCH和SCH。为了通信，MS需要于BTS保持同步，而同步的完成就要依赖FCCH和SCH逻辑信道，它们全部为下行信道，为点对多点的传播方式。

频率校正信道（FCCH）：FCCH信道携带用于校正MS频率的消息，它的作用是使 MS可以定位并解调出同一小区的其它信息。

同步信道（SCH）：在FCCH解码后，MS接着要解出SCH信道消息，它给出了MS需要同步的所有消息及该小区的的标示信息如TDMA帧号（需22比特）和基站识别码BSIC号（需6比特）。

广播控制信道（BCCH）：MS在空闲模式下为了有效的工作需要大量的网络信息。而这些信息都将在BCCH信道上来广播。信息基本上包括小区的所有频点、邻小区的BCCH频点、LAI（LAC+MNC+MCC）、CCCH和CBCH信道的管理、控制和选择参数及小区的一些选项。所有这些消息被称为系统消息（SI）在BCCH信道上广播，在BCCH上系统消息有八种类型TYPE 1、2、2bis 、2ter、3、4、7和8。

2、公共控制信道：

公共控制信道包括AGCH、PCH、CBCH和RACH，这些信道不是供一个MS专用的，而是面向这个小区内所有的移动台的。在下行方向上，由PCH、AGCH和CBCH来广播寻呼请求、专用信道的指派和短消息。在上行方向上由RACH信道来传送专用信道的请求消息。

寻呼信道（PCH）：当网络想与某一MS建立通信时，它就会在PCH信道上根据MS所登记的LAC号向所有具有该LAC号的小区进行寻呼，寻呼MS的标示为TMSI或IMSI，属下行信道，点对多点传播。

接入许可信道（AGCH）：当网络收到处于空闲模式下MS的信道请求后，就将给之分配一专用信道，AGCH通过根据该指派的描述（所分信道的描述，和接入的参数），向所有的移动台进行广播，看属于谁的，下行信道，点对点传播。

小区广播控制信道（CBCH）：它用于广播短消息和该小区一些公共的消息（如天气和交通情况），它通常占用SDCCH/8的第二个子信道，下行信道，点对多点传播。

随机接入信道（RACH）：当MS想与网络建立连接时，它会通过RACH信道来广播它所需的服务信道，请求消息包括3个比特的建立的原因（如呼叫请求、响应寻呼、位置更新请求、及短消息请求等等）和5个比特的用来区别不同MS请求的参考随机数，属上行信道，点对点传播方式。

3、专用控制信道包括SDCCH、SACCH、FACCH、TCH，这些信道被用于某一个具体的MS上.

独立专用控制信道（SDCCH）：SDCCH是一种双向的专用信道，它主要用于传送建立连接的信令消息、位置更新消息、短消息、用户鉴权消息、加密命令及应答及各种附加业务。

慢速随路控制信道（SACCH）：SACCH是一种伴随着TCH和SDCCH的

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专用信令信道。在上行链路上它主要传递无线测量报告和第一层报头消息（包括TA值和功率控制级别）；在下行链路上它主要传递系统消息type5、5bis、5ter、6及第一层报头消息。这些消息主要包括通信质量、LAI号、CELLID、邻小区的标频信号强度等信息、NCC的限制、小区选项、TA值、功率控制级别。

快速随路控制信道（FACCH）：FACCH信道与一个业务信道TCH相关。FACCH在话音传输过程中如果突然需要以比慢速随路控制信道（SACCH）所能处理的高的多的速度传送信令消息，则需借用20ms的话音突发脉冲序列来传送信令，这种情况被称为偷帧，如在系统执行越局切换时。由于话音译码器会重复最后20ms的话音，所以这种中断不会被用户察觉的。

二、TDMA帧

在TDMA中，每一个载频被定义为一个TDMA 帧，相当于FDMA系统中的一个频道。每帧包括8个时隙（TS0~TS7），并要有一个帧号，这是因为在计算加密序列的A5算法中是以TDMA帧号为一个输入参数，当有了TDMA帧号后，移动台就可以判断控制信道TS0上传送的为哪一类逻辑信道了。

TDMA的帧号是以3小时28分钟53秒760毫秒（2715648个TDMA帧）为周期循环编号的。每2715648个TDMA帧为一个超高帧，每一个超高帧又由2048个超帧，一个超帧的持续时间为6.12s，而每个超帧又是由51个26复帧或26个51复帧组成。这两种复帧是为满足不同速率的信息传输而设定的，区别是：

26帧的复帧：包含26个TDMA帧，时间间隔为120ms，它主要用于TCH（SACCH/T）和FACCH等业务信道。

51帧的复帧：包含51个TDMA帧，时间间隔为235ms, 它主要用于BCCH、CCCH、SDCCH等控制信道。

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图示 帧结构图

三、突发脉冲序列（Burst）

TDMA信道上的一个时隙中的消息格式被称为突发脉冲序列，也就是说每个突发脉冲被发送在TDMA帧的其中一个时隙上。因为在特定突发脉冲上发送的消息内容不同，也就决定了它们格式的不同。

可以分为五种突发脉冲序列：

 普通突发脉冲序列（normal burst）:用于携带TCH、FACCH、SACCH、

SDCCH、BCCH、PCH和AGCH信道的消息。

 接入突发脉冲序列（access burst）：用于携带RACH信道的消息。  频率校正突发脉冲序列（frequency correction burst）: 用于携带FCCH

信道的消息。

 同步突发脉冲序列（synchronization burst）: 用携带SCH信道的消息.  空闲突发脉冲序列（dummy burst）:当系统没有任何具体的消息要发

送时就传送这种突发脉冲序列（因为在小区中标频需连续不断的发送消息）。

在每种突发脉冲的格式中，都包括以下内容：

 尾比特（tail bits）:它总是0，以帮助均衡器来判断起始位和终止位

以避免失步。  消息比特（information bits）:用于描述业务消息和信令消息，空闲

突发脉冲序列和频率校正突发脉冲序列除外。  训练序列（training sequence）:它是一串已知序列，用于供均衡器

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产生信道模型（一种消除色散的方法）。训练序列是发送端和接收端所共知的序列，它可以用来确认同一突发脉冲其它比特的确定位置，它对于当接收端收到该序列时来近似的估算发送信道的干扰情况能起到很重要的作用。值得注意的是，它在普通突发脉冲序列可分为8种，但在接入突发脉冲和同步突发脉冲序列是固定的而并不随着小区的不同而不同。  保护间隔（guard period）:它是一个空白空间，由于每个载频的最

多同时承载8个用户，因此必须保证各自的时隙发射时不相互重叠，尽管使用了后面会讲到的定时提前技术，但来自不同移动台的突发脉冲序列仍会有小的滑动，因而就采用了保护间隔可是发射机在GSM规范许可的范围内上下波动。从另一角度来讲,GSM规范要求MS在一个突发脉冲的有用(不包括保护比特的其它比特)应保持恒定的传输幅度,并要求MS在两个突发脉冲之间传输幅度适当衰减,因此需要保护比特.相邻两个突发脉冲之间的幅度衰减并应用适当的调制比特流,将会减小对其它RF信道的干扰。

现在让我们详细看一下每个突发脉冲序列的内容：

1、 普通突发脉冲序列：它有2个的58个比特的分组用于消息字

段，具体的说有两个的57比特用于消息字段来发送用户数据或话音再加上2个偷帧标志位，它用于表述所传的是业务消息还是信令消息，如用来区分TCH和FACCH（当TCH信道需用做FACCH信道来传送信令时，它所使用的8个半突发脉冲相应的偷帧标志须置1，在TCH以外的信道上没有什么用处但可被认为是训练序列的扩展，总是置为1的。它还包括两个3比特的尾位及8.25比特的保护间隔。它的训练序列放在了两个消息字段的中间被称为中间对位，它的唯一缺陷是接收机在能解调之前需要存储突发脉冲的前一部分。它的突发脉冲共有26个比特,其中消息位有16个比特,但为了得到26个比特,它采取了将前5个比特重复到该训练序列的最后和并将后5个比特重复到该训练序列头部的办法.这种训练序列共有八种(该八种序列的相关联性最小),它们分别和不同的基站色码(BCC,3个比特)相对应,目的是用来区分使用同一频点的两个小区.

2、 接入突发脉冲序列:用于随机接入(是指用于向网络发起初始的信道

请求并用于切换时的接入).它是基站在上行方向上解调所需的第一个突发脉冲。它包括41比特的训练序列,36比特的信息位,它的保护间隔是68.25比特。对于接入突发脉冲只规定了一种固定的训练序列，由于干扰的可能性很小，不值得多增加多种训练序列所引起的复杂性。它的训练序列和保护间隔都要比普通脉冲要长，这是为了适应移动台首次接入(或切换到另一个BTS)后不知道时间提前量的缺陷并提高系统的解调能力而设定的.

3、 频率校正突发脉冲序列:它用于移动台的频率同步,相当于一个

未调载波,该序列有142固定比特用于频率同步,它的结构十分简单,固定比特全部为0，当使用调制技术后，其结果是一个纯正弦波.它应用在FCCH信道上来使移动台找到并且解调出同一小区内的同步突发脉冲序列,当MS通过该突发脉冲序列知道该小区的频率后,才能在此标频上读出在同一物理信道上的随后的突发脉冲序列的信

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息来(如SCH及BCCH).保护间隔和尾比特同普通突发脉冲序列. 4、 同步突发脉冲序列:它用于移动台的时间同步,它的训练序列为64比

特,2个39比特的信息字段,它用于SCH信道,属下行方向.因为它是第一个需被移动台解调突发脉冲,因而它的训练序列较长而容易被

检测

图示 突发脉冲序列结构图

到.而且它的突发脉冲只有一种，而且只能有一种，因为如果定义了几种序列，移动台无法知道基站选择的序列。该突发脉冲的信息位中有19比特描述TDMA的帧号(用于MS与网络的同步和加密过程),有6比特来描述基站识别号BSIC(NCC+BCC),经过信道卷积后就得到了2个39比特. 保护间隔和尾比特同普通突发脉冲序列.

5、 空闲突发脉冲序列:此突发脉冲序列在某些情况下由BTS发出,

不携带任何信息,它的格式与普通突发脉冲序列相同,其中加密比特改为具有一定比特模型的混合比特.

四、逻辑信道与物理信道之间的对应关系

我们知道，每个小区都有若干个载频，每个载频都有8个时隙，因而我们可以定义载频数为C0、C1、…、Cn，时隙数为TS0、TS1、..、TS7。 1、控制信道的映射

在某个小区超过一个载频时，则该小区C0上的TS0就映射广播和公共控制信道（FCCH、SCH、BCCH、CCCH），可使用mainBCCH的组合，该时隙

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不间断的向该小区的所有用户发送同步信息、系统消息及寻呼消息和指派消息。即使没有寻呼和接入进行，BTS也总在C0上发射空闲突发脉冲。

我们从帧的分级结构知道，51帧的复帧是用于携带SCH和CCCH，因此51帧的复帧共有51个TS0，也就是说将51个连续TDMA帧的8个时隙中的TSO都取出来以组成一个51帧的复帧。该序列在映射完一个51复帧后开始重复下一个51帧的复帧。

以上叙述了下行链路C0上的TS0的映射，对于上行链路CO上映射的TS0是不含有上述信道的，它只含有随机接入信道（RACH），用于移动台的接入。

下行链路C0上的TS1用于映射专用控制信道，它可使用SDCCH的信道组合形式。它是102个TDMA帧重复一次。由于是专用信道，所以上行链路C0上的TS1也具有同样的结构，这就意味着对一个移动台同时可双向连接，但在时间上会有一个偏移（以后我们会讲到出现这种情况的原因）。

当某个小区的容量很小，仅使用一个载频时，则该载频的TSO即用做公共控制信道又用做专用控制信道，即可采用mainBCCHcombined的信道组合形式。该信道组合每102重复一次。

当某小区业务量很高时，它可把C0的TS0配置成为mainBCCH，并可在TS2、TS4、TS6上扩展三个组合集，使用CCCH的配置形式，该配置形式包括除SCH和FCCH外的TS0的所有组合，因为这两个信道只能出现在C0的TS0上。

BCCH+CCCH（下行）51复帧 F S B C F S C C F S C C F S C C F S C C N BCCH+CCCH（上行）（RACH）51复帧 R R R R R R R R R R R R R R R R R R 8 SDCCH/8（下行） 2×51复帧 D0 D0 D1 D1 D2 D2 D3 D3 D4 D4 D5 D5 D6 D6 D7 D7 A0 A0 A1 A1 A2 A2 A3 A3 N N N N N N

8 SDCCH/8 （上行） 2×51复帧 A5 A1 A6 A2 A7 A3 N N N N N N D0 D0 D1 D1 D2 D2 D3 D3 D4 D4 D5 D5 D6 D6 D7 D7 A0 A4 BCCH+CCCH+4SDCCH/4（下行） 2×51复帧 F F S S B B C C F F S S C C C C F F S S D0 D0 D1 D1 F F S S D2 D2 D3 D3 F F S S A0 A2 A1 A3 N N

BCCH+CCCH+4SDCCH/4（上行） 2×51复帧 DR R AAR R R R R R R R R R R R R R R R R R R 3 2 3 DR R AAR R R R R R R R R R R R R R R R R R R

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R R R R DDR R D0 1 2 R R R R DDR R D共 87页

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3 0 1 0 1 2 F：频率校正脉冲序列TDMA帧 S：同步脉冲序列TDMA帧

R：用于RACH的TDMA帧 B：用于BCCH的消息块（4个TDMA帧） D：用于SDCCH的消息块（4个TDMA帧） C：用于CCCH的消息块（4个TDMA帧） A：用于SACCH的消息块（4个TDMA帧 ）

表 控制信道的映射

2、 业务信道的映射

在每个小区携带有BCCH信道的载频的TS0和TS1上按上述映射安排控制逻辑信道，TS2至TS7以及其它载频的TS0至TS7均可安排业务信道。 除映射控制信道外的时隙均映射在业务信道TCH上，用于携带TCH/F的复帧是26复帧的，因此它有26个帧的TSn。第26个TSn是空闲时隙，空闲时隙之后序列从0开始。

上行链路的结构与下行的是一样的，一个接通的GSM移动信道业务信息在每一帧分配的TS中以突发脉冲的形式发送，唯一的不同是有一个时间偏移，这个时间偏移为3个时隙。

TCH信道用于传送话音和数据。SACCH信道用于传送随路控制信息。IDLE信道不含任何信息。它有两个作用，一方面是针对全速率TCH信道，在呼叫接续的状态下，为了预同步它的相邻小区，移动台可利用IDLE时隙所在的第26个空闲帧所提供的这一段时间的间隔，去读取其邻小区的基站识别码BSIC；另一方面是针对半速率TCH信道，在此时该时隙用于传输另一个TCH/H业务信道的SACCH。

全速率TCH的26复帧 T T T T T T T T T T T T A T T T T T T T T：TCH的TDMA帧 A：SACCH的TDMA帧 N：空闲TDMA帧

T T T T T N 五、信道组合种类

下面是可使用的逻辑信道的组合形式：

1）FCCH+SCH+BCCH+PCH+AGCH+RACH 称为mainBCCH 2）FCCH+SCH+BCCH+PCH+AGCH+RACH+SDCCH/4+SACCH 称为 mainBCCHcombined

3）SDCCH/8(0,…7)+SACCH/8(0,…7) 称为 SDCCH 4）TCH/F+ SACCH/TF ,称为tchfull

5）TCH/H+FACCH/H+SACCH/TF,称为TCHhalf 6）BCCH+PCH+AGCH+RACH 称为CCCH

7）同2，但其中SDCCH/4（2），用做CBCH 称为 bcchsdcch4CBCH 8）同3，但其中SDCCH/8（2）用做CBCH，称为sdcch8CBCH

对于不同容量的基站，控制信息速率随之不同，因此控制信道和业务信道的安排不尽相同。

1、 对于小容量基站，只有一个TRX的情况，TS0可使用第二种

mainBCCHcombined的形式。TS1~TS7，可使用TCH/F的信道类型。

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2、 对于中等容量的基站，如有四个TRX的情况，TS0可使用第一种

mainBCCH的类型，再用2个TS作为SDCCH信道类型。剩余29个用做TCH/F。

3、 对于大容量基站，可将TS0使用mainBCCH组合方式，TS2、TS4可

使用第六种CCCH的组合方式。其于用做SDCCH或TCH/F。

六、系统消息

MS为了能得到或提供各种各样的服务通常需要从网络来获得许多消息。这些在无线接口广播的消息被称做系统消息，可共分为12种类型：type1、2、2bis、2ter、3、4、5、5bis、5ter、6、7、8。

每个系统消息都由不同的元素组成，如以下阐述：  当前网络、位置区和小区的识别消息

 小区供切换的测量报告消息和小区选择的进程消息  当前控制信道结构的描述消息  该小区不同的可选项的消息  关于邻小区BCCH频点的分配

系统消息在两种逻辑信道中传送，BCCH或SACCH信道。手机在不同的模式下通过不同的逻辑信道来收听系统消息

 在空闲模式下，用BCCH信道（传送系统消息1 至4及7、8）  在通信模式下，用SACCH信道（传送系统消息5和6） 系统消息的主要内容如下：

 SI type1 小区信道描述+RACH控制参数 (TC=0,若系统采用跳频，1.88

秒一次)

 SI type2 邻小区BCCH频点描述+RACH控制消息+允许的PLMN

（TC=1，1.88秒一次）

 SI type2bis 扩展邻小区BCCH频点描述+RACH控制消息（TC=5，1.88

秒一次）

 SI type2ter 扩展邻小区BCCH频点描述2（TC=4或5，1.88秒一次）  SI type3 小区识别（CELLID）+位置区识别（LAI）+控制信道描述

+小区选择+小区选择参数+RACH控制参数（TC=2且TC=6，1.88秒两次）

 SI type4 位置区识别（LAI）+小区选择参数+RACH控制参数+CBCH

信道描述+CBCH移动配置（TC=3且TC=7，1.88秒两次）  SI type5 邻近小区BCCH频点描述

 SI type5bis 扩展邻近小区BCCH频点描述  SI type5ter 扩展邻近小区BCCH频点描述

 SI type6 小区识别（CELLID）+位置区识别（LAI）+小区选择  SI type7 小区重选参数（TC=7，1.88秒一次）  SI type8 小区重选参数（TC=3，1.88秒一次）

其中TC为循环序号，这些消息被循环在BCCH或SACCH信道中向移动台广播。BCCH信道是一个小容量的信道，每51复帧（235ms）仅有四帧（一个消息块）传送一个23字长Lapdm的消息。 注：

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1、小区信道描述中含有该小区所使用到的所有频点，包括BCCH频点和跳频频点。

2、RACH控制消息中含有参数max retrans（最大重传数）、TX_integer（传输的时隙数）、cell bar access（小区是否被禁止接入）、RE（呼叫重建允许比特）、EC（紧急呼叫允许比特）、AC CN（被限制接入的用户级别）

3、邻小区BCCH频点描述包括其邻小区所使用的BCCH频点

4、允许的PLMN用来提供小区内BCCH载波上移动台监测的所允许的NCC。

5、控制信道描述中包括：ATT（移动台附着分离允许指示）、BS-AG-BLKS-RES（留做接入允许AGCH的块数）、CCCH-CONF（公共控制信道结构）、BA-PA-MFRMS（传输寻呼消息留给同一寻呼组的51TDMA复帧数）、T3212（用做周期性位置更新的时间）。 6、小区选择中包括：PWRC（功率控制指示）、DTX（不连续发射指示）、RADIO-LINK-TIMEOUT（无线链路超时值）

7、小区选择参数包括：小区重选滞后值、MS-TXPWR-MAX-CCH（移动台接入小区应使用的最大TX功率电平）、RXLEV-ACCESS-MIN（允许接入系统的移动台的最小接入电平）。

8、CBCH信道描述中包括：信道类别和TDMA偏差（哪种专用信道的组合）、TN（时隙号）、TSC（训练序列码）、H（跳频信道指示）、MAIO（移动配置指数偏移量）、HSN（跳频序列号）、ARFCN（绝对频点号）。 9、CBCH移动配置中包括参与跳频的频道顺序与小区信道描述的关系。 10、 小区重选参数包括CELLRESELIND（小区重选指示）、CBQ（小区禁止限制）、CRO（小区重选偏置量）、TO（临时偏置量）、PT（惩罚时间）

第三节 无线路径的损耗和衰落

一、无线路径的损耗和衰落

当移动台和基站的距离逐渐增加时，所收到的信号会越来越弱，这就是发生了 路径损耗。路径损耗不仅与载频频率、传播速度有关，而且还与传播地形和地貌有关。下面让我们具体研究一下损耗产生的各种原因。 1、自由空间信号强度的传播衰落

自由空间是指相对于介电参数和相对导磁率均为一的均匀介质所存在的空间 它是一个理想的无限大的空间，是为了减化问题的研究而提出的一种科学的抽象。在自由空间的传播衰落我们不考虑其它衰落因素，仅考虑由能量的扩散而引起的损耗。通过研究我们发现该衰落符合以下公式的规律：

Pr=Pt×(λ/4πd)2

.G1G2

其中，Pr为接收机的接收功率，Pt为发射机的发射功率（单位为瓦或毫瓦），λ为波长（即c/f），d为接收机和发射机之间的距离，G1为发射机的天线增益，G2为接收机的天线增益。

从公式中我们可以看出，如果将其它参数保持不变仅使工作频率f或传播

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距离d提高一倍，则其接收功率就为发射功率的四分之一，即自由空间的传播损耗就增加了6dB。然而在实际上电波还要受到诸如平地面的吸收、反射和曲率地面的绕射以及地面上覆盖物等产生的传输损耗的影响。因而采取更为复杂的模型如爱立信的Okomura模型更接近实际，Okomura模型如下：

Lp(城区)=69.55+26.16logf-13.82loghb+(44.9-6.55loghb)logd-a(hm)

2

Lp(农村)= Lp(市区)-2[log(f/28)]-5.4

2

Lp(开阔地带)= Lp(市区)-4.78（logf）+18.33logf-40.94 其中，Lp为无线衰耗， f为载波频率（适用于GSM900M频段），hb基站天 线高度（30 – 200m），d为基站与移动台的距离（1 – 20km）,hm为移动台的天线至地面的高度（1-10m）.

Okomura模型在大量实测场强数据的基础上，采用数理统计分析方法，确认了市区移动通信场强预测模型，它适用于市区和郊区的各种不同条件，是一个比较全面的模式，此模式被目前移动通信场强预测广泛采用，必须指出在使用该模式时必须结合本地的地形地物特性做必要的修正。

对非理想地面的条件下的更好近似是平均信号强度与距离的四次方成反比。

附：移动通信中建筑物墙体透射损耗测试结论

随着建筑物楼层高度的增加，建筑物内接收信号场强增加。在高楼层由于可能存在视距路径使得外墙处可能具有强的入射信号。

在低楼层，城区的杂散结构引起大的衰减，减少信号透射力。 Turkmani测试报告显示，随着频率的增加透射损耗减小，例如，在频率441 MHz、896.5 MHz和1400 MHz时，建筑物低层测得的透射衰减值分别为16.4 dB、11.6 dB和7.6 dB。

Turkmani测试报告显示，频率为900 MHz、1800 MHz和2300 MHz 的透射损耗分别为14.2 dB、13.4 dB和12.8 dB。

A. M. D. Turkmani, D. G. Lewis, Radio propagation into buildings at 441, 900 and 1400 MHz, Preceedings of the 4th International Conference on Land Mobile Radio, December 1987

A. M. D. Turkmani, A. F. Toledo, Propagation into and within buildings at 900, 1800 and 2300 MHz, IEEE Vehicular Technology Conference, 1992

自由空间传播模型

自由空间传播是指接收机和发射机之间完全无阻挡的视距传播，也是电波传播中最简单的情况。尽管在实际环境中很难找到理想的自由空间，但在研究移动通信环境电波传播问题时往往作为各种传播环境的比较标准。自由空间中距发射机d处辐射功率密度为

PtGt24d2 W/m

式中Pt为发射功率，Gt为特定方向上增益。如果接收天线增益为Gr，则

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有效面积为A为

2AGr4

因此，接收天线的接收功率为

2PAPrtGtGr4d

基于该式可以发现，接收信号随距离的平方衰减。如果定义路径损耗为有效发射功率和接收功率的差值，因此，自由空间路径损耗公式

Lp表示为

4d2LPp10logtP10lgr

或者表示为 L10logPptP32.4420lgf20lgd10logGt10logGrr

式中频率f的单位为MHz，距离d的单位为km。如果不考虑收发端天线增益，自由空间路径损耗表示为

Lp32.4420lgf20lgd

2、对数正态衰落

常常在移动台和基站之间有高大建筑物、树林和高低起伏的地势地貌，这些障碍物的阻挡造成电磁场的阴影，产生了阴影效应，致使接收信号强度下降。经过大量的野外测试表明，这种衰落服从对数正态衰落，它的接收信号的中值电场与基站和移动台的距离的四次方成反比。由于这种场强的变化随着地理位置改变而较慢的变化，故称为慢衰落。又因为其接收场强中值是受电磁场阴影而变化的所以又称为阴影衰落。其次，大气折射条件的变化使多径信号相对时延变化，造成同一地点场强中值随时间的慢变化，但这种变化远小于地形因素的影响，这也是产生慢衰落的一种原因，因此由于季节不同、气候不同等对无线信号的影响也就不同

3、多径传播引起的衰落

移动通信信道是一种多径衰落信道,发射的信号在城市中常常会受到建筑

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物或地形的阻挡要经过直射、反射、散射等多种传播路径才到达接收端，而且随着移动台的移动，各条传播路径上的信号幅度时延及相位随时随地发生的变化，所以接收到的信号是起伏不稳定的这些多径信号相互迭加产生的矢量和就会形成一个严重的衰落谷点，使矢量和非常接近为零。迭加后的信号幅度变化符合瑞利分布，因而又被称为瑞利衰落。瑞利衰落随时间而急剧变化，又常常

图示 瑞利衰落 被称为快衰落。根据理论推导，衰落最快时为每秒2V/λ次（V为移动速度，λ为信号波长）严重衰落时深度达（20~40）dB，这将严重的影响信号传播质量，从这里可以看出在经历衰落谷点的时间取决于移动台的运动速度及发射的工作频率，作为一种近似，两谷点之间的的距离可以认为是半个波长，对于900MHz频带，它约为17cm。根据该公式还可以看出当采用1800MHz时两衰落谷点的时间是900 MHz的一半。瑞利衰落在开阔地带的对通信影响要小一些。

4、多普勒频移

快速运动的移动台还会发生多普勒频移现象，这是因为在移动台高速运动时接收和发送信号将导致信号频率将发生偏移而引起的干扰。多普勒频移符合下面的公式：

fI=f0-fDcosθI= f0-（v/λ）cosθI

fI为合成后的频率，f0为工作频率，fD为最大多普勒频移，θI为多径信号合成的传播方向与移动台行进方向的夹角，v为移动台的运动速度，λ为波长，当移动台快速远离基站时为fI=f0-fD，当移动台快速靠近基站时为fI=f0+fD。

当运动速度过高时，多普勒频移的影响必须考虑，而且工作频率越高，频移越大。

二、分集接收

多径衰落和阴影衰落产生的原因是不同的，随着移动台的移动，瑞利衰落随着信号的瞬时值快速变动，而对数正态衰落随着信号平均值变动，这两者是构成移动通信接收信号不稳定的主要因素，使接收信号被大大恶化，虽然通过增加发信功率、天线尺寸和高度等方法能取得改善，但采用这些方法在移动通信中比较昂贵，有时也显得不切实际，而采用分集方法即在若干支路上接收相互间相关性很小的载有同一消息的信号，然后通过合并技术再将各个支路的信号合并输出，那么便可在接收终端上大大降低深衰落的概率。

由于衰落具有频率、时间和空间的选择性，因此分集技术包括空间分集、时间分集、频率分集和极化分集四种。

1. 空间分集：若在空间设立两副接收天线，独立接收同一信号，由于其传播

环境及衰落各不相同，具有不相干或相干性很小的特点，采用分集合并技术并使输出较强的有用信号，降低了传播因素的影响。在移动通信中，空间的间距越大，多径传播的差异就越大，所收场强的相关性就越小。天线间隔可以是垂直间隔也可以是水平间隔。但是，垂直间隔的分集性能太差，不主张用这种方式。为获得相同的相关系数，基站两分集天线之间的垂直距离应大于水平距离。这种方式在移动通信中是最有效的，也是应用最普遍的一种分集方式。

2. 时间分集：可采用通过一定的时延来发送同一消息，或在系统所能承受的

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时延范围以内在不同时间内的各发送消息的一部分。在GSM中采用的是后面会讲到的交织技术来实现时间分集的。

频率分集：这种分集技术在GSM中是通过调频来实现的，

极化分集：它是通过采用垂直电子天线、垂直磁性天线和环状天线来实现

的。

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3. 4. BSS培训教材初稿

第四节 移动台和基站的时间调整

移动台收发信号要求有3个时隙的间隔,由于移动台是利用同一个频率合成器来进行发射和接收的.因而在接收和发送信号之间应有一定的间隔。从基站的角度上来看，上行链路的编排方式可由下行链路的编排方式延迟3个突发脉冲获得。这3个突发脉冲的延时对于整个GSM网络是个常数。（上下行始终间隔3个突发脉冲时间，）

典型的移动台在一个时隙间接收，在频率上平移45MHz，经过一段时间（3个突发脉冲减去传播的校正时间后发送，然后可能再次平移监视其它信道，并使接收频率移动到能重新开始整个周期。

在通信过程中，如移动台在呼叫期间向远离基站的方向上移动，因而从基站发出的消息将越来越迟的到达移动台。与此同时，移动台的应答信息也会越来越迟的到达基站.如不采取措施，该时延长至当基站收到该移动台在本时隙上发送的消息会与基站在其下一个时隙收到的另一个呼叫信息重叠起来，而引起干扰。因此，在呼叫进行期间由移动台向发送的基站SACCH上的测量报告的报头上携带着由移动台测量的时延值，而基站必须监视呼叫到达的时间，并让BTS在下行的SACCH的系统报告上每次两秒的频次向移动台发出指令，随着移动台离开基站的距离，逐步指示移动台提前发送的时间，这就是时间的调整。在GSM中被称为时间提前量TA。

时间提前量值可以由0至233us，该值会影响到小区的无线覆盖，在给定光速下，GSM小区的无线覆盖半径最大可达到35km，这个限制值是由于GSM定时提前的编码是在0~63（TA值）之间。基站最大覆盖半径算法如下：

8

3.7us×63×3×10m/s÷2=35km

8

其中，3.7us:每个比特的时长；63：时间调整的最大比特数；3×10m/s:光速。

但在某些情况下，客观需要基站能覆盖更远的地方，比如在沿海地区，如需用来覆盖较大范围的一些海域或岛屿。这种覆盖在GSM 中是能实现的，代价是须减少每载频所容纳的信道数，办法是仅使用TN为偶数的信道（因为TN0必须用做BCCH），空出奇数的TN，来获得较大的保持时间。这在北电中被称为扩展小区技术,这一技术有专门的接收处理.这样定时提前的编码将会增大一个突发脉冲的时长。即基站的最大覆盖半径为：

8

3.7us×(63+156.25)×3×10m/s÷2=120km TS0 TS1 TS2 TS3 图示：扩展小区的TDMA帧

第五节 跳频技术

跳频可分为快速跳频和慢速跳频,在GSM中采用的是慢速跳频,其特点是按照固定的间隔改变一个信道使用的频率.

根据GSM的建议，基站无线信道的跳频是以每一个物理信道为基础的，因此对于移动台来说，只需要在每个帧的相应时隙跳变一次，其跳频速率为217跳/秒，它在一个时隙内用固定的频率发送和接收，然后在该时隙后需跳到下一个TDMA帧，由于监视其它基站需要时间，故允许跳频的时间约为1ms，收发频率为双工频率。但对基站系统来说，每个基站中的TRX

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（收发信机）要同时于多个移动台通信，因此，对于每个TRX来说，能根据通信使用的物理信道，在其每个时隙上按照不同的跳频方案来进行跳变。

一、跳频的种类及各自实现的方法

GSM中的跳频可分为基带跳频和射频跳频两种。在北电系统中采用的是射频跳频。 基带跳频是通过腔体合成器来实现的，而射频跳频是通过混合合成器来实现的。

当采用基带跳频时，它的原理是在帧单元和载频单元之间加入了一个以时隙为基础的交换单元，通过把某个时隙的信号切换到相应地无线频率上来实现跳频，这种做法的特点是比较简单，而且费用也底。但由于采用的腔体合成器它要求其每个发信机的频率都是固定发射的，当发信机要改动其频率时，只能人工调谐到新的频率上，其话音信号随着时间的变化使用不同频率发射机发射，收发信机在跳频总线上不停的扫描观察，当总线发现有要求使用某一频率时，总线就自动指向拥有该频率的发信机上来发送信号。采用基带跳频的小区的载频数与该小区使用的频点数是一样的。

当采用射频跳频时，它是在通过对其每个TRX的频率合成器进行控制，使其在每个时隙的基础上按照不同的方案进行跳频。它采用的混合合成器对频带的要求十分宽松，每个发信机都可使用一组相同的频率，采用不同的MAIO加以区分。但它必须有一个固定发射携带有BCCH的频率的发信机，其他的发信机可随着跳频序列的序列值的改变而改变。

两者的区别是： 1、基带跳频采用的腔体合成器最多可配置8个发信机，而且衰耗小，此时衰耗仅为3.5dB;而射频跳频采用的混合合成器的容量较小,最多可配置4个发信机,而且衰耗大,当为H2D时,衰耗为4.5dB当为H4D时,衰耗为8dB.显然,当基站配置较大时,采用混合合成器的基站的覆盖要小.

2、腔体合成器对频段的要求不如混合合成器灵活,混合合成器所带的发信机可以使用一组频率,频点的间隔要求为200 K;腔体合成器的发信机仅能使用固定的频率发射,而且所用频点的间隔要求大于600K.

3、基带跳频的每个发信机TX只能对应一个频点，而射频跳频的每个发信机TX能够发送所有参与跳频的频点。当使用基带跳频时携带BCCH频点的TX若出现故障，则易导致整个小区的瘫痪，而在射频跳频时则不会出现这类情况，因为每个TX都能发送BCCH频点，携带BCCH信道的载频优先级最高，当该载频出现问题时，携带BCCH信道的TDMA帧，能够自动通过另一个载频发射出去。

二、跳频的优点

GSM采用跳频有两个原因,是因为它可起到频率分集和干扰源分集的作用。 1、 跳频可起到频率分集的作用。

跳频是要保证同一个信息按几个频率发送，从而可提高了传输特性。不同频率的信号所收到的衰落不同，而且随着频率差别增大时，衰落更加独立。对于相距足够远的频率，它们可看做是完全独立的，通过跳频，包括信息一部分的所有突发脉冲不会被瑞利衰落以同一方式破坏。

当移动台以高速移动时，在同一信道上接收两个相邻突发脉冲期间（相隔8个时隙，即4.615ms）,移动台位置的差别对于驱除信号瑞利变化的相关性以足够了,在这种情况下,跳频基本起不到什么作用.然而对于拥有大量手持机的用户的系统是很重要的,因为手持机的用户通常运动速度较慢,或处于静止状态,在此时跳频优越性就显示出来了,它所能提供的增益大概是

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在6.5dB左右.

2、 跳频可起到干扰源分集作用

在业务量密集的地方，网络的容量将受到由于频率复用产生的干扰限制。相对干扰比C/I值（载波电平/干扰电平）可能在呼叫之间变化很大。载波电平随着移动台相对于基站的位置及移动台与基站之间障碍的数量而变化，干扰电平的变化依赖于此频率是否被附近蜂房的另一呼叫使用，它还随着干扰源距离、电平的变化而变化。由于系统的目标是尽可能满足更多用户的需求，当不选用跳频时，如一频点出现干扰时，当用户占用该频点时就会造成通话质量使用户难以忍受，而当使用跳频时，该干扰情况就会被该小区的许多呼叫所共享，整个网络的性能将得到提高。经分析使用跳频的网络可比不采用跳频的网络高出3dB的增益。

三、跳频序列

在小区参数的定义中定义了两个频率组，一个称为小区分配表（CELL ALLOCATION）用来定义该小区所用到的所有频点，另一个被称为移动分配表（MOBILE ALLOCATION）用来定义参与跳频的所有频点。在此值得注意的是，携带有BCCH的载频，不能用于跳频，因为它携带有FCCH、SCH及BCCH信道，需要不停的向该小区的所有手机广播同步消息及系统消息。在GSM规范中有两个参数用来定义跳频序列，分别是MAIO（移动分配指针偏移）和HSN（跳频序列号）。

MAIO因需描述跳频重复功能的起点，所以偏移的可能值与参与跳频的频率数一样多。MA的频点数应在1到64之间，产生跳频序列要经过一个十分复杂的算法过程时，参与计算的参数有FN（当前的帧号及获得的描述帧号的T1、T2、T3值）、MAIO、HSN。

HSN值有64个不同的值，通常一个小区的信道应有相同的HSN值，不同的MAIO值，因为这是要避免同一小区信道之间的干扰，当同一小区出现相同的MAIO后将导致严重的指派失败率。两个拥有相同HSN不同MAIO的信道，不会在同一突发脉冲使用相同的频率。相反，当两个使用同一跳频组，MAIO也相同的但HSN不同的信道，它只会对突发脉冲的1/n干扰。

MS可以由系统广播消息中提供的小区参数来根据算法导出跳频序列和小区的跳频序列号。

在使用同一跳频组的相邻小区中，应注意使用不同的HSN，该做法可获得干扰源分集增益。但注意应尽量避开使用HSN=0的情况（它是循环跳频），因为它会导致低质量的干扰源分集。

第六节

一、语音编码

语音的传输过程

由于GSM系统是一种全数字系统，话音和其它信号都要进行数字化处理，因此移动台首先要将语音信号转换成模拟电信号，以及其反变换，移动台再把这模拟电信号转换成13Kbit/s的数字信号，用于无线传输。下面我们主要讲一下TCH全速率信道的编码过程。

目前GSM采用的编码方案是13 Kbit/s的RPE-LTP（规则脉冲激励长期预测），其目的是在不增加误码的情况下，以较小的速率优化频谱占用，同时到达与固定电话尽量相接近的语音质量。

它首先将语音分成20ms为单位的语音块，再将每个块用8 KHZ抽样，因而每个块就得

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到了160个样本。每个样本在经过A率13比特（μ率14比特）的量化，因为为了处理A率和μ率的压缩率不同，因而将该量化值又分别加上了3个或2个的“0”比特，最后每个样本就得到了16比特的量化值。因而在数字化之后，进入编码器之前，就得到了128 Kbit/s的数据流。这一数据流的速率太高了以至于无法在无线路径下传播，因而我们需要让它通过编码器的来进行编码压缩。如果用全速率的译码器的话，每个语音块将被编码为260比特，最后形成了13 Kbit/s的源编码速率。此后将完成信道的编码。

在BTS侧将能够恢复13 Kbit/s的源速率，但为了形成16 Kbit/s的TRAU帧以便于在ABIS和ATER接口上传送，因而需再增加3 Kbit/s的信令，它可用于BTS来控制远端TCU的工作，因而被称为带内信息。这3 Kbit/s将包括同步和控制比特（包括坏帧指示、编码器类型、DTX指示等）。总之，带内信息将能使TCH，知道信息的种类（全速率语音、半速率语音、数据），以及采用何种适用的方法用于上行和下行的传输。

在TCU侧，通过为了适应PSTN网络64Kbit/s的传输，因而在它其中的码型速率转换板将完成将速率由13Kbit/s转换为64Kbit/s的工作，

二、信道编码

信道编码用于改善传输质量，克服各种干扰因素对信号产生的不良影响，但它是以增加比特降低信息量为代价的。编码的基本原理是在原始数据上附加一些冗余比特信息，增加的这些比特是通过某种约定从原始数据中经计算产生的，接收端的解码过程利用这些冗余的比特来检测误码并尽可能的纠正误码。如果收到的数据经过同样的计算所得的冗余比特同收到不一样时，我们就可以确定传输有误。根据传输模式不同，在无线传输中使用了不同的码型。

GSM使用的编码方式主要有块卷积码、纠错循环码（FIRE CODE）、奇偶码（PARITY CODE）。块卷积码主要用于纠错，当解调器采用最大似然估计方法时，可以产生十分有效的纠错结果。纠错循环码主要用于检测和纠正成组出现的误码，通常和块卷积码混合使用，用于捕捉和纠正遗漏的组误差。奇偶码是一种普遍使用的最简单的检测误码的方法。

无论如何处理，全速率TCH编码都将在信道编码后,在每20ms内将形成456比特的编码序列。

1、全速率TCH信道编码

在对全速率语音编码时，首先将对语音编码形成的260个比特流分成三类，分别为50个最重要的比特，132个重要比特以及78个不重要的比特。然后对上述50个比特添加上3个奇偶校验比特（分组编码），这53个比特连同132个重要比特与4个尾比特一起被卷积编码，速率为1：2，因而得到378个比特，另外78个比特不予保护。于是最后将得到456比特。

1、 BCCH、PCH、AGCH、SDCCH、FACCH、SACCH信道的编码 LAPDm是数据链路层的协议（第二层），在连接模式下被用于传送信令。它被应用在逻辑信道BCCH、PCH、AGCH、SDCCH、FACCH、SACCH上，一个LAPDm帧共有23个字节（184个比特）。为了获得456比特的保护字段，便可通过对LAPDm帧的编码来得到。

首先给184比特增加40比特的纠错循环码，这样就可以来检测是否物理层的差错校正码能正确的校正传输差错。通过这种码型来监测无线链路，来确认是否SACCH消息块是否被正确的接收到。

为了实现卷积编码，还应加上4个比特的尾位。我们将得到的这228个比特通过1：2卷积编码速率，最后也会得到456比特的数据。

2、 SCH信道的编码

SCH信令信道不能用LAPDm协议。在每个SCH信道有25比特的消息字段，其中19比特是帧号，6比特用于BSCI号。由于每个单独的SCH时隙都携带着一个完整的同步消息，

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而且SCH的突发脉冲的消息位的字段是78个比特。因而我们需要将这25比特的数据编码成78个比特。

我们将这25个比特的数据再加上10个奇偶校验比特和4个比特的尾位，这就得到了39个比特。再将这39个比特按照1：2的卷积编码速率，便得到了78个比特的消息。

3、 RACH信道的编码

随机接入信道RACH的消息是由8个消息比特组成，包括3个比特的建立原因和5个比特的隋机鉴别符。由于RACH的突发脉冲的消息位的字段是36个比特。因而我们需要将这8比特的数据编码成36个比特。

首先，我们给它加上6个比特的色码，这六个比特的色码是通过将6个比特的BSIC和6个比特的奇偶校验码取模2而获得的。然后再加上4个比特的尾位。这样就得到了18个比特，我们再将这18个比特按照1：2的卷积编码速率，最后将得到RACH突发脉冲上的36比特的消息位。

三、交织技术

在移动通信中这种变参的信道上，比特差错经常是成串发生的。这是由于持续较长的深衰落谷点会影响到相继一串的比特。但是，信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长的差错串时才有效，为了解决这一问题，希望找到把一条消息中的相继比特分开的办法，即一条消息的相继比特以非相继的方式被发送，使突发差错信道变为离散信道。这样，即使出现差错，也仅是单个或者很短的比特出现错误，也不会导致整个突发脉冲甚至消息块都无法被解码，这时可再用信道编码的纠错功能来纠正差错，恢复原来的消息。这种方法就是交织技术。

在GSM系统中，在信道编码后进行交织，交织分为两次，第一次交织为内部交织，第二次交织为块间交织。

在上一节我们提到了，通过话音编码和信道编码将每一20ms的话音块数字化并编码，最后形成了456比特。我们首先将它进行内部交织，将456比特按（0，8…448）、(1,9…449)…...（7，15…455）的排列方法，分为8组，每组57个比特，通过这一手段，可使在一组内的消息相继较远。

但是如果将同一20ms话音块的2组57比特插入到同一普通突发脉冲序列中，那么，该突发脉冲丢失则会使该20ms的话音损失25%的比特，显然信道编码难以恢复这么多丢失的比特，因此必须在两个话音帧间再进行一次交织，即块间交织。

设进行完内部交织后，将一语音块B的456比特分为八组，再将它的前四组（B0、B1、B2、B3）与上一个语音块的A的后四组（A4、A5、A6、A6）进行块间交织，最后由（BO，A4）、（B1，A5）、（B2，A6）、（B3，A7）形成了4个突发脉冲，为了打破相连比特的相邻关系，使块A的比特占用突发脉冲的偶数位置，块B的比特占用奇数位置，即B0占奇数位，A4占偶数位。同理，将B的后四组同它的下一语音块C的前四组来进行块间交织。

这样，一个20ms的语音帧经过二次交织后分别插入了8个不同的普通突发脉冲序列中，然后一个个的进行发送，这样即使在传输过程中丢掉了一个脉冲串，也只影响每一个话音比特数的12.5%，而且它们不互相关联，这能就通过信道编码进行校正。

应注意的是，对控制信道（SACCH、FACCH、SDCCH、BCCH、PCH和AGCH）的二次交织有所不同。我们不象话音交织一样，要用到3个话音块。在这里我们这一456比特的消息块在经历过内部交织并分为8组后（这一过程同话音的内部交织一样），将把它的前四组与后四组进行交织（交织方法也与话音的交织一样），最后获得了4个整突发脉冲。

由上可知，交织对于抗干扰具有很重要的意义，但是它的缺点是时延长，在传输20ms 语音块中，从接收第一个比特开始到最后一个比特结束并考虑到SACCH占一个突发脉冲的话，

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那么时延周期是（9*8）-7=65个突发脉冲的周期，即37.5ms 的延时。因此在GSM系统中，移动台和中继电路上增加了回波抵消器，以改善由于时延而引起的通话回音。

四、加密

在数字传输系统的各种优点中，能提供良好的保密性是很重要的特性之一。GSM通过传输加密提供保密措施。这种加密可以用于语音，用户数据和信令，与数据类型无关，只限于用在常规的突发脉冲之上。加密是通过一个泊松随机序列（由加密钥Kc与帧号通过A5算法产生）和常规突发脉冲之中114个信息比特进行异或操作而得到的。

在接收端再产生相同的泊松随机序列，与所收到的加密序列进行同或操作便可得到所需要的数据了。

五、调制和解调

调制和解调是信号处理的最后一步。简单的说GSM所使用的调制是BT=0.3的GMSK技术，其调制速率是270.833Kbit/s，使用的是Viterbi（维特比）算法进行的解调。调制的功能就是按照一定的规则把某种特性强加到的电磁波上，这个特性就是我们要发射的数据。GSM系统中承载信息的是电磁场的相位，即调相方式。解调的功能是接收信号，从一个受调的电磁波中还原发送的数据。从发送角度来看，首先要完成二进制数据到一个低频调制信号的变换，然后再进一步把它变到电磁波的形式。解调过程是一个调制的逆过程。

四 呼叫处理过程

在这一章中，我们重点来研究一下，当移动台处于空闲状态时的工作情况及移动台与网络之间的信令处理过程。

第一节

一、 小区选择过程

小区的选择与重选

当移动台开机后，它会试图与SIM卡允许的GSM PLMN取得联系，因此移动台将选择一个合适的小区，并从中提取控制信道的参数和其它系统信息，这种选择过程被称为“小区选择”。

如果移动台并无存储的BCCH消息，它将首先搜索完所有的124个RF信道（如果为双频手机还应搜索374个GSM1800的RF信道），并在每个RF信道上读取接收的信号强度，计算出平均电平，整个测量过程将持续3~5s，在这段时间内将至少分别从不同的RF信道上抽取5个测量样点。

MS将调谐到接收电平最大的载波上，判断该载波是否为BCCH载波（通过搜寻FCCH突发脉冲），若是，移动台将尝试解码SCH信道来与该载波同步并读取BCCH上的系统广播消息。若MS可正确解码BCCH的数据，并当数据表明该小区属于所选的PLMN、参数C1值大于0、该小区并未被禁止接入、移动台的接入等级并未被该小区禁止时，移动台方可选择

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该小区。否则，MS将调谐到次高的载波上直到找到可用的小区。

如MS在上次关机时，存储了BCCH载波的消息，它将首先搜索已存储的BCCH载波，若未找到则执行以上过程。

参数C1为供小区选择的路径损耗准则，服务小区的C1必须大于0，其公式如下： C1=RXLEV-RXLEV_ACCESS_MIN - MAX ((MS_TXPWR_MAX_CCH - P), 0) 单位：dBm

其中RXLEV为移动台接收的平均电平; RXLEV_ACCESS_MIN 为允许移动台接入的最小接收电平; MS_TXPWR_MAX_CCH为移动台接入系统时可使用的最大发射功率电平;P为移动台的最大输出功率。

问题研究：允许接入的最小接入电平RXLEV_ACCESS_MIN

为了避免移动台在接收电平很低的情况下接入系统（此时接入后的通信质量往往很差，以至于无法保证正常的通信过程），而无法提供用户满意的通信质量而无谓的浪费无线资源，因而GSM规范规定移动台在接入网络时其接收电平必须大于参数RXLEV_ACCESS_MIN所定义的值。

当减小该值时（RXLEV_ACCESS_MIN），将扩大小区允许接入的范围（其下限是移动台接收灵敏度），但在边缘地带的通话质量会很恶劣易引起掉话，而且此时由于上下行信号很弱，会导致在功率控制下移动台以最大功率发射，从而增加上行信号干扰。

但该值设置过大时会使小区的有效覆盖范围随之缩小，在小区交接处人为的造成盲区。

二、 小区重选过程

当移动台选择某小区为当前服务小区后，在各种条件变化不大的情况下，移动台将驻留在所选的小区中，并根据服务小区的BCCH系统消息所指示的小区重选邻小区频点配置表，开始监测该表中所有BCCH载波的接收电平和同步消息，并记录下接收电平最高的6个邻小区，并从中提取每个邻小区的的各类系统消息和控制消息，当满足一定条件时移动台将重新选择其中一个邻小区作为服务小区，这个过程被称为小区重选。所谓一定的条件包含多方面的因素，如小区的限制（由cell_bar和cell_bar_qualify来决定）、小区是否被禁止接入等。

小区重选采用的算法为C2算法，计算公式如下： 当PENALTY_TIME不等于11111时：C2=C1+CELL_RESELECT_OFFSET–TEMPORARY_OFFSET×H(PENALTY_TIME–T)； 当PENALTY_TIME等于11111时：C2=C1-CELL_RESELECT_OFFSET；

其中当X>0时,函数H(x)=0;当X≤O,函数H(x)=1；

T是一个定时器,它的初始值为0,当某小区被移动台记录在信号电平最大的六个邻小区时,则对应该小区的计数器T开始计时,当该小区从移动台信号电平最大的六个邻小区表中去除时,相应的定时器T被复位；

CELL_RESELECT_OFFSET为小区重选偏移量,可人为的来调整C2值的大小; TEMPORARY_OFFSET为临时偏移量；

PENALTY_TIME为惩罚时间, 从移动台发现某一小区的信号出现后，定时器T开始置位到定时器T的值到达PENALTY_TIME规定的时间之前将按照TEMPORARY_OFFSET所定义的值给该小区的C2算法一个负偏置的修正，这种做法是用来防止当移动台在快速移动时来选择一个微蜂窝或覆盖较小的小区作为服务小区的情况。如果在时间超过仍收到该小区的信号，；反之，若时间超过了PENALTY_TIME所定义的时间后，将不考虑临时偏移量。在高速公路等覆盖区可使用惩罚时间。

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在这里值得注意的是,仅当小区重选指示(CELL_RESELECTION_INDICATION)激活时C2算法这几个参数才起作用,否则移动台将不考虑CELL_RESELECT_OFFSET、TEMPORARY_OFFSET和PENALTY_TIME的设置情况，因而此时C2=C1。

当发生以下情况时，将触发小区重选

1、 移动台计算某小区（与当前小区属同一个位置区）的C2值超过移动台当前服务小区

的C2值连续5秒。

2、 移动台计算某小区（与当前小区不属同一个位置区）的C2值超过移动台当前服务小

区的C2值与小区重选滞后值（CELL_SELECTION_HYSTERESIS）之和连续5秒 3、 当前服务小区被禁止 4、 MS监测出下行链路故障

5、 服务小区的C1值连续5秒小于0

问题研究：

1、小区重选滞后值的设置原则：当移动台进行小区重选时，若原小区和目标小区属不同的位置区，则移动台在小区重选之后必须启动一次位置更新过程，由于无线信道的衰落特性，通常在相邻小区的交界测得的C2值会有较大的波动，从而导致频繁的小区重选和位置更新，它不但使网络网络的信令流量大大增加导致信令信道的拥塞，并且由于移动台在位置更新过程中无法响应网络对它的寻呼，因而使网络接通率降低。为了减小这一问题的影响，GSM设立了小区重选滞后这一参数，要求其邻小区（位置区与本区不同）信号电平必须比服务小区的信号电平大出重选滞后所规定的值后，才允许触发小区重选。建议当在话务统计报告中发现位置更新较频繁时，可将该小区的值设为6dB或8 dB。但如果这两个小区的无线覆盖比较差时，应将该值适当的设小一些。

2、下行信令故障：下行信令故障准则基于下行信令故障计数器DSC，当MS选择了某小区时，DSC置为[90/BS_PA_MFRMS]取整，BS_PA_MFRMS为基站传输寻呼消息给同一寻呼组MS之间的51TDMA帧复帧数。因此当MS要在其寻呼子信道上译码时，若成功则DSC加1，若失败，则DSC减4，当DSC为0时，则断定出现了下行信令故障。

3、值得注意的是，每次由参数C2引起的小区重选至少间隔15秒，这是为了避免移动台频繁的小区重选过程。当某小区的话务较闲时，可适当提高其CELL_RESELECT_OFFSET，来增强该小区吸引话务量的能力。但作为两个相邻的小区，它们的所定义的重选偏置的差值应尽量要小于20dB，否则将使该服务区边界的信号很不稳定。

4、小区接入限制（CELL_BAR_ACCESS,CBA）和小区禁止限制（CELL_BAR_QUALIFY,CBQ） 对于小区重叠的地区，根据每个小区容量的大小，业务量的大小及小区功能的差异，网络运营商们都希望移动台在小区选择中优先选择某些小区，即设定小区的优先级。这一功能可以通过设置参数小区接入限制和小区禁止限制来实现，见下表： 小区禁止限制 0 0 1 1 小区接入禁止 小区选择优先级 0 1 0 1 正常 禁止 低 低 小区重选状态 正常 禁止 正常 正常 通常所有小区的优先级都为正常。但在某些情况下，运营者希望移动台优先进入某种类型的小区，如微蜂窝和双频网等，此时我们可将这些小区的优先级设为正常，而将周围其它小区的优先级设为低。当移动台在小区选择过程中，只有当没有优先级为正常的合适小区时，才去选择优先级为低的小区。通过设置小区优先级我们可以对一些拥塞较严重的小区和其相邻的小区来进行话务平衡，即将它们的优先级设为低使它的邻小区将其话务量吸收过去一部

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分，这也相当于将其实际的覆盖范围减小，但这种做法不同于将其功率降低，后者可能会引起网络覆盖的盲点和通话质量的下降。

当小区接入禁止设为1且小区禁止限制设为0时，则该小区只允许切换业务，而不允许移动台直接接入，这种做法常被用在微蜂窝和双频网的覆盖环境下。如在双层覆盖的情况下，用底层网络来吸引话务量而用上层网络来保证覆盖。当上层小区（即900M）的覆盖区业务量较大时，为了防止拥塞可使用该做法来移动台禁止接入该小区而迫使它去选择其底层的小区(即1800M)，仅支持移动台的切换业务以防止掉话。

但用小区优先级为手段去做网络优化时，应注意，它只影响小区选择而对小区重选不起作用，因而要真正达到网络优化的目的必须结合使用小区优先级和C2算法。

三、 不连续接收模式DRX和寻呼信道的定义

在空闲模式下，若移动台选择了某小区后作为服务小区后，它就可以开始收听该小区的寻呼消息了。但为了降低功耗，在GSM规范中引入了不连续接收的机制，每个移动用户（即对应每个IMSI）都属于一个专门的寻呼组，在小区中每个寻呼组都分别与一个寻呼子信道相对应，移动台可根据自身IMSI的最后3位及该位置区寻呼信道的配置情况来计算出它所属的寻呼组，进而计算出该寻呼组的寻呼子信道位置。在实际情况下，移动台在空闲状态下仅守侯在属于它的寻呼子信道上来收听系统播发的寻呼消息（在此期间它还可用来监测非服务小区的BCCH载波的接收电平），而忽略其它寻呼子信道的内容，甚至在其它寻呼子信道期间关闭移动台某些硬件设备的电源以节约移动台的功率开销，但必须保证在一定的时间内完成必要的测量网络消息的任务。

我们可以根据CCCH信道的配置类型、BS_AG_BLKS_RES(在51复帧中有几个块用于AGCH块)、BS_PA_MFRMS(以多少个51复帧作为寻呼子信道的一个循环)来计算出每个小区寻呼子信道的个数。

当一个51复帧中CCCH为3时寻呼子信道数为：（3- BS_AG_BLKS_RES）×BS_PA_MFRMS

当一个51复帧中CCCH为9时寻呼子信道数为：（9- BS_AG_BLKS_RES）×BS_PA_MFRMS

问题研究：

1、当参数BS_PA_MFRMS越大，小区的寻呼子信道也就越多，相应的属于每个寻呼子信道的用户数也就越小，但系统总体容量并未增加，因为它是以牺牲寻呼消息在无线信道上的平均时延为代价的。当通过话务统计报告发现重发等待的比率较大时，应适当提高BS_PA_MFRMS来划分更多的寻呼子信道。如重发的比率较 低，则可将将该参数降低，以减少寻呼时延。

2、应注意同一位置区的所有小区的寻呼子信道容量应尽量一样，因为同一位置区的任何一个寻呼消息必须同时在该位置区的所有小区发送。

3、当寻呼信道周期越长，在该服务区的手机就越省电，如市区可定义为2即手机在102帧内收听一次寻呼消息，郊区可定义为4或6，当该参数为6时将比2时省电18%。在手机完成对系统消息的测量后，就进入休息状态，仅在指定的寻呼块内收听寻呼消息并同时测量邻小区的BCCH的接收电平，在30秒左右的时间内又将会去收听系统消息，来判断小区重选的进程。 4、在GSM系统中公共控制信道CCCH信道主要包括AGCH和PCH信道，它的主要作用

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是用来发送立即指派消息和寻呼消息。CCCH可以由一个物理信道承担，也可以有多个物理信道共同承担，且CCCH可以与SDCCH信道共用一个物理信道。小区中的公共控制信道采用哪种组合方式，由参数CCCH_CONF决定。应注意，小区中的CCCH_CONF的设置必须与小区公共控制信道的实际配置情况一致。建议当小区的TRX数为一个时，CCCH的配置可采用一个基本物理信道且与SDCCH共用（此时有3个CCCH消息块）。

在有时由于一个位置区的寻呼业务量特别大，为了防止仅用一个物理时隙发送寻呼消息不够用，因而GSM规范允许在携带有BCCH信道的载频上，可以多配置几个CCCH信道，但只要求在时隙0、2、4、6上使用。

5、当CCCH_CONF确定以后，参数BS_AG_BLKS_RES实际上就是分配AGCH和PCH在CCCH上占用的比例。建议在保证AGCH信道上不过载的情况下，应尽可能缩小该参数以缩短移动台响应寻呼的时间。

第二节 初始化过程

一、 信道申请

初始化过程就是一个随机接入的过程。当移动台需要同网络建立通信时，就需通过RACH信道来向网络发送一个报文以申请接入。这个在RACH上发送的报文被称做信道申请（channel request）,它的有用信令消息只有8比特，其中有3比特用来提供接入网络原因的最少指示，在网络拥塞的情况下，系统可根据这这一粗略的指示来分别对待不同接入目的的信道申请（哪些类型的呼叫可接入网络、哪些类型的呼叫将被拒绝）并为它们选择分配最佳类型的信道，在这一指示中显然不足以传送移动台想传送的所有信息，如申请信道的具体原因、用户身份及移动设备的特性，这些消息是在此后的SABM消息中发送的。另外5比特是移动台随机选择的鉴别符，它并不用来向网络提供信息，而是用来区分两个移动台在同一时隙内发送信息时被网络所识别，在网络此后向移动台发送的立即指派命令（含有所分配信道的信息中），会再将该鉴别符发给移动台， 移动台通过此鉴别符和本身所发送的鉴别符相比较来判断是否是网络发送给自己的消息。

问题研究：系统对RACH的控制功能

1、 值得注意的是网络无法知道移动台何时需要通信，移动台也很可能会同时占用同一个RACH时隙来用于申请接入，这时不可避免的要发生碰撞现象。后果有两个，一是网络收到在此时隙上的一个突发脉冲的电平，要明显的比另一个高，这样网络就会处理电平较高的这个随机接入请求。另一后果是，网络什么也不能正确的接收到。因而随着业务量的增长，报文因碰撞而丢失的几率也就越大，这必将是对网络容量的一个重要的制约因素。

在此GSM引入了两个机制用来控制这种报文丢失情况，一个是允许重发的最大次数（maxretrans），另一个是重发之间的平均时间（TX-INTEGER）这两个参数是在BCCH的系统报告上广播的。当在移动台发起申请后如在规定的时间内（定时器T3120）收不到网络的立即指派命令，则需进行报文的重发，但重发也要遵循一定的原则。因为如果两个移动台的发送碰撞，并在一段给定的时间后重发，则它们的申请仍会碰撞。因而为了避免这种现象，RACH上的重发必须在一段“随机”间隔后进行，这就需要由参数TX-INTEGER（取值范围：3~12,14,16,20,25,32, 50。根据小区的RACH和AGCH负载来设置）来决定在距上次发送之间的时隙间隔内随机选择发送信息的时隙（即在此规定的时隙间隔内随机选择一时隙进行重发，该参数越大，可供选择的时隙就越多，那么再次碰撞的几率就越小）。

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在经过最大重发次数后，若仍得不到系统的立即指派命令，移动台则返回到空闲状态下。 2． 在系统发生轻微拥塞的情况，我们就可以利用三种不同的方法来控制三种不同的RACH

的业务量负载。

第一种办法是通过减少RACH的重发次数和尽量使重发间隔较远，这种控制模式只能处理短暂的业务高峰或超载的边缘。在存在系统干扰的地方进行RACH重发很重要，即使在干扰不明显的地方，因为MS发出的RACH请求也有可能由于无线信号的多径效应而丢失，建议在业务量很大的微蜂窝和出现明显拥塞的小区，重发次数设为1，业务量一般的小区可设为2或4，若重发次数设的过大，在一定程度上将浪费系统的资源。

二是当目前网络无可指派的信道时，就可以通过发送给移动台一条立即指派拒绝（immediate assignment reject）的 报文来拒绝移动台的信道申请，从而在系统规定的时间内（T3122）禁止移动台接入网络，通过这种机制可防止在系统无资源的情况下用户频繁的发送信道请求的消息来无谓的增大网络RACH和PAGCH信道的负荷（一般T3122设为10s，SDCCH信道的业务量很大时可设为30s），当信道的业务量较轻松时该定时器应尽量的小一些，否则这会大大增加系统的业务时间，这将在用户侧会感觉网络质量的下降。一种比较常见的情况是，当用户发起呼叫后但有时却会很快的返回到空闲模式下，当用户重新拨叫时会在一段时间内拨打不出去，这就是系统启用了立即指派拒绝限时所产生的影响。

第三种办法是利用限制用户接入类别来控制网络的拥塞，这是最有效但也是一种损害用户权益的办法，因而不建议使用。在GSM的机制中，它将其所有的用户分为15个类别（该类别的定义被网络运营商直接写在了SIM卡中），分别为C0~C9与C11~C15，其中前10个级别被随机的平均的分配给普通用户，C10用于紧急呼叫允许。当必须要用此办法来降低业务量时，可随意由BSC来决定任意一种被禁止的用户类别如类别1或2等，通过这种措施可使业务量统计的降低10%、20%…等，除了特殊情况如需紧急呼叫等属于禁止类别的移动台不能接入网络，但为公正起见如系统过载持续的时间较长，BSC必须定期改变允许接入的类别集（这种处理必须要很小心，因为所有等待位置更新的移动台都要将在它们的类别被允许时试图接入，系统必须要有处理这个业务高峰期的能力）。但为了避免在拥塞情况下阻塞特殊类别的用户，因而为非常重要的GSM用户定义了后5个级别，限制类别的消息可通过BCCH的系统消息来向小区内的用户来广播，该参数为notallowedaccessclasses（在任何情况下都不允许接入的用户级别）及accessclasscongestion(发生拥塞时允许接入的用户级别)。

二、 初始信道的分配

当BTS对移动台的信道申请正确的解码后，它将通过一条信道需求（channel required）的报文来发送给BSC，该报文包含重要的附加信息和由BTS对传输延时（TA）的估计（这一指示对启动定时提前控制很重要）。如BSC收到此消息时，将为该次请求选择一条相应的空闲信道，并通过向BTS发送一条信道激活（channel active）的报文来将相应的地面资源（传输电路等）激活，BTS侧在准备好后将返回一条信道激活响应（channel active ack）的报文来答复BSC，如BSC收到BTS的激活响应后，将会在AGCH信道上发送一条立即指派（immediate assignment command）的报文,在该指示中包含有对已分配信道的描述、初始的时间提前量TA及初始的允许发射最大功率及移动台在随机接入时信道请求消息的消息字段、及BTS收到信道请求时的TDMA帧号和跳频表等消息。如BSC发现无可激活的信道时，就会发送以上提到的一条立即分配拒绝消息来答复移动台 ，拒绝的原因有如MSC话务关闭、无线资源缺乏、TA值超出界限、信道激活无应答、BSC话务超载等。为了提高AGCH信道的效率，在GSM中引入了立即指派扩展（immediate assignment extended）的报文格式，在这种报文中有两个分配命令来对应两个移动台的信道请求，而在立即指派拒绝扩展的报文中，最多可携带有对

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四个移动用户的拒绝消息。

当收到立即指派拒绝消息后，对应其最后三次信道请求之一（包括重发消息），移动台将停止T3120的计时，并启动T3122（在它所指定的时间内，MS不许接入网络），并返回空闲模式守侯在寻呼信道上，直到T3122逾时，移动台方可进行新的连接尝试。反之当移动台收到立即指派消息后，MS将收到的分配指令与自身发出的信道请求的所存储的消息字段及相比较看是否是分配给自己的，对应其最后三次信道请求之一（包括重发消息），移动台将停止T3120的计时，并切换到所分配的信道上，然后它使用包含信息字段的SABM（设置异步平衡模式），来建立主信令链路。

问题研究：值得注意的是，立即指派命令可能出现在51复帧的任何CCCH消息块内，这就需要MS在发送信道请求后监视全体CCCH块，即对整个寻呼子信道的消息都要进行解码，来保证及时获得网络的应答（在处于空闲模式下时MS仅收听属于它的寻呼子信道的消息，即处于不连续收听状态）。

还应注意的一种情况是，当系统对移动台的信道申请反应较慢时，以至于不可避免的导致移动台的重发，由于系统无法知道一条信道申请的报文是否是上一次的重发，所以可能再次甚至多次的发送给该移动台立即指派命令的报文来给移动台指派信道。移动台将使用它所解码的第一条立即指派的报文中所指派的信道，其它的将被当作无效，但规范规定移动台必须接收对最后三条信道申请的报文的网络应答。这种情况被称为是重复分配，当网络的重复分配次数较多时且产生了CCCH信道的拥塞，可通过减少移动台的重发次数，或降低T3101的时间等办法来解决，该措施可以防止浪费系统资源。

三、 初始化报文

当MS收到立即指派命令后，就将它的收发配置调整到指定信道上来，按照BSC指定的TA值和初始化最大发射功率（为BCCH系统广播消息中的参数msTxPwrMaxCCH所定义的）开始传输信令。MS在所分配上的新的SDCCH/TCH信道上所做的第一件事情是发送一个SABM帧建立异步平衡模式（服务接入点类别SAPI=0），用于建立证实模式下的信令消息连路层连接。在GSM规范中SABM带有一条信令报文即“初始化报文”，该消息中包含着第三层业务请求消息。在标准HDLC协议中，SABM帧除了携带链路层所必须的消息外并不含有其它消息，GSM与标准不一样的原因是因为这是为了对MS接收正确性的确认，当两个MS同时发送报文内容完全一样的信道请求时（这种概率在高负载时是存在的）此时BSS只会应答其中之一，而此时两个MS却都可响应到同一专用信道上，BTS在收到SABM帧后就会不经过任何修改向MS发一个内容与初始化报文完全一样的UA帧（无序号证实），如MS收到的UA帧的信息与SABM帧发出的不一样，它就放弃这个信道，开始重新接入过程，只有核对一致的MS留在这个信道上。

根据产生信道申请的原因不同，有四种不同的信令报文可用做初始化报文分别是CM的业务请求（呼叫建立、短信息、附加业务管理等）、位置更新请求（正常位置更新、周期性位置更新、IMSI附着）、IMSI分离及寻呼响应。但所有这些报文都包括移动台的身份、更详细的说明接入的原因及移动台类标classmark(用来指示移动台的一些关键特性如传输功率等级、加密算法、短信息能力及频率容量)。

一旦BTS收到了一条初始化报文它会同时向BSC发出一条建立指示（establish indication）的报文。BSC收到建立指示消息后,就会向MSC发出三层业务请求消息（complete layer3 info.）的报文，用来申请与MSC建立SCCP层连接,该消息中带有申请CM业务的原因如移动主叫、

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紧急呼叫、位置更新及短消息业务等；并带有密钥序列号；带有该MS的一些物理消息如发射功率等级、支持加密算法否、伪同步的能力及短消息的能力等，并有该MS的识别号。在MSC收到此消息后，即向BSC发出connection confirmed消息，若无资源则发出SCCP refused消息，至此接入过程结束，MS与MSC 之间的信令链路已经建立，MSC已经能够控制RR管理的传输特性，BSS处于监视传输质量和随时准备切换的运行状态。在下面的信令流程中网络就可以根据需要来判断是否触发鉴权加密过程了。

问题研究：在立即指派的过程中，BSC还要触发一个T3101的定时器，该定时器在BSC

向BTS发送信道激活（channel active）的报文启动，在收到BTS发出的建立指示（establish indication）时，将该定时器复位。该定时器逾时一般是由于重复分配(double allocation)或上下行链路存在干扰的原因，通过经验值，系统平均有30%左右的信令资源会被MS所发送的第二次RACH信息所占用，因而该定时器越长，系统无效占用的时间也就越长。为了优化信令资源的使用，当通过OMC-R原始报告发现重复分配较多时，应适当减小该定时器，BSC发送信道激活和收到建立指示的最小时间间隔是600ms，最长的情况为1.8s,建议在信令资源较紧张且重复分配现象较严重的地区将T3101设为3s.

图示 立即指派过程

第三节 鉴权加密过程

GSM系统一个显著的优点就是它在安全性方面比模拟系统有了显著的改进，它主要是在以下部分加强了保护：在接入网络方面通过AUC鉴权中心采取了对客户鉴权；在无线路径上采取了对通信信息的保密；对移动设备通过EIR设备识别中心采用了设备识别；对客户身份识别码IMSI用临时识别码TMSI保护；SIM卡用PIN码保护。

一、 鉴权加密过程的三参数组

客户的鉴权加密过程是通过系统提供的客户三参数组来完成的，客户三参数组的产生是在GSM系统的AUC鉴权中心中完成。每个客户在GSM网中注册登记时，就被分配一个客户电话号码（MSISDN）和客户身份识别码（IMSI）。IMSI通过SIM写卡机来写入客户的SIM卡中，同时在写卡机中又产生了一个对应此IMSI的唯一客户鉴权键Ki，它被分别存储在客

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户的SIM卡和AUC中，这是永久性的信息。在AUC中还有个伪随机码发生器，用于产生一个不可预测的伪随机数RAND。在GSM规范中还定义了A3、A8和A5算法分别用于鉴权和加密过程。在AUC中RAND和Ki经过A3算法（鉴权算法）产生了一个响应数SRES同时经过A8算法（加密算法）产生了一个Kc。因而由该RAND、Kc、SERS一起组成了该客户的一个三参数组，传送给HLR并存储在该客户的客户资料库中。一般情况下，AUC一次产生5组三参数传送给HLR，HLR自动存储。HLR可存储10组三参数，当MSC/VLR向HLR请求传送三参数组时，HLR又一次性的向MSC/VLR传送5组三参数组。MSC/VLR一组一组的使用，当用到剩两组时，就回再向HLR请求传送三参数组。

在下面的流程中我们会比较详细的看到参数的传递过程。

二、 鉴权过程

正如上一节所讲到的，当MSC与BSS的SCCP层建立起来之后，就可以来决定是否触发鉴权加密过程。而判断是否进行鉴权过程的关键在于查看网络一端所存储的上一次业务处理所使用的该移动台的Kc值是否与本次接入中移动台所存储的Kc值是否一致，若一致则可越过鉴权过程直接利用该Kc值来参与加密过程，若不一致，则需通过鉴权过程来算出新的Kc值。由于需要保密的缘故，因而移动台不直接通过无线路径来向网络发送Kc值进行验证。所以在这里我们引入了一个Kc的序列号码的概念，在规范中被称为CKSN（密钥序列号码），该号码是移动台在上一次接入网络时，由MSC/VLR提供的，并通过鉴权请求报文发送给移动台的，并于计算出的Kc一同存储在SIM卡中，同时也存于MSC/VLR中。当MS初始接入时，通过SABM帧的初始化报文业务请求字段把CKSN的消息一起送到MSC/VLR中，MSC/VLR将它与上一次使用的CKSN号进行校验，如果不一致，则在加密之前要进行鉴权过程，若CKSN=0则表示没有分配KC。

MSC/VLR会向移动台发送一条鉴权请求（Authentication request)的报文来触发鉴权过程，这是一条DTAP信令消息。系统在鉴权请求消息中包含一个随机数（RAND）和CKSN号码，RAND共128bit，SIM卡上的用户密钥Ki与这个随机数经GSM规范的A3算法，产生一个32bit的应答数SRES （与此同时MS还要将Ki和RAND再通过A8算法得出一64bit的Kc，并将它保存在SIM卡内，以后按系统指令决定是否激活加密传输），MS再通过一条鉴权响应（Authentication response）报文将SERS送回系统。因Ki值作为用户数据存在VLR或HLR中，在系统一侧也会进行与MS相同的A3和A8算法，产生一个SRES数和Kc存在VLR中，系统则会将这两个SRES值相比较，若相同则鉴权成功允许接入网络，之后MSC将继续触发加密过程；若不同则鉴权失败，系统会拒绝MS的继续接入。此时鉴权过程结束。

一般在MSC/VLR和HLR/AUC都可执行A3和A8算法，但MSC/VLR算起来比较麻烦，而HLR/AUC存有Ki值算起来简单的多而且可以很好的解决保密性和漫游的的问题，但却增加了HLR至MSC的信令量，因而每次计算，HLR/AUC都会将这三个结果值送到MSC/VLR中，即RAND，SRES和KC，以被选用。

三、 加密过程

当鉴权过程结束后，此时MSC会向BSC发一条加密命令（BSSMAP Ciphering Mode Command）的消息，在该消息中包含着密钥Kc，BSC接着会向MS发出加密命令（RR Ciphering Mode Command）来通知MS进入加密模式（这时基站也进入解密的模式下 ），MS收到该指令后就会转入加密模式的发送与接收，并向系统发出发出加密完成（RR Ciphering Mode COMPLETE）消息，此时该报文已经是加密的了。是否采用加密由系统决定，产生加密码的

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算法称为A5算法，它是利用移动台和网络都同意的Kc（64比特）值和当前脉冲串的帧号码（22比特）进行计算的，以产生一个114比特的加密序列来和突发脉冲的114比特的信息位进行异或操作。网络在上行链路和下行链路使用两个相同的加密序列，对于每一个突发，一个序列用于移动台内的加密并作为BTS中的解密序列，一个序列用于BTS的加密并作为移动台的解密。

四、 TMSI重新分配过程

在鉴权加密过程完毕之后，系统要向MS发出CM SERVICE ACCEPT消息或TMSI 的重新分配命令（TMSI reallocation command）的报文.

当移动台在定位区内第一次注册时，就会将一个TMSI分配给移动台，当移动台离开这个定位区时释放这个TMSI。当MS收到TMSI 的重新分配命令时，它将在存储器内存储收到的TMSI和LAI，并向网络发送TMSI再分配完成（TMSI reallocation complete）的报文。MSC对所收到的位置更新请求（location update request）的答复即位置更新接受（location update accept）的报文可以在TMSI再分配完成之后发送也可以同TMSI 的重新分配命令组合在同一个报文中发送。

若在网络中由移动台提供的TMSI，无法被系统所识别（如此时数据库发生故障），则移动台需提供其IMSI。此时在TMSI再分配程序启动之前应先启动识别程序来向移动台请求提供其IMSI号。

识别程序是通过向移动台发起识别请求（identity request）消息，在收到该消息后，移动台发起识别响应（identity response）消息来向网络提供其IMSI号码。在此程序完成之后，系统再根据其需要来进行鉴权加密和TMSI再分配过程。

问题研究：使用TMSI的目的是为了尽量减少在空中接口上使用IMSI，TMSI是由LAI和临时分给指定用户的一组数字组成（TIC），大多数无线接入是在MS已经注册的LAC中进行，因此TIC就足以对应一个MS，而LAI是一个隐含值，只有MS在一个新的定位区的一个小区内必须完成位置更新尝试时时才要使用完整的TMSI。TMSI是由MSC/VLR管理，当MS首次在一个LAC中注册时才分配给它，并在离开该LAC时注销，TMSI的注销是自动的，当MS收到新的TMSI时自动取代原TMSI 。

TIC长为4个字节，而IMSI由15个数字组成（可被编码为包括长度指示的9个字节），在允许TIC单独使用时，TIC长度较短可以节约无线信道的频谱。尤其对于寻呼消息，如果使用TIC，可以用一条消息最多寻呼4个移动台。

第四节 位置更新

一、 位置区的概念

为了确认移动台的位置，每个GSM PLMN 的覆盖区都被分为许多个位置区，一个位置区可以包含一个或多个小区。网络将存储每个移动台的位置区，并作为将来寻呼该移动台的位置信息。对移动台的寻呼是通过对移动台所在位置区的所有小区中寻呼来实现的，MSC不可能对它所控制区域内的所有小区一起进行寻呼，因为MSC往往无法处理这样大的寻呼负

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荷。该位置区的标识LAC码将在每个小区的广播信道上的系统消息中发送。

图示 位置区的登记

位置区的大小在系统中是一个相当关键的因素。在做网络规划时，对位置区的划分相当重要，如果位置区的覆盖过小，则移动台发生的位置更新过程将增多，从而增加了系统中的信令流量。反之，若位置区的覆盖过大，在它其中登记的用户越多，则网络寻呼其中任一个

移动台时，同一寻呼消息将在该位置区的所有小区中一起发送，这样将导致寻呼信道的负荷过重，同时也增加了Abis接口上的信令流量。

由此可见，对位置区的优化相当的重要。在划分过程中，应在保证不会产生寻呼负荷之下尽量保证位置更新次数最小，因为作为网络运营商，如果系统出现频繁的位置更新只能导致白白的浪费掉我们可贵的网络资源，而不会增加任何收入。

二、 正常位置更新流程（越位置区的位置更新）

当移动台由一个位置区移动到另一个位置区时，必须进行登记，也就是说一旦移动台发现其存储器中的LAI与接收到当前小区的LAI号发生了变化，就必须通知网络来更改它所存储的移动台的位置信息。这个过程就被称为位置更新。

我们首先考虑处于开机空闲状态下的移动台，当它在同一位置区内移动时，若此时发生了小区重选，当移动台的服务小区发生改变时，移动台并不会把该变化通知网络。也就是说在移动台仅发生了小区重选而没有进行位置更新时，网络并没有参与此处理过程。而在重选前后的两个小区不属于同一个位置区时，移动台一定要把该位置区的变化来通知网络，这在移动通信中，被称为“强制登记”。

从网络对位置更新的标识不同来分，即广义的来分位置更新可分为正常位置更新（即越位置区的位置更新）、周期性位置更新（对应T3212到时）和IMSI附着（对应用户开机）。而具体的来分是根据看该位置更新程序是否属于同一个VLR，是否需要IMSI号参与，可分为以下几种位置更新。

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（一）、同一个VLR不同位置区的位置更新（INTRA VLR LOCATION UPDATE）

这是最简单的一类位置更新过程，在该过程中不需要移动台提供IMSI号码，只在当前所在的VLR中进行，而不需通知HLR。

在初始化过程中，移动台在向网络发送的SABM帧携带的初始化报文中注明接入原因是位置更新请求（MM LOCATION UPDATING REQUEST），在该报文中携带有该移动台TMSI和LAI号码且注明是正常位置更新，若MSC收到此报文时，将此报文发给VLR，VLR将更新移动台的位置消息存储新的LAI号码，并根据需要向移动台发一个新的TMSI号（也可在TMSI 重新分配命令中不携带TMSI号，此时移动台还将使用以前的TMSI），在收到移动台的TMSI重新分配完成后，则向移动台发位置更新接受的消息（LOCATION UPDATE ACCEPT），此后释放信道位置更新结束。

（二）越VLR间的位置更新，且发送的是TMSI号码

若移动台进入一个小区后发现它所存储的LAI号与当前的LAI号不一致，则将其旧的LAI号和存储的TMSI号在位置请新请求中通过MSC发送给VLR。当VLR发现其LAI号不是自己的，则会根据旧的TMSI和LAI号码导出前一个VLR的地址，并向其旧的VLR启动一个请求IMSI和鉴权参数的发参数操作（MAP_SEND_IDENTIFICATION），该旧的VLR就会向其新的VLR回发有关该移动台的IMSI和鉴权参数。如果由于种种原因新的VLR无法获得IMSI，该VLR就会向MS发出识别请求（identity request）的报文，请求MS提供其IMSI号码。在VLR获得IMSI号码后，将向MS的HLR发出更新位置的消息，在此位置消息中，提供有MS的标识和相关信息以便HLR查询数据和建立路径，HLR收到此消息后，如果该新的MSC/VLR有正常的业务权限，则HLR将存储当前的VLR号码，并向旧的VLR中发出删除位置消息（MAP/D_CANCEL_LOCATION），在旧的VLR收到该消息后将删除该MS的所有信息，并向HLR发回删除位置确认(MAP/D_CANCEL_LOCATION_RESULT)的消息。在新VLR侧将继续完成鉴权加密和TMSI重新分配的过程，当此过程完成后HLR通过发起插入用户数据的消息（MAP_INSERT_SUBSCRIBER_DATA）的报文，将向该VLR提供它所需的用户信息，其中包括鉴权参数等信息，当收到VLR的响应时则向该VLR位置更新确认的消息。

（三）越VLR间的位置更新，且发送的是IMSI号码

该位置更新过程同上，而且要简单一些，因为它是直接通过IMSI号向HLR申请鉴权参数的。

问题研究：越VLR位置更新的漫游问题

当HLR收到VLR向其发起更新位置消息时，如果允许MS漫游，HLR将回发更新位置确认消息，其中含有HLR号码。若不许MS漫游，HLR则给出此MS标明不许漫游，若给VLR发出不许漫游的消息，VLR则删除所有的MS数据且向移动台发出位置更新拒绝的消息。若MS标志不允许漫游且该移动台未激活呼叫前转，则HLR将闭锁MS的来话呼叫；若激活此业务，则HLR将入局的呼叫接至所要求的地方。此时若是MS主叫，则按不认识的移动用户处理。被漫游限制的移动台将在其漫游区域不停的去做位置更新，虽然网络将一直的向该移动台发出位置更新拒绝的消息，但位置更新拒绝所限制的时间（T3211，时间为15秒）逾时后，移动台会继续去做位置更新尝试，直到发现一个允许漫游的位置区。

三、 IMSI 附着和分离过程

IMSI的附着和分离过程就是在MSC/VLR中用户记录上附加一个二进制标志，IMSI的附着过程就是置标志为允许接入，而IMSI的分离过程就是置标志为不可接入。

当移动台开机时需将自己已开机的状态通知给网络，这个通知过程是通过向网络发出一

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条“IMSI的附着（IMSI ATTATCH）”的报文来通知网络它目前的状态已发生改变，当网络收到此指示时就会在系统数据中注明当前的用户状态，以便当该移动台的寻呼消息到来时，网络可发起寻呼该移动台的程序。

若移动台开机后发现它所存储的LAI号与当前的LAI号一致，则进行IMSI附着过程，它的程序过程同INTRA VLR LOCATION UPDATE基本一样，唯一不同的是，在LOCATION UPDATING REQUEST的报文中注明位置更新的种类是IMSI附着，它的初始化报文含有移动台的IMSI号码。

当若移动台开机后发现它所存储的LAI号与当前的LAI号不一致，则执行正常位置更新过程。

当移动台想关机时，它会定义通过一个按键触发IMSI分离过程，在此过程中，仅有一条指令从MS发送到MSC/VLR，这是一条非证实的消息，当MSC收到IMSI的分离请求时，即通知VLR对该IMSI作上“分离”的标志，而HLR并没有得到该用户已脱离网络的通知。当该用户被寻呼，HLR将向该用户所在的VLR要漫游号码（MSRN），此时就会通知该用户已脱离网络，便不会执行寻呼程序，而直接对该寻呼消息进行处理（treatment）,如放“用户已关机”的录音等。在MS发出此消息后就自动将RR连接放弃。

问题研究：IMSI附着和分离允许（ATTATCH-DETACH ALLOWDE，ATT） 参数ATT用来指示移动台在本小区内是否允许进行IMSI附着和分离的过程。0表示不允许，1表示移动台必须启用附着和分离的过程。

在同一位置区的不同小区该参数的设置必须相同，因为移动台在该参数设为1的小区中关机时启动IMSI分离过程，网络将记录该用户处于非工作状态，并拒绝所有寻呼该用户的请求。若移动台再次开机时处于同它关机时同一位置区（此时不触发位置更新）但不同的小区，而该小区的参数ATT设为0，此时移动台也不启动IMSI附着的过程，在这种情况下，该用户无法正常成为被叫直至它启动主叫或位置更新过程。

四、 周期性位置更新过程

当出现以下情况时，网络和移动台往往会失去联系：第一种情况是如果当移动台开着机而移动到网络覆盖区以外的地方（即盲区），此时由于移动台无法向网络作出指示，因而网络因无法知道移动台目前的状态，而仍会认为该移动台还处于附着的状态；第二种情况是当移动台在向网络发送“IMSI分离”消息时，如果此时无线路径的上行链路存在着一定的干扰导致链路的质量很差，那么网络就有可能不能正确的译码该消息，这就意味着系统仍认为MS处于附着的状态；第三种情况是当移动台掉电时，也无法将其状态通知给网络，而导致两者失去联系。当发生这几种情况后，若在此时该移动台被寻呼，则系统将在此前用户所登记的位置区内发出寻呼消息，其结果必然是网络以无法收到寻呼响应而告终，导致无效的占用系统的资源。

为了解决该问题，GSM系统就采取了相应的措施，来迫使移动台必须在经过一定时间后，自动的向网络汇报它目前的位置，网络就可以通过这种机制来及时了解移动台当前的状态有无发生变化，这就是周期性位置更新机制。在BSS部分，它是通过小区的BCCH的系统广播消息，来向该小区内的所有用户发送一个应该做周期性位置更新的时间T3212，来强制移动台在该定时器超时后自动的向网络发起位置更新的请求，请求原因注明是周期性位置更新。，移动台在做小区选择或重选后，将从当前服务小区的系统消息中读取T3212，并将该定时器置位且存储在它的SIM卡中，此后当移动台发现T3212超时后就会自动向网络发起位置更新请求。与此相对应的，在NSS部分，网络将定时的对在其VLR中标识为IMSI附着的用户做

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查询，它会把在这一端时间内没有和网络做任何联系的用户的标识改为IMSI分离（IMSI DETATCH），以防止对已与网络失去联系的移动台进行寻呼以导致白白浪费系统资源。

周期性位置更新是网络与移动用户保持紧密联系的一种重要手段，因此周期性位置更新越短，网络的总体性能就越好。但频繁的位置更新有两个负作用：一是会使网络的信令流量大大增加，对无线资源的利用率降低。在严重时将影响MSC、BSC、BTS的处理能力；另一方面将使移动台的耗电量急剧增加，使该系统中移动台的待机时间大大缩短。因而T3212的设置应综合考虑系统的实际情况。

周期性位置更新的信令流程同正常位置更新的信令流程是一致的。 问题研究：

T3212的单位是0.1个小时。当该地区业务量较小，信令流量较低时可设置该值较小（如8、18等）；当该地区的业务量很大，信令负荷很高时应适当提高该值。当将该值设为0时则表示该小区无需位置更新。但该值的设置应小于网络对在其VLR中标识为IMSI附着的用户做查询周期的值，因为可能会发生这种情况，该移动台在一定时间内未做任何操作，而它的周期性位置更新又未到时，而网络因查询到它未做任何操作就会将其IMSI的标识改为关机状态，这样网络就不会处理对该移动台的寻呼了。

当移动台做小区选择时，将该服务小区的T3212存储在SIM卡中，当发现该值超时后，即触发位置更新程序。当移动台在不同位置区内做小区重选时，因为这对应一次位置更新，因而移动台就会去采用新小区的T3212值且从0开始计时。当移动台做一次呼叫处理时，也会将T3212置位。当移动台在不同位置区内做小区重选时，如该两小区的T3212一样（例如都为20），则会根据上一次的计时值继续计时，如上次T3212的状态是2/20（2为目前的计时时间，20为T3212的值），当小区重选后还是2/20；如两小区的T3212不一样（设A小区是20，B小区是8），当移动台在A中的状态是2/20，当重选为B时就会变成2/8，此时当它再重选为A时就会变成14/20。从这种情况我们可以看出，设目前的计时时间为T1，T3212为T0，即定时状态为T1/T0，若A小区T0-T1（距位置更新的时间）大于B小区的T0，则重选到B小区状态应为(T0b-T’)/T0b，其中T’为(T0a-T1a)/T0b取余数；若A小区的T0-T1小于B小区的T0，则则重选到B小区状态应为[T0b-（T0a-T1a）]/T0b。

第五节 MS主叫过程分析

设一个移动台处于开机并且处于空闲状态，若它要建立与另一用户的呼叫（在此以与一个PSTN用户的通信过程为例），在用户看来他只要输入另一个用户的号码，再按发送键，移动台就开始启动程序直到电话拨通。其实移动台和网络需经过许多步骤才能将呼叫建立起来

一、 呼叫建立过程

移动台首先需建立一个与MSC的主信令链路，并要进行鉴权加密及TMSI重分配的过程，详细过程见第二节和第三节的内容。

（一） 被叫号码分析过程

在以上过程完毕以后，此时移动台才进入呼叫建立过程。首先将由移动台向网络发出一个启动（SETUP）的报文，该消息包含着被叫号码和所需业务等许多内容（对于数据业务这种说明可以比较长而且详细，对于补充业务还可以包含各种附加的信息），此时MSC就能够根据它来进行呼叫接续。当MSC收到SETUP消息，就要将该消息通过向其VLR发送出局呼

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叫消息（SEND_INFO_FOR_O/G_CALL）,VLR在收到该消息后，根据其在位置更新过程中从HLR获得的该用户数据消息，来分析被叫的号码（在VLR中有各种号码分类的信息，它会检查看是否有指向该号码的能力）和主叫用户本身的能力（根据主叫用户原来注册的业务是否支持本次呼叫的所需业务，如在拨打国际长途时则看是否有国际长途受限），以及网络本身的资源能力等等）核对是否能接纳这种需求，若某些项目不能通过，则向MS发出释放完成（RELEASE COMPLETE）的消息，呼叫建立就此失败，以后MS再将底层的连接释放掉，然后转入空闲状态；若可以通过VLR则向MSC发回完成呼叫能力查询（COMPLETE_CALL）的报文。当MSC收到此确认后则向MS发出呼叫继续（CALL PROCEEDING）的消息表示主叫用户的呼叫请求已经通过了核对，呼叫正在进行之中。

（二）话音信道指派过程（接续分配）

在MSC向MS发出（CALL PROCEEDING消息后，它就要根据业务请求，

BSCBTS/MS Auth Response Alerting(ACM)ConnectConnect-Acknowledge Timer between messages图示 呼叫建立过程

来激活后续分配，即分配给用户TCH话音信道的流程。此时，MSC要向BSC发出指派请求（ASSIGNMENT REQUEST） 消息，在此消息中将含有所请求信道的类型等内容来要求BSC来给此次呼叫分配TCH话音信道。

BSC在收到MSC的信道请求后，如果发现有TCH信道资源的话就会向BTS发出请求激活TCH信道（Channel Activation for TCH）的消息，来激活相应的地面资源，该消息发出的也会启动本身的一个计时器，若该BTS将电路等资源准备好后，就会向BSC发出信道激活响应（channel activation ack）的报文。若此时BSC已无资源则向MSC返回无资源（RESOURCE FAILURE）的消息，而系统允许排队（要根据BSCQUEUEINGOPTION所指示的方法有ALLOWED/MSC 决定、FORCED/是由O&M驱使的、NOT ALLOWED）的话，则BSC向MSC发出排队指示（QUEUING INDICATION）的消息，并将指派请求消息放入队列同时打开T11定时器，如定时器超时则向MSC发出清除请求（CLEAR REQUEST消息）。其中立即指派请求，BSC内切换，BSC间切换是不许排队的，仅TCH资源请求（即指派请求和小区内部切换）允许根据内部优先级的的指示来按优先顺序给相应的请求分配在规定时间内被释放

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掉的信道，若排队长度或等候时间超出要求则请求将被拒绝。

在BSC收到BTS发出信道激活响应（CHANNEL ACTIVATION ACK）的报文后，就按照BTS所提供的该信道的物理信息将它放在指派命令（ASSIGNMENT COMMAND）的消息中（该消息中包含着信道类别如话音/数据的指示，信道的速率和类别及话音解码算法和透明传输指示时器，分配优先级以及CIC电路识别码）通过SDCCH信道发给MS。

在MS收到基站发来的ASSIGNMENT COMMAND消息后，将会就将收发信配置调整到该TCH信道上，通过FACCH信道（此后传递信令，将都采用该信道形式，其实它就是利用的TCH信道，唯一不同是将TCH突发脉冲的标识位由0改为1，这种形式被称为偷帧）向系统发出SABM消息，系统在收到该消息后，会向BSC发出ESTABLISH INDICATION（建立指示消息），同初始分配信令信道一样，需系统再发回一条UA的证实帧。

当MS收到UA帧后将通过FACCH信道向系统发出分配完成（ASSIGNMENT COMMPLETE）消息，若因无线接口失败、无线接口消息失败或因干扰和硬件问题无法识别指派信息等原因MS无法占用该指定的信道，MS就会向系统发出ASSIGNMENT FAILURE（指派失败），若因干扰等原因MS未收到系统发给它的指派命令或系统未收到MS的响应导致在BSC未收到MS返回的消息，则系统将该信道释放掉。

在BSC收到分配完成的信令后，一方面向MSC发出指派完成（ASSIGNMENT COMPLETE）消息，一方面向BTS发出无线信道释放（RF CHANNEL RELEASE）消息，要求将以前占用的SDCCH信令信道资源释放掉，当BTS完成了信令信道的释放后，将发给BSC一条信道释放完成（RF CHANNEL RELEASE ACK）消息，BSC收到此消息后就认为该信道已返回到空闲状态下，该资源可以用于分配给新的信道请求。

图示 业务信道指派过程

问题研究：

1、 针对不同的用处，GSM分别有三种分配信道的程序。分别是初始化信道分配、接续

信道分配、切换信道分配。

 初始化信道分配：是用于MS与网络之间建立信令的传输所必须的，如处理位置更

新的需求等。在建立信令传输过程中，系统也可首先选择给它分配TCH信道，这被称为过早分配（VEA）；若首先选择给它分配SDCCH信道，在需要时才分配TCH信道，这被称为预分配（EA）；若首先选择给它分配SDCCH信道，当在被叫端发回连接消息（CONNECT）时，才分配TCH信道，这被称为停止广播建立呼叫（OACSU），在当前阶段我们采用的是EA分配模式。在初始化分配中，若使用了EA分配模式，当无有可用的SDCCH信道时，也可给该信道请求并根据该请求的优先级来直接分配TCH信道，来替代SDCCH信道完成信令消息的传送，但应注意用TCH信道来传送信令是相当浪费的（因为一个TCH信道相当于八个SDCCH信道），当这种情

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况相当严重时，应及时增加SDCCH信道以满足网络的需要。

 接续信道分配：这对应于在本节中所讲到的内容，当利用初始分配的信令信道完成

鉴权加密过程后，若该次通信有传递话音或数据的请求时，则触发接续信道的分配来分配一个TCH信道。

 切换信道的分配：该分配用于在呼叫过程中，由于切换的需要来申请网络给它一条

信道。在该分配中根据是通过SDCCH过程中的切换或是在TCH过程中的切换，来分配相应的信道。

2、小区内部切换过程和该指派过程的程序是一样的，只是报文的名称不同而已。 和立即指派过程有些类似，当在MS 的指派过程中，BSC将触发一个T3107的定时器，该定时器在BSC向BTS发送指派命令（ASSIGNMENT COMMAND ）的报文启动，在收到BTS发出的指派完成时（ASSIGNMENT COMPLETE ）时，将该定时器复位。该定时器逾时一般是由于无线链路覆盖很差导致的，当此定时器逾时后，将认为移动台已脱网，则将占用的该资源释放掉让给其它的移动台。通过经验值，一般信道的指派过程将在2秒中完成，如在两秒中BSC仍未收到指派完成消息，则该指派过程失败。但有时网络质量很差需重复发某些消息，此阶段则可延长至5秒。一般来说，当该小区的话务负荷很重，则可将该定时器设为2~5秒。若较为空闲，则可将该定时器设为10秒。

（三）、呼叫连接过程

当收到BSC发回的指派完成消息后，MSC在向被叫端送出初始化地址I AM消息（该报文中含有可用于被叫接续的消息，通过它来建立与被叫网络之间的路由），不用很久就会收到被叫端网络发回的有关呼叫建立的报告，若成功MSC则会收到ACM（地址完成）消息，如果因某种原因（如对端占线或线路拥塞等等）呼叫建立失败，主叫MSC则会收到被叫端发出的RELESASE（释放）消息。

此时如果MSC收到被叫端发回的ACM（ADDDRESS COMPLETE 地址完成）消息后，它的反应是将ALERTING（待命）消息发给该MS（该消息可由MS翻译成回铃音），该消息属DTAP消息类别，若被叫不应答而主叫也没有终止的动作，经过一定的时间，网络端会终止呼叫或可执行无应答转移。。

如此时被叫摘机，MSC会收到被叫端发回的ANSWER（应答）消息，此时主叫与被叫之间的链路接通，MSC将发给MS一条CC协议中的CONNECT（接通）消息，MS收到该消息后将停止待命指示，接着向系统返回CC协议中的CONNECT ACKNOWLEDGE（接通确认），当系统收到此消息时，就开始记费。如被叫端是数据设备，在收到SETUP指示后可直接进入CONNECT 状态。这时呼叫建立过程完毕，双方进入通话或传送数据业务阶段。

二、 呼叫释放过程

若主叫先挂机时，则MS利用FACCH信道向MSC发出Disconnect(拆线)消息，在MSC收到该消息后，则向被叫端发出释放消息 来通知对方通信终止，端到端的连接到此结束。但至此呼叫并未完全结束，因为系统与MS之间仍需保持一定的任务，如送收费指示等，当系统认为与MS之间的连接已无必要时，则向主叫端MS发出RELEASE（释放）消息，在MS收到该消息后会向系统发出RELEASE COMPLETE（释放完成消息），表呼叫已结束。同样当由被叫先挂机时，也会向主叫端发出RELEASE的消息，MSC在收到该报文后，将向主叫MS发出DISCONNECT的消息，当为非正常结束时，该报文还进一步指出了非正常结束的原因。

在MSC收到MS的释放完成（RELEASE COMPLETE）消息后，则向BSC发出清除命令（CLEAR COMMAND）的报文消息来释放所有信令链路.，在该消息中携带着此次呼叫清

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除的原因，例如，因切换完成而清除还是因位置更新完成而清除等等，。当由于是无线接口消息失败，无线链路失败或因设备故障等原因导致呼叫进程非正常性释放而向系统发出清除请求（CLEAR REQUEST）消息。

BSC收到该命令后，一方面向MS发出释放信道（CHANNEL RELEASE）的消息，表示将所有底层链路释放掉要求MS返回空闲模式下，同时将T3109定时器启动。移动台收到该命令后，就要拆除上行信令链路（即停止发送上行方向上的SACCH随路信令的测量报告），当它发现下行链路已被拆除后，即发现BTS的无线链路超时值（RADIOLINKTIMEOUT）已变为0时，将向BTS发送DISC消息,表示无线链路已拆除,MS已返回到空闲状态下，BSC收到后，将向MS发出UA的证实。当BTS发现上行链路已被拆除后，将向BSC发出释放指示（RELEASE INDICATION）消息来向BSC报告这一事件。

为了保证上下行链路都能及时的拆除，在BSC向MS发出CHANNEL RELEASE消息要求拆除上行链路的同时，随后它还要向BTS发出去活SACCH（Deactivate SACCH）的报文消息来，将要求释放下行的随路信令（即要求停止双方之间的信令联系）。BTS在收到此消息后，将停止传输下行链路的SACCH帧，从而使移动台的的下行链路故障计数器在一给定的时间后不可避免的降为0。当BTS开始执行停止SACCH下行链路的系统消息后，即向BSC发出去活SACCH响应（Deactivate SACCH ACK）消息。

BSC收到RELEASE INDICATION消息后,将定时器T3109复位,并启动定时器T3111, ,随即并向BTS发出RF CHANNLE RELEASE(此时将T3111复位)要求释放TCH资源(此时才释放物理信道资源是为了给呼叫重建留有时间)当收到BTS返回的RF CHANNLE RELEASE ACK消息时,BSC就认为该信道资源已空闲可用于再分配了. 此时它还要将向MSC发出CLEAR COMPLETE消息,表无线链路已清除完毕.

MSC收到此消息后,则会通过发RLSD和收RLC来完成对SCCP连接的释放.到此该信令流程已彻底完毕.

图示 通信信道释放过程

第六节 MS被叫过程分析

一、 查询过程

当主叫端信令链路建立起来之后，主叫端将把初始化地址消息（IAI）发送给其关口局MSC（GMSC），因为在该IAI消息中含有被叫用户的MSISDN，GMSC就可以根据其MSISDN号码分析出其被叫归属HLR的七号信令识别号，于是GMSC就可向该HLR发出一条送路由消息（SEND_ROUTING_INFORMATION）的报文，HLR收到该消息后，将检查用户的记录，然后根据记录内容采取不同的步骤并给GMSC相应的应答。

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其一：在正常的情况下，HLR在这时只知道该用户目前所在VLR的部分识别号（如CCS7地址或通用的标志）。为了能使该呼叫获得到达该MSC的最终路由信息，HLR将向被访VLR发送一条提供漫游号码（PROVIDE ROAMING_ NUMBER）的报文，该报文中含有用户的IMSI等信息，来请求VLR给该次呼叫提供一个MSRN号码，当被访MSC/VLR收到此消息后，将从空闲号码中选择出一个漫游号码，并将其同IMSI临时联系起来，并通过回送漫游号码结果（PROVIDE_ROAMING_NUMBER_RESULT)的报文将分配给该次呼叫的MSRN号码发换给HLR作为应答。当HLR收到被访的VLR提供的MSRN后，将以一条回送路由信息结果（SEND_ROUTING_INFORMATION_RESULT）的报文将消息转到发起呼叫的GMSC。此时GMSC就可以通过获得的MSRN号作为地址来找到被访的VLR并向其发送初始化地址消息IAI，当被访MSC收到该消息后可通过MSRN从其存储器记录中中恢复该移动用户的IMSI，来进行寻呼该移动台的过程。当呼叫完全建立起来后，就可以释放该漫游号码以供其它用户所使用。

其二：通过被叫VLR发回的消息指示，若被叫用户记录被设置为闭锁全部来话（BAIC）或闭锁漫游情况下的来话（BIC_roam）且目前该用户正处于漫游中。此时HLR将对该呼叫进行处理（放相关录音等）。

其三：用户记录被设为无条件前转（CFU），HLR将该转移号码发回到原GMSC再由GMSC分析此号码来重新定义路由。

其四：当该呼叫不可及即没有该用户目前所在的VLR号码，而且又没有设置呼叫前转，此时将给GMSC发回出错的消息（ERROR）。

二、 寻呼过程

当被叫MSC收到GMSC发来的IAI消息后，将向其VLR发送一条入局呼叫消息（SEND_INFO_I/C_CALL）,VLR在收到该消息后，来分析被叫的号码（在VLR中有各种号码分类的信息，它会检查看是否有指向该号码的能力）和网络本身的资源能力等等来核对是否能接纳这种需求，若某些项目不能通过将通知主叫端呼叫建立失败。在正常的情况下VLR将向MSC发送寻呼（PAGING）的MAP消息，该消息中含有该移动台所在的位置区（LAI）以及被寻呼用户的IMSI或TMSI的号码，来通知MSC开始执行寻呼该移动台的过程。

当MSC从VLR中获得移动台目前所处的位置区后，将向这一位置区中的所有BSC发出寻呼（PAGING）的报文，该报文中含有寻呼所需的必须发寻呼消息的小区列表及TMSI和IMSI信息，其中IMSI有两个用处，一个是可以用来通过小区的寻呼信道来寻呼移动台，一个是为了处理不连续接收所所被用来确认寻呼子信道的。

BSC将对依据表中所定义的该位置区的所有小区发出寻呼命令（PAGING COMMAND）在该报文中将含有所属寻呼子信道组的号码和所占用的时隙号（通过IMSI号码的后三位、寻呼子信道总数和该小区用于寻呼时隙的总数计算所得）。

当小区收到该寻呼命令时，将该寻呼所属的寻呼子信道上发出寻呼请求消息（PAGING REQUEST），在该消息中携带有被寻呼用户的IMSI或TMSI号码。

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此时，被叫移动台若在其守侯的寻呼子信道上，通过对寻呼消息的解码，若发现是对自己的寻呼，则将发出信道请求（channel request）来触发初始化信道分配过程（详见第二节），当收到网络对它的立即指派命令时，则通过SABM帧在所被指派的信道上发回寻呼应答（PAGING RESPOSE）的初始化报文。此后再通过一系列的鉴权加密，TMSI重新分配过程，就进入了被叫的呼叫建立过程。

图示 寻呼

三、 被叫的呼叫建立过程

当MSC完成了对移动台的TMSI重新分配后，就会向移动台发一条启动（SETUP）的消息，其中包括了呼叫所必须的细节（如请求的业务类别和主叫号码等），被叫移动台收到此消息后，则将该消息进行核实，如果移动台能处理主叫请求的业务类别，就返回一条呼叫核准（CALL CONFIRMED）消息，在该消息中，还将携带着移动台选定的参数，如移动台可选用哪一种速率的信道（全速率TCH及半速率TCH）和选定的业务类别。

当MSC收到呼叫核准的消息后，将向BSC发起指派请求，来给被叫用户分配话音信道。指派过程完成消息后，被叫移动台将向网络发出待命（ALERTING）的消息，此时被叫移动台将出现震铃提示，MSC在收到该指示后，则向主叫方发出地址完成的消息（ACM），主叫端在收到该消息后也会将该提示发给主叫用户。

此时，被叫用户在听到提示，作应答后，即将发送给MSC一条接通（CONNECT）的消息，MSC在收到此消息后接通全部传输链路，用户端到端的传输正式建立。

问题研究：

1、寻呼请求报文种类：

为了与寻呼所用的识别符大小相适配，GSM将寻呼报文分为三类，分别称为PAGING REQUEST TYPE1、TYPE2和TYPE3。TYPE1能携带两个任意种类的识别符（即可承载两个

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IMSI）；TYPE2能承载两个TMSI和一个任意种类的识别符；TYPE3可承载4个TMSI。 2、寻呼重发：

为了防止移动台可能在一次寻呼内没能对给它的寻呼消息准确解码，或 做信道 请求时，由于种种等缘故也没有被网络所解码，造成寻呼失败，因而GSM引入了寻呼重发机制。在北电小区参数中，提供了三个参数控制呼叫重发，分别是noOfRepeat(基站对移动台的寻呼消息的重发次数)、delayBetweenReTrans（同一寻呼命令的两次重发之间相隔的寻呼子信道周期）、retransDuration（同一寻呼命令的首次发送和末次发送所间隔的最大寻呼子信道块数）。在设置此类参数时应注意不要造成，用户很快挂机后的二次寻呼。典型的重发次数是3次。

3、 呼叫转移对路由的影响

在补充业务中对呼叫路由影响最大的要算呼叫转移的功能，有许多的原因会引起呼叫转移，其中分为无条件前转（CFU）、遇忙前转（CFB）、呼叫不可及前转（CFNRc）、呼叫无应答前转（CFNRy），系统对它们的处理办法也是不一样的，下面让我们具体讨论一下其路由选择的过程。

（1）无条件前转（CFU）

当GMSC向HLR发路由请求消息(SEND_ROUTING_INFORMATION)后，如HLR发现该用户有无条件转移的功能后，将在回送路由结果消息(SEND_ROUTING_INFORMATION_RESULT)直接把该转移号码发回到原GMSC再由GMSC分析此号码来重新定义路由。 （2）遇忙前转（CFB）

当GMSC通过从HLR中得到的被叫的漫游号码MSRN找到VMSC/VLR后，却发现被叫用户正忙，且有遇忙转移CFB的功能，则由其VMSC/VLR完成该转移号码的呼叫转接，送至第三方。当未发现有CFB的功能时，将直接对该呼叫进行处理（如发用户忙的录音等）。此时并不执行寻呼过程。

（3）呼叫不可及前转(CFNRc)

该功能要根据网络端如何判断被叫不可及的方法，其处理的办法也不同。

一种情况是当被叫用户最后一次在某地理区域进行位置登记时没有成功，在HLR中记录了这种情况，已经知道无法接到该移动用户，于是就可以自己做出呼叫不可及前转的判决。 另一种情况是当HLR中没有这种登记时，呼叫仍按正常的过程进行，直到MSC对该用户进行寻呼，而在规定的时间内没有得到用户的发回的寻呼响应（PAGING RESPOSE），则判定该用户不可及，而MSC则将该呼叫前转。这种情况发生的原因很多，一种原因是在该用户进入了盲区或移动台掉电，此时因VMSC对IMSI附着的用户还未做定期的查询，因而无法判断该移动台的状态，而导致对它们的寻呼失败。还有一种原因是该移动台正在LAC边界进行着频繁的位置更新活动而无法去响应寻呼或当去申请信道时因网络无信道资源或指派不成功，而导致寻呼超时。

还有一种情况是该移动用户关机造成的（IMSI分离），由于这种标志是在VLR而不是在HLR，因而由此引起呼叫前转只能由VMSC/VLR发起。 （4）呼叫无应答前转（CFNRy）

当VMSC对该用户寻呼成功，而且被叫端向系统发回了待命（ALERTING）的消息，但在系统规定时间内，被叫用户并没有应答，即回发连接（CONNECT）消息，而且VMSC发现该用户激活了呼叫无应答前转的功能，则由此引起呼叫前转。

在此大家应值得注意的是，在激活呼叫转移功能后，对于主叫用户只收取GMSC以内的路由的费用，而对于被叫用户却不同了，因为他将要承担第二路由的费用，假如被叫用户在国外而前转的对象在国内，这时原来一次国内通信可解决的问题，将变为两次国际呼叫。为

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了避免该问题的发生，在这种情况下最好设为无条件前转。 4、 呼叫等待（CW）和呼叫保持（HOLD）： 在补充业务中，GSM有一个呼叫等待的业务。当MSC收到主叫端对它发来的IAI消息后，当发现被叫用户正在进行另一个通信时，且该用户激活了呼叫等待功能，则MSC则可跳过寻呼过程及移动台和MSC之间低层的建立过程，将利用它们之间已存在的信令方式，直接移动台发出SETUP的报文。如当激活了呼叫保持功能后，就可在两者之间切换通话。

当遇忙前转（CFB）和呼叫等待同时被激活时，当另一个呼叫到来时，也会先启动呼叫等待的业务，当再有一个呼叫到来时才启动呼叫遇忙前转的业务。

第七节 无线链路控制

一、 无线链路故障

当移动台在通信过程中语音或数据恶化到不可接受，这是由于系统存在干扰或接收电平很低，导致移动台无法正确解码网络的发送来的信息，且无法通过功率控制或切换来控制时（既所谓的无线链路故障），当出现这种情况时移动台或者启动呼叫重建，或者强行拆链。由于强行拆链实际上引入了一次掉话的过程，因而必须保证只有在通信质量确实无法接受时，移动台才认为是无线链路故障。因而GSM规范引入了一个无线链路超时的概念（RADIOLINKTIMEOUT），该值也可在小区参数中设定，在BCCH和SACCH携带的系统消息中发送给移动台。

当移动台收到该参数后时，就将其内部计数器S的初值设为所定义的值。若移动台在通信过程中在应该收到SACCH（它在移动台处于专用模式下时，携带有系统消息）而无法译出一个正确的SACCH消息，S则减1，反之，则加2，但S值不可超过无线链路超时的值，当S计到0时，移动台则报告无线链路失败。

当该值设置较小时，在移动台的接收电平由于地形等原因突然衰落很大时，很容易产生掉话，从而影响了网络的质量，损害了用户的利益。但当该值设置很大时，尽管话音质量早已不能接受，而网络却只能等到无线链路超时时，才能释放相关的资源，从而使资源的利用率变低。因而在设置该参数时，应注意实际的情况。一般在业务量较小的边远地区可将该值设的大一些，而在业务量较大的地区可设置的小一些。但在存在明显盲点的小区应将该值适当增大。

在对无线链路故障的监测过程中，应注意保持对上下行的控制应一致，即基站一侧和移动台一侧应保持对无线链路故障的算法一致。

在观测无线链路超时时，MS和BTS都在观测链路的失败情况， （一）、移动台首先发现下行链路故障

MS负责监测下行的无线链路超时（通过，在系统消息中获得的无线链路超时值，当MS收到该值时，则按照该值置位，若不正确译码SACCH的系统消息一次，则将该值减一，若正确收到一次，则将该值加二，最大值不能超过无线链路超时值；当MS发现该值变为0时，则将认为下行无线链路失败。此时MS将会根据SACCH的系统消息中是否允许呼叫重建的指示，来决定是否进行呼叫重建，若允许的话将向BTS发出信道请求的消息channel request,若不允许则MS转入空闲的模式下）； （二）、BTS首先发现下行链路故障(此为北电网络的设计)

BTS负责监测下行的无线链路超时情况，它的无线链路故障的计数器CT应与MS保持一致，当BTS收到BSC发来的信道激活时，则将本身的计数器置位为0，当开始收到SACCH发来的测量

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报告时，则将该计数器置位CT=RLF1*4+4（此时CT值应等于无线链路超时值），当无法正确译码一次MS发来的SACCH的测量报告时，则将该计数器CT = max(0,CT–rlf3)，当正确译码一次后则将该计数器CT=min(4*rlf1 + 4,CT+rlf2)。其中RLF1、RLF2、RLF3为小区参数，如当无线链路超时值为20个SACCH测量周期时，RLF1为4，RLF2为2，RLF3为1。

在不正常释放的情况下当BTS发现该值变为0时，则将向BSC发出 CONNECTION FAILURE INDICATION的消息，当BSC收到该消息后将定时器T3109置位（系统设置T3109是为了给移动台留出呼叫重建的时间，因而该值必须大于无线链路超时的时间，设无线链路超时的时间为20个SACCH报告的周期，大约10秒左右，这是由于移动台须用大约10秒来判断下行无线链路超时，大约用5秒来测量它的邻小区的情况，而后将发起呼叫重建的请求）。当T3109等待的时间超时后，将向MSC发出CLEAR REQUEST（在该消息中携带有不正常释放的原因）的消息，当MSC收到该消息后则向BSC发出CLEAR COMMAND的指令，要求释放无线资源，当BSC收到该指令后，将直接完成向BTS发出RF CHANNLE RELEASE要求释放TCH资源，当收到BTS返回的RF CHANNLE RELEASE ACK消息时,BSC就认为该信道资源已空闲可用于再分配了. 此时它还要将向MSC发出CLEAR COMPLETE消息,表无线链路已清除完毕.）。

二、 呼叫重建

呼叫重建程序是允许移动台在无线链路失败后，来重新恢复连接的一个过程，呼叫重建可能会建立在一个新的小区或新位置区上。

在无线环境下，一条连接很有可能突然中断，这可能是由于桥梁、建筑物、隧道等障碍物给移动台造成的严重传播损耗，当采用该机制后，移动台便可利用另一小区在很短的时间内继续通话，在某种程度上可改善网络的服务质量。可以认为呼叫重建是一种移动台发起的切换，但只限于对当前小区丢失的呼叫来用于挽救切换的一种极端情况。

呼叫重建根据首先察觉无线链路失败的实体不同，将会导致两个不同的建立程序。 1、 MS侧首先察觉无线链路失败

移动台将在被选中的小区上（可能是原小区，也可能是新小区）发送一个呼叫重建的请求。以前的信道资源将在BTS侧的定时器rlf1超时后被BSC释放掉。 2、 BSS侧首先察觉无线链路超时

在BTS侧的定时器rlf1超时后，BTS将发送一个无线链路故障的消息到BSC。此后BSC将释放掉旧的无线资源，同时MSC将激活定时器T3109来等待移动台的呼叫重建。而后移动台通过一段时间的观察，当检测到无线链路失败后，它就会通过来选择一个合适的邻小区，并在选中的小区上发出信道请求。

如果要想一个小区支持呼叫重建，那么小区参数callReestablisment必须要设为“allowed”，而且该小区不能是被禁止的（cell barred）。

移动台最多在5秒钟之内应该根据以下算法来决定在哪个小区上进行呼叫重建 1、 根据在SACCH上携带的邻小区的BA表（频率分配表），来测量服务小区和邻小区的BCCH

载波的接收电平，并根据5秒的测得的平均测量样本值来选择一个接收电平最高的小区作为呼叫重建的目标小区。

2、 在该频点上，移动台将试图去解码BCCH数据块所携带的影响小区选择的系统消息，当该

小区未被禁止、C1值大于0并且允许呼叫重建时，将选择该小区。否则，将选择次强的小区进行重试以上的步骤。

3、 当接收电平最强的6个小区都被尝试但都不合乎条件时，则放弃该次呼叫重建。

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应注意，在呼叫重建期内，移动台无法回到空闲模式下，因而当移动台选择了一个位置区不同的小区作为呼叫重建的目标小区时将无法执行位置更新，只有当该次呼叫结束后移动台才能进行位置更新。

一般情况下，呼叫重建程序将持续4~20秒的时间，多数用户在重建完成前都已挂机，因而呼叫重建非但达不到目的还浪费了许多无线资源。因而建议在信道资源较紧张的地区，最好不要激活该功能。

第八节 切换

在移动用户通话过程中为了使呼叫建立在最好的小区中以及为了使呼叫不至于掉话，就引入了切换的概念。换句话说切换就是为了维持移动台从一个小区移动到另一个小区使通话能继续进行，以及满足网络管理的需要。触发切换的原因、切换的准备和判决及切换的执行等是一个十分复杂的过程，下面就让我们具体的研究一下切换的过程。

图示 切换过程

一、 切换过程

整个切换过程将由MS、BTS、BSC和MSC共同完成，MS负责测量无线子系统的下行链路性能和从周围小区中接收信号强度这些。BTS将负责监视每个被服务的移动台的上行接收电平和质量，此外它还要在其空闲的话务信道上监测干扰电平。BTS将把它和移动台测量的结果送往BSC。最初的评价以及切换门限和步骤是由BSC完成。对从其它BSS和MSC发来的信息，测量结果的评价是由MSC来完成。

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二、 切换准备

（一） 测量报告

在通信过程中，系统对切换的判决取决于移动台定期对网络发送的测量报告（该测量报告是移动台在处于专用模式下时通过上行的SACCH信道来向系统报告），以及基站对上行链路的测量报告，这两份测量报告将同时送到BSC中进行判决。在SACCH信道的下行方向上，它负责向处于专用模式下的移动台来发送系统消息，其中有本小区和邻小区的参数设置情况。移动台就根据系统提供的这些信息，在通信过程中要向网络汇报本小区的接收电平和信号质量及TA值、功率控制和是否使用DTX的情况，此外还要对系统所定义的供该小区切换的邻小区来进行预同步并测量它们BCCH频点的接收电平。除空闲帧外，移动台要对所有的帧进行测量。空闲帧用于对最佳小区进行搜索，用于同步邻小区的FCH并解码SCH。上行方向上移动台将把在本测量周期内，它所测得的本小区的情况以及接收电平最强的六个邻小区通过上行的SACCH信道上报给系统。系统将根据这些情况来进行切换判决。

（二） 测量报告的周期

根据MS在专用模式下所占的信道不同，SACCH测量报告的周期也就不同。 当SACCH 测 量报告伴随SDCCH信道时，由于一个完整的SACCH的

消息块是2个 51复帧，即为470ms。当SACCH 测量报告伴随TCH信道时，由

于一个完整的SACCH的消息块是4个26复帧，即为480ms。这是由于四个SACCH的突发脉冲才能组成一个完整的消息，也就是一个完整的测量报告，而在SDCCH信道时，这四个突发脉冲是连续发送的（两个51复帧拥有8个SDCCH信道的测量报告）；当在TCH信道时情况就不一样了，SACCH的突发脉冲不是连续发送的，在每个26复帧只有一个SACCH的突发脉冲，因而只有当收集了4个26复帧时才能构成一个完整的SACCH的测量报告。 还应注意的是，上一章提到过无论是否采用不连续发射DTX时，测量报告都有两个值，一个是全局测量（FULL），一个是局部测量（SUB）。局部测量是对12突发脉冲进行平均的（4个SACCH突发脉冲，8个特定位置的TCH突发脉冲），全局测量是对100个TCH的突发脉冲进行平均的（即4个26复帧中的4个空闲帧除外）。

（三） 测量报告的处理

基站要将自己对上行链路的测量报告，以及收集到的移动台的关于下行链 路测量报告进行处理。它要将从中获得的信号电平（RXLEV）、信号质量（RXQUAL）、时间提前量（TA）的测量样本值，再根据相关的参数设定值（参加算术平均的样本值、参加加全平均的样本值来进行算术平均和加权平均。系统将在设定的时刻（参与的样本数目）来运行相关的判决（是否执行电平切换、是否执行质量切换及是否执行距离切换等）。

（四）邻小区的预同步

在通信过程中，移动台为了和其邻小区建立起预同步切换关系而必须要根据服务小区下行SACCH携带的系统消息的指示去收听其邻小区的标频（预同步切换用于在发生不可避免的切换时，移动台可以接入被指派的信道）,标频是携带着小区的同步和频率校正信道的，移动台检查它接收的信道确实是标频信道的一种办法就是确认这个频率是否携带着一个FCCH。预同步要求移动台不仅要对其邻小区的FCCH解码而且要对带有TDMA帧号和BSIC号的SCH来解码，而移动台如何来找到FCCH，如何来对SCH解码呢？

移动台只有通过在其TCH复帧的空闲时隙才有时间来解译其邻小区BCCH标频的信息。实际上，在数据交换过程中移动台接收的末尾和发送开始这个时间间隔内（大约为1ms），它可用来测量本小区的接收电平和信号质量，但没有足够的时间来测量邻小区的电平；在移动台从发送的末尾和接收的开始这个时间间隔内（大约2ms），它不仅可以用来测量本小区的接收电平和信号质量，还可以来测量邻小区的电平，但还是没有时间来找到FCCH；在TCH的

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26复帧的结构中总有一个空闲帧，移动台就可以利用属于它的这个空闲时隙的长间隔内（大约6ms）来进行FCCH和SCH的解码，但在这个时隙内并不一定能找到邻小区的FCCH信道，这就是26和51两个数的算术特性介入的地方，因为这两个数没有公因子，两个周期随时间推移而循环移动，可使空闲时隙百分百能在11个循环内与FCCH对准。当SACCH伴随着SDCCH信道时，虽然它此时的周期也是51复帧，但是应注意分配给移动台的SDCCH信道只占这51复帧的1/8，因而它的空闲时隙很多，必定能和其邻小区同步上。

（五）移动台列入邻小区表的小区应满足的条件

当基站收到移动台关于其邻小区的报告后，它会根据其参数定义情况来检查该邻小区是否满足条件，其公式如下：

RXLEV_NCELL（n）>rxLevMinCell(n)+MAX(0,Pa) Pa=msTxPwrMaxCell (n)- msTxPwrMax

其中RXLEV_NCELL（n）是该邻小区的接收电平，rxLevMinCell(n)是邻小区的最小接入电平，msTxPwrMaxCell(n)是允许移动台在邻小区专用信道上发射的最大功率，msTxPwrMax是移动台在服务小区专用信道上的最大发射功率。单位：dBm。

在这里rxLevMinCell(n)、msTxPwrMaxCell(n)都是由服务小区中的切换小区参数定义的，系统在专用模式下通过SACCH的系统消息来通知移动台的，只有当移动台测量所得邻小区的接收电平符合该条件时，才将该小区列入切换候选小区表。在定义rxLevMinCell(n)时，一定要保证它比服务小区的最小接入电平（rxLevaccessMin）要大出一些，来使切换的成功率提高。定义Pa的目的是报证仅当低功率的移动台的接收电平足够高时方可接入其邻小区，来使通话的质量尽量好一些。

问题研究：BSIC对切换的影响

当移动台收到SCH后，即已认为同步于该小区，但为了正确译出下行公共信令信道上的信息。移动台还必须知道公共信令信道所采用的训练序列，训练序列有八种固定的格式，分别与BSIC中的BCC（0~7）一一对应。因此，SCH信道中携带的BSIC的作用还有通知移动台它的服务小区公共信令信道所采用的训练序列号。

由于BSIC参与了随机接入信道RACH的译码过程（BSIC用来参与生成RACH上的随机接入突发脉冲的36比特的信息位），因此它可以用来避免基站将移动台发向其相邻小区的RACH误译为被小区的接入信道。

BSIC还可以使移动台能区别出用相同频率发送它们定标信道的小区。两个具有相同频点和相同BSIC的小区之间相隔的距离一定要尽量的远，否则将对系统产生很大的干扰。在移动台在向系统汇报的测量报告时，将向网络报告信号最好的6个邻小区的情况，而移动台是根据从收听系统得来BSIC和频点来区分其不同的邻小区并与其实现预同步的，在测量报告中也仅通过所描述的BSIC和频点的不同以区分其邻小区的是什么。因而当有一与服务小区的邻小区具有相同BSIC和频点的小区在该服务小区的信号足够好时，就会被在该服务小区中的移动台认为是其邻小区的信号，于是当由此引起的发生切换时往往就会导致失败和掉话，这也被称为是“孤岛效应”。

三、 触发切换的原因

为了满足使移动台在各种条件下都能及时的发生切换，以保证移动用户通话的始终能够顺利进行，因而这就需要根据情况不同来使移动台进行相应的切换。基本触发切换的原因有功率预算切换、救援性电平切换、救援性质量切换、距离切换和话务切换。下面我们分别介绍一下各种触发切换的原因。 1、预防性功率预算切换：

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为了使移动用户将通话永远建立在接收电平最高的小区上，当移动台穿过两小区的边界时，当BSC根据移动台的测量报告发现某邻小区的接收电平满足一定的要求，就将触发到该小区的功率预算切换。由于该原因触发的切换的优先级是比较高，正常的话，功率预算切换应占到切换总数的50%以上，仅当没有出现满足该切换条件的小区，网络才会考虑触发其它类型的切换。

其公式如下：

PBGT (n) – hoMargin (n) > 0

其中：PBGT = RxLev_NCell(n) – [RxLev_DL + nPb ] + Pa

nPb = bsTxPwrMax – bsCurrentTxPwr

Pa = Min (msTxPwrMax, MSTxPwr)– Min (msTxPwrMaxCell (n), MSTxPwr)

其中RxLev_NCell(n)是移动台测得的其邻小区的接收电平；RxLev_DL也是移动台测得的服务小区的下行接收电平；bsTxPwrMax是基站的最大允许发射功率，它也是在小区参数中所定义的；bsCurrentTxPwr是基站在使用功率控制后当前的发射功率；MSTxPwr是移动台的额定最大发射功率，在移动台与网络试图建立通信时，它将通过初始化报文以类标（classmark）的形式来通知网络.

当满足该公式且PBGT（n）最大的邻小区将被选为切换的目标小区，在这里面有一个切换容限（hoMargin）的概念，它也是在该服务小区的邻小区切换参数中定义的。GSM把它引入的目的是为了增加切换的难度，来预防当服务小区的接收电平和其邻小区的接收电平差不多时所引起的乒乓效应，即在两小区中来回的频繁切换。但该值不能设置过高，以防引起切换滞后降低切换效率。由于hoMargin的定义是针对邻小区的，它可以按一对小区独立设置，这样就可有目的的来调整话务负荷，如当A、B小区相邻时其中A小区为高话务，B小区为低话务，我们就可以通过降低从A到B的切换容限，并提高从B到A的切换容限来平衡话务分配。这种做法，实际上相当于降低了A小区的覆盖范围，并拉大了B小区的覆盖范围。

2、 救援性电平切换：

在小区切换参数中定义了上下行电平切换门限值，当BSC从移动台和基站的上（下）行测量报告中发现上（下）行接收电平值低于参数所定义的上（下）行电平切换门限值（该门限在设置时应比小区的最小接入电平高），此 时它将从移动台关于邻小区的测量报告中来找一个最合适的邻小区来作为目标小区来触发切换，若没有邻小区符合条件，那么很容易导致掉话现象的出现。

在该切换中，其邻小区的接收电平应满足比该服务小区的接收电平大出 一定的值，该值被称为救援性电平切换容限（hoMarginRxLev），采用该算法 的目的也是为了避免不必要的救援切换所引起的乒乓效应。在郊区，由于基站较少，覆盖大，故容限要降低以使救援切换及时发生；相反在基站较密集的地方，应提高该值，以避免乒乓效应并同时缩短切换的反应时间。由于救援性电平切换是发生在没有合格小区作功率切换的区域，因而该容 限值应比功率预算切换的容限值小一些，以便救援性电平切换可以被触发。

3、 救援性质量切换：

原理同上，当BSC从移动台和基站的上（下）行测量报告中发现上（下）行的误码率过高，且高于低于参数所定义的上（下）行质量切换门限值。就 会触发救援性质量切换。

针对该种切换，也有一个救援性质量切换容限值（hoMarginRxQual），对该值的设置应宽松一些，只要目标小区的信号电平不是比当前小区差很多，就应鼓励进行切换，以尽量改善正在进行通话的质量。

4、 距离切换：

为了达到控制某基站覆盖的范围，可以考虑通过激活距离切换的功能。当BSC发现移动台所汇报的TA值大于其规定的门限后，即可触发距离切换。当激活距离切换后，应注意当定

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义的引起切换的TA值较小时，将会引起频繁的乒乓切换，如当因为距离原因切入某小区后，可能又会由于功率预算或电平切换又切回该小区。 距离切换容限（hoMarginDist），一般来说可设置的小一些，可为负数，来保证及时的切换。

5、 话务切换

在呼叫建立阶段，小区首先会分配专用控制信道SDCCH以连通移动台和基站，并进一步分配话音信道TCH以建立通话信道，若此时该服务小区无空闲的TCH，通常会导致因TCH的拥塞而试呼失败。为了充分利用周围的无线资源以减少拥塞，系统提供话务切换功能，既当SDCCH以指派成功，而无空闲的TCH时，则将指派请求通过移动台测量报告的指示来将通话接入到最佳邻小区的空闲话音信道上来，但应注意在激活小区话务切换的功能后，应将排队功能先打开，以给系统充分的时间来选择可供话务切换的邻小区。

四、 切换的种类

根据两个准则，切换的种类可从两个角度来划分。一种可根据定时提前来划分，按照这种准则，切换可分为同步切换和异步切换，它们之间的区别是当为同步切换时，由于新旧小区是同步的，因而可由移动台来计算新的定时提前（在切换命令中有是否是同步切换的指示）；当为异步切换时，则需移动台和新基站同时计算新的时间提前量，并在当移动台收到切换命令并请求接入新基站时，新基站会把它计算所得的新时间提前在物理消息的报文中通知移动

台。

另一种角度是通过交换点的位置不同，广义的分可分为小区内部切换和小区间切换；具体的分可分为小区内部切换、BTS内部切换、BSC内部切换、MSC内部切换、MSC间切换。

五、 切换流程分析

（一）、小区内部切换（INTRA _CELL HANDOVER）

在通话建立阶段，BSC将分析所收到移动台和基站的的测量报告，若通过判决发现到达小区内部切换的门限后，将向BTS发送信道激活的报文（CHANNEL ACTIVE）,来启动小区内部切换的进程，其接续过程同呼叫建立是TCH的接续分配过程是一样的，因为还是在该小区内部来分配TCH资源，当BSC收到BTS发送过来的指派完成（ASSIGNMENT COMPLETE）的报文后，将向MSC发送出切换已执行（HO PERFOMED）的报文，该报文中将含有该切换的类型（如INTRACELL）。此后，BSC将通过无线信道释放（RF CHANNEL RELEASE）的报文将旧的TCH信道释放，BTS收到该指令后，将把旧的TCH资源释放掉，并返回一条确认的消息（RF CHANNEL RELEASE ACK），表该信道已空闲可用于其它的分配了。

问题研究：

小区内部切换的电平门限值要比触发功率控制的门限值低一些，但要比越区切换的门限值高一些。

当干扰只影响某个频点或时隙时，往往这时的话音质量较差而信号的电平较高，这时我们就可通过激活小区内部切换来使它切换到当前小区其它空闲信道上去，这样做可起到改善用户的通话质量的作用，也可起到预防掉话的功能。但当激活小区内部切换后，往往会导致大量的区内切换，加大系统的负荷，因而不建议使用区内切换。而且该小区话务负荷较重，或有指派失败的现象时，一定不能激活小区内部切换的功能。

（二）、BSC内部小区间切换（INTRA_BSC HANDOVER） 当移动台想切入的目标小区是同一BSC下的不同小区时，即将触发BSC内部切换的事件。

BSC将通过报告分析符合切换条件的邻小区组，首先它将尝试切入排在排在第一位邻小

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区（若此过程失败的话，将尝试切入排在第二位邻小区），将发现该移动台切换的目标小区是它所管理的另一小区时，将向目标小区B发出信道激活（CHANNEL ACTIVE）的命令，该报文中含有请求的信道类型和加密算法以及切换参考号等。当B小区已准备好，则向BSC发出信道激活响应（CHANNEL ACTIVE ACK）的报文作为回应。BSC收到该报文后，则将向原小区A发出切换命令（HANDOVER COMMAND）的报文来要求移动台去接入新的小区，该消息中含有在新信道上传输的所有特征信息和移动台接入所需的数据，而且它还指示了该切换是同步切换还是异步切换。

当移动台收到该命令后，通过判别若是同步切换则根据切换命令的指示，在所分配的新的TCH信道上向目标小区B发送几个（一般是四个）切换接入（HANDOVER ACCESS）的请求，然后将采用它的计算所得的定时提前开始正常传输。当切换的目标小区和原小区在同一个基站时，则TA值便可用以前的，若不在同一个基站，这便要归功于移动台的预同步功能了，原TA值再加上本小区与另一个小区的时间偏移量（根据预同步时，移动台所测得的两个小区的传输时间偏移和它们各自的传播时间）就是新的TA值了。在这里还应注意一个问题，切换接入（HANDOVER ACCESS）这一消息通过的是接入突发脉冲（ACCESS BURST）发送的，这是接入突发脉冲用到专用信道上的一个唯一的特例，它仅含有从切换命令（HO COMMAMD）中所获得的8比特的切换参考号，由于该参考号是目标小区已知的，因此新的小区就可以通过该切换识别号来检查是否是期望的移动台的接入请求了。

若是异步切换，当目标小区B的信道被激活后，它将一直在所分配的专用信道上来等候移动台的接入，当它检测到移动台发出的切换接入请求后，一方面向BSC发出切换检测到（HO DETECT）的消息，一方面向移动台发出物理消息（PHYSICAL INFORMATION）的报文来向移动台提供它所计算出的新的定时提前的结果 。在移动台收到目标小区发出的提供定时提前的消息之前，它是一直会向目标小区发出切换接入请求的，同样在目标小区收到正常突发脉冲（NORMAL BURST）之前，它也是会一直向移动台发出物理消息（PHYSICAL INFORMATION）的报文。

当移动台收到目标小区所提供的新的TA之后（若是同步切换，它将用自己的），就会使用该TA值，进入正常传输模式，在新的TCH信道上（此时是NORMAL BURST的形式）向网络发出SABM的报文（该报文我们在此前提到过），若网络收到了该报文，一方面向BSC

发出建立指示（ESTABLISHE INDICATION）的报文，表明数据链路层已建立起来了，一方面向移动台发出UA的响应帧。当移动台收到UA的响应后，它会认为已和该小区建立起了信

图示 BSC内部切换过程

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令的应答模式，此后它就会向目标小区发送一条切换完成的消息（HANDOVER COMPLETE），在该报文中，只有切换完成的指示，并不携带其它消息，只有在该报文发出后，移动台才会放弃会到旧信道的所有可能性。若移动台没有收到目标小区发出的物理消息（PHYSICAL INFORMATION）或UA的响应帧，它就会在该信道上向目标小区发出一条切换失败（HANDOVER FAILURE）的报文，再由原小区考虑是否再进行切换。

当目标小区B收到移动台发出的切换完成的消息后，将再把切换完成的消息通知给BSC。BSC收到该消息后，一方面向原小区A通过无线信道释放（RF CHANNEL RELEASE）的报文通知来它释放旧的TCH信道。当原小区A收到该报告后，将返回一条无线信道释放响应（RF CHANNEL RELEASE ACK）报文，表该无线信道已释放完毕，可用于再次分配了。另一方面，BSC则会向MSC发出切换已执行的报文（HO PERFOMED）通知，该消息中有切换的类型。

BSC内部切换通常是由BSC自动完成，在整个决策过程中都不需要MSC的参与，为了通知MSC已成功的完成了一次切换，一般会向MSC发出一条HO PERFOMED的通知。

注意，若切换的目标小区与原小区不属同一个位置区时，在该次通话完毕后，移动台将马上做一次位置更新过程。

（三）MSC内部BSC间切换（INTRA MSC HANDOVER）

BSC通过对移动台测量报告的分析，若发现切换的首选目标小区属于不在该BSC下时，它将向MSC发出一条切换申请（HANDOVER REQUIRED）的报文，该报文中包含了切换的目标小区组和原小区的小区识别号（CELL ID），以及切换的原因等。当MSC收到该消息后，将尝试切入首选的目标小区，通过查询本端LAC表若发现目标小区的LAC号是自己的，则查询该小区的位置所在BSC，并向新BSC发出一条切换请求的报文（HANDOVER REQUEST），该报文中目标小区和原小区的信息、传输模式（从目前的需要获得，因此可能与原小区连接的特性不同）、加密模式（与以前一样）、移动台类标（CLASSMARK）及所需的信道类别等，当新BSC收到该消息后，首先向MSC发一条SCCP连接的（CC）的确认消息，表示MSC与它的SCCP的连接已建立起来了，此后将通过该路径来传递A接口的信息。若当BSC发现有信道资源，则将通过交换信道激活和信道激活响应两条报文来准备好一条新的TCH信道，目标小区同时也准备好移动台的接入。

当新BSC收到目标小区发来的信道激活响应后，将向MSC发送一条切换请求响应（HANDOVER REQUEST ACK）的报文，在该报文中携带着切换命令的消息,表明本端已经准备完毕，并将与该次切换所分配资源有关的信息发送给MSC。当MSC收到该消息后，将向原BSC发送切换命令（HANDOVER COMMAND），该报文中含有小区号码、信道类型和切换参考等消息。当移动台收到该切换命令的消息后，将根据该消息的指示来试图接入新的小区，此后将进行切换接入过程，当移动台成功的接入后，新的BSC将向MSC发切换完成（HO COMPLETE）消息。当MSC收到该消息后，就会向原BSC发送一条清除命令（CLEAR COMMAND），该报文中含有清除的原因（如切换清除等），当原BSC收到该报文后将释放掉旧的TCH信道后将向MSC发出清除完成（CLEAR COMMAND）的消息。在MSC收到该消息后，将把以前的SCCP拆除掉。于是，本次切换过程完毕。

问题研究：

1、BSC的定时器T7、定时器T8、定时器3103

为了及时了解切换的情况，防止浪费系统资源，BSC定义了一些定时器。

当原BSC向MSC发出切换申请（HANDOVER REQUIRED）时将把T7启动，当收到从新BSC发来的切换命令时（或当目标小区无资源时，将返回一条切换申请拒绝的消息）BSC将把该定时器T7清除。这段时间主要是可以认为是对切换请求的限时。

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当原BSC收到从MSC发来的切换命令时，将定时器T8启动，当收到从MSC发来的清除命令时，将该定时器清除。

T3103在BSC发出切换命令时启动，在收到切换完成时（INTRA BSC）或清除命令时（INTER BSC）清除。该定时器应小于T8。在切换过程中，BSC将按照此计数器来在发起小区和目标小区中同时保留TCH信道的时间。只要该计数器在计时，就会保留两个信道。在最长的切换（INTER MSC）大概有5秒钟的时间，因而建议该值设为5秒，若太长的话将大大浪费系统的资源。

2、切换延迟时间和切换允许重试次数

为了避免乒乓效应，小区中有一个参数定义一段时间，若移动台刚做了一次切换，切入了一个新的小区，在这段时间内将不许进行新的越区功率切换。但一旦起用该参数可能会引起掉话。

在越区切换中，系统首先会选择最佳的邻小区作为切换目标小区，但若失败后，将根据此参数来选择邻小区表中排在第二、第三的小区进行重试。

图示 MSC内部切换过程

（四）、MSC间切换（针对FHASE 2标准）

当MSCA收到BSC的切换申请（HANDOVER REQUIRED）后，通过对报告的分析，若发现切换首选目标小区的LAC号没有在其本地的LAC表中，则会查询其远端的LAC表，该LAC表中含有相邻MSC/VLR的路由地址，当找到后目标MSCB的地址后，则会向该目标MSCA发出切换准备（PREPARE HANDOVER）的消息，并将切换请求（ HANDOVER REQUEST）装到此报文的一个“信封”中。

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目标MSC收到切换准备的报文后，将向其VLRB通过发送（ALLOCATE_HO_NUMBER）来请求分配切换号码，切换号码的分配只是为了使归属MSCA能够建立起来与目标MSCB之间的路由而提供的一个指向，VLRB将选择一个空闲的切换号码（HON）并通过送切换报告的消息（SEND

图示 MSC间切换过程

HO REPORT）将切换号码发送给MSCB，MSCB收到后将返回一个送切换报告响应（SEND HO REPORT）的报文。此后，MSCB将建立一条与目标BSCB的SCCP链路，并向BSCB发出切换请求（HANDOVER REQUEST），再由BSCB将目标小区的信道激活。BSCB在收到目标小区发来的信道激活响应后，将向MSCB发送含有切换命令报文的切换请求响应（HANDOVER REQUEST ACK）。在MSCB收到该消息后，就将该消息同切换号码一同包装在切换准备响应（PREPARE HANDOVER ACK）中发送给归属MSCA。MSCA一旦收到该报文后，就能向MSCB发送通过初始化地址消息（IAM）的报文，在该报文中含有VLRB所分配的切换号码，以使MSCB来识别哪个话音信道是为该移动台所保留的。

在MSCA 收到MSCB发来的地址全（ACM）消息后，便可将切换命令发送给移动台，通知它接入目标小区。此后移动台将完成与目标小区的切换接入过程。在收到移动台发送的切换接入消息后，MSCB将向MSCA发送一条PROCESS ACCESS SIGNING的报文表示切换已检测到。当目标小区收到移动台发回的切换完成消息后，将通知给MSCB，于是MSCB就通过向MSCA发送一条送结束信号（SEND END SIGNAL）的消息，来通知它切换已完成。

在MSCA收到切换完成的指示后，将向原BSCA发送清除命令，来释放旧的信道资源。当释放完成后MSCA将通知MSCB，MSCB并向其VLRB发送切换报告，来请求释放所分配的切换号码。此时已完成MSC间切换。

异常情况是，当MSCB发现无法识别的目标小区、不允许切换到所指示的目标小区、目标小区中无可用的无线信道、VLRB中无可用的切换号码或在出现数据错误时都将向MSCA发出切换失败的指示。从而使MSCA再对次选的小区进行切换，或返回到原来的信道上去。

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问题研究：后续MSC间切换（SUBSEQUENT INTER-MSC HANDOVER）

当MSCB又收到移动台的切换请求，它会首先检查看该目标小区是否属于MSCB。如果属于，MSCB将执行它内部的切换，并在完成切换后通知MSCA。

当MSCB无法识别目标小区时，它将向MSCA发出后续切换请求的消息（PREPARE SUBS HANDOVER），这个消息中含有是切回MSCA还是切向新的MSCC识别。若在MSCA的LAC表和远端LAC表中（有其它MSC的信息）中有该MSC的信息，则在申请新的VLRC提供的切换号码并激活新的MSCC的信道资源后，向MSCB发回后续切换响应，该报文中含有新资源的消息，收到该消息后MSCB将发出切换命令要求移动台接入新的目标小区，在成功接入后，新的MSCC将通知MSCA，并由MSCA来通知MSCB切换已完成。MSCB在收到该消息后，将释放其信道资源。在这时新的MSCC其实已替代了MSCB的角色。

在这里我们注意到一个问题，那就是MSCA的远端LAC表一定要完整，而且在除其相邻的MSC外，还应有尽量多的MSC的信息。打一比方，如一北京的用户由北京一直打电话至上海，那么在北京的MSC则应有沿路所有MSC和小区的数据，否则必然掉话。

第九节 功率控制

一、 功率控制

功率控制是指在一定范围内，用无线方式来改变移动台或基站（或两者）的传输功率。它的目的同不连续发射（DTX）的目的相同，是为了减少整个系统的干扰，提高频谱利用率，并可延长移动台的电池的寿命。当接收端的接收电平和质量很好时，可以适当的降低对端的传输功率，使通信保持在一定的水平上，这样就能减少对周围地区其它呼叫的干扰。

在GSM中，对上行链路和下行链路都可使用分别使用功率控制，而且对每个处在专用模式下的移动台独立进行。规范中，规定上行链路的移动台功率控制的范围为20~30dB，根据移动台的功率级别（目前手持机的功率大部分都属CLASS 4，即最大发射功率为33 DBMS），每一步可改变2 dB。下行链路的功率控制范围又设备制造商来决定。虽然是否采用上下行的功率控制功能由网络运营商来决定，但所有移动台和基站设备必须支持这一功能。

由BSS管理两个方向上的功率控制，在专用模式下的移动台的传输功率是由BSS来决定的，通过基站BTS对上行链路进行的接收电平和接收质量的测量并考虑移动台的最大传输功率，来计算出移动台所需的传输功率，改变移动台功率的命令将同要求的时间提前量值一起在每一个下行的SACCH信息块所带的第一层的报头（LAYER 1 HEADER）传送给移动台。移动台将在它的上行的SACCH第一层报头设置上它现在所使用的功率电平随测量报告将结果发送给基站。该值为上一个SACCH的测量周期的最后一个突发脉冲所使用的功率电平。在下行链路上，将由移动台来测量它对基站的接收电平，再由基站来决定它所需的传输功率，并自动调节。

在移动台同基站的连接开始时，由BSC来选择移动台和BTS的初始传输功率。在初始分配时，移动台根据它在空闲模式时通过收听BCCH广播的系统消息所得到的（MsTxPwrMaxCCH）这一参数，来获得在该小区内的最大发射功率。因而移动台在通过随机接入信道RACH上接入网络时，都是以BCCH上广播的允许的最大发射功率来发送的，当移动台功率低于这一规定值时，将以其最大发射功率发射。但系统也规定在移动台在专用信道上所发出的第一个消息的功率电平也是这个固定值，直到收到在SDCCH或TCH上SACCH消息块所携带的功率控制命令时，才开始收系统的控制。

当移动台开始收到专用信道上的SACCH携带的功率控制消息后，将使用该值进行传输。

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但一条功率控制的消息并不立即使移动台转换到要求的电平，移动台的功率最大变化速度是每60ms以2 dB来变化。这就意味着一个较大的功率跳跃，比如说12dB，在下一条SACCH所携带的功率控制命令到来之前仍不会终止（因为一个SACCH的测量周期为480ms）.

功率控制与切换是两个独立的过程，切换将在功率控制完成之后执行。当该小区只有一个载频时（O1站型），那么将不允许进行功率控制，因为移动台将一在直测量其邻小区的BCCH频点的接收电平。

问题研究：

1、功率控制指示（PWRC）

为了监测无线链路的通信质量和进行功率控制，移动台和基站都必须具备测量功能。但是在测量中可能会遇到一些问题。首先GSM规范允许对跳频使用BCCH载频（不可以在发送BCCH的时隙上）；其次，规范允许对跳频的信道进行下行功率控制；最后，由于移动台需测量邻小区的信号电平，因此含有BCCH信道的载频其功率不允许变化。因而在上述情况下，信道的下行功率控制不能包含该信道在跳频过程中使用的BCCH载频，移动台若按一般的方式测量下行信道电平的平均值，则其测量结果对于功率控制是不准确的，因为该平均值包含了功率不可控制的BCCH载频的下行接收电平。为了减少这一问题对功率控制的影响，要求移动台在跳频过程中计算接收电平平均值时去除从BCCH载频上获得的接收电平值。为了让移动台执行上述操作，系统需设PWRC指示。PWRC用一个比特来表示，当为1时移动台即用上述方法进行测量；当为0时，移动台按一般方法进行测量。

PWRC一般设置为0。仅满足下列两个条件PWRC才置为1，其一系统使用跳频且跳频频率表中含有BCCH载频；其二系统使用了下行功率控制。 2、功率计量单位转换

P (dB) = P (dBW) = 10 log (PW)

P (dBm) = P (dBmW) = 10 log (PmW) P (dB) = P (dBm) – 30

E (dBmV / m) = P (dBm) + 20 log FHz + 77,2

二、 不连续发射（DTX）

1、 DTX概述

在一个通信过程中，其实移动用户仅有40%的时间是在通话，大部分时间都没有在传递话音消息，这样将会大大的浪费系统资源。针对这种情况GSM便引入了这一不连续发射DTX的机制，它通过禁止传输用户认为不需要的无线信号，从而降低干扰电平的方法来提高系统的效率；此外，该机制还能节省移动台的电池，从而延长移动台的待机时间。但在传送数据时，不应使用该功能。

GSM系统有两种传输模式，一种是正常的模式，在这种情况下噪声将于话音具有同样的传输质量。另一种便是不连续发射（DTX）的模式，在这种情况下移动台将仅传送被编码的背景噪音，产生的这种噪声可被称为“舒适噪声”，该噪声是人为制造的，因而是有规律的周期性的产生的，当它被解码时不会让听者感到厌烦，使用它的主要目的是在不需传送话音的情况下，一方面是为了满足系统的测量所必须的，一方面是为了使听者不会误认为连接中断（即掉话）而故意产生的。DTX传输模式仅需要很低的速率就能解决，通过在该模式下的话音流每480ms才传送260比特的编码。而正常模式下的话音流每20ms将产生260比特的编码。

DTX模式和正常的模式是可选的，因为在DTX模式下时会使传输质量少有下降。特别是当通信双方都是GSM的移动用户时，这时由于DTX将会在同一条路径下使用两次，这将

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对通信质量带来比较严重的影响，因此在这种情况下时，一般不允许使用DTX模式传输。

2、 话音激活检测VAD

为了实现DTX这一机制，信源必须能够指示出什么时候要求传输，什么时候不需要。当DTX模式激活时，编码器必须检测出是话音还是噪声，这就用到了话音检测VAD技术。VAD能通过计算某些信号参数并能通过一些门限值来比较出到底该接收信号是话音还仅是噪声。这种判决基于一个能量准则：噪声的能量总是要比话音的能量低。

VAD技术在每20ms的话音块时间内将产生一组门限值，用于判决下一个20ms的话音块是话音还是噪声。但是当背景噪声很高时，噪声信号将被VAD认为是话音来编码发送。

3、 静态描述帧SID

噪声的编码流程同语音信号的流程基本相同，在采样量化后，每20ms将被混合编码器形成一个噪声块。编码后的噪声块，也会象话音块一样生成260比特。这将生成SID帧，SID帧将象话音帧一样经历信道编码、交织、加密和调制，最后，携带有噪声消息的字段，将被在8个连续的突发脉冲中被发送出去。

由于在TCH信道上一个完整的SACCH消息块将有4个26复帧（480ms），为了使对端能够区分出话音帧和SID帧，这8个连续的突发脉冲将被编排在第三个复帧的开头这一固定位置发送给对端。在这480ms的其它时刻，除SACCH时隙外将不携带任何消息。应注意，利用20ms的噪声块编码生成的SID帧将与在它之前和在它之后的SID帧，在一起完成交织过程。第一个SID帧，将与它此前的话音帧和此后的SID帧一起完成交织。

4、 测量方法

DTX 在上行链路和下行链路都可使用，但是它们是毫不相关的两个程序。它们可以各自根据情况由系统参数激活，而不用考虑对方是否激活了该功能。GSM中有两种测量方法：一种被称为是全局测量，该测量是对整个测量周期的104个时隙的电平和质量的平均（4个TCH的26复帧）；一种被称为是局部测量，它是对12个时隙的电平和质量进行测量平均，包括8个连续的TCH突发脉冲以及4个携带着测量报告的SACCH的突发脉冲。为了一致起见无论系统的上下行是否激活DTX功能，基站和移动台都要完成这两种测量方法，由于在BTS 和移动台的的每个SACCH的测量报告都指示了是否应用了不连续传输的模式，根据这一指示BSC来选择是用全局测量还是局部测量来进行判决。

第十节 掉话分析（针对北电）

在网络竞争日益激烈的今天，在用户对网络质量要求愈来愈高的今天，移动通信网络的性能已经越来越被人们所关注，而如何提高它的性能指标，更成为移动通信网络运营商的焦点问题之一。

现在让我们以北电系统为例详细研究一下掉话产生的原因，观察的办法及解决的措施（以下计数器和OMC_R参数均以北电系统为例）。

掉话可分为两种形式,一类是在SDCCH信道上的掉话,一类是在TCH信道上的掉话,SDCCH的掉话是当BSC给移动台分配了SDCCH信道而TCH信道还未分配成功期间的掉话,它记入计数器C1163/x(除了C1163/5、C1163/20）中,而TCH的掉话是当BSC给给移动台分配TCH信道成功直至将TCH信道释放掉,期间内不正常的掉话,它会记入计数器C1164/x （除了C1164/0、1、3、20、28、31）中.

在GSM规范中定义了一个叫RADIOLINKTIMEOUT(无线链路超时)的参数,单位是（个）SACCH测量报告,因为当手机进入专用模式的状态后是通过SACCH信道来传递它的上下行链路信息,在下行信道上它对手机广播系统消息SYSTEMFINFORMATIONTYPE5、TYPE5bis、

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type5ter(主要是邻小区的消息)及TYPE6(主要是服务小区的消息),在上行链路上对BSS发送测量报告消息 (功率控制消息、时间提前量、服务小区的电平、信号质量及邻小区的电平报告),在SDCCH信道和TCH信道上均有SACCH测量报告,在SDCCH信道上一个完整的SACCH测量报告的周期是470ms,在TCH上一个完整的SACCH测量报告的周期480ms.,在移动台侧当丢失一个SACCH报告RADIOLINKTIMEOUT减1，当收到一个SACCH报告RADIOLINKTIMEOUT加2，直至RADIOLINKTIMEOUT减为0时，信道就被释放，就发生了掉话现象，被记入计数器C1163/14，C1164/14。在掉话现象中由于这种原因引起的掉话是最多的，因此，对于某些掉话率较高的基站，我们可以适当提高该值的设置，如可把它设为32（个SACCH测量周期）,一般情况下该值被默认设为20（个SACCH测量周期），当改变该值时还应注意几点要求，一方面，应同时改变相关的参数如RLF1、和T3109，例如当RADIOLINKTIMEOUT设为32时，RLF1应被设为7，T3109值应大于16秒；另一方面，该小区不能为拥塞小区，因为T3109的设置加大会延长无线信道释放的时间。

现在让我们详细研究一下掉话产生的原因，观察的办法及解决的措施。 （一）、由于覆盖原因导致的掉话

1、服务小区由于各种原因（如无线传播环境太好、功率太高）导致覆盖太大将它的邻小区也覆盖在内，也有可能它的邻小区的定向天线（设它为定向小区）方位角有问题或本身就信号太弱，以至于移动台超出了它所定义的邻小区B的覆盖范围之外到达了小区C还占用着原服务小区A的信号，而小区A又未定义小区C，此时移动台再根据原服务小区A提供的供切换的邻小区B进行切换时，就会因找不到邻小区而导致掉话，这种情况一般发生在市区等基站密集的地方；

2、真正没有信号覆盖的地方，比如因基站太少导致覆盖不连续,这种情况现在不多见了； 3、覆盖不够也可能是由于某个小区出现了问题，如可能带有BCCH的载频发生了故障 ； 4、还有一种原因是由于一些高大建筑物所产生的阴影效应而导致移动台信号发生快衰落引起的掉话。

5、丢失邻小区定义或定义不全会导致移动台保持通话在现有小区中，直到超出该小区覆盖边缘而掉话；

对于这些问题我们通过以下措施来解决：

1、先通过话务统计分析文件如北电的CT7200工具，首先确认该小区仅掉话率较高（同时也可能伴有较高的切出失败率），而其他指标一切正常，这是可考虑是覆盖的问题了。

2、通过用户投诉，来查明覆盖不足的地方，看是应该新添基站，是通过别的手段来提高基站的覆盖，如提高基站的最大发射功率，改变天线的方位角（这需要综合考虑频率规划情况，和其他方位的覆盖情况）。

3、通过定期的驱车测试，来找出覆盖不规范的基站。如因覆盖过大而导致掉话的情况，可采用加大它的倾角，降低它的基站最大发射功率（BSPWRMAX）及升高它的最小接入电平（RXLEVACCESSMIN）。

4、如果掉话率突然上升并且本站其他指标全部正常，检查相邻小区此时是否工作正常（可能下行链路发生故障，如TRX，分集单元，及天线出现问题，若是上行链路故障则会导致原小区切出失败率较高）。

5、检查在OMCR数据库（可通过CT7400）中定义的相邻小区是否互为对称关系，是否邻小区表定义不全，尤其不同移动公司之间应常对照相邻小区的数据。

6、分析是否由于地形地势的原因，如隧道，大商场，地铁入口及洼地，一般来说，这样的掉话掉话多集中于某个方向上，可考虑加微蜂窝来解决。 （二）、由于切换引起的掉话

1、在基站做救援性的切换（当手机接收电平低于切换门限下限IRXLEVULH、

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IRXLEVDLH时），一些切换请求会因为切入小区的信号强度太弱而失败，即使切换成功也经常会因为信号强度太弱而掉话。原因是在BTS中我们对手机用户的接收信号强度设有最低门限RXLEVACCMIN，当低于此门限值时，手机无法建立呼叫.而且当手机因接收信号质量差（RXQUAL）导致切向另一个小区，而往往又会因该小区的接收电平超过切换门限值而重新试图切回原小区，导致出现乒乓效应直至掉话。

2、有一些小区由于相邻小区都很繁忙，造成忙时目标基站无切换信道导致的掉话或在拓扑关系中漏定义切换条件（含BSC间切换和越局切换），致使手机用户在进行切换时无法占用相邻小区的空闲话音信道，此时BSC将对此进行定向重试切换（DirectRetry），若主叫基站的信号此时不能满足最低工作门限或亦无空闲话音信道，则呼叫重试失败导致掉话。

3、北电计时器3103超时，当BSC向移动台发出切换命令（handover command）时T3103器开始记时，在BSC收到来自切换目标小区的切换完成(handover complete)或者来自源小区的切换失败(handover failure)时就将T3103复位，而当BSC将Handover Command信息发送到BTS时，T3103到时时仍未收到任一种消息时，BSC就判断在源小区发生了无线链路失败，进而释放源小区的信道并记入计数器C1164/24。

观察办法：如果掉话率高涉及到切换问题可通过观察计数器C1138（切出请求）来分析是什么原因引起的切换。上下行接收电平RX_LEVEL原因引起的切换；上下行接收质量RX_QUAL原因引起的切换；上下行干扰引起的切换；功率预算（PBGT）引起的切换；呼叫定向重试；话务原因引起的切换。

发生此类掉话的解决办法：可再用测试车进行较大范围的测试，因为切换是在小区及基站之间发生的，本小区的掉话有可能是因为其与相邻小区之间的切换设置不合理造成的。对于一些与该小区有切换拓扑关系而拥塞率又较高的小区应作为测试的重点，并需要检查小区周围是否有盲区存在，如果是这种原因应及时修改相关频率并增加新基站或扩大原有基站的覆盖范围。对于因切换设置不合理而造成的掉话可根据实测情况适当修改切换参数。对那些由于话务量不均衡，造成忙时因目标基站无切换信道而产生的掉话，解决的办法是进行话务量的调整。 （三）、掉话也有可能是由基站硬件或系统参数失误的原因引起。

1、软件问题；可通过参数检查工具（如CT7400）来检查参数是否合理话，如频率的规划，小区内载频之间的跳频偏移量（MAIO）是否冲突（当出现这种情况时各种指标都会很差如分配失败率），跳频的频点是否有邻频，及BSC的定时器与MSC及CELL之间的定时器是否匹配（如CELL的定时器T3103若大于BSC的定时器BSSMAPT8时肯定会造成移动台切换期间的掉话）。参数IRXLEVDLH与RXLEVMINCELL定义的不匹配时易造成移动台的到了下限切换电平（IRxlevDLH、IRXLEVULH)但还没有邻小区满足RXLEVMINCELL定义的电平值造成的掉话。或切换容限HOMAGIN、HOMAGINLEV、HOMAGINQUAL、HOMAGINDIST定义的不合理亦会造成切换掉话。可观察计时器T3101和T3107是否定义的太苛刻，以至于系统没有足够的时间将分配完成的消息报告给BSC，而此时计时器已复位所导致的掉话。 2、硬件问题；对因硬件原因而产生的掉话，可通过OMC_R察看到相关硬件的告警。如果OMC_R中无硬件告警信息，则可能是某个TRX或分集部分的故障所导致，此时分配失败率（可参看计数器C1055，它计的是分配失败的次数）和上下行质量切换所占的比例（参看计数器C1138/2、 C1138/3）肯定也会很高，可以通过ABIS的监测软件如北电的CT7300也可以通过关闭掉小区内其载频，对怀疑有问题的载频进行拨打测试来发现故障点。一旦发现故障硬件后，应及时更换，如无备件，也应先闭掉故障板以免产生掉话现象影响网络运行质量。一般来说，当北电设备的帧处理单元出现故障时，分配失败率和上下行质量切换都会比较严重；当接收部分出现故障时分配失败率和上行质量切换会较严重，当发射部分出现故障时分配失败率和下行质量切换会较严重。

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（四）、由于干扰而导致的掉话

因基站分配给移动台的SDCCH信道频点可能与TCH信道频点不同，因而需要对它们分别进行分析。干扰主要包括同频、邻频及交调干扰。当手机在服务小区中收到很强的同频或邻频干扰信号时，会引起误码率恶化，使手机无法准确解调邻近小区的BSIC码或不能正确接收移动台测量报告。基站在通过SDCCH为手机分配好应使用的话音信道后,由于没有邻近小区BSIC码而无法判断该使用哪个小区的话音信道，从而产生掉话。交调干扰主要是指数模共站的基站由于模拟基站发射机的影响而产生的干扰，这种干扰的直接后果是时隙分配不出去造成基站资源的浪费。 干扰的观察和解决：

可通过观察计数器C1619（为系统参数thresholdinterference定义的干扰级别，它有四个门限值，当信道处于空闲状态时，系统就会观察这信道受干扰的情况，并在系统参数averagingperiod期间内向系统报告一次，并可以通过参数radchanselintthreshold选择处于那些级别的信道优先级），当工作于干扰级别的信道较多时，可以判断系统存在干扰现象。也可通过观查计数器C1033（为可被系统解码的RACH请求的平均电平的绝对值）来判断是否存在上行干扰现象。可通过观察计数器C1138来判断正常情况下PBGT（功率预算切换C1138/5）应比其它类型的切换都要高的多，当上行质量切换（C1138/2）较高时，可判断为上行干扰或硬件故障，当下行质量切换（C1138/3）较高时，可判断为下行干扰或硬件故障，当上下行质量切换都较高时可判断为硬件故障问题（也不排除同时存在上下行干扰的情况）。

解决措施： ①上行干扰

这种干扰为目前的主要干扰现象。上行干扰主要发生在话务高峰期它主要来源于同频干扰，也可能是外部干扰，同频干扰与同频小区的话务量有关，话务量高则干扰大，外部干扰主要是交调干扰。对上行干扰可通过分析驱车测试中的相关报告，修改同频小区的同频频率，增加两个同频小区间的间距（实际统计表明信号强度随距离以近似4次幂指数的规律衰减）或利用频谱分析仪对交调干扰加以定位，通过分集接收和有效的功率控制也可减少干扰。

②下行干扰

这种干扰不是很普遍。下行干扰主要是由于频率规划不当而造成部分基站的同频干扰和邻频干扰。发现的方法是通过在OMC中取得切换测量报告来加以判断，下行干扰会引起频繁下行切换。通过测量报告和现场实测如发现存在同频和邻频干扰，需对蜂窝系统的频率规划重新进行优化调整。对无上述情况但有干扰的小区可用频谱分析仪寻找干扰源。

③使用不连续发射（DTX）、跳频技术、功率控制及分集技术

DTX分为上行DTX（由参数DTXMODE设定）和下行DTX（由参数CELLDTXDOWNLINK设定），是采用话音激活检测（VAD）技术，在不传送话音信号时停止发射（仅在每480ms发送一组SID帧以满足基站的测量需要），限制无用信息的发送，减少了发射的有效时间，从而降低了系统的干扰电平，并能延长电池寿命。跳频可有效地改善无线信号的传输质量，特别是慢速移动体的传输质量，这是由于跳频使得发射载频以突发脉冲序列为基础进行跳变，能明显地降低同频干扰和频率选择性衰落效应。

（五）、由于天馈线原因而导致的掉话 ①由于两副天线俯仰角不同而产生的掉话

基站安装过程中每个定向小区均有主集和分集两副天线，该小区的BCCH和SDCCH就有可能分别从两副不同的天线发出。当两副天线的俯仰角不同时，就会造成两副天线的覆盖范围不同，即会出现当用户能收到BCCH信号，但产生呼叫时却因无法占用另一天线发出的SDCCH而导致掉话。

②由于天线方位角原因而产生的掉话

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在基站安装过程中每个定向小区均有两副天线，当两副天线的方位角不同时就会形成A小区中的用户可以收到控制信号SDCCH，但用户一旦被指定为由另一副天线发射出的TCH时就会造成掉话。在C小区中的用户将无法收到信号。

③由于天馈线自身原因而产生的掉话。

天馈线损伤、进水、打折和接头处接触不良，均会降低发射功率和收信灵敏度，从而产生严重的掉话，可通过测驻波比来确认。

④由于两副天线之间的距离原因而产生的掉话。

两副天线之间应保持一定的水平距离以实现分集接收，否则将会降低收信灵敏度产生掉话。两副天线之间的水平距离（经验值）应为垂直距离的十分之一，至少应大于3m。

天馈线的分析和解决

①对因天线方位角或信俯仰角不正确而形成的掉话，首先应到基站现场进行观测。如不能发现问题可以通过对故障小区进行拨打测试（CQT）或驱车测试并结合从OMC中得到的相关统计参数 来发现故障原因，并及时调整天线方位角和俯仰角以降低掉话率。

②对由于天馈线损坏或接头接触不良致使发射功率和收信灵敏度降低而产生的掉话，可采用天馈线测试仪对天馈线进行测量来判断故障原因及故障点，并及时更换故障天馈线和接头。

注：对于用北电设备的公司，可通过用选中TDMA真，在DISPLAY/SET中用DISPLAY ALL的选项来确认是用哪个物理的TRX来支持它的，再根据分集器的类行（HD、H2D、H4D）来判断该TRX是接到哪个天线上的。

（六）、由于Abis接口和A接口失败产生的掉话

Abis接口的包括BSC未收到来自BTS的测量报告，切换过程的一些信令失败以及一些内部原因，此外还有Abis接口的误码率的影响。A接口失败出现的较少，主要是切换（BSC之间或MSC之间的切换）的失败，原因是切换局数据不全或目的基站不具备切入条件。

（七）、由于采用直放站而导致的掉话

为减少投资，扩大覆盖范围，大商场等商贸中心和一些县城内的小基站往往采用直放站直接放大其信号，用光纤或微波传输，由于地形、环境影响再加上工程质量原因，达不到指标要求，从而产生掉话。

总之，不管是因何种原因产生的掉话都应及时通过各种测试手段以及分析从OMC中取得的各种测试报告来发现故障现象的原因，并建议做定时定量的CQT和DRIVER_TEST测试.

五 信令协议

在一个复杂的系统中（如GSM），要传送的不止是用户数据，因为网络要实现的大多数功能都是分布在几个远距离的设备上，要使这些设备协调工作需要交换一些信息，因此我们就要考虑到这些信息如何从网络内的一点传送到另一点，这就是本章我们要研究的主要内容。

在通信系统中，我们把协调不同实体所需的信息称为信令信息，在所有情况下，使远距离实体协调工作所需的信令信息都以报文的形式来组织。信令的传输协议就是能够从比特流中识别出报文而且要保证未检测出的差错量要尽可能的低，因为这种差错将会带来严重的后果，严重的话将会把一条报文的含义改变。我们把提供这些功能的信令协议称为链路层。

信令的另一个问题就是报文的编排方式和它们的路由，如何把消息由一点传送到另一点，直至到达它的最终目的地，如何使用查询，并行的处理几个对话，这一部分就是网络层的主要内容。在网络层中，我们将看到如何在移动台和网络之间携载报文，我们还将接触到七号信令系统的领域。

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实际上，我们要研究的主要问题并不是专限于信令信息，在GSM系统中，大多数用户信息都具有电路特性，但也有几种用户业务是非电路特性的，如短信息，这种业务与信令报文很相似，因此要求相同的传送机制。另一种比较特殊的情况是RLP（无线链路协议），由于它与链路层协议的密切关系，因此也将在本章内论述。

第一节 信令协议概述 一、 接口与协议

首先，分清接口与协议两者的区别是很重要的，接口代表两个相邻实体之间的连接点，而协议是说明连接点上交换信息需要遵守的规则。协议是各功能实体之间共同语言，两个实体要通过接口传递特定的信息流，这种信息流必须按照规定的语言传递，双方才能相互了解。因而，一种协议在传递过程中要经过若干个接口，或者说同一个接口用到多种协议。

根据电信网开放系统互连模式OSI的概念，把协议按其功能分成不同的层面：最底层称为物理层或传输层；第二层被称为链路层；第三层被称为网络层，第三层以上被称为应用层，其每一层都有各自的协议规约。

1、物理层（OSI 第一层）

本层规定了一条信号数据链路的物理电气和功能特性，以及接入它的方法。物理层有两种作用：一是传送客户的业务信道包括话音和数据；二是在系统的各实体之间传送信令信息。

传输除了包括传统上使用的调制、编码、多路复用等技术以外，还涉及按低层协议的格式来编排数据，以保证正确传送和纠正传输中可能出现的差错。

2、链路层（OSI第二层）

链路层是信令链路功能级其主要功能包括：信令单元的定界和定位，差错检验和纠错，信令链路差错率监视和流量控制。它与物理层共同保证终端和网路之间提供可靠的信令消息的传递，并规定在一条信令数据链路上传递信令信息的功能和相应的程序。

3、网路层（OSI第三层）

网络层是信令网路功能级，负责分配和选路。第三层以上使应用层，其协议是与涉及的功能实体有关。网路层主要负责系统的控制和管理，把客户和系统控制过程的特定信息按一定的协议分组安排到指定的逻辑信道上来。

二、 GSM通信系统内部接口

移动通信是由许多功能单元通过接口互连构成的，接口就是各组成单元之间的物理上和逻辑上的连接。NSS部分的B、C、D、E、F、G接口定义了相应功能单元之间的互连标准，各接口都采用了7号信令系统，以便于实现国际漫游和通信网互连。BSS和MS两部分有A、Um、Abis接口以及Ater接口等，其中A接口和Um 接口具有统一和公开的标准，以便于生产和组网，也有利于各种ISDN业务的引入和功能发展，Abis接口和Ater接口的定义尚不统一，实现差别较大，所以BSC和BTS配置不能实现多厂家设备互连。

我国GSM网络和PSTN、ISDN采用7号信令互连，物理通道可以是PCM系统中的任一时隙。但是在基群PCM系统中（2.048Mbit/s），优先选择TS16数据链路传送64kbit/s信令。

现在让我们分别介绍以下每个接口的具体情况： 1、Sm接口

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Sm接口是人机接口，是客户与网络之间的接口，主要包括客户对移动终端进行的操作程序、移动终端向客户提供的显示和信号音等。Sm接口还包括客户识别卡（SIM）与移动终端（ME）间接口的内容。

2、Um接口

Um接口是空中无线接口，是移动台和BTS之间的通信接口，用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通，其物理连接通过无线链路实现。Um接口传递的信息包括无线资源管理、移动性管理和接续管理等。

3、Abis 接口

Abis 接口为BSS系统的两个功能实体BSC与BTS之间的通信接口，用于BTS和BSC之间的远端互连方式，物理连接通过标准的2Mbit/s或64Kbit/s的PCM数字传输链路来实现。Abis 接口支持向移动台提供的所有服务，并支持对BTS无线设备的控制和无线频率的分配。由于Abis 接口是GSM系统BSS的内部接口，所以是一个未开放的接口，可由各设备厂家自行定义。

4、A 接口

BSS部分与MSC之间的接口为A 接口。A 接口基于2Mbit/s数字接口，采用14位七号信令方式，主要传递呼叫处理、移动性管理、基站管理、移动台管理等信息。 5、B接口

MSC与VLR之间的接口为B接口，主要用于MSC向VLR询问有关移动台当前位置信息，或通知VLR有关移动台的位置更新信息等。B接口作为设备内部接口，一般不作规定，但应能完成GSM规范所规定的功能。

6、C接口

MSC与HLR之间的接口为C接口，C接口是一个至七号信令网的接口（采用24位七号信令方式），2Mbit/s或64Kbit/s的数字接口。它主要完成被叫移动用户信息的传递以及获取被叫用户被分配的漫游号码。

7、D接口

HLR与VLR之间的接口称为D接口，它也是一个至七号信令网的接口（采用24位七号信令方式），2Mbit/s或64Kbit/s的数字接口。它主要交换位置信息和用户信息。当移动台漫游到某VLR所辖区后，VLR将通知MS的HLR。HLR向VLR发送有关该用户的业务消息，以便VLR给漫游客户提供合适的业务。同时HLR还要通知前一个为该移动用户服务的VLR删除该移动用户的信息。当移动用户要求进行补充业务的操作或修改某些用户参数时（如将呼叫转移功能激活），也是通过D接口交换。

8、E接口

MSC与MSC之间的接口称为E接口，它也是采用的24位七号信令方式，用于移动台在呼叫期间从一个MSC区域移动到另一个MSC区，为了通话的连续而进行的局间切换，以及两个MSC间建立用户呼叫接续时传递的有关信息。

9、F接口

MSC与EIR之间的接口为F接口，采用24位七号信令方式，用于MSC检验移动台的IMEI时使用。

10、G接口

G接口是VLR之间的接口，当移动台以TMSI 启动位置更新时，VLR使用G接口向前一个VLR获取MS的IMSI和相应的信息。

11、NSS或BSS与OMC之间的接口

该接口是基于X.25接口或七号信令网接口，执行TMN Q3协议。

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三、 无线接口信令协议

GSM数字移动通信中移动台与基站之间的无线接口称为Um接口，Um为套用ISDN网中客户终端和网络的接口名称，其中‘m’表示移动的意思。它的接口信令分层结构如下：

1、物理层（信令层一）

这是无线接口的最底层，用来提供传送比特流所需的物理链路（例如无线链路），它为高层提供各种不同功能的逻辑信道，包括业务信道和控制信道。

2、链路层（信令层二）

本层的主要目的是在移动台和基站之间建立可靠的专用数据链路，第二层的数据链路层协议基于ISDN的D信道链路接入协议（LAPD），因为在GSM规范中对它进行了修改，使它适合在无线路径上传播，因此在Um接口中的第二层协议被称为LAPDm。

3、网络层（信令层三）

第三层是具体负责控制和管理的协议层，即把客户和系统控制过程的特定信息按一定的协议分组安排到指定的逻辑信道上。第三层包括三个基本子层：无线资源管理（RR）、移动性管理（MM）和接续管理（CM）。其中一个接续管理子层中包含多个呼叫控制（CC）单元，提供并行呼叫处理。为了支持补充业务和短信息业务，在CM子层中还包括了补充业务管理（SS）单元和短信息业务管理（SMS）单元。

四、 A接口信令协议

A接口的分层结构如下： 1、物理层（信令层一）

A接口的物理层是基于数字传输2Mbit/s的PCM链路，除有一定数目的话音/数据信道外还有传信令的时隙，有关呼叫、切换及释放等信令数据通常都可使用此信道。

2、链路层（信令层2）

基于七号信令的MTP（消息传递部分），集中了MTP的全部链路层协议。 3、网络层（信令层三）

由于BSC与MSC之间的A接口承载BSC与MSC之间的消息，以及MS与MSC之间的消息，如我们前面提到的CC或MM类消息，因此我们把BSC与MSC之间的消息类型集合在一起称为BSSMAP（BSS管理应用部分），把MS与MSC之间的消息类型集合在一起称为DTAP（直接传送应用部分）。

在A接口上，我们还引入了虚电路的概念，每个连接的建立和释放是彼此独立的，这就是七号信令系统中的SCCP。SCCP不是GSM专用协议，是七号信令系统分层协议的一部分，位于MTP协议之上。

事实上，MTP中包括有更多的网络协议。为此，我们常把MTP分为两部分：MTP2和MTP3。MTP2集中了MTP中的全部链路层协议，而MTP3与SCCP共同构成了A接口第三层信令。BSSMAP和DTAP为更高层的客户应用层。

第二节 链路层信令协议

由上面我们已经知道，在GSM系统中不同的接口使用了不同的协议。单从链路层来讲，分别涉及到移动台和BTS之间的LAPDm，BTS和BSC之间的LAPD，以及七号信令系统中的MTP2协议。除无线接口外，信令信息都使用64kbit/s电路传输。

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接口 MS –BTS BTS –BSC BSC –MSC 链路层协议 LAPDm（GSM特有） LAPD（由ISDN修改） MTP，第二层（SS7协议） 表 GSM接口上的链路协议

MSC/VLR（HLR –SS7网络） MTP，第二层（SS7协议） 它们在功能上十分相似，这里我们仅讨论其基本功能和互相间的差异。

一、 帧结构

链路层的基本功能之一就是把单个的比特构成一个集合，以便在信道上传送。所有的链

路功能都是建立在这个基本结构单元上的。在信令范畴，这个基本单元称为帧，每一个帧都要有一个可令接收端可以识别的开始和结束标志，在这两个标志之间包含的是比特流形式的有效信息。LAPD和MTP2都采用的是HDLC（高级数据链路控制）的定义方式，而LAPDm是利用无线接口的同步方式来传送以帧方式定义的信息。

在HDLC中，帧的起始和结尾都用一个八比特长的标志（flag），它包括6个连续的“1”。为防止虚假的开始和结束，引入了“0比特插入”的机制，即如果传输数据中连续出现5个“1”时，发端就自动的插入一位“0”，同时收端也要能自动的删除这个插入的“0”。同一个标志（flag）可以作为一帧的结束，同时也指示了下一帧的开始。

01111110 内容 图示 HDLC格式

01111110 在无线接口传播的LAPDm中，为了压缩传播速率，节约字节数，没有使用起始标志（flag），而是使用了物理层上已有的“块”（BLOCK）的概念。为此我们选择LAPDm的帧长度等于一个物理层块的大小，即23个字节。应注意一个LAPDm帧仅在SACCH上最多为21个字节（因为每个SACCH块还有两个特殊用途的字节：定时提前和传输功率控制）。但有效的信息长度可能小于这一最大值，因此每帧中要包括一个长度指示器。未用的字节用缺省值“00101011”填充。这个缺省值的选择是基于对FCCH信息的最小相关，以避免干扰移动台的同步。移动台的上行空闲字节可以用“11111111”填充。

当信令信息长度超过帧长度限制后，就要把这个消息分成几帧，在几个帧上发送，而相应的在收端这样的消息必须重组。为此收端必须收到足够的信息才能知道如何重组报文。因为LAPDm帧的最大长度为21或23字节，这显然不能满足大多数信令的需要，因此需要定义分段和重组。当有分组功能时，每帧中多出一个比特，当有后续帧时，该比特为“1”；而在最后一个分组时为“0”。收端可以根据这个指示，把收到的“1”指示帧连接起来，直到出现“0”指示帧为止，从而将原消息复原。

在A接口（帧的最大长度限制是272字节）和Abis（帧的最大长度限制是264字节，不包括标志）接口上因为帧的最大长度足够长，因而无须分段和重组。

二、 检错和纠错

链路层第二个重要功能是通过检测可能发生传输差错的帧，并当帧出错时请求重发来提高传输质量。

就检错而言，LAPD和MTP2都采用了HDLC方案，它是通过在每个帧中增加了16个比

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特的冗余位，这被称为帧校验序列，用于误码检测。在无线接口上，由于物理层已提供了具有检验功能的传输编码方案，因此LAPDm无需额外的误码检测方式。

差错检验有两个用途：一是提供帧内残余差错似然性的足够信息，从而可请求重发该帧；二是检测链路的质量，当误码率超过某给定的门限时就触发相关的告警。

在七号信令链路中，当帧误码率大于等于4×10-3就被认为发生了故障。CCS7链路在业务进行中总是工作的，当无信息传送时，它就传送指定的填充帧。前面提到在无线链路上也存在类似的情况，它是通过对SACCH的监测，来判断无线链路故障的。

帧确认和重复功能是覆盖误帧的一种方法。上述三种协议都使用到了与HDLC类似的反向纠错机制，可在两种模式中选择：一种是非证实模式，无论接收端收到与否，帧只传一次；二是证实模式，可通过重发来纠正错误帧。

使用非证实模式的原因是，在某些情况下使用非证实模式比证实模式更合适，例如，移动台向BSS发送的测量报告，这类消息丢失一次也不会引起大的故障，而且对于接收端来说，获得一个新的测量报告要比收到重发的已经过时了的报告要有用的多。还有其它一些消息也是采用的非证实模式，如网络在SACCH上发送的系统消息，系统对移动台切换接入的应答（physical information）等。但是，大多数在专用信道上发送消息要求使用证实模式。

确认和重发都是以循环帧计数为基础的，它使接收端能检测到可能的帧重复或帧丢失，并确认特定的帧。在LAPD和LAPDm中，确认是通过接收端向发送方传送下一个期望帧的号码N（R）来实现的。如果帧号是按模8来计算的，若发送端收到接收端传来的期望帧的号码的号码为2，这说明帧号为1，0，7，6…的帧都正确收到了。而在MTP2中，通过向发送方传送已正确收到的最后一帧的帧号来实现相同的目的。在各种情况下，如果有未确认的帧，发送端都要重发那一帧。然而，重发的总次数要受到限制，以避免在发生严重故障时出现无限循环。

发端必须保持那些未被证实的帧，为了限制保持的数量，在LAPD和LAPDm中引入了窗口的概念。发送窗口的尺寸决定了有待证实的帧的保持数量，这个窗口要足够的大，以避免发端出现不必要的等待证实延时。

LAPD和MTP2的帧循环数是128，而LAPDm是8，这是为了减少帧号所占用的字节数。在LAPD中窗口尺寸是可变的，但在LAPDm中固定为1。

为了在接口两侧启动一个证实模式的传输，在LAPD和LAPDm中使用了一个简单的程序，它由两条报文组成，为SABM（设置异步平衡模式）和UA（无编号证实），通过这两条消息来建立两端的计数同步。在LAPD中，这两条报文并不携带着具体的消息，只有在这两条报文交换后才会发生上层消息的交换。但在LAPDm中，SABM携带着含有具体消息的报文，在接收端收到该报文后将向发送端发送的UA，在该消息中将重复收到的报文，以确认证实模式的建立。当要释放已建立的证实模式时，可通过使用DISC和UA的消息对来释放所占用的资源。

三、 复用

以上我们讨论的是一个信源的消息流，即由一个信源逐次传递一系列帧，而链路层提供了可以处理同一信道上的多个独立的消息流的可能性。由于这些信息流是独立的，因此不能保证它们之间的次序，为了能使接收端区分开来这些混在一起消息，就需要在每个帧中插入一个地址段。这种机制对于点对多点的链路是必须的，虽然在无线路径上是点到点的应用，但仍保留了这种链路复用的机制。

在无线接口上，同时存在两种相互独立的流，一种专用于传送信令报文，一种用于传送短消息业务。这两种流是通过SAPI（业务接入点识别符）的链路识别符来区分的。在GSM

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中定义的SAPI是指不同的应用协议。在LAPDm中定义SAPI=0，是指传送的是信令；而SAPI=3是对应着短消息业务。

在Abis接口上复用有两个方面：一方面是对应不同功能之间的差别，SAPI0对应无线信令，SAPI62对应着操作维护功能信令，SAPI63对应着第二层的管理信令；另一方面是不同设备之间的区别，如BTS中不同TRX的标示，这里使用了LAPD链路层地址段的另一个内容TEI（终端设备标示）。

在A接口没有链路层的复用。

四、 流量控制

链路层要考虑的最后一个问题是流量控制。对于一条链路来说，我们假设链路的处理能力不会溢出，但是资源经常是由几个信息流共享的，并控制其总和不超过最大容限，阻塞控制的目的之一就是控制每个信息流，以防系统中由于一处过载而引起整个系统的瘫痪。

用类似HDLC的协议，只需简单的延迟发送确认，就很自然的提供了某种方式的的流量控制。但这种控制只是勉强合格的，因为如果延时太长，发送端将重复该帧，从而加重了拥塞。也可以使用一种附加机制，它是使用两个命令的“停-走”控制，LAPD和MTP2中提供了这种机制，而LAPDm中未提供。

五、 LAPD和LAPDm帧比较

在这里我们简要介绍一下LAPD和LAPDm中使用的帧类型以及它们的结构。共有三种不同类性的帧，分别为I帧（编号消息帧）、S帧（监督帧）和U帧（无编号信息帧并有控制功能），如下表所示： 类型 U帧 帧 SABM DISC UA DM UI I帧 S帧 I RR RNR REJ FRMR 含义 设置异步平衡模式 断开 无编号响应 非连接方式 无编号信息 信息 接收准备好 接收未准备好 拒绝 帧拒绝 作用 建立证实模式的第一个帧 释放证实模式的第一个帧 对上面两类帧的响应 指示非连接模式的响应 信息帧（非证实模式 信息帧（证实模式） “可以继续”（流量控制），也用于肯定回答 “应该停止”（流量控制） 否定回答 向回报告差错 表 LAPD和LAPDm帧类型（其中RNR和FRMR在LAPDm中不用）

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LAPD和LAPDm帧各自的结构如图所示。地址段包含有SAPI；另外，对LAPD 帧，因为接口是点到多点的，还包括目的终端的地址。控制段包含帧类型，对于携带消息的编号帧，还包含有帧编号（发送端）和下一个期望帧编号（接收端）。

1B 0~260B 2B 1B 地址 控制 flag 地址 SAPI N（S） 控制 N（R） 0~21B 信息 (b) LAPDm帧结构

SAPI TEI N（S） N（R） 信息 FCS flag (a) LAPD帧结构

其中N（S）：发信机发送序列号；N（R）：接收机接收序列号

图示 LAPD和LAPDm帧结构

第三节 网络层信令协议

上一节描述的链路协议使两个通过物理介质直接互连的实体能交换帧，现在要讨论一些涉及两个非直接互连实体的应用协议。为了用端--端连接提供传输相应报文的应用协议，需本节所描述的附加传输功能。这类对等层的连接是建立在数据链路层之上的。

网络层的功能之一就是选择并建立这样一个连续的链路段，组成一个消息路由。在这里就用到了数据报和虚电路的技术，在数据报的情况下，通过分析每条报文的宿点地址而建立路径；在虚电路的情况下，路由由第一条消息建立，此后的消息遵循相同的路由。网络层的另一个功能是支持两个实体之间并行存在的几个独立连接，这些连接对应于不同的应用通信。

网络层的基本概念是编址。网络层协议就是在报文上加上标记，从而区别不同的消息流。这个标志可以通过编址的方式对应于某个源点，某个宿点，连接参考或路由参考。我们可以利用这个标志为消息选择路由，也就是把消息送到下一个适当的路段，或把它分配到正确的应用程序上。现在我们看这个问题在各子系统中是怎样处理的。

一、 BSS网络层

（一）、无线接口

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图示 无线接口

从移动台的角度看来，消息的源点和宿点取决于应用协议，移动台可以编址不同的网络功能实体，每个实体具有唯一的地址对应关系，网络按地址要求把消息送到相应的设备。更具体的说，在移动台和MSC之间存在几种协议，同时移动台与MSC之间可以并行的存在几个用户通信。如，当移动台通信正在进行时，又有新的呼叫指示出现的情况。

在此前提到过，通过SAPI可使我们在移动台上区别出信令消息和短消息两种情况，但这还不足以判断消息属于那种应用协议，因此需要一个网络编址来加以补充。这就是协议鉴别器的功能。GSM中定义了几个协议鉴别器（PD），一般我们把它们看作是消息的一部分，分类如下。 协议鉴别器 CC，SS MM RR 功能 呼叫控制管理和附加业务管理 位置管理和安全管理 无线资源管理 表 无线接口上的协议鉴别器

起点/终点 MS----MSC（HLR） MS----MSC/VLR MS----BSC 从上表中我们可以看到，BTS并没有在该表中出现，这说明移动台除了链路管理，并不与BTS对话。按协议鉴别器与应用协议的关系，信源点要把PD插入消息中去，在移动台侧到网络侧的方向上，BSC利用PD判断收到的消息是哪一类的消息，若是RR消息，则在它本身进行处理，若是其它的消息则要送至MSC。移动台和MSC根据收到报文的PD标识来把它们分配到适合的软件模块。

但这还不能区别开CC和SS，因为它们共用一个PD，对于这种情况我们如何来识别呢？“事务处理”这个术语就是用在这种情况中，每次处理对应一次通信。事实上，在附加业务管理中也存在事务处理。在各种情况下并行存在着不同的处理，与不同的事务处理相关的报文由一个处理识别符（TI）来加以识别。TI由信源点实体（移动台或MSC）插入，宿点（移动台或MSC）可以根据收到的PD和TI将消息分配到合适的上下文中。

（二）、Abis接口

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图示 Abis接口

Abis接口信令链路上的消息可以有许多可能的源点和宿点，如何来区分呢？从功能角度上看，我们可将BTS和BSC之间的报文与移动台和BSC以外的实体（包括移动台和BSC）的所有其它报文区分开，更进一步应将不同的移动台即不同的信道区分开。

BSC可以通过对移动台与无线信道之间的关系的管理来区别每个移动台。BTS中包括几个子实体，即TRX，它们彼此是独立的，同时每个TRX对应一个或几个信令链路，在Abis接口上我们可通过终端设备标识TEI来识别不同TRX的信令链路。与一条报文相关的TRX并不是由报文内的标签来识别的，而是由传送它的信令链路隐含的，这一点也就限制了不同TRX共占一条链路的可能性。

在每个给定的TRX至BSC的连接上，还需要区分一般的管理报文和特殊的专用无线信道报文，因为后者要区分同一TRX管理的不同信道。为达到这一目的，Abis接口上的每一个消息都要加上一个消息鉴别单元（MD）以及一些附加数据。例如，无线链路层管理鉴别器用于鉴别来自移动台的报文或要传给移动台的报文，并且它还携带着一个对无线信道的参考以及该信道使用的无线链路的参考。对信道的参考中，包含有该信道的类型和时隙号，合适时也包含子信道号。无线链路的参考中包含有是在哪一条LAPDm链路上发送或接收，可区分SAPI0和SAPI3。 报文鉴别器+附加数据 无线链路层管理+信道参考 +无线链路参考 专用信道参考+信道参考 公共信道参考+信道参考 TRX管理 源点/宿点 MS——BSC或之外 BTS——BSC BTS——BSC BTS——BSC 表 Abis接口上的消息鉴别器

用途 无线路径消息中继 与一给定的业务信道互连 与一给定的BCCH或CCCH/RACH的互连 控制TRX状态 （三）A接口

A接口承载有BSC/MSC之间的消息，以及MS/MSC之间的消息类型，如我们提到过的CC或MM消息。这两种信息流合称为BSSAP（BSS应用部分），具体的说可分别称为BSSMAP（BSS管理单元）和DTAP（直接传送应用单元）。除此之外，BSSMAP还要区分开来面向MS和面向BSC连接这两种消息。

BSSMAP负责处理BSS部分的资源管理和切换控制等消息，BSSMAP使用SCCP无连接和面向连接两种方式。对于单个呼叫有关的信息进行翻译和处理的全部程序，以及资源管理的全部程序与整个小区（或BSS）有关的程序，采用SCCP的无连接方式；与无线接口上的

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单个无线资源有关的程序，使用SCCP的面向连接方式。

DTAP用来传输发往或来自MS的有关呼叫控制和移动性管理的消息，对内容不做任何分析，直接传输。大多数的无线接口消息由DTAP消息在MSC——BSS接口上传送。

在A接口上，我们引入虚电路的概念，每个连接的建立和释放都是彼此独立的，这就是CCS7信令系统中的SCCP（信令连接控制部分）。我们可以在SCCP上附加一个分配协议，完成对BSSMAP和对DTAP的区别。

SCCP不是GSM专用的协议，在此我们只是把它与智能网的概念结合在一起。SCCP是CCS7信令系统分层协议的一部分，位于MTP协议以上，但是SCCP并不是CCS7内的基本网络协议。事实上，MTP分为两部分，分别为MTP2和MTP3。其中，MTP2集中了MTP中的全部链路层协议，而MTP3与SCCP共同构成了A接口上的网络层协议。SCCP包含多条虚电路，同时支持建立多条连接。

图示 A接口

MTP3包括几个方面的任务，其中之一就是管理CCS7网络。当信令链和信令转接点发生故障时，为保证仍能可靠的传递各种信令信息，信令点之间要有传送管理消息的功能和程序。MTP3信令网络管理功能就是在信令网故障时为其提供信令网重组结构提供保证。随着信令网的扩大及信令链路负荷的增加，信令网还可能出现拥塞，信令网管理功能也为控制拥塞提供了管理能力。因此MTP3信令网管理功能包括话务管理、信令链路管理和信令路由管理三部分。话务管理的目的是在信令网发生故障时用于将信息流从一条链路或路由传递到另一条或多条不同的链路或路由上；信令链路管理的目的是在信令网中恢复、启用和退出信令链路，并保证能够提供一定的预先确定的链路群功能；信令路由管理的目的是保证可靠的在信令点之间交换有关信令路由可用性的信息，包括传递、限制和禁止程序。

SCCP支持的功能有：面向连接功能、无连接功能，信令帧组的选路功能和SCCP管理功能。在A接口上主要用到了面向连接功能和无连接功能。无连接功能用于那些不直接与某个移动台有关的那些信息，如复位和过载指示等。面向连接功能用于建立相互独立的连接，在

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A接口上区别不同的移动台的事件，这类SCCP连接仅在需要时才建立，它可以由BSC在位置更新或呼叫建立这类事件下触发，也可由MSC在移动台切换到一个新的小区时触发。事件结束后，SCCP释放连接。由于BSC中存储有BTS和无线信道与相关MS通信的记录，连接状态的管理自然而然的落在BSC上，因此BSC必须做出来去BTS的消息。这使得BSC能在一侧用给定的业务信道的进/出BTS的报文和另一侧用给定的SCCP连接进/出MSC的报文一一对应。MSC保持一个相似的联系，保存着每个与移动台相关的SCCP连接标识符。

SCCP建立了每个MS独立的连接，但是还不能完全满足A接口上的信息分配要求。BSSMAP和DTAP消息可以定义在同一指定的无线连接上，但其处理是完全不同的，必须区别对待。因此有必要在SCCP上附加一个消息分配功能，也就是在应用消息上加一个头标志用以指示这个消息是BSSMAP和DTAP类型，对于DTAP消息，BSC是移动台和MSC之间的传输节点，而对于BSSMAP，BSC是端点。

除此之外，DTAP报文还携带它在无线接口上传送所在的链路类型消息。为了相同的目的，这个“数据链路连接标示”DLCI要与Abis接口上使用的链路标识相匹配。它的主要作用是将与短信息有关的业务和其它业务分开。

二、 NSS网络层

对于网络一侧的内部连接，各设备都具有单一的接口，即用CCS7信令支持相互间的信令交换。CCS7信令方式的信令协议结构如下图所示。各协议相同的底层功能层面是大家分享的，从最底层的物理传输层到第三层的MTP都是相同的。MTP以上的协议就与所涉及的功能实体相关了。在MSC之间或MSC与其它外部设备之间，与呼叫有关的信令将使用TUP、ISUP，与呼叫无关的信令则组合在MAP上。所有的MAP都由CCS7中的TCAP层提供服务，而TCAP层则由SCCP为其提供服务。

TUP ISUP MAP TCAP SCCP MTP TUP：电话客户部分 BSSAP：BSS应用部分

ISUP：ISDN客户部分 MAP：移动应用部分 MTP：消息传递部分 TCAP：事务处理部分

BSSAP 图示 GSM系统的CCS7信令协议层

MTP作为OSI模型的1、2、3层，分别对应这三个功能层：物理层、链路层和网络层。MTP的功能是在节点与节点之间为通信用户提供可靠的信令信息传输能力（其中用户是指各种不同类型功能的信令信息和控制过程。如，TUP、ISUP是具有特定功能的应用模块，用于MSC与PSTN、ISDN之间的通信，属于分层模型的4至7层，是MTP的用户。

公共控制信道面临着对复杂信令越来越强的要求，显然要附加控制功能，这样，CCS7就增加了SCCP的新软件包，为保证CCS7仍符合OSI模型，因此将SCCP加在MTP3的第三层上，共同形成了第三层。SCCP主要是用于传送电路交换控制以外的信令和数据，在ISDN交换局之间，以及交换局和各种业务中心建立与电路无关的信令连接。

SCCP支持两种方式的信令通信，分别为无连接模式和面向连接模式。

在无连接模式时，每个信令帧组都包含地址，用此地址可选择到达目的地的路径。然而所有的信令组帧不会都选择同样的路径，也不会总是按顺序到达，但它们都有一个序列码，所以在目的地能按序列号恢复其初始的顺序。这种方法也被称为数据报。

在面向连接模式时，消息源点发送一个引导帧组，通过信令网路到达目的地。在此引导

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帧经过之处，都留有标记，这样其它的信令帧可沿着同样的路径穿过网路。这种方式，也被称为虚电路连接。

MTP和SCCP在两个节点之间的消息和电话信号的传递配合的很好，每一个消息都可由另一个消息作为确认，增强了通信的可靠性，。但随着技术的发展，使用的信令越来越多的使用会话方式进行通信，在链路的远端请求操作中，MTP+SCCP不适合于这种应用，因此在SCCP上又增加了一个新的功能体“事务处理能力（TC）”。各种新业务的登记、撤消、申请、管理是典型的事务处理，TCAP（事务处理应用部分）正是TC概念的一部分，它提供了OSI模型的第七层应用层的业务和协议。

TCAP的目的是为两节点之间的信息传输提供一个公共的通用的系统，为用户与用户之间提供快速有效的传送数据协议的能力，支持则增加新业务。它可支持广泛的应用范围，如为交换机之间、交换机与网络服务中心之间、网络服务中心之间等的应用提供功能和规程。

TCAP向TC客户提供的功能有两个，分别为组元处理和会话处理。 组元处理（也称分子层）：组元是TC客户之间交换的协议数据单元。借助于组元，客户可向远端请求一个操作并得到回答。如免费电话电话业务为处理一个呼叫为请求某个数据库的指令。每一个操作的调用都由调用ID识别，这就允许同一或不同操作的几个调用同时存在。

会话处理（或称事务处理子层）：两个客户之间用会话方式可以交换大量的信息。TCAP可在两个客户之间同时提供几个会话，会话有两种类型，分别为结构性会话和非结构性会话。前者需要从客户得到回答，后者不需要。每个会话可以有几个同时运行的操作。

移动移用部分（MAP）是专为GSM要求而设计的，在OSI参考模型中位于TCAP之上。MAP仅使用SCCP的无连接方式。此协议用于MSC、HLR、VLR及EIR各节点之间在以下通信方面：位置登记/删除、补充业务处理、呼叫建立期间客户参数的检索、切换、客户管理、操作维护、位置寄存器故障后的恢复、IMEI的管理、鉴权、支持短消息业务的程序。

MAP是TCAP的一个客户，位于TCAP之上，它使用组元及会话的方式，处理MSC、HLR及VLR等不同物理实体间的同等层之间的通信。MAP包含一系列的功能块，称为ASE，用于两节点同等层之间的通信。MAP协议还支持一个物理实体同时与几个物理实体的通信，主要功能是支持移动用户的位置登记、位置删除；用户业务管理、用户参数管理；漫游、越区切换；鉴权、保密数据传输。

MSC与公共电话网互连通常采用CCS7信令的TUP信令规程，而且TCP信令规程也使用于移动电话网MSC之间采用七号信令方式。

第四节 GSM信令网

为了使GSM系统实现国际漫游功能和在业务上迈进面向ISDN的数据通信业务，必须建立起规范的和统一的信令网，以传递和移动业务有关的数据和各种信令消息。因此，GSM系统引入了CCS7信令系统和信令网络，也就是说GSM系统网络的信令系统是以CCS7信令网络为基础的。

GSM信令网是我国七号信令网的一部分，由信令链路（SL）、信令点（SP）及信令转接点STP三部分组成。

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一、 信令网络结构

我国GSM数字通信网是与PSTN、ISDN、、PSPDN以及现有模拟PLMN并行设置的一个通信业务网，与固定网一样，它在网络结构上分为三级：第一级为最高级，称高级信令转接点（HSTP）；第二级为低级信令转接点（LSTP）；第三级为信令点（SP）。移动通信网的专用高级信令转接点（HSTP）设置在大区一级移动业务汇接中心，专用的低级信令转接点（LSTP）设置在各省二级移动业务汇接中心。叠加在地区三级交换中心的数字移动网成为移动业务本地网，移动业务本地网的每个MSC/VLR、EIR、HLR/AUC和BSC设置信令点，当MSC/VLR，HLR/AUC及EIR分别设于不同的物理实体时，其信令点编码也不同；合设于一个物理实体时，可用一个SP编码。本地移动网包含有至少一个HLR以及一个或若干个MSC，每个MSC与所在地区的长途局相连。并与当地市话汇接局和模拟PLMN局相连。如果当地没有市话汇接局，则MSC亦可按照运营者的要求与某些市话端局相连。

省内各移动本地网构成全省数字PLMN网，全省设若干个移动业务二级汇接中心，构成一个网状网，每个移动业务本地网的SP点至少与两个二级汇接中心（LSTP）相连，当然在建网初期，省内PLMN只能采用单星形结构过渡。

全国的数字PLMN网在各大区设立一级移动业务汇接中心，该中心为单独设置，仅做汇接用。

二、 信令网路组织

（一）、GSM信令网络组织原则

1、各省设置若干个LSTP，每个SP点至少应连至2个LSTP点上，并采用负荷分担的工作方式。

2、为保证信令网的安全运行，在有条件的地方，信令链路组中至少设置两条信令链。每条信令链应尽可能采用分开的物理通路，采用负荷分担的方式工作。 3、应注意路由组织及信令链路和STP间的分散性和灵活性，选用不同的传输路由，不同的DDN设备，不同的PCM系统。应注意尽可能的在物理上分开，在设置直达链路的条件下，还应设置经STP转接的路由，且具有迂回能力。

4、当任意两个信令点间信令量足够大时，可设置直达链路，采用直连方式工作。 5、在数字PLMN中，基站控制器BSC与MSC间亦采用24bit的七号信令。但BSC的信令点编码一般采用14bit编码，由每个MSC自定。 （二）、信令路由设置原则

信令路由可分为正常路由和迂回路由两类。

1、正常路由：正常路由是未发生故障的情况下的信令业务流的路由。根据我国三级信令网结构和网路组织，正常路由可分为采用直连方式的直达信令路由和采用准直连方式的路由。 2、迂回路由：迂回路由是指因信令链或路由故障而造成正常路由不能传送信令流而选择的路由，迂回路由都是经过信令转接点的准直连方式的路由，可以是一个路由，也可以是多个路由。当有多个迂回路由时，应STP点的次数，由小到大依次分为第一迂回路由、第二迂回路由等。 （三）、信令路由的选择原则

1、首先选择正常路由，当正常路由出现故障不能使用时，再选择迂回路由。

2、信令路由中具有多个迂回路由时，首先选择优先级最高的第一迂回路由，当第一迂回

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路由因故障不能使用时，再选择第二迂回路由，依次类推。 3、在正常或迂回路由中，若有同一优先等级的多个路由（N），且它们之间采用负荷分担方式时，每个路由承担起整个信令负荷的1/N。若负荷分担的同一优先等级中的一个信令链组出现故障时，应将信令业务倒换至采用负荷分担方式的其它信令链路组。若采用负荷分担方式的一个路由出现故障时，应将信令业务倒换到其它路由。

三、 信令点编码方案

GSM信令网的信令点的编码宜采用中国24位编码方式编码。但由于MSC——BSC之间仅是点对点信令传递，因此BSC仍维持14位信令点编码方式。

（一）、编码方案原则

1、信令网中的每一个STP和SP点均分配一个信令点编码。

2、信令点编码方案同时编制14位和24位编码分配方案。考虑到有些厂家提供不了24位的设备，故MSC/VLR、HLR/AUC、EIR等设备均同时分配14位和24位编码。 3、24位编码的分配方案要求MSC与固定网之间采用24位编码，即移动网的24位编码和固定网的24位编码相互独立。 （二）编码方案 1、 24位信令点编码 格式为

8比特 8比特 8比特 主信令区 分信令区 信令点 主信令区为各省公用网分配的编码，编码容量为256；分信令区是从7号信令网分信令区

编码启用的FF和FE，FF为主用，FE为备用；信令点编码是按高五低三比特位的使用原则。如下：

SP高五比特 00000 00001 00010 00011~11111 分类 一级汇接局 二级汇接局 容量 每省8个 每省16个 直辖市的汇接区 每省29×8个 省、自治区的地区或市 表 信令点编码高五比特的使用原则

SP低三比特 000 001~110 111 分类 HLR/AUC MSC/VLR EIR 容量 1/地区，市 6/地区，市 1/地区，市 表 信令点编码低三比特的使用原则 2、 14比特信令点编码

14位信令点的编码格式为： 5比特 5比特 4比特 主信令区 分信令区 00000 分类 一级汇接局 84

分信令区 信令点 容量 每省16个 主信令区分配到各省、自治区、直辖市；分信令区和信令点的编码分配原则如下表：

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00001 00010~11111 二级汇接局 直辖市的汇接区 省、自治区的地区或市 表 分信令区编码分配

每省16个 每省30×16个

信令点编码 0000 0001 0010~0101 111 分类 HLR/AUC EIR MSC BSC 表 信令点编码

容量 1/分信令区 1/分信令区 4/分信令区 10/分信令区 四、 信令网寻址方式

由于引入了信令网络，信令路径与话路路径是完全不同的，所以信号必须有表示具体话音连接的参考标志。信令链路上的每一个消息都有一个标记，包括CIC（电路识别码）、OPD（消息源信令点编码）及DPC（目的地信令点编码）。CIC表消息属于哪条话音电路；OPD表示发出消息的信令点（SP）；DPC表示消息的目的地信令点（SP）。

在GSM信令网的信令点（SP）和信令转接点（STP）传MAP消息时必须有SCCP（信令连接控制部分）的支持。SCCP的地址是由GT（全局名）、DPC和SSN（子系统号）组成。GT是是一种地址，类似客户拨号，没有包含在信令网中直接选取路由的信息，需要一种翻译功能把GT翻译成使SCCP和MTP直接选路由的DPC+SSN的形式。这种翻译功能可分散提供，也可集中提供。使用GT寻址可以访问任何客户。SSN（子系统号）是信令中子系统的编号。

我国GSM信令网SCCP的寻址方式：国际间采用GT方式；省内采用24位的DPC和SSN寻址；省间采用GT寻址。

GT为移动客户的MSISDN号码，翻译节点被规定在每条SCCP消息收端省的LSTP上。 GSM网内各子系统编号（SSN）见下表： 子系统 HLR VLR MSC EIR AUC

附：话务量

话务量定义为一组信道内移动电话呼叫的集合，而此呼叫涉及到呼叫时长和呼叫次数。若一个信道在一小时内被占用一小时(完全被占用)，则话务量为1 Erl。我们把系统内的总呼

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编号 00000110 00000111 00000100 00001001 00001010 BSS培训教材初稿

叫次数与平均时长的乘积称为提供的话务量。当提供话务量超过系统负荷能力时，则必然有一些呼叫不同接通，即阻塞。考虑到系统的负荷能力由信道数决定的，则系统所能提供的话务量、负荷能力和呼叫阻塞率满足下列关系，称为Erlang公式

Atm

式中A为话务量，单位为Erl；为每小时平均呼叫率；tm平均占用通话时间。

在一个系统中，呼叫完全是随机的，它取决于用户的需要。可以认为每个用户呼叫都是随机的，且与其它用户无关，即相互独立。既然电话呼叫是随机的，那么必然存在着一个分布规律，也即呼叫的到达和离去服从泊松分布。

呼叫到达过程

呼叫到达过程服从泊松规律，在时间间隔t内有k个到达的概率p为

(t)ktpk(t)e

k!式中为单位时间内呼叫率，t为时间间隔t内发生的呼叫平均数。

平均到达时间间隔

对到达时间间隔低于或等于t的概率表示为

A(t)1et

到达时间间隔表示为

E(t)a/

泊松公式(等待阻塞呼叫)

对于泊松公式，当所有信道忙时，进入系统的呼叫需等待直至占用时间结束。如果有信道在占用时间结束前空闲，则在剩余时间内对此呼叫服务。

当系统中有N个信道忙时，进入系统的呼叫数或者说被阻塞的呼叫数为

ik1AkeA k!由于阻塞率是指单位时间内阻塞的呼叫数与到达的呼叫数之比值，即为

Pb

Erlang-B公式

kNAkeA

k!式中A为单位为Erl的话务量，N为信道数。

Erlang-B是指受阻塞的呼叫消失并不再继续尝试呼叫。

Erlang-B公式确定一个呼叫被阻塞的概率，且表示不将阻塞呼叫进行排队的中继系统中GOS。Erlang-B模型基于以下假定：

  

呼叫请求无记忆，即所有用户，包括阻塞用户可以在任何时间请求分配一个信道； 在所有信道都被占用之前，任何空闲信道都能用来服务一个呼叫； 用户占用一个信道间隔(称为服务时间)的概率是指数分布；

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   

在中继资源中可用信道是有限个；

业务请求是泊松分布，即呼叫间隔时间是指数分布； 呼叫请求到达时间间隔彼此独立； 忙信道数等于服务中的用户数，阻塞率为

AN

PbNN!k

Ak0k!

式中A为单位为Erl的话务量，N为信道数。

Erlang-C公式

Erlang-C是指受阻塞的呼叫可一直等待直至被服务。

Erlang-C公式来自于这样的系统，其中不能立即接入信道的所有呼叫请求都保持在一个队列里。Erlang-C公式

Pb

举例说明：无线载频规划

根据业务量确定所需载频

      

ANANN!(1A)ANk0k!N1k

服务区用户数为1300户；

每用户平均话务量0.025Erl/用户；

服务区总话务量13000.02532.5 Erl； 阻塞率要求为2%；

根据Erlang-B公式，计算出信道数为44； 所需要话音载频数为44/8=5.5；

若考虑控制信道数为2，则所需要载频数为46/8=5.75≈6

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