CDMA2000第三层信令

1、 CDMA2000第三层信令刘晓萌北京邮电大学,北京(100876E-mail :anmianle摘 要:本文首先指出了移动台呼叫流程状态之间的转换过程,然后简要介绍了移动台的初始化状态,空闲状态以及系统接入状态。最后对移动台业务信道控制状态的业务信道消息,切换以及呼叫释放进行了详细的描述。关键词:cdma ,移动台业务信道控制状态,业务信道消息,切换1. 引 言移动台呼叫流程状态分为以下5个状态:1开机 2移动台初始化状态 3移动台空闲状态 4系统接入状态 5移动台业务信道控制状态。它们之间的状态转换如下图:图1 移动台呼叫处理状态开机以后,移动台会开始分析模块业务,即进入一个初始化任务的子

2、状态,这是进入移动台初始化状态的一个必经过程。当分析模块业务结束,移动台便顺利进入移动台初始化状态。初始化状态包括系统决定,导频信道捕获,同步信道捕获和改变时间,完成这四个子状态后,移动台便进入待机状态。另外如图2所示如果移动台在待机状态中丢失寻呼信道则重新返回移动台初始化状态。如果移动台收到基站的寻呼消息或者移动台自行发起一个通话,移动台需要返回基站一个寻呼响应消息或者发起一个起呼消息,则此时移动台进入系统接入状态,这些消息的发送及接收都是在接入信道上完成的,因而都属于接入信道消息。若基站收到的是接入信道传送的ACK 消息而不是起呼消息或者寻呼响应消息,则移动台由系统接入状态返回到待机状态。

3、进入系统接入信道以后,基站分配一个业务信道给移动台,移动台w w w .m b t r e n d .c o m 开始进入控制业务信道状态。移动台结束业务后将重新回到初始化状态2。2. 移动台初始化状态前面已经讲过初始化状态包括四个子状态,其中第一个是系统决定子状态。如果成功的选择了cdma 系统,则启动计时器T20(15s ,在计时器超时之前进入导频信道捕获子状态,同理若超时则返回系统决定子状态。进入导频信道捕获子状态之后,开始启动计时器T21(1s ,在计时器超时之前进入同步信道捕获子状态,反之则返回系统决定子状态。进入同步信道捕获状态之后,移动台会收到基站发送的同步信道消息,然后进入改变

4、时间子状态。完成这些,移动台开始待机。此时启动计时器T30(3s ,它叫做寻呼信道监督计时器,一旦超时,即移动台丢失了寻呼信道,移动台将返回系统决定子状态。如下图所示:图2 移动台初始化状态3. 移动台空闲状态 3.1 寻呼信道帧结构移动台在空闲状态会进行以下操作:监督寻呼信道,消息确认,登记,空闲状态的切换(idle handoff ,系统重定向,开销消息的响应等。寻呼信道帧结构如下图所示: 图3 寻呼信道帧结构寻呼信道发送9600bit/s 或4800bit/s 固定数据速率的信息。在一给定的系统中所有寻呼信道发送数据速率相同。寻呼信道帧长为20ms 。寻呼信道使用的导频序列偏置与同一前向

5、CDMA 信道上实体的相同。寻呼信道分为许多寻呼信道时隙,每个为80ms 长3。3.2 时隙模式下面介绍一下时隙模式,在时隙模式中,移动台只读已经选择的时隙中的寻呼信道消息,w w w .m b t r e n d .c o m 而忽略剩余的时隙。时隙周期是1.28s 的倍数。T=2i ,其中i=0,1,2如果寻呼信道时隙是6,而i=0,则下一个要监督的寻呼信道时隙是6+16*20=22,同理若i=1,则下一个要监督的寻呼信道时隙是6+16*21=38。寻呼信道头部消息包括系统参数消息,增强系统参数消息,接入参数消息,邻集列表消息,增强邻集列表消息,普通邻集列表消息,cdma 信道列表消息,全

6、球服务重定向消息。图4 时隙模式举例4. 系统接入状态 4.1 接入状态的六种子状态图5 系统接入状态w w w .m b t r e n d .c o m 系统接入状态分为以下子状态:更新开销消息子状态,此时移动台将一直监督寻呼信道,直至它拥有一个最近更新的头部消息集;移动台发起试探子状态,移动台发起一个起呼消息给基站;寻呼响应子状态,移动台发送一个寻呼响应消息给基站;移动台消息响应子状态,当接收到基站发送的消息,给基站发送一个响应消息; 登记接入子状态,移动台向基站发送登记消息,例如基于参数变化的注册等。 移动台消息传送子状态,发送一个数据脉冲消息(Data Burst Message 给

7、基站。图6 接入状态的计时器 4.2 接入信道帧结构图7 接入信道帧结构移动台在接入信道上发送信息的速率固定为4800bit/s 。接入信道帧长度为20ms 。仅当系统时间是20ms 的整数倍时,接入信道帧才可能开始。一个寻呼信道最多可对应32个反向CDMA 接入信道,标号从0至31。对于每一个寻呼信道,至少应有一个反向接入信道与之对应,每个接入信道都应与一个寻呼信道相关联。在移动台刚刚进入接入信道时,首先发送一个接入信道前缀,它的帧由96全零组成,也是以4800bit/s 的速率发射。发射接入信道前缀是为了帮助基站捕获移动台的接入信道消息3。5. 移动台控制业务信道状态5.1 移动台控制业务

8、信道状态的子状态首先,移动台进入业务信道初始化子状态,然后如果移动台是主叫,则直接进入通话子状态,然后移动台或是基站任一方释放通话,移动台都将进入释放子状态。如果移动台是被叫,则先进入waiting for order 子状态,此时如果移动台收到基站发来的释放命令(release order ,则移动台要进入释放子状态。在waiting for order 子状态中,移动台若接收到基站发w w w .m b t r e n d .c o m 来的Alert Order ,则进入waiting for mobile answer 子状态,同理,在此状态若收到基站的释放命令,则进入释放子状态。最后

9、移动台将进入初始化状态的系统决定子状态,为移动台重新进入待机状态作准备。图8 移动台控制业务信道状态 5.2 业务信道状态的几种计时器 T50(1s : 前向业务信道建立计时器,移动台收到业务信道分配消息以后收到两个连续的业务信道帧的最大时间。此后移动台进入业务信道初始化子状态。 T51(2s : 反向业务信道建立计时器,移动台收到两个连续的业务信道帧以后又收到基站的确认消息的最大时间,此后移动台进入业务信道初始化子状态。 T52(5s : 等待命令计时器,只在移动台被叫的情况下。当移动台收到参数更新命令和SSD 更新消息时计时器重启。 T53(65s : 等待应答计时器,只在移动台被叫的情况

10、下。当移动台收到保持命令或者Alert with information 消息时重启。 T54(0.2s : 发送起呼持续计时器,只在移动台主叫的情况下。 T56(0.2s : 响应一条消息的默认计时器 T5: 业务信道计时器,一旦此计时器超时,业务信道丢失。T55: 释放连接计时器下图是移动台发起呼叫且由其释放连接的流程 w w w .m b t r e n d .c o m 图9 移动台主叫且用户释放下面是移动台被叫的流程图10 移动台被叫5.3 业务信道帧结构基站在前向业务信道上以9600、4800、2400、1200bit/s 可变数据速率发送信息。前向www.mb tr en d .

11、c o m 业务信道帧长是20ms ,随机速率的选择是按帧进行的。同一CDMA 信道的不同前向业务信道所用的导频偏置不同,帧偏置是由FRAME_OFFSET 参数决定的。前向业务信道的帧偏置和反向业务信道的帧偏置相同。帧偏置为0的前向业务信道与基站发送时间(系统参考时间的偶数秒对准。帧偏置为FRAME_OFFSET 的前向业务信道帧比0偏置的业务信道帧滞后1.25×FRAME_OFFSETms 。移动台在反向业务信道上以可变速率9600、4800、2400、1200bit/s 的数据速率发送信息。反向业务信道帧的长度为20ms 。速率的选择以一帧(即20ms 为单位,即上一帧是960

12、0bit/s ,下一帧就可能是4800bit/s 。移动台业务信道初始帧的时间偏置由寻呼信道的信道支配消息中的帧偏置参数定义。反向业务信道的时间偏置与前向业务信道的时间偏置相同。仅当系统时间是20ms 的整数倍时,零偏置的反向业务信道帧才开始,帧偏置参数被指定为FRAME_OFFSET 的业务信道帧在比零片业务信道帧晚1.25×FRAME_OFFSET 毫秒时开始3。图11 业务信道消息帧结构(CRC 为循环冗余码5.4 业务信道消息举例消息名称 命令消息 鉴权询问消息 振铃消息 数据突发消息 预留切换指示消息 分析切换指示消息 业务系统参数消息 邻集列表更新消息 发送突发DTMF

13、消息功率控制参数消息 重获参数消息 参数设置消息www.mb tr en d.c o m 公用加密数据更新消息Flash with info message移动台注册消息 状态要求消息 增强切换指示消息 服务请求消息 服务响应消息 服务连接消息 服务选项控制消息 TMSI 分配消息图12 前向业务信道消息消息名称 命令消息 鉴权询问响应消息Flash with info message数据突发消息 导频强度测量消息功率测量报告消息发送突发DTMF 消息预留状态消息 起呼持续消息 切换完成消息 参数响应消息 服务请求消息 服务响应消息服务连接完成消息服务选项控制消息状态响应消息TMSI 分配完成

14、消息图13 反向业务信道消息下面我们根据具体的呼叫建立流程来分析几条前反向业务信道消息ww w .mb tr en d .c o m 图14 呼叫建立流程5.4.1 寻呼消息基站向移动台发送一条寻呼消息(General Page Message ,移动台决定接受此寻呼消息后,会发送一条寻呼响应消息(Page Response Message 给基站。在寻呼消息的Log 中,有三个重要的信息: MCC (Mobile Country Code > 359+111=460 > China IMSI_11_12 (MNC ->92+11=03 > Unicom CDMA IM

15、SI_S 是起源于 IMSI 的一个 10 数字的数字。如果 SPECIAL_SERVICE 值包含在寻呼消息的详细类型域中, 而且被设定为 '1', 基站将根据被请求的服务将这个值设定为服务选项码。 5.4.2 寻呼响应消息在寻呼响应消息的Log 中,有四条主要信息: IMSI_S equals MIN number. MIN based IMSI 移动台每隔5.12s 监督它的时隙0: 1.28 sec 1: 2.56 sec 2: 5.12 sec3: 10.24 sec 4:20.48 sec 5: 40.96 sec . 被请求模式码www.mb tr en d .c

16、 o m 图 15 被请求模式码 服务选项码=3 EVRC 5.4.3 起呼消息然后移动台向基站发送一个起呼消息(Orgination Message ,起呼消息的内容如下: 功能 比特 设置增强的SCM 指示器 7 Band 级别为1,4: 1XXXXXXX 其它Bands : 0XXXXXXX 双模 6 仅CDMA : X0XXXXXX 双模: X1XXXXXX 时隙级别 5 非时隙: XX0XXXXX 时隙: XX1XXXXX IS-54功率级别 4 总是0: XXX0XXXX 25MHZ 带宽 3 总是1: XXXX1XXX 传送2 连续: XXXXX0XX 非连续: XXXXX1XX

17、 Band 级别为0的模拟业务的功率级别1-0级别I : XXXXXX00 级别II : XXXXXX01 级别III : XXXXXX10 预留: XXXXXX11图16 电台级别标志(station class mark 图17 DTMF 数字的表示www.m b tr en d .c o m 图18 信道指示器 基本信道帧长度容量指示器:如果加上20ms 长度,移动台在基本信道上仍支持5ms 的帧长度,则移动台将指示器的值设定为1,反之,设置为0。 5.4.4 基站确认命令消息基站确认命令消息(BS ACK Order Message :这个消息是基站对移动台发送的寻呼响应消息的响应。在

18、cdma 2000中有很多种类的命令。如果有消息包含了ACK_REQ 并且将此值设定为1,则意味这条消息需要响应消息且其本身也为响应消息。 5.4.5 增强信道分配消息增强信道分配消息(Extended Channel Assignment Message : 地址类型(Address Type 0: IMSI_S 1: ESN 2: IMSI3:TMSI 5: Broadcast others: Reserved IMSI_Class_0_Type 0: IMSI_S 1:IMSI_S and IMSI_11_12 2: ISMI_S and MCC 3:IMSI_S, IMSI_11_12

19、, MCC分配模式( ASSIGN_MODE 基站根据分配消息的分配模式设置此值。在信道分配中此值根据分配模式的不同而改变。举例如下图: 图19 分配模式举例 默认配置(Default Configuration不同的无线配置对应不同的值,我们现在的cdma 无线配置是f3-r3,即前向信道和反向信道的无线配置均为值3。 5.4.6 功率控制消息功率控制消息包括以下信息:www.mb tr en d.c o m 前向功率控制操作模式指示器(Forward Power Control Operation Mode Indicator 功率控制次指示器(Power Control Subchann

20、el Indicator :指示在前向基本信道或专用控制信道上执行初级内环估计 前向链路误帧率(FPC_FCH_FER 图20 前向链路误帧率5.4.7 服务建立消息服务建立消息(Service Connection Message :基站可以利用此消息接受服务请求消息或服务响应消息中建议的服务配置。 协商服务配置信息记录(Negotiable Service Configuration Information Record 无协商服务配置信息记录(Non-Negotiable Service Configuration Information Record 5.4.8 服务建立完成消息服务建

21、立完成消息(Service Connect Completion Message :移动台发送此消息作为对服务配置的确认,并意味着服务协商成功完成。5.5 服务协商服务协商即基站和移动台协商在通话中采用哪种服务类型以及无线信道如何配置来支持这些服务。一般来说,它发生在通话的起始状态,如果必要的话,它可以发生在通话中的任一时刻。服务选项协商是在IS-95中提出的协商服务配置的可选方法,与服务协商类似,但较之后者,它在服务配置的定义上缺乏灵活性。即依据服务选项协商建立起来的服务配置被限制只能使用一种单一的服务选项。 5.5.1 几种服务协商消息增强信道分配消息:基站利用此消息接受或拒绝移动台在起呼

22、消息或寻呼响应消息中提到的初始服务配置。服务请求消息:移动台发送此消息来建议一种服务配置,同时也可接受或拒绝服务响应消息(下文将提到中的服务配置。基站可利用它来提议一种服务配置,或者拒绝服务响应消息中的服务配置。服务响应消息:移动台利用它接受或拒绝服务请求消息中的服务配置,或建议一种可选的新的服务配置。基站利用它来拒绝服务请求消息中的服务配置或建议一种新的服务配置。服务连接消息:基站利用此消息来接受服务请求消息或服务响应消息中的服务配置并通知移动台开始使用此服务配置。服务连接完成消息:移动台发送此消息作为服务连接消息的确认。 5.5.2 几种服务协商计时器www.mb tr en d.c o

23、m 图21 服务协商计时器5.6 切换Cdma2000的切换分为待机状态切换,系统接入状态切换和业务信道状态切换三大类。其中系统接入状态切换又分为接入进入切换,接入试探切换和接入切换,而业务信道切换分为更软切换,软切换和硬切换。图22 切换信令流程5.6.1 导频强度测量消息 z 时间参考PN 偏置:移动台设置此值为导频的PN 偏置,移动台利用此导频来获得与导频PN 零偏置(以64chips 为单位相关的时间参考;z 导频PN 相位;z保持导频指示器:若导频切换去掉计时器超时,则移动台将此值设为0,否则为12。 5.6.2 切换指示消息切换指示消息中包含三组参数:分配给移动台的前向业务信道的详

24、细描述、控制以后发送导频强度测量消息的参数、关于CDMA 到CDMA 硬切换的参数。切换指示消息描述了分配给移动台的每一个前向业务信道的用来扩频的PN 码的相位偏www.mb tr en d .c o m 置索引(该业务信道对应的导频信道使用相同的导频偏置,因此,把该导频偏置索引加入到激活集中、它的码分信道(即所用的Walsh 函数、该业务信道的功率控制符号是否和消息中前面列举的业务信道的功率控制符号相同。同时还有帧偏置参数,该参数仅出现一次,该参数描述的是前向业务信道和反向业务信道的相对于系统时间的时间偏置,以1.25ms 为单位。5.6.3 切换完成消息切换完成消息是移动台在收到的切换指示

25、消息中指定的反向业务信道上发送给基站的(也就是说,在调整频率和帧偏置(如果必要的话之后,至少成功获得消息中指定的一个前向业务信道。该消息中的导频偏置索引是指现在激活集中的导频。 5.6.4 硬切换计时器T63(0.1s 为数字模拟切换计时器,但移动台收到模拟切换指示消息,移动台便启动T63,并且在指示消息规定的时间内关闭发射机。移动台必须在T63超时之前在模拟信道上再次打开发射机。 T62(0.02s :当切换指示消息定义在cdma 到cdma 的网络,且cdma 频率分配没有变化时启动此计时器。T60(0.06s:当切换指示消息定义在cdma 到cdma 的网络,且cdma 频率分配改变但P

26、N 偏置没有变化时启动此计时器。 T61(0.08s: 当切换指示消息定义在cdma 到cdma 的网络,且cdma 频率分配和PN 偏置均发生变化时启动此计时器。另外硬切换完成计时器为T73(0.3s,软切换完成计时器为T56(0.2s。5.7 登记登记分为自主性登记和非自主性登记:其中自主性登记分为开关机登记,基于时间的登记,基于距离的登记,基于区域的登记,非自主性登记分为基于参数变化登记,受令登记,隐含登记,业务信道登记。 图23 登记类型6. 呼叫释放最后介绍一下呼叫释放流程,呼叫可以被基站或移动台的任一方释放,此时移动台将进入控制业务信道状态的释放子状态。如果是由移动台释放,移动台先

27、结束通话,则进入释放状态且启动释放计时器T55(5s。www.mb tr en d.c o m 然后,移动台以反向专用业务信道命令的方式发送释放命令(order 21,此命令需要基站的确认。一旦命令发出,移动台便等待由基站返回的释放命令。如果在T55超时未收到此消息,则移动台进入系统决定状态。在正常情况下,移动台将收到由基站发送的释放命令和对order 21的确认,且两者在同一消息中。此时,T55将停止计时。移动台将结束业务信道且进入释放指示的系统决定。如果是基站发起释放,只需基站以前向专用业务信道命令的方式发送释放命令(order 21,此命令不需要移动台的确认。一旦命令发出,移动台进入释放状态且发送释放命令给基站(