CDMA 2000网络规划与优化案例教程高职 龚雄涛 全书 第4章新_第1页
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1、第4章 CDMA2000信令流程4.1协议模型4.2 基本信令流程4.3数据业务呼叫流程小结 学习提示CDMA2000 1x(Code Division Multiple Access,CDMA)网络由无线接入域、核心网电路域和核心网分组三大部分组成。无线接入域包括BTS(Base Transceiver Station)、BSC(Base Station Controller)和PCF(Packet Control Function)等部分,主要完成移动语音和数据用户的接入功能;核心网电路域包括MSC(Mobile Switching Center)、VLR(Visitor Location

2、 Register)和HLR(Home Location Register) /AUC(Authentication Centre)等,主要完成有关语音业务服务;核心网分组域包括PDSN(Packet Data Service Node)、AAA(Authentication、Authorization、Accounting)服务器、网关路由器、防火墙、HA(Home Agent)和FA(Foreign Agent)等,主要完成有关数据业务。在CDMA系统中,信令消息具体体现在接口的协议和规范上,学习信令流程,我们先从子系统互连和接口的分层模式来说明CDMA系统中主要协议的结构和相互关系。在C

3、DMA系统中,信令在不同的接口有不同的形式,也就有不同的信令协议。CDMA2000 1x网络的重要接口有Abis接口、空中接口(即Um接口)和A接口。这些接口就是用来传输各组元之间的信令消息以及语音和数据业务。 学习目的和要求了解CDMA2000的协议模型;熟悉CDMA2000语音业务起呼、被呼和呼叫释放流程;掌握CDMA2000软切换流程;了解数据业务的基本概念;掌握数据业务呼叫流程。CDMA2000系统各功能实体之间的接口定义明确,同样CDMA2000规范对各种接口所使用的分层协议也作了详细的定义,CDMA2000 1x系统网络结构如图4-1所示。其中,Abis接口是BSC与BTS之间的接

4、口;Um接口是BTS与移动台之间的接口;4.1协 议 模 型1x EV-DO网络的IOS接口称为A接口,包括A1/A2是MSC与BSC之间的接口;A3/A7是BSC之间的接口,其中A7支持BSC之间的软切换;A8/A9是BSC与PCF之间的接口;A10/A11接口在PCF的附着点是PDSN;另外在1x EVDO系统中新增了A12和A13信令接口,A12提供AN-AAA与AN(Access Network)交换接入鉴权的参数及结果的接口(AN-AAA是可选的逻辑实体单元),A13是不同AN之间的信令接口,在AN的附着点是BSC。RADIUS(Remote Authentication Dial

5、In User Service)提供PDSN与AAA之间的信令接口。图4-1 CDMA2000 1x系统网络结构协议是各功能实体之间共同的“语言”,通过各个接口互相传递有关消息,为完成CDMA2000系统的全部通信和管理功能建立起有效的信息传送通道。不同的接口可采用不同形式的物理链路,完成各自特定的功能,传递各自特定的消息。分层的目的是允许隔离各组信令协议功能,按连续的独立层描述协议,每层协议在明确的服务接入点对上层协议提供它自己特定的通信服务。图4-2给出了CDMA2000 1x EV-DO Rel.0空中接口协议模型,它由七个协议层组成,从下到上依次为物理层、MAC层、安全层、连接层、会话

6、层、流层和应用层。各协议层按功能划分,而非按承载划分,各层之间没有严格的上下层承载关系。在时间上,各层协议可以同时存在,不存在严格的先后关系;在数据封装上,业务数据自上而下进行封装,可以跨越部分协议层。各协议层的功能如下:1. 物理层物理层规定了前反向物理信道的结构、输出功率、数据封装、基带及射频处理和工作频点等。2. MAC(Media Access Control)层MAC层所完成对物理信道的访问控制功能,其中:(1) 控制信道MAC协议规定了控制信道的传送方式和时序要求。(2) 接入信道MAC协议规定了终端接入系统的方式和长码(Long Code)生成方式。(3) 前向业务信道MAC协议

7、规定了前向业务信道的速率控制和复用/解复用方式。(4) 反向业务信道MAC协议规定了反向业务信道的捕获和速率选择机制。图4-2 1x EV-DO Rel.0 空中接口协议栈结构3. 安全层安全层完成CryptoSync的生成、密钥交换、数据加密和空口鉴权等功能,其中:(1) 安全协议用于生成鉴权协议和加密协议所需要的CryptoSync和时戳等变量。(2) 密钥交换协议生成空口鉴权和数据加密所需要的密钥。(3) 鉴权协议完成安全层数据分组消息的完整性保护功能,可以用于检验终端是否为某空口会话的合法拥有者。(4) 加密协议完成空口数据的加密。4. 连接层连接层所完成的功能有:(1) 系统的捕获、

8、连接的建立/维持/释放。(2) 连接状态下的移动性管理和链路控制。(3) 对会话层数据分组的复用。(4) 对安全层数据分组的解复用。其中:(1) 无线链路管理协议用于维护AT(Access Terminal)与AN之间的无线链路状态。(2) 初始化状态协议规定了终端捕获网络的过程及消息。(3) 空闲状态协议定义了终端在已成功捕获网络但连接尚未打开时所遵循的流程及消息。(4) 连接状态协议定义了连接打开后AT与AN通信所需消息及交互过程。(5) 路径更新协议完成对终端位置的跟踪、维护及其跨子网移动时的无线链路维护等功能。(6) 分组合并协议完成对会话层数据分组的复用和对安全层数据分组的解复用功能

9、。5. 会话层会话层完成空口会话的建立、维持和释放功能,其中:(1) 会话管理协议用于激活会话层其它协议及维护与关闭会话。(2) 地址管理协议用于会话终端的地址分配。(3) 会话配置协议负责与会话相关的协议及其配置的协商。6. 流层流层所完成对应用层数据流和信令流打QoS标识,将单个或多个应用流(Flow)合成为流层的径流(Stream)等功能。7. 应用层应用层所完成分组应用和信令应用数据分组的收发及其控制功能。以上简单地介绍了1x EV-DO Rel.0各层的功能。1x EV-DO Rel.0设计的初衷是面向非对称的无线数据业务,在满足用户各种新业务方面存在不足:前反向业务能力不平衡;对Q

10、oS的支持不能满足多业务要求;数据与话音业务存在并发问题,系统与ANSI-41的电路域网络没有任何联系,也使1x EV-DO系统难以接收到电路域网络中关于话音呼叫的信息;不支持共享的广播信道。针对1x EV-DO Rel.0中的不足,3GPP2在1x EV-DO Rev.A中提出相应的改进措施:提高了反向链路吞吐量;改进了前向链路;增强了对QoS的支持;更完善地支持1x/DO的双模操作。图4-3给出了1x EV-DO Rev.A空中接口协议栈模型。图4-3 1x EV-DO Rev.A空中接口协议栈模型Rev.A相对Rev.0新增以下功能:1) 物理层新增功能Rev.A物理层协议分为子类型0物

11、理层协议、子类型1物理层协议和子类型2物理层协议:(1) 子类型0物理层协议对应于Re1.0的物理层协议。(2) 子类型1物理层协议对接入信道进行了功能增强。(3) 子类型2物理层协议除了对接入信道和控制信道进行了功能增强,还定义了新的Rev.A前、反向业务信道结构,该协议支持增强接入信道MAC协议、增强控制信道MAC协议、子类型1前向业务信道MAC协议和子类型3反向业务信道MAC协议。下面详细介绍Rev.A物理层的新增功能,1x EV-DO Rev.A的物理信道结构如图4-4所示。图4-4 1x EV-DO Rev.A前反向物理信道组成Rev.A前向调整了RPC(Reverse Power

12、Control)和DRC Lock(Data Rate Control Lock)信道,增加ARQ(Automatic Repeat reQuest)子信道。Rev.A反向以子帧为单位传送,每个子帧占4个时隙,支持HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest)重传机制,相应地在前向增设ARQ信道,ARQ信道与RPC或DRCLock信道时分复用。其中:(1) ARQ信道在每个子帧的前三个时隙发送。(2) RPC或DRC Lock在每个子帧的第四个时隙发送。(3) RPC每四个时隙发送一次,DRCLock的发送周期与长度由前向业务信道MAC协议指定。Rev.A对接入信道

13、和控制信道进行了功能增强:(1) 接入信道支持9.6 kb/s、19.2 kb/s和38.4 kb/s等三种可变速率,通过灵活选择接入速率、接入前缀的大小等接入参数,并采用功率突发机制,以实现对实时业务用户的快速接入。(2) 控制信道支持19.2 kb/s、38.4 kb/s和76.8 kb/s等三种传送速率,通过增设相对较短的子同步控制周期以发送寻呼消息,从而实现对实时业务用户的快速寻呼。Rev.A前、反向业务信道支持更长的分组和更小的分组(可以是单用户或多用户分组)。前向链路最低速率和最高速率分别为4.8 kb/s和3.1 Mb/s,反向链路最低速率和最高速率分别为4.8 kb/s和1.8

14、 Mb/s,在最低速率和最高速率之间,由于前、反向链路均采用了HARQ和提前中止技术,衍生出多种非标称的速率等级,从而实现更灵活地业务速率适配,进一步提高了频谱效率。Rel.0反向RRI(Reverse Rate Indicator)信道与反向导频信道时分复用,采用3 bits信息表示五个反向速率等级。在Rev.A中,反向共包含12个标称速率等级,并按照子帧方式传送,RRI改用6 bit信息来表示,其中,4 bit信息表示标称速率等级,2 bit信息表示子帧序号;同时由于每个子帧都要速率指示,因此,Rev.A的RRI信道不再与反向导频信道时分复用,RRI信道使用独立的扩频码。Rev.A反向增加

15、了辅助导频信道,为反向传送长数据分组时提供较强的相干解调基准。辅助导频信道与基本导频信道共存,比数据提前半个时隙发送,在数据传送完后半个时隙结束,并按照半时隙进行功率调整。Rev.A反向增加了DSC(Data Source Control)信道,实现切换时连续数据传送。DSC与DRC信道配合使用,提高虚拟软切换的成功率,大幅度地降低切换时延;DSC信道在切换之前DSCLength个时隙开始发送,在发送完一个时隙后开始生效,有效期由反向业务信道MAC协议参数DSCLength指定,在有效期间,基站根据DSC与DRC信息决定是否进行虚拟软切换。DSC与ACK时分复用。2) MAC层新增功能1x E

16、V-DO Rev.A的MAC层对控制信道MAC协议、接入信道MAC协议、前向业务信道MAC协议和反向业务信道MAC协议等都做了功能增强或改进。控制信道MAC协议新增功能-控制信道MAC协议支持相对较短的子同步控制信道包囊,用于发送寻呼消息,实现对实时业务用户的快速寻呼。接入信道MAC协议新增功能-接入信道MAC协议支持更灵活的接入信道数据封装格式,通过灵活选择接入速率、接入前缀及接入负载的大小等参数,并引入功率突发机制,实现对实时业务用户的快速接入。前向业务信道MAC协议新增功能-前向业务信道MAC协议分为缺省前向业务信道MAC协议和增强前向业务信道MAC协议。缺省前向业务信道MAC协议可以与

17、子类型0物理层协议或子类型1物理层协议配合工作。增强前向业务信道MAC协议与子类型2物理层协议配合工作。该协议新增功能包括:(1) 支持不同用户之间(Inter-user)和同一用户的不同业务之间(Intra-user)的QoS区分功能。(2) 修改了DRC信道的DRCValue 字段传送的内容。(3) 可以使用通用属性更新协议(GAUP,Generic Attribute Update Protocol)更新多用户分组使能(Multi User Packets Enabled)和短数据分组使能门限(Short Packets Enabled Threshold)等参数,但不允许使用GAUP更

18、新属于该协议的可配置参数。反向业务信道MAC协议新增功能-反向业务信道MAC协议分为缺省反向业务信道MAC协议、子类型1反向业务信道MAC协议、子类型2反向业务信道MAC协议和子类型3反向业务信道MAC协议。该协议新增功能包括:(1) 在单用户多业务并发情况下,该协议用于协商每个业务流的参数和属性,以实现反向业务的QoS增强。(2) 该协议通过调整每个流的T2P(业务信道与导频信道发送功率比)来实现精确地速率控制。(3) 在会话协商期间,该协议使用GAUP快速协商和配置会话的参数和属性。3) 安全层新增功能安全层提供以下功能:(1) 安全协议:提供一套程序,用于AT和AN对往来的业务数据进行加

19、密。(2) 密钥交换协议:提供一套程序,用于AT和AN之间交换密匙,以备认证和鉴权使用。(3) 鉴权协议:提供一套程序,用于AT和AN之间对往来的业务数据进行认证。Rev.A安全层对安全协议、密钥交换协议和鉴权协议做了功能增强。4) 连接层新增功能EV-DO Rev.A连接层新增增强空闲状态协议(Enhanced Idle State Protocol)。该协议允许根据SlotCycle来调整终端的监听周期,SlotCycle与监听周期之间的关系如表4-1所示。表4-1 SlotCycle与监听周期之间的关系Rev.A连接层业务信道指配消息的内容发生了变化:(1) MACIndex从6 bit

20、变为7 bit。(2) 增加了DSC、DSCChannelGain及RAChannelGain等字段。5) 会话层新增功能Release A会话层没有新增协议,对SCP进行了以下功能增强:(1) 引入Personality 的概念。AT和AN协商完一个Personality后,若要协商另一个Personality,AN需要发送软配置完成消息(Soft Config Complete Message),置Continue=1;在会话配置协商期间,AN可以通过属性更新请求消息(Attribute Update Request Message)请求更新Session Config Token,以协商

21、另一个Personality,新的Personality在下次连接期间生效。(2) 引入Personality可协商属性,包括Hard Link协议子类型、Session Config Token和Personality Count等属性。6) 流层新增功能1x EV-DO Rev.A流层包含缺省流协议和虚拟流协议(Virtual Stream Protocol)。(1) 缺省流协议对应于Rel.0流层协议,它定义了四种应用流。(2) 虚拟流协议是Rev.A新增流协议,它采用了7 bits的流标识,最多可以表示127个不同的虚拟流。对于每个上层应用,可以通过缺省流协议映射为应用流,也可以通过虚

22、拟流协议映射为虚拟流,二者不可同时使用。7) 应用层新增功能Rev.A应用层引入了CDMA2000系统交叉寻呼和多RLP流等多种新业务应用,使得1xEV-DO技术从Rel.0版本侧重于提供高速数据传送平台,向提供多样性业务平台转移,对运营商和用户更具吸引力:(1) 新增多流分组应用(Multi-flow Packet Application):支持单用户多个业务,每个业务可以有多个RLP流,并对每个RLP流单独进行控制。(2) 新增短数据突发应用(Data over Signaling):类似于CDMA2000短数据突发机制,利用1x EV-DO接入信道或控制信道来传送短数据分组。(3) 新增

23、交叉寻呼应用(CDMA2000 Circuit Service Notification Application):终端在监听1x EV-DO系统期间,可以收到1x EV-DO系统下发的CDMA2000 1x寻呼或短消息等。不需要终端在两网之间进行频繁切换,有利于降低网络切换所需开销,延长手机待机时间,并实现对CDMA2000 1x语音呼叫的快速响应。(4) 新增多模终端能力查询应用(Multimode Capability Discovery Application):用于终端上电初始化时系统与终端的多模能力协商,可以支持并发公共信道收发、并发专用信道收发、混合终端操作和接收分集等多种工作模

24、式。 CDMA2000 1x业务流程包括:语音业务流程、登记流程、数据业务流程、切换流程和电路型数据业务流程。各种流程由CDMA 网络中的MS、BSS 等各相关部分通过消息交互,共同协作完成。语音业务的典型流程包括:起呼、被呼、释放(BSS 发起的释放、MSC发起的释放)。4.2 基本信令流程4.2.1 语音业务起呼语音业务起呼的流程如图4-5所示。AMS(移动台)在空中接口的接入信道上向BSS 发送Origination Message,并要求BSS应答。BBSS收到Origination Message后向MS发送BS Ack Order。CBSS构造CM Service Request

25、消息,封装后发送给MSC。对于需要电路交换的呼叫,BSS可以在该消息中推荐所需地面电路,并请求MSC分配该电路。图4-5 语音业务起呼DMSC向BSS发送Assignment Request消息,请求分配无线资源;如果MSC能够支持BSS在CM Service Request消息中推荐的地面电路,那么MSC将在Assignment Request消息中指配该地面电路;否则指配其它地面电路。EBSS为MS分配业务信道后,在寻呼信道上发送Channel Assignment Message / Extended Channel Assignment Message,开始建立无线业务信道。FMS在指

26、定的反向业务信道上发送Traffic Channel preamble (TCH Preamble)。GBSS捕获反向业务信道后,在前向业务信道上发送BS Ack Order,并要求MS应答。HMS在反向业务信道上发送MS Ack Order,应答BSS的BS Ack Order。IBSS向MS发送Service Connect Message / Service Option Response Order,以指定用于呼叫的业务配置。JMS收到Service Connect Message后,MS开始根据指定的业务配置处理业务,并以Service Connect Completion Mess

27、age作为响应。K无线业务信道和地面电路均成功连接后,BSS向MSC发送Assignment Complete message,并认为该呼叫进入通话状态。L在带内提供呼叫进程音的情况下,回铃音将通过话音电路向移动台发送。4.2.2 语音业务被呼语音业务被呼的流程如图4-6所示。A当被寻呼的MS在MSC的服务区内时,MSC向BSS发送Paging Request消息,启动寻呼MS的呼叫建立过程。BBSS在寻呼信道上发送带MS识别码的General Page Message。CMS识别出寻呼信道上包含它识别码的寻呼请求后,在接入信道上向BSS回送Page Response Message。DBSS

28、利用从MS收到的信息组成一个Paging Response消息,封装后发送到MSC。BSS可以在该消息中推荐所需的地面电路,并请求MSC分配该电路。图4-6 语音业务被呼的流程图EBSS收到Paging Response消息后向移动台发送BS Ack Order。FM请参照移动台起呼流程的DK步骤。NBSS发送带特定信息的Alert with Info消息给MS,指示MS振铃。OMS收到Alert with Info消息后,向BSS发送MS Ack Order。P当MS应答这次呼叫时(摘机),MS向BSS发送带层2证实请求的Connect Order消息。Q收到Connect Order消息后

29、,BSS在前向业务信道上向MS回应BS Ack Order。RBSS发送Connect消息通知MSC,MS已经应答该呼叫。此时认为该呼叫进入通话状态。4.2.3 软/更软切换流程移动性是移动通信系统最大的优点。在移动通信网络中,小区的覆盖是有限的,随着移动台的移动,为了保证通信的完整性,必然要求移动台在进入另一个小区的覆盖范围时,能够与新的小区建立通信,并在适当的时候切断与原来小区的通信,即切换,图4-7给出切换的示意图。当移动台从一个基站的覆盖范围移动到另外一个基站的覆盖范围时,通过切换保持移动台的通信不被中断。在一次呼叫的持续时间内,基站定期地对移动台的信号进行监测,当监测到触发切换条件时

30、,基站立即向MSC或者BSC报告。收到报告消息后,MSC或BSC将会搜索一个新的小区或新的信道。图4-7 切换示意图当搜索到合适的小区或信道时,MSC或BSC就会触发一个切换,否则移动台会继续利用原来的信道进行通信。如果切换完成,移动台原来使用的信道就会被释放掉。不仅在同一个通信系统的不同小区间需要切换,在不同CDMA载波、甚至不同的通信系统(如双模手机在GSM和CDMA系统中)也需要进行切换来保持通信的完整性。CDMA2000提供了多种机制来保证切换功能的健壮性,即当一个移动台从一个小区穿过边界来到另一个小区时,还能保证原有的通信。其中最主要的机制是软切换,移动台能够得到多达三个小区的同时支

31、持,这个过程使移动台在离开其服务基站之前,就已经与它可能到达新的基站建立联系。另外,由此所产生的分集增益也提高了边缘区域的链路质量。CDMA2000软切换与硬切换有几方面的差异。硬切换需要中断业务信道,而在CDMA软切换中,因为多个小区复用同一个频率,所以不需要每到一个小区就切换信道。而且,与原有的服务基站间的联系还未中断之前,和新的基站间的联系就已经建立起来了,所以不会发生业务信道被中断的情况。切换过程之所以具有健壮性,因为移动台在断掉与原基站的联系之前就已和目标基站建立了通信,CDMA的软切换与硬切换机制的差异如图4-8所示,这一过程被称为“先建立,后断开”,与此相对的是“先断开,后建立”

32、。图4-8 软切换与硬切换的差异1导频集“导频信号”可用一个导频信号序列偏置和一个载频标明,一个导频信号集的所有导频信号具有相同的CDMA载频。移动台搜索导频信号以探测现有的CDMA信道,并测量它们的强度,当移动台探测了一个导频信号具有足够的强度,但并不与任何分配给它的前向业务信道相联系时,它就发送一条导频信号强度测量消息至基站,基站分配一条前向业务信道给移动台,并指示移动台开始切换。在业务状态下,对于移动台来说,在某一载频下,所有不同偏置的导频信号被分类为如下集合:(1) 有效集:所有与移动台的反向业务信道相联系的导频信号。(2) 候选集:当前不在有效导频信号集里,但是已经具有足够的强度,能

33、被成功解调的导频信号。(3) 相邻集:由于强度不够,当前不在有效导频信号集或候选导频信号集内,但是可能会成为有效集或候选集的导频信号。(4) 剩余集:在当前CDMA载频上,系统里的所有可能的导频信号集合,但不包括在相邻导频信号集,候选导频信号集和有效导频信号集里的导频信号。在待机状态下,导频信号被分为:有效集、相邻集和剩余集。不同导频集被搜索到的机会不同,剩余集中的导频被搜索的机会远远小于有效集以及候选集中的导频。导频集合示意图如图4-9所示。图4-9 导频集示意图2软切换所谓软切换,就是当移动台需要跟一个新的基站通信时,并不先中断与原基站的联系,而先与目标基站联系,然后才与原基站中断联系。C

34、DMA2000的软切换只能在同频率的信道之间进行。它在两个基站覆盖区的交汇区起到了业务信道的分集作用(导频集:有效集、候选集、邻区集和剩余集)。这样可以大大减少由于切换造成的掉话率,保证了通信的可靠性。软切换主要发生在以下几种情形:同一BSC内不同BTS之间相同频率的切换;同一MSC内,不同BSC之间相同频率的切换;同一BTS内不同扇区相同频率之间的切换,即更软切换。下面分别给出IS-95软切换的切换流程。IS-95软切换的切换流程如图4-10所示。PSMM:导频强度测量消息;HDM:切换指示消息;HCM:切换完成消息;T_ADD:基站将此值设置为移动台对导频信号监测的门限;T_DROP:基站

35、将此值设置为移动台对导频信号下降监测的门限;T_TDROP:基站将此值设置为移动台导频信号下降监测定时器的预置定时值;T_COMP:基站将此值设置为有效集与候选集导频信号强度的比较门限。图4-10 IS-95软切换信令流程软切换流程详细说明如下:(1) 在进行软切换时,移动台首先搜索所有的导频信号,并测量它们的强度。当该导频强度大于一个特定值T_ADD时,移动台认为此导频的强度已经足够大,能够对其进行正确解调。但尚未与该导频对应的基站相联系时,它就向原基站发送一条导频强度测量消息(PSMM,Pilot Strength Measurement Message),以通知原基站这种情况,并且将导频

36、集纳入候选集。(2) 原基站将移动报告送往移动交换中心,移动交换中心让新的基站安排一个前向业务信道给移动台,并且原基站发送一条切换指示消息(HDM,Handoff Direction Message)指示移动台开始切换。(3) 当收到来自基站的切换指示消息后,移动台将新基站的导频从候选集纳入有效集,开始对新基站和原基站的前向业务信道同时进行解调。移动台向原基站发送一条切换完成消息(HCM,Handoff Completion Message),通知基站自己已经根据命令开始对两个基站同时解调了。(4) 随着移动台的移动,可能两个基站中某一方的导频强度已经低于某一特定值T_DROP,这时移动台启动

37、切换去掉计时器(移动台对在有效导频集和候选导频集里的每一个导频都有一个切换去掉计时器,当与之相对应的导频强度比特定值T_DROP小时,计时器启动)。(5) 当该切换去掉计时器T_TDROP期满时(在此期间,其导频强度应始终低于T_DROP),移动台向基站发送导频强度测量消息(PSMM)。(6) 基站接收到导频强度测量消息后,将此信息送至MSC,MSC 再返回相应切换指示消息(HDM)给基站,基站发切换指示消息给移动台。(7) 移动台将切换去掉计时器到期的导频将其从有效集移到邻区集。此时移动台只与目前有效导频集内的导频所代表的基站保持通信,同时会发一条切换完成消息(HCM)告诉基站,表示切换已经

38、完成。(8) 移动台接收一个不包括导频的NLUM(Neighbor List Update Message)。导频进入剩余集。CDMA2000 1x移动台进行软切换的流程如图4-11所示。图4-11 CDMA2000 1x软切换流程图1x系统有以下九个切换参数:导频信号加入门限(T_ADD)、导频信号去掉门限(T_DROP)、切换去掉定时器(T_TDROP)、有效导频信号集与候选导频信号集比较门限(T_COMP)、导频偏置指数增量(PILOT_INC)、相邻导频集最大保留时间(NGHBR_MAX_AGE)、切换斜率(SOFT_SLOPE)、加入截距(ADD_INTERCEPT)、去掉截距(DR

39、OP_INTERCEPT)。导频软切换流程详细说明如下:(1) 导频P2强度超过T_ADD时,移动台把导频移入候选集。(2) 导频P2强度超过(SOFT_SLOPE/8)10 log10(PS1)+ADD_INTERCEPT/2时,移动台给基站发送导频强度测量消息(PSMM)。(3) 移动台收到基站回的扩展切换指示消息EHDM后,把导频P2加入到有效集,并发送切换完成消息HCM。(4) 导频P1强度降低到低于(SOFT_SLOPE/8) 10log10(PS2)+DROP_INTERCEPT/2,移动台启动切换去掉定时器。(5) 切换去掉定时器超时后,移动台给基站发送导频强度测量消息。(6)

40、移动台收到基站发来的扩展切换指示消息(EHDM:Extended Handoff Direction Message)后,把导频P1送入候选集并发送切换完成消息(HCM)。(7) 导频P1强度降低到低于T_DROP时,移动台启动切换去掉定时器。(8) 切换去掉定时器超时后,移动台把导频P1从候选集移入相邻集。介绍了软切换的切换流程,下面再对软切换加信令流程和去信令流程分别简单介绍,切换流程需要源基站、目标基站、移动台和MSC协同工作来实现,其流程分别如图4-12、图4-13所示。图4-12 软切换加信令流程软切换加信令流程步骤如下:(1) 移动台测定非当前服务基站具有足够强度的导频信号作为切换

41、的目标。(2) 移动台给服务基站发送一个导频信号强度测量消息。(3) 服务基站给MSC发送一个新目标基站切换请求消息。(4) MSC接到切换请求消息,并向目标基站发送一个切换请求消息。(5) 目标基站通过发送空业务消息来建立与移动台的通信。(6) 目标基站给MSC发送连接请求消息。(7) MSC协调来自新旧两个基站的连接,从而可以进行软切换,并且MSC给目标基站发送连接确认消息。(8) 目标基站给MSC发送可以切换成功确认消息。(9) MSC给服务基站发送切换确认消息。(10) 服务基站给移动台发送切换指示消息。(11) 移动台给服务基站发送切换完成消息。(12) 服务基站给MSC发送切换通知

42、消息。(13) MSC确认切换通知消息。(14) 目标基站给移动台发送导频信号测量请求指令消息。(15) 移动台给目标基站发送导频信号强度测量消息。图4-13 软切换去信令流程下面为软切换去信令流程:(1) 移动台测定服务基站没有足够强度的导频信号(低于门限值)。(2) 移动台向服务基站发送切换指令,该消息要求服务基站脱离软切换。(3) 服务基站向移动台发送切换指示消息。(4) 移动台向服务基站发送切换完成消息。(5) 服务基站向目标基站发送相关呼叫记录等主要消息。(6) 目标基站通过接口传送主要消息来证实消息。(7) 目标基站向MSC发送请求消息。(8) MSC向目标基站发送切换通知确认消息

43、。(9) 目标基站向移动台发送一个导频信号测量请求指令消息。(10) 移动台向目标基站发送一导频信号强度测量消息。(11) 原来的服务基站向MSC发送断开请求消息。(12) MSC通过给原来的基站发送断开确认消息来证实消息。3更软切换更软切换由基站完成,并不通知MSC。对于同一移动台,不同扇区天线的接收信号对基站来说就相当于不同的多径分量,并被合成一个语音帧送至选择器(Selector),作为此基站的语音帧。而软切换是由MSC完成的,将来自不同基站的信号都送至选择器,由选择器选择最好的一路,再进行语音编解码。由于更软切换的流程包含在上面的软切换流程里面,这里就不再进一步分析。上面主要介绍了切换

44、的类型以及软切换实现过程和更软切换的概念,在实现系统运行时,这些切换是组合出现的,可能同时既有软切换,又有更软切换和硬切换。例如,一个移动台处于一个基站的两个扇区和另一个基站交界的区域内,这时将发生软切换和更软切换。若处于三个基站交界处,又会发生三方软切换。两种软切换都是基于具有相同载频的各方容量有余的条件下,若其中某一相邻基站的相同载频已经达到满负荷,MSC就会让基站指示移动台切换到相邻基站的另一载频上,这就是硬切换。在三方切换时,只要另两方中有一方的容量有余,都优先进行软切换。也就是说,只有在无法进行软切换时才考虑使用硬切换。当然,若相邻基站恰巧处于不同MSC,这时即使是同一载频,在目前也

45、只能是进行硬切换,因为此时要更换声码器。如果以后BSC间使用了IPI接口和ATM才能实现MSC间的软切换。4.2.4 呼叫释放流程1移动台发起的释放MS在发起网络接入以后,如果因为业务需求(如用户挂机),可以主动发起释放,其流程如图4-14所示。图4-14 移动台发起的释放移动台发起释放的具体过程如下:A移动台在反向信道上发送Release Order消息发起呼叫释放操作。BBSS向MSC发送Clear Request消息。CMSC发送Clear Command消息,指示BSS释放相关的专用资源(如地面电路资源)。DBSS向MS发送Release Order消息,然后释放无线资源。EBSS收到

46、MSC发送的Clear Command消息后,释放所分配的地面电路资源,并回应Clear Complete消息;MSC收到Clear Complete消息后,释放低层的传输连接(SCCP:Skinny Call Control Protocol连接)。2BSS发起的释放由于MS没有被激活,MS与BSS间无线链路连接失败,或者由于BSS设备损坏等原因,造成呼叫失败时,BSS可向MSC发送释放请求消息,触发呼叫释放流程。如图4-15所示。图4-15 BSS发起的释放BSS发起释放的具体过程如下:A当无线链路失败或MS未激活等情况出现时,BSS向MSC发送Clear Request消息。BMSC发送

47、Clear Command消息,指示BSS释放相关的专用资源(如地面电路资源)。CBSS收到Clear Command消息后,回应Clear Complete 消息,MSC收到该消息后,释放低层的传输连接(SCCP连接)。3MSC发起的释放MSC发起的释放,其流程如图4-16所示。图4-16 MSC发起的释放MSC发起释放的具体过程如下:AMSC发送Clear Command消息,指示BSS释放相关的专用资源,并发起Um接口的呼叫释放程序。BBSS通过在前向信道上发送Release Order消息,发起呼叫释放操作。C收到Release Order消息后,MS在反向信道上回应Release O

48、rder消息。DBSS将Clear Complete消息发往MSC,MSC收到该消息后,释放低层的传输连接(SCCP连接)。4.3.1 数据业务基础当今的社会是信息的社会,数据业务需求增长迅速。数据业务就是根据传输协议,在不同的功能单元之间进行数据传输的业务,它是通过分组域承载的一系列业务。在3G业务中,主要指3GPP定义的交互类业务。数据业务的服务质量可以量化为一系列评价指标(吞吐量、时延、环回时延(round trip delay)、接入时长、丢包率和错包率等)。4.3数据业务呼叫流程移动数据通信作为移动通信与数据通信的结合点,是对移动通信与数据通信的补充,有着广阔的市场与发展前景。对于移

49、动通信运营商而言,则意味着无限的商机。2003年3月28日,当时的中国联通在全国31个省会城市推出CDMA2000 1x无线数据增值业务。CDMA2000的无线数据业务便与中国移动的GPRS(General Packet Radio Service)全面交锋。综观当前的通信业务,数据业务的增长速度高于话音业务的增长。第三代移动通信系统的商用,移动数据业务有望与固定数据业务相媲美。随后的移动数据业务将不断深入到我们的日常生活之中。电信业务分类目录中对3G业务作如下描述:3G业务是第一类基础业务中的蜂窝移动通信业务,具体地讲,就是指利用第三代移动通信网络提供的语音、数据、视频图像等业务。主要特征是

50、可提供高速移动宽带多媒体业务,并保证高可靠的服务质量。相对于第二代移动通信系统,3G最大的特点是业务种类丰富,基于3G网络承载能力的业务将更加丰富。3G网络对可视对话、彩信等移动多媒体通信业务的支持能力更强,各种应用更丰富,如位置导航、信息搜索、移动商务、视频点播、个性化信息传递(随时随地获取生活资讯、新闻、股票、天气预报等信息)、网络游戏、在线交友及虚拟社区等,都可以在3G网络中获得全面支持。3G业务的最基本特征如下:(1) 具有丰富的多媒体业务应用。(2) 提供高速率的数据承载:高速移动环境下支持144 kb/s速率,步行和慢速移动环境下支持384 kb/s速率,室内环境支持2 Mb/s速

51、率。(3) 业务提供方式灵活:同时提供电路域和分组域、话音和数据业务,支持承载类业务,支持可变的比特率,支持不对称业务,并且在一个连接上可同时进行多种业务。(4) 提供业务的QoS质量保证。UMTS(Universal Mobile Telecommunication System)中定义了四种QoS类别:会话型、数据流型、交互式型及背景型。(1) 会话型业务包括话音业务和视频 业务。话音业务的特点为:实时会话要求,端到端的时延很低,且业务是对称或近似对称;使用自适应多速率(AMR)技术,包括多种速率:12.2(GSM,Global System for Mobile Communicatio

52、n)、10.2、7.95、6.70(PDC,Personal Digital Cellular)、5.90、5.15和4.75 kb/s等;AMR的比特率可由无线接入网根据空中接口的负荷和话音连接的质量控制;AMR可在网络容量、覆盖和话音质量之间根据运营商的要求进行权衡交易。视频 的特点为:时延要求与话音业务类似,对于CS连接,采用ITU-T Rec。H.324M协议;对于PS连接,采用IETFSIP协议。(2) 数据流业务的代表是多媒体数据流,其特点为在数据流的信息实体之间保持时间的联系,数据被处理成稳定和连续的流,是非对称业务。(3) 交互式业务的特点是需要在一定时间内响应,这种业务的代表

53、为基于定位的业务,以及网络计算机游戏等。(4) 背景式业务的特点是不需立即采取行动,这种业务的代表应用是E-mail的传递、SMS及数据库的下载等。针对3G数据业务的特征,下面以CDMA2000 1x的数据业务流程为例,简单介绍CDMA2000的数据业务流程。4.3.2 数据业务呼叫流程在CDMA2000的数据业务中,增加了两个重要的网络设备:分组控制功能(Packet Control Function,PCF)和分组数据服务节点(Packet Data Server Node,PDSN)。PCF一般与BSC在一起。PCF的功能主要是在BSC和PDSN提供PPP帧的传输,它是RLP连接的终止点

54、。PDSN是PPP连接的终止点,提供IP数据包的路由(供接入网到Internet的接口)。PDSN:是无线网和数据网之间的网关设备,实现了无线网络(CDMA2000)与分组数据网络之间的数据传递。在CDMA2000 1x数据业务流程中,无线数据用户存在三种状态:(1) 激活态(Active):手机和基站之间存在空中业务信道,两边可以发送数据,A1、A8、A10连接保持。(2) 休眠状态(Dormant):手机和基站之间不存在空中业务信道,但两者之间存在PPP(Point to Point Protocol)链接,A1、A8连接释放,A10保持连接。(3) 空闲状态(Null):手机和基站之间不

55、存在空中业务信道和PPP链接,A1、A8、A10连接释放。1移动台起呼移动台的数据业务起呼流程如图4-17所示。AMS在空中接口的接入信道上向BSS发送起呼消息。BBSS收到起呼消息后向MS发送基站证实指令。CBSS构造一个CM业务请求消息发送给MSC。DMSC向BSS发送指配请求消息以请求BSS分配无线资源。EBSS将在空中接口的寻呼信道上发送信道指配消息。FMS开始在分配的反向业务信道上发送前导。G获取反向业务信道后BSS将在前向业务信道上向MS发送证实指令。HMS收到基站证实指令后发送移动台证实指令,并且在反向业务信道上传送空的业务帧。IBSS向MS发送业务连接消息/业务选择响应消息,以

56、指定用于呼叫的业务配置,MS开始根据指定的业务配置处理业务。J收到业务连接消息后MS响应一条业务连接完成消息。KBSS向PCF发送A9-Setup-A8消息,请求建立A8连接。LPCF向PDSN发送A11-Registration-Request消息,请求建立A10连接。MPDSN接受A10连接建立请求,向PCF返回A11-Registration-Reply消息。NPCF向BSS返回A9-Connect-A8消息,A8与A10连接建立成功。O无线业务信道和地面电路均建立并且完全互通后,BS向MSC发送指配完成消息。PMS与PDSN之间协商建立PPP连接,Mobile IP接入方式还要建立Mo

57、bile IP连接,PPP消息与Mobile IP消息在业务信道上传输,对BSS/PCF透明。QPPP连接建立完成后,数据业务进入连接状态。图4-17 数据业务起呼2移动台发起的呼叫释放移动台发起的呼叫释放流程如图4-18所示。AMS在空中接口专用控制信道上向BSS发送Release Order消息。BBSS收到该消息后,向MSC发送Clear Request。CMSC在释放网络侧资源的同时,向BSS发送Clear Command。DBSS收到该消息后,向MS发送Release Order消息。EBSS向PCF发送A9-Release-A8消息,请求释放A8连接。FPCF通过A11-Regis

58、tration-Request消息向PDSN发送一个激活停止结算记录。GPDSN返回A11-Registration-Reply消息。HPCF用A9-Release-A8 Complete消息确认A8连接释放,连接释放完成。IBSS向MSC发送Clear Complete消息,表明释放完成。图4-18 MS发起的呼叫释放3PDSN内PCF之间的Dormant切换PDSN内PCF之间的Dormant切换流程如图4-19所示。A分组数据业务连接处于Dormant态。BMS在空中接口的接入信道上向目标BSS发送起呼消息。C目标BSS收到起呼消息后向MS发送基站证实指令。D目标BSS构造一个CM业务请

59、求消息发送给MSC。EMSC向目标BSS发送指配请求消息以请求BS分配无线资源。F目标BSS向目标PCF发送A9-Setup-A8(DRS=0)消息。G目标PCF向PDSN发送A11-Registration-Request消息建立A10连接。HPDSN用A11-Registration-Reply消息响应。I目标PCF向目标BSS发送A9-Release-A8 Complete消息。J目标BSS向MSC发送Assignment Failure,原因值为“Packet Call Going Dormant”。KMSC向目标BSS发送Clear Command,原因值为“Do Not Notif

60、y Mobile”。L目标BSS向MSC返回Clear Complete消息。MPDSN向源PCF发送A11-Registration-Update消息请求释放老的A10连接。N源PCF用A11-Registration-Ack 消息确认A10连接释放请求。O源PCF发送A11-Registration-Reply(Lifetime = 0)释放A10连接。P对于有效的A11-Registration-Request消息,PDSN返回带接受指示和生存期值的A11-Registration-Reply 消息。PDSN在返回A11-Registration-Reply消息之前,会保存与计费相关的信

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