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移动通信原理与系统
1.3.5.1 2.5.1 GSM系统的控制过程

2.5.1 GSM系统的控制过程

1.移动台开机过程

当移动台开机后,进行网络选择、小区选择、同步、解码BCH、位置更新、鉴权等步骤,然后驻留到某个小区进入移动台空闲状态。

(1)小区的选择

当移动台开机后,根据设定以手动或自动方式选择网络,然后寻找选定网络中的合适小区,并调谐到该小区的控制频点,并从中提取控制信道的参数和其他系统信息,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,通过识别频率校正信道(FCH)判断是否是BCCH频点,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(为供小区选择的路径损耗准则)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。

(2)小区重选

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各类系统消息和控制消息。当手机通过测量如发现更好的小区,即满足一定条件时,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。当手机从网络覆盖的盲区回到覆盖区,手机将重新选网。

2.随机接入过程

(1)信道申请

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上发送的报文被称作信道申请(Channel Request),它的有用信令消息只有8bit,其中有3bit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,另外的5bit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,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),会再将该鉴别符发给移动台,移动台通过此鉴别符合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。

(2)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 Re-quired)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,在该指示中包含对已分配信道的描述、初始的时间提前量TA、初始的允许发射最大功率、移动台在随机接入时信道请求消息的消息字段、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。

这样,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(SDCCH)上,按照BSC指定的TA值和初始化最大发射功率开始传输信令。用户获得专用信道发送初始化报文,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)等内容,以实现位置更新、业务等请求。

3.呼叫建立过程

(1)移动台主叫(MOC)过程步骤

①移动台给基站发送通道需求,即移动台发送一个短的随即接入突发脉冲(RACH Burst);

②由BCH指定传输信道SDCCH;

③移动台和基站在独立专用信道(SDCCH)上通信;

④权限认证;

⑤指定移动台在一个业务信道(TCH)上通信;

⑥在TCH上进行语音通信。

(2)移动台被叫过程步骤

①BTS在PCH呼叫通道上使用SIM中的IMSI号码来呼叫用户;

②由移动台发送RACH;

③通道指定在BCH;

④移动台和基站在SDCCH上通信;

⑤移动台用户被鉴权;

⑥移动台被指定TCH通道;

⑦在TCH通道上进行语音和数据通信。

(3)紧急呼叫过程步骤

①GSM规格定义了112为紧急呼叫号码;

②112在移动台有无SIM卡的情况下均可呼叫;

③在RACH上,移动台112建立紧急呼叫。