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移动通信原理与设备
1.4.5.2 3.5.2 G SM系统中的移动管理

3.5.2 G SM系统中的移动管理

1.位置管理

MS开机后,将首先进行网络选择,再进行小区选择确定位置;如果发生位置变化需要进行位置更新,如果位置没有变化则只进行周期性的位置更新。

(1)网络选择

当MS开机后或从盲区进入覆盖区,就会进行网络选择。网络选择可以是手动或MS自动选择,自动选择时,MS将按关机时SIM卡中储存的信息选择自身的运营商网络;如果MS是首次登记,VLR和SIM卡中没有任何有关位置的储存信息,MS就需要进行位置登记。

位置登记是保证对MS正确寻呼的重要手段,当一个移动用户首次开机时,由于在其SIM卡中找不到原来的位置区信息,它会立即申请接入网络,向MSC/VLR发送“位置更新请求”信息,VLR根据该移动台发送的IMSI中的H0 H1 H2 H3信息,向MS的属地HLR发送“位置更新请求”信息,HLR把发送请求的MSC/VLR号记录下来并回送“位置更新接受”信息。至此,VLR认为MS被激活,做“附着”标记并向移动台发送“位置更新证实”信息,移动台在SIM卡中将位置区识别码和TMSI存储起来。

关机时,手机把最后的网络消息,即基本接入(BA)列表储存在SIM卡中。BA列表分为Idle列表和Active列表,BA Idle列表是在BCCH上发送给MS的,包含PLMN在某个区域使用的BCCH载频,最多32个频点;BA Active列表是在SACCH上发送给MS的,包含MS在通话状态下测量的邻小区BCCH频点,可以最多32个频点。

(2)小区选择

MS完成网络选择后,就需要寻找网络中可驻留的BCCH频点,这个过程就是“小区选择”。选定BCCH频点驻留,即小区选择的重要条件之一是信号强度参数C1>0。其实C1并不单纯是接收信号大小,而是一个反映了强度的综合参数,有一个运算过程,因此,C1是小区选择参数,修改其大小直接控制着该小区的覆盖范围。

手机开机时,首先搜索上次关机时SIM卡存储的BCCH频点,进行网络和小区选择,如果可以驻留,则守候在该服务小区;如果不能,则搜索BA Idle列表的BCCH频点驻留;如果仍然不能,则MS将扫描所有允许的频点并测量信号强度,锁定强度最大频点,接收是否有频率校正的FCCH信号,有则判定为BCCH频点。

选定BCCH后,MS接收FCCH信号校正频率,接收SCH信号来与BCCH同步,同时读取SCH传来的BSIC和BCCH上的其他系统消息,根据BSIC判断该小区是否属于所选择的网络。如果符合,则驻守该BCCH,小区选定。

一旦完成小区选择,MS接收系统广播的BA列表,重置或更新SIM卡中的BA列表。MS至少每30 s测量驻留小区信号强度,同时MS至少每30 s读取6个邻小区BSIC,以确定邻小区是否变化,如果发现变化,至少每5min测量BA列表中邻小区的信号强度。

当发现不满足小区驻留条件,将选择一个邻小区作为驻留的服务小区,即小区重选。小区重选的条件是:C1连续5 s小于0,或某小区C2参数连续5 s超过C1参数等。其中C2也是一个反映强度等的运算参数。

(3)位置更新

位置区(LA)可以是一个基站区或包含多个基站区,但一个位置区只属于一个MSC。LA的划分很重要,LA过大则一齐呼叫的基站多,增加网络负担;LA过小则MS位置更新频繁,也增加网络负担。LA的边界尽量避开话务量大的区域。

当MS从一个位置区移到另一位置区时,必须进行登记以便网络对MS进行寻呼,也就是说,一旦MS发现其存储器中的LAI与接收到当前小区所在的LA I号不一致,就需要通知网络更改MS的位置信息,这个过程称为位置更新,是一个正常的位置更新过程。

但也可能有意外情况发生,如MS断电关机、MS进入盲区等原因,使GSM系统仍认为该移动台处于附着状态,导致占用资源,却无法寻呼。为解决这一问题,GSM采取了周期性位置更新措施,让移动台每隔一定时间主动登记一次,若在规定时间系统没有收到MS发来的周期性登记信息,那么系统自动认为MS已经关机或出服务区,就会在移动台所处的VLR中标记为“分离”,该状态称为“隐分离”,再有对该移动台的寻呼时,系统就不会再呼叫它。只有当系统再次接收到正确的周期性登记信息后,才将移动台状态改为“附着”。网络通过BCCH广播周期性登记时间间隔,但每个MS的计时器起始时间不同,所以周期性位置更新时间是不同的,不至于造成系统拥挤。周期性登记时间间隔过长,会导致呼叫寻呼成功率低,过短会使系统信令链路拥挤。

位置更新的基本流程为:MS在RACH上向BSS发送信道请求,系统分配SDCCH;MS在SDCCH上发位置更新请求(含原IMSI和LAI),经过鉴权加密过程,VLR向MS发位置更新接受消息(含重分配TMSI和LAI);MS将TMSI和LAI存储在SIM中,回送TMSI应答消息; MS释放SDCCH,MSC向BSS发清除命令,清除完成后,位置更新过程完毕。如图3-17所示。

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图3-17位置更新过程

位置更新分为同一VLR和不同VLR的位置更新。

首先分析在同一MSC/VLR下,不同位置区的更新。当MS从一个位置区下的小区向另一位置区下的小区移动时,进行小区重选,重选后从BCCH上接收到的LAI与原来存储的LAI不一致,则发起位置更新流程,MSC根据IMSI分析出仍属于原来VLR并通知VLR修改移动台位置,并通知MS更新LAI和重分配TMSI。注意,在同一位置区下的不同小区移动时,只进行小区重选,不到VLR进行位置更新。

其次分析在不同MSC/VLR下,不同位置区的位置更新。当MS从一个MSCA某位置区下的小区向另一MSCB位置区下的小区移动时,进行小区重选,重选后从BCCH上接收到的LAI与原来存储的LAI不一致,则发起位置更新流程,MSCB根据IMSI分析出不属于本VLRB,则MSCB/VLRB把VLRB和含MS的IMSI信息发到HLR请求更新,HLR发回响应; MSCB/VLRB修改移动台位置,并通知MS更新LA I和重分配TMSI,同时通知VLRA删除相关数据。

2.切换过程

一个正在通信的移动台因某种原因而从当前使用的无线信道上转换到另一个无线信道上的过程,称为切换。切换是由网络决定的,一般在以下3种情况下要进行切换:第一种是正在通话的MS从一个小区移向另一个小区,这是最常见的越区切换;第二种是由于干扰而通话质量下降,需要改变信道以保持继续通信,这是质量差而进行的紧急切换;第三种是MS在两个小区覆盖重叠区进行通话,可占用的TCH这个小区业务特别忙,这时BSC通知MS测试它邻近小区的信号强度、信道质量,决定将它切换到另一个小区,这是业务平衡所需要的切换。

切换触发条件主要是信号质量作为切换门限,也辅以时间提前量TA值作切换门限。切换过程中,GSM系统各部分的作用是:MS负责测量无线下行链路性能和邻小区信号,并不断在SACCH中报告,BTS转发到BSC;BTS负责监测MS上行电平和质量、TA值,以及监测空闲TCH的干扰电平,还把测量报告送到BSC;BSC负责对上报的测量报告进行处理,做出切换判决;MSC负责不同BSC间和不同MSC间的切换等。

切换分小区内切换、BSC内切换、BSC间(同MSC)切换和不同MSC间的切换。

(1)小区内部切换

小区内部切换指的是在同一小区(同一基站收发信台BTS)内部不同物理信道之间的切换,包括在同一载频或不同载频的时隙之间的切换。一般是BSC分析MS和BTS的测量报告,发现接收质量门限达到切换门限后,BSC向BTS发信道激活消息来启动切换进程,剩余的过程与接续中的TCH分配和释放过程相同。

(2)同BSC内小区间切换

同BSC内小区间切换指的是在同一基站控制器控制的不同小区之间的不同信道的切换。这种切换由BSC完成,不需要MSC参与。MS/BTS测量报告送到BSC(无线在SACCH);BSC判断切换和目标小区,向新小区发信道激活消息;新小区提供空闲TCH后回送信道激活证实消息;BSC通过BTS在原小区的FACCH向MS发切换命令,含新信道的频率、TS等数据;MS收到消息后转到新频点的TCH,通过FACCH向新小区发切换接入的接入突发脉冲串;新BTS收到后,向BSC发切换检测消息,将TA消息在FACCH上回送MS;MS通过BTS向BSC发切换成功消息,BSC要求原小区释放信道。

(3)不同BSC下小区间(同MSC)切换

BSC需向MSC请求切换,然后再建立MSC与新的BSC、新的BTS的链路,选择并保留新小区内空闲TCH供MS切换后使用,然后命令MS切换到新频率的新TCH上。原BSC把切换请求及目标小区标识发给MSC,MSC判断新的BSC发切换请求,其他过程与同BSC内小区间切换相似。释放仍然由MSC将命令发到原BSC执行。

(4)不同MSC下小区间切换

不同MSC下小区间切换指的是在同一个PLMN覆盖的不同MSC下小区之间的切换。这种切换涉及原来的服务交换机MSCA和新的目标交换机MSCB。MS原所处的BSC根据MS送来的测量信息作决定,需要切换就向MSCA发送切换请求,MSCA查询LAC表发现是相邻的MSCB,再向MSCB发送切换请求,VLRB分配空闲切换号码通过MSCB发到MSCA,MSCB负责建立与新BSC和BTS的链路连接,MSCB向MSCA回送无线信道确认。根据越局切换号码(HON),两交换机之间建立通信链路,由MSCA向MS发送切换命令,MS切换到新的TCH频率上,由新的BSC告诉MSCB,MSCB向MSCA发送切换完成指令。MSCA控制原BSC和BTS释放原TCH。

由于这种切换LAI发生了变化,因此,通话结束后MS立即启动位置更新过程。

3.漫游过程

漫游是指移动台离开归属服务区仍然能接受服务。详细的漫游过程这里不再赘述。