GSM網絡的切換分析

劉勁松

（河北大學 數學與計算機學院，河北 保定 071002）

移動通信出現于20世紀20年代，目前GSM移動通訊系統在世界無線通訊市場占據了主導地位。

1 網絡優化的切換概述

GSM 移動通訊技術的核心技術之一就是切換。切換的目的是在保持通話的狀態下手機用戶可以自由的移動。“移動臺在運動狀態下，與基站的距離和相對位置隨時間而發生變化”[1]，這就導致移動臺接收到的信號電平和質量隨時發生變化，移動臺需要保持與基站的無線鏈路的暢通，就需要挑選信號較好的基站建立聯系。

2 切換的流程和參數設置

切換大致分為六個步驟：測量報告處理，觸發判決，小區選擇，目標排序，切換執行，失敗處理。

測量報告處理，是移動臺在專用模式下，如通話模式，會不斷對當前服務小區和相鄰小區的信號進行評估，移動臺通過上行的SACCH信道向基站上報測量報告，同時基站會對上行鏈路測量，并將這兩份測量報告提交BSC進行判決。

上行測量報告，是基站的測量報告，主要包括下行DTX是否開啟，上行接受電平和質量，基站和移動臺功率，TA和功控相關信息。下行測量報告，是移動臺的測量報告，主要包括上行DTX是否開啟，下行接收電平和質量，最強的6個鄰小區電平，動態功控相關信息。現網一般要求開啟上行和下行 DTX，以降低干擾。測量報告的周期有所不同，分為兩種情形，專用模式下SACCH信道伴隨SDCCH信道，2個51復幀包含一個完整的測量報告的SACCH消息，其周期為470毫秒；通話模式下SACCH信道伴隨TCH信道，4個26復幀構成一個包含完整的測量報告的SACCH消息，其周期為480毫秒。測量報告中電平和質量分別有兩個值：全部測量值，即對TCH的除空閑幀之外的所有復幀的測量值；局部測量值，即只對4個SACCH幀和第三個復幀前8個幀共計12個幀進行測量，因為當開啟不連續發射DTX時，當用戶沒有說話時，除這12幀之外的所有其他均為空幀。

為了節約 Abis口的資源，基站側可將收集和測量的報告做預處理然后上傳。預處理主要考慮兩個方面問題，測量報告未接收到，測量報告的合并原則。首先，測量報告未收到，由于測量報告發送不需要證實消息，這就增加測量報告丟失的不確定性。在實際應用中，zeroallowed來確定允許丟失測量報告的個數，在一個測量報告處理的窗口內，如丟失測量報告個數小于等于zeroallowed，則忽略該測量報告，如超過此參數，則按最低值計算平均處理。其次，測量報告的合并處理原則，滑動窗口，加權平均。上面講到當開啟不連續發射之后，測量報告中全局測量和局部測量的差值可能比較大，由于局部測量計算的幀只有12幀，不能準確反應出當時無線環境情況，所以預處理中所占權值較低。當用戶說話時TCH全部幀中傳送語音時，全局測量所有100個非空幀，結果就要精確得多，所以預處理中所占權值較高。該值通常設置為2，就是說全局測量在計算中的重要性比局部變量高一倍。預處理參數通常設置為2，就是說基站將2對測量報告（上行測量和下行測量報告）做滑動窗口加權平均后生成一個報告由基站發送到BSC做判決，滑動窗口通常設置為4，就是取最近的四份測量報告做加權平均處理生成一份報告上發到BSC，由于無線環境復雜，所以測量報告的數值波動很大，為了使切換判決更加準確而引入了滑窗機制。

切換的判決分兩種情況，同一個BSC下的切換由該BSC判決，其他情況由MSC判決。判決的方法是，如果送到BSC的測量報告連續N個中有P個則判決生效。N值通常設置為4，P值通常設置為3，即如果提交BSC的連續4個測量報告中有3個滿足切換開啟條件，且接收電平滿足相應切換開啟條件，則開啟切換后續流程，篩選。其中切換開啟條件，以PBGT切換為例則是，任一鄰小區電平大于當前服務小區電平和PBGT切換遲滯（HOMARGIN），切換開啟門限，如PBGTStartThs通常設置為最小值，即盡量早的執行 PBGT切換以達到更好的服務質量。

小區選擇或者叫小區篩選，因為切換種類很多，最常用切換按觸發條件可分為：上行干擾切換，下行干擾切換，功率預算切換也就是PBGT切換，上行質量切換，下行質量切換，上行電平切換，下行電平切換。當切換觸發啟動之后，先要對測量報告中的小區進行選擇，分別按照上下行的電平或質量或干擾大于相應的遲滯篩選出來，之后對篩選出來的小區進行排序。小區排序主要考慮小區的層優先級，小區是否禁止接入等相關信息。如考慮懲罰切換失敗小區，還需考慮小區動態優先級，以提高切換成功率和控制切換流向。

切換執行，首先是從排序第一位的鄰區進行切換嘗試，BSC向切換的目標鄰區發送信道信道激活消息，如果目標鄰區信道激活成功發送信道激活回復消息，這時用于切換目標的鄰區的業務信道已經建立，且目標鄰區分配的專用信道等待移動臺的接入，BSC則在主服務小區向移動臺發送切換命令，并啟動定時前T3103，如果T3103超時前沒有接到目標小區切換成功或切換不成功消息，則通知MSC清除相關鏈接，并記錄為一次掉話。

移動臺接到切換指令后則根據切換命令內容指示，到目標鄰區指定專用信道對應的隨機接入信道發送切換接入消息，并啟動T3124計時器，如果基站收到移動臺發送的切換接入消息，則發送切換探測消息到BSC，表明正確的移動臺已經成功接入到目標鄰區中，由于通常為異步切換，移動臺將一直發送切換接入消息直到收到目標鄰區向移動臺發送的物理消息或者T3124超時，而目標鄰區將啟動T3105計時器，并將一直發送物理消息直到目標鄰區收到移動臺發送的SAMB消息，目標鄰區則向移動臺回復UA消息，向BSC發送建立指示消息，移動臺收到UA消息后，移動臺到系統的通路已經建立，移動臺將發送切換完成消息到BSC。如果移動臺沒有接收到物理消息或者UA證實消息，則返回原小區并發送切換失敗消息，由系統決定是否再進行切換。

圖1 網絡的切換處理

切換失敗的處理，“為了避免向有問題小區的頻繁切換導致切換失敗增加，我們引入了動態優先級概念，對于切換失敗的小區，我們將給予一定時間內優先級調低的方法給予懲罰”[2]。這既有助于切換成功率的提高和掉話的降低，也使隱性故障導致的影響進一步減小。