bss08 chap1.docx
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bss08chap1
第一章GSM网络组成
GSM网络组成
如右图所示,这是GSM系统主要组成部件的简要说明图。
MS(移动台):
是用于用户接入PLMN的无线设备和人机接口。
BSS(基站子系统):
位于移动台和交换中心之间,为一个或多个基站及相关移动台提供控制和无线覆盖的功能。
BSS包括以下几部分:
BTS(基站收发信机)-BTS机柜能够作为一个BTS基站工作,或者是包含BSS功能、并带载频的独立的站工作。
具体将在本课程介绍。
BSC(基站控制器)-BSC机柜只用于BSC基站。
能提供足够的扩容容量使无线接口数达到MOTOROLABSS允许提供的最大BTS数目,BSC可能是一个机柜或作为其它机柜的一个功能,具体将在本课程详细介绍。
XCDR(话音压缩编码器)-将64kbpsA律转换为13kbpsGSM语音。
MSC(移动业务交换中心)-为移动主叫和被叫提供电话交换业务。
包括以下几部分:
AUC(鉴权中心)-为用户鉴别身份,产生和存贮鉴权参数。
EIR(设备识别寄存器)-数据库类的网络实体,有一个集中化的信息数据库,根据国际移动设备识别号确认移动台。
VLR(访问位置寄存器)-数据库类的网络实体,包括因用户漫游到一个位置区而被临时分配的信息。
HLR(归属位置寄存器)-数据库类的网络实体,包括用户接入PLMN的数据信息。
EC(回音消除器)-为话音电路进行回音抑制。
IWF(网络互通功能)—为PLMN(公共陆地移动网)和其它陆地网之间进行数据速率适配。
OMC(操作维护系统)-控制和监测其它网络实体,及网络提供的服务的质量。
它分为两种,OMC-R监测BSS部分,OMC—S监测MSC部分。
NMC(网络管理中心)-对整个GSM系统按级别进行网络管理。
基站收发信机(BTS)
基站收发信机(BTS)的主要作用是提供基站与移动台之间的空中接口,为移动台提供初始化或接收呼叫,以维持电话接续。
每个基站最多可支持6个小区,支持一定的无线覆盖范围。
BTS基站包括硬件和软件部分,具体如下:
RX/TX模块:
对下行链路(基站到移动台)和上行链路(移动台到基站)的调制/解调及放大,测量上下行链路的信号强度和接收质量。
射频控制软件:
控制RX/TX模块,包括设置参数:
放大、发信的频率和指示参数。
控制接收均衡,以改善信号质量,使信号达到一定强度后传送到远端实体。
GSM控制软件
在基站和移动台之间进行通信时必须遵循GSM规范,这些规范需要专用的软件控制。
该软件控制空中接口的第一层物理格式,这个软件进程包括以GSMTDMA格式配置空中接口的链路,形成链路上每个时隙的数据格式。
另外也控制寻呼和允许接入信息,处理来自移动台的信号强度和质量信息并传送到BSC。
这些信息可确保基站和移动台之间的链路维持在高质量的水平上,或者能使移动台切换到同一个站的其它小区上。
静态交换
执行从基站无线部分到陆地接口的信道的交换,确保与网络的其它部分相连,最终能将信息传送到目的实体。
静态交换也指示网络远端实体的控制信息到相应控制软件的路由,该控制软件通常保存在控制处理器之中。
静态交换一旦初始化,将一直保持同样的交换矩阵,以保持路由不变。
陆地接口
陆地接口通过合适链路提供网络的必要连接。
陆地接口提供相应物理链路的正确格式和阻抗匹配,一般的链路类型是2.048Mbit/sE1链路或1.544Mbit/sT1链路。
控制处理器:
控制处理器是基站的主要处理器,可分成以下三个部分:
基站控制:
这一部分控制主要进程和硬件。
主要功能包括内部数据总线的控制和基站上电时的初始化,也包括向远端控制的BSC网络实体汇报故障或操作问题。
GSM呼叫进程
GSM控制软件从最基本层次处理基站到移动台的链路(例如,layer1进程实现空中接口的物理层)。
GSM呼叫进程的任务就是呼叫管理。
该进程用于控制从BSC到GSM控制软件的信息,并激活已分配的时隙,准备发起呼叫。
GSM时隙监控
GSM时隙监控进程管理空中接口的时隙,它的数据库保存正在用的时隙及其用途,记录在每一个空闲时隙上测到的干扰电平,并区分优先次序,以备将来使用。
可根据干扰电平的大小分配最佳时隙给呼叫请求。
同步时钟
以上所有的进程需要特定和准确的时钟信号,对每一个基站都配置一个时钟来确保同步。
基站控制器(BSC)
基站控制器(BSC)对整个基站子系统进行总体控制。
它对相关BTS进行控制和管理,提供与OMC(操作维护中心)和MSC(移动业务交换中心)的接口。
一般包括以下几部分:
动态交换:
在建立一个呼叫的过程中,移动台被指定使用空中接口上一个特定的时隙来发送和接收它的突发脉冲业务,并由BSC中的GSM呼叫进程软件分配信道。
然而,要处理的呼叫不仅需要空中信道,还要求能通过MSC连接到陆地链路上,而链路的分配是由MSC完成的。
交换的主要作用就是把BSC分配的每一个无线业务信道连接到相应MSC分配的陆地链路。
因为每时每刻都有呼叫发生,对每一个呼叫开始和完成都要如此进行一个独立的链接,因此,该交换必须是一个动态的交换。
交换矩阵也能独立完成不涉及MSC参与的BSS内切换。
陆地接口
陆地接口经过合适链路提供网络的必要连接,陆地接口提供正确的格式和阻抗匹配。
一般的链路类型是2.048Mbit/sE1或1.544Mbit/sT1链路。
主要控制处理器:
该处理器是基站主要处理器,可分为三个主要部分。
基站控制
这一部分控制主要进程和硬件。
主要功能包括内部数据总线的控制和基站上电时的初始化。
它也处理与基站环境有关的事宜,例如控制温度级别。
操作和维护
该处理器收集来自整个BSS的故障和操作问题以及性能统计报告,并汇报给网络中的OMC(操作维护中心)。
这些统计数据用于监测网元,监控维持到移动台链路的无线性能。
交换管理器
交换管理器连接MSC为呼叫分配的陆地电路和由BSS分配的空中信道。
它执行动态交换,确保所有的呼叫和信令传送到控制处理器相应位置或者最终由移动台接收。
至于如何连接,将由链路控制处理器中的GSM呼叫进程软件来控制。
链路控制处理器
链路控制处理器用于维持BSS或MSC到每一个BTS的通信,另外,它管理BSS基站子系统的所有呼叫,例如,确保呼叫路由正确,并且让呼叫在最好的小区上进行。
它由以下两大功能块构成:
GSM呼叫进程
BSC的GSM呼叫进程负责第三层的呼叫管理,包括面向连接信令(如到一个特定呼叫的信息)和非连接信令(如复位、负载限制、阻塞)。
这些信息经过无线信令链路(RSL)将BSC呼叫进程连接到系统里相应BTS的GSM呼叫进程。
这两个GSM呼叫进程维持整个呼叫过程,确保分配给移动用户的是最佳链路。
注:
该进程控制RSL。
MSC链路进程
MSC链路进程,顾名思义就是控制从BSC到MSC的链路,即MTL链路。
该进程处理第2层和第3层上与MSC的接口协议。
MTL包括与呼叫进程和运行状态相关的信息。
注:
通常链路处理器在某一时刻只激活一个进程。
同步时钟:
以上所有进程都需要特定和准确的时钟信号,对每个BTS站都配置一个时钟确保同步。
BSCBTS连接要求
2Mbit/s链路上速率64Kbit/s的时隙提供了BSCBTS连接,在BSC端用陆地接口板,它能接口两个独立的E1线,每个E1线提供32个速率64kbit/s的时隙。
第一个时隙用于时钟同步和基本误码检测。
在BSC和BTS基站之间,为了统计所需的64Kbit/s时隙的数目,不仅要考虑基站本身,还要考虑与基站相连接的设备。
在规划网络连接时必须精确计算每一个BTS基站需要的64Kbit/s时隙数。
在GSM发信系统,BSC和BTS之间的话音速率根据GSM定义的格式压缩编码为16Kbit/s。
因为E1线时隙的速率为64Kbit/s,若使用子速率复合,每时隙可以最多分配4个速率16kbit/s的信道。
在BTS基站里,每个激活的无线载频通过相关的RTF接收/发信功能发送语音数据到BSC和网络其它部分。
每个RTF在空中接口支持8个时隙的信息,因此它在E1链路上要求有2个64Kbit/s时隙支持它的业务数据。
为了支持BTS呼叫进程软件,BSC必须能传送对BTS的控制信息。
该链路也必须支持BSS其它方面的控制包括统计收集和故障汇报。
该链路即为无线信令链路(RSL),每一个RSL使用LAPD格式信令,占用1个64Kbit/s速率信道或1个16Kbit/s速率的信道。
每一个BTS基站最少要求配置1个LAPD信令信道。
话音编码转换器-XCDR
话音编码转换器(XCDR)把来自MSC的64Kbit/s语音或数据转换成GSM规范要求的速率13kbit/s,便于BSS和MS之间空中接口的传输。
来自MSC的64Kbit/s脉冲编码调制(PCM)电路如果不加调制就在空中接口发射,那将会占用过多的无线带宽,不能有效利用无线频谱。
所以通过处理64Kbit/s电路,减少带宽,将发送的数字语音信息降到13Kbit/s速率,再加上3Kbit/s的TRAU数据的控制信息。
3Kbit/sTRAU数据加在话音压缩编码后的13Kbit/s信道上,形成速率为16Kbit/s的业务信道,经过陆地链路接口发送给BTS基站。
BTS基站在话音发射到空中接口之前会抽取TRAU数据,再对剩下13Kbit/s话音数据编码成为22.8Kbit/s的数据,在空中发送。
对数据传输来说,数据没有被压缩编码,但是数据速率从9.6Kbit/s(也可以是4.8Kbit/s、2.4Kbit/s)转换为16Kbit/s速率的数据,用于陆地接口上发送。
同样,速率16Kbit/s的信息包含3Kbit/sTRAU信息。
从对面的图表可看出,虽然压缩编码是为了减少空中接口的数据速率,但同时所需的陆地链路数目也减少到原来的1/4。
压缩编码器(XCDR)
压缩编码器是移动业务交换中心、基站子系统到移动台之间数据链路的接口。
陆地接口
陆地接口经过合适链路提供网络连接,并提供正确的格式和阻抗匹配。
一般链路类型是2.0Mbit/SE1线或1.544Kbit/sT1线。
主要控制处理器
该处理器是压缩编码器的主要处理器,分成三个部分:
基站控制
这部分控制主要进程和硬件,包括内部数据总线控制和上电时的初始化。
它也处理与外部环境有关的事宜,例如温度。
操作和维护
该进程收集Transcoder站的故障或操作问题并报告给OMC。
因为在Transcoder和MSC之间没有信令链路,所以也要向BSC报告Transcoder板的故障,以便BSC通知MSC停止分配使用故障电路。
向OMC报告的这些统计数据用于监测网元,监控维护到移动台链路的无线性能。
同步时钟
以上所有进程都需要特定和准确的时钟信号,对每个RXCDR站都配置一个时钟确保同步。
话音压缩编码+陆地接口
从MSC发给移动台、包含用户的话音业务的数据,用脉冲编码调制技术编码。
出现的问题就是PCM数据的速率是64Kbit/s,在空中接口传送所需带宽远高于受限带宽。
为了克服这个问题,要对数据进行压缩编码,具体是按照4:
1比例进行压缩,减少了发给移动台的数据。
(即:
从MSC的64Kbit/s数据转换成16Kbit/s(13Kbit/s数据+3Kbit/s信令))压缩编码器也可将子速率复用,(把4个16Kbit/s信道放置在一个E1的64Kbit/s速率信道上)以提高链路的利用率。
此外,Transcoder板还包含陆地接口的功能。
Transcoder位置
XCDR的位置影响租用电路的总成本。
靠近BSC一侧压缩编码
假如靠近BSC压缩编码,将会减少BSC与BTS基站之间租用线的数量。
靠近MSC一侧压缩编码(远端)
假如靠近MSC远端压缩编码,将会减少MSC(RXCDR)与BSC间租用线的数量,能达到更大的节省。
静态交换
静态交换是把来自MSC的速率64Kbit/s业务经过压缩编码成到BSC的速率16Kbit/s,反之亦然。
静态交换也发送控制信息到相应的BSC。
静态交换进程一旦初始化,将一直保持同样的交换矩阵,以保持路由不变。
站间连接信令(BSC/RXCDR)
为使每一个网络实体正常运行,通常用信令链路传送相关控制和状态信息。
一般每一种信令占用2Mbit/s线上的一个64Kbit/s速率时隙,也有占用多路时隙的结构,例如,配置多个时隙来支持信号流。
Transcoder基站信令链路(XBL)
XBL链路控制RXCDR和BSC之间的通信,在BSC主处理器和RXCDR主处理器之间提供双向的连接,XBL链路是可选配置。
XBL在E1/T1链路一个特定的64Kbit/s时隙上,向BSC报告RXCDR中有故障的电路,使BSC能根据RXCDR的故障类型来执行不同的功能,具体如下:
1、如果RXCDR业务电路故障,BSC向MSC发出中断信息,将电路中断。
2、如果RXCDR内部电路故障或故障不影响串行通信链路,BSC只中断受影响的那部分业务电路。
例如,XCDR板坏了,BSC只中断与这块XCDR板相关的30路业务信道。
操作和维护链路(OML)
该链路提供BSS和OMC之间的通信。
BSC的OML链路可以钉连通过RXCDR,再连到OMC。
OML使用X.25协议,OML可用于:
装载软件
装载结构参数
与BSS收发信息
收集BSS的统计数据
故障/事件管理
消息传输链路(MTL)
该链路位于BSC和MSC之间,采用包括BSS应用部分(BSSAP)的C7信令协议,提供MSC和BSC、MS之间所有的控制信息,包括:
初始化连接的要求
因呼叫连接产生的变化
切换的处理
小区广播链路(CBL)
该链路位于BSC和小区广播中心(CBC)之间,CBL采用LAPB/X.25协议,向BSC传送来自GSM网络外部的小区广播短消息业务。
结构共享
结构共享允许一个持有多频段许可证的网络运营商支持多频段的移动台,而且能降低运营多频段的成本。
基站子系统里单个RXCDR和BSC既能支持900M频段,又能支持1800/1900M频段的BTS基站,一个基站还同时支持900和1800/1900的机柜,当然设备类型必须兼容,如不能将M-Cell6机柜和INCELL机柜放在同一个基站里。
多频段的网络支持单层或多层结构,可以在一个900MHZ宏峰窝服务小区上设一个1800/1900微蜂窝,或者900宏蜂窝与1800/1900宏蜂窝并行。
在一个多频段网络里能进行不同频段的小区间切换,例如能从900M的小区透明切换到1800/1900的小区,但不支持小区内多频段切换。
运营多频段的网络要求根据很多因素进行规划和优化,例如,网络的完善情况、使用双频段移动用户的数量、900和1800/1900频段的使用比例。
因为1800/1900频段掉话率高于900频段,双频用户比较喜欢倾向于选择900MHZ。
因此,设置数据库参数来控制如何运行多频段是十分重要的,由运营商决定是否切换到最佳频段或最好的目标小区。
总的来说,结构共享有以下特点:
在不同频段上透明切换
提高一个区域的话务容量
提供网络唯一的PLMN号和MNC号
包括一个RXCDR和BSC的多频段子系统
支持单频的移动台
由数据库参数控制的多频段运营
在同一机柜里,不支持混合射频设备
不支持不同类型产品混用
紧急呼叫不重新分配频段
呼叫建立
下面详细阐述如何分配DCCH给移动用户,建立与MSC的通信。
1.移动台在BCCH载频上通过随机接入突发脉冲接入系统。
2.GSM控制软件发信道请求消息给BTS的GSM呼叫进程软件。
3.BTS的GSM呼叫进程软件要求GSM时隙监控软件分配一个SDCCH信道,GSM时隙监控软件作出响应。
4.BTS的GSM呼叫进程软件告知GSM控制软件分配给移动台的DCCH,GSM控制软件激活该信道。
激活后告知BTS的GSM呼叫进程软件。
5.BTS的GSM呼叫进程软件通过GSM控制软件在接入允许信道上告知移动台已分配的DCCH。
6.移动台转到DCCH上,建立与基站之间的双向通信。
移动台发送CM业务请求,告知BTS的GSM呼叫进程软件本次呼叫的目的,如:
是否响应MSC的寻呼
是否作位置更新
IMSI是否解除登记
是否准备建立呼叫
是否要挽救已建立的呼叫
7.GSM呼叫进程告知移动台功率控制和时间提前量信息。
8.GSM呼叫进程软件将CM业务请求告知BSC的GSM呼叫进程
9.BSC的GSM呼叫进程请求MSC通过MSC链路进程对呼叫进行处理。
分配业务信道
下面阐述如何分配业务信道给移动台,假设所有的鉴权已在DCCH上进行。
1.MSC发送一个信息给BSC的GSM呼叫进程,要求给移动台分配陆地电路。
2.BSC的GSM呼叫进程发送一条初始化分配指令给BTS的GSM呼叫进程,要求分配一个信道给移动台。
3.BTS的GSM呼叫进程要求GSM时隙监控分配业务信道,GSM时隙监控作响应。
4.BTS的GSM呼叫进程要求GSM控制软件提供与移动台有关的定时信息。
5.BTS的GSM呼叫进程告知GSM控制软件激活业务信道。
6.BTS的GSM呼叫进程通过GSM控制软件指示移动台转到业务信道上。
7.移动台转到业务信道上并建立连接。
8.GSM呼叫进程释放SCDDH上的信令链路。
9.BTS的GSM呼叫进程告知BSC的GSM呼叫进程,移动台已到业务信道上,信令链路已建立,SDCCH信道已释放。
10.BSC的GSM呼叫进程告知交换管理器把无线信道连接到相应陆地电路,当完成时,交换管理器作响应。
11.BSC的GSM呼叫进程告知MSC移动台已在业务信道上,无线信道已连到MSC电路。
以上都完成后,移动台占用业务信道与MSC进行“通话”。
BSS内的切换
下面详细阐述BSS内切换的内部进程,“源”项指移动台的源小区,“目标”项指移动台将切换到的目的小区。
1.由切换检测和功率控制进程判断是否要切换。
2.GSM控制软件传送消息给BSC的GSM呼叫进程。
(切换评估进程)
3.BSC的GSM呼叫进程(切换评估进程)决定移动台将切换到哪个目标小区,并且发送消息给目标小区的GSM时隙监控进程,请求分配一个信道。
4.目标小区GSM时隙监控进程告知目标小区的BTSGSM呼叫进程,已分配一个信道。
5.目标小区的BTSGSM呼叫进程告知目标小区的GSM控制软件,激活该信道。
激活信道后发送信道激活信息给目标小区的BTSGSM呼叫进程。
6.目标小区的BTSGSM呼叫进程告知BSCGSM呼叫进程,已为切换分配信道。
7.BSC的GSM呼叫进程发送“切换开始”消息给源小区的BTSGSM呼叫进程,包括移动台的信道信息。
这些信息经过源小区的GSM控制软件发送给移动台,使之切换到新信道上。
8.目标小区的GSM控制软件检测到移动台已切换到新信道上,并且目标小区的GSM控制软件和移动台之间已建立信令链路。
9.告知目标小区的BTSGSM呼叫进程,移动台已在新信道上,信令链路已建立。
10.目标小区的BTSGSM呼叫进程告知BSC的GSM呼叫进程,已检测到移动台并且已建立链路,可使GSM呼叫进程告知交换管理器,将业务连接到新的BTS上。
11.目标小区的BTSGSM呼叫进程告知BSC的GSM呼叫进程切换完成,BSC的GSM呼叫进程告知MSC移动台的新位置。
12.BSC的GSM呼叫进程告知源小区BTSGSM呼叫进程释放移动台源信道。
这样完成整个切换过程。
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