GSM网络的切换分析

刘劲松

（河北大学 数学与计算机学院，河北 保定 071002）

移动通信出现于20世纪20年代，目前GSM移动通讯系统在世界无线通讯市场占据了主导地位。

1 网络优化的切换概述

GSM 移动通讯技术的核心技术之一就是切换。切换的目的是在保持通话的状态下手机用户可以自由的移动。“移动台在运动状态下，与基站的距离和相对位置随时间而发生变化”[1]，这就导致移动台接收到的信号电平和质量随时发生变化，移动台需要保持与基站的无线链路的畅通，就需要挑选信号较好的基站建立联系。

2 切换的流程和参数设置

切换大致分为六个步骤：测量报告处理，触发判决，小区选择，目标排序，切换执行，失败处理。

测量报告处理，是移动台在专用模式下，如通话模式，会不断对当前服务小区和相邻小区的信号进行评估，移动台通过上行的SACCH信道向基站上报测量报告，同时基站会对上行链路测量，并将这两份测量报告提交BSC进行判决。

上行测量报告，是基站的测量报告，主要包括下行DTX是否开启，上行接受电平和质量，基站和移动台功率，TA和功控相关信息。下行测量报告，是移动台的测量报告，主要包括上行DTX是否开启，下行接收电平和质量，最强的6个邻小区电平，动态功控相关信息。现网一般要求开启上行和下行 DTX，以降低干扰。测量报告的周期有所不同，分为两种情形，专用模式下SACCH信道伴随SDCCH信道，2个51复帧包含一个完整的测量报告的SACCH消息，其周期为470毫秒；通话模式下SACCH信道伴随TCH信道，4个26复帧构成一个包含完整的测量报告的SACCH消息，其周期为480毫秒。测量报告中电平和质量分别有两个值：全部测量值，即对TCH的除空闲帧之外的所有复帧的测量值；局部测量值，即只对4个SACCH帧和第三个复帧前8个帧共计12个帧进行测量，因为当开启不连续发射DTX时，当用户没有说话时，除这12帧之外的所有其他均为空帧。

为了节约 Abis口的资源，基站侧可将收集和测量的报告做预处理然后上传。预处理主要考虑两个方面问题，测量报告未接收到，测量报告的合并原则。首先，测量报告未收到，由于测量报告发送不需要证实消息，这就增加测量报告丢失的不确定性。在实际应用中，zeroallowed来确定允许丢失测量报告的个数，在一个测量报告处理的窗口内，如丢失测量报告个数小于等于zeroallowed，则忽略该测量报告，如超过此参数，则按最低值计算平均处理。其次，测量报告的合并处理原则，滑动窗口，加权平均。上面讲到当开启不连续发射之后，测量报告中全局测量和局部测量的差值可能比较大，由于局部测量计算的帧只有12帧，不能准确反应出当时无线环境情况，所以预处理中所占权值较低。当用户说话时TCH全部帧中传送语音时，全局测量所有100个非空帧，结果就要精确得多，所以预处理中所占权值较高。该值通常设置为2，就是说全局测量在计算中的重要性比局部变量高一倍。预处理参数通常设置为2，就是说基站将2对测量报告（上行测量和下行测量报告）做滑动窗口加权平均后生成一个报告由基站发送到BSC做判决，滑动窗口通常设置为4，就是取最近的四份测量报告做加权平均处理生成一份报告上发到BSC，由于无线环境复杂，所以测量报告的数值波动很大，为了使切换判决更加准确而引入了滑窗机制。

切换的判决分两种情况，同一个BSC下的切换由该BSC判决，其他情况由MSC判决。判决的方法是，如果送到BSC的测量报告连续N个中有P个则判决生效。N值通常设置为4，P值通常设置为3，即如果提交BSC的连续4个测量报告中有3个满足切换开启条件，且接收电平满足相应切换开启条件，则开启切换后续流程，筛选。其中切换开启条件，以PBGT切换为例则是，任一邻小区电平大于当前服务小区电平和PBGT切换迟滞（HOMARGIN），切换开启门限，如PBGTStartThs通常设置为最小值，即尽量早的执行 PBGT切换以达到更好的服务质量。

小区选择或者叫小区筛选，因为切换种类很多，最常用切换按触发条件可分为：上行干扰切换，下行干扰切换，功率预算切换也就是PBGT切换，上行质量切换，下行质量切换，上行电平切换，下行电平切换。当切换触发启动之后，先要对测量报告中的小区进行选择，分别按照上下行的电平或质量或干扰大于相应的迟滞筛选出来，之后对筛选出来的小区进行排序。小区排序主要考虑小区的层优先级，小区是否禁止接入等相关信息。如考虑惩罚切换失败小区，还需考虑小区动态优先级，以提高切换成功率和控制切换流向。

切换执行，首先是从排序第一位的邻区进行切换尝试，BSC向切换的目标邻区发送信道信道激活消息，如果目标邻区信道激活成功发送信道激活回复消息，这时用于切换目标的邻区的业务信道已经建立，且目标邻区分配的专用信道等待移动台的接入，BSC则在主服务小区向移动台发送切换命令，并启动定时前T3103，如果T3103超时前没有接到目标小区切换成功或切换不成功消息，则通知MSC清除相关链接，并记录为一次掉话。

移动台接到切换指令后则根据切换命令内容指示，到目标邻区指定专用信道对应的随机接入信道发送切换接入消息，并启动T3124计时器，如果基站收到移动台发送的切换接入消息，则发送切换探测消息到BSC，表明正确的移动台已经成功接入到目标邻区中，由于通常为异步切换，移动台将一直发送切换接入消息直到收到目标邻区向移动台发送的物理消息或者T3124超时，而目标邻区将启动T3105计时器，并将一直发送物理消息直到目标邻区收到移动台发送的SAMB消息，目标邻区则向移动台回复UA消息，向BSC发送建立指示消息，移动台收到UA消息后，移动台到系统的通路已经建立，移动台将发送切换完成消息到BSC。如果移动台没有接收到物理消息或者UA证实消息，则返回原小区并发送切换失败消息，由系统决定是否再进行切换。

图1 网络的切换处理

切换失败的处理，“为了避免向有问题小区的频繁切换导致切换失败增加，我们引入了动态优先级概念，对于切换失败的小区，我们将给予一定时间内优先级调低的方法给予惩罚”[2]。这既有助于切换成功率的提高和掉话的降低，也使隐性故障导致的影响进一步减小。