移动通信原理 实验报告7--网络优化与基站RACH接入控制实验

课程名称 移动通信原理 实验序号 实验7 实验名称 网络优化与基站RACH接入控制实验 实验地点 B702 实验学时 2 实验类型 验证性 一、实验目的及要求1了解GSM 移动系统中基站的RACH信道控制工作原理；二、实验原理与内容内容：1GSM 移动系统中基站的功能； 2GSM 移动系统物理信道和逻辑信道； 3GSM 移动系统的帧结构；实验原理：（一）、GSM规范中关于无线分级接入参数的定义无线参数名：接入等级控制，原名：cell_bar_access_class。在某些特殊的情况下，运营商希望在某些特殊区域中禁止全部或部分移动台发出接入请求或寻呼响应请求。例如，在某些地区出现紧急状态或某个GSM公用陆地 移动网发生严重故障等等。因此，GSM规范（02.11）规定一般给每一个GSM用户（一般用户）分配一个接入等级。接入等级分为等级0至等级9等十种， 它们储存于移动用户的SIM卡中。对于一些特殊用户GSM规范保留有5个特殊的接入等级，即等级11至等级15。这些等级通常具有较高的接入优先级。特殊 用户同时可以拥有一个或多个接入等级（1115之间），它们的接入等级同样储存于用户的SIM卡中。接入等级的分配如下：等级09，普通用户；等级11 ，用于PLMN的管理等；等级12 ，安全部门应用；等级13 ，公用事业部门（如水、煤气等）；等级14 ，紧急业务；等级15 ，PLMN职员。接入等级为09的用户，其接入权力同时适用于归属的PLMN和拜访的PLMN；接入等级为11和15的用户，其接入权力仅适用于归属的PLMN；接入 等级为12、13、14的用户，其接入权力适用于归属PLMN所属的国家区域内。接入等级为1115的用户比接入等级为09的用户具有较高的接入优先 级，但在接入等级09之间以及在接入等级1115之间，接入等级数值的大小并不表示接入优先级的高低。接入等级控制参数包含于信息单元“RACH控制参数”之中，在每个小区广播的系统消息中周期发送。设置及影响：C0C15（不包括C10）可以由网络操作员设定，一般情况下这些比特应被设置成1。合理地设置这些比特对网络的优化具有很大的影响，主要表现在下列方面：(1)在基站的安装、开通过程中或在对某些小区的维护测试过程中，操作员可以将C0C9设置为0，以强行禁止普通用户的接入从而减小对安装工作或维护工作的不必要影响。(2)在一些业务量很高的小区，忙时会出现拥塞现象，表现为RACH冲突次数较高、AGCH流量过载、Abis接口流量过载等等。在GSM规范中，有许多方式处理过载与拥塞现象，但大多数方式会影响设备资源的利用率。网络操作员可以采用设置适当的接入控制参数（C0C15）来控制小区内的业务量。例如 当小区出现业务量过载或拥塞时，设置某些Ci为0，强制这些接入等级的移动台不可以接入本小区（Ci的改变对正在通信过程中的移动台没有影响），从而减少 小区内的业务量。上述方式的缺点在于使某些移动台得到“不公平”的待遇，为解决这一问题，可以周期地改变小区中C0C9的数值，如以5s为间隔，交替允 许接入等级为奇数和偶数的移动台接入。（二）如何实现无线分级接入1.在HLR中定义用户优先级别，MSC分析用户属性，并传送给BSC，由BSC按用户属性分配无线信道，实现无线分级接入。GSM规范中定义了用户细分，在网络中实现无线分级接入需要涉及到HLR、MSC、BSC等相关网元设备，首先在HLR上对不同类型的用户定义不同的优 先级别、用户属性，其次要求MSC具有分析用户属性的能力，再次BSC支持基于MSC分析的结果分配无线信道，从而实现无线分级接入。MSC根据用户定义的属性分析用户接入的优先级，并通过A接口（MSC与BSC间的接口，为公共接口）将优先级信息传送给BSC，实现无线的联动。 NOKIA系统中，MSC在A接口上输出以下信息供BSC进行信道分配管理和排队管理对于目前现网中多家设备厂商共存的现象，实现按照用户属性的无线分级接入，需要在HLR中可以对用户分类，MSC和BSC上支持GSM规范中的用户无 线接入优先级分析。该功能目前只支持电路型呼叫，在语音业务上实现用户属性细分，为高端用户提供更优质的服务。移动GSM用户细分案例：(1)全球通高端用户。设置为最高优先级别，具有强占或释放低优先级别用户呼叫的功能，不可能被别的用户强占，同时具有最高排队优先级别；设置为：PCI1，PVI0，优先级priority=11 14。(2)全球通一般用户。设置为中间优先级别，具有强占功能，但不具备释放低优先级别用户呼叫的功能，有可能被全球通高端用户强占或被拆线，具有中间排队优先级别；设置为：PCI1，PVI1，优先级priority=2 9。(3)神州行用户。设置为最低优先级别，不具有优先功能，有可能被全球通用户强占或被拆线，具有最低排队优先级别；设置为：PCI0，PVI1，优先级priority=1。2.在HLR中定义用户优先级别，在BSC侧开启Tch_Flow_Control功能，在高话务情况下，MSC做拥塞指示，BSC阻塞低级别的用户接入申请，实现无线分级接入。无线侧Tch_Flow_Control的定义：高话务情况下，MSC会发出一个负荷过载的进程指示，随后BTS内的CRM子系统 （CellResourceManagement）会触发计数器flow_control_t1，该计数器同flow_control_t2联合使用来控 制无线侧不同用户的接入级别被禁止接入或被允许接入，达到话务流量控制的目的，实现无线分级接入。当MSC发出负荷过载指示后，Tch_Flow_Control进程开始启动，置于BTS内的CRM子系统开始禁止09级普通接入级别中的一个接入级 别，同时CRM启动两个计数器：flow_control_t1和flow_control_t2，当flow_control_t1计数时，CRM忽略 其他所有拥塞指示信息，当flow_control_t1计数器到达最大值，flow_control_t2还在计数时，此时又接收到了一条拥塞指示信 息，则另一个09级的普通接入级别将被禁止接入，同时，两个计数器被清空，重新计数。如果不停地收到新的拥塞指示信息，CRM将逐个把09级普通介入 级别全部禁止掉。相反，如果计数器flow_control_t2到达最大值，并且没有收到新的 拥塞指示信息，则CRM允许接入一个之前被禁止的09级普通接入级别中的一个接入级别，这时，flow_control_t2计数器被重 置，flow_control_t1仍继续计数。这样，只要没收到新的拥塞指示信息，CRM将逐个允许接入之前被禁止掉的接入级别。（三）从主叫和被叫的角度实现无线分级接入为保证高端用户为主叫时的感受，实施端到端的优先权保证，不管被叫用户是不是高端用户。高端用户和低端用户在IMSI和MSISDN上没有规律可循，这时需要MSC进行用户属性策略的分析，把主叫号码放在Calling Party Category，把被叫号码放在Called Party Category里。MOC（主叫）时分析 Calling Party Category ，在MTC（被叫）时分析Called Party Category和Calling Party Category。高端用户主叫时，实施端到端的优先权保证，不管被叫用户是不是高端用户；低端用户为主叫则不能实现高优先权，高端用户在被叫侧保证用户 享有的优先权；移动用户和PSTN互相拨叫时，各类用户保证享有各自的优先权，不管在被叫还是主叫。在切换时，各类用户保持各类的优先权。实验内容1GSM 移动系统中基站的功能；2GSM 移动系统物理信道和逻辑信道；3GSM 移动系统的帧结构；三、实验软硬件环境1移动交换机一台；2移动基站二台；3移动终端实验箱多台；4台式计算机一台；四、实验过程、测试/调试及实验结果分析（实验步骤、记录、数据、分析）基站和移动台工作时，根据移动台所处的状态，分别使用不同的控制信道和业务信道。下面的实验中，本实验用不同的颜色，把各个基站下不同移动台当前使用的信道显示出来。直观形象地把展示出基站和移动台之间信道使用和分配情况。1. 用RS232接口线连接移动交换机计算机。2. 打开计算机上的“移动交换机”软件，如下图。 3. 打开移动交换机电源，按下两次确认键，交换机LCD显示当前的各终端状态。4. 打开移动基站电源。5. 打开多台移动实验箱电源，等待初始化完成。先按“菜单”键，再按数字键“9”进入系统通信实验，相当于MS开机，液晶屏自动显示本实验箱的号码。6. 点击“移动交换机”软件界面上的HLR按钮，进入HLR界面，如下图： 7.系统出厂时各用户的等级默认为5级，可以在“电话号码”框中输入需要修改等级的移动台号码，在“用户等级”框中输入09中一个数字，点击“用户等级” 框中的“更改”按钮，这样就将该移动台更改为输入的等级。8. 点击“移动交换机”软件界面右下角的“基站RACH接入控制参数”按钮，如下图：9. 在“基站序号”框中输入想要控制的基站，在“RACH接入控制参数”框中显示用户级90对应的接入控制参数。接入控制参数为0或者1，1表示对应的用户级允许接入，0表示禁止接入。可以对某1个或多个用户级的接入控制参数进行修改。（1）修改完成后，点击“更改”按钮。（2）移动台等级和基站的“RACH接入控制参数”设置完成后，用该移动台进行主叫呼叫、被叫实验。可以观察到，该基站对该移动台的主叫呼叫不响应，但该移动台的被叫正常响应。六、实验结论与体会1.了解到合理地设置比特这对网络的优化具有很大的影响，如何实现无线分级接入、从主叫和被叫的角度实现无线分级接入。2.熟悉了基站和移动台的工作，展示出基站和移动台之间信道使用和分配情况。