組呼TCH信道建立方式的對比分析

周宏偉 梁軼群 付文剛

GSM－R語音組呼已被廣泛應(yīng)用于高速鐵路、客運(yùn)專線等。目前，常用的語音組呼有優(yōu)先級為0級的299鐵路緊急呼叫和優(yōu)先級為3級的210組呼。在CTCS－2級線路中，常將299鐵路緊急呼叫的組呼區(qū)域配置成相鄰3小區(qū)，將210組呼的組呼區(qū)域配置成車站基站區(qū)；在CTCS－3級線路中，則將299鐵路緊急呼叫的組呼區(qū)域配置成相鄰5小區(qū)，將210組呼的組呼區(qū)域配置成相鄰3小區(qū)，組呼范圍可覆蓋長達(dá)十幾公里的鐵路線路。組呼發(fā)起時，網(wǎng)絡(luò)向預(yù)先定義的組呼區(qū)域周期地發(fā)送通知消息，為組呼區(qū)域中的每個小區(qū)建立一條組呼成員共用的組呼信道 （TCH）。

3GPP協(xié)議規(guī)定了2種組呼信道建立方式：立即指配組呼TCH和延遲指配組呼TCH。2種信道建立方式通過通知消息，指示組呼成員選擇當(dāng)前小區(qū)的組呼信道加入組呼。為此，需要分析這2種信道建立方式，總結(jié)其適用條件。

1 通知消息

當(dāng)調(diào)度用戶或移動用戶發(fā)起組呼請求時，網(wǎng)絡(luò)將該組的調(diào)度用戶以專用鏈路連接到會議橋上，并在組呼區(qū)域定義的1個或多個小區(qū)內(nèi)的通知信道（NCH）上，周期性地發(fā)送通知消息，以便于剛剛進(jìn)入組呼區(qū)域的組成員加入，或離開該組的成員重新加入。通知消息的內(nèi)容包括承載當(dāng)前通知消息的信道類型和時隙號、組呼參考、組呼優(yōu)先級、組呼信道描述和組呼加密信息等。每個通知消息可以描述1個或2個組呼通知。

2 組呼TCH信道建立方式

2．1 立即指配組呼TCH信道

組呼發(fā)起者按照3GPP協(xié)議規(guī)定的呼叫流程，申請建立組ID＝XX的語音組呼，網(wǎng)絡(luò)在組呼區(qū)域建立組呼TCH信道，并在每個小區(qū)的NCH上周期性地廣播通知消息，通知消息攜帶了信道描述信元。該信元中包含了該小區(qū)組呼信道的信道 （時隙）號。簽約了組ID＝XX的業(yè)務(wù)用戶根據(jù)通知消息的信道描述，自動調(diào)整到指定的TCH信道上接收語音組呼，各小區(qū)的組呼TCH信道直至本次組呼結(jié)束才可被網(wǎng)絡(luò)釋放。此種建立方式稱為立即指配組呼TCH信道。目前，GSM－R組呼應(yīng)用中均采用該方式建立組呼信道。信令流程如圖1所示。

圖1 立即指配組呼TCH信道信令流程示意圖

MS1表示發(fā)起組呼的移動臺和組呼發(fā)起小區(qū)內(nèi)的移動臺，MS2表示非組呼發(fā)起小區(qū)內(nèi)接收組呼的移動臺。

BSS發(fā)送至MSC的信令消息VGCS ASSIGNMENT RESULT （組呼指配結(jié)果）中的信道類型，為全速率TCH。

BSS發(fā)送至 MS1／MS2的信令消息NOTIFICATION COMMAND （通知命令）中，包含組呼信道描述信元，指示組呼TCH信道的信道號。

2．2 延遲指配組呼TCH信道

組呼發(fā)起時，網(wǎng)絡(luò)僅為調(diào)度身份用戶和發(fā)起者所在的小區(qū)分配組呼TCH信道，而對于組呼區(qū)域內(nèi)的其他小區(qū)暫不分配。網(wǎng)絡(luò)在組呼發(fā)起小區(qū)的NCH信道周期地廣播通知消息，消息中包含了已分配組呼信道的信道號。該通知消息所含信元與立即指配組呼TCH信道方式的通知消息一致。同時，網(wǎng)絡(luò)同樣在非組呼發(fā)起小區(qū)的NCH信道周期廣播通知消息，但是，該通知消息中沒有組呼信道描述，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)小區(qū)內(nèi)組呼成員上報(bào)的通知響應(yīng)（NOTIFICATION RESPONSE），為該小區(qū)建立組呼TCH信道，此種方式為延遲指配組呼TCH信道。通知響應(yīng)消息中包含移動臺類型、移動用戶身份信息和組呼參考等信息。信令流程如圖2所示。

圖2 延遲指配組呼TCH信道信令流程示意圖

MS1表示發(fā)起組呼的移動臺和組呼發(fā)起小區(qū)內(nèi)的移動臺，MS2表示非組呼發(fā)起小區(qū)內(nèi)接收組呼的移動臺。

圖2中，當(dāng)MSC向非組呼發(fā)起小區(qū)發(fā)送VGCS ASSIGNMENT REQUEST （組 呼指配 請求）指示無線子系統(tǒng)建立無線信道時，由于BSS未收到移動用戶上報(bào)的通知響應(yīng)，則BSS向MSC回執(zhí)的 VGCS ASSIGNMENT RESULT （組呼指配結(jié)果）不指示信道類型，同時BSS向MS2發(fā)送的通知命令中不攜帶信道描述信元。若有組呼成員開機(jī)或進(jìn)入組呼區(qū)域，組呼成員在收到通知命令后，申請獨(dú)立專用控制信道 （SDCCH）向BSS上報(bào)通知響應(yīng)信令，以響應(yīng)收到的通知消息。BSS根據(jù)響應(yīng)消息組織建立響應(yīng)小區(qū)的TCH信道，并通過組呼指配請求消息告知MSC已建立了類型為全速率TCH組呼信道。BSS同時通過CHANNEL RELEASE（信道釋放）消息，通知該組呼成員釋放當(dāng)前所占用的SDCCH信道，消息中同時攜帶了對剛分配組呼信道的描述信息，指示該用戶加入組呼。BSS隨后更新通知消息，通知消息中添加了信道描述信元，指示了新建的組呼信道的信道號，以通知隨后進(jìn)入該小區(qū)的其他用戶加入組呼。

3 兩種信道建立方式的對比

3．1 無線資源利用率

網(wǎng)絡(luò)采用立即指配組呼TCH信道的方式時，無需考慮組呼區(qū)域中是否有組呼成員加入組呼，在組呼發(fā)起時會立即為組呼區(qū)域內(nèi)的每個小區(qū)建立1條組呼TCH信道，直至本次組呼結(jié)束，所有小區(qū)的TCH才可被釋放。若多數(shù)組呼成員集中在少數(shù)幾個小區(qū)或多數(shù)成員為調(diào)度身份用戶，如圖3所示，組呼業(yè)務(wù)用戶僅集中在小區(qū)1內(nèi)，而小區(qū)3內(nèi)僅存在調(diào)度身份用戶，由于每個調(diào)度身份用戶獨(dú)占一條點(diǎn)對點(diǎn)的TCH信道，那么為小區(qū)2、小區(qū)3和小區(qū)4所建立的組呼TCH信道實(shí)際并沒有被使用，大大浪費(fèi)了TCH信道資源。若小區(qū)3業(yè)務(wù)繁忙，則可能導(dǎo)致該小區(qū)內(nèi)其他GSM－R業(yè)務(wù)的擁塞。因此，對于組呼成員比較集中的情況，立即指配組呼TCH信道的方式極大地降低了無線資源的利用率。

圖3 組呼區(qū)域示意圖

若網(wǎng)絡(luò)采用延遲指配組呼TCH信道，則可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)是否接收到響應(yīng)消息來動態(tài)管理無線信道。圖3中，在網(wǎng)絡(luò)未收到響應(yīng)消息時，網(wǎng)絡(luò)僅利用NCH信道向組呼區(qū)域廣播通知消息，暫時不為小區(qū)2、小區(qū)3和小區(qū)4建立組呼TCH信道。延遲指配組呼TCH的信道建立方式，實(shí)現(xiàn)了組呼信道資源的按需分配，能有效節(jié)約無線信道資源。

3．2 信道建立時間

從圖1可以看出，采用立即指配組呼TCH信道時，組呼成員在收到通知消息后，立刻加入組呼，由空閑模式轉(zhuǎn)為組接收模式，并向網(wǎng)絡(luò)周期發(fā)送測量報(bào)告。此種方式適用于對組呼信道建立延時要求較高的場景。

從圖1與圖2對比可知，采用延遲指配組呼TCH信道時，組呼成員在收到通知消息后，在信令流程上增加了立即指配過程和信道釋放過程。圖4為某次測試的測試信令，可見，從信道請求到信道釋放所用的時長為1．2s左右。由此得出，采用延遲指配組呼TCH方式建立組呼信道，比立即指配組呼TCH方式增加了約1．2s的信道建立延時。在實(shí)際的GSM－R應(yīng)用中，以目前動車組運(yùn)行速度最高約300km／h計(jì)算，延遲指配組呼TCH信道可導(dǎo)致組呼區(qū)域內(nèi)的列車最多滯后約100m加入組呼。若列車位置距離組呼區(qū)域邊緣小于100m，由于列車在收到組呼信道描述前已移出組呼區(qū)域，則列車在本組呼區(qū)域內(nèi)無法加入組呼。

圖4 延遲指配組呼TCH信道測試信令

4 結(jié)論

在信道資源充足或列車運(yùn)行速度較快的區(qū)域，如區(qū)間線路，建議采用立即指配組呼TCH信道的方式建立組呼信道；而對于信道資源緊張或?qū)M呼信道建立延時要求較低的區(qū)域，如大型編組場、大型車站等，列車運(yùn)行速度相對較低，可采用延遲指配組呼TCH信道的方式建立組呼信道，提高GSM－R系統(tǒng)的資源利用率。

［1］ 3GPP TS 43．068V11．11 3rd Generation Partnership Project；Technical Specification Group Core Network and Terminals；Voice Group Call Service （VGCS）；Stage 2

［2］ 3GPP TS 04．08V7．21．0 3rd Generation Partnership Project；Technical Specification Group Core Network；Mobile radio interface layer 3specification

［3］ 郭翌，馬光思．GSM－R系統(tǒng)中通知響應(yīng)過程的改進(jìn)與設(shè)計(jì)［J］．中國鐵道科學(xué)，2007（5）