组呼TCH信道建立方式的对比分析

周宏伟 梁轶群 付文刚

GSM－R语音组呼已被广泛应用于高速铁路、客运专线等。目前，常用的语音组呼有优先级为0级的299铁路紧急呼叫和优先级为3级的210组呼。在CTCS－2级线路中，常将299铁路紧急呼叫的组呼区域配置成相邻3小区，将210组呼的组呼区域配置成车站基站区；在CTCS－3级线路中，则将299铁路紧急呼叫的组呼区域配置成相邻5小区，将210组呼的组呼区域配置成相邻3小区，组呼范围可覆盖长达十几公里的铁路线路。组呼发起时，网络向预先定义的组呼区域周期地发送通知消息，为组呼区域中的每个小区建立一条组呼成员共用的组呼信道 （TCH）。

3GPP协议规定了2种组呼信道建立方式：立即指配组呼TCH和延迟指配组呼TCH。2种信道建立方式通过通知消息，指示组呼成员选择当前小区的组呼信道加入组呼。为此，需要分析这2种信道建立方式，总结其适用条件。

1 通知消息

当调度用户或移动用户发起组呼请求时，网络将该组的调度用户以专用链路连接到会议桥上，并在组呼区域定义的1个或多个小区内的通知信道（NCH）上，周期性地发送通知消息，以便于刚刚进入组呼区域的组成员加入，或离开该组的成员重新加入。通知消息的内容包括承载当前通知消息的信道类型和时隙号、组呼参考、组呼优先级、组呼信道描述和组呼加密信息等。每个通知消息可以描述1个或2个组呼通知。

2 组呼TCH信道建立方式

2．1 立即指配组呼TCH信道

组呼发起者按照3GPP协议规定的呼叫流程，申请建立组ID＝XX的语音组呼，网络在组呼区域建立组呼TCH信道，并在每个小区的NCH上周期性地广播通知消息，通知消息携带了信道描述信元。该信元中包含了该小区组呼信道的信道 （时隙）号。签约了组ID＝XX的业务用户根据通知消息的信道描述，自动调整到指定的TCH信道上接收语音组呼，各小区的组呼TCH信道直至本次组呼结束才可被网络释放。此种建立方式称为立即指配组呼TCH信道。目前，GSM－R组呼应用中均采用该方式建立组呼信道。信令流程如图1所示。

图1 立即指配组呼TCH信道信令流程示意图

MS1表示发起组呼的移动台和组呼发起小区内的移动台，MS2表示非组呼发起小区内接收组呼的移动台。

BSS发送至MSC的信令消息VGCS ASSIGNMENT RESULT （组呼指配结果）中的信道类型，为全速率TCH。

BSS发送至 MS1／MS2的信令消息NOTIFICATION COMMAND （通知命令）中，包含组呼信道描述信元，指示组呼TCH信道的信道号。

2．2 延迟指配组呼TCH信道

组呼发起时，网络仅为调度身份用户和发起者所在的小区分配组呼TCH信道，而对于组呼区域内的其他小区暂不分配。网络在组呼发起小区的NCH信道周期地广播通知消息，消息中包含了已分配组呼信道的信道号。该通知消息所含信元与立即指配组呼TCH信道方式的通知消息一致。同时，网络同样在非组呼发起小区的NCH信道周期广播通知消息，但是，该通知消息中没有组呼信道描述，网络根据小区内组呼成员上报的通知响应（NOTIFICATION RESPONSE），为该小区建立组呼TCH信道，此种方式为延迟指配组呼TCH信道。通知响应消息中包含移动台类型、移动用户身份信息和组呼参考等信息。信令流程如图2所示。

图2 延迟指配组呼TCH信道信令流程示意图

MS1表示发起组呼的移动台和组呼发起小区内的移动台，MS2表示非组呼发起小区内接收组呼的移动台。

图2中，当MSC向非组呼发起小区发送VGCS ASSIGNMENT REQUEST （组 呼指配 请求）指示无线子系统建立无线信道时，由于BSS未收到移动用户上报的通知响应，则BSS向MSC回执的 VGCS ASSIGNMENT RESULT （组呼指配结果）不指示信道类型，同时BSS向MS2发送的通知命令中不携带信道描述信元。若有组呼成员开机或进入组呼区域，组呼成员在收到通知命令后，申请独立专用控制信道 （SDCCH）向BSS上报通知响应信令，以响应收到的通知消息。BSS根据响应消息组织建立响应小区的TCH信道，并通过组呼指配请求消息告知MSC已建立了类型为全速率TCH组呼信道。BSS同时通过CHANNEL RELEASE（信道释放）消息，通知该组呼成员释放当前所占用的SDCCH信道，消息中同时携带了对刚分配组呼信道的描述信息，指示该用户加入组呼。BSS随后更新通知消息，通知消息中添加了信道描述信元，指示了新建的组呼信道的信道号，以通知随后进入该小区的其他用户加入组呼。

3 两种信道建立方式的对比

3．1 无线资源利用率

网络采用立即指配组呼TCH信道的方式时，无需考虑组呼区域中是否有组呼成员加入组呼，在组呼发起时会立即为组呼区域内的每个小区建立1条组呼TCH信道，直至本次组呼结束，所有小区的TCH才可被释放。若多数组呼成员集中在少数几个小区或多数成员为调度身份用户，如图3所示，组呼业务用户仅集中在小区1内，而小区3内仅存在调度身份用户，由于每个调度身份用户独占一条点对点的TCH信道，那么为小区2、小区3和小区4所建立的组呼TCH信道实际并没有被使用，大大浪费了TCH信道资源。若小区3业务繁忙，则可能导致该小区内其他GSM－R业务的拥塞。因此，对于组呼成员比较集中的情况，立即指配组呼TCH信道的方式极大地降低了无线资源的利用率。

图3 组呼区域示意图

若网络采用延迟指配组呼TCH信道，则可根据网络是否接收到响应消息来动态管理无线信道。图3中，在网络未收到响应消息时，网络仅利用NCH信道向组呼区域广播通知消息，暂时不为小区2、小区3和小区4建立组呼TCH信道。延迟指配组呼TCH的信道建立方式，实现了组呼信道资源的按需分配，能有效节约无线信道资源。

3．2 信道建立时间

从图1可以看出，采用立即指配组呼TCH信道时，组呼成员在收到通知消息后，立刻加入组呼，由空闲模式转为组接收模式，并向网络周期发送测量报告。此种方式适用于对组呼信道建立延时要求较高的场景。

从图1与图2对比可知，采用延迟指配组呼TCH信道时，组呼成员在收到通知消息后，在信令流程上增加了立即指配过程和信道释放过程。图4为某次测试的测试信令，可见，从信道请求到信道释放所用的时长为1．2s左右。由此得出，采用延迟指配组呼TCH方式建立组呼信道，比立即指配组呼TCH方式增加了约1．2s的信道建立延时。在实际的GSM－R应用中，以目前动车组运行速度最高约300km／h计算，延迟指配组呼TCH信道可导致组呼区域内的列车最多滞后约100m加入组呼。若列车位置距离组呼区域边缘小于100m，由于列车在收到组呼信道描述前已移出组呼区域，则列车在本组呼区域内无法加入组呼。

图4 延迟指配组呼TCH信道测试信令

4 结论

在信道资源充足或列车运行速度较快的区域，如区间线路，建议采用立即指配组呼TCH信道的方式建立组呼信道；而对于信道资源紧张或对组呼信道建立延时要求较低的区域，如大型编组场、大型车站等，列车运行速度相对较低，可采用延迟指配组呼TCH信道的方式建立组呼信道，提高GSM－R系统的资源利用率。

［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，马光思．GSM－R系统中通知响应过程的改进与设计［J］．中国铁道科学，2007（5）