時(shí)分多址TDMA數(shù)字蜂窩網(wǎng).ppt

第7章 時(shí)分多址(TDMA) 數(shù)字蜂窩網(wǎng),7.1 GSM系統(tǒng)總體 7.2 GSM系統(tǒng)的無線接口 7.3 GSM系統(tǒng)的控制與管理 7.4 三種TDMA蜂窩系統(tǒng)分析比較 7.5 GPRS通用分組無線業(yè)務(wù) 思考題與習(xí)題,7.1 GSM系統(tǒng)總體,GSM的歷史可以追溯到 1982 年， 當(dāng)時(shí)， 北歐四國向歐洲郵電行政大會(huì)CEPT(Conference Europe of Post and Telecommunications)提交了一份建議書， 要求制定 900 MHz頻段的歐洲公共電信業(yè)務(wù)規(guī)范， 建立全歐統(tǒng)一的蜂窩網(wǎng)移動(dòng)通信系統(tǒng)， 以解決歐洲各國由于采用多種不同模擬蜂窩系統(tǒng)造成的互不兼容， 無法提供漫游服務(wù)的問題。,同年成立了歐洲移動(dòng)通信特別小組， 簡稱GSM(Group Special Mobile)。 在19821985年期間， 討論焦點(diǎn)是制定模擬蜂窩網(wǎng)還是數(shù)字蜂窩網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)， 直到 1985年才決定制定數(shù)字蜂窩網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。 1986 年， 在巴黎對(duì)歐洲各國經(jīng)大量研究和實(shí)驗(yàn)后所提出的8個(gè)數(shù)字蜂窩系統(tǒng)進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)。 1987年 5月， GSM成員國經(jīng)現(xiàn)場測試和論證比較， 選定窄帶TDMA方案。,1988 年， 18 個(gè)歐洲國家達(dá)成GSM諒解備忘錄， 頒布了GSM標(biāo)準(zhǔn)， 即泛歐數(shù)字蜂窩網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)。 它包括兩個(gè)并行的系統(tǒng)： GSM 900 和DCS 1800， 這兩個(gè)系統(tǒng)功能相同， 主要的差異是頻段不同。 在GSM標(biāo)準(zhǔn)中， 未對(duì)硬件作出規(guī)定， 只對(duì)功能、 接口等作了詳細(xì)規(guī)定， 便于不同公司的產(chǎn)品可以互連互通。 GSM標(biāo)準(zhǔn)共有 12 項(xiàng)內(nèi)容， 如表 7 - 1 所示。,表 7 - 1 GSM 標(biāo) 準(zhǔn),7.1.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信是在模擬蜂窩移動(dòng)通信的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的， 在網(wǎng)絡(luò)組成、 設(shè)備配置、網(wǎng)絡(luò)功能和工作方式上， 二者都有相同之處。 但因數(shù)字蜂窩網(wǎng)采用全數(shù)字傳輸， 因而在實(shí)現(xiàn)技術(shù)和管理控制等方面， 均與模擬蜂窩網(wǎng)有較大的差異。 簡單說來， 數(shù)字蜂窩網(wǎng)技術(shù)更先進(jìn)， 功能更完備且通信更可靠， 并能適應(yīng)方便地與其它數(shù)字通信網(wǎng)(如綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN、 公用數(shù)據(jù)網(wǎng)PDN)的互連。,GSM蜂窩系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 7 - 1 所示。 由圖可見， GSM蜂窩系統(tǒng)的主要組成部分可分為移動(dòng)臺(tái)、 基站子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)。 基站子系統(tǒng)(簡稱基站BS)由基站收發(fā)臺(tái)(BTS)和基站控制器(BSC)組成； 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)由移動(dòng)交換中心(MSC)、 操作維護(hù)中心(OMC)、 原籍位置寄存器(HLR)、 訪問位置寄存器(VLR)、 鑒權(quán)中心(AUC)和移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器(EIR)等組成。 一個(gè)MSC可管理多達(dá)幾十個(gè)基站控制器， 一個(gè)基站控制器最多可控制256個(gè)BTS。 由MS、 BS和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)構(gòu)成公用陸地移動(dòng)通信網(wǎng)， 該網(wǎng)絡(luò)由MSC與公用交換電話網(wǎng)(PSTN)、 綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)和公用數(shù)據(jù)網(wǎng)(PDN)進(jìn)行互連。,圖 7 - 1 GSM蜂窩系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),1. 移動(dòng)臺(tái)(MS) 移動(dòng)臺(tái)是GSM移動(dòng)通信網(wǎng)中用戶使用的設(shè)備。 移動(dòng)臺(tái)類型可分為車載臺(tái)、 便攜臺(tái)和手機(jī)。 其中， 手機(jī)小巧、 輕便， 而且功能也較強(qiáng)， 因此使用手機(jī)的用戶占移動(dòng)用戶的絕大多數(shù)。,移動(dòng)臺(tái)通過無線接口接入GSM系統(tǒng)， 具有無線傳輸與處理功能。 此外， 移動(dòng)臺(tái)必須提供與使用者之間的接口， 比如， 為完成通話呼叫所需要的話筒、 揚(yáng)聲器、 顯示屏和各種按鍵； 或者提供與其它一些終端設(shè)備(TE)之間的接口， 如與個(gè)人計(jì)算機(jī)或傳真機(jī)之間的接口。,移動(dòng)臺(tái)的另外一個(gè)重要組成部分是用戶識(shí)別模塊(SIM)， 亦稱SIM卡。 它基本上是一張符合ISO(開放系統(tǒng)互連)標(biāo)準(zhǔn)的“智慧”磁卡， 其中包含與用戶有關(guān)的無線接口的信息， 也包括鑒權(quán)和加密的信息。 使用GSM標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)臺(tái)都需要插入SIM卡， 只有當(dāng)處理異常的緊急呼叫時(shí)， 才可以在不用SIM卡的情況下操作移動(dòng)臺(tái)。 SIM卡的應(yīng)用使一部移動(dòng)臺(tái)可以為不同用戶服務(wù)， 因?yàn)镚SM系統(tǒng)是通過SIM卡來識(shí)別移動(dòng)用戶的， 這為今后發(fā)展個(gè)人通信打下了基礎(chǔ)。,2. 基站子系統(tǒng)(BSS) 基站子系統(tǒng)(BSS)是GSM系統(tǒng)的基本組成部分。 它通過無線接口與移動(dòng)臺(tái)相接， 進(jìn)行無線發(fā)送、 接收及無線資源管理。 另一方面， 基站子系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)中的移動(dòng)交換中心(MSC)相連， 實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶與固定網(wǎng)絡(luò)用戶之間或移動(dòng)用戶之間的通信連接。 基站子系統(tǒng)主要由基站收發(fā)信機(jī)(BTS)和基站控制器(BSC)構(gòu)成。 BTS可以直接與BSC相連接， 也可以通過基站接口設(shè)備(BIE)采用遠(yuǎn)端控制的連接方式與BSC相連接。,3. 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS) 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)對(duì)GSM移動(dòng)用戶之間通信和移動(dòng)用戶與其它通信網(wǎng)用戶之間通信起著管理作用。 其主要功能包括： 交換、 移動(dòng)性管理與安全性管理等。 NSS由很多功能實(shí)體構(gòu)成， 它們之間的信令傳輸都符合CCITT信令系統(tǒng)7 號(hào)協(xié)議。 下面分別討論各功能實(shí)體的主要功能。,(1) 移動(dòng)交換中心(MSC)。 移動(dòng)交換中心(MSC)是網(wǎng)絡(luò)的核心，它提供交換功能并面向下列功能實(shí)體： 基站子系統(tǒng)(BSS)、 原籍位置寄存器(HLR)、 訪問位置寄存器(VLR)、 鑒權(quán)中心(AUC)、 移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器(EIR)、 操作維護(hù)中心(OMC)和固定網(wǎng)(公用電話網(wǎng)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)等)， 從而把移動(dòng)用戶與固定網(wǎng)用戶、 移動(dòng)用戶與移動(dòng)用戶之間互相連接起來。,(2) 原籍位置寄存器。 原籍位置寄存器簡稱HLR。 它可以看作是GSM系統(tǒng)的中央數(shù)據(jù)庫， 存儲(chǔ)該HLR管轄區(qū)的所有移動(dòng)用戶的有關(guān)數(shù)據(jù)。 其中， 靜態(tài)數(shù)據(jù)有移動(dòng)用戶號(hào)碼、訪問能力、 用戶類別和補(bǔ)充業(yè)務(wù)等。 此外， HLR還暫存移動(dòng)用戶漫游時(shí)的有關(guān)動(dòng)態(tài)信息數(shù)據(jù)。,(3) 訪問位置寄存器。 訪問位置寄存器簡稱VLR。 它存儲(chǔ)進(jìn)入其控制區(qū)域內(nèi)來訪移動(dòng)用戶的有關(guān)數(shù)據(jù)， 這些數(shù)據(jù)是從該移動(dòng)用戶的原籍位置寄存器獲取并進(jìn)行暫存的，一旦移動(dòng)用戶離開該VLR的控制區(qū)域， 則臨時(shí)存儲(chǔ)的該移動(dòng)用戶的數(shù)據(jù)就會(huì)被刪除。 因此， VLR可看作是一個(gè)動(dòng)態(tài)用戶的數(shù)據(jù)庫。,(4) 鑒權(quán)中心。 GSM系統(tǒng)采取了特別的通信安全措施， 包括對(duì)移動(dòng)用戶鑒權(quán)， 對(duì)無線鏈路上的話音、 數(shù)據(jù)和信令信息進(jìn)行保密等。,(5) 移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器。 移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器(EIR)存儲(chǔ)著移動(dòng)設(shè)備的國際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼(IMEI)， 通過核查白色、 黑色和灰色三種清單， 運(yùn)營部門就可判斷出移動(dòng)設(shè)備是屬于準(zhǔn)許使用的， 還是失竊而不準(zhǔn)使用的， 還是由于技術(shù)故障或誤操作而危及網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行的MS設(shè)備， 以確保網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所使用的移動(dòng)設(shè)備的惟一性和安全性。 (6) 操作維護(hù)中心。 網(wǎng)絡(luò)操作維護(hù)中心(OMC)負(fù)責(zé)對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控與操作。,4. GSM網(wǎng)絡(luò)接口 在實(shí)際的GSM通信網(wǎng)絡(luò)中， 由于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不同、 運(yùn)營環(huán)境不同和設(shè)備生產(chǎn)廠家的不同， 上述的各個(gè)部分可以有不同的配置方法。 比如， 把MSC和VLR合并在一起， 或者把HLR、 EIR和AUC合并為一個(gè)實(shí)體。 不過， 為了各個(gè)廠家所生產(chǎn)的設(shè)備可以通用， 上述各部分的連接都必須嚴(yán)格符合規(guī)定的接口標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的協(xié)議。 GSM系統(tǒng)各部分之間的接口如圖 7 - 2 所示。,圖 7 - 2 GSM系統(tǒng)的接口,(1) 主要接口。 GSM系統(tǒng)的主要接口是指A接口、 Abis接口和Um接口。 這三種主要接口的定義和標(biāo)準(zhǔn)化可保證不同廠家生產(chǎn)的移動(dòng)臺(tái)、 基站子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)設(shè)備能夠納入同一個(gè)GSM移動(dòng)通信網(wǎng)運(yùn)行和使用。,A接口。 A接口定義為網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)與基站子系統(tǒng)(BSS)之間的通信接口。 Abis接口。 Abis接口定義為基站子系統(tǒng)的基站控制器(BSC)與基站收發(fā)信機(jī)兩個(gè)功能實(shí)體之間的通信接口， 用于BTS(不與BSC放在一處)與BSC之間的遠(yuǎn)端互連方式。 Um接口(空中接口)。 Um接口(空中接口)定義為移動(dòng)臺(tái)(MS)與基站收發(fā)信機(jī)(BTS)之間的無線通信接口， 它是GSM系統(tǒng)中最重要、 最復(fù)雜的接口。,(2) 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)部接口。 它包括B、 C、 D、 E、 F、 G接口。 B接口， B接口定義為移動(dòng)交換中心(MSC)與訪問位置寄存器(VLR)之間的內(nèi)部接口， 用于MSC向VLR詢問有關(guān)移動(dòng)臺(tái)(MS)當(dāng)前位置信息或者通知VLR有關(guān)MS的位置更新信息等。,C接口。 C接口定義為MSC與HLR之間的接口， 用于傳遞路由選擇和管理信息， 兩者之間是采用標(biāo)準(zhǔn)的 2.048 Mb/s PCM數(shù)字傳輸鏈路實(shí)現(xiàn)的。 D接口。 D接口定義為HLR與VLR之間的接口， 用于交換移動(dòng)臺(tái)位置和用戶管理的信息， 保證移動(dòng)臺(tái)在整個(gè)服務(wù)區(qū)內(nèi)能建立和接收呼叫。 由于VLR綜合于MSC中， 因此D接口的物理鏈路與C接口相同。,E接口。 E接口為相鄰區(qū)域的不同移動(dòng)交換中心之間的接口， 用于移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)MSC控制區(qū)到另一個(gè)MSC控制區(qū)時(shí)交換有關(guān)信息， 以完成越區(qū)切換。 F接口。 F接口定義為MSC與移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器(EIR)之間的接口， 用于交換相關(guān)的管理信息。 G接口。 G接口定義為兩個(gè)VLR之間的接口。,(3) GSM系統(tǒng)與其它公用電信網(wǎng)接口。 GSM系統(tǒng)通過MSC與公用電信網(wǎng)互連， 一般采用 7 號(hào)信令系統(tǒng)接口。 其物理鏈接方式是通過在MSC與 PSTN或ISDN交換機(jī)之間采用 2.048 Mb/s 的PCM數(shù)字傳輸鏈路來實(shí)現(xiàn)的。,7.1.2 GSM的區(qū)域、 號(hào)碼、 地址與識(shí)別 1. 區(qū)域定義 GSM系統(tǒng)屬于小區(qū)制大容量移動(dòng)通信網(wǎng)， 在它的服務(wù)區(qū)內(nèi)設(shè)置有很多基站， 移動(dòng)通信網(wǎng)在此服務(wù)區(qū)內(nèi)， 具有控制、 交換功能， 以實(shí)現(xiàn)位置更新、 呼叫接續(xù)、 越區(qū)切換及漫游服務(wù)等功能。 在由GSM系統(tǒng)組成的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中， 其相應(yīng)的區(qū)域定義如圖 7 - 3 所示。,圖 7 - 3 GSM的區(qū)域定義,(1) GSM服務(wù)區(qū)。 服務(wù)區(qū)是指移動(dòng)臺(tái)可獲得服務(wù)的區(qū)域， 即不同通信網(wǎng)(如PSTN或ISDN)用戶無需知道移動(dòng)臺(tái)的實(shí)際位置而可與之通信的區(qū)域。 (2) 公用陸地移動(dòng)通信網(wǎng)(PLMN)。 一個(gè)公用陸地移動(dòng)通信網(wǎng)(PLMN)可由一個(gè)或若干個(gè)移動(dòng)交換中心組成。 (3) MSC區(qū)。 MSC區(qū)系指一個(gè)移動(dòng)交換中心所控制的區(qū)域， 通常它連接一個(gè)或若干個(gè)基站控制器， 每個(gè)基站控制器控制多個(gè)基站收發(fā)信機(jī)。,(4) 位置區(qū)。 位置區(qū)一般由若干個(gè)小區(qū)(或基站區(qū))組成， 移動(dòng)臺(tái)在位置區(qū)內(nèi)移動(dòng)無需進(jìn)行位置更新。 通常呼叫移動(dòng)臺(tái)時(shí)， 向一個(gè)位置區(qū)內(nèi)的所有基站同時(shí)發(fā)尋呼信號(hào)。 (5) 基站區(qū)。 基站區(qū)系指基站收發(fā)信機(jī)有效的無線覆蓋區(qū)， 簡稱小區(qū)。 (6) 扇區(qū)。 當(dāng)基站收發(fā)信天線采用定向天線時(shí)， 基站區(qū)分為若干個(gè)扇區(qū)。,2. 號(hào)碼與識(shí)別 各種號(hào)碼的定義及用途如下： (1) 移動(dòng)用戶識(shí)別碼。 在GSM系統(tǒng)中， 每個(gè)用戶均分配一個(gè)惟一的國際移動(dòng)用戶識(shí)別碼(IMSI)。 此碼在所有位置(包括在漫游區(qū))都是有效的。 通常在呼叫建立和位置更新時(shí)， 需要使用IMSI。 IMSI的組成如圖 7 - 4 所示。,IMSI的總長不超過 15 位數(shù)字， 每位數(shù)字僅使用 09 的數(shù)字。 圖中： MCC: 移動(dòng)用戶所屬國家代號(hào)， 占 3 位數(shù)字， 中國的MCC規(guī)定為 460。 MNC： 移動(dòng)網(wǎng)號(hào)碼， 最多由兩位數(shù)字組成， 用于識(shí)別移動(dòng)用戶所歸屬的移動(dòng)通信網(wǎng)。 MSIN: 移動(dòng)用戶識(shí)別碼， 用以識(shí)別某一移動(dòng)通信網(wǎng)(PLMN)中的移動(dòng)用戶。 由MNC和MSIN兩部分組成國內(nèi)移動(dòng)用戶識(shí)別碼(NMSI)。,圖 7 - 4 國際移動(dòng)用戶識(shí)別碼(IMSI)的格式,(2) 臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼。 考慮到移動(dòng)用戶識(shí)別碼的安全性， GSM系統(tǒng)能提供安全保密措施， 即空中接口無線傳輸?shù)淖R(shí)別碼采用臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼(TMSI)代替IMSI。 兩者之間可按一定的算法互相轉(zhuǎn)換。 訪問位置寄存器(VLR)可給來訪的移動(dòng)用戶分配一個(gè)TMSI(只限于在該訪問服務(wù)區(qū)使用)。,圖 7 - 5 國際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼(IMEI)的格式,(3) 國際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼。 國際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼(IMEI)是區(qū)別移動(dòng)臺(tái)設(shè)備的標(biāo)志， 可用于監(jiān)控被竊或無效的移動(dòng)設(shè)備。 IMEI的格式如圖 7 - 5 所示。 圖中： TAC: 型號(hào)批準(zhǔn)碼， 由歐洲型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)中心分配。 FAC: 裝配廠家號(hào)碼。 SNR: 產(chǎn)品序號(hào)， 用于區(qū)別同一個(gè)TAC和FAC中的每臺(tái)移動(dòng)設(shè)備。 SP: 備用。,圖 7 - 6 移動(dòng)臺(tái)國際ISDN的格式,(4) 移動(dòng)臺(tái)的號(hào)碼。 移動(dòng)臺(tái)的號(hào)碼類似于PSTN中的電話號(hào)碼， 是在呼叫接續(xù)時(shí)所需撥的號(hào)碼， 其編號(hào)規(guī)則應(yīng)與各國的編號(hào)規(guī)則相一致。 移動(dòng)臺(tái)的號(hào)碼有下列兩種： 移動(dòng)臺(tái)國際ISDN號(hào)碼(MSISDN)。 MSISDN為呼叫GSM系統(tǒng)中的某個(gè)移動(dòng)用戶所需撥的號(hào)碼。 一個(gè)移動(dòng)臺(tái)可分配一個(gè)或幾個(gè)MSISDN號(hào)碼， 其組成格式如圖 7 - 6 所示。 圖中：,CC: 國家代號(hào)， 即移動(dòng)臺(tái)注冊登記的國家代號(hào)， 中國為 86。 NDC: 國內(nèi)地區(qū)碼， 每個(gè)PLMN有一個(gè)NDC。 SN: 移動(dòng)用戶號(hào)碼。 由NDC和SN兩部分組成國內(nèi)ISDN號(hào)碼， 其長度不超過 13 位數(shù)。 國際ISDN號(hào)碼長度不超過 15 位數(shù)字。, 移動(dòng)臺(tái)漫游號(hào)碼(MSRN)。 當(dāng)移動(dòng)臺(tái)漫游到一個(gè)新的服務(wù)區(qū)時(shí)， 由VLR給它分配一個(gè)臨時(shí)性的漫游號(hào)碼， 并通知該移動(dòng)臺(tái)的HLR， 用于建立通信路由。 一旦該移動(dòng)臺(tái)離開該服務(wù)區(qū)， 此漫游號(hào)碼即被收回， 并可分配給其它來訪的移動(dòng)臺(tái)使用。 漫游號(hào)碼的組成格式與移動(dòng)臺(tái)國際(或國內(nèi))ISDN號(hào)碼相同。,(5) 位置區(qū)和基站的識(shí)別碼。 位置區(qū)識(shí)別碼(LAI)。 在檢測位置更新和信道切換時(shí)， 要使用位置區(qū)識(shí)別碼(LAI)。 LAI的組成格式如圖 7 - 7 所示。,圖 7 - 7 位置區(qū)識(shí)別碼的格式, 基站識(shí)別色碼(BSIC)。 基站識(shí)別色碼(BSIC)用于移動(dòng)臺(tái)識(shí)別相同載頻的不同基站， 特別用于區(qū)別在不同國家的邊界地區(qū)采用相同載頻且相鄰的基站。 BSIC為一個(gè) 6 比特編碼， 其格式如圖 7 - 8 所示。 NCC: PLMN色碼， 用來識(shí)別相鄰的PLMN網(wǎng)。 BCC： BTS色碼， 用來識(shí)別相同載頻的不同的基站。,圖 7 - 8 基站識(shí)別色碼(BSIC)的格式,7.1.3 主要業(yè)務(wù) 1. 通信業(yè)務(wù)分類 GSM系統(tǒng)能提供 6 類 10 種電信業(yè)務(wù)， 其編號(hào)、 名稱、 業(yè)務(wù)類型及實(shí)現(xiàn)階段見表 7 - 2。,表 7 - 2 GSM電信業(yè)務(wù)分類,2. 業(yè)務(wù)定義 (1) 電話業(yè)務(wù)。 電話業(yè)務(wù)是GSM系統(tǒng)提供的最主要業(yè)務(wù)。 (2) 緊急呼叫業(yè)務(wù)。 在緊急情況下, 移動(dòng)用戶通過一種簡單的撥號(hào)方式即可撥通緊急服務(wù)中心。 (3) 短消息業(yè)務(wù)。 短消息業(yè)務(wù)包括移動(dòng)臺(tái)之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)短消息業(yè)務(wù)以及小區(qū)廣播短消息業(yè)務(wù)。,(4) 可視圖文接入。 可視圖文接入是一種通過網(wǎng)絡(luò)完成文本、 圖形信息檢索和電子函件功能的業(yè)務(wù)。 (5) 智能用戶電報(bào)傳送。 智能用戶電報(bào)傳送能夠提供智能用戶電報(bào)終端間的文本通信業(yè)務(wù)。 此類終端具有文本信息的編輯、 存儲(chǔ)和處理等能力。 (6) 傳真。 語言和3類傳真交替?zhèn)魉偷臉I(yè)務(wù)。,7.2 GSM系統(tǒng)的無線接口,7.2.1 GSM系統(tǒng)無線傳輸特征 表 7 - 3 給出了GSM系統(tǒng)的主要參數(shù)， 為便于比較， 表中還列出了另外兩種時(shí)分多址數(shù)字蜂窩網(wǎng)的對(duì)應(yīng)參數(shù)。,表 7 - 3 GSM等三種數(shù)字蜂窩網(wǎng)主要參數(shù),1. TDMA/FDMA接入方式 GSM系統(tǒng)中， 由若干個(gè)小區(qū)(3 個(gè)、 4 個(gè)或 7 個(gè))構(gòu)成一個(gè)區(qū)群， 區(qū)群內(nèi)不能使用相同的頻道， 同頻道距離保持相等， 每個(gè)小區(qū)含有多個(gè)載頻， 每個(gè)載頻上含有 8 個(gè)時(shí)隙， 即每個(gè)載頻有 8 個(gè)物理信道， 因此， GSM系統(tǒng)是時(shí)分多址/頻分多址的接入方式， 參見圖 7 - 9 所示。,圖 7 - 9 TDMA/FDMA接入方式,2. 頻率與頻道序號(hào) GSM系統(tǒng)工作在以下射頻頻段： 上行(移動(dòng)臺(tái)發(fā)、 基站收) 890915 MHz 下行(基站發(fā)、 移動(dòng)臺(tái)收) 935960 MHz 收、 發(fā)頻率間隔為 45 MHz。,移動(dòng)臺(tái)采用較低頻段發(fā)射， 傳播損耗較低， 有利于補(bǔ)償上、 下行功率不平衡的問題。 由于載頻間隔是 0.2 MHz， 因此GSM系統(tǒng)整個(gè)工作頻段分為 124 對(duì)載頻， 其頻道序號(hào)用n表示， 則上、 下兩頻段中序號(hào)為n的載頻可用下式計(jì)算： 下頻段 fl(n)=(890+0.2 n) MHz (7 - 1) 上頻段 fh(n)=(935+0.2 n) MHz (7 - 2),3. 調(diào)制方式 GSM的調(diào)制方式是高斯型最小移頻鍵控(GMSK)方式， 矩形脈沖在調(diào)制器之前先通過一個(gè)高斯濾波器。 這一調(diào)制方案由于改善了頻譜特性， 從而能滿足CCIR提出的鄰信道功率電平小于-60 dBW的要求。 高斯濾波器的歸一化帶寬 Bt=0.3， 基于200 kHz的載頻間隔及 270.833 kb/s的信道傳輸速率， 其頻譜利用率為(1.35 b/s)/Hz。,4. 載頻復(fù)用與區(qū)群結(jié)構(gòu) GSM系統(tǒng)中， 基站發(fā)射功率為500 W每載波， 每時(shí)隙平均為 500/8=62.5 W。 移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率分為 0.8 W、 2 W、 5 W、 8 W和20 W五種， 可供用戶選擇。 小區(qū)覆蓋半徑最大為 35 km， 最小為 500 m， 前者適用于農(nóng)村地區(qū)， 后者適用于市區(qū)。,7.2.2 信道類型及其組合 1. 幀結(jié)構(gòu) 圖 7 - 10 給出了GSM系統(tǒng)各種幀及時(shí)隙的格式。 每一個(gè)TDMA幀分 07 共 8 個(gè)時(shí)隙， 幀長度為 120/264.615 ms。 每個(gè)時(shí)隙含 156.25 個(gè)碼元， 占 15/260.577 ms。,圖 7 - 10 GSM系統(tǒng)各種幀及時(shí)隙的格式,由若干個(gè)TDMA幀構(gòu)成復(fù)幀， 其結(jié)構(gòu)有兩種： 一種是由 26 幀組成的復(fù)幀， 這種復(fù)幀長 120 ms， 主要用于業(yè)務(wù)信息的傳輸， 也稱作業(yè)務(wù)復(fù)幀； 另一種是由 51 幀組成的復(fù)幀， 這種復(fù)幀長 235.385 ms， 專用于傳輸控制信息， 也稱作控制復(fù)幀。,由 51 個(gè)業(yè)務(wù)復(fù)幀或 26 個(gè)控制復(fù)幀均可組成一個(gè)超幀， 超幀的周期為 1326 個(gè)TDMA幀， 超幀長 51264.61510-36.12 s。 由 2048 個(gè)超幀組成超高幀， 超高幀的周期為 20481326=2 715 648 個(gè)TDMA 幀， 即 12 533.76 秒， 也即 3 小時(shí) 28 分 53 秒 760 毫秒。 幀的編號(hào)(FN)以超高幀為周期， 從 0 到 2 715 647。,GSM系統(tǒng)上行傳輸所用的幀號(hào)和下行傳輸所用的幀號(hào)相同， 但上行幀相對(duì)于下行幀來說， 在時(shí)間上推后 3 個(gè)時(shí)隙， 見圖 7 - 11。 這樣安排， 允許移動(dòng)臺(tái)在這 3 個(gè)時(shí)隙的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行幀調(diào)整以及對(duì)收發(fā)信機(jī)進(jìn)行調(diào)諧和轉(zhuǎn)換。,圖 7 - 11 上行幀號(hào)和下行幀號(hào)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間關(guān)系,2. 信道分類 圖 7 - 12 示出了GSM系統(tǒng)的信道分類。 (1) 業(yè)務(wù)信道。 業(yè)務(wù)信道TCH主要傳輸數(shù)字話音或數(shù)據(jù)， 其次還有少量的隨路控制信令。 話音業(yè)務(wù)信道。 載有編碼話音的業(yè)務(wù)信道分為全速率話音業(yè)務(wù)信道(TCH/FS)和半速率話音業(yè)務(wù)信道(TCH/HS)， 兩者的總速率分別為 22.8 kb/s和11.4 kb/s。,圖 7 - 12 GSM系統(tǒng)的信道分類, 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道。 在全速率或半速率信道上， 通過不同的速率適配和信道編碼， 用戶可使用下列各種不同的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)： 9.6 kb/s, 全速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道 (TCH/F9.6) 4.8 kb/s, 全速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道 (TCH/F4.8) 4.8 kb/s, 半速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道 (TCH/H4.8) 2.4 kb/s, 全速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道 (TCH/F2.4) 2.4 kb/s, 半速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道 (TCH/H2.4),(2) 控制信道。 控制信道(CCH)用于傳送信令和同步信號(hào)， 主要分為三種： 廣播信道(BCH)、 公共控制信道(CCCH)和專用控制信道(DCCH)。 廣播信道(BCH)。 廣播信道是一種“一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)”的單方向控制信道， 用于基站向移動(dòng)臺(tái)廣播公用的信息， 傳輸?shù)膬?nèi)容主要是移動(dòng)臺(tái)入網(wǎng)和呼叫建立所需要的有關(guān)信息。 廣播信道又分為：,頻率校正信道(FCCH)： 傳輸供移動(dòng)臺(tái)校正其工作頻率的信息； 同步信道(SCH)： 傳輸供移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行同步和對(duì)基站進(jìn)行識(shí)別的信息， 因?yàn)榛咀R(shí)別碼是在同步信道上傳輸?shù)模?廣播控制信道(BCCH)： 傳輸系統(tǒng)公用控制信息， 例如公共控制信道(CCCH)號(hào)碼以及是否與獨(dú)立專用控制信道(SDCCH)相組合等信息。, 公用控制信道(CCCH)。 CCCH是一種雙向控制信道， 用于呼叫接續(xù)階段傳輸鏈路連接所需要的控制信令。 公用控制信道又分為： 尋呼信道(PCH)： 傳輸基站尋呼移動(dòng)臺(tái)的信息； 隨機(jī)接入信道(RACH)： 這是一個(gè)上行信道， 用于移動(dòng)臺(tái)隨機(jī)提出入網(wǎng)申請(qǐng)， 即請(qǐng)求分配一個(gè)獨(dú)立專用控制信道(SDCCH)； 準(zhǔn)許接入信道(AGCH)： 這是一個(gè)下行信道， 用于基站對(duì)移動(dòng)臺(tái)的入網(wǎng)申請(qǐng)作出應(yīng)答， 即分配一個(gè)獨(dú)立專用控制信道。, 專用控制信道(DCCH)： 這是一種“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的雙向控制信道， 其用途是在呼叫接續(xù)階段以及在通信進(jìn)行當(dāng)中， 在移動(dòng)臺(tái)和基站之間傳輸必需的控制信息。 專用控制信道又分為： 獨(dú)立專用控制信道(SDCCH)： 用于在分配業(yè)務(wù)信道之前傳送有關(guān)信令。 慢速輔助控制信道(SACCH)： 在移動(dòng)臺(tái)和基站之間， 需要周期性地傳輸一些信息。,快速輔助控制信道(FACCH)： 傳送與SDCCH相同的信息， 只有在沒有分配SDCCH的情況下， 才使用這種控制信道。,3. 時(shí)隙的格式 在GSM系統(tǒng)中， 每幀含 8 個(gè)時(shí)隙， 時(shí)隙的寬度為 0.577 ms， 其中包含156.25 bit。 TDMA信道上一個(gè)時(shí)隙中的信息格式稱為突發(fā)脈沖序列。 根據(jù)所傳信息的不同， 時(shí)隙所含的具體內(nèi)容及其組成的格式也不相同。 (1) 常規(guī)突發(fā)(NB, Normal Burst)脈沖序列。 常規(guī)突發(fā)脈沖序列亦稱普通突發(fā)脈沖序列， 用于業(yè)務(wù)信道及專用控制信道， 其組成格式如圖 7 - 13 所示。,圖 7 - 13 突發(fā)脈沖序列的格式,(2) 頻率校正突發(fā)(FB, Frequency Correction Burst)脈沖序列。 頻率校正突發(fā)脈沖序列用于校正移動(dòng)臺(tái)的載波頻率， 其格式比較簡單， 參見圖 7 - 13 所示。,(3) 同步突發(fā)(SB， Synchronisation Burst)脈沖序列。 同步突發(fā)脈沖序列用于移動(dòng)臺(tái)的時(shí)間同步。 其格式參見圖 7 - 13， 主要組成包括 64 bit的同步信號(hào)(擴(kuò)展的訓(xùn)練序列)， 以及兩段各 39 bit的數(shù)據(jù)， 用于傳輸TDMA幀號(hào)和基站識(shí)別碼(BSIC)。,(4) 接入突發(fā)(AB, Access Burst)脈沖序列。 接入突發(fā)脈沖序列用于上行傳輸方向， 在隨機(jī)接入信道(RACH)上傳送， 用于移動(dòng)用戶向基站提出入網(wǎng)申請(qǐng)。接入突發(fā)脈沖序列的格式如圖 7 - 14 所示。,圖 7 - 14 接入突發(fā)脈沖序列的格式,4. 信道的組合 (1) 業(yè)務(wù)信道的組合方式。 業(yè)務(wù)信道有全速率和半速率之分， 下面只考慮全速率情況。 業(yè)務(wù)信道的復(fù)幀含 26 個(gè)TDMA 幀， 其組成的格式和物理信道(一個(gè)時(shí)隙)的映射關(guān)系如圖 7 - 15 所示。 圖中給出了時(shí)隙 2(即TS2)構(gòu)成一個(gè)業(yè)務(wù)信道的復(fù)幀， 共占 26 個(gè)TDMA幀， 其中 24 幀T(即TCH), 用于傳輸業(yè)務(wù)信息； 1 幀A， 代表隨路的慢速輔助控制信道(SACCH), 傳輸慢速輔助信道的信息(例如功率調(diào)整的信令)； 還有1幀I為空閑幀(半速率傳輸業(yè)務(wù)信息時(shí)， 此幀也用于傳輸SACCH的信息)。,圖 7 - 15 業(yè)務(wù)信道的組合方式,(2) 控制信道的組合方式。 控制信道的復(fù)幀含 51 幀， 其組合方式類型較多， 而且上行傳輸和下行傳輸?shù)慕M合方式也不相同。 BCH和CCCH在TS0上的復(fù)用。廣播信道(BCH)和公用控制信道(CCCH)在主載頻(C0)的TS0上的復(fù)用(下行鏈路)如圖 7 - 16 所示。 其中： F(FCCH): 用于移動(dòng)臺(tái)校正頻率； S(SCH): 移動(dòng)臺(tái)據(jù)此讀TDMA幀號(hào)和基站識(shí)別碼BSIC； B(BCCH)： 移動(dòng)臺(tái)據(jù)此讀有關(guān)小區(qū)的通用信息； I(IDEL): 空閑幀。,圖 7 - 16 BCH和CCCH在TS0上的復(fù)用,圖 7 - 17 TS0上RACH的復(fù)用, SDCCH和SACCH在TS1上的復(fù)用。 主載頻C0上的TS1 可用于獨(dú)立專用控制信道和慢速輔助控制信道。 下行鏈路C0上的TS1的映射如圖 7 - 18 所示。 下行鏈路占用 102 個(gè)TS1， 從時(shí)間長度上講是 102 個(gè)TDMA幀。,圖 7 - 18 SDCCH和SACCH(下行)在TS1上的復(fù)用, 公用控制信道和專用控制信道均在TS0上的復(fù)用。 在小容量地區(qū)或建站初期， 小區(qū)可能僅有一套收發(fā)單元， 這意味著只有 8 個(gè)TS(物理信道)。 TS1TS7均用于業(yè)務(wù)信道， 此時(shí)TS0既用于公用控制信道(包括BCH、 CCCH)， 又用于專用控制信道(SDCCH、 SACCH)， 其組成格式如圖 7 - 19 所示。,圖 7 - 19 TS0上控制信道綜合復(fù)用,7.2.3 話音和信道編碼 數(shù)字化話音信號(hào)在無線傳輸時(shí)主要面臨三個(gè)問題： 一是選擇低速率的編碼方式， 以適應(yīng)有限帶寬的要求； 二是選擇有效的方法減少誤碼率， 即信道編碼問題； 三是選用有效的調(diào)制方法， 減小雜波輻射， 降低干擾。 下面著重討論GSM系統(tǒng)中話音編碼和信道編碼的主要特點(diǎn)。,圖 7 - 20 GSM系統(tǒng)的話音和信道編碼組成框圖,圖 7 - 20 示出了GSM系統(tǒng)的話音編碼和信道編碼的組成框圖。 其中， 話音編碼主要由規(guī)則脈沖激勵(lì)長期預(yù)測編碼(RPE-LTP編譯碼器)組成， 而信道編碼歸入無線子系統(tǒng)， 主要包括糾錯(cuò)編碼和交織技術(shù)。 RPE-LTP編碼器是將波形編碼和聲碼器兩種技術(shù)綜合運(yùn)用的編碼器， 從而以較低速率獲得較高的話音質(zhì)量。,圖 7 - 21 GSM編碼流程,圖 7 - 22 GSM的交織方式,7.2.4 跳頻和間斷傳輸技術(shù) 1. 跳頻 前已指出， 在GSM系統(tǒng)中， 采用自適應(yīng)均衡抵抗多徑效應(yīng)造成的時(shí)散現(xiàn)象， 采用卷積編碼糾隨機(jī)干擾， 采用交織編碼抗突發(fā)干擾， 此外， 還可采用跳頻技術(shù)進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾性能。 跳頻是指載波頻率在很寬頻率范圍內(nèi)按某種圖案(序列)進(jìn)行跳變。 圖 7 - 23 為GSM系統(tǒng)的跳頻示意圖。 采用每幀改變頻率的方法， 即每隔 4.615 ms改變載波頻率， 亦即跳頻速率為 1/4.615 ms=217 跳/秒。,圖 7 - 23 GSM系統(tǒng)的跳頻示意圖,跳頻系統(tǒng)的抗干擾原理與直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)是不同的。 直擴(kuò)是靠頻譜的擴(kuò)展和解擴(kuò)處理來提高抗干擾能力的， 而跳頻是靠躲避干擾來獲得抗干擾能力的。 抗干擾性能用處理增益GP表征， GP的表達(dá)式為,(7 - 3),式中：BW跳頻系統(tǒng)的跳變頻率范圍； BC跳頻系統(tǒng)的最小跳變的頻率間隔 (GSM的BC=200 kHz)。,2. 間斷傳輸 為了提高頻譜利用率， GSM系統(tǒng)還采用了話音激活技術(shù)。 此技術(shù)也被稱為間斷傳輸(DTx)技術(shù)， 其基本原則是只在有話音時(shí)才打開發(fā)射機(jī)， 這樣可以減小干擾， 提高系統(tǒng)容量。 采用DTx技術(shù)， 對(duì)移動(dòng)臺(tái)來說更有意義， 因?yàn)樵跓o信息傳輸時(shí)立即關(guān)閉發(fā)射機(jī)， 可以減少電源消耗。 GSM中， 話音激活技術(shù)采用一種自適應(yīng)門限話音檢測算法。,7.3 GSM系統(tǒng)的控制與管理,7.3.1 位置登記 所謂位置登記(或稱注冊)， 是通信網(wǎng)為了跟蹤移動(dòng)臺(tái)的位置變化， 而對(duì)其位置信息進(jìn)行登記、 刪除和更新的過程。 由于數(shù)字蜂窩網(wǎng)的用戶密度大于模擬蜂窩網(wǎng)， 因而位置登記過程必須更快、 更精確。,位置信息存儲(chǔ)在原籍位置寄存器(HLR)和訪問位置寄存器(VLR)中。GSM蜂窩通信系統(tǒng)把整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域劃分為許多位置區(qū)， 并以不同的位置區(qū)標(biāo)志進(jìn)行區(qū)別， 如圖 7 - 24 中的LA1, LA2, LA3, 。,圖 7 - 24 位置區(qū)劃分的示意,當(dāng)一個(gè)移動(dòng)用戶首次入網(wǎng)時(shí)， 它必須通過移動(dòng)交換中心(MSC)， 在相應(yīng)的位置寄存器(HLR)中登記注冊， 把其有關(guān)的參數(shù)(如移動(dòng)用戶識(shí)別碼、 移動(dòng)臺(tái)編號(hào)及業(yè)務(wù)類型等)全部存放在這個(gè)位置寄存器中， 于是網(wǎng)絡(luò)就把這個(gè)位置寄存器稱為原籍位置寄存器。 移動(dòng)臺(tái)的不斷運(yùn)動(dòng)將導(dǎo)致其位置的不斷變化。 這種變動(dòng)的位置信息由另一種位置寄存器， 即訪問位置寄存器(VLR)進(jìn)行登記。,位置區(qū)的標(biāo)志在廣播控制信道(BCCH)中播送， 移動(dòng)臺(tái)開機(jī)后， 就可以搜索此BCCH， 從中提取所在位置區(qū)的標(biāo)志。,移動(dòng)臺(tái)可能在不同情況下申請(qǐng)位置更新。 比如， 在任一個(gè)地區(qū)中進(jìn)行初始位置登記， 在同一個(gè)VLR服務(wù)區(qū)中進(jìn)行過區(qū)位置登記， 或者在不同的VLR服務(wù)區(qū)中進(jìn)行過區(qū)位置登記等。 不同情況下進(jìn)行位置登記的具體過程會(huì)有所不同， 但基本方法都是一樣的。 圖 7 - 25 給出的是涉及兩個(gè)VLR的位置更新過程， 其它情況可依此類推。,圖 7 - 25 位置登記過程舉例,7.3.2 鑒權(quán)與加密 由于空中接口極易受到侵犯， GSM系統(tǒng)為了保證通信安全， 采取了特別的鑒權(quán)與加密措施。 鑒權(quán)是為了確認(rèn)移動(dòng)臺(tái)的合法性， 而加密是為了防止第三者竊聽。 鑒權(quán)中心(AUC)為鑒權(quán)與加密提供了三參數(shù)組(RAND、 SRES和Kc)， 在用戶入網(wǎng)簽約時(shí)， 用戶鑒權(quán)密鑰Ki連同IMSI一起分配給用戶， 這樣每一個(gè)用戶均有惟一的Ki和IMSI， 它們存儲(chǔ)于AUC數(shù)據(jù)庫和SIM(用戶識(shí)別)卡中。 根據(jù)HLR的請(qǐng)求， AUC按下列步驟產(chǎn)生一個(gè)三參數(shù)組， 參見圖 7 - 26。,圖 7 - 26 AUC產(chǎn)生三參數(shù)組,首先， 產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)(RAND)； 通過加密算法(A8)和鑒權(quán)算法(A3), 用RAND和Ki分別計(jì)算出加密密鑰(Kc)和符號(hào)響應(yīng)(SRES)；RAND、 SRES和Kc作為一個(gè)三參數(shù)組一起送給HLR。 1. 鑒權(quán) 無論是移動(dòng)臺(tái)主呼或被呼， 都有鑒權(quán)過程， 鑒權(quán)程序如圖 7 - 27 所示。,圖 7 - 27 鑒權(quán)程序,鑒權(quán)過程主要涉及到AUC、 HLR、 MSC/VLR和MS， 它們均各自存儲(chǔ)著與用戶有關(guān)的信息或參數(shù)。 當(dāng)MS發(fā)出入網(wǎng)請(qǐng)求時(shí)， MSC/VLR就向MS發(fā)送RAND， MS使用該RAND以及與AUC內(nèi)相同的鑒權(quán)密鑰Ki和鑒權(quán)算法A3, 計(jì)算出符號(hào)響應(yīng)SRES， 然后把SRES回送給MSC/VLR, 驗(yàn)證其合法性。,2. 加密 GSM系統(tǒng)為確保用戶信息(話音或非話音業(yè)務(wù))以及與用戶有關(guān)的信令信息的私密性， 在BTS與MS之間交換信息時(shí)專門采用了一個(gè)加密程序， 如圖 7 - 28 所示。,圖 7 - 28 加密程序,3. 設(shè)備識(shí)別 每一個(gè)移動(dòng)臺(tái)設(shè)備均有一個(gè)惟一的移動(dòng)臺(tái)設(shè)備識(shí)別碼(IMEI)。 在EIR中存儲(chǔ)了所有移動(dòng)臺(tái)的設(shè)備識(shí)別碼， 每一個(gè)移動(dòng)臺(tái)只存儲(chǔ)本身的IMEI。 設(shè)備識(shí)別的目的是確保系統(tǒng)中使用的設(shè)備不是盜用的或非法的設(shè)備。 為此， EIR中使用三種設(shè)備清單： 白名單： 合法的移動(dòng)設(shè)備識(shí)別號(hào)；,黑名單： 禁止使用的移動(dòng)設(shè)備識(shí)別號(hào)； 灰名單： 是否允許使用由運(yùn)營者決定， 例如有故障的或未經(jīng)型號(hào)認(rèn)證的移動(dòng)設(shè)備識(shí)別號(hào)。 設(shè)備識(shí)別程序如圖 7 - 29 所示。,圖 7 - 29 設(shè)備識(shí)別程序,4. 用戶識(shí)別碼(IMSI)保密 為了防止非法監(jiān)聽進(jìn)而盜用IMSI， 當(dāng)在無線鏈路上需要傳送IMSI時(shí)， 均用臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼(TMSI)代替IMSI， 僅在位置更新失敗或MS得不到TMSI時(shí)才使用IMSI。 MS每次向系統(tǒng)請(qǐng)求一種程序， 如位置更新、 呼叫嘗試等， MSC/VLR將給MS分配一個(gè)新的TMSI。 圖 7 - 30 示出了位置更新時(shí)使用的新的TMSI程序。,圖 7 - 30 位置更新時(shí)的新的TMSI程序,7.3.3 呼叫接續(xù) 1. 移動(dòng)用戶主呼 移動(dòng)用戶向固定用戶發(fā)起呼叫的接續(xù)過程如圖 7 - 31 所示。 移動(dòng)臺(tái)(MS)在隨機(jī)接入信道(RACH)上， 向基站(BS)發(fā)出“信道請(qǐng)求”信息， 若BS接收成功， 就給這個(gè)MS分配一個(gè)專用控制信道， 即在準(zhǔn)許接入信道(AGCH)上向MS發(fā)出“立即分配”指令。 MS在發(fā)起呼叫的同時(shí)， 設(shè)置一定時(shí)器， 在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)可重復(fù)呼叫， 如果按預(yù)定的次數(shù)重復(fù)呼叫后， 仍收不到BS的應(yīng)答， 則放棄這次呼叫。,圖 7 - 31 移動(dòng)用戶主呼時(shí)的接續(xù)過程,MS收到“立即分配”指令后， 利用分配的專用控制信道(DCCH)與BS建立起信令鏈路， 經(jīng)BS向MSC發(fā)送“業(yè)務(wù)請(qǐng)求”信息。 MSC向VLR發(fā)送“開始接入請(qǐng)求”應(yīng)答信令。 VLR收到后， 經(jīng)MSC和BS向MS發(fā)出“鑒權(quán)請(qǐng)求”， 其中包含一隨機(jī)數(shù)(RAND)， MS按鑒權(quán)算法A3進(jìn)行處理后， 向MSC發(fā)回“鑒權(quán)”響應(yīng)信息。,2. 移動(dòng)用戶被呼 固定用戶向移動(dòng)用戶發(fā)起呼叫的接續(xù)過程如圖 7 - 32 所示。 固定用戶向移動(dòng)用戶撥出呼叫號(hào)碼后， 固定網(wǎng)絡(luò)把呼叫接續(xù)到就近的移動(dòng)交換中心， 此移動(dòng)交換中心在網(wǎng)絡(luò)中起到入口(Gate Way)的作用， 記作GMSC。 GMSC即向相應(yīng)的HLR查詢路由信息， HLR在其保存的用戶位置數(shù)據(jù)庫中查出被呼MS所在的地區(qū)， 并向該區(qū)的VLR查詢該MS的漫游號(hào)碼(MSRN)。,圖 7 32 移動(dòng)用戶被呼時(shí)的連接過程,VLR把該MS的(MSRN)送到HLR， 并轉(zhuǎn)發(fā)給查詢路由信息的GMSC。 GMSC即把呼叫接續(xù)到被呼MS所在地區(qū)的移動(dòng)交換中心， 記作VMSC。 由VMSC向該VLR查詢有關(guān)的“呼叫參數(shù)”， 獲得成功后， 再向相關(guān)的基站(BS)發(fā)出“尋呼請(qǐng)求”。 基站控制器(BSC)根據(jù)MS所在的小區(qū)， 確定所用的收發(fā)臺(tái)(BTS)， 在尋呼信道(PCH)上發(fā)送此“尋呼請(qǐng)求”信息。,MS收到尋呼請(qǐng)求信息后， 在隨機(jī)接入信道(RACH)向BS發(fā)送“信道請(qǐng)求”， 由BS分配專用控制信道(DCCH)， 即在公用控制信道(CCCH)上給MS發(fā)送“立即指配”指令。 MS利用分配到的DCCH與BS建立起信令鏈路， 然后向VMSC發(fā)回“尋呼”響應(yīng)。 VMSC接到MS的“尋呼”響應(yīng)后， 向VLR發(fā)送“開始接入請(qǐng)求”， 接著啟動(dòng)常規(guī)的“鑒權(quán)”和“置密模式”過程。,VMSC收到MS的“呼叫證實(shí)”信息后， 向BS發(fā)出信道“指配請(qǐng)求”， 要求BS給MS分配無線業(yè)務(wù)信道(TCH)。,7.3.4 過區(qū)切換 所謂過區(qū)切換， 是指在通話期間， 當(dāng)移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)小區(qū)進(jìn)入另一個(gè)小區(qū)時(shí)， 網(wǎng)絡(luò)能進(jìn)行實(shí)時(shí)控制， 把移動(dòng)臺(tái)從原小區(qū)所用的信道切換到新小區(qū)的某一信道， 并保證通話不間斷(用戶無感覺)。 如果小區(qū)采用扇區(qū)定向天線， 當(dāng)移動(dòng)臺(tái)在小區(qū)內(nèi)從一個(gè)扇區(qū)進(jìn)入另一扇區(qū)時(shí)， 也要進(jìn)行類似的切換。,GSM系統(tǒng)采用的過區(qū)切換辦法稱之為移動(dòng)臺(tái)輔助切換(MAHO)法。 其主要指導(dǎo)思想是把過區(qū)切換的檢測和處理等功能部分地分散到各個(gè)移動(dòng)臺(tái)， 即由移動(dòng)臺(tái)來測量本基站和周圍基站的信號(hào)強(qiáng)度， 把測得結(jié)果送給MSC進(jìn)行分析和處理， 從而作出有關(guān)過區(qū)切換的決策。,圖 7 - 33 同一個(gè)BSC的過區(qū)切換示意,(1) 同一個(gè)BSC控制區(qū)內(nèi)不同小區(qū)之間的切換， 也包括不同扇區(qū)之間的切換。 這種切換是最簡單的情況， 如圖 7 - 33 所示。 (2) 同一個(gè)MSC/VLR業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)， 不同BSC控制區(qū)的小區(qū)之間的切換， 如圖 7 - 34 所示。,圖 7 - 34 同一個(gè)MSC/VLR區(qū)內(nèi)， 不同BSC間的切換示意,圖 7 - 35 同一MSC的BSC間的切換流程,(3) 不同MSC/VLR控制區(qū)的小區(qū)之間的切換。 這是一種最復(fù)雜的切換， 切換中需進(jìn)行很多次信息傳遞。 圖 7 - 36 給出了不同MSC/VLR的小區(qū)切換示意圖。 圖 7 - 37 為切換流程， 即由MSC1 的小區(qū)向MSC2的小區(qū)進(jìn)行切換的過程。,圖 7 - 36 不同MSC/VLR的切換示意圖,圖 7 - 37 不同MSC/VLR的小區(qū)切換流程,7.4 三種TDMA蜂窩系統(tǒng)分析比較,7.4.1 D-AMPS的特征 美國的TDMA蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)(D-AMPS)采用美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)制定的IS- 54 標(biāo)準(zhǔn)。 該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的頻道間隔(30 kHz)是與AMPS一致的， 而且移動(dòng)臺(tái)的工作模式是數(shù)/模兼容的， 或稱雙模方式。 因此， D-AMPS和AMPS可以在同樣的無線環(huán)境中并存， 有利于逐步擴(kuò)大數(shù)字用戶， 以實(shí)現(xiàn)模擬通信系統(tǒng)向數(shù)字通信系統(tǒng)的平滑過渡。,1. 工作頻段 移動(dòng)臺(tái)發(fā)射頻段： 824849 MHz; 基站發(fā)射頻段： 869894 MHz; 頻道間隔： 30 kHz; 雙工頻率間隔： 45 MHz。,2. 多址方式 采用時(shí)分多址/頻分多址/頻分雙工(TDMA/FDMA/FDD)制式。 時(shí)分多址幀長為 40 ms, 每幀含 6 個(gè)時(shí)隙。 與GSM通信系統(tǒng)一樣， D-AMPS系統(tǒng)也定義了全速率與半速率兩種物理信道， 目前使用的全速率信道占 2 個(gè)時(shí)隙， 相當(dāng)于每載波含 3 個(gè)物理信道。 將要開發(fā)的半速率信道只占一個(gè)時(shí)隙， 相當(dāng)于每載波含 6 個(gè)物理信道。 每個(gè)時(shí)隙含 324 bit， 即系統(tǒng)的信道傳輸速率為 3246/40=48.6 kb/s， 幀和時(shí)隙的格式如圖 7 - 38 所示。 其中：,圖 7 - 38 D-AMPS的幀及時(shí)隙格式,G: 保護(hù)時(shí)間； R: 功率上升時(shí)間； SACCH: 慢速輔助控制信道； SYNC: 同步信道； DATA: 業(yè)務(wù)信道(含快速輔助控制信道)； DVCC: 數(shù)字識(shí)別色碼； RSVD: 保留(備用)時(shí)間。,3. 話音編碼 D-AMPS系統(tǒng)話音編碼采用“矢量和激勵(lì)線性預(yù)測(VSELP)”編碼方式， 編碼速率為 7.95 kb/s。 在20 ms的話音編碼幀中， 共有 159 個(gè)信息比特， 分為兩類： 1 類是對(duì)差錯(cuò)敏感的 77 bit； 2 類是對(duì)差錯(cuò)不敏感的 82 bit。 1 類比特加上CRC校驗(yàn)位(7 bit)和尾比特(5 bit)， 進(jìn)行碼率為 1/2和約束長度為 5 的卷積編碼， 變成 178 個(gè)傳輸比特； 2 類比特不進(jìn)行差錯(cuò)保護(hù)。 兩類比特之和為 260 bit， 相應(yīng)的話音速率為 260/20=13 kb/s。 為防止突發(fā)性干擾的影響， 這些傳輸比特在發(fā)送之前還要在 40 ms的時(shí)間間隔中進(jìn)行交織編碼。,4. 控制信道 雙模系統(tǒng)的移動(dòng)臺(tái)因?yàn)橐c模擬系統(tǒng)相通， 因而系統(tǒng)中必須保留AMPS原有的控制信道， 但為了對(duì)數(shù)字傳輸進(jìn)行必要的控制， 就必須在業(yè)務(wù)信道中設(shè)置必需的專用控制信道。 與GSM系統(tǒng)相似， IS-54 標(biāo)準(zhǔn)的雙模系統(tǒng)也設(shè)置了慢速輔助控制信道(SACCH)和快速輔助控制信道(FACCH)。由圖 7 - 38 可見， 在每一時(shí)隙中SACCH占有 12 bit， 其中 6 bit 是信息位， 另外 6 位是經(jīng)碼率為 1/2、 約束長度為 6 的卷積編碼器產(chǎn)生的， 以提高抗干擾能力。,編碼后SACCH的速率為 122/40=0.6 kb/s(全速率傳輸時(shí)， 每幀用 2 個(gè)時(shí)隙)。 FACCH同樣采用占用業(yè)務(wù)信道的辦法， 即通常所說的“中斷猝發(fā)”模式， 占用一個(gè)時(shí)隙中的 260 個(gè)業(yè)務(wù)比特。,如上所述， 一個(gè)TDMA幀包括 6 個(gè)時(shí)隙， 每時(shí)隙長為 6.67 ms， 包含 324 bit。 因此， 數(shù)據(jù)總速率是 48.6 kb/s。 平均每用戶的總速率是 16.2 kb/s， 其中： 話音編碼： 13 kb/s； SACCH: 0.6 kb/s； DVCC: 0.6 kb/s; 保護(hù)時(shí)間、 上升時(shí)間及同步： 2.0 kb/s。,5. 調(diào)制方式 D - AMPS系統(tǒng)使用的調(diào)制方式為 /4偏置的差分四相相移鍵控(/4-DQPSK), 并采用平方根升余弦的基帶濾波器， 滾降系數(shù)為 0.35。 這種調(diào)制方式在 30 kHz的頻道間隔中傳輸 48.6 kb/s的信息， 頻帶利用率達(dá)到 48.6/30=1.626(b/s)/Hz， 比GSM系統(tǒng)的頻帶利用率高。 不過這種調(diào)制方式不屬于恒包絡(luò)數(shù)字調(diào)制， 通常對(duì)傳輸信道的線性度有較高要求。,7.4.2 PDC系統(tǒng)的特征 1. 工作頻段 移動(dòng)臺(tái)發(fā)射頻率： 940956 MHz/14291453 MHz; 基站發(fā)射頻率： 810826 MHz/14771501 MHz; 收發(fā)雙工頻率間隔： 130 MHz/48 MHz; 頻道間隔： 25 kHz。,2. 多址方式 采用TDMA/FDMA制式， 每載頻分 3 個(gè)時(shí)隙(全速率)或 6 個(gè)時(shí)隙(半速率)， 信道傳輸速率 42 kb/s。 3. 信道分類 RCR - STD - 27B定義了兩類邏輯信道， 即業(yè)務(wù)信道(TCH)和控制信道(CCH)， 其分類方法見圖 7 - 39。,圖 7 - 39 JDC系統(tǒng)的信道分類,4. 時(shí)隙格式 PDC的TDMA幀長為 20 ms， 在全速率情況下， 分為 3 個(gè)時(shí)隙， 時(shí)隙長為20/3=6.67 ms。 時(shí)隙結(jié)構(gòu)與邏輯信道類型及傳輸方向有關(guān)。 圖 7 - 40 示出了兩種典型的時(shí)隙格式， 其中上部為業(yè)務(wù)時(shí)隙、 上行傳輸(或稱反向傳輸)， 下部為控制時(shí)隙、 下行傳輸(或稱正向傳輸)。,移動(dòng)臺(tái)發(fā)往基站時(shí)， 保護(hù)時(shí)間占 6 bit； 功率上升時(shí)間為 4 bit; 幀同步 20 bit， 位于時(shí)隙中部; 8 bit的數(shù)字色碼用來識(shí)別基站； 1 bit的挪用標(biāo)志用來區(qū)分業(yè)務(wù)信道中是否包含F(xiàn)ACCH； 15 bit為實(shí)時(shí)控制信令。 每用戶總數(shù)據(jù)速率 280/0.02=14 kb/s， 其中業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)率是 224/0.02=11.2 kb/s， 其余 2.8 kb/s用于各種開銷。,圖 7 - 40 PDC的時(shí)隙格式,5. 話音編碼和調(diào)制方式 采用VSELP話音編碼技術(shù)， 話音編碼比特率為 6.7 kb/s， 加差錯(cuò)保護(hù)比特率為 4.5 kb/s， 總的話音傳輸速率為 11.2 kb/s。調(diào)制方式為 /4 - DQPSK, 采用平方根升余弦基帶濾波器， 滾降系數(shù)為 0.5。 GSM、 D - AMPS和PDC三種TDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)由于在開發(fā)背景、 時(shí)間及要求等方面不盡相同， 因而在技術(shù)性能和服務(wù)功能上也各有差異。 為便于分析比較， 表 7 - 4 列出了三種TDMA蜂窩通信系統(tǒng)的主要參數(shù)， 供參考。,表 7 - 4 三種TDMA蜂窩通信系統(tǒng)的主要參數(shù),7.4.3 FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量 通信系統(tǒng)的通信容量可以用不同的表征方法進(jìn)行度量。 對(duì)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信系統(tǒng)而言， 系統(tǒng)的通信容量可以用信道效率(即在給定的可用頻段中所能提供的最大信道數(shù)目)進(jìn)行度量。 一般來說， 在有限的頻段中， 能提供的信道數(shù)目越多， 系統(tǒng)的通信容量也越大。,1. FDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量 蜂窩通信系統(tǒng)由若干個(gè)小區(qū)構(gòu)成一個(gè)區(qū)群， 區(qū)群之間實(shí)現(xiàn)頻率再用， 使用相同頻率的小區(qū)稱為共道小區(qū)， 共道小區(qū)之間存在的相互干擾稱為共道干擾。 若蜂窩網(wǎng)的每個(gè)區(qū)群含 7 個(gè)小區(qū)， 各基站采用全向天線， 共道小區(qū)的分布如圖 7 - 41 所示。 共道小區(qū)以某一小區(qū)(圖中為 1 號(hào)小區(qū))為中心可分成許多層： 第層 6 個(gè)； 第層 6 個(gè)； 第層 6個(gè) 因?yàn)閬碜缘趯庸驳佬^(qū)的干擾最強(qiáng)， 起主導(dǎo)作用， 故在進(jìn)行分析時(shí)， 可以只考慮這 6 個(gè)共道小區(qū)所產(chǎn)生的干擾。,圖 7 - 41 共道小區(qū)分