new第七章 GSM移動通信系統(tǒng)(一)

第七章GSM移動通信系統(tǒng)GlobalSystemforMobileCommunication1內(nèi)容提要（Contents）

第二代移動通信綜述

GSM系統(tǒng)概述GSM系統(tǒng)承載業(yè)務

GSM系統(tǒng)的空中接口GSM系統(tǒng)的控制與管理GSM增強系統(tǒng)22G系統(tǒng)的產(chǎn)生原因

1G系統(tǒng)的弊端模擬調(diào)制，頻譜效率低安全性差無法漫游終端體積大

2G的目標

采用數(shù)字調(diào)制，提高頻譜效率解決漫游問題，實現(xiàn)“全球通”數(shù)字加密、鑒權(quán)，提高安全性

SIM卡技術(shù)，實現(xiàn)終端機卡分離3第二代蜂窩移動通信系統(tǒng)特點覆蓋與頻率復用蜂窩制、區(qū)域/全球漫游帶寬與調(diào)制方式

窄帶數(shù)字調(diào)制：GMSK、網(wǎng)絡、多址與業(yè)務網(wǎng)絡層次結(jié)構(gòu)、TDMA/CDMA多址接入主要業(yè)務：語音、低速數(shù)據(jù)、部分3G業(yè)務

終端推出SIM卡，實現(xiàn)機卡分離小巧、省電2G系統(tǒng)又稱“數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)”,特點是：4典型的2G系統(tǒng)

GSM歐洲電信管理部門（CEPT）主推并最終成為國際標準的第一個數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)。

（TDMA）

IS-95由Qualcomm公司設計，由美國TIA推出的第一個窄帶CDMA標準，也成為國際標準。

（CDMA）

PDC日本推出的國家標準，并在其本土成功應用的窄帶數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)。（TDMA）D-AMPS美國TIA推出的窄帶TDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)，也稱IS-54規(guī)范北美地區(qū)標準。（TDMA）5蜂窩網(wǎng)參數(shù)歐洲GSM美國D-AMPS日本PDC多址方式TDMA/FDMATDMA/FDMATDMA/FDMA頻率/MHz移動臺（發(fā)）890~915824~849940~956/1429~1453基站（發(fā)）935~960869~894810~826/1477~1501載頻間隔/kHz2003025時隙數(shù)/載頻8/163/63/6調(diào)制方式GMSK加差錯保護后的語音速率/（kbps）22.81311信道傳輸速率/（kbps）270.83348.642TDMA幀長/ms4.6154020交織跨度/ms402727幾個典型2G系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)表7-1主要2G系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)對照表6典型2G系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)蜂窩網(wǎng)參

數(shù)歐

洲GSM美

國D-AMPS美國IS-95多

址

方

式TDMA/FDMATDMA/FDMACDMA頻

率/MHz移

動

臺（發(fā)）890～915824～849824～849基

站（發(fā)）935～960869～894869～894載

頻

間

隔

/kHz200301250時

隙

數(shù)/載

頻8/163/6調(diào)

制

方

式GMSK/4-QPSKQPSK/O-QPSK語音速率(加糾錯)/（kbps）22.813變速信道傳輸速率

/（kbps）270.83348.61228.8TDMA幀

長

/ms4.61540雙工方式FDDFDDFDDπ7目前仍然是全球主流運營系統(tǒng)GSM：歐洲、中國IS-95：北美、韓國、中國、日本IS-54：北美PDC：日本

演進系統(tǒng)GSM：GPRS、EDGEIS-95：IS-95A、B、C、cdmaone、IS-99、IS-6572G系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀2G系統(tǒng)運營在全球取得空前成功。8第二代移動通信綜述GSM系統(tǒng)概述GSM系統(tǒng)承載業(yè)務

GSM系統(tǒng)的空中接口GSM系統(tǒng)的控制與管理GSM增強系統(tǒng)9GSM系統(tǒng)的由來GSM的含義歐洲移動通信特別小組（GroupSpecialMobile），簡稱GSM；全球移動通信系統(tǒng)（GlobalSystemforMobileCommunications），簡稱GSM。

GSM含義變化的背后先進性：采用眾多數(shù)字處理新技術(shù)，很好解決1G問題；開放性：標準對全球開放，統(tǒng)一定義接口與協(xié)議，不規(guī)定硬件實現(xiàn)方式拓展性：規(guī)范為全球布局和系統(tǒng)擴展有預留事實上，GSM就是最具全球性的2G系統(tǒng)。10為解決歐洲第一代蜂窩系統(tǒng)四分五裂的狀態(tài)發(fā)展起來的；1982年，成立“移動特別小組(GroupSpecialMobile)”簡稱“GSM”來制定有關(guān)的標準和建議書；1990年完成了GSM900的技術(shù)規(guī)范，不同建議書分組成為一套12系列；1991年在歐洲開通了第一個系統(tǒng)，并將GSM更名為“全球移動通信系統(tǒng)”(GlobalsystemforMobilecommunications)。同年移動特別小組還完成了制定1800MHz頻段的公共歐洲電信業(yè)務的規(guī)范，名為DCS1800系統(tǒng)；是世界上第一個對數(shù)字調(diào)制、網(wǎng)絡層結(jié)構(gòu)和業(yè)務作了規(guī)定的蜂窩系統(tǒng)；GSM系統(tǒng)的成長歷程（1）11GSM系統(tǒng)的成長歷程（2）1992年大多數(shù)歐洲GSM運營者開始商用業(yè)務；1993年底，南美、亞洲和澳洲的幾個國家也采用了GSM；現(xiàn)已成為世界上最流行、最大的蜂窩系統(tǒng)，其成功超出了每個人的預想；DCS1800是GSM的等效技術(shù)標準，它提供個人通信業(yè)務，工作在1.8GHz~2.0GHz的頻段上；1993年歐洲第一個DCS1800系統(tǒng)投入運營；GSM具有開放的接口和統(tǒng)一標準，是目前開放性和標準化最好的。12

GSM技術(shù)規(guī)范（全球開放）

01概述

02業(yè)務方面

03網(wǎng)絡方面

04MS-BS接口與協(xié)議

05無線鏈路上的物理層

06話音編碼規(guī)范

07MS終端適配器

08BS-MSC接口

09網(wǎng)絡互通

10業(yè)務互通

11設備和型號認可規(guī)范

12操作和維修GSM系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范http:///WebSite/Standards/13MS：移動站BTS:：基站BSC：基站控制器MSC:：移動交換中心網(wǎng)關(guān)HLR:：歸屬位置寄存器VLR：訪問位置寄存器MSC：移動交換中心AuC：鑒權(quán)中心EIR：設備識別寄存器OMC：操作維護中心GSM系統(tǒng)的基本組成14

GSM移動臺子系統(tǒng)移動終端（MT）就是通常所說的“手機”，它可以完成話音編碼、信道編碼/譯碼、信息加密/解密、信息調(diào)制/解調(diào)、信息發(fā)送/接收等。

用戶識別卡（SIM）就是用戶“身份卡”，存有認證用戶所需要的所有信息，并能執(zhí)行一些與安全保密有關(guān)的重要信息處理，防止非法用戶進入網(wǎng)絡。

移動臺就是移動用戶設備部分，功能實體可分為以下2個主要部分：GSM子系統(tǒng)功能描述（p.154-156）15

GSM移動終端的SIM卡SIM卡的作用

無線傳輸比固定傳輸更易被竊聽，如果不提供特別的保護措施，很容易被竊聽或被假冒一個注冊用戶。八十年代的模擬系統(tǒng)令用戶深受其害。因此，GSM首先引入了SIM卡技術(shù)，它通過鑒權(quán)來防止未授權(quán)的接入，這樣保護了網(wǎng)絡運營者和用戶不被假冒的利益；通過對傳輸加密可以防止在無線信道上被竊聽，從而保護了用戶的隱私；另外，它以一個臨時代號替代用戶標識，使第三方無法在無線信道上跟蹤GSM用戶，而且這些保密機制全由運營者進行控制，用戶不必加入更顯安全。SIM卡的特點

1、客戶與設備分離；

2、通信安全可靠；

3、成本低。

GSM子系統(tǒng)功能描述（2）16

GSM移動終端的SIM卡（續(xù))SIM卡的構(gòu)成

SIM卡是帶有微處理器的智能芯片卡，它的構(gòu)成是以下幾個模塊：

CPU

程序存儲器(ROM)

工作存儲器(RAM)

數(shù)據(jù)存儲器(EPROM或E2PROM)

串行通信單元

SIM卡的壽命SIM卡的平均壽命約為4年左右

SIM卡功能

SIM卡的主要完成兩種功能：存儲數(shù)據(jù)(控制存取各種數(shù)據(jù))和在安全條件下(個人身份號碼PIN、鑒權(quán)鑰Ki正確)完成客戶身份鑒權(quán)和客戶信息加密算法的全過程。

GSM子系統(tǒng)功能描述（3）17GSM子系統(tǒng)功能描述（4）

GSM無線基站子系統(tǒng)

基站控制器（BSC）具有對一個或多個BTS進行控制的功能，它主要負責無線網(wǎng)絡資源的管理、小區(qū)配置數(shù)據(jù)管理、功率控制、定位和切換等，是一個很強的業(yè)務控制點。

基站收發(fā)信臺（BTS）無線接口設備，它完全由BSC控制，主要負責無線傳輸，完成無線與有線的轉(zhuǎn)換、無線分集、編碼調(diào)制、無線信道加密、跳頻等。

BSS子系統(tǒng)在一定的無線覆蓋區(qū)域內(nèi)由MSC控制，與MS進行通信的系統(tǒng)設備，它主要負責完成無線發(fā)送接收和無線資源管理等功能。功能實體可分為以下2個主要部分：18

GSM網(wǎng)絡交換子系統(tǒng)

移動交換中心（MSC）是系統(tǒng)的核心，是對它所在覆蓋區(qū)內(nèi)移動臺進行控制和完成話路交換的功能實體，也是移動通信系統(tǒng)與其它公用通信網(wǎng)之間的接口。

訪問位置寄存器（VLR）是一個數(shù)據(jù)庫，是儲存MSC為了處理所管轄區(qū)域內(nèi)來訪MS的來話、去話呼叫所需檢索的信息，比如用戶號碼、所處位置、向用戶提供的服務等。

歸屬位置寄存器（HLR）也是一個數(shù)據(jù)庫，是儲存管理部門用于移動用戶管理的數(shù)據(jù)。鑒權(quán)中心（AUC）用于產(chǎn)生用戶鑒權(quán)、加密所需三參數(shù)（隨機號碼RAND、符合響應SRES、密鑰Kc）的功能實體。

移動設備識別寄存器（EIR）也是一個數(shù)據(jù)庫，用于儲存移動臺設備參數(shù)的。GSM子系統(tǒng)功能描述（5）19GSM網(wǎng)絡交換子系統(tǒng)（續(xù)）IWF實現(xiàn)GSM網(wǎng)絡與其它網(wǎng)絡的互聯(lián)GMSC（MSC網(wǎng)關(guān)）與其它公用通信網(wǎng)之間的接口GSM操作支持子系統(tǒng)

基本功能：支持一個或多個操作維護中心(OMC)，其中OMC對系統(tǒng)中的每一個設備實體進行控制和維護。

主要功能維護特定區(qū)域內(nèi)所有通信硬件和網(wǎng)絡管理所有收費過程管理系統(tǒng)中的所有設備GSM規(guī)范中對OMC的規(guī)定僅限于功能性接口，具體實現(xiàn)留給各制造廠家。GSM子系統(tǒng)功能描述（6）20GSM系統(tǒng)的接口主要接口Um：BS與MS間的空中接口A：BS與MSC間接口Abis：BTS與BSC間接口網(wǎng)絡子系統(tǒng)內(nèi)部

B：MSC與VLR間接口C：MSC與HLR間接口D：HLR與VLR間接口

E：MSC與MSC間接口

F：MSC與EIR間接口G:VLR與VLR間接口與其它公用電信網(wǎng)接口

21GSM系統(tǒng)的接口示意圖PTSN、PDSN、ISDNGSM接口定義圖22GSM系統(tǒng)的接口說明A接口：A接口定義為網(wǎng)絡子系統(tǒng)（NSS）與基站子系統(tǒng)（BSS）之間的通信接口。從系統(tǒng)的功能實體而言，就是移動交換中心（MSC）與基站控制器（BSC）之間的互連接口，其物理連接是通過采用標準的2.048MbpsPCM數(shù)字傳輸鏈路來實現(xiàn)的。此接口傳送的信息包括對移動臺及基站管理、移動性及呼叫接續(xù)管理等。PTSN、PDSN、ISDN23GSM系統(tǒng)的接口說明Abis接口：Abis接口定義為基站子系統(tǒng)的BSC與BTS兩個功能實體之間的通信接口，用于BTS（不與BSC放在一處）與BSC之間的遠端互連方式。它是通過采用標準的2.048Mbps或64kbpsPCM數(shù)字傳輸鏈路來實現(xiàn)的。此接口支持所有向用戶提供的服務，并支持對BTS無線設備的控制和無線頻率的分配。PTSN、PDSN、ISDN24GSM系統(tǒng)的接口說明Um接口：Um接口（空中接口）定義為MS與BTS之間的無線通信接口，它是GSM系統(tǒng)中最重要、最復雜的接口。此接口傳遞的信息包括無線資源管理、移動性管理和接續(xù)管理等，下一講詳細討論。PTSN、PDSN、ISDN25GSM系統(tǒng)的接口說明B接口：B接口定義為MSC與VLR之間的內(nèi)部接口。用于MSC向VLR詢問有關(guān)移動臺（MS）當前位置信息或者通知VLR有關(guān)MS的位置更新信息等。

PTSN、PDSN、ISDNC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。兩者之間是采用標準的2.048MbpsPCM數(shù)字傳輸鏈路實現(xiàn)的。

26GSM系統(tǒng)的接口說明PTSN、PDSN、ISDND接口：D接口定義為HLR與VLR之間的接口，用于交換移動臺位置和用戶管理的信息，保證移動臺在整個服務區(qū)內(nèi)能建立和接受呼叫。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)域的不同移動交換中心之間的接口。用于移動臺從一個MSC控制區(qū)到另一個MSC控制區(qū)時交換有關(guān)信息，以完成越區(qū)切換。此接口的物理鏈接方式是采用標準的2.048MbpsPCM數(shù)字傳輸鏈路實現(xiàn)的。27GSM系統(tǒng)的接口說明PTSN、PDSN、ISDNG接口：G接口定義為兩個VLR之間的接口。當采用臨時移動用戶識別碼（TMSI）時，此接口用于向分配TMSI的VLR詢問此移動用戶的國際移動用戶識別碼（IMSI）的信息。G接口的物理鏈接方式與E接口相同。F接口：F接口定義為MSC與EIR之間的接口，用于交換相關(guān)的管理信息。此接口的物理鏈接方式也是采用標準的2.048MbpsPCM數(shù)字傳輸鏈路實現(xiàn)的。28GSM系統(tǒng)的接口說明GSM系統(tǒng)通過MSC與公用電信網(wǎng)互連。一般采用7號信令系統(tǒng)接口。其物理鏈接方式是MSC與PSTN或ISDN交換機之間采用2．048Mbps的PCM數(shù)字傳輸鏈路實現(xiàn)的。

PTSN、PDSN、ISDN29HLRACEIRVLRMSCBSCBTSQ.921無線接口

Q.931Q.921MAPTCAPCCS7MTPCCS7SCCP移動應用接口Q931BSSAPSCCPCCS7MTPA接口Um基站子系統(tǒng)GSM主要接口及對應的協(xié)議30GSM協(xié)議棧介紹物理層LAPDmRMMMCCSMS物理層LAPDmBSSMAPMTPSCCPRM

MAPISUPMTPSCCPMTPSCCPBSSMAP

TCAPSMSCCMMMSBSSMSCUm接口A接口L1L2L3L1L2L5L4L7L6L331GSM系統(tǒng)的分區(qū)與號碼（1）區(qū)域定義(p.157)......GSM服務區(qū)

PLMN區(qū)MSC區(qū)...MSC區(qū)...位置區(qū)...位置區(qū)...基站區(qū)...基站區(qū)...扇區(qū)扇區(qū)............

PLMN區(qū)32GSM系統(tǒng)的分區(qū)與號碼（1）

區(qū)域定義GSM服務區(qū)：指移動臺可獲得服務的區(qū)域。一個服務區(qū)可由一個或若干個公用陸地移動網(wǎng)（PLMN）組成。PLMN區(qū)：由一個或若干個MSC區(qū)組成，在該區(qū)內(nèi)具有共同的編號制度和共同的路由計劃。MSC區(qū)：指一個MSC所控制的區(qū)域，通常它連接一個或若干個BSC，每個BSC控制多個BTS。位置區(qū)：由若干個小區(qū)（或基站區(qū)）組成，移動臺在位置區(qū)內(nèi)移動無需位置更新?；緟^(qū)：

BTS的有效無線覆蓋區(qū)，簡稱小區(qū)扇區(qū)：當采用定向天線時，小區(qū)分為若干個扇區(qū)。33網(wǎng)號：

移動135,136,…,139

聯(lián)通130,131,133

電信18911位數(shù)移動用戶ISDN號（MSISDN）：類似于PSTN中的電話號碼，為呼叫接續(xù)時所用。(P.159)GSM系統(tǒng)的分區(qū)與號碼（2）國家碼位數(shù)不定N1N2N3H0H1H2H3CC + NDC +SN用戶碼4位(幸運號付費)HLR識別號H0H1H2由全國統(tǒng)一分配，H3由各省自行分配34H1H2的分配表（H0=0，網(wǎng)號136）河南黑龍江河南黑龍江重慶重慶35國際移動用戶識別碼（IMSI）:每個用戶均分配一個全球唯一的IMSI，由國家碼（中國大陸：460）+移動網(wǎng)號（中國移動：00）+移動用戶識別碼組成，共15位等長。臨時移動用戶識別碼（TMSI）：為保證IMSI的安全性，GSM空中無線傳輸?shù)淖R別碼采用TMSI

代替IMSI

。TMSI僅在VLR控制的區(qū)域有效，即使攔截也無多大用處。GSM系統(tǒng)的分區(qū)與號碼（2）(p.158)36國際移動設備識別碼（IMEI）:防止被竊或無效的手機登入網(wǎng)絡p.158。注意“產(chǎn)品序號”（15位數(shù)由廠家分配）是唯一的，存在EIR中，可用手機命令*#06#顯示

。移動臺漫游號碼（MSRN）：當移動臺漫游到一個新的服務區(qū)時，由VLR給它分配一個臨時性的漫游號碼，并通知該移動臺的HLR，用戶建立通信路由。GSM系統(tǒng)的分區(qū)與號碼（2）(p.158)37位置區(qū)和基站識別碼

(p.159)位置區(qū)識別碼（LAI）：用于檢測位置更新和信道切換時的位置區(qū)識別，由移動用戶所屬國家號＋移動網(wǎng)號＋位置區(qū)碼組成。位置區(qū)碼(LAC)：用于識別GSM網(wǎng)中的一個位置區(qū),最多不超過兩個字節(jié)，由各運營部門定?；咀R別色碼(BSIC)：用于移動臺識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。GSM系統(tǒng)的分區(qū)與號碼（2）38內(nèi)容提要（Contents）

第二代移動通信綜述

GSM系統(tǒng)概述GSM系統(tǒng)承載業(yè)務

GSM系統(tǒng)的空中接口GSM系統(tǒng)的接入機制GSM系統(tǒng)的演進39補充業(yè)務基本業(yè)務GSM系統(tǒng)業(yè)務電信業(yè)務承載業(yè)務付費開通的增值業(yè)務業(yè)務承載業(yè)務終端設備終端設備數(shù)字蜂窩移動網(wǎng)PLMN電信業(yè)務40GSM系統(tǒng)承載業(yè)務說明（一）話音業(yè)務GSM系統(tǒng)最主要業(yè)務。可提供移動用戶與固定網(wǎng)電話用戶之間實時雙向會話（信號需要轉(zhuǎn)碼），也可提供任兩個移動用戶之間的實時雙向會話。

緊急呼叫業(yè)務在緊急情況下，移動用戶通過一種簡單的撥號方式即時可撥通緊急服務中心。這種簡單的撥號可以是撥打緊急服務中心號碼（在歐洲統(tǒng)一使用112，美國911，在我國統(tǒng)一使用火警特殊號119）。有些GSM移動臺具有“SOS”鍵，一按此鍵就可接通緊急服務中心。緊急呼叫業(yè)務優(yōu)先于其它業(yè)務，在移動臺沒有插入用戶識別卡情況下，也可按鍵后接通緊急服務中心。

無需SIM卡！41GSM系統(tǒng)承載業(yè)務說明（二）

短消息業(yè)務

點對點短消息業(yè)務是由短消息業(yè)務中心完成存儲和轉(zhuǎn)發(fā)功能的。點對點消息的發(fā)送或接收應在呼叫狀態(tài)或空閑狀態(tài)下進行，由控制信道傳送短消息業(yè)務，其消息量限制為160個字符。小區(qū)廣播式短消息業(yè)務是點對多點的廣播消息，例如道路交通信息等。移動臺連續(xù)不斷地監(jiān)視廣播消息，并能在顯示器上顯示廣播消息。此短消息也是在控制信道上傳送的，移動臺只有在空閑狀態(tài)下才可接收廣播消息，其消息量限制為93個字符。42GSM系統(tǒng)承載業(yè)務說明（三）可視圖文接入可視圖文接入是一種通過網(wǎng)絡完成文本、圖形信息檢索和電子函件功能的業(yè)務。

智能用戶電報傳送

智能用戶電報傳送能夠提供智能用戶電報終端間的文本通信業(yè)務。此類終端具有文本信息的編輯、存儲處理等能力。

傳真業(yè)務 話音和三類傳真交替?zhèn)魉偷臉I(yè)務。自動三類傳真是指能使用戶經(jīng)PLMN以傳真編碼信息文件的形式自動交換各種函件的業(yè)務。

43內(nèi)容提要（Contents）

第二代移動通信綜述GSM系統(tǒng)組成GSM系統(tǒng)承載業(yè)務

GSM系統(tǒng)的空中接口GSM系統(tǒng)的控制與管理GSM增強系統(tǒng)44

GSM空中接口規(guī)范（主要參數(shù)指標）7.2GSM的空中接口Parameter

Specification

ReverseChannelFrequency

890~915MHz

ForwardChannelFrequency

935~960MHz

ARFCNNumber

0to124and975to1023

Tx/RxFrequencySpacing

Tx/RxTimeSlotSpacing

45MHz

8TimeSlots

ModulationDataRate

270.83333kbps

FramePeriod

4.615ms

UsersperFrame(FullRate)

8

TimeSlotPeriod

576.9ms

BitPeriod

3.692ms

Modulation

GMSK

ARFCNChannelSpacing

200kHz

Interleaving(MaxDelay)

40ms

VoiceCoderBitRate

13.4kbps

4501240124890MHz915MHz935MHz960MHz上行鏈路下行鏈路

GSM無線傳輸采用FDD全雙工成對信道GSM系統(tǒng)的無線傳輸特征（1）46

工作頻段（以我國為例）

900MHz頻段（上行：890—915；下行：935—960）雙工間隔

45MHz

頻道間隔

200kHz，分8個時隙。頻道號為1—124，共124對頻點。

多址方式：TDMA/FDMA

調(diào)制方式：GMSK

高斯濾波最小頻移鍵控

干擾保護:同道：C/I>=9dB鄰道：C/I>=-9dBGSM頻段分配與信道配置47

物理信道：傳輸信息的載體 頻道、時隙、碼字？

邏輯信道：根據(jù)物理信道上傳遞信息種類不同而定義的信道名稱

業(yè)務信道——傳送用戶信息

控制信道——傳輸信令和同步指令、短消息等GSM的信道類型48GSM邏輯信道PHYSICALCHANNELSARFCNs---1toNTimeslots---0to7TolalofChannels---N*8邏輯信道廣播信道BCH公共控制信道CCCH專用控制信道DCCHBCCHSCHFCCHPCHRACHAGCHCBCHFACCHSACCHSDCCHTCH-HTCH-F控制信道CCH業(yè)務信道TCH49話音業(yè)務

全速率話音業(yè)務（TCH/FS）；半速率話音業(yè)務（TCH/HS）；數(shù)據(jù)業(yè)務

9.6kbps，全速率數(shù)據(jù)業(yè)務信道（TCH/F9.6）4.8kbps，全速率數(shù)據(jù)業(yè)務信道（TCH/F4.8）4.8kbps，半速率數(shù)據(jù)業(yè)務信道（TCH/H4.8）≤2.4kbps，全速率數(shù)據(jù)業(yè)務信道（TCH/F2.4）≤2.4kbps，半速率數(shù)據(jù)業(yè)務信道（TCH/H2.4）業(yè)務信道TCH50

控制信道51

廣播信道（BCH）52

公共控制信道（CCCH）尋呼信道（PCH） 下行，用于尋呼移動臺

隨機接入信道（RACH）

上行，用于移動臺提出入網(wǎng)請求，分配一條SDCCH接入允許信道（AGCH） 下行，用于對移動臺的接入應答，給移動臺分配信道53

專用控制信道（DCCH）54

專用控制信道（DCCH）功能雙向，隨業(yè)務信道的存在而存在；傳送無線傳輸?shù)臏y量報告、功率控制指令等雙向，隨業(yè)務信道的存在而存在；傳送諸如“越區(qū)切換”等緊急指令55邏輯信道應用實例——手機開機流程接收BCCH

系統(tǒng)信息收到FCCH信息，校正頻率讀取SCH信息（接收基站同步信號）鑒權(quán)SDCCH

功率控制SACCH進入空閑模式守候BCCH上開機接入申請RACH允許接入AGCH

分配SDCCH待機狀態(tài)56GSM系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)（p.163）57問題：一個載頻只有8個物理信道，而邏輯信道數(shù)遠遠大于一個TDMA幁中的物理信道數(shù)，如何配置？方法：將公共控制信道復用，即在一個或兩個物理信道上復用公共控制信道。邏輯信道與物理信道的映射（p.168）58物理信道與邏輯信道的映射

DownlinkF---FCCH S---SCHA---SACCHB---BCCHI---IdleC---AGCH,PCHD---SDCCH

01234...

012345678…12....…25…...……………38……….…...50FSFSFSFSFSIDBCCCCCCCCCAIAIAIAIAIAIAIAIAIAIAIAITSFrame59物理信道與邏輯信道的映射

UplinkR---RACH空---TCHD---SDCCHA---SACCHI---Idle

01234...

012345678…12....…25…...……………38……….…...50DAIAIAIAIAIAIAIAIAIAIAIAIRTSFrame60

GSM時隙的信息格式(突發(fā)脈沖序列)61

GSM突發(fā)脈沖序列類型（p.166）尾比特

3尾比特

3保護期

8.25固定比特

142尾比特

3加密比特

39

64加密比特

39尾比特

3保護期

8.25擴展的訓練序列常規(guī)突發(fā)序列NB

（DB）156.25bit/577us尾比特

3信息比特

571訓練比特

261信息比特

57尾比特

3保護期

8.25頻率校正突發(fā)序列FB同步突發(fā)序列SB接入突發(fā)序列AB尾比特

8訓練序列

41加密比特

36尾比特

3保護期

68.2562用于業(yè)務信道及專用控制信道；信息位占116bit，分成兩段，各58bit。其中，57位為數(shù)據(jù)（加密比特），另1位表示此數(shù)據(jù)的性質(zhì)是業(yè)務信號或控制信號；

26位訓練序列：用作自適應均衡器的訓練序列，以消除多徑效應產(chǎn)生的碼間干擾。將訓練序列放在兩段信息的中間位置，是考慮到信道會快速發(fā)生變化，使前后兩部分信息比特和訓練序列所受信道變化的影響不會有太大的差別；

GSM系統(tǒng)共有8種訓練序列，可分別用于鄰近的同頻小區(qū)。

常規(guī)突發(fā)脈沖（NB）尾比特

3信息比特

571訓練比特

261信息比特

57尾比特

3保護期

8.2563尾比特TB(0，0，0)：置于起始時間和結(jié)束時間，也稱功率上升時間和拖尾時間，各占3bit（約11us）。因為在無線信道上進行突發(fā)傳輸時，起始時載波電平必須從最低值迅速上升到額定值；突發(fā)脈沖序列結(jié)束時，載波電平又必須從額定值迅速下降到最低值（例如-70dB）。有效的傳輸時間是載波電平維持在額定值的中間一段，在時隙的前后各設置3bit，允許載波功率在此時間內(nèi)上升和下降到規(guī)定的數(shù)值。

保護時間GP：占用8.25bit（約30）。這是為了防止不同移動臺按時隙突發(fā)的信號因傳播時延不同而在基站發(fā)生前后交疊。

常規(guī)突發(fā)脈沖（NB）尾比特

3信息比特

571訓練比特

261信息比特

57尾比特

3保護期

8.2564頻率校正突發(fā)（FB）頻率校正突發(fā)脈沖序列用于校正移動臺的載波頻率；起始和結(jié)束的尾比特各占3bit，保護時間8.25bit，它們均與普通突發(fā)脈沖序列相同；其余的142bit，均置成“0”，相應發(fā)送的射頻是一個與載頻有固定偏移（頻偏）的純正弦波，以便于調(diào)整移動臺的載頻；

尾比特

3尾比特

3保護期

8.25固定比特

14265同步突發(fā)（SB）同步突發(fā)（SB）用于移動臺的時間同步；包括64bit的位同步信號，以及兩段各39bit數(shù)據(jù)。用于傳輸TDMA幀號和基站識別碼（BSIC)；TDMA幀號用于數(shù)據(jù)加密；BSIC用于移動臺進行信號強度測量時區(qū)分基站。尾比特

3加密比特

39

64加密比特

39尾比特

3保護期

8.25擴展的訓練序列66用于上行傳輸方向，在隨機接入信道（RACH）上傳送，用于移動用戶向基站提出入網(wǎng)申請。同步突發(fā)；它包括41bit的訓練序列，36bit的信息，起始比特為8位(0，0，1，1，1，0，1，0)，而結(jié)束的尾比特為3位(0，0，0)，保護期較長，為68.25bit，約250us。

除了上述四種格式之外，還有一種不發(fā)送實際信息的時隙格式，稱為“虛設時隙DB”格式，用于填空，其結(jié)構(gòu)和NB格式相同，但只發(fā)送固定的比特序列。

接入突發(fā)（AB）尾比特

8訓練序列

41加密比特

36尾比特

3保護期

68.2567幀偏移：上、下行鏈路TDMA幀起始時間的差值

上行延遲于下行3個時隙(1.731ms) GSM的上下行鏈路同步(p163)68

幀偏移目的在于使MS和BS之間頻率和時隙的同步，但它受到傳播時延的影響，則可通過幀調(diào)節(jié)來改變幀偏移量，調(diào)節(jié)范圍是0～233us。GSM系統(tǒng)的幀偏移與幀調(diào)節(jié)(165)0123456701234567012345670123456701234567012345670123456701234567012345670123456701234567012345670123456701234567012345670123456701234567012345670123456701234567012345670123456701234567012345670123456701234567012345670123456701230123012301230123TDMA幀號下行上行3TS幁調(diào)節(jié)69GSM信號設計方案70交織編碼信道編碼后，20ms的語音信息456bit首先在塊內(nèi)進行一次交織71B0A4B1A5B2A6B3A7C0B4C1B5C2B6C3B7二次交織456(A)比特01234567456(C)比特01234567456(B)比特01234567一次交織信道編碼260bits260bits260bits語音編碼72

GSM的跳頻技術(shù)采用慢跳頻技術(shù)，以基本幀為單位進行跳變，即每隔4.615ms改變一次頻率，其最小跳變頻率間隔是200KHz。73

GSM跳頻示意圖4.615ms4.615ms4.615ms跳頻速率為1/4.615ms=217跳/秒74

GSM的間斷傳輸技術(shù)DTX

語音通信中，說話時間約占40%以下，若在不說話的時間降低發(fā)射信號功率，則可： 減少手機功耗，延長電池壽命； 減小系統(tǒng)內(nèi)干擾，提高頻率利用率，增加系統(tǒng)容量采用VAD(話音激活檢測)技術(shù)說話時，正常發(fā)射信號；間歇時，間隔發(fā)送靜音幀(背景噪聲參數(shù))。收端利用這些參數(shù)產(chǎn)生舒適噪聲，以防聽者有通話中斷的錯覺。75內(nèi)容提要（Contents）

第二代移動通信綜述

GSM系統(tǒng)概述GSM系統(tǒng)承載業(yè)務

GSM系統(tǒng)的空中接口GSM系統(tǒng)的控制與管理GSM增強系統(tǒng)76

GSM系統(tǒng)的控制與管理位置登記安全措施呼叫接續(xù)越區(qū)切換77用戶位置登記

目的：保持移動臺與網(wǎng)絡的實時溝通。

網(wǎng)絡跟蹤移動臺，對其位置信息進行登記、刪除和更新位置信息(LAI)存儲在HLR和VLR中。

類型：周期性位置登記(一般為0.1~24H)。非周期性位置登記。表現(xiàn)在開機、關(guān)機時的位置登記和漫游狀態(tài)下的位置更新，稱為強迫登記。

方法：系統(tǒng)存儲的位置信息LAI在BCCH信道中連續(xù)播出。MS將接收的LAI與SIM卡中的進行比較，若不同就申請位置更新。

78位置更新過程（不同MSC之間）VLR-2VLR-1MSC-1BSC-1MSC-2BSC-279位置更新過程（不同MSC之間）位置登記請求（LR）更新位置登記詢問MS的IMSI詢問IMSI響應查詢IMSI的有關(guān)參數(shù)查詢有關(guān)參數(shù)響應位置信息注銷更新位置登記確認位置登記請求確認MSBSC2（MSC/VLR）

2（MSC/VLR）1（HLR）80GSM系統(tǒng)的安全措施用戶入網(wǎng)的鑒權(quán)——驗證IMSI的正確性當用戶要進行呼叫，位置更新等操作時，先需對其鑒權(quán)通信信息的加密——防止傳輸中被竊取移動設備的識別——防止非法設備使用使用TMSI號碼——防止盜用IMSI81用戶鑒權(quán)過程——驗證IMSI的正確性82 在無線信道上傳輸?shù)氖墙?jīng)過A5算法加密后的密文，BTS和MS兩側(cè)同時進行。用戶傳輸信息加密83在呼叫接續(xù)階段進行比較EIR中的設備識別碼白名單——合法設備識別號黑名單——禁止使用的設備識別號灰名單——有故障或未經(jīng)型號認證的設備識別號，可否使用由運營商自定設備識別84在無線鏈路上，用臨時用戶識別碼TMSI來代替IMSI傳輸MS每次向系統(tǒng)請求一種程序，如位置更新、呼叫等，MSC/VLR將給MS分配一個新的TMSIMS只有在位置更新失敗或得不到TMSI時才使用IMSIIMSI是唯一且不變的，而TMSI是動態(tài)變化的使用TMSI號碼85呼叫接續(xù)移動用戶之間MS 本地MSMS 外地MS移動用戶與固定用戶之間MS PSTN86移動用戶呼叫移動用戶（不同MSC）MSaBSSaMSCaVLRaMSbBSSbMSCbVLRbHLR/AUC(1)(1)(2)(2)(3)(3)(3)(4)(5)(6)(7)(7)87移動用戶呼叫固定用戶BSMSBSBS21346MSC2346VLR33HLREXCH65PSTN/ISDNGMSC關(guān)口局88呼叫接續(xù)（1）移動用戶主呼基本流程①在服務小區(qū)內(nèi)，一旦移動用戶撥號后，移動臺向基站請求接入信道。②在移動臺MS與移動業(yè)務交換中心MSC之間建立信令連接的建立關(guān)系。③對移動臺的識別碼進行鑒權(quán)的過程，如果需加密，則設置加密模式，進入呼叫建立起始階段。④分配業(yè)務信道。⑤采用7號信令，用戶IUSP/TUP部分通過與固定網(wǎng)（ISDN/PTSN）建立至被叫用戶的通路，并向被叫用戶振鈴，向移動臺回送呼叫接通證實信號。⑥被叫用戶應答，向移動用戶發(fā)送應答（連接）信息，最后進入通話階段。89RACHAGCHSDCCHSDCCHTCHMSBSMSC/GMSCPSTNLAND撥號接入請求指配SDCCH鑒權(quán)、加密TMSI分配分配TCH建立連接通話接續(xù)過程中邏輯信道的使用示例90越區(qū)切換目的：保證通信的連續(xù)性策略：分散控制(移動臺輔助切換MAHO)依據(jù)：BER——接收信號質(zhì)量RSSI——接收信號強度對不同基站RSSI的測量在移動臺處進行，并以每秒兩次的速率，將測量結(jié)果報告給基站。同時，基站對移動臺所占用的業(yè)務信道也要進行測量，并報告基站控制器，最后由基站控制器決定是否需要切換。91越區(qū)切換類型：硬切換分類：根據(jù)切換前后設備使用情況分為小區(qū)內(nèi)(扇區(qū)之間)相同BSC，不同BTS

相同MSC，不同BSC不同MSC之間92越區(qū)切換基本流程(不同MSC)之間VLR-2VLR-1BTS2BTS1MSC-1BSC-1MSC-2BSC-293切換流程測量：MS測量相鄰小區(qū)無線信號，包括功率、距離和話音質(zhì)量傳送測量報告給BSC：BSC根據(jù)計算結(jié)果與切換門限比較；向MSC1發(fā)出切換請求MSC1聯(lián)系新區(qū)域建立無線信道；給MS發(fā)出切換指令，通知切換信道號、接入功率等MS釋放舊信道，切換到新的信道上(先斷后通)

，將切換成功的消息報告給MSC1MSC1釋放原占用資源94漫游當移動臺進入其它運營網(wǎng)絡時需要漫游分國內(nèi)漫游和國際漫游需要運營商之間簽訂合約漫游需要驗證移動臺SIM信息并將驗證請求發(fā)往歸屬運營商。漫游的其他技術(shù)過程類似切換95內(nèi)容提要（Contents）

第二代移動通信綜述

GSM系統(tǒng)概述GSM系統(tǒng)承載業(yè)務

GSM系統(tǒng)的空中接口GSM系統(tǒng)的控制與管理GSM系統(tǒng)的演進96演進的含義與動機演進：英文Evolution，包含兩層含義系統(tǒng)的完善與改進系統(tǒng)的更新?lián)Q代

演進的原因系統(tǒng)自身完善需要新業(yè)務需求——數(shù)據(jù)類（尤其因特網(wǎng)）業(yè)務演進形式系統(tǒng)功能與性能完善系統(tǒng)功能增強——GPRS（2.5G）、EDGE(2.75G)革命性更新：3G（WCDMA、TDS-CDMA）97GSM的數(shù)據(jù)業(yè)務能力98GSM的增強系統(tǒng)—GPRS

GPRS的定義：通用分組無線業(yè)務GPRS的意義技術(shù)意義引入分組交換機制提供靈活的帶寬功能支持IP業(yè)務商業(yè)意義

對現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡進行軟件升級向3G過渡時，可保護現(xiàn)有設備投資可提供部分3G業(yè)務99GPRS特點傳輸速率高（多時隙合并、不同的編碼方案）永久在線

信道利用率高（時隙共享）提供豐富的業(yè)務類型點對點業(yè)務點對多點業(yè)務更為強大的補充業(yè)務和SMS收費更為合理100GPRS的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)MSCLocalAreaNetworkServerRouterCorporate1LocalAreaNetworkServerRouterCorporate2GPRSINFRASTRUCTUREBorderGateway(BG)ServingGPRSSupportNode(SGSN)HLR/AuCBSCBTSFirewallUmR/SSMS-GMSCGdEIRFirewallFirewallGatewayGPRSSupportNode(GGSN)MAP-FPoint-To-MultipointServiceCenter(PTMSC)Inter-PLMNnetworkGPRSbackbone(IPbased)Datanetwork(X.25)Datanetwork(Internet)PSTNNetworkSS7Network101GPRS網(wǎng)絡的邏輯結(jié)構(gòu)（模塊功能）SGSNGGSN骨干網(wǎng)BSS102GPRS的主要接口Um：空中接口Gb：BSC與SGSN之間的接口Gn：SGSN與本網(wǎng)GGSN之間的接口Gp：SGSN與其他網(wǎng)GGSN之間的接口Gi：GGSN與數(shù)據(jù)網(wǎng)之間的接口Gs：SGSN與VLR之間的接口Gr：SGSN與HLR之間的接口UmGn/GpGb103GPRS的分層協(xié)議104SGSNtoGGSN間的協(xié)議結(jié)構(gòu)GTP隧道協(xié)議：在GSNs節(jié)點間傳輸用戶數(shù)據(jù)和信令。所有的用戶分組數(shù)據(jù)單元PDU都被其封裝傳輸。（GSM09.60）TCP/UDP傳輸協(xié)議，對可靠連接如X.25用TCP，非可靠連接如IP用UDP協(xié)議。IP路由協(xié)議IP之下可以是Ethernet,ISDN,或ATM等。105MStoSGSN間的協(xié)議結(jié)構(gòu)SNDCP子網(wǎng)非獨立會聚協(xié)議：將網(wǎng)絡級特性映射到下層網(wǎng)絡的特性。完成數(shù)據(jù)的分組、打包、確定TCP/IP地址和加密方式。LLC：實現(xiàn)點到多點的尋址和數(shù)據(jù)幀的重發(fā)控制。RLC：糾錯MAC：定義和分配空中接口的GPRS邏輯信道，控制媒質(zhì)的接入過程（請求和準許）。106GSM的增強系統(tǒng)—GPRS

用戶與外網(wǎng)眼中的GPRSLocal

areanetworkRouterCorporate

2Local

areanetworkRouterCorporate

1PacketnetworkDatanetwork(Internet)GPRS

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