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1、 移动通信移动通信-第七讲第七讲时分多址（时分多址（TDMATDMA）数字）数字蜂窝网蜂窝网内容GSM系统概述 u网络结构uGSM的区域、号码、地址与识别u主要业务GSM系统的无线接口 uGSM系统的无线传输特性u信道类型及其组合u语音与信道编码u跳频与间断传输技术GSM系统的控制和管理 u位置登记 u鉴权与加密 u呼叫接续u越区切换 三种TDMA蜂窝系统分析比较uTDMA蜂窝系统分析比较uFDMA和TDMA蜂窝系统的通信容量GRPS通用分组无线业务uGPRS的网络结构uGPRS的协议u增强型GPRS7.1 引言GSM:GlobalSystem for Mobile Communication
2、s；1988年，GSM正式定名为”全球移动通信系统”；1992年，欧洲各大GSM900运营者开始商业运营在欧洲开始建设；1993年，中国的第一个全数字移动电话GSM系统建成开通之后；中国移动和中国联通都采用了GSM；向3G的演进策略 GSM GPRS EDGE WCDMAGSM 的性能特征的性能特征 n通信：无线移动通信，支持话音和数据业务。n移动性：国际接入，采用chip-card 可接入不同运营商的GSM网络。n连通世界各地：一个号码，网络处理本地化。n容量大：频谱效率较高、小区覆盖较小、每小区用户数较多。n传输质量高：就无线通信而言，话音质量高，可靠性高，高速运动场合（如汽车和火车上）也
3、不会发生电话呼叫中断。n安全功能：接入控制、通过chip-card 和PIN 鉴权。7.1.1 7.1.1 网络结构网络结构nGSM GSM 是一种公共陆地移动网(PLMN)(PLMN)。n一个国家内可以由数个运营商根据GSMGSM标准建设蜂窝移动通信网络。n组成：nMS(MS(移动台)nBSS(BSS(基站子系统)n网络子系统网络子系统涵盖所有无线方面呼叫下传、越区切换、交换。网络管理1.移动台（移动台（MS）使用GSM 业务的终端，是移动客户设备部分。移动台(MS)由两部分组成，移动终端(MS)和客户识别卡(SIM)。u移动终端就是“机”，它可完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和
4、解调、信息发射和接收。uSIM卡就是“身份卡”，它类似于我们现在所用的IC卡，因此也称作智能卡，存有认证客户身份所需的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息，以防止非法客户进入网路。SIM卡还存储与网路和客户有关的管理数据，只有插入SIM后移动终端才能接入进网，但SIM卡本身不是代金卡。GSM900GSM900、DCS1800DCS1800系统移动台功率等级系统移动台功率等级功率级GSM900移动台最大功率120W28W35W42W50.8W功率级DCS1800移动台最大功率11W20.25W3.网络和交换子系统网络和交换子系统功能：功能：交换功能和客户数据与 移动性管理、安全性管理所
5、需的 数据库功能 组成组成uMSC(MSC(移动交换中心)IWF(IWF(互通功能)ISDN(ISDN(综合业务数字网)PSTN(PSTN(公共交换电话网)PSPDN(PSPDN(分组交换公共数据网)CSPDN(CSPDN(电路交换公共数据网)u数据库：数据库：HLR(HLR(归属位置寄存器)VLR(VLR(访问位置寄存器)EIR(EIR(设备识别寄存器)AUC(AUC(鉴权中心)u操作维护中心操作维护中心寄存器寄存器HLR(原籍位置寄存器)：用于移动客户管理的数据库。主要存储两类信息：一是有关客户的参数；二是有关客户目前所处位置的信息，以便建立至移动台的呼叫路由，例如MSC、VLR地址等.V
6、LR(访问位置寄存器)：是存储MSC为了处理所管辖区域中MS(统称拜访客户)的来话、去话呼叫所需检索的信息，是一个动态数据库。例如客户的号码，所处位置区域的识别，向客户提供的服务等参数。一个VLR可以负责一个或若干个MSC区域。鉴权中心(AUC)u基于 VLR 的申请生成用户的特定鉴权参数；鉴权参数用于GSM 系统内移动终端的鉴权和空中接口用户数据加密。u存储鉴权信息和加密密钥,用来防止无权用户接入系统和保证无线通信安全。设备身份寄存器(EIR)u存储移动设备的国际移动设备识别码；u偷窃或伪造的移动站可被锁死，而且有时甚至能被定位。操作与维护中心(OMC)u网络操作维护人员对全网进行监控和操作
7、的功能实体。以上三项也称为操作子系统(OSS)，对所有GSM子系统的操作、管理和维护集中进行。7.1.2 GSM7.1.2 GSM的区域、号码、地址与识别的区域、号码、地址与识别 1.区域定义区域定义 GSM系统属于小区制大容量移动通信网，在它的服务区，设置很多基站，移动台只要在服务区内，移动通信网就必须具有控制、交换功能，以实现位置更新、呼叫接续、过区切换及漫游服务等功能。图 7-3 GSM的区域定义nGSMGSM服务区服务区n公用陆地移公用陆地移动通信网动通信网(PLMN)(PLMN)nMSCMSC区区 n位置区位置区n基站区基站区 n扇区扇区扇区扇区基站区扇区扇区基站区位置区扇区扇区基站
8、区扇区扇区基站区位置区MSCMSC区区扇区扇区基站区扇区扇区基站区位置区扇区扇区基站区扇区扇区基站区位置区MSCMSC区区PLMNPLMN区区GSM 服务区服务区2.GSM的号码的号码-身份识别身份识别身份识别身份识别 PSTN 用户能够与GSM 的移动用户互相进行呼叫，这意味着移动MSISDN号码应与每个国家使用的电话号码编码计划相适应。在国内实行等位长统一编码，被称为移动用户国际ISDN 号MSISDN；网络识别用户以进行接续操作的号码即国际移动用户识别码(IMSI)；为了避免IMSI 在空中被窃取，由MSC/VLR 给该用户分配一个有时效的临时移动用户标识码(TMSI)来替代IMSI；当
9、漫游用户被呼叫时，该用户所在当前MSC/VLR 还要为其分配一个引导入呼的号码，称为移动用户漫游号码MSRN；移动台手机出厂时，有一个唯一的国际移动设备识别码IMEI。IMSI:国际移动用户识别码IMSI-在GSM系统中分配给每个移动用户一个唯一代码，在国际上它可以唯一识别每一个独立的移动用户。这个码驻留在SIM卡中。它用于识别用户和用户与网络的予约关系。其组成为：其组成为：MCC-移动国家码，移动国家码，3位数字。如中国的位数字。如中国的MCC为为460。MNC-移动网号，最多移动网号，最多2位数字，用于归属的位数字，用于归属的PLMN。中国移动。中国移动GSM PLMNGSM PLMN网为
10、网为0000，“中国联通公司中国联通公司”GSM PLMN”GSM PLMN网为网为0l0l。MSIN-移动用户识别码，采用等长移动用户识别码，采用等长1111位数字构成位数字构成,用于移动通信用于移动通信网中的移动用户网中的移动用户 MCC MNC MSIN MCC MNC MSIN|-|-国际移动客户识别国际移动客户识别-|-|-国内移动客户识别国内移动客户识别-|IMSI存储于HLR/VLR和SIM 卡中,在Um 和MAP 接口上传送；例如中国移动D 市H1H2H3为408的HLR的可用IMSI号范围为:460 00 408 9 000000-460 00 408 9 999999 共计
11、一百万号。TMSI:临时移动用户识别号TMSI-临时移动用户识别码 u 为了对IMSI保密，MSCVLR可给来访移动客户分配一个唯一的TMSI号码,IMSI与TMSI两者之间互相对应。u访问位置寄存器(VLR)可给来访的移动用户分配一个TMSI(只限于在该访问服务区使用)。u IMSI只在起始入网登记时使用，在后续的呼叫中，使用TMSI，以避免通过无线信道发送其IMSI，从而防止窃听者检测用户的通信内容，或者非法盗用合法用户的IMSI。uTMSI 为一个由MSC自行分配的4字节的BCD编码，仅限在本MSC业务区内使用，其格式可由各运营部门决定。MSRN:移动用户漫游号MSRN-MS被叫或切换过
12、程中临时分配当移动台漫游到另一个MSC区时，当呼叫一个移动用户的时候，该MSC将给移动台分配一个临时漫游号码，用于路由选择，路由一旦建立，此号码就可立即释放。格式与被访地的移动台PSTN/ISDN格式相同。MSRN=CC+NDC+0+M1M2M3 ABCD其中，M1M2M3：是MSC/VLR 的标识号或局号也称为LSP；M1M2 与H1H2 同；例如：D 市某MSC 的MSC/VLR 号码=86 139 0 118ABCD：VLR 临时分配给被叫用户的漫游号。IMEI：国际移动设备识别码IMEI-国际移动设备标识码 6位数字 2位数字 6位数字 l位数字 TAC FAC SNR SP uIME
13、I是唯一的用于识别移动设备的号码，用于监控被窃或无效的这一类移动设备.uTAC-型号批准码，由欧洲型号批准中心分配，前2位为国家码。uFAC-最后装配码，表示生产厂或最后装配地，由厂家编码。uSNR-序列号码，独立地、唯一地识别每个TAC和FAC移动设备，所以同一个牌子的、同一型号的SNR是不可能一样的。uSP-备用码，通常是0。位置区和基站的识别码位置区和基站的识别码LAI-位置区识别码 uLAI用于移动用户的位置更新，LAI=MCC+MNC+LAC uLAC位置区号码，为一个2字节编码，表示为 X1X2X3X4。在一个GSM PLMN网中可定义65536个不同的位置区。CGI-小区全球识别
14、码 uCGI用来识别一个位置区内的小区，CGC=MCC+MNC+LAC+CI uCI是一个2字节编码，由各MSC自定.BSIC-基站识别码 uBSIC用于移动台识别相同载频的相邻基站，采用6比特编码。3bit 3bit 3bit 3bit NCC BCC NCC BCC|-BSIC-|-BSIC-|uNCCNCC国家色码，主要用来区分国界各侧的运营者国家色码，主要用来区分国界各侧的运营者(国内区别不同国内区别不同的省的省)，为，为XYXY1 1Y Y2 2。X X：运营者：运营者(移动移动X X1 1，联通，联通0)0)uBCCBCC基站色码，识别基站。由运营设定。基站色码，识别基站。由运营设
15、定。移动台被呼过程：移动台被呼过程：固定网用户拨打移动用户号码固定网用户拨打移动用户号码 MSISDN;固定电话网交换机分析号码固定电话网交换机分析号码;关口移动交换中心分析用户拨打的移动用户号关口移动交换中心分析用户拨打的移动用户号码码;关口移动交换中心找到当前被呼用户服务的关口移动交换中心找到当前被呼用户服务的MSC;由正在服务的由正在服务的MSC得到呼叫的路游信息得到呼叫的路游信息 MSRN;MSC与被叫用户所在的与被叫用户所在的BS连接，完成呼叫。连接，完成呼叫。7.1.3 7.1.3 主要业务主要业务GSM业务：是由网络营运者提供给用户的通信能力。u承载业务(Bearer servi
16、ces):是保证用户在两个接入点之间传输有关信号所需的带宽容量。主要使用户之间实时可靠地传递信息（语音、数据等等）。u电信业务:主要是提供用户足够的容量，包括终端设备功能，与其它用户的通信。u补充业务:在承载业务和电信业务基础上获得的。一项补充业务是在联合一项或多项承载业务中使用，它不能单独使用，它必须和基本电信业务一起提供给用户。电信业务具体业务服务细节话音服务全速（13kbps），半速（6.5kbps）。这项服务提供语音信息和语音信号到网络的传输。紧急呼叫典型的是，紧急电话在一些受限的情况下，更具有优先权。一般只提供移动用户主叫发起。短消息服务(到移动电话终端,MT/PP）短字符消息，小于
17、160个字符。这项服务用于消息处理系统（服务中心）提供短消息给移动用户。短消息服务（移动电话发起，MO/PP）短字符消息，小于160个字符。这项服务用于移动用户给消息处理系统（服务中心）提供短消息。以下由移动用户发起的呼叫可以进行传输：一个在存储器中预先存储的消息；从拨号盘上发起的一串数字；从另外的键盘或设备终端与移动台相连的信息。短消息传输（小区广播）短字符消息，小于93个字符。这项服务用于传输对小区范围内的所有的移动用户。一点对多点的服务。自动传真第3类传真。这项服务自动提供第3类呼叫和被呼模式传真。内容GSM系统概述 u网络结构uGSM的区域、号码、地址与识别u主要业务GSM系统的无线接
18、口 uGSM系统的无线传输特性u信道类型及其组合u语音与信道编码u跳频与间断传输技术GSM系统的控制和管理 u位置登记 u鉴权与加密 u呼叫接续u越区切换 三种TDMA蜂窝系统分析比较uTDMA蜂窝系统分析比较uFDMA和TDMA蜂窝系统的通信容量GRPS通用分组无线业务uGPRS的网络结构uGPRS的协议u增强型GPRS7.2.1 GSM7.2.1 GSM系统无线的传输特征系统无线的传输特征三种数字蜂窝网主要参数7.2.1 GSM7.2.1 GSM系统无线的传输特征系统无线的传输特征1.GSM接入方式接入方式-TDMA/FDMA时间时间频率频率f5f4f3f2f0f1TS0 TS1 TS2
19、TS3 TS4 TS5 TS6 TS7TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS7TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS7TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS7TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS7TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS7TDMA帧帧200kHz200kHz2.GSM 的工作频段的工作频段我国频段：上行我国频段：上行905915 MHz，下行，下行950960MHz GSM的调制方式是高斯型最小移频键控(GMSK)方式。矩形脉冲在调制器之前先通过一个高斯滤波器。这一调制
20、方案由于改善了频谱特性，从而能满足CCIR提出的邻信道功率电平小于-60 dBW的要求。高斯滤波器的归一化带宽 BT=0.3。基于200 kHz的载频间隔及 270.833 kb/s的信道传输速率，其频谱利用率为 1.35 b/s/Hz。3.调制方式调制方式4 3标准复用模式（GSM体制推荐）无线区族无线区族u4个基站u每基站3扇区基站结构基站结构u3个120或三叶草扇区C/I 12 dB复用方式（复用方式（每个小区最每个小区最大可用到大可用到5个频道个频道）4.频率复用方式频率复用方式/区群结构区群结构频率复用方式频率复用方式 900MHz 412方式频道分配图 n其中：其中：7695为为“
21、中国移动中国移动”使用，使用，95124为为“中国联中国联通公司通公司”使用。中国移动通常将使用。中国移动通常将4MHz带宽向下端扩展带宽向下端扩展2MHz，即占用模拟即占用模拟B网网2MHz，使，使GSM数字移动通信网数字移动通信网从可用频道从可用频道7695(20个个)扩展到扩展到6695(30个个)。复用方式（复用方式（每个小区可每个小区可用到用到6个或个或5个频道个频道）u3个基站9个扇区特点特点u不增加新基站u容量增加（有限）抗干扰措施抗干扰措施3 3标准复用模式频率复用方式频率复用方式 900MHz 39方式频道分配图 3个基站，个基站，9组频率组频率从频道序号来看，从频道序号来看
22、，7695为移动使用为移动使用,扩展到扩展到6695(30个个)，95124为为“中国联通公司中国联通公司”使用。使用。GSM 多址方式与频率复用多址方式与频率复用n多多址址方方式式和和双双工工方方式式：TDMA/FDMA/FDDTDMA/FDMA/FDD，收收发发频频率间隔：率间隔：45MHz45MHz。n占有占有 25MHz25MHz带宽，包含带宽，包含124124对频道，频道间隔对频道，频道间隔200kHz200kHz。n每个载频含每个载频含8 8个时隙，共个时隙，共992992对物理信道。对物理信道。n区群由区群由3 3、4 4、7 7个小区组成，区群内不使用相同个小区组成，区群内不使
23、用相同频道，每个小区含多个载频。频道，每个小区含多个载频。n基站发射功率一般为每载波基站发射功率一般为每载波500W500W，小区半径最大小区半径最大为为35km35km、最小为最小为500m500m。n移动台每载波移动台每载波(峰值峰值)0.8W)0.8W、2W2W、5W5W、8W8W、20W20W7.2.2 7.2.2 信道类型及其组合信道类型及其组合空中接口定义了逻辑信道和物理信道。物理信道在时间上分的五层结构，分别为超高帧、超帧、复帧、帧、时隙。在MS和BTS之间交换的信息有用户信息，信令信息，信道配置信息，接入信息等等。为了对这些不同的信息进行管理，GSM把它们定义成不同的逻辑信息。
24、所有处理的功能被分为一个逻辑信息并送到有关的逻辑信道。1.GSM 的时隙与的时隙与TDMA帧帧nGSM 的时帧结构的时帧结构26-Frame 复帧复帧204720462045012 504901 4847232524 01 .252401 24504801 480 123456751-Frame复帧复帧1超高帧超高帧=2048 超帧超帧=2715648 TDMA帧（帧（3h 28mn 53s 760ms）4.615msTDMA frame120ms1超帧超帧=1326 TDMA帧（帧（6.12s）235.38ms业务信道业务信道控制信道控制信道GSM上下行链路的时隙同步上下行链路的时隙同步用户
25、在上行频率的0时隙发送则将在下行频率的0时隙接收。但上行下行的时隙并一定出现在同一时刻。时隙0的上行发射出现在接收下行时隙的三个时隙之后。这样带来一个好处是移动台不需要双工器。但它需要同步发射和接收。移动台的移动性导致各移动台到基站的距离不同,因此,发送信号的延时也不相同,导致基站接收的信号相互交叠干扰。u解决办法:用户提前发送、系统定时保护时间u定时前置（Timing advance）：对各时隙的定时进行动态控制，使所有的发送时隙在时间上在BTS的接收端保持同步。远离BTS的MS要求比离BTS近的MS发射早。GSM上下行链路的时隙同步上下行链路的时隙同步移动台收移动台收3 TS OFFSET
26、0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 7TDMA FRAME NTDMA FRAME N移动台发移动台发TIME ADVANCE3 TS OFFSETTDMA FRAME N0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 7TDMA FRAME N移动台收移动台收移动台发移动台发1.73ms4.62ms45MHz3.7us*63*3*108=70km 小区半径35km2 信道分类信道分类 物理信道：物理信道：一个载频上的TDMA帧的一个时隙(TS)逻辑信道：逻辑信道：u业务信道语音信道数据信道随路控制信道u控制信道广播控制信道公共控制信道专用控制信道信道类型信道类
27、型信道分类信道分类控制信道控制信道CCH业务信道业务信道TCH广播信道广播信道BCH 公用控公用控制信道制信道CCCH 专用控专用控制信道制信道DCCH频率校正信道频率校正信道FCCH同步信道同步信道SCH广播控制信道广播控制信道BCCH寻呼信道寻呼信道PCH准许接入信道准许接入信道AGCH独立专用信道独立专用信道SDCCH慢速辅助控制慢速辅助控制信道信道SACCH快速辅助控制快速辅助控制信道信道FACCH随机接入信道随机接入信道RACH3.时隙的格式时隙的格式n常规突发脉冲序列(NB)：用于携带TCH及除RACH随机接入信道，SCH同步信道和FCCH频率校正信道以外的控制信道上的信息。u“T
28、B”尾比特总是000帮助均衡器判断起始位和中止位。u“57个加密比特”是客户数据或话音。u“1”个比特用作借用标志。借用标志是表示此突发脉冲序列是否被FACCH快速辅助控制信道信令借用。u“26个训练比特”是一串已知比特，用于供均衡器产生信道模型(一种消除时间色散的方法)。u“GP”保护间隔，8.25个比特(相当于大约30us)，是一个空白空间GP8.25TB3加密比特57 11 加密比特57训练比特26 0.577ms156.26bitsTB3时隙的格式时隙的格式频率校正突发脉冲序列(FB)：用于移动台的频率同步，它相当于一个带频移的未调载波。此突发脉冲序列的重复称FCCH频率校正信道。同步
29、突发脉冲序列(SB)：用于移动台的时间同步，它包括一个易被检测的长同步序列,并携带有TDMA帧号和基站识别码(BSIC)信息。这种突发脉冲序列的重复称为SCH同步信道。GP8.25TB3固定比特固定比特142 0.577ms156.26bitsTB3GP8.25TB3加密比特加密比特39加密比特加密比特39同步序列同步序列64 0.577ms156.26bitsTB3时隙的格式时隙的格式接入突发脉冲序列(AB)：用于随机接入RACH，它有一个较长的保护间隔，这是为了适应移动台首次接入(或切换到另一个BTS)后不知道时间提前量而设置的。移动台可能远离BTS，这意味着初始突发脉冲序列会迟一些到达B
30、TS，由于第一个突发脉冲序列中没有时间调整，为了不与下一时隙中的突发脉冲序列重叠，此突发脉冲序列必须短一些.空闲突发脉冲序列(DB)：此突发脉冲序列在某些情况下由BTS发出，不携带任何信息。它的格式与普通突发脉冲序列相同，其中加密比特改为具有一定比特模型的混合比特。GP68.25TB8加密比特加密比特36同步序列同步序列41 TB34.信道的组合方式信道的组合方式n n业务信道业务信道业务信道业务信道的组合方式的组合方式的组合方式的组合方式 C C0 0的的的的TSTS2 2TSTS7 7,C,C1 1CCn-1n-1的所有时隙的所有时隙的所有时隙的所有时隙T（TCH）-编码话音或数据，用于通
31、话。突发脉冲序列为编码话音或数据，用于通话。突发脉冲序列为NB。A（SACCH）-控制信号。用于移动台接受命令控制信号。用于移动台接受命令改变输出功率改变输出功率、了解应、了解应监视监视那那 些些BTS的的BCCH、向系统报告从周围、向系统报告从周围BTS接收到的接收到的信号强度信号强度等，突发脉冲序列等，突发脉冲序列NB。I（IDEL）：空闲帧。通常对于分配到）：空闲帧。通常对于分配到TS2的移动台，每个的移动台，每个TDMA帧的每个帧的每个TS2都包含此移动台的信息。只有空闲帧是个例外，它不包含任何信息。都包含此移动台的信息。只有空闲帧是个例外，它不包含任何信息。上行链路的结构与下行的一样
32、的，唯一不同的是有一个时间的偏移，也上行链路的结构与下行的一样的，唯一不同的是有一个时间的偏移，也就是说上下行的就是说上下行的TS2是在不同时间出现，时间偏移约为是在不同时间出现，时间偏移约为3个时隙。个时隙。用于用于携带携带TCH的复帧是的复帧是26帧帧的，因此有的，因此有26个个TS2，第，第26TS2 时隙是空闲时时隙是空闲时隙，空闲时隙之后序列从头开始。隙，空闲时隙之后序列从头开始。控制信道控制信道(CCH)组合图示组合图示nC0的TSO广播信道和公共控制信道；TS1专用控制信道。前向控制信道反向控制信道频率校正信道：用于移动台校正频率；同步信道：移动台据此读TDMA帧号和基站识别码；
33、广播控制信道：移动台据此读有关小区的通用信息；公用控制信道：寻呼，准许接入。空闲帧。随机接入信道GSM 控制信道组合说明控制信道组合说明n控制信道的映射:n某小区超过1 1个载频时，该小区C C0 0的TSTS0 0就映射广播和公共控制信道。nF F（FCCHFCCH）-MS-MS依此同步频率，它的突发脉冲序列为FB FB。nS S（SCHSCH）-MS-MS依此读TDMATDMA帧号和BSICBSIC码，突发脉冲序列为SBSB。nB B（BCCHBCCH）-MS-MS依此读有此小区的通用信息，突发脉冲序列为NBNB。nI I（IDELIDEL）-空闲帧不包括任何信息，突发脉冲序列为DBDB。
34、nC C（CCCHCCCH）-移动台依此接受寻呼和接入，公用控制信道，突发脉冲序列NBNB。n即便没有寻呼或接入进行，BTSBTS也总在C C0 0上发射，用空位突发脉冲序列代之。n从帧的分级结构知，5151帧的复帧用于携带BCHBCH和CCCHCCCH共有5151个TSTS0 0。此序列在第5151个TDMATDMA帧上映射一个空隙帧之后开始重复下一个5151帧的复帧。n上行链路CO上映射的TS0是随机接入信道（RACH）。GSMGSM系统中移动台发出呼叫建立通信的过程系统中移动台发出呼叫建立通信的过程系统中移动台发出呼叫建立通信的过程系统中移动台发出呼叫建立通信的过程。1.移动用户不断监测
35、广播信道(BCH)，与相近的基站取得同步。通过接收频率校正信道(FCCH)、同步信道(SCH)、广播控制信道(BCCH)的信息，将移动用户锁定到基站及适当的广播信道上。2.用户首先要拨号，并按压GSM手机上的发射按钮。移动台用它锁定的基站的绝对无线频率信道(ARFCN)来发射随机接入信道(RACH)数据突发序列。3.基站以公共控制信道(CCCH)上的接入认可信道(AGCH)信息来对移动台作出响应，公共控制信道为移动台指定一个新的信道进行独立专用控制信道(SDCCH)连接。4.正在监测广播信道中TS0的移动用户，将从接入认可信道接收到它的绝对无线频率信道和TS安排，并立即转到新的绝对无线频率信道
36、和TS上，这一新的绝对无线频率信道和TS分配就是独立专用控制信道。5.一旦转接到独立专用控制信道，移动用户首先等待传给它的慢速辅助控制信道(SACCH)帧(等待最大持续26帧或120 ms)，该帧告知移动台要求的定时提前量和发射机功率。6.基站根据移动台以前的随机接入信道传输的数据能够决定出合适的定时提前量和功率级，并且通过慢速辅助控制信道发送适当的数据供移动台处理。7.在接收和处理完慢速辅助控制信道中的定时提前量信息后，移动用户能够发送正常话音业务所要求的突发序列信息。8.当公用电话交换网(PSTN)从拨号端连接到移动业务交换中心(MSC)，且MSC将话音路径接入服务基站时，独立专用控制信道
37、检查用户的合法性及有效性，随后在移动台和基站之间发送信息。9.几秒钟后，基站经由独立专用控制信道告知移动台重新转向一个为业务信道(TCH)安排的绝对无线频率信道和TS。10.一旦再次接到业务信道，语音信号就在前向和反向链路上传送，呼叫建立成功，独立专用控制信道被清空。7.2.3 7.2.3 语音与信道编码语音与信道编码数字化话音信号在无线传输时主要面临三个问题：一是选择低速率的语音编码方式，以适应有限带宽的要求；二是选择有效的方法减少误码率，即信道编码问题；三是选用有效的调制方法，减小杂波辐射，降低干扰。7.2.3 7.2.3 语音与信道编码语音与信道编码n nGSM GSM 话音信号处理话音
38、信号处理话音信号处理话音信号处理GSM 信道编码信道编码260个比特流，并被分成：个比特流，并被分成：u50个最重要比特个最重要比特 u132个重要比特个重要比特 u78个不重要比特个不重要比特 对上述对上述50个比特添加上个比特添加上3个奇偶检验比特个奇偶检验比特(分组编码分组编码)，这，这53个比特同个比特同132个重要比特与个重要比特与4个尾比特一起卷积编码，比率个尾比特一起卷积编码，比率1：2，因而得，因而得378个个比特，另外比特，另外78个比特不予保护。个比特不予保护。50 bitsClass 1aClass 1aClass 1a132 bitsClass 278 bits378
39、bits卷积编码（Converlutional Coder）501323478校验比特 尾比特456 bits260 bitsGSM系统中的交织技术系统中的交织技术在在GSM系统中，信道编码后进行交织，交织分为两次，系统中，信道编码后进行交织，交织分为两次，第一次交织为内部交织第一次交织为内部交织，第二次交织为块间交织第二次交织为块间交织。话音编码器和信道编码器将每一话音编码器和信道编码器将每一20ms话音数字化并编话音数字化并编码，提供码，提供456个比特。首先对它进行内部交织，即将个比特。首先对它进行内部交织，即将456个比特分成个比特分成8帧，每帧帧，每帧57比特。比特。图图 722Sp
40、eech BlocksSpeech Blocks456123456712345670234567012345670FRAME 1FRAME 2FRAME 3Bursts117图图 9-21 GSM的的编编码码流流程程1 12 23 34 45 56 67 78 8D D1 1D D2 2D D3 3D D4 4D D5 5D D6 6D D7 7D D8 8D D1 1D D2 2D D3 3D D4 4D D5 5D D6 6D D7 7D D8 8456 456 bit456 456 bit20 20 ms26026020 20 ms260260话音编码器话音编码器话音编码器话音编码器信道
41、信道编码器编码器信道信道编码器编码器3 357 bit57 bit1 126 bit26 bit（训练序列）（训练序列）1 157 bit57 bit3 38.258.25交织交织话音话音尾码尾码数据数据数据数据保护保护尾码尾码第二个第二个20ms20ms输出输出单帧单帧交织距离交织距离=8=8规则脉冲激励规则脉冲激励长期预测编码长期预测编码时隙流时隙流（在一帧仅发一时隙）（在一帧仅发一时隙）常规实发序列常规实发序列第一个第一个20ms20ms输出输出1.跳频跳频 采用慢跳频技术，每帧跳频一次，采用慢跳频技术，每帧跳频一次，每秒每秒217跳跳，确，确保通信的秘密性和抗干扰性。保通信的秘密性和抗
42、干扰性。4.615ms/帧帧,0.576ms/时隙时隙图 9-23 GSM系统的跳频示意图 7.2.4 7.2.4 跳频和间断传输技术跳频和间断传输技术n 为了提高频谱利用率，GSM系统还采用了话音激活技术。这个被称为间断传输(DTx)技术的基本原则是只在有话音时才打开发射机，这样可以减小干扰，使频率复用面积减小，提高系统容量。采用DTx技术，对移动台来说是更有意义，因为在无信息传输时立即关闭发射机，可以减少电源消耗。n GSM中，话音激活技术是采用一种自适应门限话音检测算法。当发端判断出通话者暂停通话时，立即关闭发射机，暂停传输;在接收端检测出无话音时，在相应空闲帧中填上轻微的“舒适噪声”，
43、以免收听者造成通信中断的错觉。n DTX能在通话期对话音进行13kbps编码在停顿期用500bps编码。2.间断传输间断传输内容GSM系统概述 u网络结构uGSM的区域、号码、地址与识别u主要业务GSM系统的无线接口 uGSM系统的无线传输特性u信道类型及其组合u语音与信道编码u调频与间断传输技术GSM系统的控制和管理 u位置登记 u鉴权与加密 u呼叫接续u越区切换 三种TDMA蜂窝系统分析比较uTDMA蜂窝系统分析比较uFDMA和TDMA蜂窝系统的通信容量GRPS通用分组无线业务uGPRS的网络结构uGPRS的协议u增强型GPRS图图724 位置区划分的示意图位置区划分的示意图 BTSBTS
44、BTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBSCBSCBSCVLRMSCVLRMSCHLRLA1LA2LA3LA47.3 GSM系统的控制与管理1.区域定义区域定义7.3.1 7.3.1 位置登记位置登记n n概念：概念：位置登记(或称注册)是通信网为了跟踪移动台的位置变化，而对其位置信息进行登记、删除和更新的过程。n位置信息存储在原籍位置寄存器(HLR)和访问位置寄存器(VLR)中。n1)首次登记:移动用户首次入网时,向移动交换中心(MSC)发送“位置更新请求”信息,通知GSM系统这是一个该位置区内的新用户。2)位置更新:移动台向网络登记其新的位置区,以保证在有此移动台的呼叫时网络能够正常接
45、续到该移动台处。移动台的位置更新主要由访问位置寄存器(VLR)进行管理。MS MSC (VLR)n (VLR)o HLR位置登记请求更新位置登记询问MS的IMSI询问IMSI响应查询MS的有关参数查询有关参数响应位置消息注消更新位置登记位置登记请求确认确认位置更新示意图 客户状态客户状态nMS(客户客户)开机开机(空闲状态空闲状态)nMS关机关机nMS忙忙MS开机，网路对它作开机，网路对它作“附着附着”标记。标记。当移动台开机当移动台开机(打开电源打开电源)后，它首先要在空中接口上后，它首先要在空中接口上搜索以找到正确的频率，并依靠搜索到的正确频率校正搜索以找到正确的频率，并依靠搜索到的正确频
46、率校正和同步频率，并将此频率锁定。该频率载有广播信息和和同步频率，并将此频率锁定。该频率载有广播信息和可能的寻呼信息。可能的寻呼信息。uMS是第一次开机，是第一次开机，SIM卡中无卡中无LAi,要求接入网络要求接入网络.uMS不是第一次开机，但不是第一次开机，但LAi不同。不同。uMS是关机又开机是关机又开机,LAi不变不变。客户状态客户状态MS关机，从网路中关机，从网路中“分离分离”。前面已经提到，一个激活状态的前面已经提到，一个激活状态的MS在在VLR中标有中标有“附着附着”标记。当标记。当MS切断电源关机时，切断电源关机时，MS即向网路发送即向网路发送最后一条消息，其中包括分离处理请求，
47、最后一条消息，其中包括分离处理请求，MSC接收到后，接收到后，即通知即通知VLR对该对该MS对应的对应的IMSI上作上作“分离分离”标记，而标记，而归属位置寄存器归属位置寄存器(HLR)并没有得到该客户已脱离网路的通并没有得到该客户已脱离网路的通知。当该客户被寻呼，知。当该客户被寻呼，HLR向拜访向拜访MSCVLR要漫游号要漫游号码码(MSRN)时，时，MSCVLR通知通知HLR该客户已分离网路，该客户已分离网路，不再需要发送寻找该客户的寻呼消息。不再需要发送寻找该客户的寻呼消息。MS忙忙 此时，无线网路分配给此时，无线网路分配给MS一个一个业务信道传送话音或业务信道传送话音或数据数据，并在该
48、客户，并在该客户ISDN上标注客户上标注客户”忙忙”。周期性登记周期性登记若若MS向网路发送向网路发送“IMSI分离分离”消息时，无线链路质消息时，无线链路质量很差，衰落很大，那么量很差，衰落很大，那么GSM系统有可能不能正确译码，系统有可能不能正确译码，系统仍认为系统仍认为MS处于附着状态；再如处于附着状态；再如MS开着机，但移动开着机，但移动到覆盖区以外的地方到覆盖区以外的地方(即盲区即盲区)，GSM系统仍认为系统仍认为MS处于处于附着状态。此时该客户被寻呼，系统就会不断地发出寻附着状态。此时该客户被寻呼，系统就会不断地发出寻呼消息，无效占用无线资源。呼消息，无效占用无线资源。为了解决上述
49、问题，为了解决上述问题，GSM系统采取了强制登记的措系统采取了强制登记的措施。若施。若GSM系统没有接收到某系统没有接收到某MS的的周期性登记信息周期性登记信息，它，它所处的所处的VLR就以就以“隐分离隐分离”状态在该状态在该MS上做记录，只有上做记录，只有当再次接收到正确的周期性登记信息后，将它改写成当再次接收到正确的周期性登记信息后，将它改写成“附着附着”状态。状态。7.3.2 7.3.2 鉴权与加密鉴权与加密 n安全性服务安全性服务n接入控制接入控制/鉴权：鉴权：对对SIM卡的有效用户鉴权。卡的有效用户鉴权。n 用户用户SIM：隐秘隐秘PIN(个人身份识别号码个人身份识别号码)nSIM网
50、络：挑战响应方法网络：挑战响应方法(RAND SRES)n 机密性：机密性：n在成功鉴权后，话音和信令在无线网络上加密；在成功鉴权后，话音和信令在无线网络上加密；BTS 和和MS 对话音、数据和信令加密。对话音、数据和信令加密。n 匿名：匿名：n 暂时身份识别暂时身份识别 TMSIn 在每次位置更新在每次位置更新(LUP)时指派新的时指派新的TMSI n加密传输加密传输 nVLR 可在任何时间改变可在任何时间改变 TMSI nGSM 规定的规定的3种算法：种算法：nA3 用于鉴权用于鉴权(在开发的接口在开发的接口“隐秘隐秘”)nA5 用于加密用于加密(已形成标准已形成标准)nA8 用于生成密钥