移動通信課件：第七章 時分多址數(shù)字蜂窩網

1、概述v GSM：Global System for Mobile communication v 2th Generation cellular systemv Digital communication組成：移動臺組成：移動臺 基站子系統(tǒng)（基站子系統(tǒng)（BSS） 網絡子系統(tǒng)網絡子系統(tǒng) (NSS)基站子系統(tǒng)：基站子系統(tǒng)：基站收發(fā)信機（基站收發(fā)信機（BTS)基站控制器（基站控制器（BSC)網絡子系統(tǒng)：網絡子系統(tǒng)：移動交換中心（移動交換中心（MSC)歸屬位置寄存器（歸屬位置寄存器（HLR) 訪問位置寄存器（訪問位置寄存器（VLR） 移動設備識別寄存器（移動設備識別寄存器（EIR)鑒權中心（鑒權中心（

2、AuC)AuC)操作維護中心（操作維護中心（OMC）VLRVLRAbisPSTNEDCFHAAbisA7.1.1 GSM網絡結構Base Station Subsystem (BSS):Base Transceiver Station (BTS): radio components including sender, receiver, antenna - if directed antennas are used one BTS can cover several cellsBase Station Controller (BSC): switching between BTSs, cont

3、rolling BTSs, managing of network resourcesBSS = BSC + sum(BTS) + interconnection7.1.1 GSM網絡結構Tasks of a BSS are distributed over BSC and BTS7.1.1 GSM網絡結構NSS is the main component of the public mobile network GSMswitching, mobility management, interconnection to other networks, system controlCompone

4、ntsMobile Switching Center (MSC)controls all connections to/from a mobile terminal within the domain of the MSChome Location Register (HLR)central master database containing user data, permanent and semi-permanent data of all subscribers assigned to the HLR (one provider can have several HLRs)Visito

5、r Location Register (VLR)local database for a subset of user data, including data about all user currently in the domain of the VLR7.1.1 GSM網絡結構Mobile Switching CenterPublic telephonenetwork, andInternetMobile Switching Centerq connects cells to wide area netq manages call setupq handles mobility MS

6、Cwired network7.1.1 GSM網絡結構7.1.1 GSM網絡結構7.1.1 GSM網絡結構子單元子單元功能功能MS（移動臺）（移動臺）包括包括ME (移動設備移動設備)和和SIM (用戶識別模塊用戶識別模塊)BTS（基站）（基站）為一個小區(qū)服務的無線收發(fā)信設備為一個小區(qū)服務的無線收發(fā)信設備BSC（基站控制器）（基站控制器）對一個或多個對一個或多個BTS進行控制以及相應呼叫控制進行控制以及相應呼叫控制MSC（移動業(yè)務交換中心）（移動業(yè)務交換中心）對于位于它管轄區(qū)域中的移動臺進行控制、交換對于位于它管轄區(qū)域中的移動臺進行控制、交換VLR（拜訪位置寄存器）（拜訪位置寄存器）存儲本范圍

7、內用戶與呼叫處理有關的一些數(shù)據(jù)存儲本范圍內用戶與呼叫處理有關的一些數(shù)據(jù)HLR（歸屬位置寄存器）（歸屬位置寄存器）管理部門用于移動用戶管理的數(shù)據(jù)庫管理部門用于移動用戶管理的數(shù)據(jù)庫存儲有關用戶的參數(shù)和目前所處位置的信息存儲有關用戶的參數(shù)和目前所處位置的信息EIR（設備識別寄存器）（設備識別寄存器）對移動設備的識別、監(jiān)視、閉鎖對移動設備的識別、監(jiān)視、閉鎖存儲有關移動臺設備參數(shù)的數(shù)據(jù)庫存儲有關移動臺設備參數(shù)的數(shù)據(jù)庫AUC（鑒權中心）（鑒權中心）認證移動用戶的身份和產生相應鑒權參數(shù)認證移動用戶的身份和產生相應鑒權參數(shù)OMC（操作維護中心）（操作維護中心）操作維護系統(tǒng)中的各功能實體操作維護系統(tǒng)中的各功能實

8、體7.1.1 GSM網絡結構 (1) (1) 主要接口：主要接口：A接口、Abis接口和Um接口。 A A接口（接口（ terrestrial interface）:網絡子系統(tǒng)(NSS)與基站子系統(tǒng)(BSS)之間的通信接口。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。Abis接口：基站控制器(BSC)與基站收發(fā)信機（BTS）之間的通信接口。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。Um接口（radio interface）：移動臺(MS)與基站收發(fā)信機(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。 7.1.1 GSM

9、網絡結構 GSM 服務區(qū)PLMN 服務區(qū)MSC/VLR 服務區(qū)位置區(qū)小區(qū)7.1.2. GSM的區(qū)域、號碼、地址與識別 GSM服務區(qū)：由全球所有的成員國的GSM業(yè)務區(qū)所構成的覆蓋區(qū)域。PLMN服務區(qū)：一個網絡運營商所運營的PLMN網絡的覆蓋區(qū)域。MSC服務區(qū)：由一個MSC所覆蓋的服務區(qū)域，凡在該區(qū)的移動臺均在該區(qū)VLR登記。所以，MSC總與VLR構成同一個節(jié)點，寫作MSC/VLR。 位置區(qū)（LA）：每一個MSC/VLR業(yè)務區(qū)分成幾個位置區(qū)，在一個位置區(qū)內，移動臺可以自由地移動，不需做位置更新。利用位置區(qū)識別碼（LAI），系統(tǒng)能夠區(qū)別不同的位置區(qū)。 LALA區(qū)域的劃分要充分考慮區(qū)域的劃分要充分考慮

10、MSMS進行位置更新的頻率，盡進行位置更新的頻率，盡量使量使MSMS移動較為頻繁的地區(qū)劃在同一移動較為頻繁的地區(qū)劃在同一LALA區(qū)域內。區(qū)域內。 小區(qū)（Cell）：它表示網絡中一個BTS的無線覆蓋區(qū)域，一個位置區(qū)可包含若干個小區(qū)，一個小區(qū)是具有一個全球識別碼（CGI）的。同時，利用基站識別碼（BSIC），移動臺本身能區(qū)分使用同樣的載頻的各個小區(qū)。7.1.2. GSM的區(qū)域、號碼、地址與識別 2. 2. 號碼與識別號碼與識別 (1)(1)國際移動用戶識別碼（國際移動用戶識別碼（IMSIIMSI）：）： GSM移動通信網給移動客戶分配一個特定的識別碼。存儲在客戶識別模塊(SIM)、HLR、VLR中

11、；在呼叫建立；在呼叫建立和位置更新時需要使用和位置更新時需要使用IMSIIMSI。圖 7 - 4 國際移動用戶識別碼(IMSI)的格式 MCCMNCMSINNMSIIMSI（= 15位數(shù)字)3位數(shù)字1或2位數(shù)字7.1.2. GSM的區(qū)域、號碼、地址與識別 MCC: 移動國家號碼，由3位數(shù)字組成，我國為460。MNC: 移動網號，由2位數(shù)字組成，區(qū)分運營商的網絡。MSIN: 移動用戶識別碼，由等長10位數(shù)字構成，用于識別某一PLMN中的移動用戶。7.1.2. GSM的區(qū)域、號碼、地址與識別 (2) (2) 臨時移動用戶識別碼臨時移動用戶識別碼(TMSI(TMSI）考慮到移動用戶識別碼的安全性，

12、空中接口無線傳 輸?shù)淖R別碼采用臨時移動用戶識別碼(TMSI)代替 IMSI。 兩者之間可按一定的算法互相轉換。訪問位置寄存器(VLR)可給來訪的移動用戶分配一 TMSI，只限于在該訪問服務區(qū)使用IMSI只在起始入網登記時使用， 在后續(xù)的呼叫中， 使用TMSI。7.1.2. GSM的區(qū)域、號碼、地址與識別 7.1.2. GSM的區(qū)域、號碼、地址與識別 (3) (3) 國際移動設備識別碼（國際移動設備識別碼（IMEIIMEI）：移動臺設備的標識，可）：移動臺設備的標識，可用于監(jiān)控被竊或無效的移動設備。用于監(jiān)控被竊或無效的移動設備。 編碼規(guī)則及各字段說明參考書編碼規(guī)則及各字段說明參考書p234.p2

13、34.(4) (4) 移動臺的號碼：呼叫接續(xù)時所需撥的號碼，符合各國的移動臺的號碼：呼叫接續(xù)時所需撥的號碼，符合各國的編號規(guī)則編號規(guī)則 移動臺國際移動臺國際ISDNISDN號碼號碼(MSISDN)(MSISDN)。 移動臺漫游號碼移動臺漫游號碼(MSRN)(MSRN)。 7.1.2. GSM的區(qū)域、號碼、地址與識別 CC： 國家碼。我國為86。 NDC：國內目的地碼，包括網絡接入號（139等）和4位HLR識別碼 （移動業(yè)務本地網號）。 SN： 客戶號碼，采用等長4位編號計劃。 移動臺國際移動臺國際ISDNISDN號碼號碼(MSISDN)(MSISDN) 移動臺漫游號碼移動臺漫游號碼(MSRN)

14、(MSRN)。當移動臺漫游到一。當移動臺漫游到一個新的服務區(qū)時，由個新的服務區(qū)時，由VLRVLR給它分配一個臨時性的漫游號碼，給它分配一個臨時性的漫游號碼，并通知該移動臺的并通知該移動臺的HLRHLR，用于建立通信路由用于建立通信路由。一旦路由建。一旦路由建立，此漫游號碼即被收回，并可分配給其它來訪的移動立，此漫游號碼即被收回，并可分配給其它來訪的移動臺使用。臺使用。 7.1.2. GSM的區(qū)域、號碼、地址與識別 通過MSRN進行路由信息的查找正在服務于被呼用戶的正在服務于被呼用戶的MSC/VLR產生一個移動臺漫游號碼產生一個移動臺漫游號碼MSRN。MSRN結構結構結構結構1： 13S 00

15、M1M2M3 ABC（M1M2M3為為MSC/VLR號碼）號碼）結構結構2： 1354 S M0M1M2 ABC（S M0M1M2為為MSC/VLR號碼）號碼）MSC/VLR將呼叫的路由信息傳送給將呼叫的路由信息傳送給HLR在此傳送過程在此傳送過程HLR對路由信息不做任何處理，而是直接將其傳送給對路由信息不做任何處理，而是直接將其傳送給GMSC。7.1.2. GSM的區(qū)域、號碼、地址與識別 (5) (5) 位置區(qū)和基站的識別碼位置區(qū)和基站的識別碼 位置區(qū)識別位置區(qū)識別(LAI)(LAI)碼：檢測位置更新和信道切換時碼：檢測位置更新和信道切換時 要使用要使用LAILAI；在；在LAILAI后面加

16、上小區(qū)的標識號（后面加上小區(qū)的標識號（CICI），）， 還可以組成小區(qū)識別碼。還可以組成小區(qū)識別碼。MCCMNCLAC位置區(qū)識別碼（LAI）7.1.2. GSM的區(qū)域、號碼、地址與識別 MCC：移動客戶國家碼，同IMSI中的前三位數(shù)字。 MNC：移動網號，同IMSI中的MNC。 LAC： 位置區(qū)號碼，為一個2字節(jié)BCD編碼，在一個 GSM PLMN網中可定義65536個不同的位置區(qū)位置區(qū)位置區(qū)LA (Location Area) 將將MSC/VLR的業(yè)務區(qū)域劃分的業(yè)務區(qū)域劃分成若干較小的區(qū)域，并由成若干較小的區(qū)域，并由MSC/VLR管理，以減小搜索管理，以減小搜索被叫用戶的工作量被叫用戶的工作

17、量VLR存儲的用戶信息包括：存儲的用戶信息包括：IMSILAI（位置區(qū)代碼）（位置區(qū)代碼）MSRN用戶數(shù)據(jù)用戶數(shù)據(jù)7.1.2. GSM的區(qū)域、號碼、地址與識別 基站識別色碼基站識別色碼(BSIC): (BSIC): 用于移動臺識別相同載頻用于移動臺識別相同載頻的不同基站的不同基站 圖 7 - 8 基站識別色碼(BSIC)的格式 7.1.2. GSM的區(qū)域、號碼、地址與識別 識別碼識別碼結構結構說明說明位置區(qū)識別位置區(qū)識別LAIMCC+MNC+LACMCC，MNC為移動國家號碼和移為移動國家號碼和移動網號；動網號；LAC為一個為一個2字節(jié)十六進字節(jié)十六進制編碼制編碼X1 X2 X3 X4 全球小

18、區(qū)識別碼全球小區(qū)識別碼（GCI）MCC+MNC+LAC+CICI為一個為一個2字節(jié)字節(jié)BCD編碼，由各編碼，由各MSC自定自定基站識別碼基站識別碼（BSIC）NCC+BCCNCC (網絡色碼網絡色碼)用于識別不同國用于識別不同國家和省份及不同運營者，結構為家和省份及不同運營者，結構為XY1Y27.1.2. GSM的區(qū)域、號碼、地址與識別7.1.2. GSM的區(qū)域、號碼、地址與識別 7.1.2. GSM的區(qū)域、號碼、地址與識別VLR的1. TDMA/FDMA1. TDMA/FDMA接入方式接入方式 圖 7 - 9 TDMA/FDMA接入方式 7.2 GSM系統(tǒng)的無線接口 7.2.1 GSM7.2

19、.1 GSM系統(tǒng)無線的傳輸特征系統(tǒng)無線的傳輸特征 時間0 1 2 3 4 5 6 7fnfn+1fn+2fn+3fn+4幀4.6 ms時隙577s200 kHZ= 物理信值頻率ParameterSpecificationsReverse Channel Frequency890-915 MHz Forward Channel Frequency935-960 MHz Tx/Rx Frequency Spacing45 MHz Frequency bandwidth200 kHz Radio Channels124 pairsUsers（Slots）per frame8Modulation0.3

20、GMSK7.2.1 GSM系統(tǒng)無線的傳輸特征 GSM（900MHz） Air Interface Specifications Summary關于關于 “下行鏈路下行鏈路”和和 “上行鏈路上行鏈路”的概念的概念 手機基站Reverse Channel（上行鏈路）Forward Channel（下行鏈路）7.2.1 GSM系統(tǒng)無線的傳輸特征 在建網初期及鄰省之間協(xié)調時應使用在建網初期及鄰省之間協(xié)調時應使用43的的復用方式復用方式, 即即N=4,采用定向天線采用定向天線,基站用基站用3個個120 天線構成天線構成3個扇形小區(qū)個扇形小區(qū)業(yè)務量較大的地區(qū)可采用其它的復用方式：業(yè)務量較大的地區(qū)可采用其它

21、的復用方式：如如33，13若采用全向天線應采用若采用全向天線應采用N=7的復用方式：其頻的復用方式：其頻率可從率可從43復用方式的復用方式的12組中任選組中任選7組，組， 頻頻道不夠用的小區(qū)可從剩余頻率組中借用頻道，道不夠用的小區(qū)可從剩余頻率組中借用頻道，但相鄰頻率組盡量不在相鄰小區(qū)使用但相鄰頻率組盡量不在相鄰小區(qū)使用4. 4. 載頻復用與區(qū)群結構載頻復用與區(qū)群結構7.2.1 GSM系統(tǒng)無線的傳輸特征 物理信道（物理信道（physical channel）是指一個載頻上一個TDMA幀的一個時隙。用戶在該時隙上發(fā)出的信息比特流被稱為突發(fā)脈沖序列。 邏輯信道（邏輯信道（logical channe

22、l）是從信息內容的性質角度定義劃分的。把信道上傳遞的內容分成業(yè)務信息（話音、數(shù)據(jù)等）和控制信息（控制呼叫進程的信令）兩大類。定義與之對應的邏輯信道稱為業(yè)務信道和控制信道。 業(yè)務信道業(yè)務信道（TCH）-用于傳送編碼后的話音或數(shù)據(jù)信息。 控制信道控制信道（CCH）- 用于傳遞控制信息如控制呼叫進程的信令的信道傳送控制信息7.2.2 信道類型及其組合 2. 信道分類信道分類 圖圖 7 - 12 GSM系統(tǒng)的信道分類系統(tǒng)的信道分類 頻率較正信道FCCH同步信道SCH廣播控制信道BCCH廣播信道 BCH尋呼信道PCH準許接入信道AGCH隨機接入信道RACH公用控制信道CCCH獨立專用控制信道SDCCH慢

23、速輔助控制信道SACCH快速輔助控制信道FACCH專用控制信道DCCH業(yè)務信道TCH控制信道 CH信道分類（下行）（下行）（下行）（下行）（下行）（上行）（上/下行）（上/下行）（上/下行）7.2.2 信道類型及其組合 (1) 業(yè)務信道。業(yè)務信道TCH主要傳輸數(shù)字話或數(shù)據(jù)， 其次還有少量的隨路控制信令（FACCH）。1）話音業(yè)務信道: 全速率話音業(yè)務信道和半速率話音業(yè)務信道，兩者的總速率分別為 22.8 kb/s和11.4 kb/s。 對于全速率話音編碼，話音幀長 20ms，每幀含 260 bit 話音信息，提供的凈速率為 13 kb/s增強全速率業(yè)務信道的速率與全速率信道的速率一樣為13kb

24、it/s，只是其壓縮編碼方案更為優(yōu)越，有較好的話質。2）數(shù)據(jù)業(yè)務信道：提供9.6 kb/s、 4.8 kb/s和2.4 kb/s的數(shù)據(jù)速率。7.2.2 信道類型及其組合 TCH/9.6TCH/9.6TCH/2.4TCH/2.4TCH/4.8TCH/4.87.2.2 信道類型及其組合 業(yè)務信道種類業(yè)務信道種類 (2) 控制信道控制信道(CCH)(CCH): 控制信道用于傳送信令和同步信號。 1）廣播信道廣播信道(BCH)包括包括BCCH 、FCCH、SCH三種信道。其特點為下行信道，且是點對多點的方式，用于向移動臺傳遞小區(qū)的各項廣播信息，使移動臺與基站取得同步。 頻率校正信道（頻率校正信道（FC

25、CH）向移動臺傳遞頻率校正信號，使移動臺能調到相應的頻率上。 同步信道（同步信道（SCH）用于向移動臺傳送幀同步號，即TDMA幀號，同時也傳送基站識別碼BSIC。 廣播控制信道（廣播控制信道（BCCH）用于向移動臺傳送所有小區(qū)的通用消息。如LAI、小區(qū)內允許MS最大輸出功率、本小區(qū)可用頻點、相鄰小區(qū)的BCCH載頻等。 7.2.2 信道類型及其組合 2）公共控制信道公共控制信道(CCCH)包括包括PCH、RACH、AGCH三種信道三種信道。該類信道主要用于移動臺作主叫或尋呼被叫時，完成所需專用控制信道的申請和分配。 尋呼信道（尋呼信道（PCH）用于在小區(qū)內尋呼移動臺，是下行信道。PCH含有被叫移

26、動臺的號碼信息（IMSI/TMSI/IMEI），故只有相應的移動臺才會響應。 隨機接入信道隨機接入信道(RACH)是一個點對點的上行信道。當移動臺經RACH申請到專用信道后，系統(tǒng)經接入允許信道允許信道AGCH將分配給該移動臺的專用信道分配給該移動臺的專用信道通知移動臺。所以AGCH和RACH成對使用。 準許接入信道準許接入信道(AGCH) 是一個下行信道， 用于基站對移動臺的入網申請作出應答，即分配一個獨立專用控制信道SDCCH。 7.2.2 信道類型及其組合 3 3）專用控制信道專用控制信道(DCCH):(DCCH):是一種是一種“點對點點對點”的的雙向雙向控控制信道，其用途是在呼叫接續(xù)階段

27、以及在通信進行當中，制信道，其用途是在呼叫接續(xù)階段以及在通信進行當中， 在移動臺和基站之間傳輸必需的控制信息。其中又分為：在移動臺和基站之間傳輸必需的控制信息。其中又分為： 獨立專用控制信道獨立專用控制信道(SDCCH)(SDCCH)： 用于在分配業(yè)務信道之前用于在分配業(yè)務信道之前傳送有關信令。傳送有關信令。 例如，例如， 位置位置登記、鑒權登記、鑒權等信令均在此信道等信令均在此信道上傳輸，還有上傳輸，還有短消息短消息等。等。 經鑒權確認后，經鑒權確認后， 再分配業(yè)務信道再分配業(yè)務信道(TCH(TCH) )； 7.2.2 信道類型及其組合 慢速輔助控制信道慢速輔助控制信道(SACCH)(SAC

28、CH)：在移動臺和基站之間，：在移動臺和基站之間， 需要周期性地傳輸一些信息。需要周期性地傳輸一些信息。 例如例如, , 移動臺要不斷地報告正在服務的基站和鄰近移動臺要不斷地報告正在服務的基站和鄰近基站的信號強度，以實現(xiàn)基站的信號強度，以實現(xiàn)“移動臺輔助切換功能移動臺輔助切換功能”。 此此外，基站對移動臺的外，基站對移動臺的功率調整、時間調整命令功率調整、時間調整命令也在此信也在此信道上傳輸，道上傳輸， 因此因此SACCHSACCH是雙向的是雙向的點對點控制信道點對點控制信道。 快速輔助控制信道快速輔助控制信道(FACCH)(FACCH)：與一個：與一個TCHTCH相關，相關，用于用于傳送速度

29、（實時）要求高的信令信息傳送速度（實時）要求高的信令信息，它工作于借用模，它工作于借用模式，每當需要傳送該類信息時，例如需要完成一次切換，式，每當需要傳送該類信息時，例如需要完成一次切換，則需借用則需借用TCHTCH。7.2.2 信道類型及其組合 BCCH: it is forward control channel that is used tobroadcast information such as cell and network identity,operating characteristics of the cell (current controlstructure, chan

30、nel availability , and congestion) and a listof channels that are currently in use within the cell. FCCH: It is a special data burst which occupies TS0 forthe every first GSM frame and is repeated every ten frameswithin a control channel multiframe. SCH: Is used to identify the serving BS, frame num

31、ber(FN), BS identity code (BSIC).BCH7.2.2 信道類型及其組合 PCH: it provides paging signals from the BS to all MSsin the cell, and notifies a specific mobile of an incomingcall. The PCH transmits the IMSI of the target MS. RACH: It is a reverse channel used by a MS to ACK a page from the PCH and is also used

32、 by users to originate a call. AGCH：It used to instructs the mobile to operate in aparticular physical channel. It also used by the BS to respond to a RACH sent by a mobile station.CCCH7.2.2 信道類型及其組合 SDCCH: The SDCCH carries signaling data followingthe connection of the mobile with the base station,

33、 andjust before a TCH assignment is issued by the BS. SACCH: The SACCH is always associated with a trafficchannel and maps onto the same physical channel. It carries general information (transmit power level instructions, specific timing advance instructions, received signal strength, quality of the

34、 TCH) between MS and BTS. FACCH: it carries urgent messages, such as handover signalling.DCCH7.2.2 信道類型及其組合 7.2.2 信道類型及其組合 7.2.2 信道類型及其組合 移動用戶被叫The MS must be synchronized to a nearby BS as it monitors the BCH.The user dials, transmits a burst of RACH data.The BS responds with an AGCH message which

35、assigns the user to a new channel for SDCCH connection.The user, then immediately tune to the new Frequency and TS of the SDCCH.The SDCCH sends messages between the mobile user and the BS, taking care of authentication and user validation.The mobile unit is commanded by the base station via the SDCC

36、H to retune to a new frequency and new TS for the TCH assignment.The call is successfully underway, and the SDCCH is vacated. Example of a GSM Call (移動用戶主叫)7.2.2 信道類型及其組合 Assuming there are n carriers in the BS：f0、f1、f2 、fn-1Slots per frame：TS0TS7Mapping BCH and CCCH to TS0 of f0Mapping DCCH to TS1

37、of f0Mapping TCH to TS2TS7 of f0 and any of 8 slots of other carriers7.2.2 信道類型及其組合 1.1. 幀結構幀結構 （frame structuresframe structures） Mapping logical channels to physical channelsMapping logical channels to physical channels：0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7

38、 0 1 2 3 4 5 6 722012342324250123474849501（26幀）的復幀 26 TDMA幀 （120 ms）024250123474849501（51（26幀）的復幀或者 26（51幀）的復幀 ）2 0422 0432 0442 0452 0462 04701234561超高幀 2 048超幀2 715 648 TDMA幀012TDMA幀1超幀1 326 TDMA幀（6.12 s)1（51幀）的復幀 51 TDMA幀（235.385 ms）圖圖 7 - 10 GSM系統(tǒng)各種幀和時隙的格式系統(tǒng)各種幀和時隙的格式 TCH、SACCH、FACCHBCH、CCCH、SDCC

39、H下行0號時隙控制復幀結構上行0號時隙控制復幀結構7.2.2 信道類型及其組合 包含了SACCH信道的業(yè)務復幀 Each GSM frame（8 slots）lasts 4.615 ms. The GSM frames are grouped into larger structures called multiframes. There are two multiframe structures：traffic multiframe (26 frames) lasting 120 ms，control multiframe（51 frames） lasting 235.385 ms. Eve

40、ry 51 traffic multiframes or every 26 control multiframes are grouped into a superframe Every 2048 superframes are grouped into a hyperframe7.2.2 信道類型及其組合 圖 7- 11 上行幀號和下行幀號所對應的時間關系 01 2345670123 4567012345670 12345670101TDMA幀號TDMA幀號BTS到MSMS到BTS偏移下行C045 MHz(GSM 900)95 MHz(DCS 1800)上行C07.2.2 信道類型及其組合

41、手機嚴格意義上不是全雙工模式，只有一套收發(fā)設備，所以在特手機嚴格意義上不是全雙工模式，只有一套收發(fā)設備，所以在特定的時隙只能接收或發(fā)送；基于成本的考慮，把上下行設計為定的時隙只能接收或發(fā)送；基于成本的考慮，把上下行設計為3個時隙的偏差，這樣，可以節(jié)省手機雙工器的開支個時隙的偏差，這樣，可以節(jié)省手機雙工器的開支。7.2.2 信道類型及其組合 思考：思考：距離基站較遠的手機（假設使用TS3），在TS3時隙開始就發(fā)射，那BTS能保證在TS3時隙接收嗎？會不會延時到TS4，干擾使用TS4發(fā)射的手機？傳輸延時和時間提前量傳輸延時和時間提前量解答解答：為了消除路徑傳輸延時，GSM引入了時間提前量TA值，指

42、示手機提前發(fā)射。時間提前量的取值范圍對應0233us，對應基站覆蓋半徑是035km。時間提前量在下行SACCH信道上每隔0.5s發(fā)送給手機。7.2.2 信道類型及其組合 數(shù)字化話音信號在無線傳輸時主要面臨三個問數(shù)字化話音信號在無線傳輸時主要面臨三個問題：一是選擇低速率的語音編碼方式，以適應有限題：一是選擇低速率的語音編碼方式，以適應有限帶寬的要求；二是選擇有效的方法減少誤碼率，即帶寬的要求；二是選擇有效的方法減少誤碼率，即信道編碼問題；三是選用有效的調制方法，減小雜信道編碼問題；三是選用有效的調制方法，減小雜波輻射，波輻射， 降低干擾。降低干擾。 7.2.3 話音和信道編碼 圖圖 7-20 G

43、SM系統(tǒng)的話音和信道編碼組成方框圖系統(tǒng)的話音和信道編碼組成方框圖 聲電輸出將模擬信號變?yōu)?3比特線性碼RPE-LTP編碼器無線子系統(tǒng)電聲輸出將13位線性碼變成模擬信號RPE-LTP譯碼器RPE-LTP譯碼器將13比特線性碼變換為8比特A律碼移動交換中心公用電話交換網PSTN/ISDNRPE-LTP譯碼器將8比特A律碼變換為13比特線性碼移動臺（MS）基站系統(tǒng)（BSS）104 kb/s13 kb/s糾錯解碼去交織無線GMSK解調前向糾差編碼交織無線接入和GMSK調制無線接入及調制交織前向糾錯編碼無線解調去交織糾錯解碼雙工器模擬話音8 000 樣本/秒13比特線性碼話音編碼456比特/幀話音編碼4

44、56比特/幀8 000 樣本/秒13比特線性碼8 000 樣本/秒8比特A律50幀260比特/幀7.2.3 話音和信道編碼 原理：將突發(fā)錯誤變成隨機錯誤原理：將突發(fā)錯誤變成隨機錯誤 針對多徑衰落導致的針對多徑衰落導致的突發(fā)性錯誤突發(fā)性錯誤把一個較長的把一個較長的突發(fā)誤碼離散成隨機誤碼，再用糾正隨機誤碼突發(fā)誤碼離散成隨機誤碼，再用糾正隨機誤碼的編碼技術消除隨機誤碼。的編碼技術消除隨機誤碼。方法方法 按行輸入，按列輸出按行輸入，按列輸出。7.2.3 話音和信道編碼 1234567812345678123456781234567812345678123456781234567812345678123

45、4567812345678123456781234567812345678123456781234567812345678交織交織1234567812?4567812?4567812?4567812?4567812345678123456781234567812345678123456781234567812?4567812?4567812?4567812?4567812345678解交織解交織傳送傳送123456781234567812345678123456781234567812345678123456781234567812345678123456781?678123456781234

46、5678123456781234567812345678?不經過交織直接傳送不經過交織直接傳送：因受到干擾無法正確恢復的：因受到干擾無法正確恢復的Bit7.2.3 話音和信道編碼交織和解交織（交織和解交織（ Interleaving and Deinterleaving ）Interleaving It is used to obtain time diversity without adding any overhead. It spreads the source data bits out in time so that if there is a deep fade or noise

47、burst, the important bits from a block of source data are not corrupted at the same time . By spreading the source bits over time, it becomes possible to make use of error control coding which protects the source data from corruption by the channel.7.2.4 跳頻和間斷傳輸技術 1. 跳頻跳頻 （ Frequency hopping ）圖 7-23

48、 GSM系統(tǒng)的跳頻示意圖 Slow Frequency hopping is implemented to combat the multipath or interference effects in GSM system. FH is carried out on a frame by frame basis. The gain of Spread Spectrum GP is:CWPBBGlg10式中：BW是跳頻系統(tǒng)的跳變頻率范圍； BC是跳頻系統(tǒng)的最小跳變的頻率間隔(GSM的BC=200 kHz)。7.2.4 跳頻和間斷傳輸技術 7.3 GSM系統(tǒng)的控制與管理 7.3.1 7.3.1

49、位置登記位置登記( (Location registration) Cells are grouped into Location Areas updates sent when LA is changed.If the MS recognizes by reading the LAI broadcast on BCCH that it is in new LA, it performs Location Update to update the HLR records.Location update procedure could also be performed periodically

50、, independent of the MS movement.圖圖 7-24 位置區(qū)劃分的示意圖位置區(qū)劃分的示意圖 BTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBSCBSCBSCVLRMSCVLRMSCHLRLA1LA2LA3LA47.3.1 7.3.1 位置登記位置登記 圖： 位置更新請求過程通常移動用戶處于開機空閑狀態(tài)時，被鎖定在所在小區(qū)的通常移動用戶處于開機空閑狀態(tài)時，被鎖定在所在小區(qū)的廣播控制信道（廣播控制信道（BCCH）載頻上）載頻上7.3.1 7.3.1 位置登記位置登記 位置區(qū)變化時終端主動進行位置登記7.3.1 7.3.1 位置登記位置登記 7.2.2 信道類型及

51、其組合 思考：思考：基于位置區(qū)變化的位置更新策略有什么問題？比如基于位置區(qū)變化的位置更新策略有什么問題？比如當手機突然斷電，或所處地域無網絡覆蓋，若有來電，網當手機突然斷電，或所處地域無網絡覆蓋，若有來電，網絡會對該手機進行尋呼嗎？絡會對該手機進行尋呼嗎？periodic location update（周期性位置更新）7.3.1 7.3.1 位置登記位置登記 IMSI attach and IMSI detach注：注： IMSI國際移動用戶識別碼國際移動用戶識別碼7.3.1 7.3.1 位置登記位置登記 IMSI attach operation is the action taken b

52、y an MS to indicate that the station has re-entered an active state (e.g. the station is powered up).IMSI detach operation is the action taken by an MS to indicate to the PLMN that the station has entered an inactive state (e.g. the station is powered down).7.3 GSM系統(tǒng)的控制與管理 位置更新的三種方式位置更新的三種方式 General

53、 location update. Periodical location update. IMSI detach.7.3.2 7.3.2 鑒權與加密鑒權與加密 由于空中接口極易受到侵犯，由于空中接口極易受到侵犯，GSMGSM系統(tǒng)為系統(tǒng)為了保證通信安全，采取了特別的鑒權與加密措施。了保證通信安全，采取了特別的鑒權與加密措施。鑒權是為了確認移動臺的合法性，而加密是了為鑒權是為了確認移動臺的合法性，而加密是了為防止第三者竊聽。防止第三者竊聽。 7.3.2 7.3.2 鑒權與加密鑒權與加密 移動通信如何鑒別用戶移動通信如何鑒別用戶？7.3.2 7.3.2 鑒權與加密鑒權與加密 鑒權中心鑒權中心(AU

54、C)(AUC)為鑒權與加密提供了三參為鑒權與加密提供了三參數(shù)組數(shù)組(RAND#, SRES(RAND#, SRES和和K Kc c) )。 在用戶入網簽約時，用戶鑒權鍵在用戶入網簽約時，用戶鑒權鍵KiKi連同連同IMSIIMSI一起分配給用戶，這樣每一個用戶均有惟一一起分配給用戶，這樣每一個用戶均有惟一的的K Ki i和和IMSIIMSI，它們存儲于，它們存儲于AUCAUC數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫和SIMSIM卡中。卡中。 根據(jù)根據(jù)HLRHLR的請求，的請求，AUCAUC按下列步驟產生一按下列步驟產生一個三參數(shù)組。個三參數(shù)組。 圖圖 9-26 AUC產生三參數(shù)組產生三參數(shù)組 IMSI 1KiIMSI 2

55、Ki數(shù)據(jù)庫IMSI和鑒權RAND產生隨機數(shù)加密算法A8鑒權算法A3結果結果KcSRESRANDKcSRESRANDIMSI：國際移動用戶識別Kc：密鑰Ki：用戶鑒權鍵SRES ：符號響應RAND：隨機數(shù)將三參數(shù)組傳送給HLR三參數(shù)組7.3.2 7.3.2 鑒權與加密鑒權與加密 1. 鑒權鑒權 （Authentication）圖圖 7-27 鑒權程序鑒權程序AUC存儲HLR中所有用戶的鑒權鍵 KiHLRMSC/VLRMS存儲有關的用戶信息 對所有用戶產生 三參數(shù)組 RAND/Kc/SRES臨時存儲所有用戶的三參數(shù)組(每用戶1至10個三參數(shù)組)依請求發(fā)給VLR存儲所有訪問用戶的三參數(shù)組RAND/K

56、c/SRES（每用戶1至7個三參數(shù)組）接入請求RAND算法 A3RANDKiSRESSRESAUCSRESMS=否不能接入是接入RAND/Kc/SRES7.3.2 7.3.2 鑒權與加密鑒權與加密 7.3.2 7.3.2 鑒權與加密鑒權與加密 移動通信的加密移動通信的加密加密開始時根據(jù)加密開始時根據(jù)MSC/VLR發(fā)出的發(fā)出的加密指令，加密指令，BTS側和側和MS側均開始側均開始使用使用Kc（由（由A8算法獲得）。算法獲得）。MS側，由側，由Kc、TDMA幀號一起經幀號一起經A5算法，對用戶信息數(shù)據(jù)流加密，算法，對用戶信息數(shù)據(jù)流加密，在無線路徑上傳輸。在無線路徑上傳輸。BTS側，把從無線信道上收

57、到的加側，把從無線信道上收到的加密信息流、密信息流、TDMA幀號和幀號和Kc，再經，再經過過A5算法解密后，傳送給算法解密后，傳送給BSC和和MSC。7.3.2 7.3.2 鑒權與加密鑒權與加密 2. 加密加密 （Encryption）Handoff Strategies When a mobile moves into a different cell while a conversation is in progress, the MSC automatically transfers the call to a new channel belonging to the new base

58、station. Handoffs must be performed successfully and as in frequently as possible, and be imperceptible to the users. Handoff algorithms parameters: signal level, handoff threshold, handoff time, dwell time.7.3.4 7.3.4 過區(qū)切換過區(qū)切換 (1) 同一個BSC控制區(qū)內不同小區(qū)之間的切換，也包括不同扇區(qū)之間的切換。 圖 7-33 同一個BSC的過區(qū)切換 BSCMSCVLR新鏈路原鏈路

59、BSC需要建立與新需要建立與新基站之間的鏈路，基站之間的鏈路，并在新的小區(qū)基站并在新的小區(qū)基站分配一個業(yè)務信道分配一個業(yè)務信道TCH。網絡網絡MSC對這種切對這種切換不做控制換不做控制 。7.3.4 7.3.4 過區(qū)切換過區(qū)切換MSC參與切換過程參與切換過程原原BSC向向MSC請求切換請求切換建立建立MSC與新的與新的BSC、新的、新的BTS的鏈路的鏈路選擇并保留新小區(qū)空閑選擇并保留新小區(qū)空閑TCH 供供MS切換后使用切換后使用命令命令MS切換到新頻率的新的切換到新頻率的新的TCH上上切換成功后切換成功后MS需要了解周圍需要了解周圍小區(qū)的信息，若位置區(qū)域發(fā)生小區(qū)的信息，若位置區(qū)域發(fā)生了變化，呼

60、叫完成后必須進行了變化，呼叫完成后必須進行位置更新位置更新 圖圖 7-34 同一個同一個MSC/VLR區(qū)，區(qū)，不同切換示意不同切換示意BSC間切換示意間切換示意 (2) 同一同一MSC下不同下不同BSC的區(qū)間切換。的區(qū)間切換。 7.3.4 7.3.4 過區(qū)切換過區(qū)切換(3) 不同不同MSC/VLR的區(qū)間切換。的區(qū)間切換。 圖圖 7-36 不同不同MSC/VLR的切換示意的切換示意 BSCMSC1VLR新鏈路BSC2MSC2VLR原鏈路切換號碼切換號碼（HON，Handover Number） 路由信息由切換號碼提供路由信息由切換號碼提供 HON=CC+NDC+SN CC為國家碼為國家碼 NDC