GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)

1、GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蘭州理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院通信工程系 2009 年12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 了解GSM的歷史背景、業(yè)務(wù)、編號(hào)、 鑒權(quán)與加密、無線信道、GPRS。 理解GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其各部分的功能、接口及其位置、呼叫方案和處理過程以及明確本課內(nèi)容的教學(xué)目標(biāo)。本章重點(diǎn)： GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及

2、其各部分的功能、接口及其位置、呼叫方案和處理過程。本章教學(xué)目的12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 6.1 引言 6.2 GSM的電信業(yè)務(wù) 6.3 GSM結(jié)構(gòu) 6.4 GSM較模擬網(wǎng)的優(yōu)勢(shì) 6.5 GSM網(wǎng)絡(luò)接口 6.6 GSM的編號(hào)、 鑒權(quán)與加密 6.7 GSM無線信道 6.8 GSM呼叫接續(xù) 6.9 GSM通向3G的一個(gè)重要里程碑GPRS本章小結(jié)本章內(nèi)容 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou

3、 University of Technology 6.1 引 言 表6-1 全球移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM的發(fā)展里程碑 日 期 成 果 1982年 “移動(dòng)通信特別組”在歐洲郵政與電信大會(huì)(CEPT)內(nèi)成立 1986年 建立一永久核心 1987年 在1986年圓形系統(tǒng)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上, 選擇了主要無線傳輸技術(shù) 1988年 18個(gè)國(guó)家簽署諒解備忘錄, 并決定將GSM正式定名為“全球移動(dòng)通信系統(tǒng)”(Global System for Mobile Communications) 1989年 GSM成立歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)的一個(gè)技術(shù)委員會(huì) 1990年 第一階段GSM 900規(guī)范(1987-1990年制定)被凍結(jié),

4、開始DCS1800的修改 1991年 第一個(gè)系統(tǒng)在Telecom 91展示會(huì)上運(yùn)行 DCS1800規(guī)范被凍結(jié) 1992年 歐洲各大GSM900營(yíng)運(yùn)者開始商業(yè)營(yíng)運(yùn) 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 6.2 GSM的電信業(yè)務(wù) 圖6-1 電信業(yè)務(wù)和承載業(yè)務(wù) 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 6.2.1 承載業(yè)務(wù) 表6-2列出了GSM的承載業(yè)務(wù)。

5、 業(yè) 務(wù) 內(nèi) 容 異步數(shù)據(jù) 3009600 b/s 同步數(shù)據(jù) 12009600 b/s PAD接入 3009600 b/s, 分組打包和拆包， 為GSM用戶接入分組網(wǎng)提供一個(gè)異步連接。該業(yè)務(wù)只能由移動(dòng)臺(tái)主叫發(fā)起 分組接入 24009600 b/s，為GSM用戶接入分組網(wǎng)提供一個(gè)同步連接。 該業(yè)務(wù)只能由移動(dòng)臺(tái)主叫發(fā)起 話音/數(shù)據(jù)交替 在呼叫過程中, 提供話音和數(shù)據(jù)的交替 話音后數(shù)據(jù) 先話音連接, 而后進(jìn)入數(shù)據(jù)連接 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 6.2.2 電信業(yè)務(wù)

6、 1. 電話 電話業(yè)務(wù)是GSM移動(dòng)通信網(wǎng)提供的最重要業(yè)務(wù)。經(jīng)過GSM網(wǎng)和PSTN網(wǎng)，能為數(shù)字移動(dòng)客戶之間、數(shù)字蜂窩移動(dòng)電話網(wǎng)客戶與模擬蜂窩移動(dòng)電話網(wǎng)客戶之間以及與固定網(wǎng)客戶之間，提供實(shí)時(shí)雙向通信，其中包括各種特服呼叫、各類查詢業(yè)務(wù)和申告業(yè)務(wù)，以及提供人工、自動(dòng)無線電尋呼業(yè)務(wù)。12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 2. 緊急呼叫業(yè)務(wù)緊急呼叫業(yè)務(wù)來源于電話業(yè)務(wù)，它允許數(shù)字移動(dòng)客戶在緊急情況下，進(jìn)行緊急呼叫操作，即撥119或110或120等時(shí)，依據(jù)客戶所處基站位置，就近接入火

7、警中心(119)、匪警中心(110)、急救中心(120)等。當(dāng)客戶按緊急呼叫鍵(SOS鍵)時(shí)，應(yīng)向客戶提示如何撥叫緊急中心。 緊急呼叫業(yè)務(wù)優(yōu)先于其它業(yè)務(wù)，在移動(dòng)臺(tái)沒有插入客戶識(shí)別卡(SIM)或移動(dòng)客戶處于鎖定狀態(tài)時(shí)，也可按SOS鍵或撥112(歐洲統(tǒng)一使用的緊急呼叫服務(wù)中心號(hào)碼，目前我國(guó)使用的移動(dòng)臺(tái)均符合歐洲標(biāo)準(zhǔn))，即可接通緊急呼叫服務(wù)中心(目前我國(guó)GSM移動(dòng)通信網(wǎng)是用送輔導(dǎo)音方式，提示客戶撥不同緊急呼叫服務(wù)中心號(hào)碼呼叫不同緊急服務(wù)中心，因我國(guó)各緊急呼叫服務(wù)中心尚未聯(lián)網(wǎng))。12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou Unive

8、rsity of Technology 3. 短信息業(yè)務(wù)（SMS） GSM可以提供給用戶的短消息業(yè)務(wù)，使GSM用戶無需同時(shí)攜帶尋呼機(jī)。GSM設(shè)計(jì)者還允許移動(dòng)用戶發(fā)送短消息，即開展雙向短消息業(yè)務(wù)。對(duì)于MO/PP (SMS-MT/PP-Mobil Terminated Short Message Service)和MT/PP(SMS-MO/PP mobile-originated Short Message Service) 兩類短消息業(yè)務(wù) 業(yè)務(wù)中心是作為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)中心，該業(yè)務(wù)中心在功能上與GSM網(wǎng)絡(luò)分開。所有GSM點(diǎn)對(duì)點(diǎn)短消息都來自或去向該業(yè)務(wù)中心。 GSM允許短消息在一次呼叫中發(fā)送或空閑時(shí)發(fā)送。

9、 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 4. 可視圖文接入 5. 智能用戶電報(bào)傳送 6. 傳真 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 表 6-3 電 信 業(yè) 務(wù)業(yè) 務(wù) 內(nèi) 容 話音服務(wù) 全速（13 kb/s）， 半速（6.5 kb/s）。 這項(xiàng)服務(wù)提供語(yǔ)音信息和語(yǔ)音信號(hào)到網(wǎng)絡(luò)的傳輸 緊急呼叫 典型的是， 緊急電話在一些受限的情況下， 更具有優(yōu)先權(quán)

10、。 一般只提供移動(dòng)用戶主叫發(fā)起 短消息服務(wù)（到移動(dòng)電話終端， MT/PP） 短字符消息，小于160個(gè)字符。這項(xiàng)服務(wù)用于消息處理系統(tǒng)（服務(wù)中心）提供短消息給移動(dòng)用戶 短消息服務(wù)（移動(dòng)電話發(fā)起， MO/PP） 短字符消息，小于160個(gè)字符。這項(xiàng)服務(wù)用于移動(dòng)用戶給消息處理系統(tǒng)（服務(wù)中心）提供短消息。以下由移動(dòng)用戶發(fā)起的呼叫可以進(jìn)行傳輸：一個(gè)在存儲(chǔ)器中預(yù)先存儲(chǔ)的消息；從撥號(hào)盤上發(fā)起的一串?dāng)?shù)字；從另外的鍵盤或設(shè)備終端與移動(dòng)臺(tái)相連的信息 短消息傳輸（小區(qū)廣播） 短字符消息，小于93個(gè)字符。這項(xiàng)服務(wù)用于傳輸對(duì)小區(qū)范圍內(nèi)的所有的移動(dòng)用戶。這是一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的服務(wù) 自動(dòng)傳真 第3類傳真。這項(xiàng)服務(wù)自動(dòng)提供第3類呼叫和

11、被呼模式傳真 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 6.2.3 補(bǔ)充業(yè)務(wù) 表5-4 GSM支持的補(bǔ)充業(yè)務(wù) 業(yè) 務(wù) 內(nèi) 容 號(hào)碼識(shí)別 主叫號(hào)碼顯示(CLIP)主叫線號(hào)碼限制(CLIR)連接線顯示(CoLP)連接線限制(CoLR) 呼叫服務(wù) 前向呼叫無條件轉(zhuǎn)移（CFU）移動(dòng)臺(tái)忙時(shí)前向呼叫（CFB）無應(yīng)答前向呼叫（CFNRy）移動(dòng)用戶未能達(dá)到前向呼叫 呼叫完成 呼叫保持（HOLD）呼叫等待（CW） 12 八月 2022College of Computer and Commu

12、nication, Lanzhou University of Technology 表6-4 GSM支持的補(bǔ)充業(yè)務(wù) 業(yè) 務(wù) 內(nèi) 容 多方 多方業(yè)務(wù)(MPTY) 興趣群體 密切用戶群 計(jì)費(fèi) 計(jì)費(fèi)信息提示(AoCI) 計(jì)費(fèi)費(fèi)用提示(AoCC) 呼叫限制 所有呼叫禁止(BAOC)國(guó)際呼出禁止(BOIC)除撥向歸屬國(guó)家的國(guó)際呼出禁止(BOIC-exHC)所有呼入禁止(BAIC)漫游出歸屬國(guó)家呼入禁止(BIC-Roam) 無結(jié)構(gòu)化 無結(jié)構(gòu)化補(bǔ)充業(yè)務(wù)數(shù)據(jù) 營(yíng)運(yùn)者確定限制 由營(yíng)運(yùn)者確定的不同呼叫/業(yè)務(wù)限制 12 八月 2022College of Computer and Communication, L

13、anzhou University of Technology 6.3 GSM結(jié)構(gòu) 圖6-2 GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 系統(tǒng)的組成 交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS） 無線基站子系統(tǒng)（BSS ）操作維護(hù)子系統(tǒng)（OMC）移動(dòng)臺(tái)(MS+SIM ) 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 移動(dòng)臺(tái)就是移動(dòng)客戶設(shè)備部分，它由兩部分組成，移動(dòng)

14、終端(MS)和客戶識(shí)別卡（SIM）。移動(dòng)終端就是“機(jī)”，它可完成話音編碼、信道編碼、信息加密、信息的調(diào)制和解調(diào)、信息發(fā)射和接收。SIM卡就是“身份卡”，它類似于我們現(xiàn)在所用的IC卡，因此也稱作智能卡，存有認(rèn)證客戶身份所需的所有信息(用戶識(shí)別號(hào)、位置信息和有關(guān)保密數(shù)據(jù)（如密鑰）、禁止GSM網(wǎng)絡(luò)和參考語(yǔ)言),并能執(zhí)行一些與安全保密有關(guān)的重要信息，以防止非法客戶進(jìn)入網(wǎng)路。SIM卡還存儲(chǔ)與網(wǎng)路和客戶有關(guān)的管理數(shù)據(jù)，只有插入SIM后移動(dòng)終端才能接入進(jìn)網(wǎng)，但SIM卡本身不是代金卡。 6.3.1 移動(dòng)臺(tái)12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanz

15、hou University of Technology 表6-5 GSM900系統(tǒng)的移動(dòng)臺(tái)功率等級(jí) 功率級(jí) 移動(dòng)臺(tái)最大功率 120W28W35W42W50.8W12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 表6-6 DCS1800系統(tǒng)的移動(dòng)臺(tái)功率等級(jí) 功率級(jí)移動(dòng)臺(tái)最大功率11W20.25W12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 6.3.2無線基站子系統(tǒng)（

16、BSS ） 包括：基站控制器 (BSC)和基站收發(fā)信機(jī)（BTS） 表6-7 基站的功率等級(jí) 功率級(jí) GSM900基站的最大功率 DCS1800基站的最大功率 1320W20W2160W10W380W5W440W2.5W520W610W75W82.5W12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 6.3.2.1 基站控制器（BSC） 具有對(duì)一個(gè)或多個(gè)BTS進(jìn)行控制的功能，它主要負(fù)責(zé)無線網(wǎng)路資源的管理、小區(qū)配置數(shù)據(jù)管理、功率控制、定位和切換等，是個(gè)很強(qiáng)的業(yè)務(wù)控制點(diǎn)。12 八月 20

17、22College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 6.3.2.2 基站收發(fā)信機(jī)（BTS）無線接口設(shè)備完全由BSC控制主要負(fù)責(zé)無線傳輸完成無線與有線的轉(zhuǎn)換、無線分集、無線信道加密、跳頻等功能。 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 6.3.2.3 發(fā)送編碼器和速率適配器單元（TRAU） TRAU網(wǎng)絡(luò)單元負(fù)責(zé)對(duì)16kb/s到64kb/s的用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送編碼及速率適配。 在物理

18、上，TRAU可以在BTS任何一邊，即在BTS和BSC的BTS邊；或在BSC和MSC的BSC邊或MSC邊。通常在BSC和MSC的BSC邊。 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 6.3.3 交換網(wǎng)路子系統(tǒng) 交換網(wǎng)路子系統(tǒng)（NSS）主要完成交換功能和客戶數(shù)據(jù)與移動(dòng)性管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫(kù)功能。 包括： MSC、HLR 、 VLR 、 AUC 、EIR 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou Un

19、iversity of Technology 1 移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（MSC） GSM系統(tǒng)的核心，對(duì)應(yīng)于它所覆蓋區(qū)域中的移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行控制和完成話路交換的功能實(shí)體，是移動(dòng)通信系統(tǒng)與其它公用通信網(wǎng)之間的接口?？赏瓿删W(wǎng)路接口、公共信道信令系統(tǒng)和計(jì)費(fèi)等功能，還可完成BSS、MSC之間的切換和輔助性的無線資源管理、移動(dòng)性管理等。為了建立至移動(dòng)臺(tái)的呼叫路由，每個(gè)MS、還應(yīng)能完成入口MSC（GMSC）的功能，即查詢位置信息的功能。12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 2 歸屬位置寄存器（

20、HLR） 存儲(chǔ)管理部門用于移動(dòng)客戶管理的數(shù)據(jù)庫(kù)。每個(gè)移動(dòng)客戶都應(yīng)在其歸屬位置寄存器（HLR）注冊(cè)登記。它主要存儲(chǔ)兩類信息：一是有關(guān)客戶的參數(shù)；二是有關(guān)客戶目前所處位置的信息，以便建立至移動(dòng)臺(tái)的呼叫路由，例如MSC、VLR地址等12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 3 訪問者位置寄存器（VLR） 存儲(chǔ)MSC為了處理所管轄區(qū)域中MS（統(tǒng)稱拜訪客戶）的來話、去話呼叫所需檢索的信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，例如客戶的號(hào)碼，所處位置區(qū)域的識(shí)別，向客戶提供的服務(wù)等參數(shù)。12 八月 2022Coll

21、ege of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 4 鑒權(quán)中心（AUC） 認(rèn)證移動(dòng)用戶的身份以及產(chǎn)生相應(yīng)認(rèn)證參數(shù)的功能實(shí)體。用于產(chǎn)生為確定移動(dòng)客戶的身份和對(duì)呼叫保密所需鑒權(quán)、加密的三參數(shù)（隨機(jī)號(hào)碼RAND，符合響應(yīng)SRES，密鑰Kc）的功能實(shí)體。 AUC只與HLR通信。12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 5 設(shè)備識(shí)別寄存器（EIR） 一個(gè)存儲(chǔ)有關(guān)移動(dòng)臺(tái)設(shè)備參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。主要完成對(duì)移動(dòng)

22、設(shè)備的識(shí)別、監(jiān)視、閉鎖等功能，以防止非法移動(dòng)臺(tái)的使用。 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 6.3.4 操作維護(hù)子系統(tǒng)（OMC） 主要是對(duì)整個(gè)GSM網(wǎng)路進(jìn)行管理和監(jiān)控。通過它實(shí)現(xiàn)對(duì)GSM網(wǎng)內(nèi)各種部件功能的監(jiān)視、狀態(tài)報(bào)告、故障診斷等功能。OMC與MSC之間的接口目前還未開放，因?yàn)镃CITT對(duì)電信網(wǎng)路管理的Q3接口標(biāo)準(zhǔn)化工作尚未完成。 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University o

23、f Technology 6.4 GSM較模擬網(wǎng)的優(yōu)勢(shì) 6.4.1 GSM系統(tǒng)在抗瑞利衰落及干擾方面均優(yōu)于TACS系統(tǒng) 1. GSM系統(tǒng)具有較為完善的對(duì)抗瑞利衰落和符號(hào)間干擾的措施 （1）天線（空間）分集。 當(dāng)分集天線間距56m時(shí)， 最大可獲得約6dB的分集增益。12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology （2） 跳頻 由于瑞利衰落的衰落谷點(diǎn)隨頻率不同而發(fā)生在不同地點(diǎn)，因此，使載頻在幾個(gè)頻率點(diǎn)上變化（跳頻），可減少信息損失，然后通過復(fù)雜的信息處理過程重新恢復(fù)全部信息。 跳頻只

24、對(duì)慢速移動(dòng)用戶有好處，其得益約為14dB（當(dāng)無天線分集時(shí)，最多可達(dá)4dB, 當(dāng)有二重分集時(shí)，最多可有2.5 dB）。但是，當(dāng)一個(gè)基站或小區(qū)只有2個(gè)載波時(shí)，不能獲得跳頻增益。 (3）均衡GSM規(guī)范要求均衡器能處理時(shí)延高達(dá)15us的反射信號(hào)，大約相當(dāng)于4bit時(shí)間。 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 2. 要求干擾保護(hù)比低無跳頻時(shí)要求C/I12dB有跳頻時(shí)要求C/I9dB鄰道干擾保護(hù)比要求C/I-9dB，載波偏離400 kHz時(shí)，要求C/I-41dB。 12 八月 20

25、22College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 由于同頻干擾保護(hù)比只要求大于等于912dB，可以采用43方式， 如果有跳頻功能而且網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃考慮周全，也可采用33或26方式。無論采用無方向性天線或有方向性天線， 以及無論哪一種復(fù)用方式，都應(yīng)避免相鄰載波在相鄰基站或小區(qū)使用。選用33復(fù)用方式時(shí)不能避免相鄰頻道在相鄰小區(qū)內(nèi)使用。 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 6.4.2

26、 GSM系統(tǒng)與TACS系統(tǒng)的性能比較 1. GSM系統(tǒng)頻率利用率高、系統(tǒng)容量高(1) TACS系統(tǒng) 共有400個(gè)頻道，按73復(fù)用方式計(jì)算，每個(gè)扇區(qū)只有(19-1)18個(gè)話音頻道可用。每個(gè)用戶忙時(shí)話務(wù)量0.027erl計(jì)算，一個(gè)3小區(qū)的基站可負(fù)荷13.385（有頻道呼損率）3=40.155 erl的話務(wù)量或可容1487個(gè)用戶。 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology (2) GSM系統(tǒng) 10MHz共有50個(gè)載波400個(gè)頻道，按43復(fù)用方式計(jì)算，每個(gè)扇區(qū)有31或32個(gè)話音信道

27、，一個(gè)3扇區(qū)的基站可負(fù)荷78.292erl的話務(wù)量或可容2899個(gè)用戶。如果按33復(fù)用方式， 則每個(gè)扇區(qū)有42或43個(gè)話音信道，一個(gè)3扇區(qū)的基站可負(fù)荷110.713erl的話務(wù)量或可容4100個(gè)用戶。以上按目前采用的全速率（FR）計(jì)算所得結(jié)果， 如按半速率（HR）考慮， 則有： 43復(fù)用方式可容177.82 erl的話務(wù)量或可容6586個(gè)用戶； 33復(fù)用方式可容244.83 erl的話務(wù)量或可容9067個(gè)用戶。 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology (3) GSM與TA

28、CS兩個(gè)系統(tǒng)的頻譜利用率及容量比較，見表5-8。 表6-8 GSM與TACS的頻譜利用率及容量比較 頻率復(fù)用方式 頻譜利用率 系統(tǒng)容量 GSM（FR）/TACS GSM（HR）/TACS GSM（FR）/TACS GSM（HR）/TACS GSM 43 1.743.591.954.43TACS 73 GSM 33 2.354.812.766.1TACS 73 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 2. GSM系統(tǒng)具有開放的接口和通用的接口標(biāo)準(zhǔn) 3. GSM系統(tǒng)支持電信業(yè)

29、務(wù)、 承載業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù) 4. GSM系統(tǒng)的保密性和安全性大大提高 利用用戶識(shí)別鑒權(quán)可以防止無權(quán)用戶使用GSM系統(tǒng)。 利用用戶識(shí)別保密，則可使竊聽者不能確定在無線路徑上使用資源的是哪一個(gè)用戶，以保證用戶識(shí)別系統(tǒng)的安全與保密。 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 6.5 GSM網(wǎng)絡(luò)接口 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 6.5.1 空中接口（

30、Um） 圖6-3 空中接口的協(xié)議堆棧 每個(gè)RF八個(gè)時(shí)隙 ISDN協(xié)議的改進(jìn)型 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 圖6-4 A-bis的接口協(xié)議堆棧 6.5.2 A-bis 接口 物理接口E112 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 6.5.3 A接口 圖6-5 A接口協(xié)議堆棧 12 八月 2022College of Computer and C

31、ommunication, Lanzhou University of Technology 6.5.4 PSTN接口GSM結(jié)構(gòu)是建立在ISDN接入的基礎(chǔ)上的。為了充分利用ISDN業(yè)務(wù)的優(yōu)點(diǎn)，MSC通過以CCS7為基礎(chǔ)的協(xié)議如ISUP連接公共交換電話網(wǎng)PSTN。 在GSM中，無ISUP信令方案連接，PSTN就無法支持基本呼叫。12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 6.5.5 移動(dòng)應(yīng)用部分（MAP） 圖6-6 MAP界面協(xié)議堆棧 12 八月 2022College of

32、Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 1. MAP-B 2. MAP-C 3. MAP-D 4. MAP-E 5. MAP-F 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 6.6 GSM的編號(hào)、鑒權(quán)與加密 6.6.1 編號(hào)和路由 1. 移動(dòng)用戶ISDN號(hào)（MSISDN）移動(dòng)用戶漫游號(hào)（MSRN） MSISDN包含國(guó)家代碼（CC）、 國(guó)家目的代碼（NDC）和用戶碼（SN）12 八月 2022Co

33、llege of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 2. 國(guó)際移動(dòng)用戶識(shí)別碼（IMSI） 圖6-7 IMSI結(jié)構(gòu) 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 3. 臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別號(hào) 存儲(chǔ)在移動(dòng)臺(tái)和SIM卡中的信息 縮寫 全 名 解 釋 IMSI 國(guó)際移動(dòng)用戶識(shí)別碼 它是作為惟一的用戶識(shí)別碼， 但不是可撥打的號(hào)碼 TMSI 臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別號(hào) 由VLR分配使用在空中接口， 是出于安全意圖。

34、 它確保用戶的保密性 IMEI 國(guó)際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼 用于空中接口， 提供設(shè)備識(shí)別號(hào)。 手機(jī)的惟一識(shí)別號(hào) 圖6-8 在GSM中用于記數(shù)和鑒別的參數(shù)12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 縮寫 全 名 解 釋 MSISDN移動(dòng)用戶ISDN號(hào) 可撥打的移動(dòng)用戶電話號(hào) MSRN移動(dòng)臺(tái)漫游號(hào) GSM網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部使用， 提供被訪的MSC路由 網(wǎng)絡(luò)使用的路由信息 圖6-9 在GSM中用于記數(shù)和鑒別的參數(shù)呼叫流程.exe12 八月 2022College of Computer and Co

35、mmunication, Lanzhou University of Technology 4. 位置區(qū)域(location areas) 圖6-9 定位區(qū)域和小區(qū)識(shí)別參數(shù) 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology (1) 位置識(shí)別碼（LAI）和小區(qū)識(shí)別碼(CI) LAI有MCC、MNC和LAC（Location Area Code）。在檢測(cè)位置更新和信道切換時(shí)，要使用位置區(qū)識(shí)別標(biāo)志。號(hào)碼結(jié)構(gòu)為：三位數(shù)字 兩位數(shù)字 最大16 bit MCC MNC LAC (2) 基站識(shí)別

36、碼(BSIC) 結(jié)構(gòu)為： 3 bit 3 bitNCC BCC NCC為網(wǎng)絡(luò)色碼，用來識(shí)別相鄰的移動(dòng)通信網(wǎng)。BCC為BTS色碼， 用來識(shí)別相同載波的不同基站。 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 位置區(qū)劃分的示意圖 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 6.6.2 鑒權(quán)與加密(Authentication and Ciphering) 圖6-1

37、0 GSM的鑒權(quán)過程 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 圖6-11 GSM的加密過程 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 6.7 GSM無線信道6.7.1 頻域分析 GSM900/1800系統(tǒng)使用900/1800MHz頻段, 收發(fā)頻差為45/95 MHz。每個(gè)射頻（RF）信道頻道寬度為200kHz, 共有8個(gè)時(shí)隙信道。每個(gè)RF信道由一個(gè)上行

38、和一個(gè)下行頻率對(duì)組成， 這種方式稱為頻分雙工（FDD）。由于各基站(BTS)會(huì)占用頻段中任何一組頻率, 移動(dòng)臺(tái)必須有在整個(gè)頻段上發(fā)送和接收信號(hào)的能力。 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 6.7.2 時(shí)域分析GSM將每個(gè)用戶安排在無線信道的8個(gè)不同時(shí)隙一個(gè)時(shí)隙中并只能在該時(shí)隙發(fā)送。時(shí)隙從07編碼。這相同頻率的8個(gè)時(shí)隙被稱為一個(gè)TDMA幀。用戶在某一時(shí)隙發(fā)送被稱為突發(fā)時(shí)隙(burst)。一個(gè)突發(fā)長(zhǎng)度時(shí)隙為577s，一幀為4.615ms。若用戶在上行頻率的0時(shí)隙發(fā)送，則將

39、在下行頻率的0時(shí)隙接收。12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 幀結(jié)構(gòu)由若干個(gè)TDMA幀構(gòu)成復(fù)幀，其結(jié)構(gòu)有兩種：業(yè)務(wù)復(fù)幀:由 26 TDMA幀組成的復(fù)幀，這種復(fù)幀長(zhǎng) 120 ms，主要用于業(yè)務(wù)信息的傳輸.控制復(fù)幀:是由 51 TDMA幀組成的復(fù)幀，這種復(fù)幀長(zhǎng) 235.385 ms，專用于傳輸控制信息.12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 由 51個(gè)

40、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(zhǎng) 51264.61510-36.12秒。由2048個(gè)超幀組成超高幀，超高幀的周期為20481326=2715648個(gè)TDMA 幀，即12533.76秒，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 2715647。 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 業(yè)務(wù)復(fù)幀控制復(fù)幀12 八月 2022College of Computer and Communica

41、tion, Lanzhou University of Technology 6.7.3 語(yǔ)音編碼(Speech Coding) 圖6-12 不同GSM接口的語(yǔ)音傳輸示意(發(fā)送編碼和速率適配單元)凈速率260bit/20ms=13k全速率456bit/20ms=22.8k12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 6.7.4 信道編碼(Channel Coding) 圖6-13 語(yǔ)音編解碼的前向糾錯(cuò)（全速業(yè)務(wù)信道） 12 八月 2022College of Computer

42、and Communication, Lanzhou University of Technology 6.7.5 交織（Interleaving） 交織是用來抗瑞利衰落影響的。瑞利衰落是頻率選擇性衰落，它引起大塊數(shù)據(jù)連續(xù)出錯(cuò)，使接收機(jī)上很難正確接收。GSM所采用的交織是一種既有塊交織又有比特交織的交織技術(shù)。12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 全速語(yǔ)音的時(shí)塊被交織成8個(gè)突發(fā)時(shí)隙，即，從語(yǔ)音編碼器來的兩個(gè)20ms456bit輸出被分裂成8個(gè)時(shí)塊，每個(gè)子塊257個(gè)比特，再

43、將每257個(gè)比特進(jìn)行比特交織，然后再根據(jù)奇偶原則分配到不同的突發(fā)塊口。12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 6.7.6 調(diào)制 GSM采用GMSK（高斯最小移頻鍵控）調(diào)制。GMSK具有每符號(hào)bit的有效性，由于這種調(diào)制技術(shù)有個(gè)很窄的功率譜，12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 如接入許可CH6.7.7 信道組成(Channel Organizati

44、on) 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 用于GSM的各類突發(fā)時(shí)隙 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 6.7.8 不連續(xù)發(fā)送和話音激活檢測(cè) GSM不連續(xù)發(fā)送（DTX）能在通話期對(duì)話音進(jìn)行13kb/s編碼，在停頓期用500b/s編碼。12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzh

45、ou University of Technology 6.7.9 定時(shí)前置和功率控制 1. 定時(shí)前置（Timing Advance）GSM具有非常嚴(yán)格的時(shí)間同步系統(tǒng)， 處理傳輸時(shí)延變化的方法是考慮可能的最大傳輸時(shí)延。在每個(gè)時(shí)隙片的結(jié)尾要留有足夠的保護(hù)時(shí)間作補(bǔ)償。定時(shí)前置允許對(duì)每個(gè)時(shí)隙的上行發(fā)送時(shí)間獨(dú)立控制，遠(yuǎn)離BTS的MS要求比離BTS近的MS發(fā)射早。在GSM中最大的定時(shí)前置限制小區(qū)尺寸在35km左右。 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 2. 功率控制 在GSM中

46、，功率電平每60ms變化臺(tái)階為2dB（步長(zhǎng)）。上行功率控制范圍是2030dB；下行功率控制范圍一般可達(dá)30dB。BSS是功率控制的管理者，通過指令規(guī)定BTS和MS的功率。12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 6.8 GSM呼叫接續(xù)(自學(xué))6.9 三種TDMA系統(tǒng)分析比較(自學(xué))12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology GSM網(wǎng)絡(luò)采用線路交換的方式,主

47、要用于語(yǔ)音通話，因特網(wǎng)上的數(shù)據(jù)傳遞則采用分組交換的方式，因而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)彼此獨(dú)立運(yùn)行的情況。制定GPRS( General Packet Radio Service 通用分組無線業(yè)務(wù))標(biāo)準(zhǔn)的目的：是改變兩種網(wǎng)絡(luò)互相獨(dú)立的現(xiàn)狀，使GSM網(wǎng)輕易地實(shí)現(xiàn)與高速數(shù)據(jù)分組的接入。6.10 GSM通向3G的一個(gè)重要里程碑 GPRS(通用分組無線業(yè)務(wù))（了解）12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology GPRS網(wǎng)絡(luò) 12 八月 2022College of Computer and Commun

48、ication, Lanzhou University of Technology 6.9.1 GPRS標(biāo)準(zhǔn)制定的過程與階段GPRS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各個(gè)部分的標(biāo)準(zhǔn) 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 第1階段： （1） GPRS網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸。 （2） 定義GPRS網(wǎng)絡(luò)所需要的各種識(shí)別碼（Identity）。 這一工作是同GSM網(wǎng)絡(luò)內(nèi)要定義的包括IMEI、IMSI等識(shí)別碼是一樣的。 （3） 當(dāng)GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)， 維護(hù)分組安全的特殊算法（Algorithm

49、）。 （4） 根據(jù)傳輸?shù)姆纸M數(shù)據(jù)量確定收費(fèi)的方式。 （5） 原有GSM網(wǎng)絡(luò)上的短信業(yè)務(wù)（SMS）如何以GPRS網(wǎng)絡(luò)來傳送。 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 第2階段： （1） GPRS網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)的聯(lián)機(jī)，可以是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸， 也可以是點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)傳輸，如此則因特網(wǎng)上的電子郵件即可同時(shí)發(fā)送給很多不同的手機(jī)用戶。 （2） 定義出當(dāng)GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送聲音、圖像或多媒體等應(yīng)用業(yè)務(wù)時(shí)，不同的應(yīng)用業(yè)務(wù)所需要不同的傳輸速率與延遲時(shí)間， 即各個(gè)應(yīng)用業(yè)務(wù)傳輸時(shí)所需要的服務(wù)品質(zhì)。 （3） 在

50、許多架設(shè)GPRS網(wǎng)絡(luò)的國(guó)家間，如何實(shí)現(xiàn)國(guó)際漫游的功能。 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 6.9.2 GPRS網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 1. 業(yè)務(wù)設(shè)備結(jié)點(diǎn)SGSN傳輸GPRS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)分組(類似通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的路由器)，將BSC送出的數(shù)據(jù)分組路由到其他的SGSN，或是由GGSN將分組傳遞到外部的因特網(wǎng)。 GPRS移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)最大的區(qū)別，就是GPRS網(wǎng)絡(luò)增加了手機(jī)或終端的移動(dòng)性管理（Mobility Management），同GSM網(wǎng)一樣，GPRS網(wǎng)絡(luò)同樣有針對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)?/p>

51、鑒權(quán)、加密功能，12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 2. 網(wǎng)關(guān)設(shè)備結(jié)點(diǎn)GGSN GGSN是GPRS網(wǎng)絡(luò)連接外部因特網(wǎng)的一個(gè)網(wǎng)關(guān)，負(fù)責(zé)GPRS網(wǎng)絡(luò)與外部因特網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換。在GPRS標(biāo)準(zhǔn)的定義內(nèi)，GGSN可以與外部網(wǎng)絡(luò)的路由器、ISP的RADIUS服務(wù)器或是企業(yè)公司的Intranet等IP網(wǎng)絡(luò)相連接，也可以與X.25網(wǎng)絡(luò)相連接，不過全世界大部分的電信營(yíng)運(yùn)商都傾向于只將GPRS網(wǎng)絡(luò)與IP網(wǎng)絡(luò)連接。 12 八月 2022College of Computer and Comm

52、unication, Lanzhou University of Technology 6.9.3 GPRS網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu) SGSN路徑區(qū)域RA（Routing Area）: GSM網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的位置區(qū)域（LA）范圍與GPRS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的RA區(qū)域范圍并不需要完全相同，通常一個(gè)RA區(qū)域范圍包含許多的LA區(qū)，通常與電信營(yíng)運(yùn)商對(duì)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃有關(guān)。 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology SGSN服務(wù)區(qū)域（Service Area） 在GPRS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，多個(gè)SGSN路徑區(qū)域RA共同組成一個(gè)SGSN服務(wù)區(qū)域（Service Area）， SGSN服務(wù)區(qū)域包含一個(gè) SGSN。 SGSN服務(wù)區(qū)域的范圍并不需要與MSCVLR區(qū)域的涵蓋范圍相同。 12 八月 2022College of Computer and Communication, Lanzhou University of Technology 蜂窩小區(qū)更新GPRS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)MS的操作模式分為三種狀態(tài)。 第一種是閑置狀態(tài)（Idle State）; 第二種狀態(tài)是等待狀態(tài)（Standby State）;第三種狀態(tài)是準(zhǔn)備狀態(tài)（Rea