GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)

GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)是全球第一個(gè)對(duì)數(shù)字調(diào)制方式、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)種類進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。GSM系統(tǒng)在全球得到了迅速發(fā)展，已成為全球用戶最多的移動(dòng)通信系統(tǒng)。本章主要介紹GSM通信系統(tǒng)及其演進(jìn)GPRS、EGPRS相關(guān)知識(shí)，主要內(nèi)容如下。第7章GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)（1）GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及相關(guān)接口與協(xié)議。（2）TDMA幀結(jié)構(gòu)及無(wú)線接口的邏輯信道。（3）GSM系統(tǒng)的號(hào)碼與識(shí)別。（4）GSM系統(tǒng)的移動(dòng)性管理和安全性管理。（5）GPRS網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及業(yè)務(wù)應(yīng)用。（6）GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與網(wǎng)元、接口功能。（7）GPRS系統(tǒng)移動(dòng)性管理。（8）EDGE技術(shù)的演進(jìn)及特點(diǎn)。第7章GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)7.1GSM網(wǎng)絡(luò)接口與協(xié)議7.2GSM系統(tǒng)主要參數(shù)7.37.1GSM系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

7.1.1GSM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能7.1.2基站子系統(tǒng)7.1.3網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)7.1.4操作維護(hù)子系統(tǒng)7.1.5移動(dòng)臺(tái)

7.1.1GSM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能一個(gè)完整的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NetworkSubsystem，NSS）、無(wú)線基站子系統(tǒng)（BaseStationSubsystem，BSS）、操作維護(hù)子系統(tǒng)（OperationSubsystem，OSS）和移動(dòng)臺(tái)（MobileStation，MS）四大子系統(tǒng)組成。圖7-1

GSM蜂窩系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

7.1.2基站子系統(tǒng)基站子系統(tǒng)（BSS）一般指包含了GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)中無(wú)線通信部分的所有基礎(chǔ)設(shè)施，它一端通過(guò)無(wú)線接口直接與移動(dòng)臺(tái)實(shí)現(xiàn)通信連接，另一端又連接到網(wǎng)絡(luò)端的交換機(jī)，為移動(dòng)臺(tái)（MS）和交換子系統(tǒng)提供傳輸通路?；咀酉到y(tǒng)（BSS）是在一定的無(wú)線覆蓋區(qū)中由移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（MSC）控制、與移動(dòng)臺(tái)MS進(jìn)行通信的系統(tǒng)設(shè)備，它主要負(fù)責(zé)完成無(wú)線發(fā)送、接收和無(wú)線資源管理等功能。BSS功能實(shí)體包括基站控制器（BaseStationController，BSC）和基站收發(fā)信機(jī)（BaseTransceiverStation，BTS）。GSM規(guī)范規(guī)定，一個(gè)基站子系統(tǒng)是指一個(gè)BSC以及由它所管轄的所有BTS。1．基站收發(fā)信機(jī)

2．基站控制器

7.1.3網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）主要包括移動(dòng)交換中心和相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)。網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）主要完成交換功能，用戶數(shù)據(jù)與用戶移動(dòng)性管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫(kù)功能。構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）的一系列實(shí)體包括移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（MSC）、訪問(wèn)位置寄存器（VLR）、歸屬位置寄存器（HLR）、設(shè)備識(shí)別寄存器（EIR）、鑒權(quán)中心（AUC）等。1．移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心

2．訪問(wèn)位置寄存器

3．歸屬位置寄存器

4．鑒權(quán)中心

5．移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器

7.1.4操作維護(hù)子子系統(tǒng)1．網(wǎng)絡(luò)管理理網(wǎng)絡(luò)管理（（NetworkManagement）包括所有有的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)運(yùn)行和功能能的管理，，它存儲(chǔ)與與控制運(yùn)行行管理和資資源使用，，從而為用用戶提供一一定質(zhì)量水水平的服務(wù)務(wù)。具體管管理功能如如下。（1）商務(wù)管理理（用戶登登記、終端端、賬單、、統(tǒng)計(jì)等））。（2）安全管理理（非法入入侵檢測(cè)、、授權(quán)等級(jí)級(jí)等）。（3）運(yùn)營(yíng)和性性能管理（（通話質(zhì)量量和話務(wù)量量監(jiān)測(cè)、網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)承載的的變化、維維護(hù)移動(dòng)監(jiān)監(jiān)測(cè)等）。。（4）系統(tǒng)控制制（軟件水水平、新設(shè)設(shè)備和新功功能的引入入等）（見(jiàn)GSM12.06）。（5）維護(hù)（故故障檢測(cè)、、設(shè)備測(cè)試試等）。2．網(wǎng)管TMN的結(jié)構(gòu)圖7-2TMN示意圖3．OMC和NMC在GSM網(wǎng)絡(luò)中所用用的設(shè)備是是多種多樣樣的，主設(shè)設(shè)備收發(fā)信信機(jī)、交換換機(jī)和數(shù)據(jù)據(jù)庫(kù)的供貨貨商也很多多，它們推推薦相應(yīng)的的結(jié)構(gòu)和等等級(jí)。GSM規(guī)范（GSM12.00）推薦了以以下兩種平平臺(tái)。（1）OMC（OperationsandMaintenanceCentre），操作維維護(hù)中心。。（2）NMC（NetworkManagementCentre），網(wǎng)絡(luò)管管理中心。。7.1.5移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)臺(tái)就是是指配有SIM卡的終端設(shè)設(shè)備，如手手機(jī)等，它它是GSM系統(tǒng)的移動(dòng)動(dòng)客戶設(shè)備備部分，由由兩部分組組成：移動(dòng)動(dòng)終端（MobileEquipment，ME）和用戶識(shí)識(shí)別卡（SubscriberIdentityModule，SIM）。1．移動(dòng)終端端2．SIM卡7.2GSM網(wǎng)絡(luò)接口與與協(xié)議為了保證網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)部部門能在充充滿競(jìng)爭(zhēng)的的市場(chǎng)條件件下靈活選選擇不同供供應(yīng)商提供供的數(shù)字蜂蜂窩移動(dòng)通通信設(shè)備，，GSM系統(tǒng)在制定定技術(shù)規(guī)范范時(shí)就對(duì)其其子系統(tǒng)之之間及各功功能實(shí)體之之間的接口口和協(xié)議作作了比較具具體的定義義，使不同同供應(yīng)商提提供的GSM系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)設(shè)備能夠符符合統(tǒng)一的的GSM技術(shù)規(guī)范而而達(dá)到互通通、組網(wǎng)的的目的。為為使GSM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)國(guó)國(guó)際漫游功功能和在業(yè)業(yè)務(wù)上邁入入面向ISDN的數(shù)據(jù)通信信業(yè)務(wù)，必必須建立規(guī)規(guī)范和統(tǒng)一一的信令網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)以傳遞遞與移動(dòng)業(yè)業(yè)務(wù)有關(guān)的的數(shù)據(jù)和各各種信令信信息。GSM系統(tǒng)的公用用陸地移動(dòng)動(dòng)通信網(wǎng)的的信令系統(tǒng)統(tǒng)是以7號(hào)信令網(wǎng)絡(luò)絡(luò)為基礎(chǔ)的的。7.2GSM網(wǎng)絡(luò)接口與與協(xié)議7.2.1GSM系統(tǒng)的主要要接口7.2.2網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)統(tǒng)的內(nèi)部接接口7.2.1GSM系統(tǒng)的主要要接口GSM系統(tǒng)的主要要接口指A接口、Abis接口和Um接口，如圖圖7-3所示。這3個(gè)接口標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)使得電信信運(yùn)營(yíng)部門門能夠把不不同設(shè)備納納入同一個(gè)個(gè)GSM數(shù)字通信網(wǎng)網(wǎng)中。1．A接口2．Abis接口3．Um接口圖7-3GSM系統(tǒng)的主要要接口7.2.2網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)統(tǒng)的內(nèi)部接接口圖7-4網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)統(tǒng)內(nèi)部接口口7.2.2網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)統(tǒng)的內(nèi)部接接口1．移動(dòng)終端端2．SIM卡3．D接口4．E接口5．F接口6．G接口7.3GSM系統(tǒng)主要參參數(shù)7.3.1頻帶的劃分分及使用7.3.2各類空中信信道7.3.3幀結(jié)構(gòu)、復(fù)復(fù)幀結(jié)構(gòu)

特性GSM900DCS1800

（發(fā)射類別）業(yè)務(wù)信道控制信道271KF7W271KF7W271KF7W271KF7W

發(fā)射頻帶（MHz）基站移動(dòng)臺(tái)935~960890~9151805~18801710~1785

雙工間隔45MHz95MHz

射頻帶寬200kHz200kHz

射頻雙工信道總數(shù)124374

基站最大有效發(fā)射功率/射頻載波峰值（W）30020

業(yè)務(wù)信道平均值（W）37.52.5

（小區(qū)半徑（km））最小最大0.51.350.535

接續(xù)方式TDMATDMA

調(diào)制GMSKGMSK

傳輸速率（kbit/s)270.833270.833（全速率語(yǔ)音編譯碼）比特率（kbit/s)誤差保護(hù)139.8139.8編碼算法RPE-LTPRPE-LTP信道編碼具有交織脈沖檢錯(cuò)和1/2編碼率的卷積碼具有交織脈沖檢錯(cuò)和1/2編碼率的卷積碼（控制信道結(jié)構(gòu)）公共控制信道隨路控制信道廣播控制信道有快速和慢速有有快速和慢速有時(shí)延均衡能力（s)2020國(guó)際漫游能力有有（每載頻信道數(shù)）全速率半速率816816表7-1GSM系統(tǒng)主要參參數(shù)7.3.1頻帶的劃分分及使用7.3.2各類空中信信道由于GSM系統(tǒng)是TDMA/FDMA的多址接入入方式，因因此對(duì)于每每個(gè)200kHz的信道，再再?gòu)臅r(shí)間上上劃分成若若干個(gè)4.6l5ms等間隔的幀幀。每幀又又分成8個(gè)時(shí)隙，每每個(gè)時(shí)隙為為15/26ms=0.577ms。GSM的物理信道道是指一個(gè)個(gè)載頻上的的一個(gè)TDMA幀的一個(gè)時(shí)時(shí)隙，GSM通信系統(tǒng)需需要傳輸不不同類型的的信息，包包括業(yè)務(wù)信信息和各種種控制信息息，因而要要在物理信信道上安排排相應(yīng)的邏邏輯信道。。這些邏輯輯信道有的的用于呼叫叫接續(xù)階段段，有的用用于通信進(jìn)進(jìn)行當(dāng)中，，也有的用用于系統(tǒng)運(yùn)運(yùn)行的全部部時(shí)間內(nèi)。。根據(jù)BTS與MS之間傳遞遞的消息息種類不不同而定定義的不不同邏輯輯信道，，即業(yè)務(wù)務(wù)信道和和控制信信道，邏邏輯信道道通過(guò)BTS映射到不不同物理理信道上上進(jìn)行傳傳送。圖圖7-5為GSM系統(tǒng)空中中信道的的劃分。。圖7-5GSM系統(tǒng)空中中信道（1）頻率校校正信道道（FCCH）（（2）同步信信道（SCH）（（3）廣播控控制信道道（BCCH）（（4）尋呼信信道（PCH）（（5）隨機(jī)接接入信道道（RACH）（（6）準(zhǔn)許接接入信道道（AGCH）（（7）獨(dú)立專專用控制制信道（（SDCCH）（（8）慢速輔輔助控制制信道（（SACCH）（（9）快速輔輔助控制制信道（（FACCH）（（10）業(yè)務(wù)信信道（TCH）7.3.3幀結(jié)構(gòu)、、復(fù)幀結(jié)結(jié)構(gòu)將邏輯信信道映射射到物理理信道上上的方式式就叫做做信道的的組合方方式。邏邏輯信道道的組合合以復(fù)幀幀為基礎(chǔ)礎(chǔ)，邏輯輯信道的的組合包包括控制制信道的的組合和和業(yè)務(wù)信信道的組組合。GSM系統(tǒng)中，，在每個(gè)個(gè)時(shí)隙0.577ms的時(shí)長(zhǎng)內(nèi)內(nèi)需要傳傳輸156.25bit。我們將將一個(gè)時(shí)時(shí)隙中的的信息格格式稱為為突發(fā)脈脈沖序列列（Burst）。GSM中共有5種突發(fā)脈沖序序列，它們分分別是：常規(guī)規(guī)突發(fā)脈沖序序列、頻率校校正突發(fā)脈沖沖序列、同步步突發(fā)脈沖序序列、接入突突發(fā)脈沖序列列和空閑突發(fā)發(fā)脈沖序列。。其中空閑突突發(fā)脈沖序列列是虛設(shè)時(shí)隙隙格式，用于于填空，不發(fā)發(fā)送實(shí)際信息息，結(jié)構(gòu)和常常規(guī)突發(fā)脈沖沖序列格式相相同，區(qū)別在在于空閑突發(fā)發(fā)脈沖序列只只發(fā)送固定的的比特序列。。圖7-6給出了GSM各種幀的格式式及各種突發(fā)發(fā)脈沖的格式式。圖中體現(xiàn)現(xiàn)了時(shí)隙、幀幀、復(fù)幀、超超幀、超高幀幀等概念。圖7-6GSM系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)7.4GSM系統(tǒng)的號(hào)碼與與識(shí)別在GSM系統(tǒng)中，需對(duì)對(duì)移動(dòng)用戶和和數(shù)字移動(dòng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)各單元部部件進(jìn)行編號(hào)號(hào)定義，以便便在移動(dòng)性管管理和接續(xù)時(shí)時(shí)迅速準(zhǔn)確地地識(shí)別目標(biāo)。。1．國(guó)際移動(dòng)用用戶識(shí)別碼在GSM系統(tǒng)中，給每每個(gè)移動(dòng)用戶戶分配一個(gè)唯唯一的國(guó)際移移動(dòng)用戶識(shí)別別碼（InternationalMobileSubscriberIdentity，IMSI），IMSI永久地屬于一一個(gè)注冊(cè)用戶戶，該號(hào)碼在在包括漫游區(qū)區(qū)域在內(nèi)的所所有位置都是是有效的。IMSI存儲(chǔ)在SIM卡、HLR中，也在VLR中作臨時(shí)登記記，用于位置置更新、呼叫叫建立和PLMN的所有信令中中。IMSI采用ITU-T的E.212編碼方式。由由于安全性和和保密方面的的原因，一般般不在無(wú)線接接口上傳輸IMSI。（1）IMSI的結(jié)構(gòu)IMSI最多有15位，由以下3部分組成。①移動(dòng)國(guó)家家號(hào)碼（MobileCountryCode，MCC），由3位數(shù)字組成，，唯一地識(shí)別別移動(dòng)用戶所所屬的國(guó)家，，例如中國(guó)的的MCC號(hào)是460。②移動(dòng)通通信網(wǎng)號(hào)碼碼（MobileNetworkCode，MNC），由2～3位數(shù)字組成成，用于識(shí)識(shí)別移動(dòng)用用戶所歸屬屬的PLMN網(wǎng)，例如中中國(guó)移動(dòng)MNC=00或02，中國(guó)聯(lián)通通MNC=01。③移動(dòng)用用戶識(shí)別號(hào)號(hào)（MobileSubscriberIdentificationNumber，MSIN），是一個(gè)個(gè)最多十位位的號(hào)碼，，用來(lái)唯一一的識(shí)別特特定網(wǎng)絡(luò)中中的移動(dòng)設(shè)設(shè)備或用戶戶。圖7-7IMSI的組成（2）IMSI的分配原則則IMSI最多只能包包含15個(gè)0～9的數(shù)字，MCC由ITU-T管理，在世世界范圍內(nèi)內(nèi)統(tǒng)一分配配，具體的的分配情況況請(qǐng)參閱E.212。NMSI的分配由各各國(guó)的電信信監(jiān)管部門門負(fù)責(zé)，如如果在一個(gè)個(gè)國(guó)家有不不止一個(gè)GSMPLMN網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)該該給每個(gè)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)分配不不同的MNC碼。進(jìn)行IMSI分配時(shí)，要要遵循國(guó)外外PLMN最多分析MCC+MNC就可尋址的的原則。2．臨時(shí)移動(dòng)動(dòng)用戶識(shí)別別碼為了對(duì)IMSI保密、保證證移動(dòng)用戶戶識(shí)別的安安全性，VLR可給來(lái)訪移移動(dòng)用戶在在位置登記記后（包括括位置更新新）或激活活補(bǔ)充業(yè)務(wù)務(wù)時(shí)，分配配一個(gè)與移移動(dòng)用戶的的IMSI唯一對(duì)應(yīng)的的TMSI號(hào)碼，它僅僅在該VLR所管理的區(qū)區(qū)域使用，，為一個(gè)4字節(jié)的BCD碼。在呼叫叫建立和位位置更新時(shí)時(shí)，GSM系統(tǒng)在空中中接口傳輸輸使用臨時(shí)時(shí)移動(dòng)用戶戶識(shí)別碼（（TemporaryMobileSubscriberIdentity，TMSI）來(lái)代替IMSI。2．臨時(shí)移動(dòng)動(dòng)用戶識(shí)別別碼TMSI分配原則如如下。（1）包含4個(gè)字節(jié)，可可以由8個(gè)十六進(jìn)制制數(shù)組成，其結(jié)構(gòu)構(gòu)可由各運(yùn)運(yùn)營(yíng)部門根根據(jù)當(dāng)?shù)厍榍闆r而定。。（2）TMSI的32比特不能全全部為1，因?yàn)樵赟IM卡中全為1的TMSI表示無(wú)效的的TMSI。（3）要避免在在VLR重新啟動(dòng)后后TMSI重復(fù)分配，可以采采取TMSI的某一部分分表示時(shí)間間或在VLR重啟后某一一特定位改改變的方法法。3．移動(dòng)用戶戶ISDN號(hào)碼MSISDN號(hào)碼是呼叫叫GSM網(wǎng)絡(luò)中的一一個(gè)移動(dòng)用用戶時(shí)，主主叫用戶所所撥的號(hào)碼碼，類似于于固定網(wǎng)的的PSTN號(hào)碼。移動(dòng)動(dòng)用戶ISDN號(hào)碼（MobileSubscriberInternationalISDN/PSTNnumber，MSISDN）采用ITU-TE.164編碼方式，，存儲(chǔ)在HLR和VLR中，在MAP接口上傳送送，其號(hào)碼碼結(jié)構(gòu)如圖圖7-8所示。圖7-8MSISDN的組成（1）國(guó)家碼碼（CountryCode，CC）表示注注冊(cè)用戶戶所屬的的國(guó)家，，如中國(guó)國(guó)為86。（2）國(guó)內(nèi)有有效ISDN號(hào)碼包括括NDC和SN。①國(guó)內(nèi)內(nèi)接入碼碼（NationalDestinationCode，NDC）由3位數(shù)字組組成（N1N2N3），如中中國(guó)移動(dòng)動(dòng)的NDC目前有139、138、137、136、135和134，聯(lián)通的的有130、131、132，電信的的是133。②用戶戶號(hào)碼（（SubscriberNumber，SN）由運(yùn)營(yíng)營(yíng)者自由由授予，，組成方方式為H0H1H2H3ABCD。其中，，H0H1H2H3為HLR的識(shí)別號(hào)號(hào)，H0H1H2全國(guó)統(tǒng)一一分配，，H3為省內(nèi)分分配，ABCD為每個(gè)HLR中移動(dòng)用用戶的號(hào)號(hào)碼。4．移動(dòng)臺(tái)臺(tái)漫游號(hào)號(hào)碼移動(dòng)臺(tái)漫漫游號(hào)碼碼（MobileStationRoamingNumber，MSRN）是指當(dāng)當(dāng)MS漫游后，，GMSC尋址VMSC(VisitorMSC)或MSCA尋址MSCB，為使GSM網(wǎng)絡(luò)能夠夠進(jìn)行路路由選擇擇，把呼呼叫轉(zhuǎn)移移到移動(dòng)動(dòng)臺(tái)當(dāng)前前所登記記的MSC，而由VLR臨時(shí)分配配給MS一個(gè)號(hào)碼碼，該號(hào)號(hào)碼在接接續(xù)完成成后即可可釋放給給其他用用戶使用用。MSRN號(hào)碼同時(shí)時(shí)也可作作為SCCP的GT地址來(lái)尋尋找漫游游用戶當(dāng)當(dāng)前所訪訪問(wèn)的MSC。對(duì)在某某一特定定區(qū)域漫漫游的MS，MSRN號(hào)碼在被被訪VLR區(qū)域內(nèi)，，且在一一定的時(shí)時(shí)間范圍圍內(nèi)（如如90s）是唯一一有效的的。MSRN分配有以以下兩種種情況。。（1）在起始始登記位位置或位位置更新新時(shí)，由由VLR分配MSRN后傳送給給HLR。當(dāng)MS離開(kāi)該地地后，在在VLR和HLR中都要?jiǎng)h刪除MSRN，使此號(hào)號(hào)碼能再再分配給給其他漫漫游用戶戶使用。。（2）每次MS有來(lái)話呼呼叫時(shí)，，根據(jù)HLR的請(qǐng)求臨臨時(shí)由VLR分配一個(gè)個(gè)MSRN，此號(hào)碼碼只能在在某一時(shí)時(shí)間范圍圍（如90s）內(nèi)有效效。5．其他號(hào)號(hào)碼事實(shí)上，，GSM系統(tǒng)的號(hào)號(hào)碼管理理中還規(guī)規(guī)定了下下列號(hào)碼碼。（1）本地移移動(dòng)用戶戶識(shí)別碼碼（LocalMobileSubscriberIdentity，LMSI）（2）切換號(hào)號(hào)碼（HandoverNumber，HON）（3）位置區(qū)區(qū)識(shí)別碼碼（LocationAreaIdentification，LAI）（4）MSC/VLR號(hào)碼（5）小區(qū)區(qū)全球球識(shí)別別碼（（CellGlobalIdentity，CGI）（6）HLR號(hào)碼（7）漫游游區(qū)域域識(shí)別別碼（（RegionalSubscriptionZoneIdentity，RSZI）（8）基站站識(shí)別別碼（（BasetransceiverStationIdentityCode，BSIC）（9）國(guó)際際移動(dòng)動(dòng)設(shè)備備識(shí)別別碼（（InternationalMobilestationEquipmentIdentity，IMEI）7.5GSM的漫游游、安安全和和呼叫叫管理理GSM系統(tǒng)不不同于于固定定網(wǎng)絡(luò)絡(luò)，它它的移移動(dòng)特特性決決定了了系統(tǒng)統(tǒng)必須須通過(guò)過(guò)漫游游管理理的機(jī)機(jī)制了了解用用戶的的位置置，與與移動(dòng)動(dòng)臺(tái)隨隨時(shí)保保持聯(lián)聯(lián)系。。由于于使用用穩(wěn)定定性不不高的的無(wú)線線信道道，這這給GSM系統(tǒng)帶帶來(lái)了了安全全性和和保密密性方方面的的問(wèn)題題，現(xiàn)現(xiàn)有的的系統(tǒng)統(tǒng)通過(guò)過(guò)鑒權(quán)權(quán)加密密的機(jī)機(jī)制使使這一一問(wèn)題題得以以解決決。7.5GSM的漫游游、安安全和和呼叫叫管理理7.5.1用戶鑒鑒權(quán)和和加密密7.5.2位置更更新和和漫游游管理理7.5.3切換7.5.4呼叫的的管理理7.5.5移動(dòng)臺(tái)臺(tái)的狀狀態(tài)7.5.1用戶鑒鑒權(quán)和和加密密GSM系統(tǒng)是是目前前全球球最成成熟的的數(shù)字字移動(dòng)動(dòng)通信信系統(tǒng)統(tǒng)，具具有很很好的的保密密性和和抗干干擾性性。它它通過(guò)過(guò)采用用用戶戶鑒權(quán)權(quán)機(jī)制制，包包括對(duì)對(duì)移動(dòng)動(dòng)終端端采用用設(shè)備備識(shí)別別，來(lái)來(lái)防止止未經(jīng)經(jīng)授權(quán)權(quán)的用用戶和和假冒冒者接接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，，非法法使用用通信信資源源和業(yè)業(yè)務(wù)，，保護(hù)護(hù)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)運(yùn)營(yíng)營(yíng)者和和授權(quán)權(quán)用戶戶的利利益；；通過(guò)過(guò)在無(wú)無(wú)線信信道上上對(duì)傳傳輸數(shù)數(shù)據(jù)加加密，，防止止通信信信息息被竊竊聽(tīng)；；另外外以TMSI代替IMSI，使第第三方方無(wú)法法在無(wú)無(wú)線信信道上上跟蹤蹤GSM用戶；；引入入SIM卡PIN碼加密密技術(shù)術(shù)，也也使其其在安安全性性方面面得到到了極極大的的提高高。1．鑒權(quán)權(quán)（1）用戶戶終端端的鑒鑒權(quán)EIR中存有有3種名單單。①白白名單單—存儲(chǔ)已已分配配給可可參與與運(yùn)營(yíng)營(yíng)的GSM各國(guó)的的所有有設(shè)備備識(shí)別別序列列號(hào)IMEI。②黑黑名單單—存儲(chǔ)所所有被被禁用用的設(shè)設(shè)備識(shí)識(shí)別碼碼IMEI。③灰灰名單單—存儲(chǔ)有有故障障的以以及未未經(jīng)型型號(hào)認(rèn)認(rèn)證的的設(shè)備備識(shí)別別碼IMEI，其使使用的的權(quán)限限由網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)運(yùn)營(yíng)者者決定定。（2）用戶戶身份份的鑒鑒權(quán)①安安全數(shù)數(shù)據(jù)及及其在在網(wǎng)絡(luò)絡(luò)實(shí)體體中存存儲(chǔ)的的位置置網(wǎng)絡(luò)實(shí)體存儲(chǔ)的安全數(shù)據(jù)MSIMSI、TMSI、A3、A8、Ki、KcHLRIMSI、三參數(shù)組（RAND、SRES、Kc）VLRIMSI、TMSI、三參數(shù)組（RAND、SRES、Kc）AuCA3、A8、Ki（2）用戶戶身份份的鑒鑒權(quán)②鑒鑒權(quán)中中心產(chǎn)產(chǎn)生鑒鑒權(quán)三三參數(shù)數(shù)組③鑒鑒權(quán)流流程④PIN碼2．加密3．用戶身份份保護(hù)7.5.2位置更新和和漫游管理理為了使系統(tǒng)統(tǒng)在所有時(shí)時(shí)刻都知道道移動(dòng)用戶戶的位置，，漫游管理理（定位管管理）的功功能是必不不可少的，，而位置更更新過(guò)程是是漫游管理理中的主要要過(guò)程。當(dāng)MS從一個(gè)位置置區(qū)移動(dòng)到到另一個(gè)位位置區(qū)時(shí)，，發(fā)現(xiàn)其存存儲(chǔ)器中的的位置區(qū)識(shí)識(shí)別碼LAI與接收到的的位置區(qū)識(shí)識(shí)別碼LAI發(fā)生了變化化，便向網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重重新登記，，這個(gè)過(guò)程程就叫“位位置更新””。MS在以下幾種種情況下進(jìn)進(jìn)行位置更更新。（1）MS選擇新的小小區(qū)作為服服務(wù)小區(qū)。。（2）在附著/分離功能打打開(kāi)的條件件下，MS重新開(kāi)機(jī)后后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)當(dāng)前的位置置區(qū)與SIM卡中所存儲(chǔ)儲(chǔ)的LAI不一致。（3）由小區(qū)參參數(shù)T3212或T3211定義的周期期性位置更更新（T3212與T3211為兩個(gè)計(jì)數(shù)數(shù)器）。位置更新分分以下兩種種情況。（1）MS位置區(qū)發(fā)生生了變化，，但仍在同同一MSC內(nèi)，此時(shí)只只需更新MSC/VLR中的位置信信息。（2）移動(dòng)臺(tái)從從一個(gè)MSC移動(dòng)到了另另一個(gè)MSC，此時(shí)，需需更新MSC/VLR和HLR中的位置信信息。1．越局位置置更新如果在同一一MSC內(nèi)進(jìn)行位置置更新，HLR并不參與位位置更新過(guò)過(guò)程，當(dāng)移移動(dòng)用戶從從一個(gè)MSC漫游到另一一個(gè)MSC時(shí)，就要進(jìn)進(jìn)行越局位位置更新。。此時(shí)，需需要HLR參與位置更更新過(guò)程。。一般以下下幾種情況況的位置更更新將涉及及HLR（1）MS首次開(kāi)機(jī)，，在網(wǎng)絡(luò)上上登記注冊(cè)冊(cè)。（2）MS處于新的VLR位置區(qū)域。。（3）HLR中相關(guān)信息息丟失。圖7-9不同MSC之間的位置更新新2．周期性位位置更新當(dāng)MS由于斷電而而關(guān)機(jī)，或或者當(dāng)MS向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送送IMSI分離消息時(shí)時(shí)，由于無(wú)無(wú)線鏈路質(zhì)質(zhì)量差，系系統(tǒng)不能正正確地譯出出信息，而而手機(jī)的最最后一條消消息是不需需要證實(shí)的的，所以系系統(tǒng)可能認(rèn)認(rèn)為該MS還是處于““附著”狀狀態(tài)。此時(shí)時(shí)，若有用用戶撥打該該MS，則會(huì)造成成系統(tǒng)不斷斷地發(fā)尋呼呼消息而無(wú)無(wú)響應(yīng)，造造成無(wú)效占占用無(wú)線資資源，降低低尋呼成功功率和來(lái)話話接通率。。為解決此問(wèn)問(wèn)題，GSM進(jìn)行強(qiáng)制周周期位置更更新。采用用周期性位位置更新后后，若GSM系統(tǒng)在一定定的周期內(nèi)內(nèi)沒(méi)有接收收到某MS的周期性登登記信息，，它所處的的VLR就標(biāo)記該MS處于“隱分分離”狀態(tài)態(tài)，只有當(dāng)當(dāng)再次接收收到正確的的周期性登登記信息后后，才能將將它改成““附著”狀狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)絡(luò)通過(guò)BCCH通知MS其周期性登登記的時(shí)間間。移動(dòng)用戶進(jìn)進(jìn)行周期性性位置更新新的流程和和正常位置置更新流程程一樣。小小區(qū)參數(shù)T3223控制服務(wù)小小區(qū)內(nèi)的手手機(jī)進(jìn)行周周期性的位位置更新。。7.5.3切換切換（HandOver）是指將一一個(gè)處于呼呼叫建立狀狀態(tài)或忙狀狀態(tài)的MS轉(zhuǎn)換到新的的業(yè)務(wù)信道道上的過(guò)程程，切換功功能保持移移動(dòng)用戶已已經(jīng)建立的的鏈路不被被中斷。切換是由網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)決定的的，是在MS占用SDCCH信道以后，，也就是MS發(fā)起呼叫或或通話過(guò)程程中產(chǎn)生的的。GSM系統(tǒng)采用的的是MS輔助助切切換換方方式式，，即即由由MS監(jiān)測(cè)測(cè)判判決決，，由由交交換換中中心心控控制制完完成成。。在在切切換換過(guò)過(guò)程程中中基基站站和和MS均參參與與到到切切換換過(guò)過(guò)程程，，切切換換與與否否主主要要由由BSS決定定。。MS在通通話話過(guò)過(guò)程程中中不不斷斷地地向向所所在在小小區(qū)區(qū)的的基基站站報(bào)報(bào)告告本本小小區(qū)區(qū)和和相相鄰鄰小小區(qū)區(qū)基基站站的的無(wú)無(wú)線線電電環(huán)環(huán)境境參參數(shù)數(shù)，，同同時(shí)時(shí)BTS也在在不不停停地地測(cè)測(cè)量量上上行行信信號(hào)號(hào)質(zhì)質(zhì)量量和和強(qiáng)強(qiáng)度度以以及及時(shí)時(shí)間間提提前前量量（（TA值））。。BTS將測(cè)測(cè)量量報(bào)報(bào)告告送送往往基基站站控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)（（BSC），，BSC根據(jù)據(jù)這這些些信信息息對(duì)對(duì)周周圍圍小小區(qū)區(qū)進(jìn)進(jìn)行行比比較較排排隊(duì)隊(duì)，，最最后后由由BCS決定定是是否否需需要要切切換換以以及及切切換換到到哪哪個(gè)個(gè)BTS。一一般般下下面面的的兩兩個(gè)個(gè)原原因因?qū)?dǎo)導(dǎo)致致小小區(qū)區(qū)切切換換。。（1）鄰鄰小小區(qū)區(qū)提提供供更更好好的的鏈鏈路路。。（2）當(dāng)當(dāng)前前的的鏈鏈路路質(zhì)質(zhì)量量非非常常差差或或時(shí)時(shí)間間提提前前量量（（TA）太太大大，，都都將將導(dǎo)導(dǎo)致致緊緊急急在下下述述3種情情況況下下一一般般要要進(jìn)進(jìn)行行切切換換。。（1）正正在在通通話話的的用用戶戶從從一一個(gè)個(gè)小小區(qū)區(qū)移移到到另另一一個(gè)個(gè)小小區(qū)區(qū)。。（2）由由于于外外界界干干擾擾造造成成通通話話質(zhì)質(zhì)量量下下降降，，必必須須從從原原有有的的語(yǔ)語(yǔ)音音信信道道轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)接接到到另另一一條條新新的的空空閑閑語(yǔ)語(yǔ)音音信信道道上上，，以以繼繼續(xù)續(xù)保保持持通通話話。。（3）MS在兩兩個(gè)個(gè)小小區(qū)區(qū)覆覆蓋蓋重重疊疊區(qū)區(qū)進(jìn)進(jìn)行行通通話話，，可可占占用用TCH的小小區(qū)區(qū)特特別別忙忙，，這這時(shí)時(shí)BSC通知知MS測(cè)試試它它鄰鄰近近小小區(qū)區(qū)的的信信號(hào)號(hào)強(qiáng)強(qiáng)度度、、信信道道質(zhì)質(zhì)量量，，決決定定將將它它轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)到到另另外外一一個(gè)個(gè)小小區(qū)區(qū)，，此此是是為為業(yè)業(yè)務(wù)務(wù)平平衡衡所所需需要要做做的的切切換換。。小區(qū)區(qū)切切換換可可分分為為BSS內(nèi)部部切切換換、、同同MSC內(nèi)不不同同BSS間的的小小區(qū)區(qū)切切換換、、MSC間小小區(qū)區(qū)切切換換。。其其中中BSS間的的切切換換和和MSC間的的切切換換都都需需要要由由MSC控制制完完成成，，而而B(niǎo)SS內(nèi)部部切切換換由由BSC控制制完完成成。。MSC間小小區(qū)區(qū)切切換換最最為為復(fù)復(fù)雜雜，，下下面面以以此此為為例例說(shuō)說(shuō)明明切切換換的的信信令令流流程程。。基本本切切換換的的實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)需需要要MSC-A與MSC-B/VLR相互互配配合合，，MSC-A作為為切切換換的的移移動(dòng)動(dòng)用用戶戶控控制制方方直直至至呼呼叫叫釋釋放放為為止止。。圖圖7-10是局局間間MSC切換換的的流流程程示示意意圖圖，，這這種種切切換換涉涉及及兩兩個(gè)個(gè)MSC，切切換換前前MS所處處的的MSC為服服務(wù)務(wù)交交換換機(jī)機(jī)（（MSC-A）切切換換后后MS所處處的的MSC為目目標(biāo)標(biāo)交交換換機(jī)機(jī)（（MSC-B）。。（1）BSS-A對(duì)MS無(wú)線線信信道道質(zhì)質(zhì)量量不不滿滿意意，，并并查查看看鄰鄰近近位位置置信信息息，，BSC-A經(jīng)過(guò)過(guò)定定位位算算法法排排隊(duì)隊(duì)后后，，發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)當(dāng)當(dāng)前前通通話話的的BSS-A需要要切切換換到到小小區(qū)區(qū)BSS-B上，，于于是是就就向向MSC-A發(fā)送送包包含含切切換換目目標(biāo)標(biāo)小小區(qū)區(qū)標(biāo)標(biāo)識(shí)識(shí)的的切切換換請(qǐng)請(qǐng)求求消消息息。。（2）MSC-A分析析切切換換要要求求消消息息，，發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)目目的的地地屬屬于于MSC-B覆蓋范范圍，，通過(guò)過(guò)MAP協(xié)議和和MSC-B建立聯(lián)聯(lián)系，，并通通過(guò)MSC-B請(qǐng)求BSS-B作MS接入準(zhǔn)準(zhǔn)備即即切換換請(qǐng)求求。（3）MSC-B接收MSC-A的切換換請(qǐng)求求，向向VLR要求切切換號(hào)號(hào)碼作作為MSC-A到MSC-B電路建建立的的尋址址信息息，并并向BSC-B發(fā)送切切換請(qǐng)請(qǐng)求信信息。。圖7-10不同MSC間的切切換7.5.4呼叫的的管理理用戶呼呼叫是是GSM系統(tǒng)最最基本本和最最重要要的功功能之之一，，移動(dòng)動(dòng)用戶戶作主主叫（（MobileOriginated，MO）時(shí)的的信令令過(guò)程程從MS向BTS請(qǐng)求信信道開(kāi)開(kāi)始，，到主主叫用用戶TCH指配完完成為為止。。一般般主叫叫可分分為幾幾個(gè)大大的階階段：：接入入階段段、鑒鑒權(quán)加加密階階段、、TCH指配階階段、、取被被叫用用戶路路由信信息階階段。。手機(jī)機(jī)主叫叫建立立流程程如圖圖7-12所示。。（4）BSS-B響應(yīng)切切換請(qǐng)請(qǐng)求，，MSC-B向MSC-A轉(zhuǎn)發(fā)包包含切切換號(hào)號(hào)碼的的切換換請(qǐng)求求響應(yīng)應(yīng)消息息。（5）MSC-A根據(jù)切切換請(qǐng)請(qǐng)求響響應(yīng)中中的切切換號(hào)號(hào)碼選選擇MSC-A與MSC-B間的TUP路由，，向MSC-B發(fā)初始始地址址消息息，被被叫號(hào)號(hào)碼是是切換換號(hào)碼碼。（6）MSC-B/VLR收到初初始地地址消消息確確認(rèn)切切換號(hào)號(hào)碼，，回送送地址址全消消息到到MSC-A。（7）MSC-A收到地地址全全消息息后，，通過(guò)過(guò)BSC-A指示MS進(jìn)行切切換。。（8）MS接入BSC-B，BSC-B通過(guò)MSC-B通知MSC-AMS已成功功接入入BSC-B。（9）MS與BSS-B間成功功完成成信道道建立立，MSC-B通知MSC-A切換完完成。。（10）MSC-B完成接接續(xù)并并通知知MSC-A通信建建立成成功，，切換換成功功。圖7-12手機(jī)主主叫建建立流流程接入階階段主主要包包括信信道請(qǐng)請(qǐng)求、、信道道激活活、信信道激激活響響應(yīng)、、立即即指配配、業(yè)業(yè)務(wù)請(qǐng)請(qǐng)求等等幾個(gè)個(gè)步驟驟。經(jīng)經(jīng)過(guò)這這幾個(gè)個(gè)步驟驟，MS和BTS（BSC）建立立了暫暫時(shí)固固定的的關(guān)系系。圖7-13移動(dòng)呼叫固固定用戶信信令流程7.5.5移動(dòng)臺(tái)的狀狀態(tài)當(dāng)MS處于空閑狀狀態(tài)時(shí)，它它并不像固固定電話那那樣幾乎不不工作，而而是要不斷斷地和網(wǎng)絡(luò)絡(luò)交換信息息，有規(guī)律律地監(jiān)聽(tīng)信信標(biāo)通道，，收聽(tīng)系統(tǒng)統(tǒng)廣播和尋尋呼消息，，MS這樣的狀態(tài)態(tài)稱之為移移動(dòng)臺(tái)的守守候狀態(tài)。。移動(dòng)臺(tái)的的守候狀態(tài)態(tài)包括了網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)選擇、、小區(qū)選擇擇、小區(qū)重重選、位置置更新和尋尋呼等事件件。1．網(wǎng)絡(luò)選擇擇（1）網(wǎng)絡(luò)選擇擇的目的因?yàn)镚SM是一個(gè)全球球移動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)，MS可以在不同同的網(wǎng)絡(luò)、、國(guó)家之間間自由漫游游，因此要要選擇一個(gè)個(gè)合適的GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行駐駐留，也就就是要進(jìn)行行網(wǎng)絡(luò)選擇擇才能使用用網(wǎng)絡(luò)提供供的各種業(yè)業(yè)務(wù)。當(dāng)MS駐留在一個(gè)個(gè)網(wǎng)絡(luò)中時(shí)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)下面的3個(gè)目的。①M(fèi)S從網(wǎng)絡(luò)收到到系統(tǒng)信息息。②當(dāng)MS需要發(fā)起呼呼叫時(shí)，可可以通過(guò)該該小區(qū)接入入網(wǎng)絡(luò)。③網(wǎng)絡(luò)收收到一個(gè)去去往該MS的呼叫，系系統(tǒng)知道該該MS駐留在哪個(gè)個(gè)位置區(qū)內(nèi)內(nèi)，通過(guò)該該位置區(qū)中中所有基站站向MS發(fā)尋呼信息息，如果該該MS駐留在該位位置區(qū)中某某個(gè)小區(qū)的的BCCH上，就可以以收到發(fā)給給自己的尋尋呼信息，，并通過(guò)控控制信道進(jìn)進(jìn)行回應(yīng)。。網(wǎng)絡(luò)選擇是是為了讓MS接入可用的的網(wǎng)絡(luò)，然然后進(jìn)行通通信，當(dāng)出出現(xiàn)下面情情況的時(shí)候候，MS進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)選選擇。①M(fèi)S開(kāi)機(jī)后。②用戶手手動(dòng)操作進(jìn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)選選擇。③手機(jī)從從盲區(qū)進(jìn)入入覆蓋區(qū)。。④手機(jī)在在進(jìn)行國(guó)際際漫游時(shí)，，將周期性性地嘗試返返回本國(guó)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。（2）網(wǎng)絡(luò)選擇擇的方式網(wǎng)絡(luò)選擇分分自動(dòng)選擇擇和手動(dòng)選選擇兩種。。手動(dòng)選擇擇時(shí)，將根根據(jù)用戶的的選擇到可可用網(wǎng)絡(luò)中中進(jìn)行隨機(jī)機(jī)登記；在在自動(dòng)選擇擇模式下，，如最后登登記的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)沒(méi)有存儲(chǔ)儲(chǔ)或者不可可用時(shí)，將將按照下面面的順序進(jìn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)選選擇。①自身服服務(wù)商網(wǎng)絡(luò)絡(luò)。②SIM卡中存儲(chǔ)的的網(wǎng)絡(luò)列表表。③從接收收到的強(qiáng)度度>－85dBm的網(wǎng)絡(luò)列表表中進(jìn)行隨隨機(jī)選擇。。④從其他他的網(wǎng)絡(luò)中中按接收強(qiáng)強(qiáng)度遞減順順序進(jìn)行選選擇。2．小區(qū)選擇擇手機(jī)完成網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)選擇后后就要尋找找網(wǎng)絡(luò)允許許的所有BCCH頻點(diǎn)，并選選擇一個(gè)最最合適的頻頻點(diǎn)進(jìn)行駐駐留，該過(guò)過(guò)程就叫作作“小區(qū)選選擇”。小區(qū)選擇是是為了讓MS在網(wǎng)絡(luò)中選選擇一個(gè)最最合適的小小區(qū)，并把把該小區(qū)作作為自己的的主服務(wù)小小區(qū)，通過(guò)過(guò)該小區(qū)進(jìn)進(jìn)行通信。。MS選擇某個(gè)小小區(qū)后，調(diào)調(diào)諧到該小小區(qū)的BCCH載頻上，監(jiān)監(jiān)聽(tīng)該小區(qū)區(qū)的系統(tǒng)消消息以及尋尋呼信息，，從而得到到該服務(wù)小小區(qū)的LAI等信息，，而且在在CCCH上接收尋尋呼信息息。（1）小區(qū)選選擇的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)①所選選擇的小小區(qū)必須須是屬于于所選擇擇的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)。②該小小區(qū)不是是被禁止止的。③該小小區(qū)的C1>0。④如果果處于漫漫游中，，檢查是是否處于于禁止列列表中。。⑤在沒(méi)沒(méi)有一般般小區(qū)選選擇的情情況下，，才選擇擇優(yōu)先級(jí)級(jí)低的小小區(qū)。（2）小區(qū)選選擇的流流程小區(qū)選擇擇分為存存儲(chǔ)列表表式和普普通方式式。①存儲(chǔ)儲(chǔ)列表式式②普通通方式（3）小區(qū)接接入控制制3．小區(qū)重重選小區(qū)重選選是MS在空閑模模式下因因位置變變動(dòng)、信信號(hào)變化化等因素素引起的的重新選選擇服務(wù)務(wù)小區(qū)的的過(guò)程。。小區(qū)重重選是根根據(jù)MS的測(cè)量報(bào)報(bào)告進(jìn)行行判斷的的，包括括對(duì)6個(gè)鄰小區(qū)區(qū)的測(cè)量量，并至至少每30s內(nèi)對(duì)鄰小小區(qū)進(jìn)行行BSIC解碼，以以確定鄰鄰小區(qū)沒(méi)沒(méi)有變化化。如果果發(fā)現(xiàn)BSIC發(fā)生了變變化，則則判斷鄰鄰小區(qū)發(fā)發(fā)生了變變化，接接著就對(duì)對(duì)其BCCH進(jìn)行重新新解碼；；每5分鐘內(nèi)對(duì)對(duì)鄰小區(qū)區(qū)的BCCH進(jìn)行重新新解碼，，以保證證小區(qū)重重選數(shù)據(jù)據(jù)的準(zhǔn)確確。7.5GSM的漫游、、安全和和呼叫管管理GSM系統(tǒng)不同同于固定定網(wǎng)絡(luò)，，它的移移動(dòng)特性性決定了了系統(tǒng)必必須通過(guò)過(guò)漫游管管理的機(jī)機(jī)制了解解用戶的的位置，，與移動(dòng)動(dòng)臺(tái)隨時(shí)時(shí)保持聯(lián)聯(lián)系。由由于使用用穩(wěn)定性性不高的的無(wú)線信信道，這這給GSM系統(tǒng)帶來(lái)來(lái)了安全全性和保保密性方方面的問(wèn)問(wèn)題，現(xiàn)現(xiàn)有的系系統(tǒng)通過(guò)過(guò)鑒權(quán)加加密的機(jī)機(jī)制使這這一問(wèn)題題得以解解決。7.6通用分組組無(wú)線業(yè)業(yè)務(wù)7.6.1GPRS特點(diǎn)及應(yīng)應(yīng)用7.6.2GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)7.6.3GPRS空中接口口（Um）7.6.4GPRS的移動(dòng)性性和會(huì)話話管理7.6.1GPRS特點(diǎn)及應(yīng)用通用分組無(wú)線線業(yè)務(wù)（GPRS）網(wǎng)絡(luò)引入了了數(shù)據(jù)分組的的功能，與GSM網(wǎng)絡(luò)基于信令令信道提供數(shù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)相比比，數(shù)據(jù)傳輸輸速率更高、、信息更長(zhǎng)。。GPRS系統(tǒng)采用與GSM系統(tǒng)相同的頻頻段、頻帶寬寬度、突發(fā)結(jié)結(jié)構(gòu)、無(wú)線調(diào)調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、跳跳頻規(guī)則以及及相同的TDMA幀結(jié)構(gòu)。GPRS在信道分配、、接口方式、、數(shù)據(jù)傳輸?shù)鹊确矫骟w現(xiàn)了了分組業(yè)務(wù)的的特點(diǎn)。在GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上上構(gòu)建GPRS網(wǎng)絡(luò)時(shí)，GSM系統(tǒng)中的絕大大部分部件都都不需要作硬硬件改動(dòng)，只只需作軟件升升級(jí)。1．GPRS網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)（1）GPRS是在GSM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基基礎(chǔ)上提供的的一種端到端端的分組數(shù)據(jù)據(jù)交換業(yè)務(wù)。。（2）GPRS可以充分利用用現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，與與已有的GSM系統(tǒng)互相融合合。（3）GPRS可以提供高達(dá)達(dá)171.2kbit/s的無(wú)線接入峰峰值速率。（4）GPRS新增接口基于于標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放放接口。2．構(gòu)建GPRS網(wǎng)絡(luò)的方法（1）GSM核心網(wǎng)中，已已有的MSC是基于電路交交換技術(shù)的，，不能處理分分組交換業(yè)務(wù)務(wù)。引入GPRS技術(shù)需要在GSM核心網(wǎng)引入3個(gè)主要網(wǎng)元：：GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)點(diǎn)（SGSN）、GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)點(diǎn)（GGSN）和分組控制制單元（PCU）。（2）由于GPRS在GSM網(wǎng)絡(luò)中引入了了新的網(wǎng)元及及接口，必將將會(huì)對(duì)GSM網(wǎng)絡(luò)原有設(shè)備備產(chǎn)生影響。。GSM系統(tǒng)的相關(guān)部部件需要進(jìn)行行軟件升級(jí)，，比如已有的的基站收發(fā)信信臺(tái)（BTS）軟件、基站站控制器（BSC）軟件需要升升級(jí)，MSC、HLR現(xiàn)有軟件也需需升級(jí)。（3）GSM系統(tǒng)移動(dòng)臺(tái)不不能直接在GPRS網(wǎng)絡(luò)使用需按按GPRS標(biāo)準(zhǔn)改造才可可以用于GPRS系統(tǒng)。GPRS終端要求向后后與GSM的語(yǔ)音呼叫兼兼容。GPRS系統(tǒng)定義了3類終端。①A類終端可同時(shí)時(shí)支持GPRS業(yè)務(wù)和GSM業(yè)務(wù)。②B類終端可用于于GPRS業(yè)務(wù)和GSM業(yè)務(wù)，但兩者者不能同時(shí)工工作，在GPRS和GSM之間自動(dòng)切換換工作。③C類終端可在GPRS業(yè)務(wù)和GSM業(yè)務(wù)之間手動(dòng)動(dòng)選擇工作。。3．GPRS應(yīng)用移動(dòng)通信技術(shù)術(shù)的發(fā)展帶來(lái)來(lái)了網(wǎng)絡(luò)、終終端、應(yīng)用類類型和客戶群群等各方面的的變化和發(fā)展展。GSM網(wǎng)絡(luò)中主要的的業(yè)務(wù)是語(yǔ)音音業(yè)務(wù)、低速速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和和短消息業(yè)務(wù)務(wù)。GPRS網(wǎng)絡(luò)在傳統(tǒng)的的GSM基礎(chǔ)上通過(guò)引引入IP核心網(wǎng)絡(luò)，可可以處理高速速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。。3．GPRS應(yīng)用采用GPRS終端可以直接接使用WAP瀏覽、E-mail收發(fā)等業(yè)務(wù)，，可以進(jìn)行電電子圖書(shū)和電電子地圖等程程序的下載，，在線玩游戲戲和連網(wǎng)進(jìn)行行比賽等。通通過(guò)GPRS終端收發(fā)彩信信，用戶還可可以及時(shí)得到到各種精彩信信息，體會(huì)移移動(dòng)生活的無(wú)無(wú)限樂(lè)趣。采采用無(wú)線終端端所進(jìn)行的無(wú)無(wú)線應(yīng)用種類類較多，遍及及各個(gè)系統(tǒng)和和領(lǐng)域，如交交通管理、水水文探測(cè)、石石油開(kāi)采、銀銀行管理、商商店管理等。。7.6.2GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1．GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)GPRS網(wǎng)絡(luò)是在現(xiàn)有有GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上通通過(guò)增加網(wǎng)元元來(lái)實(shí)現(xiàn)的，，使得用戶能能夠在端到端端分組方式下下發(fā)送和接收收數(shù)據(jù)。GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖圖7-14所示，GPRS系統(tǒng)中新引入入的網(wǎng)絡(luò)單元元通常分為無(wú)無(wú)線部分和數(shù)數(shù)據(jù)部分兩大大類。PCU屬于無(wú)線部分分，圖中包括括在BSS中；SGSN屬于無(wú)線部分分和數(shù)據(jù)部分分公用單元；；GGSN則完全屬于數(shù)數(shù)據(jù)部分。圖7-14GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2．主要網(wǎng)元及及功能（1）PCU（2）SGSN（3）GGSN（4）GPRS系統(tǒng)中中其他他數(shù)據(jù)據(jù)單元元①域域名解解析服服務(wù)器器②動(dòng)動(dòng)態(tài)地地址分分配協(xié)協(xié)議③計(jì)計(jì)費(fèi)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)④防防火墻墻⑤網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)時(shí)間協(xié)協(xié)議服服務(wù)器器⑥操操作維維護(hù)中中心3．GPRS網(wǎng)絡(luò)新新增接接口及及功能能GPRS網(wǎng)絡(luò)通通過(guò)在在GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)結(jié)構(gòu)中中增添添SGSN和GGSN兩個(gè)新新的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)節(jié)點(diǎn)來(lái)來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)。考考慮到到SGSN和GGSN兩個(gè)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)節(jié)點(diǎn)引引入后后，與與BSS、HLR、MSC等GSM系統(tǒng)網(wǎng)網(wǎng)元和和其他他網(wǎng)絡(luò)絡(luò)互通通，需需要命命名新新的接接口。。與GPRS網(wǎng)絡(luò)相相關(guān)的的接口口如圖圖7-14所示。。（1）Gb接口（2）Gc接口（（3）Gd接口（4）Gi接口（（5）Gn/Gp接口（（6）Gr接口（7）Gs接口（（8）Ga接口（（9）Um接口7.6.3GPRS空中接接口（（Um）1．物理理層GPRS網(wǎng)絡(luò)采采用與與GSM網(wǎng)絡(luò)相相同的的頻段段、頻頻帶寬寬度、、突發(fā)發(fā)結(jié)構(gòu)構(gòu)、無(wú)無(wú)線調(diào)調(diào)制標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)、、跳頻頻規(guī)則則以及及相同同的TDMA幀結(jié)構(gòu)構(gòu)。GPRS規(guī)范中中，在在物理理鏈路路層引引入了了新的的邏輯輯信道道、復(fù)復(fù)幀結(jié)結(jié)構(gòu)和和編碼碼方式式。為為了在在誤碼碼率和和吞吐吐量間間達(dá)到到平衡衡，引引入了了鏈路路適配配機(jī)制制調(diào)整整編碼碼方案案。（1）GPRS幀結(jié)構(gòu)構(gòu)圖7-15GPRS系統(tǒng)中中52復(fù)幀結(jié)結(jié)構(gòu)組組成（2）GPRS邏輯信信道及及分類類①分分組業(yè)業(yè)務(wù)信信道②分分組控控制信信道分組控控制信信道用用于承承載信信令、、同步步數(shù)據(jù)據(jù)和傳傳送控控制信信息，，主要要分為為3類：分分組公公共控控制信信道（（PCCCH）、分分組廣廣播控控制信信道（（PBCCH）和分分組專專用控控制信信道（（PDCCH）。分組公公共控控制信信道（（PCCCH）是用用于分分組數(shù)數(shù)據(jù)公公共控控制信信令的的邏輯輯信道道，包包括如如下信信道。。分組隨隨機(jī)接接入信信道（（PRACH）屬于于上行行信道道，用用于移移動(dòng)臺(tái)臺(tái)發(fā)送送隨機(jī)機(jī)接入入信息息或?qū)?duì)請(qǐng)求求分配配一個(gè)個(gè)或多多個(gè)PDTCH尋呼的的響應(yīng)應(yīng)。分組尋尋呼信信道（（PPCH）屬于于下行行信道道，用用于尋尋呼移移動(dòng)臺(tái)臺(tái)。分組接接入允允許信信道（（PAGCH）屬于于下行行信道道，用用于向向移動(dòng)動(dòng)臺(tái)分分配PDTCH信道。。分組通通知信信道（（PNCH）屬于于下行行信道道，用用于通通知移移動(dòng)臺(tái)臺(tái)點(diǎn)到到多點(diǎn)點(diǎn)（PTM-M）通知知信息息的傳傳送。。分組組專專用用控控制制信信道道（（PDCCH）是是用用于于分分組組數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)專專用用控控制制信信令令的的邏邏輯輯信信道道，，包包括括如如下下信信道道。。分組組隨隨路路控控制制信信道道（（PACCH）為為雙雙向向信信道道，，用用于于傳傳輸輸功功率率控控制制信信息息、、測(cè)測(cè)量量和和證證實(shí)實(shí)等等信信息息。。每每個(gè)個(gè)單單向向的的PDTCH都具具有有上上下下行行兩兩個(gè)個(gè)方方向向上上的的PACCH信道道。。PDTCH方向向上上的的PACCH將占占用用PDTCH的資資源源，，而而相相反反方方向向上上的的PACCH則動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)分分配配。。上行行分分組組定定時(shí)時(shí)控控制制信信道道（（PTCCH/U）傳傳輸輸隨隨機(jī)機(jī)接接入入突突發(fā)發(fā)脈脈沖沖，，用用于于估估計(jì)計(jì)處處于于分分組組傳傳輸輸模模式式下下的的移移動(dòng)動(dòng)臺(tái)臺(tái)的的時(shí)時(shí)間間提提前前量量。。下行行分分組組定定時(shí)時(shí)控控制制信信道道（（PTCCH/D）向向多多個(gè)個(gè)移移動(dòng)動(dòng)臺(tái)臺(tái)傳傳輸輸定定時(shí)時(shí)提提前前信信息息，，用用于于定定時(shí)時(shí)提提前前更更新新。。一一個(gè)個(gè)PTCCH/D可以以對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)多多個(gè)個(gè)PTCCH/U。2．MAC協(xié)議議層層（1）MAC層功功能能MAC層位位于于RLC層和和物物理理層層之之間間，，通通過(guò)過(guò)直直接接與與物物理理層層連連接接完完成成信信道道資資源源共共享享、、無(wú)無(wú)線線鏈鏈路路控控制制和和媒媒體體接接入入控控制制等等功功能能，，使使多多個(gè)個(gè)MS共享享相相同同的的傳傳輸輸媒媒體體。。MAC層主主要要功功能能如如下下。。①在在上上行行鏈鏈路路上上，，當(dāng)當(dāng)多多個(gè)個(gè)MS同時(shí)時(shí)申申請(qǐng)請(qǐng)接接入入時(shí)時(shí)，，對(duì)對(duì)有有限限的的物物理理資資源源進(jìn)進(jìn)行行合合理理的的分分配配。。MAC層采采用用時(shí)時(shí)隙隙Aloha規(guī)程程進(jìn)進(jìn)行行MS與BTS之間間的的接接入入控控制制功功能能；；MAC層負(fù)負(fù)責(zé)責(zé)無(wú)無(wú)線線信信道道接接入入沖沖突突的的監(jiān)監(jiān)測(cè)測(cè)和和協(xié)協(xié)調(diào)調(diào)。。②在在下下行行鏈鏈路路上上，，對(duì)對(duì)接接入入請(qǐng)請(qǐng)求求進(jìn)進(jìn)行行排排隊(duì)隊(duì)并并按按序序分分配配資資源源，，不不需需要要競(jìng)競(jìng)爭(zhēng)爭(zhēng)解解決決機(jī)機(jī)制制。。③MAC層對(duì)對(duì)發(fā)發(fā)送送的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)進(jìn)進(jìn)行行優(yōu)優(yōu)先先級(jí)級(jí)處處理理，，信信令令數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)比比用用戶戶數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)有有更更高高的的優(yōu)優(yōu)先先級(jí)級(jí)。。（2）MAC層主主要要標(biāo)標(biāo)識(shí)識(shí)符符①臨臨時(shí)時(shí)塊塊流流（（TBF）是是兩兩個(gè)個(gè)對(duì)對(duì)等等的的無(wú)無(wú)線線資資源源管管理理實(shí)實(shí)體體之之間間用用于于傳傳輸輸LLC數(shù)據(jù)據(jù)塊塊的的一一組組物物理理連連接接，，標(biāo)標(biāo)識(shí)識(shí)一一系系列列來(lái)來(lái)自自或或去去往往指指定定移移動(dòng)動(dòng)臺(tái)臺(tái)的的RLC/MAC塊。。TBF可以以使使用用一一個(gè)個(gè)或或多多個(gè)個(gè)PDCH上的的無(wú)無(wú)線線資資源源。。TBF是唯唯一一的的，，每每個(gè)個(gè)占占用用一一無(wú)無(wú)線線信信道道的的移移動(dòng)動(dòng)臺(tái)臺(tái)在在整整個(gè)個(gè)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)傳傳輸輸過(guò)過(guò)程程中中使使用用同同一一個(gè)個(gè)TBF；TBF是臨臨時(shí)時(shí)的的，，只只有有在在數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)傳傳輸輸時(shí)時(shí)才才存存在在，，所所有有的的RLC/MAC塊傳傳輸輸完完畢畢TBF將被被釋釋放放。。②臨臨時(shí)時(shí)塊塊流流標(biāo)標(biāo)識(shí)識(shí)（（TFI）是為為了移移動(dòng)臺(tái)臺(tái)和網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)都都能識(shí)識(shí)別TBF，網(wǎng)絡(luò)絡(luò)分配配給每每個(gè)TBF的標(biāo)識(shí)識(shí)。在在某一一確定定的方方向上上，每每個(gè)TBF的臨時(shí)時(shí)塊流流標(biāo)識(shí)識(shí)（TFI）是唯唯一的的。由由TBF、TFI和RLC數(shù)據(jù)塊塊傳送送方向向可唯唯一地地標(biāo)識(shí)識(shí)一個(gè)個(gè)RLC數(shù)據(jù)塊塊。由由TBF、TFI和RLC控制消消息的的方向向及消消息類類型可可唯一一地標(biāo)標(biāo)識(shí)一一個(gè)RLC控制塊塊。接接收端端通過(guò)過(guò)將TBF中包含含相同同TFI的信息息重組組得到到完整整的數(shù)數(shù)據(jù)流流。③上上行鏈鏈路狀狀態(tài)標(biāo)標(biāo)識(shí)（（USF）。如如果上上行鏈鏈路采采用動(dòng)動(dòng)態(tài)分分配方方案時(shí)時(shí)，在在PDCH上，USF用來(lái)允允許多多個(gè)移移動(dòng)臺(tái)臺(tái)的無(wú)無(wú)線塊塊復(fù)用用，而而且僅僅在下下行鏈鏈路方方向傳傳送。。USF位于下下行鏈鏈路每每個(gè)無(wú)無(wú)線塊塊的頭頭部，，用3個(gè)比特特進(jìn)行行編碼碼，因因而有有8種不同同的取取值，，USF限制上上行鏈鏈路的的每個(gè)個(gè)時(shí)隙隙上最最多有有8個(gè)移動(dòng)動(dòng)臺(tái)。。3．RLC層協(xié)議議（1）RLC層功能能RLC層是LLC層和MAC層之間間的接接口，，負(fù)責(zé)責(zé)對(duì)發(fā)發(fā)往空空中接接口的的數(shù)據(jù)據(jù)進(jìn)行行封裝裝和解解封裝裝。由由于LLC層幀太太長(zhǎng)不不便于于發(fā)送送，RLC層將LLCPDU分段組組成若若干RLC/MAC數(shù)據(jù)塊塊。一一個(gè)數(shù)數(shù)據(jù)塊塊序號(hào)號(hào)（BSN）標(biāo)示示每一一個(gè)RLC/MAC塊，用用來(lái)安安排RLC塊的先先后順順序，，BSN包含在RLC塊的域中。。RLC層收到RLC塊后，將RLC包頭剝離出出來(lái)，RLC層將改變這這些數(shù)據(jù)塊塊的順序，，對(duì)RLC塊重組，形形成LLC幀。RLC層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)據(jù)塊通過(guò)無(wú)無(wú)線接口的的傳輸?shù)耐瑫r(shí)還采用用自動(dòng)請(qǐng)求求重傳機(jī)制制（ARQ）執(zhí)行后向向錯(cuò)誤校正正（BEC）功能。（2）RLC層傳輸模式式①RLC確認(rèn)模式采采用RLC數(shù)據(jù)塊的ARQ機(jī)制獲得較較高的可靠靠性，在發(fā)發(fā)送側(cè)對(duì)所所有要傳輸輸?shù)腞LC數(shù)據(jù)塊采用用BSN進(jìn)行編號(hào)，，接收側(cè)如如果某些數(shù)數(shù)據(jù)丟失或或未正確接接收，通過(guò)過(guò)發(fā)送分組組確認(rèn)/非確認(rèn)信息息請(qǐng)求對(duì)這這些RLC數(shù)據(jù)塊重傳傳。②RLC非確認(rèn)模式式不執(zhí)行RLC數(shù)據(jù)塊的重重傳，發(fā)送送側(cè)的BSN僅用于接收收方從RLC數(shù)據(jù)包到LLC數(shù)據(jù)包的重重組。接收收側(cè)通過(guò)發(fā)發(fā)送分組確確認(rèn)/非確認(rèn)信息息用于進(jìn)行行必要的控控制信息的的傳輸（如如下行傳輸輸中信道質(zhì)質(zhì)量的監(jiān)視視或上行傳傳輸中的定定時(shí)提前量量校正），，RLC非確認(rèn)模式式不能保證證RLC塊的成功發(fā)發(fā)送。4．LLC協(xié)議層（1）LLC層功能（2）LLC層主要標(biāo)識(shí)識(shí)符①LLC層業(yè)務(wù)接入入點(diǎn)標(biāo)識(shí)（（SAPI）。LLC層為上層協(xié)協(xié)議提供了了6個(gè)業(yè)務(wù)接入入點(diǎn)（SAP），這些接接入點(diǎn)可以以看作是層層與層之間間的“隧道道”。②臨時(shí)邏邏輯鏈路標(biāo)標(biāo)識(shí)符（TLLI）。5．SNDCP協(xié)議層（1）SNDCP層功能SNDCP（子子網(wǎng)網(wǎng)相相關(guān)關(guān)匯匯聚聚協(xié)協(xié)議議））層層位位于于網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)層層下下面面和和LLC層的的上上面面，，提提供供了了對(duì)對(duì)協(xié)協(xié)議議的的透透明明性性。。它它可可支支持持不不同同的的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)協(xié)協(xié)議議，，如如X.25、IP等多多種種協(xié)協(xié)議議，，可可以以在在不不更更改改GPRS協(xié)議議的的基基礎(chǔ)礎(chǔ)上上引引入入新新的的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)層層協(xié)協(xié)議議。。SNDCP功能能簡(jiǎn)簡(jiǎn)述述如如下下。。①SNDCP控制制將將一一個(gè)個(gè)或或多多個(gè)個(gè)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)層層實(shí)實(shí)體體上上的的N-PDU復(fù)用用到到適適當(dāng)當(dāng)?shù)牡腖LC連接接。。②完完成成N-PDU的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)傳傳送送。。在在LLC確認(rèn)認(rèn)模模式式下下，，在在LLC層確確認(rèn)認(rèn)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)的的接接收收，，它它還還管管理理每每個(gè)個(gè)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)層層業(yè)業(yè)務(wù)務(wù)接接入入點(diǎn)點(diǎn)（（NSAPI）獨(dú)獨(dú)立立的的序序列列傳傳輸輸。。在在LLC非確確認(rèn)認(rèn)模模式式下下，，數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)的的接接收收不不在在SNDCP或LLC層進(jìn)進(jìn)行行確確認(rèn)認(rèn)。。③SNDCP層支支持持對(duì)對(duì)冗冗余余用用戶戶數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)和和協(xié)協(xié)議議控控制制信信息息進(jìn)進(jìn)行行壓壓縮縮。。SNDCP層發(fā)發(fā)送送側(cè)側(cè)執(zhí)執(zhí)行行控控制制信