移動(dòng)通信第七章 時(shí)分多址(TDMA)數(shù)字蜂窩網(wǎng)

第七章時(shí)分多址（TDMA）數(shù)字蜂窩網(wǎng)目錄7.1GSM系統(tǒng)總體7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理7.4FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量7.5GPRS系統(tǒng)7.1GSM系統(tǒng)總體7.1GSM系統(tǒng)總體7.1GSM系統(tǒng)總體圖9–1GSM蜂窩系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)7.1GSM系統(tǒng)總體

1.移動(dòng)臺(tái)(MS)2.基站子系統(tǒng)(BSS)3.網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)4.GSM網(wǎng)絡(luò)接口VLRVLRHLREIRMSCBTSBSCAbisMSCMSUmAEFCBDG

Um接口(空中接口)定義為移動(dòng)臺(tái)(MS)與基站收發(fā)信機(jī)(BTS)之間的無(wú)線通信接口，它是GSM系統(tǒng)中最重要、最復(fù)雜的接口用于BTS(不與BSC放在一處)與BSC之間的遠(yuǎn)端互連方式，它是通過(guò)采用標(biāo)準(zhǔn)的2.048Mb/s或64kb/sPCM數(shù)字傳輸鏈路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。此接口支持所有向用戶提供的服務(wù)，并支持對(duì)BTS無(wú)線設(shè)備的控制和無(wú)線頻率的分配移動(dòng)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(guò)采用標(biāo)準(zhǔn)的2.048Mb/sPCM數(shù)字傳輸鏈路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。此接口傳送的信息包括對(duì)移動(dòng)臺(tái)及基站管理、移動(dòng)性及呼叫接續(xù)管理等B接口定義為移動(dòng)交換中心(MSC)與訪問(wèn)用戶位置寄存器(VLR)之間的內(nèi)部接口。用于MSC向VLR詢問(wèn)有關(guān)移動(dòng)臺(tái)(MS)當(dāng)前位置信息或者通知VLR有關(guān)MS的位置更新信息等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(biāo)準(zhǔn)的2.048Mb/sPCM數(shù)字傳輸鏈路實(shí)現(xiàn)的用于交換移動(dòng)臺(tái)位置和用戶管理的信息，保證移動(dòng)臺(tái)在整個(gè)服務(wù)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c用于移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)MSC控制區(qū)到另一個(gè)MSC控制區(qū)時(shí)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(biāo)準(zhǔn)的2.048Mb/sPCM數(shù)字傳輸鏈路實(shí)現(xiàn)的用于交換相關(guān)的管理信息。此接口的物理鏈接方式也是采用標(biāo)準(zhǔn)的2.048Mb/sPCM數(shù)字傳輸鏈路實(shí)現(xiàn)的當(dāng)采用臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼(TMSI)時(shí)，此接口用于向分配TMSI的VLR詢問(wèn)此移動(dòng)用戶的國(guó)際移動(dòng)用戶識(shí)別碼(IMSI)的信息。G接口的物理鏈接方式與E接口相同。7.1GSM系統(tǒng)總體二.GSM的區(qū)域、號(hào)碼、地址與識(shí)別1.區(qū)域定義7.1GSM系統(tǒng)總體2.號(hào)碼與識(shí)別(1)移動(dòng)用戶識(shí)別碼（IMSI）：在GSM系統(tǒng)中，每個(gè)用戶分配一個(gè)唯一的國(guó)際移動(dòng)用戶識(shí)別碼，此碼在所有位置（包括漫游區(qū)）都有效。MCC：移動(dòng)用戶所屬國(guó)家代號(hào)，占3位數(shù)字，中國(guó)為460。MNC：移動(dòng)網(wǎng)號(hào)碼，最多兩位數(shù)字組成，用于識(shí)別移動(dòng)用戶歸屬的移動(dòng)通信網(wǎng)。MSIN：移動(dòng)用戶識(shí)別碼，用以識(shí)別某一PLMN中的移動(dòng)用戶。7.1GSM系統(tǒng)總體(2)臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼。考慮到移動(dòng)用戶識(shí)別碼的安全性，GSM系統(tǒng)能提供安全保密措施，即空中接口無(wú)線傳輸?shù)淖R(shí)別碼采用臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼(TMSI)代替IMSI。兩者之間可按一定的算法互相轉(zhuǎn)換。訪問(wèn)位置寄存器(VLR)可給來(lái)訪的移動(dòng)用戶分配一個(gè)TMSI(只限于在該訪問(wèn)服務(wù)區(qū)使用)?？傊?，IMSI只在起始入網(wǎng)登記時(shí)使用，在后續(xù)的呼叫中，使用TMSI，以避免通過(guò)無(wú)線信道發(fā)送其IMSI，從而防止竊聽(tīng)者檢測(cè)用戶的通信內(nèi)容，或者非法盜用合法用戶的IMSI。TMSI總長(zhǎng)不超過(guò)4個(gè)字節(jié)，其格式可由各運(yùn)營(yíng)部門(mén)決定。7.1GSM系統(tǒng)總體(3)國(guó)際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼。國(guó)際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼(IMEI)是區(qū)別移動(dòng)臺(tái)設(shè)備的標(biāo)志，可用于監(jiān)控被竊或無(wú)效的移動(dòng)設(shè)備。TAC:型號(hào)批準(zhǔn)碼，由歐洲型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)中心分配。FAC:裝配廠家號(hào)碼。SNR:產(chǎn)品序號(hào)，用于區(qū)別同一個(gè)TAC和FAC中的每臺(tái)移動(dòng)設(shè)備。SP:備用。7.1GSM系統(tǒng)總體(4)移動(dòng)臺(tái)的號(hào)碼。①移動(dòng)臺(tái)國(guó)際ISDN號(hào)碼(MSISDN)。CCNDCSN移動(dòng)臺(tái)國(guó)內(nèi)有效ISDN號(hào)碼移動(dòng)臺(tái)國(guó)ISDN號(hào)碼CC：國(guó)家代碼，即移動(dòng)臺(tái)注冊(cè)登記的國(guó)家代號(hào)，中國(guó)為86NDC：國(guó)內(nèi)地區(qū)碼，每個(gè)PLMN有一個(gè)NDCSN：移動(dòng)用戶號(hào)碼由NDC和SN兩部分組成國(guó)內(nèi)ISDN號(hào)碼，其長(zhǎng)度不超過(guò)13位數(shù)。國(guó)際ISDN號(hào)碼長(zhǎng)度不超過(guò)15位數(shù)字。7.1GSM系統(tǒng)總體②移動(dòng)臺(tái)漫游號(hào)碼(MSRN)。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)漫游到一個(gè)新的服務(wù)區(qū)時(shí)，由VLR給它分配一個(gè)臨時(shí)性的漫游號(hào)碼，并通知該移動(dòng)臺(tái)的HLR，用于建立通信路由。一旦該移動(dòng)臺(tái)離開(kāi)該服務(wù)區(qū)，此漫游號(hào)碼即被收回，并可分配給其它來(lái)訪的移動(dòng)臺(tái)使用。漫游號(hào)碼的組成格式與移動(dòng)國(guó)際(或國(guó)內(nèi))ISDN號(hào)碼相同。7.1GSM系統(tǒng)總體(5)位置區(qū)和基站的識(shí)別碼①位置區(qū)識(shí)別(LAI)碼：在檢測(cè)位置更新和信道切換時(shí)，要使用位置識(shí)別碼。MCCMNCLAC位置區(qū)識(shí)別碼（LAI）MCC：移動(dòng)用戶所屬國(guó)家代號(hào)，占3位數(shù)字，中國(guó)為460。MNC：移動(dòng)網(wǎng)號(hào)碼，最多兩位數(shù)字組成，用于識(shí)別移動(dòng)用戶歸屬的移動(dòng)通信網(wǎng)。LAC：用于識(shí)別GSM網(wǎng)中的一個(gè)位置區(qū)，最多不超過(guò)兩字節(jié)，采用16進(jìn)制編碼，由各運(yùn)營(yíng)部門(mén)制定。在LAI后面加上CI，還可組成小區(qū)識(shí)別碼。7.1GSM系統(tǒng)總體②基站識(shí)別色碼(BSIC)：用于移動(dòng)臺(tái)識(shí)別相同載頻的不同基站，特別用于區(qū)別在不同國(guó)家的邊界地區(qū)采用相同載頻且相鄰的基站。NCCBCC基站識(shí)別色碼(BSIC)3bit3bitNCC：PLMN色碼，用來(lái)識(shí)別相鄰的PLMN網(wǎng)。BCC：BTS色碼，用來(lái)識(shí)別相同載頻的不同基站。7.1GSM系統(tǒng)總體三.主要業(yè)務(wù)1.通信業(yè)務(wù)分類7.1GSM系統(tǒng)總體2.業(yè)務(wù)定義電話業(yè)務(wù)。(2)緊急呼叫業(yè)務(wù)。(3)短消息業(yè)務(wù)。(4)可視圖文接入。(5)智能用戶電報(bào)傳送。(6)傳真。7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口一.GSM系統(tǒng)無(wú)線的傳輸特征GSM等三種數(shù)字蜂窩網(wǎng)主要參數(shù)7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口1.TDMA/FDMA接入方式TDMA/FDMA接入方式7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口2.頻率與頻道序號(hào)GSM系統(tǒng)工作在以下射頻頻段：

上行(移動(dòng)臺(tái)發(fā)、基站收)890～915MHz下行(基站發(fā)、移動(dòng)臺(tái)收)935～960MHz收、發(fā)頻率間隔為45MHz。

移動(dòng)臺(tái)采用較低頻段發(fā)射，傳播損耗較低，有利于補(bǔ)償上、下行功率不平衡的問(wèn)題。

7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口由于載頻間隔是0.2MHz，因此GSM系統(tǒng)整個(gè)工作頻段分為124對(duì)載頻，其頻道序號(hào)用n表示，則上、下兩頻段中序號(hào)為n的載頻可用下式計(jì)算：

下頻段fl(n)=(890+0.2n)MHz上頻段fh(n)=(935+0.2n)MHz

式中，n=1～124。例如n=1,fl(1)=890.2MHz,fh(1)=935.2MHz，其它序號(hào)的載頻依次類推。每個(gè)載頻有8個(gè)時(shí)隙，因此GSM系統(tǒng)總共有:

124×8=992個(gè)物理信道

有的書(shū)籍中簡(jiǎn)稱GSM系統(tǒng)有1000個(gè)物理信道。

7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口3.調(diào)制方式

高斯型最小移頻鍵控(GMSK)方式。高斯濾波器的歸一化帶寬BT=0.3，基于200kHz的載頻間隔及270.833kb/s的信道傳輸速率，其頻譜利用率為1.35b/s/Hz。4.載頻復(fù)用與區(qū)群結(jié)構(gòu)

GSM系統(tǒng)中，基站發(fā)射功率為每載波500W，每時(shí)隙平均為500/8=62.5W。移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率分為0.8W,2W,5W,8W和20W五種，可供用戶選擇。小區(qū)覆蓋半徑最大為35km，最小為500m，前者適用于農(nóng)村地區(qū)，后者適用于市區(qū)。由于系統(tǒng)采取了多種抗干擾措施(如自適應(yīng)均衡、跳頻和糾錯(cuò)編碼等)，同頻道射頻防護(hù)比可降到C/I=9dB，因此在業(yè)務(wù)密集區(qū)，可采用3小區(qū)9扇區(qū)的區(qū)群結(jié)構(gòu)。7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口二.信道類型及其組合1.幀結(jié)構(gòu)7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口上行幀號(hào)和下行幀號(hào)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間關(guān)系7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口2.信道分類在同一物理信道（相當(dāng)于專用呼叫信道）上復(fù)用7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口(1)業(yè)務(wù)信道。業(yè)務(wù)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。業(yè)務(wù)信道有全速率業(yè)務(wù)信道(TCH/F)和半速率業(yè)務(wù)信道(TCH/H)之分。半速率業(yè)務(wù)信道所用時(shí)隙是全速率業(yè)務(wù)信道所用時(shí)隙的一半。①話音業(yè)務(wù)信道。載有編碼話音的業(yè)務(wù)信道分為全速率話音業(yè)務(wù)信道(TCH/FS)和半速率話音業(yè)務(wù)信道(TCH/HS)，兩者的總速率分別為22.8kb/s和11.4kb/s。對(duì)于全速率話音編碼，話音幀長(zhǎng)20ms，每幀含260bit話音信息，提供的凈速率為13kb/s。7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口②數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道。在全速率或半速率信道上，通過(guò)不同的速率適配和信道編碼，用戶可使用下列各種不同的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：9.6kb/s,全速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道(TCH/F9.6)4.8kb/s,全速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道(TCH/F4.8)4.8kb/s,半速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道(TCH/H4.8)≤2.4kb/s,全速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道(TCH/F2.4)≤2.4kb/s,半速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道(TCH/H2.4)7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口(2)控制信道?？刂菩诺?CCH)用于傳送信令和同步信號(hào)。①?gòu)V播信道(BCH)。廣播信道是一種“一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)”的單方向控制信道，用于基站向移動(dòng)臺(tái)廣播公用的信息。傳輸?shù)膬?nèi)容主要是移動(dòng)臺(tái)入網(wǎng)和呼叫建立所需要的有關(guān)信息。其中又分為：·頻率校正信道(FCCH)：傳輸供移動(dòng)臺(tái)校正其工作頻率的信息；·同步信道(SCH)：傳輸供移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行同步和對(duì)基站進(jìn)行識(shí)別的信息，即基站識(shí)別碼是在同步信道上傳輸?shù)?；·廣播控制信道(BCCH)：傳輸系統(tǒng)公用控制信息，例如公共控制信道(CCCH)號(hào)碼以及是否與獨(dú)立專用控制信道(SDCCH)相組合等信息。7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口②公用控制信道(CCCH)。CCCH是一種雙向控制信道，用于呼叫接續(xù)階段傳輸鏈路連接所需要的控制信令。其中又分為：·尋呼信道(PCH)：傳輸基站尋呼移動(dòng)臺(tái)的信息；·隨機(jī)接入信道(RACH)：這是一個(gè)上行信道，用于移動(dòng)臺(tái)隨機(jī)提出的入網(wǎng)申請(qǐng)，即請(qǐng)求分配一個(gè)獨(dú)立專用控制信道(SDCCH)；·準(zhǔn)許接入信道(AGCH)：這是一個(gè)下行信道，用于基站對(duì)移動(dòng)臺(tái)的入網(wǎng)申請(qǐng)作出應(yīng)答，即分配一個(gè)獨(dú)立專用控制信道。7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口③專用控制信道(DCCH)。DCCH是一種“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的雙向控制信道，其用途是在呼叫接續(xù)階段以及在通信進(jìn)行當(dāng)中，在移動(dòng)臺(tái)和基站之間傳輸必需的控制信息。其中又分為：·獨(dú)立專用控制信道(SDCCH)：用于在分配業(yè)務(wù)信道之前傳送有關(guān)信令。例如，登記、鑒權(quán)等信令均在此信道上傳輸，經(jīng)鑒權(quán)確認(rèn)后，再分配業(yè)務(wù)信道(TCH)；7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口·慢速輔助控制信道(SACCH)：在移動(dòng)臺(tái)和基站之間，需要周期性地傳輸一些信息。例如,移動(dòng)臺(tái)要不斷地報(bào)告正在服務(wù)的基站和鄰近基站的信號(hào)強(qiáng)度，以實(shí)現(xiàn)“移動(dòng)臺(tái)輔助切換功能”。此外，基站對(duì)移動(dòng)臺(tái)的功率調(diào)整、時(shí)間調(diào)整命令也在此信道上傳輸，因此SACCH是雙向的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制信道。SACCH可與一個(gè)業(yè)務(wù)信道或一個(gè)獨(dú)立專用控制信道聯(lián)用。SACCH安排在業(yè)務(wù)信道時(shí)，以SACCH/T表示；安排在控制信道時(shí)，以SACCH/C表示。7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口·快速輔助控制信道(FACCH)：傳送與SDCCH相同的信息，只有在沒(méi)有分配SDCCH的情況下，才使用這種控制信道。使用時(shí)要中斷業(yè)務(wù)信息，把FACCH插入業(yè)務(wù)信道，每次占用的時(shí)間很短，約18.5ms。7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口3.時(shí)隙的格式

在GSM系統(tǒng)中，每幀含8個(gè)時(shí)隙，時(shí)隙的寬度為0.577ms，其中包含157.25bit。TDMA信道上一個(gè)時(shí)隙中的信息格式稱為突發(fā)脈沖序列。BSMS157.25bit(1)常規(guī)突發(fā)(NB,NormalBurst)脈沖序列。(2)頻率校正突發(fā)(FB,FrequencyCorrectionBurst)脈沖序列。(3)同步突發(fā)(SB，SynchronisationBurst)脈沖序列。(4)接入突發(fā)(AB,AccessBurst)脈沖序列。7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口根據(jù)時(shí)隙所含的具體內(nèi)容及其組成格式，可以分為：7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口尾比特信息比特571訓(xùn)練序列261信息比特573尾比特3保護(hù)期8.25156.25bit=0.577ms常規(guī)突發(fā)序列(1)常規(guī)突發(fā)(NB,NormalBurst)脈沖序列。BSMS0MS1MS2MS7TS0TS1TS2TS7TS0TS7TS1TS27.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口(2)頻率校正突發(fā)(FB,FrequencyCorrectionBurst)脈沖序列。頻率校正突發(fā)脈沖序列用于校正移動(dòng)臺(tái)的載波頻率，其格式比較簡(jiǎn)單，參見(jiàn)圖9-13所示。起始和結(jié)束的尾比特各占3bit，保護(hù)時(shí)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(yīng)發(fā)送的射頻是一個(gè)與載頻有固定偏移(頻編)的純正弦波，以便于調(diào)整移動(dòng)臺(tái)的載頻。尾比特3固定比特尾比特3保護(hù)期8.25142頻率校正突發(fā)序列7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口(3)同步突發(fā)(SB，SynchronisationBurst)脈沖序列。同步突發(fā)脈沖序列用于移動(dòng)臺(tái)的時(shí)間同步。主要組成包括64bit的位同步信號(hào)，以及兩段各39bit數(shù)據(jù)，用于傳輸TDMA幀號(hào)和基站識(shí)別碼(BSIC)?；咀R(shí)別碼(BSIC)用于移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量時(shí)區(qū)分同一個(gè)載頻而不同的基站。尾比特3加密比特39擴(kuò)展的訓(xùn)練序列64尾比特3保護(hù)期8.25加密比特39同步突發(fā)序列7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口(4)接入突發(fā)(AB,AccessBurst)脈沖序列。接入突發(fā)脈沖序列用于上行傳輸方向，在隨機(jī)接入信道(RACH)上傳送，用于移動(dòng)用戶向基站提出入網(wǎng)申請(qǐng)。BSMS0MS1TS0TS0TS1TS1時(shí)間超前量7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口4.信道的組合方式(1)業(yè)務(wù)信道的組合方式7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口(2)控制信道的組合方式。控制信道的復(fù)幀含51幀，其組合方式類型較多，而且上行傳輸和下行傳輸?shù)慕M合方式也是不相同的。1）BCCH和CCCH在TS0上的復(fù)用。BCCH和CCCH在TS0上的復(fù)用7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口TS0上RACH的復(fù)用7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口SDCCH和SACCH(下行)在TS1上的復(fù)用2）公用控制信道和專用控制信道均在TS0上的復(fù)用。7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口3）公用控制信道和專用控制信道均在TS0上的復(fù)用。TS0上控制信道綜合復(fù)用7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口三.話音和信道編碼數(shù)字化話音信號(hào)在無(wú)線傳輸時(shí)主要面臨三個(gè)問(wèn)題：一是選擇低速率的編碼方式，以適應(yīng)有限帶寬的要求；二是選擇有效的方法減少誤碼率，即信道編碼問(wèn)題；三是選用有效的調(diào)制方法，減小雜波輻射，降低干擾。7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口GSM的交織方式：7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口四.跳頻和間斷傳輸技術(shù)1.跳頻GSM系統(tǒng)的跳頻示意圖7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口跳頻系統(tǒng)的抗干擾原理與直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)是不同的。直擴(kuò)是靠頻譜的擴(kuò)展和解擴(kuò)處理來(lái)提高抗干擾能力的，而跳頻是靠躲避干擾來(lái)達(dá)到抗干擾能力的?？垢蓴_性能用處理增益GP表征，GＰ的表達(dá)式為式中：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=200kHz)。若BW取15MHz，則GP=18dB。

7.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口2.間斷傳輸為了提高頻譜利用率，GSM系統(tǒng)還采用了話音激活技術(shù)。這個(gè)被稱為間斷傳輸(DTx)技術(shù)的基本原則是：只在有話音時(shí)才打開(kāi)發(fā)射機(jī)，這樣可以減小干擾，使頻率復(fù)用面積減小，提高系統(tǒng)容量。采用DTx技術(shù)，對(duì)移動(dòng)臺(tái)來(lái)說(shuō)是更有意義，因?yàn)樵跓o(wú)信息傳輸時(shí)立即關(guān)閉發(fā)射機(jī)，可以減少電源消耗。GSM中，話音激活技術(shù)是采用一種自適應(yīng)門(mén)限話音檢測(cè)算法。當(dāng)發(fā)端判斷出通話者暫停通話時(shí)，立即關(guān)閉發(fā)射機(jī)，暫停傳輸;在接收端檢測(cè)出無(wú)話音時(shí)，在相應(yīng)空閑幀中填上輕微的“舒適噪聲”，以免收聽(tīng)者造成通信中斷的錯(cuò)覺(jué)。7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理一.位置登記7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理所謂位置登記(或稱注冊(cè))是通信網(wǎng)為了跟蹤移動(dòng)臺(tái)的位置變化，而對(duì)其位置信息進(jìn)行登記、刪除和更新的過(guò)程。由于數(shù)字蜂窩網(wǎng)的用戶密度大于模擬蜂窩網(wǎng)，因而位置登記過(guò)程必須更快、更精確。位置信息存儲(chǔ)在原籍位置寄存器(HLR)和訪問(wèn)位置寄存器(VLR)中。7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理圖9-25位置登記過(guò)程舉例MS“位置登記請(qǐng)求”“更新位置登記”詢問(wèn)“MS的IMSI”MSC（VLR）n（VLR）o“詢問(wèn)IMSI”響應(yīng)查詢“MS的有關(guān)參數(shù)”“查詢有關(guān)參數(shù)”響應(yīng)“位置信息注銷”“更新位置登記”確認(rèn)“位置登記請(qǐng)求”確認(rèn)（LR）HLR7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理二.鑒權(quán)與加密由于空中接口極易受到侵犯，GSM系統(tǒng)為了保證通信安全，采取了特別的鑒權(quán)與加密措施。鑒權(quán)是為了確認(rèn)移動(dòng)臺(tái)的合法性，而加密是了為防止第三者竊聽(tīng)。鑒權(quán)中心(AUC)為鑒權(quán)與加密提供了三參數(shù)組(RAND#,SRES和Kc)，在用戶入網(wǎng)簽約時(shí)，用戶鑒權(quán)鍵Ki連同IMSI一起分配給用戶，這樣每一個(gè)用戶均有惟一的Ki和IMSI，它們存儲(chǔ)于AUC數(shù)據(jù)庫(kù)和SIM卡中。根據(jù)HLR的請(qǐng)求，AUC按下列步驟產(chǎn)生一個(gè)三參數(shù)組，參見(jiàn)圖9-26。7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理圖9-26AUC產(chǎn)生三參數(shù)組IMSI1KiIMSI2Ki數(shù)據(jù)庫(kù)IMSI和鑒權(quán)RAND產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)加密算法A8鑒權(quán)算法A3結(jié)果結(jié)果KcSRESRANDKcSRESRANDIMSI：國(guó)際移動(dòng)用戶識(shí)別Kc：密鑰Ki：用戶鑒權(quán)鍵SRES：符號(hào)響應(yīng)RAND：隨機(jī)數(shù)將三參數(shù)組傳送給HLR三參數(shù)組7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理AUC存儲(chǔ)HLR中所有用戶的鑒權(quán)鍵KiHLRMSC/VLRMS存儲(chǔ)有關(guān)的用戶信息對(duì)所有用戶產(chǎn)生三參數(shù)組RAND/Kc/SRES臨時(shí)存儲(chǔ)所有用戶的三參數(shù)組(每用戶1至10個(gè)三參數(shù)組)依請(qǐng)求發(fā)給VLR存儲(chǔ)所有訪問(wèn)用戶的三參數(shù)組RAND/Kc/SRES（每用戶1至7個(gè)三參數(shù)組）接入請(qǐng)求RAND算法A3RANDKiSRESSRESAUCSRESMS=否不能接入是接入？RAND/Kc/SRES1.鑒權(quán)7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理AUC存儲(chǔ)HLR中所有用戶的鑒權(quán)鍵KiHLRMSC/VLRBTS存儲(chǔ)所有與網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的用戶信息對(duì)所有用戶產(chǎn)生三參數(shù)組RAND/Kc/SRES臨時(shí)存儲(chǔ)所有用戶的三參數(shù)組(每用戶1～10個(gè)）并依請(qǐng)求發(fā)給VLR存儲(chǔ)所有訪問(wèn)用戶的三參數(shù)組(每用戶1～7個(gè))RAND/Kc/SRES臨時(shí)存儲(chǔ)Kc用于與MS通話中的加密鑒權(quán)程序啟動(dòng)加密加密模式命令MMSRANDRANDA8(Kc)KcA5(加密)TDMA帳號(hào)加密消息“加密模式完成”A5TDMA幀號(hào)Kc解密消息“加密模式完成”成功否是加密模式完成2.加密7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理3.設(shè)備識(shí)別每一個(gè)移動(dòng)臺(tái)設(shè)備均有一個(gè)惟一的移動(dòng)臺(tái)設(shè)備識(shí)別碼(IMEI)。在EIR中存儲(chǔ)了所有移動(dòng)臺(tái)的設(shè)備識(shí)別碼，每一個(gè)移動(dòng)臺(tái)只存儲(chǔ)本身的IMEI。設(shè)備識(shí)別的目的是確保系統(tǒng)中使用的設(shè)備不是盜用的或非法的設(shè)備。為此，EIR中使用三種設(shè)備清單：白名單：合法的移動(dòng)設(shè)備識(shí)別號(hào)；黑名單：禁止使用的移動(dòng)設(shè)備識(shí)別號(hào)；灰名單：由運(yùn)營(yíng)者決定，例如有故障的或未經(jīng)型號(hào)認(rèn)證的移動(dòng)設(shè)備識(shí)別號(hào)。7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理存儲(chǔ)所有用戶的移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼存儲(chǔ)所有被列入灰/黑名單的設(shè)備EIRMSC/VLRIMEI請(qǐng)求MS存儲(chǔ)本設(shè)備識(shí)別IMEI呼叫建立發(fā)送IMEI檢查IMEI接入/禁止信息繼續(xù)/停止呼叫建立程序7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理4.用戶識(shí)別碼為了防止非法監(jiān)聽(tīng)進(jìn)而盜用IMSI，在無(wú)線鏈路上需要傳送IMSI時(shí)，均用臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼(TMSI)代替IMSI。僅在位置更新失敗或MS得不到TMSI時(shí)，才使用IMSI。MS每次向系統(tǒng)請(qǐng)求一種程序，如位置更新、呼叫嘗試等，MSC/VLR將給MS分配一個(gè)新的TMSI。7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理HLR存儲(chǔ)路徑所有歸屬PLMN的用戶數(shù)據(jù)MSC/VLR存儲(chǔ)路徑所有訪問(wèn)用戶的數(shù)據(jù)BSC/BTS存儲(chǔ)與無(wú)線路徑有關(guān)的數(shù)據(jù)MS存儲(chǔ)所有與網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的用戶信息更新更新位置區(qū)請(qǐng)求位置更新請(qǐng)求鑒權(quán)產(chǎn)生新的TMSIVLR存儲(chǔ)新TMSI新TMSI啟動(dòng)加密位置區(qū)更新位置區(qū)更新新TMSI存儲(chǔ)新TMSI位置區(qū)更新證實(shí)VLR刪除舊TMSI位置區(qū)更新完成IMSI在無(wú)線路徑上使用保密碼新TMSI新TMSIIMSI7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理三.呼叫接續(xù)1.移動(dòng)用戶主呼MS“信道請(qǐng)求”“立即分配”指令“業(yè)務(wù)請(qǐng)求”BS“置密模式”指令“業(yè)務(wù)請(qǐng)求”“鑒權(quán)請(qǐng)求”“鑒權(quán)請(qǐng)求”“鑒權(quán)”響應(yīng)“鑒權(quán)”響應(yīng)MSC“置密模式”指令“置密模式完成”“置密模式完成”“TMSI”指令“TMSI”指令“TMSI”響應(yīng)“TMSI”響應(yīng)“建立呼叫請(qǐng)求”“建立呼叫請(qǐng)求”“呼叫開(kāi)始”指令“呼叫開(kāi)始”指令“信道指配”指令“信道指配”指令“信道指配完成”“信道指配完成”“回鈴音”“回鈴音”“連接”指令“連接”指令“連接”確認(rèn)“連接”確認(rèn)“開(kāi)始接入請(qǐng)求”應(yīng)答VLR“鑒權(quán)”“鑒權(quán)”確認(rèn)“置密模式”“開(kāi)始接入請(qǐng)求”應(yīng)答分配新的“TMSI”對(duì)分配新的“TMSI”的應(yīng)答要求“傳送建立呼叫所需信息”“傳送建立呼叫所需信息”與固定用戶接續(xù)7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理2.移動(dòng)用戶被呼GMSC固定用戶撥號(hào)詢問(wèn)“路由信息”HLR“MSRN”“撥號(hào)信息”詢問(wèn)“路由信息”VLR詢問(wèn)“呼叫參數(shù)”“呼叫參數(shù)”“尋呼請(qǐng)求”“尋呼請(qǐng)求”VMSCBSMS“信道請(qǐng)求”“立即指配”指令“尋呼”響應(yīng)“尋呼”響應(yīng)“開(kāi)始接入請(qǐng)求”“鑒權(quán)”“鑒權(quán)”確認(rèn)“鑒權(quán)請(qǐng)求”“鑒權(quán)請(qǐng)求”“鑒權(quán)”響應(yīng)“鑒權(quán)”響應(yīng)“置密模式”“置密”指令“置密”指令“置密完成”“置密完成”“開(kāi)始接入應(yīng)答”請(qǐng)求“完成呼叫”“呼叫建立”“呼叫建立”“呼叫證實(shí)”“呼叫證實(shí)”“信道指配”信道“指配請(qǐng)求”“指配完成”“指配完成”回鈴音回鈴音“連接完成”“撥號(hào)應(yīng)答”“連接”“連接”“連接”確認(rèn)“連接”確認(rèn)“MSRN”7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理四.過(guò)區(qū)切換所謂過(guò)區(qū)切換是在通話期間，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)小區(qū)進(jìn)入另一個(gè)小區(qū)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)能進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，把移動(dòng)臺(tái)從原小區(qū)所用的信道切換到新小區(qū)的某一信道，并保證通話不間斷(用戶無(wú)感覺(jué))。如果小區(qū)采用扇區(qū)定向天線，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)在小區(qū)內(nèi)從一個(gè)扇區(qū)進(jìn)入另一扇區(qū)時(shí)，也要進(jìn)行類似的切換。7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理(1)同一個(gè)BSC控制區(qū)內(nèi)不同小區(qū)之間的切換，也包括不同扇區(qū)之間的切換。同一個(gè)BSC的過(guò)區(qū)7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理（2）同一個(gè)MSC/VLR區(qū)，不同BSC間切換7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理同一MSC的BSC間的切換流程7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理(3)不同MSC/VLR的區(qū)間切換。7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理MS“過(guò)區(qū)切換請(qǐng)求”“過(guò)區(qū)切換請(qǐng)求”轉(zhuǎn)發(fā)“過(guò)區(qū)切換請(qǐng)求”請(qǐng)求“分配切換號(hào)碼”“分配切換號(hào)碼”應(yīng)答“分配無(wú)線信道”“分配無(wú)線信道”響應(yīng)“切換號(hào)碼”“建立地面鏈路”“建立地面鏈路證實(shí)”“切換指令”(HB)“切換證實(shí)”(HB)“結(jié)束”“切換指令”（HA）BS1MSC1MSC2BS2VLR27.3GSM系統(tǒng)的控制與管理7.4FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量-0一.FDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量7.4FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量蜂窩通信系統(tǒng)由若干個(gè)小區(qū)構(gòu)成一個(gè)區(qū)群，區(qū)群之間實(shí)現(xiàn)頻率再用，使用相同頻率的小區(qū)稱為共道小區(qū)，共道小區(qū)之間存在相互干擾稱為共道干擾。7.4FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量若蜂窩網(wǎng)的每個(gè)區(qū)群含7個(gè)小區(qū)和各基站采用全向天線時(shí)，令小區(qū)半徑為r，兩個(gè)相鄰共道之間的距離為。把共道干擾控制在允許的數(shù)量而需要的值稱為共道干擾抑制因子(或稱共道再用因子)，即共道再用因子α為7.4FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量可得載干比的表示式為式中，C是信號(hào)功率；n0是背景噪聲功率(這里可忽略不計(jì))；Ii是來(lái)自第i個(gè)共道小區(qū)的干擾功率。假如傳播損耗與傳播距離的4次方成比例，接收機(jī)收到的信號(hào)功率與第i個(gè)共道小區(qū)的干擾功率可分別寫(xiě)成：7.4FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量式中，A為比例常數(shù)。因此式中，取信號(hào)的傳播距離等于小區(qū)半徑r(移動(dòng)臺(tái)處于小區(qū)邊緣)，是考慮到載干比在最不利的情況下也要達(dá)到預(yù)定的門(mén)限值。此外，由圖9-42可見(jiàn)，共道干擾的傳播距離Di在i的取值不同時(shí)不會(huì)完全相等，但其差異并不太大，因而為了分析方便，可以令Di=D，于是有7.4FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量假如規(guī)定的載干比門(mén)限值為(C/I)S,則當(dāng)蜂窩系統(tǒng)的總頻道數(shù)M=W/B(W為頻段寬度，B為頻道間隔)和區(qū)群小區(qū)數(shù)N確定后，每一小區(qū)的可用頻道數(shù)n可以求出為由式(9-4)可知7.4FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量可得上式說(shuō)明：蜂窩系統(tǒng)可以分配給每個(gè)小區(qū)的信道數(shù)除了取決于總信道數(shù)之外，還取決于要求的載干比。換句話說(shuō)，為了保證某一載干比，需要通過(guò)選擇合適的共道再用因子或區(qū)群小區(qū)數(shù)。7.4FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量基站若采用定向天線把小區(qū)分成多扇區(qū)進(jìn)行工作，可以減小系統(tǒng)中的共道干擾。因?yàn)槎ㄏ蛱炀€具有方向性，共道干擾只能在一定位置上和一定范圍內(nèi)才能產(chǎn)生干擾作用，因而共道小區(qū)的有效數(shù)目要減小。由圖9-43可見(jiàn)，采用120°定向天線的三扇區(qū)，其共道干擾源將由原來(lái)的6個(gè)減少到2個(gè)，六扇區(qū)的共道干擾源由原來(lái)的6個(gè)減少到1個(gè)。干擾源的減少意味著實(shí)際的載干比得以提高，如果保持要求的載干比(C/I)S不變，則可以減小共道再用因子α，即減少每個(gè)區(qū)群的小區(qū)數(shù)N，從而增加每小區(qū)的可用信道數(shù)目，即提高系統(tǒng)的通信容量。7.4FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量也可以用式(9-10)進(jìn)行計(jì)算，但是式中的信道寬度，在FDMA中即為頻道寬度。在TDMA中，一個(gè)頻道包含若干信道，為此采用等效信道寬度概念。TDMA系統(tǒng)劃分信道的辦法是首先把頻段W劃分成若干頻道，然后在每一頻道上再劃分成若干時(shí)隙。用戶使用的信道是在某一頻道上的某一時(shí)隙。若TDMA系統(tǒng)的頻道寬度為B0，而每一頻道包含m個(gè)時(shí)隙，則等效信道寬度為B0/m,相應(yīng)的信道總數(shù)為M=mW/B0。二.TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量7.4FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量盡管TDMA系統(tǒng)在每一頻道上可以分成m個(gè)時(shí)隙作為m個(gè)信道使用，但是不能由此而說(shuō)其等效信道總數(shù)比FDMA系統(tǒng)的信道總數(shù)增大m倍。因?yàn)?，話音編碼速率確定后，傳輸一路話音所需要的頻帶也是確定的。TDMA系統(tǒng)在一個(gè)頻道上用m個(gè)時(shí)隙傳輸m路話音，它所占用的頻道寬度必然比FDMA系統(tǒng)傳輸一路話音所需要的頻道寬度大m倍。從原理上說(shuō)，在系統(tǒng)總頻段相同的條件下，數(shù)字TDMA系統(tǒng)的等效信道總數(shù)和數(shù)字FDMA系統(tǒng)的信道總數(shù)是一樣的。如果二者所要求的載干比(C/I)S也是相同的話，則二者的通信容量也是一樣的。例如，設(shè)通信系統(tǒng)的總頻段為96kHz，各路數(shù)字話音速率為16kb/s，傳輸一路話音需要的帶寬為16kHz。采用FDMA方式時(shí)，可劃分的頻道(即信道)總數(shù)為96/16=6。采用TDMA方式時(shí)，如每個(gè)頻道分3個(gè)時(shí)隙，則所需頻道寬度為3×16=48kHz，因而只能把總頻段劃分為2個(gè)頻道，即等效信道總數(shù)也是2×3=6。7.4FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量要提高數(shù)字蜂窩系統(tǒng)的通信容量，必須采用先進(jìn)的技術(shù)措施。其中，最基本的辦法是采用先進(jìn)的話音編碼技術(shù)。這種編碼技術(shù)不僅要降低話音編碼的數(shù)據(jù)率，而且要有效地進(jìn)行差錯(cuò)保護(hù)。比如，在一個(gè)話音幀中，根據(jù)各類比特對(duì)差錯(cuò)敏感程度的不同分類進(jìn)行編碼保護(hù)，對(duì)差錯(cuò)敏感的比特(這些比特發(fā)生錯(cuò)誤后會(huì)明顯降低話音質(zhì)量)要采用糾錯(cuò)能力較強(qiáng)的編碼，而對(duì)差錯(cuò)不敏感的比特可以不進(jìn)行編碼保護(hù)。這樣，采用先進(jìn)話音編碼的數(shù)字通信系統(tǒng)與模擬通信系統(tǒng)相比，在話音質(zhì)量要求相同的情況下，所需的載干比(C/I)S值可以降低，比如從18dB降低到10～12dB，因而其共道再用因子可以減小，從而提高了通信系統(tǒng)的通信容量。7.4FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量一般來(lái)說(shuō)，在系統(tǒng)的總信道數(shù)目不變和每小區(qū)的可用信道數(shù)目不變的條件下，小區(qū)的半徑越小，則單位面積的通信容量越大。但是小區(qū)半徑的減小是以增加基站數(shù)目和以縮短移動(dòng)臺(tái)過(guò)區(qū)切換時(shí)間為前提的。例如，小區(qū)半徑減小到原來(lái)的1/5，每小區(qū)覆蓋面積要減小到原來(lái)的1/25,原來(lái)由一個(gè)小區(qū)覆蓋的地區(qū)必須由25個(gè)小區(qū)進(jìn)行覆蓋。這樣，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)在快速移動(dòng)中通信時(shí)，其過(guò)境切換的頻度必然增大，這就要求通信網(wǎng)絡(luò)以更快的速度進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量以及進(jìn)行切換信令的傳輸、處理和操作。TDMA蜂窩網(wǎng)絡(luò)由于采用了移動(dòng)臺(tái)輔助切換技術(shù)(MAHO)，能明顯加快移動(dòng)臺(tái)的過(guò)區(qū)切換速度，其小區(qū)半徑可以減小到0.5km，因而其單位面積的通信容量或者說(shuō)通信系統(tǒng)的總?cè)萘靠梢蕴岣?.4FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量要對(duì)任何蜂窩通信系統(tǒng)容量進(jìn)行評(píng)估，重要而可靠的辦法是對(duì)通信和話音質(zhì)量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的主觀測(cè)試，從而準(zhǔn)確地確定這種通信系統(tǒng)所需要的載干比(C/I)S。根據(jù)(C/I)S不難求出區(qū)群的小區(qū)數(shù)N。三種TDMA蜂窩系統(tǒng)的(C/I)S及N如表9-5所示。三.三種TDMA蜂窩系統(tǒng)的容量比較三種TDMA系統(tǒng)的