第一章移動(dòng)通信基本知識(shí)

（通信企業(yè)管理）第一章移動(dòng)通信基本知識(shí)培訓(xùn)教材移動(dòng)通信基本知識(shí)深圳市中興通訊股份有限公司第一章引言1.1移動(dòng)通信概述隨著社會(huì)的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)、程控交換、數(shù)字通信的發(fā)展，近些年來，移動(dòng)通信系統(tǒng)以其顯著的特點(diǎn)和優(yōu)越性能得以迅猛發(fā)展，應(yīng)用在社會(huì)的各個(gè)方面，到目前為止，全球移動(dòng)用戶超過1億，預(yù)計(jì)到本世紀(jì)末用戶數(shù)將達(dá)到2億。無線通信的發(fā)展?jié)摿Υ笥谟芯€通信的發(fā)展，它不僅僅提供普通的電話業(yè)務(wù)功能，并能提供或即將提供豐富的多種業(yè)務(wù)，滿足用戶的需求。移動(dòng)通信的主要目的是實(shí)現(xiàn)任何時(shí)間、任何地點(diǎn)和任何通信對(duì)象之間的通信。從通信網(wǎng)的角度看，移動(dòng)網(wǎng)可以看成是有線通信網(wǎng)的延伸，它由無線和有線兩部分組成。無線部分提供用戶終端的接入，利用有限的頻率資源在空中可靠地傳送話音和數(shù)據(jù)；有線部分完成網(wǎng)絡(luò)功能，包括交換、用戶管理、漫游、鑒權(quán)等，構(gòu)成公眾陸地移動(dòng)通信網(wǎng)PLMN。從陸地移動(dòng)通信的具體實(shí)現(xiàn)形式來分主要有模擬移動(dòng)通信和數(shù)字移動(dòng)通信這兩部種。移動(dòng)通信系統(tǒng)從40年代發(fā)展至今，根據(jù)其發(fā)展歷程和發(fā)展方向，可以劃分為三個(gè)階段：1.1.1第一代――模擬蜂窩通信系統(tǒng)第一代移動(dòng)電話系統(tǒng)采用了蜂窩組網(wǎng)技術(shù)，蜂窩概念由貝爾實(shí)驗(yàn)室提出，70年代在世界許AMPS（高級(jí)移動(dòng)電話業(yè)務(wù)）在1979年成為現(xiàn)實(shí)。現(xiàn)在存在于世界各地比較實(shí)用的、容量較大的系統(tǒng)主要有：（1）北美的AMPS；（2）北歐的NMT-450/900；（3）英國(guó)的TACS；其工作頻帶都在450MHz和900MHz附近，載頻間隔在30kHz以下。鑒于移動(dòng)通信用戶的特點(diǎn)：一個(gè)移動(dòng)通信系統(tǒng)不僅要滿足區(qū)內(nèi)，越區(qū)及越局自動(dòng)轉(zhuǎn)接信道的功能，還應(yīng)具有處理漫游用戶呼叫（包括主被叫）的功能。因此移動(dòng)通信系統(tǒng)不僅希望有一個(gè)與公眾網(wǎng)之間開放的標(biāo)準(zhǔn)接口，還需要一個(gè)開放的開發(fā)接口。由于移動(dòng)通信是基于固定電話網(wǎng)的，因此由于各個(gè)模擬通信移動(dòng)網(wǎng)的構(gòu)成方式有很大差異，所以總的容量受著很大的限制。鑒于模擬移動(dòng)通信的局限性，因此盡管模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)還會(huì)以一定的增長(zhǎng)率在近幾年內(nèi)繼續(xù)發(fā)展，但是它有著下列致命的弱點(diǎn)：A)各系統(tǒng)間沒有公共接口。B)無法與固定網(wǎng)迅速向數(shù)字化推進(jìn)相適應(yīng)，數(shù)字承載業(yè)務(wù)很難開展。C)頻率利用率低，無法適應(yīng)大容量的要求。D)安全.利用率低，易于被竊聽，易做"假機(jī)"。這些致命的弱點(diǎn)將妨礙其進(jìn)一步發(fā)展，因此模擬蜂窩移動(dòng)通信將逐步被數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信所替代。然而，在模擬系統(tǒng)中的組網(wǎng)技術(shù)仍將在數(shù)字系統(tǒng)中應(yīng)用。1.1.2第二代――數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)由于TACS等模擬制式存在的各種缺點(diǎn)，90年代開發(fā)出了以數(shù)字傳輸、時(shí)分多址和窄帶碼分多址為主體的移動(dòng)電話系統(tǒng)，稱之為第二代移動(dòng)電話系統(tǒng)。代表產(chǎn)品分為兩類：1.1.2.1TDMA系統(tǒng)TDMA系列中比較成熟和最有代表性的制式有：泛歐GSM、美國(guó)D-AMPS和日本PDC。（1）D-AMPS是在1989年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA完成技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定工作，1993年正式投入商用。它是在AMPS的基礎(chǔ)商改造成的，數(shù)模兼容，基站和移動(dòng)臺(tái)比較復(fù)雜。（2）日本的JDC（現(xiàn)已更名為PDC）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在1990年制定，93年使用，只限于本國(guó)使用。（3）歐洲郵電聯(lián)合會(huì)CEPT的移動(dòng)通信特別小組（SMG）在88年制定了GSM第一階段標(biāo)準(zhǔn)phase1，工作頻帶為900MHz左右，90年投入商用；同年，應(yīng)英國(guó)要求，工作頻帶為1800MHz的GSM規(guī)范產(chǎn)生。上述三種產(chǎn)品的共同點(diǎn)是數(shù)字化，時(shí)分多址、話音質(zhì)量比第一代好，保密性好、可傳送數(shù)據(jù)、能自動(dòng)漫游等。三種不同制式各有其優(yōu)點(diǎn)，PDC系統(tǒng)頻譜利用率很高，而D-AMPS系統(tǒng)容量最大，但GSM技術(shù)最成熟，而且它以O(shè)SI為基礎(chǔ)，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)公開，發(fā)展規(guī)模最大。1.1.2.2N-CDMA系統(tǒng)N-CDMA（碼分多址）系列主要是以高通公司為首研制的基于IS-95的N-CDMA（窄帶CDMA1987年開始系統(tǒng)研究，1990年被美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)接受，由于北美地區(qū)已經(jīng)有統(tǒng)一的AMPS模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)按雙模式設(shè)計(jì)。隨后頻帶擴(kuò)展到1900MHz，即基于N-CDMA的PCS1900。1.1.3第三代――IMT-2000隨著用戶的不斷增長(zhǎng)和數(shù)字通信的發(fā)展，第二代移動(dòng)電話系統(tǒng)逐漸顯示出它的不足之處。首先是頻帶太窄，不能提供如高速數(shù)據(jù)、慢速圖像與電視圖像等的各種寬帶信息業(yè)務(wù)；其次是GSM雖然號(hào)稱“全球通，實(shí)際未能實(shí)現(xiàn)真正的全球漫游，尤其是在移動(dòng)電話用戶較多的國(guó)家如美國(guó)，日本均未得到大規(guī)模的應(yīng)用。而隨著科學(xué)技術(shù)和通信業(yè)務(wù)的發(fā)展，需要的將是一個(gè)綜合現(xiàn)有移動(dòng)電話系統(tǒng)功能和提供多種服務(wù)的綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)，所以國(guó)際電聯(lián)要求在2000年實(shí)現(xiàn)商用化的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)，即IMT-2000，它的關(guān)鍵特性有：（1）包含多種系統(tǒng)；（2）世界范圍設(shè)計(jì)的高度一致性；（3）IMT-2000內(nèi)業(yè)務(wù)與固定網(wǎng)絡(luò)的兼容；（4）高質(zhì)量；（5）世界范圍內(nèi)使用小型便攜式終端。具有代表性的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)：主要存在兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：（1）以Qualcomm公司為代表提出的與IS-95系統(tǒng)反向兼容的寬帶cdmaOne建議。建議采用多級(jí)DS-CDMA，射頻信道帶寬1.25/10/20MHz，PN碼片率為1.288/3.6864/7.3728/14.7456Mbps。采用多級(jí)的目的在于將5MHz分為3個(gè)1.25MHz帶寬的信道，以便于IS-95后向兼容，可以共享或重疊。美國(guó)考慮在IMT-2000網(wǎng)絡(luò)發(fā)展目標(biāo)上，支持寬帶分組交換網(wǎng)為核心，將當(dāng)前的從功能上分層的網(wǎng)絡(luò)模式演變成端到端的客戶-服務(wù)器模式。（2）專門開發(fā)與GSM系統(tǒng)反向兼容的UMTS標(biāo)準(zhǔn)，包括兩個(gè)子方案：日本的W-CDMA日本最大的移動(dòng)電話運(yùn)營(yíng)商N(yùn)TTDoCoMo提出的建議為相干多碼率寬帶CDMA（W-CDMA日本的第二代移動(dòng)電話系統(tǒng)并沒有成為全球化標(biāo)準(zhǔn)，而在第三代IMT-2000網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案上，日本決心走全球化合作的道路。在支持ITU的IMT-2000家族及接口概念基礎(chǔ)上，有意參照無線傳輸技術(shù)的合作方式，支持歐洲的GSMUMTS的網(wǎng)絡(luò)概念。現(xiàn)在愛立信等公司以與NTTDoCoMo公司合作，共同提出無線傳輸技術(shù)采用W-CDMA，而核心網(wǎng)路則沿用GSM網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，其目的在于能從GSM演進(jìn)到第三代IMT-2000。歐洲的TD-CDMA歐洲西門子和阿爾卡特等公司提出了一種TD-CDMA。該方案將FDMA/TDMA/CDMA組合在一起。其特點(diǎn)是信道間隔擴(kuò)展為1.6MHz，但它的幀結(jié)構(gòu)和時(shí)隙結(jié)構(gòu)與GSM相同，擴(kuò)展因子為16，可支持每時(shí)隙8個(gè)用戶。由于每時(shí)隙僅8（JointDetection）從而不需快速功率控制和減少碼間干擾，另外還可采用時(shí)分雙工（TDDGSM兼容。此方案便于由GSM平滑過渡到第三代，故受到很多GSM供應(yīng)商支持。IMT-2000的頻譜分配：1992年世界無線電管制大會(huì)的規(guī)定：IMT-2000頻譜分配如下：上行頻段：1885~2025MHz；下行頻段：2110~2200MHz；移動(dòng)衛(wèi)星業(yè)務(wù)頻段：1980~2010MHz；2170~2200MHz；從上面的分配可以看出，其上、下行頻段是不對(duì)稱的，因此有的系統(tǒng)提出利用不對(duì)稱的頻段以TDD方式提供業(yè)務(wù)。但是在IMT-2000頻譜分配上，各國(guó)家和地區(qū)的考慮并不相同，不可能完全遵照這樣的頻譜安排。1.2移動(dòng)通信的特點(diǎn)移動(dòng)通信：對(duì)于通話的雙方，只要有一方處于移動(dòng)狀態(tài)，即構(gòu)成移動(dòng)通信方式。移動(dòng)通信是有線通信的延伸，與有線通信相比具有以下特點(diǎn)：1.終端用戶的移動(dòng)性：移動(dòng)通信的主要特點(diǎn)在于用戶的移動(dòng)性，需要隨時(shí)知道用戶當(dāng)前位置，以完成呼叫、接續(xù)等功能；用戶在通話時(shí)的移動(dòng)性，還涉及到頻道的切換問題等。2.無線接入方式：移動(dòng)用戶與基站系統(tǒng)之間采用無線接入方式，頻率資源的有限性、用戶與基站系統(tǒng)之間信全保護(hù)（鑒權(quán)、加密）等。3．漫游功能：移動(dòng)通信網(wǎng)之間的自動(dòng)漫游，移動(dòng)通信網(wǎng)與其他網(wǎng)絡(luò)的互通（公用電話網(wǎng)、綜合業(yè)務(wù)第二章GSM通信系統(tǒng)2.1GSM的發(fā)展GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)源于歐洲。早在80年代初，歐洲已有幾大模擬蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)營(yíng)，例如北歐的NMT（北歐移動(dòng)電話）和英國(guó)的TACS也提供移動(dòng)業(yè)務(wù)。但是模擬系統(tǒng)有一些限制：第一，盡管在80年代初的過低估計(jì)下，移動(dòng)業(yè)務(wù)的潛在需求也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)時(shí)模擬蜂窩網(wǎng)的預(yù)計(jì)容量；第二，運(yùn)營(yíng)中的不同系統(tǒng)不能向用戶提供兼容性：一個(gè)TACS終端不能進(jìn)入NMT網(wǎng)，一個(gè)NMT終端也不能進(jìn)入TACS網(wǎng)。為了方便全歐洲統(tǒng)一使用移動(dòng)電話，需要一種公共的系統(tǒng)。1982年在歐洲郵電行政大會(huì)（CEPT）上成立“移動(dòng)特別小組（GroupSpecialMobile）簡(jiǎn)稱“GSM”，開始制定使用于泛歐各國(guó)的一種數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范。1990年完成了GSM900的規(guī)范，產(chǎn)生一套12章規(guī)范系列。隨著設(shè)備的開發(fā)和數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)的建立，GSM逐漸演變?yōu)椤叭蛞苿?dòng)通信系統(tǒng)（GlobalSystemforMobileCommunication）的簡(jiǎn)稱。2.2GSM系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范及其主要性能GSM標(biāo)準(zhǔn)共有12章規(guī)范系列，即：01系列：概述02系列：業(yè)務(wù)方面03系列：網(wǎng)絡(luò)方面04系列：MS－BS接口和規(guī)約（空中接口第2、3層）05系列：無線路徑上的物理層（空中接口第1層）06系列：話音編碼規(guī)范07系列：對(duì)移動(dòng)臺(tái)的終端適配08系列：BS到MSC接口（A和Abis接口）09系列：網(wǎng)絡(luò)互連10系列：暫缺11系列：設(shè)備和型號(hào)批準(zhǔn)規(guī)范12系列：操作和維護(hù)GSM的主要特點(diǎn)可以歸結(jié)為：1.頻譜效率。由于采用了高效調(diào)制器、信道編碼、交織、均衡和語音編碼技術(shù)，使系統(tǒng)具有高頻譜效率。2.容量。由于每個(gè)信道傳輸帶寬增加，使同頻復(fù)用栽干比要求降低至9dB，故GSM系統(tǒng)的同頻復(fù)用模式可以縮小到4/12或3/9甚至更?。M系統(tǒng)為7/21速率話音編碼的引入和自動(dòng)話務(wù)分配以減少越區(qū)切換的次數(shù)，使GSM系統(tǒng)的容量效率（每兆赫每小區(qū)的信道數(shù)）比TACS系統(tǒng)高3～5倍。3.話音質(zhì)量。鑒于數(shù)字傳輸技術(shù)的特點(diǎn)以及GSM規(guī)范中有關(guān)空中接口和話音編碼的定義，在門限值以上時(shí)，話音質(zhì)量總是達(dá)到相同的水平而與無線傳輸質(zhì)量無關(guān)。4.開放的接口。GSM標(biāo)準(zhǔn)所提供的開放性接口，不僅限于空中接口，而且報(bào)刊網(wǎng)絡(luò)直接以及網(wǎng)絡(luò)中個(gè)設(shè)備實(shí)體之間，例如A接口和Abis接口。5.安全性。通過鑒權(quán)、加密和TMSI號(hào)碼的使用，達(dá)到安全的目的。鑒權(quán)用來驗(yàn)證用戶的入網(wǎng)權(quán)利。加密用于空中接口，由SIM卡和網(wǎng)絡(luò)AUC的密鑰決定。TMSI是一個(gè)由業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)給用戶指定的臨時(shí)識(shí)別號(hào)，以防止有人跟蹤而泄漏其地理位置。6.與ISDN、PSTN等的互連。與其他網(wǎng)絡(luò)的互連通常利用現(xiàn)有的接口，如ISUP或TUP等。7.在SIM卡基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)漫游。漫游是移動(dòng)通信的重要特征，它標(biāo)志著用戶可以從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)進(jìn)入另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。GSM系統(tǒng)可以提供全球漫游，當(dāng)然也需要網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者之間的某些協(xié)議，例如計(jì)費(fèi)。在GSM系統(tǒng)中，漫游是在SIM卡識(shí)別號(hào)以及被稱為IMSI的國(guó)際移動(dòng)用戶識(shí)別號(hào)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。這意味著用戶不必帶著終端設(shè)備而只需帶其SIM卡進(jìn)入其他國(guó)家即可。終端設(shè)備可以租借，仍可達(dá)到用戶號(hào)碼不變，計(jì)費(fèi)帳號(hào)不變的目的。2.3GSM系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)2.3.1工作頻段的分配1.工作頻段我國(guó)陸地公用蜂窩數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)GSM通信系統(tǒng)采用900MHz頻段：890～915（移動(dòng)臺(tái)發(fā)、基站收）935～960（基站發(fā)、移動(dòng)臺(tái)收）雙工間隔為45MHz，工作帶寬為25MHz，載頻間隔為200kHz。隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，可視需要向下擴(kuò)展，或向1.8GHz頻段的GSM1800過渡，即1800MHz頻段：1710～1785（移動(dòng)臺(tái)發(fā)、基站收）1805～1880（基站發(fā)、移動(dòng)臺(tái)收）雙工間隔為95MHz，工作帶寬為75MHz，載頻間隔為200kHz。2.頻道間隔相鄰兩頻道間隔為200kHz。每個(gè)頻道采用時(shí)分多址接入（TDMA）方式，分為8個(gè)時(shí)隙，即8200kHz/8＝25kHz。將來GSM采用半速率話音編碼后，每個(gè)頻道可容納16個(gè)半速率信道。2.3.2多址方案GSM通信系統(tǒng)采用的多址技術(shù)：頻分多址（FDMA）和時(shí)分多址（TDMA）結(jié)合，還加上跳頻技術(shù)。GSM在無線路徑上傳輸?shù)囊粋€(gè)基本概念是：傳輸?shù)膯挝皇羌s一百個(gè)調(diào)制比特的序列，它稱為一個(gè)“突發(fā)脈沖。脈沖持續(xù)時(shí)間優(yōu)先，在無線頻譜中也占一有限部分。它們?cè)跁r(shí)間窗和頻率窗內(nèi)發(fā)送，我們稱之為間隙。精確地講，間隙的中心頻率在系統(tǒng)頻帶內(nèi)間隔200kHz安排（FDMA0.577ms（更精確地是15/26ms）出現(xiàn)一次（TDMA應(yīng)于相同間隙的時(shí)間間隔稱為一個(gè)時(shí)隙，它的持續(xù)時(shí)間將作為一種時(shí)間單位，稱為BP（突這樣一個(gè)間隙可以在時(shí)間/頻率圖中用一個(gè)長(zhǎng)15/26ms，寬200KHz的小矩形表示（見GSM中規(guī)定的200KHz帶寬稱為一個(gè)頻隙。圖在時(shí)域和頻域中的間隙在GSM系統(tǒng)中，每個(gè)載頻被定義為一個(gè)TDMA幀，相當(dāng)于FDMA系統(tǒng)的一個(gè)頻道。每幀包括8個(gè)時(shí)隙（TS0－7TDMA幀有一個(gè)TDMA幀號(hào)。TDMA幀號(hào)是以3小時(shí)28分53秒760毫秒（204851268BP或者說20485126個(gè)TDMA幀）為周期循環(huán)編號(hào)的。每20485126個(gè)TDMA幀為一個(gè)超高幀，每一個(gè)超高幀又可分為2048個(gè)超幀，一個(gè)超幀是5126個(gè)TDMA幀的序列（6.12成。復(fù)幀分為兩種類型。26幀的復(fù)幀：它包括26個(gè)TDMA幀（268BP120ms。51個(gè)這樣的復(fù)幀組成一個(gè)超幀。這種復(fù)幀用于攜帶TCH（和SACCH加FACCH51幀的復(fù)幀：它包括51個(gè)TDMA幀（518BP3060/13ms。26個(gè)這樣的復(fù)幀組成一個(gè)超幀。這種復(fù)幀用于攜帶BCH和CCCH。2.3.3無線接口管理在GSM通信系統(tǒng)中，可用無線信道數(shù)遠(yuǎn)小于潛在用戶數(shù)，雙向通信的信道只能在需要時(shí)才分配。這與標(biāo)準(zhǔn)電話網(wǎng)有很大的區(qū)別，在電話網(wǎng)中無論有無呼叫，每個(gè)終端都與一個(gè)交換機(jī)相連。在移動(dòng)網(wǎng)中，需要根據(jù)用戶的呼叫動(dòng)態(tài)地分配和釋放無線信道。不論是移動(dòng)臺(tái)發(fā)出的呼叫，還是發(fā)往移動(dòng)臺(tái)的呼叫，其建立過程都要求用專門方法使移動(dòng)臺(tái)接入系統(tǒng)，從而獲得一條信道。在GSM中，這個(gè)接入過程是在一條專用的移動(dòng)臺(tái)－－基站信道上實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)信道與用于傳送尋呼信息的基站――移動(dòng)臺(tái)信道一起稱為GSM的公用信道，因?yàn)樗瑫r(shí)攜帶發(fā)自/發(fā)往許多移動(dòng)臺(tái)的信息。相反地，在一定時(shí)間內(nèi)分配給一單獨(dú)移動(dòng)臺(tái)的信道稱作專用信道。由于這種區(qū)別，可以定義移動(dòng)臺(tái)的兩種宏?duì)顟B(tài)：空閑模式：移動(dòng)臺(tái)在偵聽廣播信道，此時(shí)它不占用任一信道。專用模式：一條雙向信道分配給需要通信的移動(dòng)臺(tái)，使它可以利用基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行雙向點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。接入過程使移動(dòng)臺(tái)從空閑模式轉(zhuǎn)到專用模式。2.3.4GSM信道GSM中的信道分為物理信道和邏輯信道，一個(gè)物理信道就為一個(gè)時(shí)隙（TS道是根據(jù)BTS與MS之間傳遞的信息種類的不同而定義的不同邏輯信道，這些邏輯信道映射到物理信道上傳送。從BTS到MS的方向稱為下行鏈路，相反的方向稱為上行鏈路。邏輯信道又分為兩大類，業(yè)務(wù)信道和控制信道。1.業(yè)務(wù)信道（TCH）：用于傳送編碼后的話音或客戶數(shù)據(jù)，在上行和下行信道上，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（BTS對(duì)一個(gè)MS，或反之）方式傳播。2.控制信道：用于傳送信令或同步數(shù)據(jù)。根據(jù)所需完成的功能又把控制信道定義成廣播、公共及專用三種控制信道，它們又可細(xì)分為：2.3.5保密措施GSM系統(tǒng)在安全性方面有了顯著的改進(jìn)，GSM與保密相關(guān)的功能有兩個(gè)目標(biāo)：第一，包權(quán)。防止未授權(quán)的接入是通過鑒權(quán)（即插入的SIM卡與移動(dòng)臺(tái)提供的用戶標(biāo)識(shí)碼是否一致的安全性檢查）實(shí)現(xiàn)的。從運(yùn)營(yíng)者方面看，該功能是頭等重要的，尤其在國(guó)際漫游情況下，被訪問網(wǎng)絡(luò)并不能控制用戶的記錄，也不能控制它的付費(fèi)能力。保護(hù)用戶的隱私是通過不同手段實(shí)現(xiàn)時(shí)，對(duì)傳輸加密可以防止在無線信道上竊聽通信。大多數(shù)的信令也可以用同樣方法保護(hù)，以防止第三方了解被叫方是誰。另外，以一個(gè)臨時(shí)代號(hào)替代用戶標(biāo)識(shí)是使第三方無法在無線信道上跟蹤GSM用戶的又一機(jī)制。2.3.5.1PIN碼這是一種簡(jiǎn)單的鑒權(quán)方法。在GSM系統(tǒng)中，客戶簽約等信息均被記錄在SIM卡中。SIM卡插到某個(gè)GSM終端設(shè)備中，便視作自己的電話機(jī)，通話的計(jì)費(fèi)帳單便記錄在此SIM卡名下。為防止盜打，帳單上產(chǎn)生訛誤計(jì)費(fèi)，在SIM卡上設(shè)置了PIN碼操作（類似計(jì)算機(jī)上的PasswordPIN碼是由4～8位數(shù)字組成，其位數(shù)由客戶自己決定。如客戶輸入了一個(gè)錯(cuò)誤的PIN碼，它會(huì)給客戶一個(gè)提示，重新輸入，若連續(xù)3次輸入錯(cuò)誤，SIM卡就被閉鎖，即使將SIM卡拔出或關(guān)掉手機(jī)電源也無濟(jì)于事，必須向運(yùn)營(yíng)商申請(qǐng)，由運(yùn)營(yíng)商為用戶解鎖。2.3.5.2鑒權(quán)鑒權(quán)的計(jì)算如下圖所示。其中RAND是網(wǎng)絡(luò)側(cè)對(duì)用戶的提問，只有合法的用戶才能夠給出正確的回答SRES。RAND是由網(wǎng)絡(luò)側(cè)AUC的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的，長(zhǎng)度為128比特，它的值隨機(jī)地在0～2128－1（成千上萬億）范圍內(nèi)抽取。SRES稱為符號(hào)響應(yīng)，通過用戶唯一的密碼參數(shù)（Ki）的計(jì)算獲取，長(zhǎng)度為32比特。Ki以相當(dāng)保密的方式存儲(chǔ)于SIM卡和AUC中，用戶也不了解自己的Ki，Ki可以是任意格式和長(zhǎng)度的。A3算法為鑒權(quán)算法，由運(yùn)營(yíng)者決定，該算法是保密的。A3算法的唯一限制是輸入?yún)?shù)的長(zhǎng)度（RAND是128比特）和輸出參數(shù)尺寸（SRES必須是322.3.5.3加密在GSM中，傳輸鏈路中加密和解密處理的位置允許所有專用模式下的發(fā)送數(shù)據(jù)都用一種方法保護(hù)。發(fā)送數(shù)據(jù)可以是用戶信息（語音、數(shù)據(jù)……加密和解密是對(duì)114個(gè)無線突發(fā)脈沖編碼比特與一個(gè)由特殊算法產(chǎn)生的114比特加密序列進(jìn)行異或運(yùn)算（A5算法）完成的。為獲得每個(gè)突發(fā)加密序列，A5對(duì)兩個(gè)輸入進(jìn)行計(jì)算：一個(gè)是幀號(hào)碼，另一個(gè)是移動(dòng)臺(tái)與網(wǎng)絡(luò)之間同意的密鑰（稱為Kc下行鏈路上使用兩個(gè)不同的序列：對(duì)每一個(gè)突發(fā)，一個(gè)序列用于移動(dòng)臺(tái)內(nèi)的加密，并作為BTS中的解密序列；而另一個(gè)序列用于BTS的加密，并作為移動(dòng)臺(tái)的解密序列。1.幀號(hào)：幀號(hào)編碼成一連串的三個(gè)值，總共加起來22比特。對(duì)于各種無線信道，每個(gè)突發(fā)的幀號(hào)都不同，所有同一方向上給定通信的每個(gè)突發(fā)使用不同的加密序列。2.A5算法A5算法必須在國(guó)際范圍內(nèi)規(guī)定，該算法可以描述成由22比特長(zhǎng)的參數(shù)（幀號(hào)碼）和64比特長(zhǎng)參數(shù)（Kc）生成兩個(gè)114比特長(zhǎng)的序列的黑盒子。3.密鑰Kc開始加密之前，密鑰Kc必須是移動(dòng)臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)同意的。GSM中選擇在鑒權(quán)期間計(jì)算密鑰Kc；然后把密鑰存貯于SIM卡的永久內(nèi)存中。在網(wǎng)絡(luò)一側(cè)，這個(gè)“潛在”的密鑰也存貯于拜訪MSC/VLR中，以備加密開始時(shí)使用。由RAND（與用于鑒權(quán)的相同）和Ki計(jì)算Kc的算法為A8算法。與A3算法（由RAND和Ki計(jì)算SRES的鑒權(quán)算法）類似，可由運(yùn)營(yíng)者選擇決定。Kc的計(jì)算如下圖所示。2.3.5.4用戶身份保護(hù)加密對(duì)于機(jī)密信息十分有效，但不能用來在無線路徑上保護(hù)每一次信息交換。首先，加密不能應(yīng)用于公共信道；其次，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)轉(zhuǎn)到專用信道，網(wǎng)絡(luò)還不知道用戶身份時(shí)，也不能加密。第三方就有可能在這兩種情況下幀聽到用戶身份，從而得知該用戶此時(shí)漫游到的地點(diǎn)。這對(duì)于用戶的隱私性來說是有害的，GSM中為確保這種機(jī)密性引入了一個(gè)特殊的功能。在可能的情況下通過使用臨時(shí)移動(dòng)用戶身份號(hào)TMSI替代用戶身份IMSI，可以得到保護(hù)。TMSI由MSC/VLR分配，并不斷地進(jìn)行更換，更換周期由網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者設(shè)置。2.3.6GSM通信系統(tǒng)的組成GSM系統(tǒng)（GlobalSystemforMobileCommunication）又稱全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（全球GSM通信系統(tǒng)主要由移動(dòng)交換子系統(tǒng)（MSSBSS）和移動(dòng)臺(tái)（MS）三大部分組成，如圖1－1所示。其中MSS與BSS之間的接口為A接口，BSS與MS之間的接口為Um接口。GSM規(guī)范對(duì)系統(tǒng)的A接口和Um接口都有明確的規(guī)定，也就是說，A接口和Um接口是開放的接口。圖1－1GSM系統(tǒng)的組成1.移動(dòng)交換子系統(tǒng)MSS完成信息交換、用戶信息管理、呼叫接續(xù)、號(hào)碼管理等功能。2.基站子系統(tǒng)BSSBSS系統(tǒng)是在一定的無線覆蓋區(qū)中由MSC控制，與MS進(jìn)行通信的系統(tǒng)設(shè)備，完成信道的分配、用戶的接入和尋呼、信息的傳送等功能。3.移動(dòng)臺(tái)MSMS是GSM系統(tǒng)的移動(dòng)用戶設(shè)備，它由兩部分組成，移動(dòng)終端和客戶識(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“人，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，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卡后移動(dòng)終端才能接入進(jìn)網(wǎng)。4.操作維護(hù)子系統(tǒng)GSM子系統(tǒng)還包括操作維護(hù)子系統(tǒng)（OMCGSM網(wǎng)絡(luò)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。第三章數(shù)字公用陸地移動(dòng)通信網(wǎng)PLMN數(shù)字公用陸地移動(dòng)通信網(wǎng)PLMN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見下圖3－1，如圖所示從物理實(shí)體來看，數(shù)字PLMN網(wǎng)包括：移動(dòng)終端、BSS子系統(tǒng)和MSS子系統(tǒng)等部分。移動(dòng)終端與BSS子系統(tǒng)通過標(biāo)準(zhǔn)的Um無線接口通信，BSS子系統(tǒng)與MSS子系統(tǒng)通過標(biāo)準(zhǔn)的A接口通信。圖3－1PLMN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)其中：BSC,BaseStationController,基站控制器BTS,BaseTransceiverStation,基站收發(fā)信機(jī)MSC,MobileservicesSwitchingCenter,移動(dòng)交換中心OMC,OperationandMaintenanceCenter,操作維護(hù)中心AUC,AuthenticationCentre,鑒權(quán)中心EIR,EquipmentIdentificationRegister,設(shè)備識(shí)別登記器HLR,HomeLocationRegister,歸屬位置登記器VLR,VistorLocationRegister,拜訪位置登記器MS,MobileStation,移動(dòng)臺(tái)ISDN,IntergratedServiceDigitalNetwork,綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)PSTN,PublicSwitchingTelephoneNetwork,公用電話交換網(wǎng)PSPDN,PublicSwitchedDataNetwork,公用數(shù)據(jù)交換網(wǎng)PLMN,PublicLandMobileNetwork,公用陸地移動(dòng)網(wǎng)3.1BSS子系統(tǒng)基站子系統(tǒng)BSS為PLMN網(wǎng)絡(luò)的固定部分和無線部分提供中繼，一方面BSS通過無線接口直接與移動(dòng)臺(tái)實(shí)現(xiàn)通信連接，另一方面BSS又連接到移動(dòng)交換子系統(tǒng)MSS的移動(dòng)交換中心MSC?；咀酉到y(tǒng)BSS可分為兩部分。通過無線接口與移動(dòng)臺(tái)相連的基站收發(fā)信臺(tái)（BTS）以及與移動(dòng)交換中心相連的基站控制器（BSCBTS負(fù)責(zé)無線傳輸、BSC負(fù)責(zé)控制與管理。一個(gè)BSS系統(tǒng)由一個(gè)BSC與一個(gè)或多個(gè)BTS組成，BSS子系統(tǒng)可由多個(gè)BSC和BTS組成。一個(gè)基站控制器BSC根據(jù)話務(wù)量需要可以控制數(shù)十個(gè)BTS。BTS可以直接與BSC相連，也可以通過基站接口設(shè)備BIE與遠(yuǎn)端的BSC相連?；咀酉到y(tǒng)還應(yīng)包括碼變換器（TC）和子復(fù)用設(shè)備（SM圖3－2為典型的BSS子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖3－2BSS子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖其中：TC,TransCoder,碼型變換器SM,SubMultiplexing,子復(fù)用BIE,BasestationInterfaceEquipment,基站接口設(shè)備如上圖，BSS的組成：（1）基站收發(fā)信臺(tái)（BTS）：基站收發(fā)信臺(tái)（BTS）包括基帶單元、載頻單元和控制單元三部分，屬于基站系統(tǒng)的無線部分，是由基站控制器控制，服務(wù)于某個(gè)小區(qū)的無線收發(fā)信設(shè)備，完成BSC與無線信道之間的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)BTS與MS之間通過空中接口的無線傳輸及相關(guān)的控制功能。當(dāng)BTS與BSC為遠(yuǎn)端配置方式時(shí)，則需采用Abis接口，這時(shí)，BTS與BSC兩側(cè)都需配置BIE設(shè)備；而當(dāng)BSC與BTS之間的間隔不超過10米時(shí)，可將BSC與BTS直接相連，采用內(nèi)部BS接口，不需要接口設(shè)備BIE。（2）基站控制器（BSC）：BSC是基站系統(tǒng)（BSS）的控制部分，在BSS中起交換作用。BSC一端可與多個(gè)BTS相連，另一端與MSC和操作維護(hù)中心OMC相連，BSC面向無線網(wǎng)絡(luò)，主要負(fù)責(zé)完成無線網(wǎng)絡(luò)管理、無線資源管理及無線基站的監(jiān)視管理，控制移動(dòng)臺(tái)和BTS無線連接的建立、接續(xù)和拆除等管理，控制完成移動(dòng)臺(tái)的定位、切換和尋呼，提供語音編碼、碼型變換和速率適配等功能，并能完成對(duì)基站子系統(tǒng)的操作維護(hù)功能。BSS中的BSC所控制的BTS的數(shù)量隨業(yè)務(wù)量的大小而改變。（3）碼型變換器（TC）：碼型變換器TC主要完成16kbit/sRPE-LTP(規(guī)則脈沖激勵(lì)長(zhǎng)期預(yù)測(cè))編碼和64kbit/sA律PCM之間的語音變換。在典型的實(shí)施方案中，ZXG10-TC位于MSC與BSC之間。當(dāng)TC位于MSC側(cè)時(shí)，通過MSC和BSC之間以及BSC和BTS之間的傳輸線路子復(fù)用器SM、BIE，可以充分利用在空中接口使用的低語音編碼傳輸速率，降低傳輸線路的成本。BSC與TC之間的接口稱為Ater接口；在TC與MSC之間的接口稱為A接口。3.2MSS子系統(tǒng)移動(dòng)交換子系統(tǒng)MSS完成GSM的主要交換功能，同時(shí)管理用戶數(shù)據(jù)和移動(dòng)性所需的數(shù)據(jù)庫(kù)。MSS子系統(tǒng)的主要作用是管理GSM移動(dòng)用戶之間的通信和GSM移動(dòng)用戶與其它通信網(wǎng)用戶之間的通信。如上圖3－1所示，移動(dòng)交換子系統(tǒng)MSS包括七個(gè)功能單元。移動(dòng)交換中心（MSC）拜訪位置寄存器（VLR）歸屬位置寄存器（HLR）鑒權(quán)中心（AUC）設(shè)備識(shí)別寄存器（EIR）短消息中心（SC）1.移動(dòng)交換中心（MSC）MSC是PLMN的核心。MSC對(duì)位于它所覆蓋區(qū)域中的移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行控制和完成話路接續(xù)的

功能，也是PLMN和其他網(wǎng)絡(luò)之間的接口。它完成通話接續(xù)，計(jì)費(fèi)，BSS和MSC之間的切換

和輔助性的無線資源管理、移動(dòng)性管理等功能。另外，為了建立至移動(dòng)臺(tái)的呼叫路由，每

個(gè)MSC還完成GMSC的功能，即查詢移動(dòng)臺(tái)位置信息的功能。MSC從三種數(shù)據(jù)庫(kù)，拜訪位置寄存器（VLRHLR）和鑒權(quán)中心（AUC）中

取得處理用戶呼叫請(qǐng)求所需的全部數(shù)據(jù)。反之，MSC根據(jù)其最新數(shù)據(jù)更新數(shù)據(jù)庫(kù)。2.拜訪位置寄存器（VLR）VLR通常與MSC合設(shè)，其中存儲(chǔ)MSC所管轄區(qū)域中的移動(dòng)臺(tái)（稱拜訪客戶）的相關(guān)用戶

數(shù)據(jù)，包括：用戶號(hào)碼、移動(dòng)臺(tái)的位置區(qū)信息、用戶狀態(tài)和用戶可獲得的服務(wù)等參數(shù)。

VLR是一個(gè)動(dòng)態(tài)用戶數(shù)據(jù)庫(kù)。VLR從移動(dòng)用戶的歸屬位置寄存器（HLR）處獲取并存貯

必要的數(shù)據(jù)，一旦移動(dòng)用戶離開該VLR的控制區(qū)域，則重新在另一個(gè)VLR登記，原VLR將

取消該移動(dòng)用戶的數(shù)據(jù)記錄。3.歸屬位置寄存器（HLR）HLR存儲(chǔ)管理部門用于移動(dòng)用戶管理的數(shù)據(jù)。每個(gè)移動(dòng)用戶都應(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)移動(dòng)用戶的參數(shù)，包括移動(dòng)用戶識(shí)別號(hào)碼、訪問能力、用戶類別和補(bǔ)充業(yè)務(wù)等數(shù)據(jù)；一是有關(guān)移動(dòng)用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。4.鑒權(quán)中心（AUC）AUC屬于HLR的一個(gè)功能單元部分，專門用于GSM系統(tǒng)的安全性管理。鑒權(quán)中心產(chǎn)生鑒權(quán)三參數(shù)組（隨機(jī)數(shù)RAND、符號(hào)響應(yīng)SRES、加密鍵Kc線接口上的話音、數(shù)據(jù)、信令信號(hào)進(jìn)行加密，防止無權(quán)用戶接入和保證移動(dòng)用戶通信的安全。5.設(shè)備識(shí)別寄存器（EIR）EIR存儲(chǔ)有關(guān)移動(dòng)臺(tái)設(shè)備參數(shù)。完成對(duì)移動(dòng)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。EIR中存有三種名單：（1）白名單――存貯已分配給可參與運(yùn)營(yíng)的GSM各國(guó)的所有設(shè)備識(shí)別標(biāo)識(shí)IMEI。（2）黑名單――存貯所有應(yīng)被禁用的設(shè)備識(shí)別標(biāo)識(shí)IMEI。（3）灰名單――存貯有故障的以及未經(jīng)型號(hào)認(rèn)證的設(shè)備識(shí)別標(biāo)識(shí)IMEI，由網(wǎng)路運(yùn)營(yíng)者決定。6.短消息中心（SC）短消息中心提供短消息業(yè)務(wù)功能。短消息業(yè)務(wù)（SHORTMESSAGESERVICE：SMS）提供在GSM網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)用戶和固定用戶之間或移動(dòng)用戶和移動(dòng)用戶之間發(fā)送訊息長(zhǎng)度較短的信息。短消息業(yè)務(wù)功能是一種類似于傳呼機(jī)的業(yè)務(wù)功能，但是它具有尋呼網(wǎng)絡(luò)無法具備的優(yōu)點(diǎn)：即保證到達(dá)和雙向?qū)ず艄δ?。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)短消息業(yè)務(wù)包括移動(dòng)臺(tái)MS發(fā)起的短消息業(yè)務(wù)MO/PP及移動(dòng)臺(tái)終止的短消息業(yè)務(wù)MT/PP。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)短消息的傳遞與發(fā)送由短消息中心SC進(jìn)行中繼。短消息中心的作用像郵局一樣，接收來自各方面的郵件，然后把它們進(jìn)行分揀，再發(fā)給各個(gè)用戶。短消息中心的主要功能是接收、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)用戶的短消息。通過短消息中心能夠更可靠地將信息傳送到目的地。如果傳送失敗，短消息中心保存失敗消息直至發(fā)送成功為止。短消息業(yè)務(wù)的另一個(gè)突出特點(diǎn)是，即使移動(dòng)臺(tái)處于通話狀態(tài)，仍然可以同時(shí)接收短消息。3.3操作維護(hù)中心（OMC）OMC系統(tǒng)按照功能劃分成幾大模塊，各大模塊又分為前臺(tái)和后臺(tái)兩個(gè)子模塊，強(qiáng)調(diào)各模塊的獨(dú)立性以及模塊間接口的通用性，以適應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化及功能的增加。OMC與GSM系統(tǒng)各網(wǎng)絡(luò)單元的關(guān)系如下圖所示：OMC即操作維護(hù)中心，用于對(duì)GSM系統(tǒng)的交換實(shí)體進(jìn)行管理。它主要具有以下功能：維護(hù)測(cè)試功能、障礙檢測(cè)及處理功能、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視功能、系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制功能、局?jǐn)?shù)據(jù)的修改、性能管理、用戶跟蹤、告警、話務(wù)統(tǒng)計(jì)功能等。OMC的功能大部分分布在MSC/VLR、HLR/AUC、BSS等實(shí)體中與操作維護(hù)相關(guān)的有關(guān)模塊中完成，OMC操作臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)OMC的人機(jī)接口。OMC功能與一般的維護(hù)臺(tái)功能類似，但需遵守相關(guān)規(guī)范要求。3.4GSM系統(tǒng)各個(gè)接口和協(xié)議作為現(xiàn)代電信系統(tǒng)，GSM是一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在多業(yè)務(wù)方面它與ISDN有很多共同點(diǎn)，同時(shí)它還增加了來自蜂窩網(wǎng)獨(dú)有的功能。隨著數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)開放系統(tǒng)互連模型（OSI）的出現(xiàn)，我們可以把GSM這樣一個(gè)具體系統(tǒng)接口的功能、接口和協(xié)議，在OSI模型基礎(chǔ)上來進(jìn)行分析。就GSM系統(tǒng)與外界的聯(lián)系，可劃分為三大邊界，因而也有了三大外部接口：首先，在用戶側(cè)，有移動(dòng)臺(tái)MS和用戶之間的界面，可認(rèn)為是一個(gè)人機(jī)界面。在GSM規(guī)范中定義了一個(gè)SIM-ME接口，這里SIM是一張智能卡，包含存貯在無線端口的用戶一側(cè)上所有與用戶有關(guān)的信息，ME代表移動(dòng)設(shè)備。其次，GSM與其他電信網(wǎng)接口，規(guī)定GSM作為一種接入網(wǎng)，建立起GSM用戶與其他電信網(wǎng)用戶之間的呼叫；當(dāng)然也我們可以這樣認(rèn)識(shí)，GSM是一種電信交換機(jī)，既執(zhí)行GSM功能，又能管理PSTN/ISDN用戶，而一般規(guī)范的GSM體系結(jié)構(gòu)不考慮這種可能性，只是明確定義了GSM與其它電信網(wǎng)的接口。再次，GSM與運(yùn)營(yíng)者的接口，提供對(duì)NSS、BSS設(shè)備管理和運(yùn)行管理，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)商對(duì)網(wǎng)絡(luò)的管理。根據(jù)OSI基本原理，可對(duì)GSM系統(tǒng)系統(tǒng)功能做分層結(jié)構(gòu)，描述如下圖所示：傳輸：數(shù)據(jù)傳輸功能，在沿著通信路徑的各段上提供攜帶用戶數(shù)據(jù)，并提供實(shí)體間傳送信令的方法。RR：無線資源管理，在呼叫期間建立和釋放移動(dòng)臺(tái)和MSC之間的穩(wěn)定連接，主要由MS和BSC完成；MM：移動(dòng)性和安全性管理，當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，移動(dòng)臺(tái)可以作出不同網(wǎng)絡(luò)的蜂房選擇，使CM：CC——呼叫控制、SSM——附加業(yè)務(wù)管理、SMS——OAM：運(yùn)行、管理和維護(hù)平面，為運(yùn)營(yíng)者操作提供手段；它直接由傳輸層提供服務(wù)。我們首先考慮無線接口上的協(xié)議，這里有許多很重要的GSM協(xié)議，其協(xié)議棧結(jié)構(gòu)圖示如下：RIL3-CC：無線接口第3層－CC層RIL3-MM：無線接口第3層－MM層RIL3-RR：無線接口第3層－無線資源管理層RSM：信道釋放確認(rèn)SCCP：信令連接控制部分MTP：信息傳遞部分BSSMAP：基站子系統(tǒng)移動(dòng)應(yīng)用部分LAPDm：ISDN的Dm數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議TCAP：轉(zhuǎn)移能力應(yīng)用部分MAP：移動(dòng)應(yīng)用部分LAPD：D信道鏈路接入?yún)f(xié)議參考以上信令協(xié)議模型：1.BSC與MSC之間的接口（ABSC與MSC之間的接口即A接口，它用于BSC和MSC之間的報(bào)文和進(jìn)/出移動(dòng)臺(tái)的報(bào)文（通過CC或MM遵循《ETSIGSM系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范書08.A接口特性包括：在A接口中，它遵循GSM規(guī)范08系列的要求。Layer1——物理和電器參數(shù)及信道結(jié)構(gòu)，定義MSC—BSC物理層結(jié)構(gòu)。采用公共信道信令NO.7（CSS7）的消息轉(zhuǎn)移部分（MTP）的第一級(jí)來實(shí)現(xiàn)，采用2Mbit/s的PCM數(shù)字鏈路作為傳輸鏈路，性能符合GB7611—87標(biāo)準(zhǔn)；信令信道使用2Mbit/s鏈路中的TS16。2Mbit/sPCM鏈路中的TS0通常用于傳輸MSC與BSC之間的同步信號(hào)，其他時(shí)隙（TS1~TS15，TS17~TS31）傳輸業(yè)務(wù)信號(hào)。在該接口中，業(yè)務(wù)信號(hào)的傳輸速率為64Kbit/s，為A律PCM編碼方式。Layer2——網(wǎng)絡(luò)操作程序，定義數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層，即MTP2（Q.702—Q.703）和MTP3（Q.704—Q.705SCCP（Q.711—Q.714其中MTP2是HDLC（高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制）協(xié)議的一種變體，幀結(jié)構(gòu)分別是由標(biāo)志字段、控制字段、信息字段、校驗(yàn)字段和標(biāo)志序列所組成；MTP3和SCCP（信令連接控制部分）則主要完成信令路由選擇等功能。Layer3——應(yīng)用層。包括BSS應(yīng)用規(guī)程（BSSAP）和BSS操作維護(hù)應(yīng)用規(guī)程（BSSOMAP成基站系統(tǒng)的資源和連接的維護(hù)管理，業(yè)務(wù)的接續(xù)及拆除的控制。2.BSC與BTS之間的接口（AbisBSC支持900MHZ和1800MHZ兩種基站SITE配置。Abis接口遵循GSM規(guī)范08.5X系列要求。Layer1——物理層通常采用2Mbit/sPCM鏈路，符合CCITTG.703和G.704要求。Layer2——數(shù)據(jù)鏈路層采用LAPD協(xié)議，它為一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通訊協(xié)議，是Q.921規(guī)范的一個(gè)子集。LAPD也是采用幀結(jié)構(gòu)，包含標(biāo)志字段、控制字段、信息字段、校驗(yàn)字段和標(biāo)志序列。在標(biāo)志字段中包括SAPI（服務(wù)接入點(diǎn)標(biāo)識(shí)）和TEI（終端設(shè)備識(shí)別）兩個(gè)部分，用以分別區(qū)別接入到什么服務(wù)和什么實(shí)體。Layer3——在上層部分，主要傳輸BTS的應(yīng)用部分，包括無線鏈路管理（RLM）功能和操作維護(hù)功能（OML在Abis接口上BSC提供BTS配置、BTS監(jiān)測(cè)、BTS測(cè)試及業(yè)務(wù)控制等信令控制信息。同一基站的多個(gè)TRX可以共用一條LAPD信令鏈路，鏈路應(yīng)該具備流量指示功能。其業(yè)務(wù)接口為8條16Kbps（FR）的電路。如果采用復(fù)用方案，則每個(gè)TRX有3條64Kbps的電路，其中一條用作LAPD信令鏈路，另外兩條64Kbps鏈路用作8條語音或數(shù)據(jù)鏈路（43.BSC與TC之間的接口（AterAter接口為ZXG10-BSS系統(tǒng)內(nèi)部自己定義的接口。在Ater接口中，其傳輸內(nèi)容與A接口類似，不同的只是話音信道在兩接口中的傳輸速率：A接口中的話音信號(hào)為64kbit/sA律PCM編碼信號(hào)，而在Ater接口中的話音信號(hào)仍然為13kbit/sRPE-LTP編碼信號(hào)。在Ater接口中傳輸?shù)男帕钚盘?hào)為CCS7，信令信道占用TS16。4.BTS與MS之間的接口Um。Um接口被定義為MS與BTS之間的通信接口，我們也可稱它為空中接口，在所有GSM系統(tǒng)接口中，Um接口是最重要的。首先，它實(shí)現(xiàn)了各種制造商的移動(dòng)臺(tái)與不同運(yùn)營(yíng)者的網(wǎng)絡(luò)間的兼容性，從而實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)臺(tái)的漫游。其次，它的制定解決了蜂窩系統(tǒng)的頻譜效率，采用了一些抗干擾技術(shù)和降低干擾的措施。很明顯，Um接口實(shí)現(xiàn)了MS到GSM系統(tǒng)固定部分的物理連接，即無線鏈路，同時(shí)它負(fù)責(zé)傳遞了無線資源管理、移動(dòng)性管理和接續(xù)管理等信息。在GSM規(guī)范中很明確的定義了Um接口的協(xié)議，根據(jù)OSI模型，我們把Um接口分成三層來分析：第一層，信號(hào)鏈路層（物理層）：此層為無線接口最低層，提供無線鏈路的傳輸通道，為高層提供不同功能的邏輯信道，包括業(yè)務(wù)信道和邏輯信道。第二層，信號(hào)鏈路層2：此層為MS和BTS之間提供了可靠的專用數(shù)據(jù)鏈路，是基于ISDN的D信道鏈路接入?yún)f(xié)議（LAPDGSM特有的協(xié)議，我們稱之為L(zhǎng)APDm協(xié)議。第三層，信號(hào)鏈路層3：此層主要負(fù)責(zé)控制和管理的協(xié)議層，把用戶和系統(tǒng)控制過程的信息按一定的協(xié)議分組安排到指定的邏輯信道上。它包括了CM、MM、RR三個(gè)子層，分別可完成呼叫控制（CCSS）和短消息業(yè)務(wù)管理（SMS）等功能。在移動(dòng)交換子系統(tǒng)MSS內(nèi)部，每個(gè)設(shè)備與七號(hào)信令網(wǎng)都有一個(gè)單獨(dú)接口，其七號(hào)信令接口的協(xié)議堆如下圖所示。其中：TUP為電話用戶部分ISUP為ISDN用戶部分MAP為移動(dòng)應(yīng)用部分TCAP為事務(wù)處理能力應(yīng)用部分相應(yīng)的協(xié)議堆共享相同的較低層：在七號(hào)信令網(wǎng)路上用于傳輸信令的協(xié)議稱為MTP（信MTP之上，協(xié)議可能根據(jù)涉及的對(duì)等實(shí)體而不同。在MSC和完畢網(wǎng)路之間與呼叫有關(guān)的信令利用TUPISUPGSM特有的，與呼叫不相關(guān)的信令對(duì)應(yīng)于許多不同協(xié)議，組合在MAP（移動(dòng)應(yīng)用單元）中。移動(dòng)交換子系統(tǒng)MSS內(nèi)部接口如下圖所示。1.B接口：MSC與VLR接口，MSC通過該接口向VLR傳送漫游用戶位置信息，并在呼叫建立時(shí)向VLR查詢漫游用戶的有關(guān)用戶數(shù)據(jù)，通常MSC與VLR合設(shè)，其間采用內(nèi)部接口。2.C接口：MSC與HLR接口，MSC通過該接口向HLR查詢被叫移動(dòng)臺(tái)的路由信息，HLR提供路由。3.D接口：VLR與HLR接口，此接口用于兩個(gè)位置寄存器之間傳送用戶數(shù)據(jù)信息（位置信4.E接口：MSC與MSC接口，用于越局頻道轉(zhuǎn)接。該接口要傳送控制兩個(gè)MSC之間話路接續(xù)的常規(guī)的電話網(wǎng)局間信令。5.F接口：MSC與EIR接口，MSC向EIR查詢移動(dòng)臺(tái)設(shè)備的合法性。6.G接口：VLR之間的接口，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)由某一VLR進(jìn)入另一VLR覆蓋區(qū)域時(shí)，新老VLR通過該接口交換必要的信息，僅用于數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。7.MSC與PSTN的接口：是常規(guī)的電話網(wǎng)局間信令接口，用于建立移動(dòng)網(wǎng)至公用電話網(wǎng)的話路接續(xù)。第四章編號(hào)計(jì)劃和撥號(hào)方式4.1編號(hào)計(jì)劃本節(jié)介紹GSM移動(dòng)通信網(wǎng)中識(shí)別客戶身份的各種號(hào)碼的編號(hào)計(jì)劃。1.移動(dòng)用戶的ISDN號(hào)碼（MSISDN）MSISDN號(hào)碼是呼叫數(shù)字公用陸地蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)中某一用戶時(shí)主叫用戶所撥的號(hào)碼。號(hào)碼組成為：我國(guó)的國(guó)家號(hào)碼為86。我國(guó)國(guó)內(nèi)有效ISDN號(hào)碼的結(jié)構(gòu)為：國(guó)內(nèi)有效ISDN號(hào)碼為一個(gè)十位數(shù)字的等長(zhǎng)號(hào)碼。(1)移動(dòng)業(yè)務(wù)接入號(hào)（N1N2N3）識(shí)別不同的移動(dòng)系統(tǒng)，目前郵電的移動(dòng)業(yè)務(wù)接入號(hào)為135－139；聯(lián)通為130。(2)HLR識(shí)別號(hào)（H1H2H3）HLR識(shí)別號(hào)中H1H2全國(guó)統(tǒng)一分配；H3由各省自行分配。一個(gè)HLR可包含一個(gè)或若干個(gè)H1H2H3數(shù)值。(3)移動(dòng)用戶號(hào)（ABCD）ABCD為每個(gè)HLR中移動(dòng)用戶的號(hào)碼，由各HLR自行分配。2.國(guó)際移動(dòng)用戶識(shí)別碼（IMSI）IMSI是在PLMN網(wǎng)中唯一識(shí)別一個(gè)移動(dòng)用戶的號(hào)碼，由15位數(shù)字組成：MCC＝移動(dòng)國(guó)家號(hào)碼，由3位數(shù)字組成，唯一地識(shí)別移動(dòng)用戶所屬的國(guó)家。我國(guó)為460。MNC＝移動(dòng)網(wǎng)號(hào)，由兩位數(shù)字組成，用于識(shí)別移動(dòng)用戶所歸屬的移動(dòng)網(wǎng)。郵電部門GSMPLMN網(wǎng)為00“中國(guó)聯(lián)通公司”GSMPLMN網(wǎng)為01。MSIN＝移動(dòng)用戶識(shí)別號(hào)碼，是一個(gè)十位的等長(zhǎng)號(hào)碼，為H1H2H39XXXXXX。其中H1H2H3與MSISDN號(hào)碼中的H1H2H3相同；9代表GSM900MHZ；XXXXXX為用戶號(hào)碼。IMSI用于GSM移動(dòng)通信網(wǎng)所有信令中，存儲(chǔ)在HLR、VLR和SIM卡中。3.移動(dòng)用戶漫游號(hào)碼（MSRN）MSRN是在每次呼叫移動(dòng)用戶時(shí)，為了使網(wǎng)絡(luò)再次選擇路由，根據(jù)HLR的請(qǐng)求，由VLR臨時(shí)分配給移動(dòng)用戶的一個(gè)號(hào)碼。該號(hào)碼在接續(xù)完成后即可釋放給其他用戶使用。它的結(jié)構(gòu)為1390M1M2M3ABC。M1M2M3為MSC的號(hào)碼，M1M2與MSISDN號(hào)碼中的H1H2相同。4.切換號(hào)碼（HON）HON是在進(jìn)行局間切換時(shí)為了選擇路由，由目標(biāo)MSC/VLR臨時(shí)分配給移動(dòng)用戶的一個(gè)號(hào)碼。該號(hào)碼是MSRN號(hào)碼的一部分，只在移動(dòng)用戶進(jìn)行局間切換時(shí)使用，接續(xù)完成后即可釋放給其他用戶使用。5.臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼（TMSI）TMSI是為了對(duì)IMSI保密，由VLR臨時(shí)分配給來訪移動(dòng)用戶的識(shí)別碼，為一個(gè)4字節(jié)的BCD碼，僅在本地使用，由各MSC/VLR自行分配。6.位置區(qū)識(shí)別碼（LAI）LAI是用來識(shí)別位置區(qū)的，其號(hào)碼結(jié)構(gòu)是：MCC＋MNC＋LAC其中：MCC和MNC同IMSI的MCC和MNC。LAC為位置區(qū)域碼，它是唯一地識(shí)別我國(guó)數(shù)字PLMN中每個(gè)位置區(qū)的，是一個(gè)2字節(jié)16進(jìn)制的BCD碼，表示為L(zhǎng)1L2L3L4（范圍0000～FFFF，可定義65536個(gè)不4.2撥號(hào)方式撥號(hào)方式是使客戶通過撥十進(jìn)制數(shù)字實(shí)現(xiàn)本地呼叫、國(guó)內(nèi)長(zhǎng)途呼叫及國(guó)家長(zhǎng)途呼叫的一種方式。我國(guó)郵電部移動(dòng)通信網(wǎng)技術(shù)體制規(guī)定的GSM移動(dòng)通信的撥號(hào)方式是：移動(dòng)客戶→固定客戶（含模擬移動(dòng)客戶）0XYZPQRABCD固定客戶→本地移動(dòng)客戶139H1H2H3ABCD固定客戶→外地移動(dòng)客戶0139H1H2H3ABCD移動(dòng)客戶→移動(dòng)客戶139H1H2H3ABCD移動(dòng)客戶→特服業(yè)務(wù)0XYZ1XX其中火警只需撥119，匪警只需撥110，急救中心只需撥120，交警中心只需撥122。國(guó)際客戶→移動(dòng)客戶國(guó)際長(zhǎng)途有權(quán)字冠＋139H1H2H3ABCD移動(dòng)客戶→國(guó)際客戶00＋國(guó)家代碼＋該國(guó)內(nèi)有效電話號(hào)碼其中，0＝國(guó)內(nèi)長(zhǎng)途有權(quán)字冠。00＝國(guó)際長(zhǎng)途有權(quán)字冠。XYZ＝長(zhǎng)途區(qū)號(hào)，由3位或兩位數(shù)字組成。PQR＝局號(hào)。ABCD＝客戶號(hào)碼，當(dāng)長(zhǎng)途區(qū)號(hào)為2位時(shí)，客戶號(hào)可以由4位或5位號(hào)碼組成。1XX＝特種業(yè)務(wù)號(hào)碼。第五章無線覆蓋的區(qū)域結(jié)構(gòu)在GSM系統(tǒng)中，由于用戶的移動(dòng)性，位置信息是一個(gè)很關(guān)鍵的參數(shù)，其表示方法如圖1－3所示：圖1－3GSM各區(qū)之間的關(guān)系GSM網(wǎng)路的最小不可分割的區(qū)域是由一個(gè)基站（全向天線）或一個(gè)基站的一個(gè)扇形天線所覆蓋的區(qū)域，或稱小區(qū)或cell。若干個(gè)小區(qū)組成一個(gè)位置區(qū)（LAI區(qū)可能和一個(gè)或多個(gè)BSC有關(guān)，但只屬于一個(gè)MSC。位置區(qū)信息存儲(chǔ)于系統(tǒng)的MSC/VLR中，系統(tǒng)使用位置區(qū)識(shí)別碼LAI識(shí)別位置區(qū)。一個(gè)MSC業(yè)務(wù)區(qū)是其所管轄的所有小區(qū)共同覆蓋的區(qū)域，可由一個(gè)或幾個(gè)位置區(qū)組成。PLMN（公用陸地移動(dòng)通信網(wǎng)）業(yè)務(wù)區(qū)是由一個(gè)或多個(gè)MSC業(yè)務(wù)區(qū)組成。每個(gè)國(guó)家有一個(gè)或多個(gè)。我國(guó)各省郵電部門的數(shù)字PLMN構(gòu)成郵電部全國(guó)GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，以網(wǎng)絡(luò)號(hào)“00”表示；“中國(guó)聯(lián)通公司”各省的數(shù)字PLMN構(gòu)成“中國(guó)聯(lián)通公司”全國(guó)GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)號(hào)用“01”表示。GSM業(yè)務(wù)區(qū)是由全球各個(gè)國(guó)家的PLMN網(wǎng)路所組成的。第六章業(yè)務(wù)流程6.1移動(dòng)用戶狀態(tài)移動(dòng)用戶一般處于MSMS關(guān)機(jī)和MS忙三種狀態(tài)之一，因此網(wǎng)絡(luò)需要對(duì)這三種狀態(tài)作相應(yīng)的處理。1.MS開機(jī)，網(wǎng)絡(luò)對(duì)它作“附著”標(biāo)記即常講的IMSI附著，又分以下三種情況：（1）.若MS是第一次開機(jī)：在SIM卡中沒有位置區(qū)識(shí)別碼（LAIMS向MSC發(fā)送“位置更新請(qǐng)求”消息，通知GSM系統(tǒng)這是一個(gè)此位置區(qū)的新用戶。MSC根據(jù)該用戶發(fā)送的IMSI號(hào)，向HLR發(fā)送“位置更新請(qǐng)求，HLR記錄發(fā)請(qǐng)求的MSC號(hào)以及相應(yīng)的VLR號(hào)，并向MSC回送“位置更新接受”消息。至此MSC認(rèn)為MS已被激活，在VLR中對(duì)該用戶對(duì)應(yīng)的IMSI上作“附著”標(biāo)記，再向MS發(fā)送“位置更新證實(shí)”消息，MS的SIM卡記錄此位置區(qū)識(shí)別碼。（2）.若MS不是第一次開機(jī)，而是關(guān)機(jī)后再開機(jī)的，MS接受到的LAI與它SIM卡中原來存儲(chǔ)的LAI不一致，則MS立即向MSC發(fā)送“位置更新請(qǐng)求，VLR要判斷原有的LAI是否是自己服務(wù)區(qū)的位置：如判斷為肯定，MSC只需要對(duì)該用戶的SIM卡原來的LAI碼改成新的LAI碼即可。若為否定，MSC根據(jù)該用戶的IMSI號(hào)中的信息，向HLR發(fā)送“位置更新請(qǐng)求，HLR在數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄發(fā)請(qǐng)求的MSC號(hào)，再回送“位置更新接受，MSC再對(duì)用戶的IMSI作“附著”標(biāo)記，并向MS回送“位置更新證實(shí)”消息，MS將SIM卡原來的LAI碼改成新的LAI碼。（3）.MS再開機(jī)時(shí)，所接收到的LAI與它SIM卡中原來存儲(chǔ)的LAI相一致：此時(shí)VLR只對(duì)該用戶作“附著”標(biāo)記。2.MS關(guān)機(jī)，從網(wǎng)絡(luò)中“分離。MS切斷電源后，MS向MSC發(fā)送分離處理請(qǐng)求，MSC接收后，通知VLR對(duì)該MS對(duì)應(yīng)的IMSI上作“分離”標(biāo)記，此時(shí)HLR并沒有得到該用戶已脫離網(wǎng)絡(luò)的通知。當(dāng)該用戶被尋呼后，HLR向拜訪MSC/VLR要漫游號(hào)碼（MSRN）時(shí)，VLR通知HLR該用戶已關(guān)機(jī)。3.MS忙此時(shí)，給MS分配一個(gè)業(yè)務(wù)信道傳送話音或數(shù)據(jù)，并在用戶ISDN上標(biāo)注用戶“忙。6.2周期性登記當(dāng)MS向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送“IMSI分離”消息時(shí)，有可能因?yàn)榇藭r(shí)無線質(zhì)量差或其他原因，GSM系統(tǒng)無法正確譯碼，而仍認(rèn)為MS處于附著狀態(tài)?；蛘進(jìn)S開著機(jī)，卻移動(dòng)到覆蓋區(qū)以外的地方，即盲區(qū)，GSM系統(tǒng)也不知道，仍認(rèn)為MS處于附著狀態(tài)。在這兩種情況下，該用戶若被尋呼，系統(tǒng)就會(huì)不斷地發(fā)出尋呼消息，無效占用無線資源。為了解決上述問題，GSM系統(tǒng)采用了強(qiáng)制登記的措施。要求MS每過一定時(shí)間登記一次，這就是周期性登記。若GSM系統(tǒng)沒有接收到MS的周期性登記信息，它所處的VLR就以“隱分離”狀態(tài)在該MS上做記錄，只有當(dāng)再次接收到正確的周期性登記信息后，將它改寫成“附著”狀態(tài)。6.3位置更新當(dāng)移動(dòng)臺(tái)更換位置區(qū)時(shí)，移動(dòng)臺(tái)發(fā)現(xiàn)其存儲(chǔ)器中的LAI與接收到的LAI發(fā)生了變化，便執(zhí)行登記。這個(gè)過程就叫“位置更新，位置更新是移動(dòng)臺(tái)主動(dòng)發(fā)起的。位置更新有兩種情況：移動(dòng)臺(tái)的位置區(qū)發(fā)生了變化，但仍在同一MSC局內(nèi)；移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)MSC局移到了另一個(gè)MSC局。1.同一MSC局內(nèi)的位置更新：如果在同一MSC局內(nèi)進(jìn)行位置更新，HLR并不參與位置更新過程。同一局內(nèi)的位置更新如圖1—4所示：M位置BSCS區(qū)1MSC/VLR（）（1）（3）位置（4）M區(qū)2S圖1—4同一MSC局內(nèi)的位置更新在同一MSC局內(nèi)的位置更新過程比較簡(jiǎn)單，分以下四步：（1）.移動(dòng)臺(tái)漫游到新的位置區(qū)時(shí)，分析接收到的位置區(qū)號(hào)碼和存儲(chǔ)在SIM卡中的位置區(qū)號(hào)碼不一致，就向當(dāng)前的基站控制器（BSC）發(fā)一個(gè)位置更新請(qǐng)求。（2）.BSC接收到MS的位置更新請(qǐng)求，就向MSC/VLR發(fā)一個(gè)位置更新請(qǐng)求。（3）.VLR修改這個(gè)MS的數(shù)據(jù)，將位置區(qū)號(hào)碼改成當(dāng)前的位置區(qū)號(hào)碼，然后向BSC發(fā)一個(gè)應(yīng)答消息。（4）.BSC向MS發(fā)一個(gè)應(yīng)答消息，MS將自己SIM卡中存儲(chǔ)的位置區(qū)號(hào)碼改成當(dāng)前的位置區(qū)號(hào)碼。這樣，一個(gè)同一MSC局內(nèi)的位置更新過程就結(jié)束了。2.越局位置更新：當(dāng)移動(dòng)用戶從一個(gè)MSC局漫游到另一個(gè)MSC局時(shí)，就要進(jìn)行越局位置更新。這時(shí)HLR就要參與位置更新過程，如圖1—5所示：圖1—5不同MSC之間的位置更新不同MSC之間的位置更新比同一MSC內(nèi)的位置更新稍復(fù)雜一些，在這里為了描述方便，稱用戶原來所在的MSC局為MSC1，漫游到的MSC局為MSC2，在圖中基站控制器（BSC）已省略，但描述時(shí)仍將提到BSC，將BSC和MSC一樣稱為BSC1和BSC2，具體步驟如下：（1）.移動(dòng)用戶漫游到另一個(gè)MSC局時(shí)，移動(dòng)臺(tái)（MS）發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的位置區(qū)號(hào)碼和SIM卡中存儲(chǔ)的位置區(qū)號(hào)碼不一致，就向BSC2發(fā)位置更新請(qǐng)求，BS