電子科技大學《移動通信原理》第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)

第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)程郁凡chengyf@通信抗干擾技術國家級重點實驗室前言GSM概述GSM以前是GroupSpecialMobile(1982年設立)的縮寫，現(xiàn)在是(GlobalSystemforMobileCommunications)的縮寫GSM系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀100多個國家已建立了GSM網(wǎng)絡。移動通信用戶的大部分在使用GSM。二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)2第六章內容6.1GSM系統(tǒng)的業(yè)務及其特征6.2GSM系統(tǒng)的結構6.3GSM系統(tǒng)的信道6.4GSM的無線數(shù)字傳輸6.6GSM系統(tǒng)的接續(xù)和移動性管理6.7通用分組無線業(yè)務第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)3二月236.1GSM系統(tǒng)的業(yè)務及其特征GSM系統(tǒng)的業(yè)務電信業(yè)務為用戶通信提供的包括終端設備功能在內的完整能力的通信業(yè)務：電話、短信、圖文接入、傳真、語音信箱等。承載業(yè)務提供用戶接入點間信號傳輸?shù)哪芰?圖6.1GSM系統(tǒng)業(yè)務分類圖6.2GSM支持的基本業(yè)務附加業(yè)務對基本業(yè)務的補充。不能單獨向用戶提供，必須與基本業(yè)務一起提供，有來電顯示、呼叫轉移、呼叫限制、計費通知、三方通話等。第六章內容6.1GSM系統(tǒng)的業(yè)務及其特征6.2GSM系統(tǒng)的結構6.3GSM系統(tǒng)的信道6.4GSM的無線數(shù)字傳輸6.6GSM系統(tǒng)的接續(xù)和移動性管理6.7通用分組無線業(yè)務第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)5二月236.2GSM系統(tǒng)的結構6移動臺基站子系統(tǒng)網(wǎng)絡子系統(tǒng)操作子系統(tǒng)6.2.1移動臺移動臺(MS：MobileStation)用戶端的設備總稱手持機、車載臺、便攜式臺組成：移動設備話音編解碼、信道編譯碼、加解密、調制解調、信息的發(fā)射和接收SIM卡(SubscriberIdentityModule)客戶與設備分離存儲用戶身份信息安全保密二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)7機人6.2.2基站子系統(tǒng)8基站子系統(tǒng)基站子系統(tǒng)基站子系統(tǒng)（BSS：BaseStationSubsystem）在一定的無線覆蓋區(qū)中，由MSC控制，與MS進行通信的設備。一個BSS可為一個或多個小區(qū)服務。二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)9基站收發(fā)信臺（BTS：BaseTransceiverStation）：BSS的無線部分，為一個小區(qū)服務的無線收發(fā)設備?；究刂破鳎˙SC:BaseStationController）：BSS的控制部分，負責無線資源和無線參數(shù)的管理。基站產(chǎn)品諾基亞室外

基站簡易配置，便于安裝含四收發(fā)信機容量較大諾基亞室內基站解決室內覆蓋的微蜂窩基站僅重2.4公斤，占地面積不超過一張A4紙。10基站控制器產(chǎn)品二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)11諾基亞的BSC產(chǎn)品6.2.3網(wǎng)絡子結構12網(wǎng)絡子系統(tǒng)網(wǎng)絡子系統(tǒng)NSS：NetworkSubsystemGSM系統(tǒng)的交換功能用戶數(shù)據(jù)與移動性管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫。組成：移動業(yè)務交換中心(MSC,MobileSwitchingCenter)歸屬位置寄存器(HLR,HomeLocationRegister)訪問位置寄存器(VLR,VisitorLocationRegister)鑒權中心(AUC,AuthenticationCenter)移動設備識別寄存器(EIR,EquipmentIdentityRegister)二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)13移動業(yè)務交換中心MSC（MobileSwitchingCenter）MSC是NSS的核心。MSC是交換機，除了一般的交換機功能外，還具有以下功能：14呼叫控制位置登記與位置更新越區(qū)切換與其他功能實體交換信令信息支持短消息業(yè)務為了便于建立呼叫，可設置部分或全部MSC為入口MSC(GMSC)。常與VLR合并在一起。歸屬位置寄存器HLR（HomeLocationRegister）HLR是GSM系統(tǒng)的中心數(shù)據(jù)庫，存儲HLR控制區(qū)內所有用戶（歸屬客戶）的相關數(shù)據(jù)。用戶的參數(shù)（靜態(tài)數(shù)據(jù)）：每個用戶購機時，就屬于某一個HLR控制區(qū)，其用戶識別號碼已存儲在HLR中。用戶的位置信息（動態(tài)數(shù)據(jù)）：HLR控制區(qū)內的各個MS位置的信息，即MS當前停留在哪個MSC/VLR區(qū)。這一信息隨著MS的移動而相應改變。HLR可與MSC/VLR一一對應，也可控制幾個MSC/VLR。二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)15訪問位置寄存器VLR（VisitorLocationRegister）VLR是存儲位置信息的動態(tài)數(shù)據(jù)庫，它包含了當前處在本區(qū)（MSC區(qū)）的全部MS（包括漫游到該VLR所管轄的移動用戶）的有關資料。當某一個MS用戶漫游到新的MSC區(qū)，與該MSC連接的VLR就向這個MS用戶所屬地HLR請求該MS的有關數(shù)據(jù)并存儲，同時并將此VLR號送至漫游用戶的HLR。一旦用戶離開該VLR的控制區(qū)域，重新在另一個VLR登記，原VLR刪除臨時記錄的該移動用戶的信息。二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)16鑒權中心AUC（AuthenticationCenter）為系統(tǒng)提供客戶鑒權所需要的數(shù)據(jù)，用以保護通過空中接口的移動客戶通信不受侵犯。二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)17專用于GSM系統(tǒng)的安全性管理。數(shù)據(jù)的存儲：存儲每個用戶的鑒權信息和加密密鑰。產(chǎn)生、并向HLR傳送鑒權三參數(shù)組（隨機數(shù)RAND，符號響應SRES，密鑰Kc）。常與HLR合并在一起。移動設備識別寄存器EIR（EquipmentIdentityRegister）存貯移動設備的國際移動設備識別碼（IMEI:InternationalMobilestationEquipmentIdentity），完成對移動設備的識別、監(jiān)視、閉鎖等功能，防止非法移動臺的使用。二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)18白名單：包括可入網(wǎng)的合法移動臺設備號（識別）?；颐麊危喊ㄓ泄收系?、未經(jīng)認證的移動臺設備號（監(jiān)視）。黑名單：被禁用（如失竊）的移動臺設備號（閉鎖）。HLRi產(chǎn)品集成產(chǎn)品：合并了諾基亞歸屬位置寄存器（HLRi）、鑒權中心（AUC）和設備識別寄存器（EIR）二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)19產(chǎn)品大容量（120萬用戶），實現(xiàn)最大的成本效率；EIR容量大，白名單20萬表目，灰名單和黑名單各4百萬表目。6.2.4操作子系統(tǒng)20操作子系統(tǒng)操作子系統(tǒng)OSS（OperationSupportSystem）對整個GSM網(wǎng)絡進行管理和監(jiān)控。包括：操作維護中心(OMC,OperationandMaintenanceCenter)、網(wǎng)絡管理中心(NMC,NetworkManagementCenter)移動用戶管理用戶數(shù)據(jù)管理：對HLR和SIM卡的數(shù)據(jù)管理計費管理。移動設備管理通過EIR實現(xiàn)，且EIR的數(shù)據(jù)通過NMC更新。網(wǎng)絡操作與控制通過OMC實現(xiàn)對NSS和BSS的管理（故障管理、配置管理、性能管理等）。二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)21第六章內容6.1GSM系統(tǒng)的業(yè)務及其特征6.2GSM系統(tǒng)的結構6.3GSM系統(tǒng)的信道6.4GSM的無線數(shù)字傳輸6.6GSM系統(tǒng)的接續(xù)和移動性管理6.7通用分組無線業(yè)務第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)22二月236.3GSM系統(tǒng)的信道6.3.1物理信道和邏輯信道6.3.2物理信道和邏輯信道的配置6.3.3突發(fā)脈沖6.3.4定時提前量第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)23二月236.3.1物理信道和邏輯信道GSM系統(tǒng)的多址方式——FDMA/TDMA24上行下行定義物理信道：用來傳送信號或數(shù)據(jù)的物理通路，一個時隙（TS）占有25MHz帶寬，包含124對頻道，頻道間隔200kHz（124×200kHz=24.8MHz）每個載頻按時間劃分成很多周期性的幀，每幀分為8個時隙(slot)，每個時隙稱為信道，或物理信道；一個載頻可提供8個物理信道，共992（124×8）個物理信道邏輯信道：物理信道上所傳輸?shù)膬热莞鶕?jù)物理信道所傳輸?shù)男畔⒎N類的不同可定義不同的邏輯信道。業(yè)務信道和控制信道根據(jù)傳輸方向又分為：上行信道和下行信道。二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)25物理信道相關工作參數(shù)(1)(1)工作頻段、雙工收發(fā)間隔二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)2645MHz95MHz物理信道相關工作參數(shù)(2)(2)頻道間隔相鄰頻道間隔200kHz，每個頻道分8個信道（時隙）。(3)頻道配置以900MHz頻段為例：上行：890~915MHz，下行：935~960MHz，頻道序號n為1~124。頻道標稱中心頻率為：(4)保護頻帶：400kHz不同系統(tǒng)的頻率相鄰時，兩系統(tǒng)之間（頻道中心頻率之間）需留出400kHz保護頻帶。二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)27物理信道相關工作參數(shù)(3)(5)頻率復用方式二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)281234567891011121234567891011121234567891011121234567891011128115713981157985391173圖6.34×3復用模式圖6.47組復用模式邏輯信道(1)邏輯信道：物理信道所傳輸?shù)膬热輼I(yè)務信道（TCH）：用于傳送編碼后的話音或數(shù)據(jù)，在上行和下行信道上，點對點（BTS對一個MS，或反之）方式傳播?？刂菩诺溃–CH）：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信道、公共控制信道及專用控制信道。二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)29邏輯信道(2)30邏輯信道廣播信道(BCH)公共控制信道(CCCH)公共信道專用信道業(yè)務信道(TCH)專用控制信道(DCCH)頻率校正信道（FCCH）D同步信道（SCH）D廣播控制信道（BCCH）D尋呼信道（PCH）D隨機接入信道（RACH）U允許接入信道（AGCH）D獨立專用控制信道（SDCCH）U/D慢速輔助控制信道（SACCH）U/D快速輔助控制信道（FACCH）U/D全速率信道U/D半速率信道U/D增強型全速率信道U/DD：下行U：上行邏輯信道(2)31邏輯信道廣播信道(BCH)公共控制信道(CCCH)公共信道專用信道業(yè)務信道(TCH)專用控制信道(DCCH)頻率校正信道（FCCH）D同步信道（SCH）D廣播控制信道（BCCH）D尋呼信道（PCH）D隨機接入信道（RACH）U允許接入信道（AGCH）D獨立專用控制信道（SDCCH）U/D慢速輔助控制信道（SACCH）U/D快速輔助控制信道（FACCH）U/D全速率信道U/D半速率信道U/D增強型全速率信道U/DD：下行U：上行控制信道——廣播信道BCH廣播信道BCH（BroadcastCHannel）：“一點對多點”的下行控制信道。用于基站向移動臺廣播公用的信息。傳輸?shù)膬热葜饕且苿优_入網(wǎng)和呼叫建立所需要的有關信息。頻率校正信道（FCCH：FrequencyCorrectionCHannel

）：傳輸用于校正移動臺工作頻率的信息。同步信道（SCH：SynchronizationCHannel

）：傳輸移動臺的幀同步（TDMA幀號）、BTS的識別碼（BSIC）的信息，供移動臺進行同步和對基站進行識別。廣播控制信道（BCCH：BroadcastControlCHannel

）：廣播小區(qū)的通用信息（小區(qū)和網(wǎng)絡識別、小區(qū)運行特征等）二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)32控制信道——公共控制信道CCCH公共控制信道CCCH（CommonControlCHannel）：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。尋呼信道（PCH：PagingCHannel）：下行信道，點對多點方式傳播。用于尋呼被叫移動臺，傳輸基站尋呼移動臺的信息。隨機接入信道（RACH：RandomAccessCHannel）：上行信道，點對點方式傳播。用于移動臺隨機提出的入網(wǎng)申請，即請求分配一個獨立專用控制信道，可作為對尋呼的響應或MS主叫時的接入。允許接入信道（AGCH：AccessGrantCHannel）：下行信道，點對點方式傳播。用于基站對移動臺的入網(wǎng)申請作出應答，即給用戶分配一個獨立專用控制信道。33控制信道——專用控制信道DCCH專用控制信道DCCH（DedicatedControlCHannel）：一種“點對點”的雙向控制信道，其用途是在呼叫接續(xù)階段以及在通信進行當中，在移動臺和基站之間傳輸必須的控制信息。獨立專用控制信道（SDCCH：Stand-aloneDedicatedControlCHannel

）：用于在分配業(yè)務信道之前呼叫建立過中傳送系統(tǒng)信令。例如登記、鑒權等信令以及短消息。慢速輔助控制信道（SACCH：SlowAssociatedControlCHannel

）：傳送移動臺的關于服務及鄰近小區(qū)的信號強度的測試報告；基站對移動臺的功率調整命令、定時提前量等?？焖佥o助控制信道（FACCH：FastAssociatedControlChannel

）：用于傳送基站與移動臺間的越區(qū)切換的信令消息。二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)34業(yè)務信道TCH業(yè)務信道TCH（TrafficCHannel），主要傳輸編碼及加密后的話音或數(shù)據(jù)，有少量的隨路控制信令。話音：全速率：凈速率13kbps（話音幀長20ms，每幀含260bit信息），糾錯保護后總速率22.8kbps半速率：凈速率6.5kbps，糾錯保護后總速率11.4kbps數(shù)據(jù)：（不同的速率適配和信道編碼）全速率：凈速率可為9.6kbps、4.8kbps、2.4kbps，信道速率為22.8kbps半速率：凈速率可為4.8kbps、2.4kbps，信道速率可為11.4kbps二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)356.3GSM系統(tǒng)的信道6.3.1物理信道和邏輯信道6.3.2物理信道和邏輯信道的配置6.3.3突發(fā)脈沖6.3.4定時提前量第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)36二月236.3.2物理信道與邏輯信道的配置映射的基礎每小區(qū)有n個載頻：f0，f1，……，fn-1；每個載頻有8個時隙：TS0，TS1，……，TS7，共有n×8個物理信道。映射的方法f0上的TS0用于廣播信道BCH和公共控制信道CCCH。f0上的TS1用于專用控制信道DCCH。其余（f0上的TS2~TS7，f1~fn-1上的8個時隙）用于業(yè)務信道。二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)37BCH和CCCH在TS0上的復用f0上的TS0映射成廣播信道和公共控制信道。51個TS0組成，即以51個幀為循環(huán)周期。38SDCCH和SACCH在TS1上的復用f0上的TS1用于映射專用控制信道。102個TS1組成，即102個TDMA復用幀。39業(yè)務信道的映射物理信道多載頻小區(qū)：f0上的TS2

～TS7，f1~fn-1上的8個時隙；單載頻小區(qū)：TS1～TS7TFH的下行映射26個時隙為一個復用幀40TCH上下行偏移上行TCH與下行TCH結構一樣，但有3個時隙的時間偏移。二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)41邏輯信道與物理信道的映射關系小結在載頻f0上

TS0：邏輯控制信道（BCH和CCCH），復用周期為51個TSTS1：邏輯控制信道（DCCH中的SDCCH和SACCH），復用周期為102個TSTS2~TS7：邏輯業(yè)務信道，復用周期為26個TS

在載頻f1~fn-1上TS0~TS7：邏輯業(yè)務信道，復用周期為26個TS二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)42GSM系統(tǒng)的幀結構43上節(jié)課內容回顧——GSM系統(tǒng)的結構44移動臺基站子系統(tǒng)網(wǎng)絡子系統(tǒng)操作子系統(tǒng)上節(jié)課內容回顧——物理信道和邏輯信道45邏輯信道廣播信道(BCH)公共控制信道(CCCH)公共信道專用信道業(yè)務信道(TCH)專用控制信道(DCCH)頻率校正信道（FCCH）D同步信道（SCH）D廣播控制信道（BCCH）D尋呼信道（PCH）D隨機接入信道（RACH）U允許接入信道（AGCH）D獨立專用控制信道（SDCCH）U/D慢速輔助控制信道（SACCH）U/D快速輔助控制信道（FACCH）U/D全速率信道U/D半速率信道U/D增強型全速率信道U/DD：下行U：上行上節(jié)課內容回顧——邏輯信道與物理信道的映射在載頻f0上

TS0：邏輯控制信道（BCH和CCCH），復用周期為51個TSTS1：邏輯控制信道（DCCH中的SDCCH和SACCH），復用周期為102個TSTS2~TS7：邏輯業(yè)務信道，復用周期為26個TS

在載頻f1~fn-1上TS0~TS7：邏輯業(yè)務信道，復用周期為26個TS二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)46上節(jié)課內容回顧——BCH和CCCH的映射、

TCH的映射47上節(jié)課內容回顧——GSM系統(tǒng)的幀結構486.3GSM系統(tǒng)的信道6.3.1物理信道和邏輯信道6.3.2物理信道和邏輯信道的配置6.3.3突發(fā)脈沖6.3.4定時提前量第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)49二月236.3.3突發(fā)脈沖在GSM系統(tǒng)中，每幀含8個時隙，每個時隙576.9us，包含156.25bit。每個時隙中的信息格式稱為突發(fā)脈沖序列頻率校正突發(fā)脈沖序列（FB，F(xiàn)requencyCorrectionBurst）同步突發(fā)脈沖序列（SB，SynchronizationBurst）接入突發(fā)脈沖序列（AB，AccessBurst）常規(guī)突發(fā)脈沖序列（NB，NormalBurst）空閑突發(fā)脈沖序列（DB，DummyBurst）二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)50頻率校正突發(fā)脈沖序列頻率校正突發(fā)脈沖序列（FB，F(xiàn)requencyCorrectionBurst）用于移動臺的頻率同步固定比特：共142比特，為全0，相應發(fā)送的是一個與載頻有固定頻偏的純正弦波。尾比特：為000，突發(fā)脈沖的起始和結束標志。并允許載波功率在此時間內上升和下降到規(guī)定的數(shù)值。保護期：防止由于定時誤差而造成突發(fā)脈沖間的重疊。二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)51尾比特3固定比特142尾比特3保護期8.25FCCH同步突發(fā)脈沖序列同步突發(fā)脈沖序列（SB，

SynchronizationBurst）用于移動臺的時間同步同步序列：64bit的長同步序列加密比特：TDMA幀號：加密序列算法的輸入?yún)?shù)基站識別碼BSIC：用于移動臺進行信號強度測量時區(qū)分使用同一個載頻的基站。二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)52SCH尾比特3加密比特39同步序列64加密比特39尾比特3保護期8.25接入突發(fā)脈沖序列接入突發(fā)脈沖序列（AB，AccessBurst）用于移動用戶向基站提出入網(wǎng)申請保護期較長：為了適應移動臺首次接入后不知道時間提前量而設置的（彌補傳播時延的不利影響），并允許移動臺可以在較大的小區(qū)范圍內隨機接入。二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)53RACH尾比特8同步序列41加密比特36尾比特3保護期68.25常規(guī)突發(fā)脈沖序列常規(guī)突發(fā)脈沖序列（NB，NormalBurst）用于攜帶業(yè)務信息和一些控制信息。加密比特：業(yè)務信息或一些控制信息借用標志：表示此突發(fā)序列是否被FACCH借用。1：被借用。訓練序列：具有尖銳的自相關性。供均衡器產(chǎn)生信道模型。二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)54尾比特3加密比特57借用標志1訓練序列26借用標志1加密比特57尾比特3保護期8.25TCH、BCCH、PCH、AGCH、DCCH等空閑突發(fā)脈沖序列空閑突發(fā)脈沖序列DB(DB，DummyBurst)不攜帶任何信息，用于填空，其結構與常規(guī)突發(fā)脈沖序列相同，加密比特改為固定的比特序列。二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)55尾比特3固定比特57借用標志1訓練序列26借用標志1固定比特57尾比特3保護期8.256.3GSM系統(tǒng)的信道6.3.1物理信道和邏輯信道6.3.2物理信道和邏輯信道的配置6.3.3突發(fā)脈沖6.3.4定時提前量第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)56二月236.3.4定時提前量幀偏移：在基站角度，上行幀相對于下行幀來說，在時間上固定推后3個時隙。時間調整：在移動臺角度，若不加時間調整，傳輸時延的變化使移動臺之間的信息會發(fā)生重疊。需要有一個時間調整量，補償傳播時延，使基站有固定的3個時隙的幀偏移。定時提前量為：0~63bit57幀偏移3個時隙支持覆蓋半徑0~35km第六章內容6.1GSM系統(tǒng)的業(yè)務及其特征6.2GSM系統(tǒng)的結構6.3GSM系統(tǒng)的信道6.4GSM的無線數(shù)字傳輸6.6GSM系統(tǒng)的接續(xù)和移動性管理6.7通用分組無線業(yè)務第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)58二月236.4GSM的無線數(shù)字傳輸無線信道對GSM系統(tǒng)性能的影響失真大時延擴展導致碼間串擾多普勒效應導致突發(fā)錯誤SNR損耗自由空間損耗、陰影衰落導致SNR損耗平坦衰落、慢衰落導致SNR損耗GSM中的抗衰落技術信道編碼、交織、天線分集、均衡、跳頻二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)59GSM語音信號的處理過程二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)60圖6.5GSM語音信號的一般處理過程信道編碼技術由話音編碼器中輸出的13kbit/s的碼流被分為20ms的話音塊，每塊中含有260比特。將這260比特按重要性的次序重新排序：50個最重要比特132個重要比特78個不重要比特對重要比特1/2卷積編碼615013278501327834378已編碼比特456bits78未編碼比特交織技術(1)兩次交織第一次交織（塊內交織）：按行寫入、按列讀出。交織公式：

62寫入讀出共8個子塊，每個子塊57個比特交織技術(2)第二次交織（塊間交織）跳頻技術64跳頻：載波頻率在很寬頻率范圍內按某種圖案進行跳變。公共信道不跳頻。頻率分集→抗衰落干擾分集→同頻小區(qū)采用跳頻，減小碰撞，降低

載干比要求均衡技術65信道模型遠郊典型城區(qū)惡劣城區(qū)丘陵時延擴展(us)

0.10.982.536.88相干帶寬(kHz)20002047929信號帶寬：200kHz，除了遠郊地區(qū)，其他都需要使用均衡器→維特比均衡話音激活與功率控制話音激活話音信號間斷發(fā)送和間斷接收是根據(jù)話音信號激活程度，在話音幀有信息時開啟發(fā)送和無信息時關閉發(fā)送的系統(tǒng)傳輸控制技術。降低空中干擾，提高系統(tǒng)容量和質量。降低電源消耗，增加移動臺電池使用壽命。功率控制在保證通信質量的前提下，使發(fā)射功率最小移動臺測量信號強度和信號質量，定期向基站報告，基站按預置門限進行比較，然后確定發(fā)射功率的增減量。通常移動臺才控制發(fā)射功率二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)66第六章內容6.1GSM系統(tǒng)的業(yè)務及其特征6.2GSM系統(tǒng)的結構6.3GSM系統(tǒng)的信道6.4GSM的無線數(shù)字傳輸6.6GSM系統(tǒng)的接續(xù)和移動性管理6.7通用分組無線業(yè)務第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)67二月236.6GSM系統(tǒng)的接續(xù)和移動性管理6.6.1移動網(wǎng)區(qū)域結構與GSM編號方式6.6.2GSM的安全性管理6.6.3GSM的接續(xù)管理6.6.4GSM的移動性管理第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)68二月236.6.1移動網(wǎng)區(qū)域結構與GSM編號方式數(shù)字蜂窩網(wǎng)的區(qū)域結構二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)69GSM業(yè)務區(qū)（全部成員國）PLMN業(yè)務區(qū)（每國一個或多個）MSC業(yè)務區(qū)（由一個MSC控制的區(qū)域）位置區(qū)（定位或尋呼區(qū)）基站區(qū)（一個BSC所控制的區(qū)域）小區(qū)（一特定BTS覆蓋的區(qū)域）GSM編號方式70國際移動用戶識別碼(IMSI)IMSI(InternationalMobileSubscriberIdentity)存儲為移動客戶分配的一個唯一的識別碼。MCC（MobileCountryCode）：移動用戶國家號碼，三位數(shù)字，如中國為460。MNC（MobileNetworkCode）：移動網(wǎng)號，兩個數(shù)字，用于識別移動客戶所歸屬的移動網(wǎng)。如中國移動的MNC為00，中國聯(lián)通的MNC為0l。MSIN（MobileStationIdentificationNumber）：在某一PLMN內MS唯一的識別碼，十一位數(shù)字。71鑒權保密臨時移動用戶識別碼(TMSI)TMSI(TemporaryMobileSubscriberIdentity)在每次認證成功后，分配此號碼代替IMSI無線傳輸（安全性考慮）。在某個VLR控制區(qū)域內使用?？傞L為4個字節(jié)。二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)72保密國際移動設備識別碼(IMEI)IMEI(InternationalMobileEquipmentIdentity)唯一地識別一個移動臺設備的編碼。15位數(shù)字。TAC：型號批準碼，由歐洲型號認證中心分配。同一型號手機，TAC碼一樣。FAC：手機最后完成所在工廠裝配碼，由廠家編碼，表示生產(chǎn)廠家及其裝配地。SNR：手機出廠序號，由廠家分配。獨立地、唯一地識別每個TAC和FAC中的每個移動設備。同一型號的不同手機SNR號碼不同。SP：備用，備作將來使用。

按“*#06#”可獲得IMEI號碼73設備識別移動用戶的ISDN號碼(MSISDN)MSISDN(MobileStationISDN)主叫客戶為了呼叫GSM網(wǎng)中的一個移動用戶需撥的號碼。CC(CountryCode)：國家碼。我國為86NDC(NationalDestinationCode)：國內目的地碼，即網(wǎng)絡接入號，中國移動GSM網(wǎng)為139,138,…,135，“中國聯(lián)通公司”GSM網(wǎng)為130,131，代表移動通信網(wǎng);二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)74

|--國內有效移動客戶ISDN號碼---|

|------------國際移動客戶ISDN號碼------------------|CC（2）NDC（3）SN（8）MSISDNSN(SubscriberNumber)客戶號碼，采用等長8位編號計劃。移動：H0H1H2H3ABCDH0HlH2H3為每個移動業(yè)務本地網(wǎng)的HLR號碼ABCD為移動客戶碼例如13908092701139中國移動GSM網(wǎng)

0809四川成都

2701客戶號碼

聯(lián)通：H0H1H2ABCDE二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)75被呼移動用戶漫游號碼(MSRN)MSRN(MobileSubscriberRoamingNumber)漫游移動用戶當前所在地的VLR分配給用戶一個漫游號碼。用戶離開后，刪除該號碼，將該號碼可分配給另一個用戶使用。僅在被訪問MSC/VLR區(qū)域有效號碼結構與MSISDN大致相同：

13XXM0M1M2M3ABC，其中M0M1M2M3為被訪MSC/VLR號碼二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)76CC（2）NDC（3）SN（8）被呼切換號碼(HON)HON(HandoverNumber)當用戶在兩個MSC之間發(fā)生越局切換時，為選擇路由，由目標MSC臨時分配給移動用戶一個號碼，此號碼為MSRN號碼的一部分。組成與MSRN相同。二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)77位置區(qū)識別(LAI)LAI(LocationAreaIdentification)LAI用于移動用戶的位置更新。MCC與MNC同IMSI。LAC（LocationAreaCode）：位置區(qū)號碼，用于識別GSMPLMN中的一個位置區(qū)。2字節(jié)16進制編碼，X1X2X3X4,一個GSMPLMN網(wǎng)中最多可定義65535個不同的位置區(qū)（全0不用）二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)78MCC（3）MNC（2）LAC（16）位置登記全球小區(qū)識別碼(CGI)CGI(CellGlobalIdentification)用于識別一個位置區(qū)內的小區(qū)，它是在LAI后加上一個小區(qū)識別碼（CI）。CI：小區(qū)識別碼，由運營單位自定。二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)79MCC（3）MNC（2）LAC（16）CI（16）基站識別碼(BSIC)BSIC（BaseStationIdentityCode）BSIC用于移動臺識別采用相同載頻的相鄰基站，特別用于區(qū)別在不同國家的邊界地區(qū)采用相同載頻的相鄰基站。NCC(NationalColorCodes)：國家色碼，主要用來不同國家（國內區(qū)分不同的?。┘安煌倪\營者。結構為XY1Y2BCC：基站色碼，用來唯一地識別采用相同載頻的不同基站。二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)80NCC（3）BCC（3）MSC/VLR和HLR的識別路由選擇時進行識別MSC/VLR號碼包含在漫游號碼中。例如中國移動的某個MSC/VLR號碼為：861390M0M1M2M3HLR/AUC號碼客戶號碼為全零的MSISDN號碼。例如中國移動的某個HLR號碼為：86139H0H1H2H30000二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)81CC（2）NDC（3）SN（8）MSRN：13XXM0M1M2M3ABC6.6GSM系統(tǒng)的接續(xù)和移動性管理6.6.1移動網(wǎng)區(qū)域結構與GSM編號方式6.6.2GSM的安全性管理6.6.3GSM的接續(xù)管理6.6.4GSM的移動性管理第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)82二月236.6.2GSM的安全性管理GSM的安全性管理(1)接入網(wǎng)絡——鑒權(2)無線路徑——加密(3)移動設備——設備識別(4)用戶的安全保密——臨時用戶識別碼TMSI、

SIM卡的PIN碼保護二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)83(1)鑒權——基本概念概念：MSC/VLR確認移動臺通過無線空間傳送的移動用戶識別號碼(IMSI)是否是合法IMSI的過程。在用戶入網(wǎng)簽約時，用戶鑒權鍵

Ki連同唯一的IMSI一起分配給用戶，它們存儲在系統(tǒng)AUC數(shù)據(jù)庫和用戶SIM卡中，同時SIM卡和AUC中還存儲鑒權算法A3，加密算法A8。用戶參數(shù)：IMSI、用戶鑒權鍵Ki、鑒權算法(A3)，加密算法(A8)二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)84(1)鑒權——鑒權三參數(shù)組客戶的鑒權的和加密是通過客戶三參數(shù)組完成的。客戶三參數(shù)組用于鑒權的隨機數(shù)(RAND)符號響應(SRES：SignedResponse)密鑰(Kc)一般AUC對每個客戶產(chǎn)生5組三參數(shù)，送至HLR，再由HLR送至MSC/VLR在每次位置登記、位置更新、呼叫建立等之前均需要鑒權。二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)85(1)鑒權——鑒權三參數(shù)組的產(chǎn)生二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)86(1)鑒權——鑒權過程87①接入請求③RANDKi,IMSI，A3,A8,A5②④⑤(2)加密Ki,IMSI，A3,A8,A5①②③④通信信息加密對用戶所有的語音和數(shù)據(jù)均需加密。89MSC/VLR發(fā)出加密指令加密信息加密信息(3)設備識別目的：確保系統(tǒng)中的移動設備不是盜用或非法設備（識別IMEI），呼叫建立前需完成設備識別。IMEI存儲在EIR和移動臺中。90①呼叫建立②IMEI請求③發(fā)送IMEI④檢查IMEI⑤接入/禁止信息繼續(xù)/停止呼叫建立程序(4)用戶的安全保密——用戶識別碼IMSI的保密為了防止IMSI在無線路徑被截獲。用一個臨時用戶識別碼(TMSI)來代替IMSI無線傳輸。TMSI由MSC/VLR分配，并不斷進行更換。每當MS用IMSI向系統(tǒng)發(fā)送位置更新、呼叫建立或業(yè)務激活時，MSC/VLR對它進行鑒權。鑒權通過后，由MSC/VLR分配給用戶TMSI，并存在用戶的SIM卡中。此后，MSC/VLR與MS之間的信令交換就使用TMSI，IMSI便不再在無線路徑上傳送。二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)91(4)用戶的安全保密——SIM卡的保密PIN(PersonalIdentificationNumber)碼就是SIM卡的個人識別密碼。用于控制SIM卡的使用，只有PIN通過認證，移動設備才能對SIM卡進行存取。二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)926.6GSM系統(tǒng)的接續(xù)和移動性管理6.6.1移動網(wǎng)區(qū)域結構與GSM編號方式6.6.2GSM的安全性管理6.6.3GSM的接續(xù)管理6.6.4GSM的移動性管理第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)93二月236.6.3GSM的呼叫接續(xù)管理客戶狀態(tài)MS開機空閑狀態(tài)開機位置登記進入空閑模式MS忙狀態(tài)MS關機狀態(tài)移動臺被呼移動臺主呼二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)94客戶狀態(tài)1——MS開機空閑狀態(tài)(1)(1)開機移動臺開啟電源，搜尋最強的BCCH載頻，接收到FCCH信道信息，鎖定到一個正確載頻頻率上。讀取SCH信道信息：基站識別碼（BSIC）和幀同步信息（TDMA幀號）移動臺掃描一個“BCCH載頻存儲表”，測出各載頻信號強度，列出由6個最強載頻組成的鄰近小區(qū)場強分布表，并報告給BSS，以作切換小區(qū)選擇95客戶狀態(tài)1——MS開機空閑狀態(tài)(2)96①接收廣播消息(LAI)②位置更新請求②位置更新請求②位置更新請求③位置更新接受③記錄MSC號碼④在VLR中對該客戶的IMSI上作“附著”標記④位置更新證實④位置更新證實④記錄LAI(2)位置登記客戶狀態(tài)1——MS開機空閑狀態(tài)(3)(3)進入空閑模式移動臺完成位置登記后，進入空閑模式，監(jiān)聽公共控制信道CCCH，可以隨時發(fā)出主呼或接受被呼。二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)97客戶狀態(tài)2與3——忙狀態(tài)與關機狀態(tài)MS忙狀態(tài)MS正在傳送話音或數(shù)據(jù)MS關機狀態(tài)98①IMSI分離①IMSI分離②登記IMSI已分離移動臺被呼99廣州LSMSC/VLRTSHLR上海LSMSC/VLRHLRTS北京LSGMSC/VLRHLRTS?假設某移動用戶屬于上海某GSM用戶，目前漫游到了廣州，北京某固定電話撥叫該移動用戶LS：LocalSwitching，本地交換局TS：TollSwitching，長途交換局GMSC：

GatewayMobileSwitchingCenter，關口移動交換中心(1)固定網(wǎng)用戶呼叫移動用戶號碼MSISDN，本地交換局LS分析MSISDN，將呼叫轉接到GMSC

100廣州LSMSC/VLRTSHLR上海LSMSC/VLRHLRTS北京LSGMSC/VLRHLRTS①撥號MSISDN①分析MSISDN(2)GMSC分析MSISDN，得到MS所在HLR的地址，向HLR詢問MS的位置。

101廣州LSMSC/VLRTSHLR上海LSMSC/VLRHLRTS北京LSGMSC/VLRHLRTS①撥號MSISDN①分析MSISDN②詢問位置(3)HLR分析GMSC發(fā)來的信息，查詢當前被呼用戶所在的業(yè)務區(qū)MSC/VLR（廣州），請求分配MSRN；

102廣州LSMSC/VLRTSHLR上海LSMSC/VLRHLRTS北京LSGMSC/VLRHLRTS①撥號MSISDN①分析MSISDN②詢問位置③請求MSRN(4)MS所在VLR給用戶臨時分配一個MSRN，送至HLR，再轉送到GMSC；

103廣州LSMSC/VLRTSHLR上海LSMSC/VLRHLRTS北京LSGMSC/VLRHLRTS①撥號MSISDN①分析MSISDN②詢問位置③請求MSRN④MSRN④MSRN(5)GMSC獲得MSRN，尋找路由建立至被訪MSC的通路

104廣州LSMSC/VLRTSHLR上海LSMSC/VLRHLRTS北京LSGMSC/VLRHLRTS①撥號MSISDN①分析MSISDN②詢問位置③請求MSRN④MSRN④MSRN⑤建立連接(6)MSC/VLR定位被叫用戶，由各位置區(qū)BTS發(fā)送尋呼消息。

105廣州LSMSC/VLRTSHLR上海LSMSC/VLRHLRTS北京LSGMSC/VLRHLRTS①撥號MSISDN①分析MSISDN②詢問位置③請求MSRN④MSRN④MSRN⑤建立連接⑥尋呼(7)守候的MS用戶接收到尋呼消息，發(fā)送尋呼響應消息給網(wǎng)絡。網(wǎng)絡對用戶鑒權成功后，為用戶分配一個業(yè)務信道，建立呼叫連接。

106廣州LSMSC/VLRTSHLR上海LSMSC/VLRHLRTS北京LSGMSC/VLRHLRTS①撥號MSISDN①分析MSISDN②詢問位置③請求MSRN④MSRN④MSRN⑤建立連接⑥尋呼⑦分配信道移動臺被呼接續(xù)流程(1)107固定網(wǎng)用戶撥打移動用戶電話號碼MSISDN，本地交換局LS（LocalSwitching）分析MSISDN，根據(jù)MSISDN中的NDC分析出此用戶的GSM接入網(wǎng)絡（移動還是聯(lián)通），將呼叫轉接到GSM網(wǎng)的關口移動交換中心GMSC；GMSC分析MSISDN，得到被呼用戶所在HLR的地址，向HLR發(fā)送攜帶MSISDN的消息，詢問被叫客戶的位置（漫游號碼MSRN），以便得到用戶呼叫的路由信息；HLR分析GMSC發(fā)來的信息，找到該MSISDN號碼對應的IMSI，然后查詢當前被呼用戶所在的業(yè)務區(qū)MSC/VLR（廣州），向該區(qū)的VLR發(fā)送被叫的IMSI，請求VLR分配給被叫客戶一個漫游號碼MSRN；移動臺被呼接續(xù)流程(2)108被呼用戶所在區(qū)的VLR給用戶臨時分配一個漫游號碼MSRN，并傳送給HLR，HLR將收到的MSRN發(fā)送給GMSC；GMSC獲得MSRN，尋找路由建立至被訪MSC的通路。GMSC與MSC的連接可以是直達鏈路，也可以是長途匯接局轉接（TS：TollSwitching長途交換局）；MSC將尋呼消息發(fā)送給位置區(qū)所有的BTS，由這些BTS通過尋呼信道PCH發(fā)送尋呼消息，在整個位置區(qū)覆蓋范圍進行廣播尋呼該用戶；守候的空閑用戶接收到此尋呼消息，識別出其IMSI碼后，發(fā)送尋呼響應消息給網(wǎng)絡。網(wǎng)絡收到尋呼響應后，為用戶分配一個業(yè)務信道，建立呼叫連接。移動臺主呼109MSC/VLR交換局HLRBSSBSSBSS①呼叫②分配SDCCH④分配TCH④⑤建立呼叫⑤⑥⑥摘機應答⑥⑥PSTN/ISDN③③③鑒權,加密移動臺主呼接續(xù)流程一旦移動用戶撥號，MS通過隨機接入信道RACH向網(wǎng)絡發(fā)送信道請求；BSS中的BSC通過準許接入信道AGCH給MS分配一個獨立專用控制信道SDCCH；MSC/VLR與MS經(jīng)SDCCH信道建立信令連接，包括鑒權過程、啟動加密過程、TMSI再分配等；MS向MSC發(fā)出“建立呼叫請求”，MSC向MS發(fā)送“呼叫開始”指令，并通知BSS給MS分配業(yè)務信道；MSC在無線鏈路和地面有線鏈路建立后，將呼叫接續(xù)到固定網(wǎng)絡，建立與被叫固定用戶的通路，并向MS回送呼叫接通信號；被叫固定用戶摘機后，MSC向BSS和MS發(fā)送連接指令，待MS發(fā)回連接確認后，即進入通話階段，完成MS呼叫固定用戶的接續(xù)過程。1106.6GSM系統(tǒng)的接續(xù)和移動性管理6.6.1移動網(wǎng)區(qū)域結構與GSM編號方式6.6.2GSM的安全性管理6.6.3GSM的接續(xù)管理6.6.4GSM的移動性管理（位置更新和切換）第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)111二月23位置更新位置更新當MS從一個位置區(qū)移到另一個位置區(qū)時，必須進行登記。即一旦MS發(fā)現(xiàn)其SIM卡中的LAI與接收到的LAI發(fā)生了變化，便執(zhí)行登記。位置更新總是由MS啟動周期性的位置更新若系統(tǒng)收不到周期登記消息，MSC/VLR就給移動臺標以“IMSI分離”。二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)112位置更新基本流程113LA1LA2①接收LAI2②位置更新請求②位置更新請求②位置更新請求③位置更新接受③記錄MSC號碼更新用戶位置④“附著”標記IMSI④位置更新證實④位置更新證實④更新LAI⑤通知刪除用戶數(shù)據(jù)小結用戶數(shù)據(jù)的存儲方式(1)SIM卡靜態(tài)數(shù)據(jù)IMSI（國際移動用戶識別碼）MSISDN（移動用戶的ISDN號碼）PIN（個人身份號）鑒權鍵Ki、鑒權算法A3、加密算法A8動態(tài)數(shù)據(jù)TMSI（臨時移動用戶識別碼）LAI（位置區(qū)識別LAI）RAND/SRES/Kc二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)114小結用戶數(shù)據(jù)的存儲方式(2)HLR存儲在本區(qū)域內注冊的用戶數(shù)據(jù)靜態(tài)數(shù)據(jù)IMSI（國際移動用戶識別碼）MSISDN（移動用戶的ISDN號碼）

MSISDN包含本地HLR地址信息動態(tài)數(shù)據(jù)用戶當前VLR的地址RAND/SRES/Kc二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)115小結用戶數(shù)據(jù)的存儲方式(3)VLR：存儲當前本區(qū)域內激活用戶的數(shù)據(jù)靜態(tài)數(shù)據(jù)IMSI（國際移動用戶識別碼）MSISDN（移動用戶的ISDN號碼）動態(tài)數(shù)據(jù)TMSI（臨時移動用戶識別碼）LAI（位置區(qū)識別LAI）HON（切換號碼）RAND/SRES/KcMSRN（移動用戶漫游號碼）MSRN包含當前VLR地址信息二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)116小結用戶數(shù)據(jù)的存儲方式(4)AUC靜態(tài)數(shù)據(jù)IMSI（國際移動用戶識別碼）/鑒權鍵Ki鑒權算法A3、加密算法A8動態(tài)數(shù)據(jù)RAND/SRES/KcEIRIMEI（國際移動設備識別碼）二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)117切換切換的基本概念切換過程三階段GSM系統(tǒng)的切換策略GSM系統(tǒng)的切換類型二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)118切換的基本概念什么是信道切換？當前正在通信的移動臺與服務基站之間的鏈路轉移到另一個新基站的過程。切換引起的原因：信號的強度或質量下降到系統(tǒng)規(guī)定的參數(shù)以下。由于某小區(qū)業(yè)務信道容量全被或幾乎全被占用。如何切換？識別新小區(qū)，分配給移動臺在新小區(qū)的語音信道和控制信道。切換的目標切換次數(shù)和中斷次數(shù)最小無明顯干擾的快速通話轉接119切換過程三階段(1)測量和目標小區(qū)確定測量通信質量和信號強度(2)切換觸發(fā)按照一定的準則觸發(fā)切換(3)切換執(zhí)行硬切換、軟切換120切換觸發(fā)準則具有滯后余量和門限規(guī)定的相對信號強度準則121Th1h(滯后余量)移動臺基站1的信號強度基站1基站2基站2的信號強度Th2Th3BACD硬切換與軟切換硬切換：新的連接建立前，先中斷舊的連接。例如GSM系統(tǒng)。軟切換：指既維持舊的連接，又同時建立新的連接。例如CDMA系統(tǒng)。二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)122軟切換過程二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)123GSM系統(tǒng)的切換策略移動臺輔助的切換移動臺對不同基站的RSSI(ReceivedSignalStrengthIndication)進行測量后，以每秒兩次的速率將測量結果報告給基站網(wǎng)絡評估測量參數(shù)，決定移動臺是否切換。優(yōu)點：網(wǎng)絡參與切換管理，靈活性高。切換觸發(fā)準則采用了具有滯后余量和門限規(guī)定的相對信號強度準則，防止乒乓效應。硬切換技術在切換過程中會發(fā)生短時中斷。二月23第六章GSM及其增強移動通信系統(tǒng)124GSM系統(tǒng)的切換類型1:小區(qū)內切換125123452:BSC內切換3:MSC內切換4:MSC間切換5:網(wǎng)絡間切換不同MSC間的切換示意126①無線測量①無線測量②匯報結果③切換請求③④建立通信鏈路④無線信道確認⑤發(fā)送切換命令⑥切換完成⑥切換完成⑦釋放原TCH⑥切換完成不同MSC間的切換流程MS在從基站區(qū)1向基站區(qū)2移動的過程中，不斷測量周圍小區(qū)的BTS的信號強度