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1、GSM通信原理,网优中心培训文档2007.3,第一章 移动通信的发展第二章 GSM数字移动通信系统第三章 GSM无线接口理论第四章 呼叫处理过程第五章 信令与协议,目 录,第一章 移动通信的发展,1.1 第一代模拟蜂窝移动通信系统1.2 第二代数字蜂窝移动通信系统1.3 第三代全球移动通信系统1.4 GSM系统的发展史,第一章 移动通信的发展,随着计算机、程控交换和数字通信技术的发展，移动通信汇集了有线通信和无线通信的最新技术成果，已成为现代通信的重要组成部分和未来个人通信的重要基础。目前，无线通信已成为电信领域中最灵活方便、最受人们欢迎、发展速度最快的先进通信技术。移动通信的发展，可以追溯到
2、20世纪20年代，主要完成通信实验和电波传输的实验工作，在短波波段上实现了小容量专用移动通信系统；20世纪40年代70年代，建立了各种移动通信系统，在技术上实现了移动电话系统和公众电话网的连接；,蜂窝组网的原理最早是在20世纪60年代由美国贝尔实验室提出，其目的是为了解决常规移动通信系统频谱匮乏，容量小，服务质量差及频谱利用率低等问题。直到70年代随着半导体技术的成熟，大规模集成电路器件和微处理技术的发展以及表面铁装工艺的广泛应用，才为蜂窝移动通信的实现提供了技术基础。,1.1 第一代模拟蜂窝移动通信系统,第一章 移动通信的发展,1983年美国的AMPS(Advanced Mobile Pho
3、ne Service)1985年英国的TACS(Total Access Communication System)1981年北欧的NMT(Nordic Mobile Telephone)T日本的HCMTS(High Capacity Telephone System),第一章 移动通信的发展,1.1 第一代模拟蜂窝移动通信系统,20世纪80年代初，在美国、日本、瑞典等国家相继建立了以频率复用、多波道共用技术和全自动接入公共电话网的小区制、大容量蜂窝式移动通信系统。,局限性：容量小，难以提供非话音业务，语音质量不高，保密性差，难以和综合业务数字网（ISDN）互连，设备不能实现小型化，制式不统一
4、。,欧洲的GSM/DCS1800系统北美的DAMPS及CDMA（1992年美国的高通公司提出的一种采用码份多址的技术方案，1996年投入运营，具有抗多径衰落的性能，以及具有软容量、软切换、系统容量大、可运用分集接收等先进技术）日本的PDC,1.2 第二代数字蜂窝移动通信系统,第一章 移动通信的发展,特点：网络的智能化实现了越区转接和漫游功能，系统容量大，频谱利用率高，通信质量好，业务种类多，保密性高，终端小巧轻便，成本低，统一的技术接口规范，保证了与ISDN的互通。,1991年，GSM 900MHz数字蜂窝移动通信系统在欧洲问世，从此，移动通信跨入第二代。,“通用分组无线业务”(General
5、 Packet Radio Service)，是GSM相第 三代移动通信系统演进的一个重要环节，GPRS对GSM及3G的前后向兼容性能够充分保护运营商和移动用户的利益，另外，EDGE“GSM增强数据率”（Enhanced Data rates for GSM Evolution）被看作式一个可提供高速移动业务的过渡方案，支持的业务数率可达384kbit/s，从GSM演进到UMTS，GPRS和EDGE是一个非常关键的阶段，属于二代半的系统。,1.3 第三代全球移动通信系统,第一章 移动通信的发展,目的：统一全球移动通信标准和频段，达到3G全球漫 游，提高移动通信的频谱利用率和数据业务传输速率，以
6、及满足用户多媒体业务的需求。,GPRS,1.3 第三代全球移动通信系统,第一章 移动通信的发展,在ITU(国际电信联盟)，第三代网络为IMT2000，在欧洲则成为UMTS(Universal Mobile Telecommunication System)，其主要接入技术有：IMT-DS,又称 UMTS FDD W-CDMA接入技术(Direct Sequence)IMT-TC,又称 UMTS TDD W-CDMA TDMA(Time Code)IMT-MC,又称 CDMA2000 W-CDMA接入技术(Multi Carrier)IMT-SC,(UWC-136 TDMA)EDGE/TDMA技
7、术(Sigle Carrier),GSM数字移动通信系统是由欧洲主要电信运营者和制造厂家组成的标准化委员会设计出来的，是在蜂窝系统的基础上发展而成。GSM系统技术规范中只对功能和接口制定了详细规范，未对硬件做出规定。这样做目的是尽可能减少对设计者限制，又使各运营者有可能购买不同厂家的设备。,1.4 GSM系统的发展史,第一章 移动通信的发展,1982年，欧洲已有几大模拟蜂窝移动通信系统投入运营例如北欧多国的NMT（北欧移动电话）和英国的TACS（全接入通信系统），西欧其它各国也提供移动业务。当时这些系统是国内系统，不可能在国外使用;1982年欧洲邮电行政大会CEPT设立了移动通信特别小组即GS
8、M 以开发第二代移动通信系统为目标;1986年在巴黎对欧洲各国经大量研究和实验后所提出的八个建议系统进行现场试验;1987年GSM成员国经现场测试和论证比较就数字系统采用窄带时分多址TDMA规则脉冲激励长期预测(RPE-LTP)话音编码和高斯滤波最小频移键控(GMSK)调制方式达成一致意见;1988年十八个欧洲国家达成GSM谅解备忘录(MOU);1989年GSM标准生效;1991年在欧洲开通了第一个GSM900系统，将GSM更名为“全球移动通信系统”（Globa1 system for Mobile communications）。从此移动通信跨入了第二代数字移动通信系统;1991年，移动特别
9、小组还完成了制定1800MHz频段的公共欧洲电信业务的规范，名为DCSI800系统。该系统与GSM900具有同样的基本功能特性，二系统均可通称为GSM系统。,第一章 移动通信的发展,1.4 GSM系统的发展史,2.1 GSM系统的特点2.2 GSM系统的组成2.3 GSM系统的业务功能2.4 GSM系统的编号计划,第二章 GSM数字移动通信系统,2.1 GSM系统的特点,GSM系统由几个分系统组成，各分系统之间的接口定义了统一的标准，以保证任何厂家提供的GSM系统设备可以互连,以及于ISDN/PSTN等网络的互连；GSM系统可提供话音业务、承载业务、补充业务等等；GSM系统采用FDMA/TDM
10、A及跳频的复用方式，频率重复利 用率高，并具有灵活方便的组网结构，可满足用户的不同容量需求；GSM系统具有较强的鉴权和加密功能，以及TMSI的使用，确保用户和网络的安全需求；GSM系统抗干扰能力强，系统的通信质量较高。,第二章 GSM数字移动通信系统,2.2 GSM系统的组成,主要组成部分：MS(移动台)NSS(网络子系统)BSS(基站子系统)OSS(操作维护子系统),第二章 GSM数字移动通信系统,第二章 GSM数字移动通信系统,2.2 GSM系统的组成,2.2.1 网络子系统,MSC:是GSM系统的核心，是对位于它所覆盖区域中的移动台进行 控制和完成话路交换的功能实体，也是移动通信系统与其
11、它公用通信网之间的接口。它可完成网路接口、公共信道信令系统和计费等功能，还可完成BSS、MSC之间的切换和辅助性的无线资源管理、移动性管理等。另外，为了建立至移动台的呼叫路由，每个MS、还应能完成入口MSC（GMSC）的功能，即查询位置信息的功能。,网路子系统（NSS）主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。NSS 由一系列功能实体所构成，各功能实体介绍如下：,第二章 GSM数字移动通信系统,2.2 GSM系统的组成,2.2.1 网络子系统,VLR：是一个数据库，是存储MSC为了处理所管辖区域中MS（统称拜访客户）的来话、去话呼叫所需检索的信息，例如客户的号码，所处
12、位置区域的识别，向客户提供的服务等参数。HLR：也是一个数据库，是存储管理部门用于移动客户管理的数据。每个移动客户都应在其归属位置寄存器（HLR）注册登记，它主要存储两类信息：一是有关客户的参数；二是有关客户目前所处位置的信息，以便建立至移动台的呼叫路由，例如MSC、VLR地址等。AUC：用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需鉴权、加密的三参数（随机号码RAND，符合响应SRES，密钥Kc）的功能实体。EIR：也是一个数据库，存储有关移动台设备参数。主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止非法移动台的使用。,第二章 GSM数字移动通信系统,2.2 GSM系统的组成,2.2.2
13、基站子系统,BSC：具有对一个或多个BTS进行控制的功能，它主要负责无线网路资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等，是个很强的业务控制点。BTS：无线接口设备，它完全由BSC控制，主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。,BSS系统是在一定的无线覆盖区中由MSC控制，与MS进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。各功能实体介绍如下：,第二章 GSM数字移动通信系统,2.2 GSM系统的组成,2.2.3 移动台,移动台就是移动客户设备部分，它由两部分组成，移动终端(MS)和客户识别卡（SIM）。移动终端就是手机，它可完
14、成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。,SIM卡就是“身份卡”，它类似于我们现在所用的IC卡，因此也称作智能卡，存有认证客户身份所需的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息，以防止非法客户进入网路。SIM卡还存储与网路和客户有关的管理数据，只有插入SIM后移动终端才能接入进网，但SIM卡本身不是代金卡。,第二章 GSM数字移动通信系统,2.2 GSM系统的组成,操作维护子系统（OMC）主要是对整个GSM网路进行管理和监控。通过它实现对GSM网内各种部件功能的监视、状态报告、故障诊断等功能。,2.2.4 操作维护子系统,2.3 GSM系统的业务功能,承载业务
15、话音业务 数据业务 短消息业务 补充业务,第二章 GSM数字移动通信系统,2.4 GSM系统的编号计划,CC：国家码。移动台登记注册的国家码，中国为86。NDC:国内网络接入号码。中国移动为135139，联通为130131。SN:用户号码。采用等长8位编号计划，具体号码分配由运营商决定。,CC,移动台国内有效 ISDN号码,移动台国际 ISDN号码,NDC,SN,第二章 GSM数字移动通信系统,目的：实现正确的寻址,2.4.1 移动用户号码：MSISDN,MCC:移动国家码。唯一的识别移动用户所属的国家，中国为460MNC:移动网号。识别移动用户所归属的移动通信网（PLMN），中国移动为00，
16、联通为01。MSIN:移动用户识别码。唯一地识别某一移动通信网中的移动用户。NMSI:国家移动用户识别码，由MNC与MSIN组成。,MCC,NMSI,IMSI15位数字,MNC,MSIN,第二章 GSM数字移动通信系统,2.4 GSM系统的编号计划,2.4.2 国际移动用户识别码：IMSI,第二章 GSM数字移动通信系统,2.4 GSM系统的编号计划,2.4.3 临时移动用户识别码：TMSI,TMSI由VLR为来访的移动用户在鉴权成功后分配，由VLR自行分配的4字节BCD编码，仅限在VLR管辖区代替IMSI临时使用，且于IMSI相互对应，主要是在空中接口使用TMSI代替IMSI传递，保证系统的
17、安全性。,第二章 GSM数字移动通信系统,2.4 GSM系统的编号计划,2.4.4 移动用户漫游号码：MSRN,MSRN是在呼叫接续时由VLR临时分配给移动台的一个号码，用于GSM网络在接续时的路由选择，它同时也可以作为SCCP的全局码（GT）地址来寻找被叫用户当前所在的位置.,MCC:移动国家码。唯一的识别移动用户所属的国家，中国为460MNC:移动网号。识别移动用户所归属的移动通信网（PLMN），中国移动为00，联通为01。LAC:位置区号码，用于识别GSM网络中的一个位置区，由运营部门自定。,MCC,位置区识别LAI,MNC,LAC,第二章 GSM数字移动通信系统,2.4 GSM系统的编
18、号计划,2.4.5 位置区识别码：LAI,位置区时指移动台可任意移动而不需要进行位置更新的区域，它可由一个或若干个小区组成，为呼叫移动台，系统向一个位置区内所有基站同时发寻呼信号,CI:由运营部门自定义的小区号码,MCC,全球小区识别号CGI,MNC,LAC,LAC,位置区识别LAI,第二章 GSM数字移动通信系统,2.4 GSM系统的编号计划,2.4.6 全球小区识别码：CGI,CGI是在所有GSM中用做小区的唯一标识,BSIC用于识别相邻国家的相邻基站,NCC:网络色码。主要用于区分国界两侧的运营者（国内用于区别不同的省）BCC:基站色码。由运营者自行设定，用来唯一识别相邻的采用相同载频的
19、不同BTS.,MCC,基站识别色码BSIC,LAC,第二章 GSM数字移动通信系统,2.4 GSM系统的编号计划,2.4.7 基站识别色码：BSIC,IMEI用来唯一识别移动台,TAC:型号批准码，由欧洲型号认证中心分配。FAC:工厂装配码，由厂家编码，表示生产厂家及装配地。SNR：序号码，由厂家分配，用于识别每个设备。SP:备用码。,TAC,国际移动设备识别码IMEI,FAC,SNR,SP,第二章 GSM数字移动通信系统,2.4 GSM系统的编号计划,2.4.8 国际移动设备识别码：IMEI,3.1 工作频段的分配3.2 时分多址技术（TDMA）3.3 移动台和基站的时间调3.4 跳频技术,
20、第三章 GSM无线接口理论,3.1 工作频段的分配,3.1.1 我国GSM网络的工作频段,第三章 GSM无线接口理论,3.1.2 频点间隔,相邻两频点间隔为200KHZ,每个频点采用时分多址（TDMA）方式，分为8个时隙，即8个信道，每信道占用带宽200kHz8=25kHz，如GSM采用半速率话音编码后，每个频点可容纳16个半速率信道。,3.1 工作频段的分配,第三章 GSM无线接口理论,3.1.3 频道配置,绝对频点号和频道标称中心频率的关系：900MHz fl(n)=890.2MHz（n-1）0.2Hz（移动台发，基站收）fh(n)=fl(n)45MHz(基站发，移动台收);n的范围【11
21、24】1800MHzfl(n)=1710.2MHz（n-512）0.2Hz（移动台发，基站收）fh(n)=fl(n)95MHz(基站发，移动台收);n的范围【512885】,3.1 工作频段的分配,第三章 GSM无线接口理论,注：f1（n）为上行信道频率;fh(n)为下行信道频率;n为绝对频点号,3.1 工作频段的分配,第三章 GSM无线接口理论,3.1.3 频道配置,上行：905909MHz下行：950954MHz共4M带宽，20个频道【7695】,上行：909915MHz下行：954960MHz共6M带宽，29个频道【96124】,中国移动,中国联通,实际：上行：890909MHz下行：9
22、35954MHz供19M带宽20个频道【195】,3.1.4 干扰保护比C/I,C/I指接收到的希望信号电平与非希望信号电平的比值，与地形的不规则性，天线的类型、方向性及高度，站址的标高及位置，当地的干扰源等有关。同频干扰保护比：指当不同小区使用相同频率时，另一小区对服务小区产生的干扰。C/I9dB邻频干扰保护比：指在频率复用模式下，邻近频道会对服务小区使用的频道进行干扰。C/I-9dB,3.1 工作频段的分配,第三章 GSM无线接口理论,3.2 时分多址技术,第三章 GSM无线接口理论,多址技术：使众多的客户共用公共信道所采用的一种技术。实现多址技术的方法由三种：,频分多址（FDMA-Fre
23、quency Division Multiple Access）：模拟移动通信网TACS采用的方式 时分多址（TDMA-Time Division Multiple Access）：GSM系统采用时分多址和频分多址相结合的方式 码分多址（CDMA-Code Division Multiple Access）：CDMA系统采用,3.2.1 时分多址信道,3.2 时分多址技术,第三章 GSM无线接口理论,物理信道,逻辑信道,业务信道,控制信道,一个物理信道就是一个时隙，通常被定义为给定TDMA帧上的固定位置上的时隙,用于携载语音或用户数据,用于携带信令或同步数据,逻辑信道使根据BTS与MS之间传递
24、的消息种类不同而定义的不同逻辑信道，并通过BTS来映射到不同的物理信道上来传送,信道,广播信道,公共控制信道,专用控制信道,话音业务信道,数据业务信道,频率校正信道(FCCH)：携带校正MS频率的消息，使MS明确BCCH的载频及使MS保持频率同步,使得MS可以定位并解调出同一小区的其他信息;同步信道(SCH)：使MS接收TDMA保持与系统的同步，同时接收TDMA帧号、BTS色码(BSIC)；广播控制信道(BCCH)：当MS要进行漫游等待呼叫或发起呼叫时要知道一些关于小区的信息，这些信息通过BCCH传 送，包括位置区识别(LAI)小区、允许最大输出功率和相邻 小区BCCH 载频等，由于每个基站之
25、间不同步，所以MS必须根据广播信道(BCH)来获取应进入其它小区的信息。,3.2 时分多址技术,第三章 GSM无线接口理论,3.2.1 时分多址信道,广播信道(BCH):均为下行信道，由BTS至MS,用于向MS发送广播消息.,公共控制信道寻呼信道(PCH)：MS每隔一定时间收听PCH 以判断是否有 来自它的呼叫，其中包括MS的IMSI或TMSI，是下行信道；随机接入信道(RACH)：当MS在PCH听到有人发起对自己 的呼叫，即通过RACH要求接入网络，是上行信道；接入许可信道(AGCH)：网络通过AGCH分配一个信令信道（独立专用控制信道SDCCH），是下行信道；,3.2 时分多址技术,第三章
26、 GSM无线接口理论,3.2.1 时分多址信道,随路控制信道(DCCH)独立专用控制信道(SDCCH)：MS 通过SDCCH通知网络占用了哪个物理信道，用于业务传输，在呼叫建立功能之外,SDCCH用于传送短消息,是双向信道;慢速随路控制信道(SACCH)：MS向网络发送控制消息和相邻 基站信号强度,同时接收系统信息,包括发射功率和时间提前量,双向信道;快速随路控制(FACCH)：FACCH用挪用模式工作占用业务信 道(TCH)的一段传输,主要用于向MS传送切换命令,是下行信道,3.2 时分多址技术,第三章 GSM无线接口理论,3.2.1 时分多址信道,在GSM中，每个载频被定义为一个TDMA帧
27、，每帧包括8个时隙（TS0-TS7）。TDMA的帧号是以3h 28min 53s 760ms即12533760ms（2715648个TDMA帧）为周期循环编号的；每2715648个TDMA帧为一个超高帧；每个超高帧又由2048个超帧组成，一个超帧为1326个 TDMA帧,持续时间为12533760ms/2048=6120ms；而每个超帧又是由51个26复帧或26个51复帧组成，这两种 复帧是为满足不同速率的信息传输而设定的。,3.2 时分多址技术,第三章 GSM无线接口理论,3.2.2 TDMA帧,区别：26帧的复帧包含26个TDMA帧，时间间隔为6120ms/51=120ms，主要用于TCH
28、(SACCH/T)和FACCH等业务信道；51帧的复帧包含51个TDMA帧，时间间隔为6120ms/26=235ms，主要用于BCCH、CCCH、SDCCH等控制信道。,3.2 时分多址技术,第三章 GSM无线接口理论,3.2.2 TDMA帧,TDMA信道上的一个时隙中消息格式被成为突发脉冲序列，即每个突发脉冲被发送在TDMA帧的其中一个时隙上，因为在特定突发脉冲上发送的消息内容不同，其格式也不同，分为5中突发脉冲序列：普通突发脉冲序列：用于携带TCH、FACCH、SACCH、SDCCH、BCCH、PCH和AGCH信道的消息；接入突发脉冲序列：用于携带RACH信道的消息；频率校正突发脉冲序列：
29、用于携带FCCH信道的消息；同步突发脉冲序列：用于携带SCH信道的消息；空闲突发脉冲序列：当系统没有消息发送时传送这种突发 脉冲序列。,3.2 时分多址技术,第三章 GSM无线接口理论,3.2.3 突发脉冲序列,（1）控制信道的映射 A.BCH和CCCH的对应方式：下行链路C0上的TS0映射：每个小区载频C0上的TS0映射广播和公共控制信道（FCCH、SCH、BCCH、CCCH），该时隙不间断的向该小区的所有用户发送同步消息、系统消息、寻呼消息和指配消息，即使没有寻呼消息和接入请求，BTS也在C0上发射空闲突发脉冲。51复帧用于携带SCH和CCCH，因此51复帧共有51个TS0,也就是将51个
30、连续TDMA帧的TS0都取出来组成51帧的复帧。,3.2.4 逻辑信道与物理信道之间的对应关系,3.2 时分多址技术,第三章 GSM无线接口理论,（1）控制信道的映射 BRACH的对应方式 上行链路C0上的TS0映射：上行只有随即接入信道，RACH周期为51个TDMA帧，用于移动台的接入。,3.2 时分多址技术,第三章 GSM无线接口理论,3.2.4 逻辑信道与物理信道之间的对应关系,（1）控制信道的映射 CSDCCH和SACCH的对应方式 上行/下行链路C0上的TS1映射：用于映射专用控制信道，可使用SDCCH的信道组合形式。它是102个TDMA帧重复一次。,3.2 时分多址技术,第三章 G
31、SM无线接口理论,3.2.4 逻辑信道与物理信道之间的对应关系,（2）业务信道的映射 小区中携带BCCH载频的TS2-TS7，以及其他载频的TS0-7均可为业务信道。用于携带业务信道的复帧是26复帧，因此有26个帧的TSn,第26个TSn是空闲时隙，之后序列从0开始。上行链路与下行链路是一样的，不同的是有3个时隙的时间偏移。,3.2 时分多址技术,第三章 GSM无线接口理论,3.2.4 逻辑信道与物理信道之间的对应关系,MS为了能得到或提供各种各样的服务通常需要从网络来获得许多消息，这些在无线接口广播的消息被成为系统消息，可分为12种类型，每种系统消息的都由如下不同的元素组成：当前网络、位置区
32、和小区的识别消息；小区供切换的测量报告消息和小区选择的进程消息；当前控制信道结构的描述消息；该小区不同的可选项的消息；关于邻小区BCCH频点的分配；系统消息在BCCH或SACCH信道中传送,3.2.5系统消息介绍,3.2 时分多址技术,第三章 GSM无线接口理论,原因在通信过程中，如移动台在呼叫期间向远离基站的方向上移动，则从基站发出的消息将越来越迟的到达移动台，与此同时，移动台的应答消息也会越来越迟的到达基站，将导致基站收到的移动台在本时隙上发送的消息与基站在其下一个时隙收到的另一个呼叫信息重叠而引发干扰。措施因此在呼叫进行期间，移动台发给基站的测量报告报头上携带了移动台测试的时延值，而基站
33、必须监视呼叫到达的时间，并在下行SACCH的系统消息上以每两秒一次的频率向移动台发出指令，随着移动台离开基站的距离变化，逐步指示移动台应提前发送的时间。,3.3 移动台和基站的时间调整,第三章 GSM无线接口理论,算法时间提前量范围为0233us，每个比特的时长是3.7us/bit，则时间提前量的编码在0-63bit之间，该值限制了GSM小区的无线覆盖半径最大可达35km。3.7us/bit63bit（3108）m/s235km3.7us/bit是每个比特的时长63bit是时间调整的最大比特数3108 m/s是光速,3.3 移动台和基站的时间调整,第三章 GSM无线接口理论,为快速跳频和慢速跳
34、频，GSM采用的是慢速跳频，其特点是按照固定的间隔改变一个信道使用的频率。GSM中跳频分为基带跳频和射频跳频。基带跳频：通过腔体合成器实现。在帧单元和载频单元之间加入了一个以时隙为基础的交换单元，通过把某个时隙的信号切换到相应的无线频率上来实现跳频。射频跳频：通过混合合成器实现。通过对每个TRX的频率合成器进行控制，使其在每个时隙的基础上按照不同的方案进行跳频，每个发信机都可使用一组相同的频率，采用不同的MAIO(移动分配索引偏移)加以区分。但必须由一个固定发射BCCH频率的发信机，其他发信机可随着跳频序列的序列值改变而改变。,3.4 跳频技术,第三章 GSM无线接口理论,3.4.1 跳频种类
35、,基带跳频和射频跳频的区别：基带跳频采用的腔体合成器最多可配置8个发信机，衰耗小，3.5dB；射频跳频采用的混合合成器容量小，最多可配置4个发信机？混合合成器所带的发信机可以使用一组频率，频点间隔为200kHZ；腔体合成器的发信机仅能使用固定的频率发射，而且所用频点间隔要求大于600Khz.基带跳频的每个发信机只能对应一个频点，当携带BCCH频点的载频出现故障，则会导致整个小区的瘫痪；而射频跳频的每个发信机能够发送所有参与跳频的频点，因美快载频都能发送BCCH频点，携带BCCH信道的载频优先级最高，当该载频出现故障，携带BCCH信道的TDMA帧能够自动通过另一个载频发射出去。,3.4 跳频技术
36、,第三章 GSM无线接口理论,3.4.1 跳频种类,可起到频率分集的作用 跳频是保证同一个信息使用几个频率发送，从而提高无线信号的 抗衰落能力，通过跳频，可使携带同一部分信息的所有突发脉冲 不会被瑞利衰落以同一方式破坏。有6.5dB左右的增益可起到干扰源分集的作用 当使用跳频时，如一个频点出现干扰，该干扰情况会被该载波的 其他呼叫所共享，整个网络的性能将得到提高。有3dB的增益。,3.4 跳频技术,3.4 跳频技术,第三章 GSM无线接口理论,3.4.2 跳频的优点,在GSM规范中分别用MAIO(移动分配指针偏移)和HSN(跳频序列号)来定义跳频序列。MAIO描述跳频重复功能的起点，取值与参与
37、跳频的频率数一样多。,3.4 跳频技术,3.4 跳频技术,第三章 GSM无线接口理论,3.4.3 跳频序列,首先语音通过一个模/数转换器，实际上是经过8KHZ抽样 量化后变为每125US含有13kbit/s的码流；每20ms为一段，再经语音编码后降低传码率为13kbit/s；经信道编码变为22.8Kbit/s；再经码字交织加密和突发脉冲格式化后变为33.8kbit/s的码流，经调制后发送出去。接收端的处理过程相反,3.5 GSM系统中语音信号的传输,第三章 GSM无线接口理论,此编码方式称为规则脉冲激励长期预测编码(RPE-LTP)，其处理过程是先进行8KHZ抽样，调整每20ms为一帧，每帧长
38、为4个子帧，每个子帧长5ms，纯比特率为13kbit/s。,3.5 GSM系统中语音信道的传播,第三章 GSM无线接口理论,3.5.1 话音编码,为了检测和纠正传输期间引入的差错，在数据流中引入冗余，通过加入从信源数据计算得到的信息来提高其速率，信道编码的结果一个码字流，对话音来说这些码字长456比特。由语音编码器中输出的码流为13Kbit/s，被分为20ms的连续段，每段中含有260比特,3.5 GSM系统中语音信道的传播,第三章 GSM无线接口理论,3.5.2 信道编码,在编码后，语音组成的是一系列有序的帧。而在传输时的比特错误通常是突发性的，这将影响连续入帧的正确性，因此交织技术实际上就
39、是打乱各个码字的顺序，在GSM系统中采用二次交织方法。由信道编码后提取出的456比特被分为8组进行第一次交织如图,3.5 GSM系统中语音信道的传播,第三章 GSM无线接口理论,3.5.3 交织,由它们组成语音帧的一帧现假设有三帧语音帧如图,而在一个突发脉冲中包括一个语音帧中的两组如图,AAAA B A B A B A B A C B C B C B C B C C C C,3.5 GSM系统中语音信道的传播,第三章 GSM无线接口理论,3.5.3 交织,4.1 小区的选择与重选4.2 立即指配程序4.3 鉴权加密过程4.4 位置更新4.5 MS主叫信令流程4.6 MS被叫信令流程4.7 无线
40、链路控制4.8 切换4.9 功率控制,第四章 呼叫处理过程,4.1 小区的选择与重选,第四章 呼叫处理过程,小区的选择和重选是为了保证MS选择一个最适合的小区，当MS选择了某个小区后，它将调谐到该小区的BCCH信道上，接收寻呼消息和BCCH信道广播的系统消息，并可通过该小区的RACH信道来发出接入请求,4.1 小区的选择与重选,第四章 呼叫处理过程,当手机开机或从盲区进入覆盖区时，手机将寻找PLMN允许的所有频点，并选择合适的小区驻留。选择条件：小区属于所选的PLMN，参数C1值大于0，该小区未被禁止接入C1值的公式如下:,4.1.1 小区选择过程,紧急呼叫情况：参数C1值大于0，该小区未被禁
41、止接入，不考虑PLMN识别,4.1 小区的选择与重选,第四章 呼叫处理过程,重选条件：移动台计算某小区（与当前小区属同一个位置区）的C2值超过移动台当前服务小区的C2值连续5s；移动台计算某小区（与当前小区属同一个位置区）的C1值超过移动台当前服务小区的C2与小区重选滞后值之和5s；当前服务小区被禁止；MS检测出下行链路故障；服务小区的C1值连续5s小于0；MS随即接入时，在最大重传后接入尝试仍不成功的情况下。,4.1.2 小区重选过程,第四章 呼叫处理过程,不连续接收DRX:每个移动台都对应一个专门的寻呼组，每个寻呼组都分别与小区的一个寻呼子信道相对应，移动台可根据自身IMSI的最后3为及服
42、务小区寻呼信道的配置情况来计算出它所属的寻呼组，进而计算出该寻呼组的寻呼子信道位置，在空闲状态下某寻呼组的移动台只在其固定的寻呼子信道上来收听系统广播的寻呼消息，而忽略其他寻呼子信道的内容。目的:节约移动台的功率开销,4.1 小区的选择与重选,4.1.3 不连续接收模式DRX和寻呼信道的定义,4.2 立即指配程序,第四章 呼叫处理过程,过程：MS在RACH信道上向BTS发送信道申请（CHANNEL REQUEST）报文，申请一条信令信道。信令消息：8bit，其中3bit指示接入网络的原因（如紧急呼叫、位置更新、响应寻呼、主叫请求），5bit时移动台随机选择的鉴别符，以使网络能区别不同MS所发起
43、的请求，能同时区分32个MS.碰撞现象：话务繁重地区发生两个移动台同抢一个RACH时隙来申请接入的现象。解决办法:信道请求的重发机制。经过最大重发次数后，若仍得不到系统的立即指配命令，移动台将返回到空闲状态。,4.2.1 信道申请,目的：在Um接口建立MS与系统间的无线连接，即RR连接,第四章 呼叫处理过程,BTS对MS发送的信道申请（CHANNEL REQUEST）正确解码后，将信道请求（CHANNEL REQUIRED）的报文通过ABIS接口发给BSC,BSC向BTS发送一条信道激活（CHANNEL ACTIVE）的报文来查询相应的地面资源是否可用，BTS向BSC返回一条信道激活证实（CH
44、ANNEL ACTIVE ACK）的报文来确认资源可用。BSC通过CCCH信道向MS发送一条立即指配(IMMEDIATE ASSIGNMENT)或立即指配扩展的消息，向移动台分配专用信令信道；或无信道分配，则发送立即指配拒绝消息。【立即指配消息组成：指配信道的描述；信道请求的信息字段和接收到信道请求帧的缩减帧号码；最初的时间提前量；起始时间指示】,4.2.2 初始信道分配,4.2 立即指配程序,第四章 呼叫处理过程,MS在所分配的SDCCH/TCH信道上向BTS发送SABM帧来建立一步平衡模式（服务接入点类别SAPI=0）.【该消息包括移动台身份、详细的接入原因已移动台类别等】BTS向BSC发
45、送建立指示（ESTABLISH INDICATION）报文，表示LAPDm连接已建立。BSC向MSC发送“三层业务请求消息”（COMPLETE LAYER3 INFO）【该消息携带有SCCP连接请求、申请CM业务的原因、密钥序列号、LAC、CI、MS的发射功率登记等】BSC向MSC发送SCCP的请求建链消息CR(CONNECTION REQUEST)MSC向BSC回连接证实消息CC(CONNECTION CONFIRM);若无法建立SCCP连接,则回SCCP拒绝消息（SCCP REFUSED）,4.2.3 初始化报文,4.2 立即指配程序,4.2 立即指配程序,第四章 呼叫处理过程,4.2.3
46、 初始化报文,4.2 立即指配程序,第四章 呼叫处理过程,当系统发生轻微拥塞时的处理办法：通过减少RACH的重发次数和尽量使重发间隔较大；提高参数T3122的值；限制用户接入类别。用户分为15个等级，分别为C0-C9与C11-15，可随意由BSC来决定禁止哪个等级的用户。不建议使用.,4.2.4 立即指配中的异常情况,4.3 鉴权加密过程,第四章 呼叫处理过程,鉴权的目的:一是检查由MS提供的识别是否真是；二是提供MS的一个新的密钥。判断鉴权的条件：网络一端所存储的Kc值（MS在上一次业务处理使用的）是否与在本次接入中移动台所存储的Kc值一致。鉴权三参数（RAND、SRES、Kc）由鉴权中心产
47、生，鉴权中心一次产生5组三参数，传给HLR存储在客户的资料库中,4.3.1 鉴权过程,4.3 鉴权加密过程,第四章 呼叫处理过程,RAND为伪随机数，它的值在021281中随机抽取，由鉴权中心的伪随即码发生器产生；在鉴权中心RAND和Ki（一个IMSI对应唯一的客户鉴权值Ki，被存储在客户的SIM卡和鉴权中心中作为永久性信息）经过A3算法（鉴权算法）产生一个响应数SRES，同时经过A8算法（加密算法）产生一个Kc；,4.3.1 鉴权过程,鉴权算法,4.3 鉴权加密过程,第四章 呼叫处理过程,MSC收到“三层业务请求”消息后，向VLR发出“PROCESS ACCESS REQUEST”要求进行鉴
48、权加密；VLR返回“PROCESS ACCESS ACCEPTED”消息；MSC/VLR向MS发送鉴权请求（AUTHENTICATION REQUEST）报文来触发鉴权程序【该消息包括RADN和CKSN号码】MS收到报文后向SIM卡发送一条包含RAND的“运行GSM算法”消息（RUN GSM ALGORITHM）,产生的Kc与密钥序列号CKSN写到SIM卡内。MS向VLR发送鉴权响应(AUTHENTICATION RESPONSE)将SRES送回，VLR再次进行同MS一样的算法，将两个SRES值进行比较，若相同，则鉴权成功；若失败，MS使用TMSI重新开始鉴权。,4.3.1 鉴权过程,信令过程
49、,4.3 鉴权加密过程,第四章 呼叫处理过程,4.3.1 鉴权过程,4.3 鉴权加密过程,第四章 呼叫处理过程,MSC向BSC发加密命令（BSSMAP CIPHERING MODE COMMAND）【该消息包含密钥Kc】BSC向MS发送加密模式命令（RR CIPHERING MODE COMMAND）指示是否采用加密MS启动加密模式命令，并向系统返回加密模式完成（RR CIPHERING MODE COMPLETE）消息。加密算法：利用鉴权产生的Kc值（64bit）和当前脉冲串的帧号码（22bit）进行A5算法，产生一个114bit的加密序列，通过它来和突发脉冲的信息位114bit进行异或操作
50、。,4.3.2 加密过程,4.3 鉴权加密过程,第四章 呼叫处理过程,4.3.1 鉴权过程,4.3 鉴权加密过程,第四章 呼叫处理过程,当MS在位置区第一次注册时，就会分配一个TMSI给MS，当离开时，释放该TMSI;鉴权加密完成后，MSC向MS发出“CM业务接收”（CM SERVICE ACCEPT）消息或“TMSI再分配命令”(TMSI REALLOCATION COMMAND)【该消息包含新的TMSI和LAI】;MS把所收到的TMSI和LAI存储起来，并返回“TMSI再分配完成”(TMSI REALLOCATION COMPLETE),4.3.3 TMSI再分配程序,启动条件,4.3 鉴
