GSM数字移动通信系统.ppt

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1、GSM数字移动通信系统,GSM系统结构与接口,一、GSM系统结构二、GSM系统的各类接口三、GSM系统的控制与管理,一、GSM系统结构,GSM数字蜂窝通信系统的主要组成部分为网络子系统(NSS)、基站子系统(BSS)和移动台(MS)；除此之外，GSM网中还配有短信息业务中心(SC)，既可实现点对点的短信息业务，也可实现广播式的公共信息业务以及语音留言业务，从而提高网络接通率。,一、GSM系统结构,GSM系统设备,1、移动台MS2、基站子系统BSS 基站控制台BSC 基站收发信台BTS4、操作维护子系统 OMC,3、网络交换子系统 移动交换中心MSC 归属位置寄存器HLR 拜访位置寄存器VLR

2、设备识别寄存器EIR 鉴权中心AUC,移动台（MS）,移动台语音处理的过程,移动台是移动终端（MS）和用户识别模块（SIM）组成。,基站子系统BSS,基站子系统包括基站收发信机组(BTS)和基站控制器(BSC)。该子系统由MSC控制，通过无线信道完成与MS的通信，主要实现无线信号的收发以及无线资源管理等功能。基站系统是在小区内建立无线电覆盖的设备，负责管理无线资源，建立移动台与网络之间的无线信道，传送网络的各种信令及用户信息等。,基站子系统,1)基站收发信机组(BTS)基站收发信机组包括无线传输所需要的各种硬件和软件，如多部收发信机、支持各种小区结构(如全向、扇形)所需要的天线、连接基站控制器

3、的接口电路以及收发信机本身所需要的检测和控制装置等。它实现对服务区的无线覆盖，并在BSC的控制下提供足够的与MS连接的无线信道。,基站子系统,2)基站控制器(BSC)基站控制器(BSC)是基站收发信机组(BTS)和移动交换中心之间的连接点，也为BTS和操作维护中心(OMC)之间交换信息提供接口。一个基站控制器通常控制多个BTS，完成无线网络资源管理、小区配置数据管理、功率控制、呼叫和通信链路的建立和拆除、本控制区内移动台的越区切换控制等功能。,网络子系统NSS,1)移动交换中心(MSC)网络子系统由一系列功能实体构成，主要起交换、移动性管理和安全性管理等功能。移动交换中心(MSC)是蜂窝通信网

4、络的核心，它是用于对覆盖区域中的移动台进行控制和话音交换的功能实体，同时也为本系统连接别的MSC和其它公用通信网络(如公用交换电信网PSTN、综合业务数字网ISDN和公用数据网PDN)提供链路接口。,MSC主要完成交换功能、计费功能、网络接口功能、无线资源管理与移动性能管理功能等，具体包括信道的管理和分配、呼叫的处理和控制、越区切换和漫游的控制、用户位置信息的登记与管理、用户号码和移动设备号码的登记和管理、服务类型的控制、对用户实施鉴权、保证用户在转移或漫游的过程中实现无间隙的服务等。,网络子系统NSS,2)归属位置寄存器(HLR)这是GSM系统的中央数据库，存储着该HLR控制区内所有移动用户

5、的管理信息，其中包括用户的漫游能力、签约服务和补充业务；此外，还为移动交换中心提供移动台实际漫游所在地的信息，这样就使任何来话呼叫立即按选择的路径送到被叫用户。3)访问位置寄存器(VLR)这是一个动态数据库，记录着当前进入其服务区内已登记的移动用户的相关信息，如用户号码、所处位置区域信息等，使移动业务交换中心能够建立呼入和呼出的呼叫；一旦移动用户离开该VLR服务区而在另一个VLR中重新登记时，该移动用户的相关信息即被删除。,网络子系统NSS,4)鉴权中心(AUC)AUC存储着鉴权算法和加密密钥，在确定移动用户身份和对呼叫进行鉴权、加密处理时，提供所需的三个参数(随机号码RAND、符合响应SRE

6、S、密钥Kb)，用来防止无权用户接入系统和保证通过无线接口的移动用户的通信安全。5)移动设备识别寄存器(EIR)EIR也是一个数据库，用于存储移动台的有关设备参数，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。目前，我国各移动运营商尚未启用EIR设备。,网络子系统NSS,6)操作维护中心(OMC)OMC用于对GSM系统进行集中操作、维护与管理，具体又包括无线操作维护中心(OMC-R)和交换网络操作维护中心(OMC-S)。OMC-R对基站分系统的操作维护包括：人机接口管理、保密管理、配置管理、运行管理、出错管理。OMC-S对交换分系统的操作维护操作功能：系统控制、移动用户管

7、理、服务管理、业务管理、计费、路由和网络管理。维护功能：移动用户线维护、局间中继线维护、系统软硬件维护。,二、GSM系统中的各类接口,1、主要接口,GSM主要接口是Um接口、A接口和Abis接口，这三种接口保证了不同厂商生产的移动台、基站子系统和网络子系统设备能互联互通。1）空中接口（Um）Um接口是MS与BTS之间的无线电接口，主要传送无限资源管理、移动性管理和接续管理等信息。2）A接口基站BSC与MSC之间的接口，传送的信息包括移动台和基站的管理、移动性和呼叫接续管理等3）Abis接口是NSS内BTS与BSC之间的接口，用于BTS与BSC之间的远端互连方式。,2、网络子系统内部接口,包括B

8、、C、D、E、F、G接口：1）B接口MSC与VLR之间的接口，用于MSC向VLR询问有关MS当前位置信息或通知VLR有关MS的位置更新信息。2）C接口MSC与HLR之间的接口，用于传递路由选择和管理信息。3）D接口HLR与VLR之间的接口，用于交换MS位置和用户管理的信息，保证MS在整个服务区内能建立和接受呼叫。,2、网络子系统内部接口,4）E接口相邻区域的移动交换中心之间的接口，用于MS从一个MSC控制区到另一个MSC控制区时交换有关信息，以完成越区切换。5）F接口MSC与EIR之间的接口，用于交换相关的管理信息。6）G接口VLR之间的接口，在采用临时移动用户识别码（TMSI）时，此接口用于

9、向分配TMSI的VLR询问此移动用户的国际移动用户识别码的信息。,GSM的区域、号码、地址与识别,从地理位置来看，GSM系统分为GSM服务区、公用陆地移动网（PLMN）业务区、移动交换控制区（MSC区）、位置区（LA）、基站区和扇区。,1、区域划分,1）、GSM服务区：由联网的GSM全部成员国组成。2）、PLMN业务区 由GSM系统构成的公用陆地移动网，处于国际或国内汇接交换机的级别上。3）、MSC业务区 由一个移动交换中心控制的区域称为MSC业务区，凡在该区的移动台均在该区的访问位置寄存器（VLR）登记。,MSC业务区,1、区域划分,4）、位置区（LA）每个MSC业务区分成若干位置区，位置区

10、有若干基站区组成，当寻呼移动用户时，位置区内全部基站可以同时发寻呼信号，利用位置区识别码（LAI），系统能够区别不同的位置区。5）、基站区 一个基站控制器所控制的若干个小区的区域。6）小区（cell）也叫蜂窝区，一个小区包含一个基站，每个基站有若干套收、发信机。根据基站位置不同分为：中心激励，定点激励。,1、区域划分,2、GSM识别码,1）国际移动用户识别码（IMSI）IMSI用于识别GSM/PLMN网中用户，每个用户均分配一个唯一的IMSI。IMSI：MCC+MNC+MSIN MCC：移动国家号，中国460；MNC：移动网号，中移动00，联通01 MSIN：移动用户识别号2）临时用户识别码（

11、TMSI）用于保护IMSI码，该号只在本MSC区域有效，其结构可由各电信部门选择，长度不超过4个字节。3）国际移动设备识别码（IMEI）用于识别移动设备的号码，监控被窃或无效的这一类移动设备。IMEI：TAC+FAC+SNR+SP TAC：型号批准编码 FAC：装配厂家编号 SNR：序号编码 SP：备用,2、GSM识别码,4）移动用户号码MSISDN：CC+NDC+SN CC：国家码，中国86 NDC：国内目标码 SN：用户码国内移动用户ISDN号码为一个11位数字的等长号码：N1N2N3 H0 H1H2H3其中，N1N2N3为数字蜂窝移动业务接入号(网号)，中国移动为139、138、137、

12、136、135，中国联通为130、131；H0H1H2H3为HLR(归属位置寄存器)识别号，表示用户归属的HLR，用来区别不同的移动业务区；为四位用户号码。,2、GSM识别码,5）移动台漫游号码 MSRNCCNDCSN当移动台漫游到另一个移动交换中心业务区（MSC）时，该MSC将给移动台分配一个临时漫游号码，用于路由选择。CC国家号 NDC国内目的地号码(用于识别MSC/VLR）SN用户号，对应于用户的IMSI号码 当移动台离开该区后，访问位置寄存器和归属位置寄存器都要删除该漫游号码，以便再分配给其他移动台使用。,2、GSM识别码,6）位置区识别码LA=MCCMNCLAC MCC移动国家号，识

13、别一个国家 MNC移动网号，识别国内的GSM网 LAC位置区号码，识别一个GSM网中的位置区7）小区全球识别码CGI MCCMNCLACCI 用于识别一个位置区内的小区。8）基站识别码（BSIC NCCBCC）(6bit）NCC国家色码，用于识别GSM移动网(3bit)BCC基站色码，用于识别基站(3bit),GSM无线接口,其中Um接口的作用：规定信道结构和接入能力定义MS-BS通信协议完成呼叫控制处理实现移动性、安全管理完成功率控制等业务功能,（一）、GSM无线接口传输特性,1、GSM的多址方式GSM蜂窝系统采用时分多址/频分多址/频分双工(TDMA/FDMA/FDD)制式。收发采用不同的

14、频率，收发频差为45MHz，一对双工载波上下行链路各用一个时隙构成一个双向物理信道，根据需要分配给不同的用户使用。频道间隔为200 kHz，每个频道采用时分多址接入方式，共分为8个时隙，时隙宽度为0.577 ms。8个时隙构成一个TDMA帧，帧长为4.615 ms。移动台在特定的频率上和特定的时隙内，以突发方式向基站传输信息，基站在相应的频率上和相应的时隙内以时分复用的方式向各个移动台传输信息。,（一）、GSM无线接口传输特性,2、GSM的频率再用GSM蜂窝系统多采用4小区3扇区(43)的频率配置和频率再用方案，即把所有可用频率分成4大组12个小组分配给4个无线小区而形成一个单位无线区群，每个

15、无线小区又分为3 个扇区，然后再由单位无线区群彼此邻接排布，覆盖整个服务区域，如图所示。,43频率复用,（一）、GSM无线接口传输特性,3、工作频段的分配GSM系统包括900 MHz和1800 MHz两个频段。早期使用的是GSM900频段，随着业务量的不断增长，DCS1800频段投入使用。目前，在许多地方这两个频段的网络同时存在，构成“双频”网络。GSM使用的900 MHz、1800 MHz频段介绍如表所示。,GSM使用的900 MHz、1800 MHz频段特性,（二）、GSM系统信道,1.GSM系统信道分类1)物理信道GSM的无线接口采用TDMA接入方式，即在一个载频上按时间划分8个时隙构成

16、一个TDMA帧，每个时隙称为一个物理信道；每个用户按指定载频和时隙的物理信道接入系统并周期性地发送和接收脉冲突发序列，完成无线接口上的信息交互。每个载频的8个物理信道记为信道07(时隙07)，当需要更多的物理信道时，就需要增加新的载波，因而GSM实质上是一个FDMA与TDMA的混合接入系统。,（二）、GSM系统信道,2)逻辑信道根据BTS与MS之间传递的信息种类不同，GSM定义了多种逻辑信道传递这些信息。逻辑信道在传输过程中映射到某个物理信道上，最终实现信号的传输。逻辑信道可分为两类，即业务信道(TCH)和控制信道(CCH)。,（二）、GSM系统信道,(1)业务信道(TCH)业务信道主要传送数

17、字话音或用户数据，在前向链路和反向链路上具有相同的功能和格式。GSM业务信道又可以分为全速率业务信道(TCH/F)和半速率业务信道(TCH/H)。当以全速率传送时，用户数据包含在每帧的一个时隙内；当以半速率传送时，用户数据映射到相同的时隙上。也就是说，两个半速率信道用户将共享相同的时隙，但是每隔一帧交替发送。目前使用的是全速率业务信道，将来采用低比特率话音编码器后可使用半速率业务信道，从而在信道传输速率不变的情况下，信道数目可加倍，也就是系统容量加倍。,（二）、GSM系统信道,(2)控制信道(CCH)控制信道用于传送信令和同步信号。某些类型的控制信道只定义给前向链路或反向链路。GSM系统中有三

18、种主要的控制信道：广播信道(BCH)、公共控制信道(CCCH)和专用控制信道(DCCH)，每个信道由几个逻辑信道组成，这些逻辑信道按时间分布提供GSM必要的控制功能。下面以图、表的形式对每个信道及其任务进行了详细的说明。,（二）、GSM系统信道,GSM系统的信道分类,（二）、GSM系统信道,CCH信道类型,（二）、GSM系统信道,CCH信道类型,（二）、GSM系统信道,业务信道和各种控制信道是如何使用的？以GSM系统中移动台发出呼叫的情况为例。首先，用户在监测广播信道(BCH)时，必须与相近的基站取得同步。通过接收频率校正信道(FCCH)、同步信道(SCH)和广播控制信道(BCCH)信息，用户

19、将被锁定到系统及适当的BCH上。为了发出呼叫，用户首先要拨号，并按GSM手机上的发射按钮。移动台用它锁定的基站的射频载波(ARFCN)来发射随机接入信道(RACH)数据突发序列。然后，基站以公共控制信道(CCCH)上的允许接入信道(AGCH)信息来响应，CCCH为移动台指定一个新的信道进行独立专用控制信道(SDCCH)连接。,（二）、GSM系统信道,正在监测广播信道(BCH)中时隙0(TS0)的用户，将从允许接入信道(AGCH)接收到分配给它的载频(ARFCN)和时隙(TS)，并立即转到新的载频(ARFCN)和TS上，这一新的载频和TS分配就是独立专用控制信道(SDCCH)(不是业务信道TCH

20、)。一旦转接到SDCCH，用户首先等待传给它的慢速辅助控制信道(SACCH)帧(等待最大持续26帧或120 ms)，该帧告知移动台要求的定时提前量和发射功率。基站根据移动台以前的随机接入信道(RACH)传输数据能够决定出合适的定时提前量和功率等级，并且通过SACCH发送适当的数据供移动台处理。在接收和处理完SACCH中的定时提前量信息后，用户能够发送正常的、话音业务所要求的突发序列消息。,信道的帧结构,时隙和突发,时隙：为576.9us的时间片，含156.25bit。突发序列：在一个时隙中，被发送的无线载波所携带的信息比特串。根据功能不同，共有4种突发形式：普通突发序列：携带业务信道和除FCC

21、H、SCH、RACH外的控制信道信息。频率校正突发序列：用于移动台频率同步。同步突发序列：用于移动台定时同步。接入突发序列：用于移动台随机接入。,（三）、话音编码与信道编码,GSM话音编码器采用规则脉冲激励长期预测编码(RPE-LTP)。其处理过程是先对模拟话音进行8 kHz抽样，调整每20 ms为一帧，然后进行编码，编码后的话音帧帧长20 ms，含260 bit，因而话音的纯比特率为13 kb/s。在话音帧的260 bit中根据这些比特对传输差错的敏感性可将其分成两类：I类(182 bit)和II类(78 bit)。GSM信道编码器对这两类数据根据其传输差错敏感性进行不同的冗余处理。,（四）

22、、跳频,跳频技术可以确保通信的保密性和抗干扰性能。在GSM系统中，跳频分为基带跳频和射频跳频两种。基带跳频：无线信道在某一时隙期间(0.577 ms)用某一频率发射，到下一个时隙则跳到另一个不同的频率上发射。射频跳频：用固定发射机，由跳频序列控制不同频率的发射。大多数厂家的基站（BTS）采用基带跳频技术。,三、GSM系统的控制与管理,1、客户状态2、位置登记和删除3、呼叫流程4、切换的基本流程5、鉴权与加密6、计费,1 客户状态,MS(客户)开机(空闲状态)MS关机MS忙MS开机，网路对它作“附着”标记。当移动台开机(打开电源)后，它首先要在空中接口上搜索以找到正确的频率，并依靠搜索到的正确频

23、率校正和同步频率，并将此频率锁定。该频率载有广播信息和可能的寻呼信息。,MS关机，从网路中“分离”。前面已经提到，一个激活状态的MS在VLR中标有“附着”标记。当MS切断电源关机时，MS即向网路发送最后一条消息，其中包括分离处理请求，MSC接收到后，即通知VLR对该MS对应的IMSI上作“分离”标记，而归属位置寄存器(HLR)并没有得到该客户已脱离网路的通知。当该客户被寻呼，HLR向拜访MSCVLR要漫游号码(MSRN)时，MSCVLR通知HLR该客户已分离网路，不再需要发送寻找该客户的寻呼消息。,MS忙 此时，无线网路分配给MS一个业务信道传送话音或数据，并在该客户ISDN上标注客户”忙”。

24、当MS移动时，必须有能力转到别的信道上，这就叫切换。为了决定是否需要切换及怎样切换，系统要对来自MS和BTS的消息进行判断分析，这叫“定位”。,周期性登记,若MS向网路发送“IMSI分离”消息时，无线链路质量很差，衰落很大，那么GSM系统有可能不能正确译码，系统仍认为MS处于附着状态；再如MS开着机，但移动到覆盖区以外的地方(即盲区)，GSM系统仍认为MS处于附着状态。此时该客户被寻呼，系统就会不断地发出寻呼消息，无效占用无线资源。,为了解决上述问题，GSM系统采取了强制登记的措施。若GSM系统没有接收到某MS的周期性登记信息，它所处的VLR就以“隐分离”状态在该MS上做记录，只有当再次接收到

25、正确的周期性登记信息后，将它改写成“附着”状态。,2 位置登记和删除,进行位置登记的原因,在GSM这样的小区制蜂窝移动通信网中,为了便于管理,划分了若干不同等级的区域,但无论移动台处于何处,只要是在系统区域内,就应该能够实现所有的功能,包括越区切换、自动漫游等。为此,网络必须时刻跟踪并掌握移动台所处的位置,及时更新移动台的相关信息。这就是要进行位置登记和删除的原因。移动台位置登记和删除是网络移动管理功能的一个重要方面,其进程涉及到MS、BS、MSC和位置寄存器HLR、VLR,以及相应的接口。,位置登记概念,位置登记是指为了保证网络能够跟踪移动台的运动,掌握移动台所处的位置,以便在需要时能够迅速

26、连接上移动台、实现正常通信而必须将其位置信息保存起来,并及时地进行信息更新。通常,移动台的位置信息存储在归属位置寄存器(HLR)和访问位置寄存器(VLR)这两个功能实体中。,位置登记概念,1)首次登记 当一个移动用户首次入网时,由于在其SIM卡中找不到原来的位置区识别码(LAI),它会立即申请接入网络,向移动交换中心(MSC)发送“位置更新请求”信息,通知GSM系统这是一个该位置区内的新用户。MSC根据该移动台发送的IMSI中的MNC（移动网号码）信息,向某个特定的位置寄存器发送“位置更新请求”信息,该位置寄存器就是该移动台的归属位置寄存器(HLR)。HLR把发送请求的MSC的号码(即M1M2

27、M3)记录下来,并向该MSC回送“位置更新接受”信息。至此,MSC认为此移动台已被激活,便要求访问位置寄存器(VLR)对该移动台作“附着”标记,并向移动台发送“位置更新证实”信息,移动台会在其SIM卡中把信息中的位置区识别码存储起来,以备后用。,位置登记概念,移动台首次登记示意图,位置登记概念,2)位置更新 位置更新指的是移动台向网络登记其新的位置区,以保证在有此移动台的呼叫时网络能够正常接续到该移动台处。移动台的位置更新主要由另一种位置寄存器访问位置寄存器(VLR)进行管理。移动台每次一开机,就会收到来自于其所在位置区中的广播控制信道(BCCH)发出的位置区识别码(LAI),它自动将该识别码

28、与自身存储器中的位置区识别码(上次开机所处位置区的编码)相比较,若相同,则说明该移动台的位置未发生改变,无需位置更新;否则,认为移动台已由原来位置区移动到了一个新的位置区中,必须进行位置更新。,位置登记概念,图位置更新示意图,位置登记概念,(1)同MSC/VLR中不同位置区的位置更新。图中,移动台由cell3移动到cell4中的情况,就属于同MSC/VLR(MSC/VLRA)中不同位置区的位置更新。该位置更新的实质是:cell4中的BTS通过BSCA把位置信息传到MSC/VLRA中。其基本流程包括:移动台从cell3移动到cell4中;通过检测由BTS4持续发送的广播信息,移动台发现新收到的L

29、AI与目前存储并使用的LAI不同;,位置登记概念,移动台通过BTS4和BSCA向MSCA发送“我在这里”位置更新请求信息;MSCA分析出新的位置区也属本业务区内的位置区,即通知VLRA修改移动台位置信息;VLRA向MSCA发出反馈信息,通知位置信息已修改成功;MSCA通过BTS4把有关位置更新响应的信息传送给移动台,位置更新过程结束。,位置登记概念,位置登记概念,(2)不同MSCVLR之间不同位置区的位置更新。图中,移动台由cell3移动到cell5中的情况,就属于不同MSC/VLR(MSC/VLRA和MSC/VLRB)之间不同位置区的位置更新。该位置更新的实质是:cell5中的BTS通过BS

30、CC把位置信息传到MSC/VLRB中。其基本流程包括:移动台从cell3(属于MSCA的覆盖区)移动到cell5(属于MSCB的覆盖区)中;通过检测由BTS5持续发送的广播信息,移动台发现新收到的LAI与目前存储并使用的LAI不同;,位置登记概念,移动台通过BTS5和BSCB向MSCB发送“我在这里”的位置更新请求信息;MSCB把含有MSCB标识和移动台识别码的位置更新信息传送给HLR(鉴权或加密计算过程从此时开始);HLR返回响应信息,其中包含全部相关的移动台数据；在VLRB中进行移动台数据登记；通过BTS5把有关位置更新响应的信息传送给移动台(如果重新分配TMSI,此时一起送给移动台);通

31、知MSC/VLRA删除有关此移动台的数据。,位置登记概念,位置登记概念,3)位置删除 如前所述,当移动台移动到一个新的位置区并且在该位置区的VLR中进行登记后,还要由其HLR通知原位置区中的VLR删除该移动台的相关信息,这叫做位置删除。,3 呼叫流程,这种情况属于移动用户被呼的情况。其基本过程为:固定网络用户A拨打GSM网用户B的MSISDN号码(如139H1H2H3ABCD),A所处的本地交换机根据此号码(139)与GSM网的相应入口交换局(GMSC)建立链路,并将此号码传送给GMSC。GMSC据此号码(H1H2H3ABCD)分析出B的HLR,即向该HLR发送此MSISDN号码,并向其索要B

32、的漫游号码(MSRN)。,固定用户至移动用户的入局呼叫,固定用户至移动用户的入局呼叫,HLR将此MSISDN号码转换为移动用户识别码(IMSI),查询内部数据,获知用户B目前所处的MSC业务区,并向该区的VLR发送此IMSI号码,请求分配一个MSRN。VLR分配并发送一个MSRN给HLR,再由HLR传送给GMSC。GMSC有了MSRN,就可以把入局呼叫接到B用户所在的MSC处。GMSC与MSC的连接可以是直达链路,也可以是由汇接局转接的间接链路。,固定用户至移动用户的入局呼叫,MSC根据从VLR处查到的该用户的位置区识别码(LAI),将向该位置区内的所有BTS发送寻呼信息(称为一起呼叫),而这

33、些BTS再通过无线寻呼信道(PCH)向该位置区内的所有MS发送寻呼信息(也是一起呼叫)。B用户的MS收到此信息并识别出其IMSI码后(认为是在呼叫自己),即发送应答响应。至此,就完成了固定用户呼叫MS的进程。,固定用户至移动用户的入局呼叫,固定用户至移动用户的入局呼叫框图,固定用户至移动用户的入局呼叫,固定用户至移动用户的入局呼叫流程图,移动用户至固定用户的出局呼叫,这种情况属于移动用户被呼的情况。其基本过程为:GSM网用户A拨打固定网用户B的号码,A的MS在随机接入信道(RACH)上向BTS发送“信道请求”信息。BTS收到此信息后通知BSC,并附上BTS对该MS到BTS传输时延的估算及本次接

34、入的原因。BSC根据接入原因及当前资料情况,选择一条空闲的独立专用控制信道(SDCCH),并通知BTS激活它。,移动用户至固定用户的出局呼叫,BTS完成指定信道的激活后,BSC在允许接入信道(AGCH)上发送“立即分配”信息(Immediate Assignment),其中包含BSC分配给MS的SDCCH描述,初始化时间提前量、初始化最大传输功率以及有关参考值。每个在AGCH信道上等待分配的MS都可以通过比较参考值来判断这个分配信息的归属,以避免争抢引起混乱。当A的MS正确地收到自己的分配信息后,根据信道的描述,把自己调整到该DCCH上,从而和BS之间建立起一条信令传输链路。通过BS,MS向M

35、SC发送“业务请求”信息。,移动用户至固定用户的出局呼叫,MSC启动鉴权过程,网络开始对MS进行鉴权。若鉴权通过,MS向MSC传送业务数据(若需要进行数据加密,此操作之前,还需经历加密过程),进入呼叫建立的起始阶段。MSC要求BS给MS分配一个无线业务信道(TCH)。若BS中没有无线资源可用,则此次呼叫将进入排队状态。若BS找到一个空闲TCH,则向MS发指配命令,以建立业务信道链接。连接完成后,向MSC返回分配完成信息。,移动用户至固定用户的出局呼叫,MSC收到此信息后,向固定网络发送IAM信息,将呼叫接续到固定网络。在用户B端的设备接通后,固定网络通知MSC,MSC给MS发回铃信息。此时,M

36、S进入呼叫成功状态并产生回铃音。在用户B摘机后,固定网通过MSC发给MS连接命令。MS作出应答并转入通话。至此,就完成了MS主呼固定用户的进程。,移动用户至固定用户的出局呼叫,移动用户至固定用户的出局呼叫框图,移动用户至固定用户的出局呼叫流程图,移动用户至固定用户的出局呼叫,GSM系统使用的呼叫释放方法与其他通信网使用的呼叫释放方法基本相同,通信的双方都可以随时终止通信。在GSM实施第一阶段的规范中,释放过程可以简化成两条信息:当释放由移动台发起时,用户按“结束(END)”键,发送“拆除”信息,MSC收到后就发送“释放”信息;当释放由网络端(如PSTN)发起时,MSC收到“释放”信息就向移动台

37、发出“拆线”信息。在这一阶段,用户从拆线到释放这段时间内不再交换信令数据。,释放,释放,在GSM阶段,释放过程要用三条信息:如释放由网络端(如PSTN)发起时,MSC在ISUP上送出“释放”信息,通知PSTN用户通信终止,端到端的连接到此结束。但至此呼叫并未完全释放,因为MSC到移动台的本地链路仍然保持,还需执行一些辅助任务,如向移动台发送收费指示等。当MSC认为没有必要再保持与移动台之间的链路时,才向移动台送“拆除”信息,移动台返回“释放完成”消息,这时所有底层链路才释放,移动台回到空闲状态。,释放,由MS发起的释放,释放,由网络端发起的释放,4 切换的基本流程,切换的基本概念,一个正在通信

38、的移动台因某种原因而被迫从当前使用的无线信道上转换到另一个无线信道上的过程,称为切换(Handover或Handoff)。最常见的切换是越区切换,它指的是当一个正在通信的移动台由一个小区移动到另一个小区时,为了保证通信上的连续性,而被系统要求从正在通信的小区的某一个信道上转换到所进入小区的另一个信道上的过程。,切换的基本概念,在大、中容量的移动通信系统中,高频率的越区切换已成为不可避免的事实。因而,必须采用好的切换技术,以保证通信的连续性,否则,很容易产生“掉话”现象。在GSM移动通信系统中,为了实现快速准确的切换,移动台会主动参与切换过程。即在发生切换之前,MS会主动为MSC和BS提供大量的

39、实时参考数据,这就大大缩短了切换前期的准备时间,能够达到快速切换的目的。这是GSM与原有的模拟移动通信系统的一大区别,也是技术上的一大进步。,切换的基本概念,在通信过程中,MS不断向MSC和BS周期性地提供大量的参考数据是系统判断是否需要发起切换过程的重要依据。以这些参考数据为基础,不同的系统可能会采取不同的判断切换准则,这些准则包括:(1)按接收信号载波电平的测量值进行判断;(2)按MS的载干比(即载波功率与干扰噪声的功率比,记为C/I)进行判断;(3)按MS到BS的距离进行判断。,小区内部的切换,小区内部切换指的是在同一小区(同一基站收发信台BTS)内部不同物理信道之间的切换,包括在同一载

40、频或不同载频的时隙之间的切换。发生此类切换,可能有如下几种情形:当移动台处于小区边缘而信号强度低于某一门限值(如-100 dB)时;当正在通信的物理信道受到干扰(如阴影区的屏蔽作用),通话无法进行下去时;当因需要维护等原因,正在通信的物理信道或载频单元必须退出服务时。,小区之间的切换,小区之间的切换指的是在同一基站控制器(BSC)控制的不同小区之间的不同信道的切换。发生此类切换,可能有如下几种情形:当正在通信的移动台要由当前所处的小区移动到相邻的另一个小区时;当移动台所处的小区内部发生了大量的呼叫,需要均衡话务时。前一种情形有利于移动台获得更高的信号场强和更好的通信质量;后一种情形有利于话务管

41、理,能够实现密集区域中大多数移动台的正常通信。,小区之间的切换,BSC内部的不同小区之间的切换,该类切换的过程如下:MS不断将其所处小区周围的小区的相关信息报告给归属BTS,归属BTS再把这些信息传送给BSC,BSC以判断切换准则为基础,根据这些信息对周围小区进行比较排队,然后由BSC做出决定，是否要进行切换、在什么时候进行切换和切换到哪个小区中(BTS上)。BSC先与该小区的BTS建立链路连接,在新小区内选择并保留出空闲的业务信道(TCH),最后,BSC命令MS切换到该小区内保留的空闲业务信道上。,小区之间的切换,BSC之间的切换(MSC内部),MSC之间的切换(PLMN内部),MSC之间的

42、切换指的是在同一个公用陆地移动网(PLMN)覆盖的不同移动业务交换中心(MSC)之间的不同信道的切换。这是一种非常复杂的情况,切换前需要进行大量的信息传递。为了区别两个不同的MSC,我们称切换前MS所处的MSC为服务交换中心(MSCA),切换后MS所处的MSC为目标交换中心(MSCB)。MSC之间切换的示意图如图所示。此类切换可分为两种:(1)基本切换过程。呼叫从起始建立的那个MSCA切换到另一个MSCB。(2)后续切换过程。呼叫从起始建立的那个MSCA切换到另一个MSCB后,再从MSCB切换到第三个MSCC或切换回MSCA。,MSC之间的切换(PLMN内部),MSC之间的切换流程要经历若干的

43、步骤。简单来说,这些步骤包括:(1)稳定的呼叫连接状态。(2)移动台对邻近基站发出的信号进行无线测量。测量的内容包括功率、距离和话音质量,这三个指标决定了切换的门限值。无线测量结果通过信令信道传输给基站子系统(BSS)中的基站收发信台(BTS)。(3)无线测量结果经过BTS预处理后再传输给基站控制器(BSC),BSC根据功率、距离和话音质量进行计算,并与切换门限值进行比较,决定是否要进行切换,如果需要切换,再向MSCA发出切换请求。,MSC之间的切换(PLMN内部),(4)MSCA决定进行MSCA与MSCB之间的切换。(5)MSCA请求在MSCB区域内建立无线信道,然后在MSCA与MSCB之间

44、建立链路。(6)MSCA向移动台发出切换命令后,移动台切换到已经准备好连接的新信道上。(7)移动台发出切换成功确认消息,传送给MSCA,以释放原来占用的信息资源。,MSC之间的切换(PLMN内部),PLMN内部不同MSC之间的切换,MSC之间的切换(PLMN内部),MSC间切换流程图,PLMN之间的切换,PLMN之间的切换指的是不同的公用陆地移动网(PLMN)之间的不同信道的切换。从技术角度考虑,这种切换虽然复杂度最高,却是可行的;但从运营部门的管理角度考虑,当这种切换涉及到在不同国家之间进行时,就会不可避免地受到限制。,5、鉴权与加密,所谓鉴权，实际上就是鉴别用户SIM卡的真实性，防止无权用

45、户接入网络。下列情况需先经过鉴权-移动台呼出及呼入。-移动台位置登记、位置更新。-移动台补充业务的登记、使用、删除。,5、鉴权与加密,1）鉴权通过系统提供的客户三组参数来完成；客户三参数组的产生是在GSM系统的AUC（鉴权中心）中完成。AUC的基本功能是产生若干鉴权三参数组(RAND、SRES和Kc)。其中RAND由随机数发生器产生，SRES由RAND和密钥Ki通过A3算法得出，Kc由RAND和Ki用A8算法算出。一般情况下AUC一次产生5组三参数组，传送给HLR，HLR自动存储。三参数组产生过程见下图：,5、鉴权与加密,2)加密当移动台通过MSC/VLR进行鉴权时，MSC/VLR根据系统的要

46、求启动无线信道的加密程序，对用户的数据进行加密，以防止在空中接口被人窃听。MSC/VLR通过“加密模式命令”将加密密钥Kc传送给BTS，并经BTS指示MS进行空中加密。MS由RAND和Ki用A8算法得出Kc，并以Kc和TDMA帧号作为输入参数对用户的空中接口信息数据进行A5算法的加密运算，从而在空中接口产生加密数字信息码流。基站侧则利用MSC/VLR传送来的Kc信息完成对加密信息的解密过程。,5、鉴权与加密,3)设备识别设备识别的目的是防止盗用或非法设备入网使用。当MS请求接入或位置更新时，MSC/VLR向MS请求其国际移动台识别码IMSI并将IMSI发送给EIR。EIR收到IMSI后将对该IMSI设备的合法性进行验证。EIR将有的IMSI设备分类为3个清单：白名单、黑名单和灰名单。若EIR在黑名单中发现该设备，则MSC/VLR拒绝为持有该移动设备的用户提供进一步的服务。,6、计费,对话音计费：各节点MSC将用户的详细通话记录通过送到计费网关，由计费网关进行详细通话记录统计并送到计费中心根据费率进行结算。,