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1、阜新高等专科学校 GSM通信系统规划与设计 指导教师： 系 （部）：工程系 班 级：056 姓 名： 2007 12 23目 录第一章 导论1.1 什么是GSM1.2 GSM的发展过程第二章 GSM基本原理. GSM的网络结构. GSM的业务功能. GSM主要信道. GSM通信过程. GSM技术资料. 工作频段分配. 鉴权. 切换第三章 集群通信系统与GSM通信系统电话互联的实现. 系统电话互联的结构. GSM接口单元硬件设计. GSM接口单元软件设计. GSM AT指令. 集群系统呼叫. 呼叫集群系统附录：系统英汉缩略词语第一章 导论.什么是GSMGSM数字移动通信系统是由欧洲主要电信运营者
2、和制造厂家组成的标准化委员会设计出来的，它是在蜂窝系统的基础上发展而成。 蜂窝系统的概念和理论二十世纪六十年代就由美国贝尔实验室等单位提了出来，但其复杂的控制系统，尤其是实现移动台的控制直到七十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器技术的发展以及表面贴装工艺的广泛应用，才为蜂窝移动通信的实现提供了技术基础。直到1979年美国在芝加哥开通了第一个AMPS(先进的移动电话业务)模拟蜂窝系统，而北欧也于1981年9月在瑞典开通了NMT(Nordic 移动电话)系统，接着欧洲先后在英国开通TACS系统，德国开通C450系统等。蜂窝移动通信的出现可以说是移动通信的一次革命。其频率复用大大
3、提高了频率利用率并增大系统容量，网络的智能化实现了越区转接和漫游功能，扩大了客户的服务范围，但上述模拟系统有四大缺点：1. 各系统间没有公共接口；2. 很难开展数据承载业务；3. 频谱利用率低无法适应大容量的需求；4. 安全保密性差，易被窃听，易做“假机”。 尤其是在欧洲系统间没有公共接口相互之间不能漫游，对客户之间造成很大的不便。 GSM数字移动通信系统史源于欧洲。早在1982年，欧洲已有几大模拟蜂窝移动系统在运营，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。为了方便全欧洲统一使用移动电话，需要
4、一种公共的系统，1982年北欧国家向CEPT（欧洲邮电行政大）提交了一份建议书，要求制定900MHz频段的公共欧洲电信业务规范。在这次大会上就成立了一个在欧洲电信标准学会（ETSI）技术委员会下的“移动特别小组Group SpecialMobile）简称“GSM”，来制定有关的标准和建议书。 1986年在巴黎，该小组对欧洲各国及各公司经大量研究和实验后所提出的8个建议系统进行了现场实验。 1987年5月GSM成员国就数字系统采用窄带时分多址TDMA、规则脉冲激励线性预测RPE一LTP话音编码和高斯滤波最小移频键控GMSK调制方式达成一致意见。同年，欧洲17个国家的运营者和管理者签署了谅解备忘录
5、（MoU），相互达成履行规范的协议。与此同时还成立了MoU组织，致力于GSM标准的发展。 1990年完成了GSM900的规范，共产生大约130项的全面建议书，不同建议书经分组而成为一套12系列。 1991年在欧洲开通了第一个系统，同时MoU组织为该系统设计和注册了市场商标，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。同年，移动特别小组还完成了制定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，因而该规范只占GSM建
6、议的很小一部分，仅将GSM900和DCSI800之间的差别加以描述，绝大部分二者是通用的，二系统均可通称为GSM系统。 1992年大多数欧洲GSM运营者开始商用业务。到1994年5月已有50个GSM网在世界上运营，10月总客户数已超过400万，国际漫游客户每月呼叫次数超过500万，客户平均增长超过50。 1993年欧洲第一个DCSI800系统投入运营。到1994年已有6个运营者采用了该系统。.GSM的发展过程GSM数字移动通信系统是由欧洲的主要电信运营商和制造商组成的标准化委员会设计的，以TDMA(时分多址)+FDMA(频分多址)的方式实现多用户的通信，容量较模拟蜂窝移动通信系统有了很大的提高
7、。GSM的管理者是欧洲电信标准协会(ETSI)，这个组织不仅包括管理组织者，还包括工业界人士、用户团体和运营商，因此保证了每一次的技术更新都能有的放矢。GSM是在1982年提出标准的，到1992年，欧洲各大运营商开始提供GSM900服务。从1990年起，GSM网络开始向欧洲以外的国家和地区扩展，至今已有100多个国家获得GSM运营执照，GSM成为迄今为止使用国家最多、用户最普及、设备供应商最多的移动通信系统。我国于1993年在浙江嘉兴开始兴建GSM实验网，1994年10月中国联通开始建设GSM通信网，目前，GSM已成为我国移动通信网络的主体，中国的GSM网络已是全世界最大的移动通信网络，为国家
8、的经济发展做出了巨大贡献。虽然CDMA和第三代移动通信系统等其他移动通信技术发展非常迅速，但是GSM已有的网络基础加上其本身技术的不断进步，可以预见，在未来的数年内，GSM仍将保持世界移动通信领域的统治地位。第二章 GSM基本原理.GSM的网络结构与通常的移动通信系统一样，GSM移动通信系统也由移动台子系统、基站子系统和交换子系统组成。GSM系统还有运行子系统。下面分别予以介绍。1.移动台子系统移动台是与用户最为接近的子系统，也是用户最为熟悉的设备。它除了通过无线接口接入网络进行一般的无线处理外，还提供与用户的接口(如送话器、受话器、显示器和键盘)和与其他终端设备的接口(电脑接口、SIM卡接口
9、等)。移动台子系统包括移动设备(即手机)和SIM卡部分。SIM卡除了用于信息存储外，还有保密功能，是用户识别、位置管理和通信保密的主要设备，几乎是所有通信(除应急通信)必需的部分。通过SIM卡进行用户识别和通信保密是GSM相对于模拟移动通信系统的一个重要革新。2.基站子系统基站子系统包括GSM无线蜂窝特有的基础设施。它一方面通过无线接口(包括在无线链路上的发送、接收及管理等设备)与移动台直接连接；另一方面与网络和交换子系统的交换机连接：同时，还与运行和维护子系统相连。基站子系统的传输设备是BTS(基站收发台)，负责与移动台联系；管理设备是BSC(基站控制器)，可以管理10多个BTS，负责与其他
10、设备联系。基站子系统将无线信号转换为有线信号并交给交换子系统处理。3.交换子系统交换子系统完成GSM的主要交换功能，由MSC(移动交换中心)、HLR(归属位置寄存器)、VLR(访问位置寄存器)、GMSC(网关移动交换中心)组成，共同管理GSM用户与其他电信网络用户之间的通信，并管理用户数据和移动性所需的数据库。4.运行子系统运行子系统由OMC(操作维护中心)、计费中心、EIR(设备识别寄存器)等组成，完成整个系统的运行管理。.GSM的业务功能GSM数字移动通信系统能提供多种不同类型的业务，基本上可以分为电话业务和数字业务(也称非话业务)。前者传输的是音频范围的语音信号；后者传输的是话音以外的其
11、他信号，如文字、图像、传真、计算机文件等，其典型应用是短消息业务。1.电话业务GSM为系统用户和其他所有与其联网的用户提供双向话音通信。电话业务是目前为止数字移动通信系统最重要的业务。电话业务还引伸出语音信箱业务，这在一定程度上提高了网络效率，为用户带来了方便。2.数字业务GSM系统设计之初，就是按照ISDN(综合业务数字网)的模式计划提供各种数字业务的，因此，现行的GSM系统基本上包含了大部分为固定电话用户和ISDN用户提供的数字业务。GSM系统还可以接入其他网络，如分组交换数据网，从而得到这些网络提供的数据业务。GPRS(通用分组无线业务)正是这种应用的最好体现，现在它被称作2.5代移动通
12、信技术，最大传输速率可达170kbit/s左右，应用广泛。目前，最新的GSM技术已经将数据传送速率提高到384kbids，达到第三代移动通信系统的基本速率，可以传送动态画面。3.短消息业务点对点短消息传送是GSM首创的数字业务，使得用户可以发出或接收有一定长度限制的数字或文字信息。虽然这一业务与寻呼业务相似，但它具有双向通信能力，网络端可以知道被叫方是否已经收到消息，甚至可以将这个消息通知主叫方。短消息如果遇信道拥塞或系统忙而导致传送失败，GSM系统会在一定时间内保留消息并自动重发，直到被叫方收到。收发短消息和用的是空闲信道，所以运营商可以很低的成本提供这一业务，相应地，用户使用费也很低。短消
13、息已经成为SM系统提供的一个十分重要的业务。时下非常流行的彩信业务是短消息业务的发展，在网络和特定功能的手机支持下，可以传送彩色照片等多媒体业务。4.补充业务补充业务主要指允许用户按照自己的需要改变网络对其呼入和呼出的处理，或者网络通过提供某一种信息让用户能够智能化地利用一些常规业务，如呼叫转移、呼叫限制、多方通话、闭合用户群等。.GSM主要信道GSM系统在每个小区使用8个频点，每个频点分为8个时隙，这样每个小区有64个信道。主要信道分为专用信道和公用信道，分配在每个小区的64个信道中。专用信道有TCH(业务信道)、SACCH(慢速辅助控制信道)和SDCCH(独立专用控制信道)；公用信道有FC
14、CH(频率校正信道)、SCH(同步信道)、BCCH(广播控制信道)、PCH(寻呼信道)、AGCH(允许接入信道)和RACH(随机接入信道)。TCH是GSM业务的承载信道，又可分为TCH/F、TCH/H和TCH/8，分别对应不同速率的业务。SACCH用于移动台和基站之间一些特定信令的传输。SDCCH传输移动台与基站之间的连接和信道分配的信令，起控制作用。每个蜂窝都有一个BCCH，用于广播与这个蜂窝小区相关的所有信息，供处于空闲模式的手机进行侦听，它是一个基站发出的下行单向信道。SCH和FCCH是移动台与基站保持通信同步的公用信道，根据系统情况可以与BCCH合在一个信道中。PCH和AGCH也可合称
15、为PAGCH，基站通过广播寻呼消息通知移动台对它的呼叫已经建立，包括来自移动台的申请和来自基站的应答，也是单向下行信道。RACH是移动台将接入申请传给网络的单向上行信道。.GSM的通信过程 1.开机移动台完成开机需要经过下列过程：移动台读取SIM卡中的用户数据，并将数据发送给最近的基站。基站收到数据后，根据手机的IMSI(国际移动台识别号码)向其归属地的HLR进行查询，如果属于正常用户，就分配给移动台一个TMSI(临时移动台识别号码)，如果移动台处于漫游状态，则在其VLR中同时进行位置登记，即完成开机过程。2.待机每个移动台在开机后都处于待机过程。在这个过程中，系统根据移动台的情况，完成越区切
16、换和新的位置登记，如果需要还将分配新的TMSI号码，保持移动台与最近的基站子系统的联系，并不断通过BCCH通知移动台其所在小区的信道情况。移动台通过接收SCH和FCCH的信息，保持与基站通信的同步。在待机过程中，移动台不占用信道资源。3.呼出用户在移动台上完成呼叫号码的输入并开始发送时，呼出过程开始。移动台首先通过RACH发送接入请求给基站，基站子系统根据BCCH发布的信道信息为移动台分配一个最为合适的TCH，通过PAGCH信道通知移动台，同时通过系统的协调完成需要的区域切换过程。保证信道连续性。在信道分配完成后，将呼出的号码通过交换子系统接入公共电话网络，通过这个网络建立呼叫，为用户提供话音
17、服务。4.呼入系统在收到对某个移动台的呼叫请求后，首先通过查询HLR和VLR找到移动台所在的小区，然后由基站根据BCCH的信道分配情况给移动台分配一个合适的信道，并通过PAGCH通知移动台建立信道，再通过这个信道将振铃信息传递给移动台，移动台用户摘机后，呼入建立成功.GSM技术资料2GSM系统的技术规范及其主要性能GSM标准共有12章规范系列，即：01系列：概述 02系列：业务方面 03系列：网络方面 04系列：MSBS接口和规约（空中接口第2、3层） 05系列：无线路径上的物理层（空中接口第1层） 06系列：话音编码规范 07系列：对移动台的终端适配 08系列：BS到MSC接口（A和Abis
18、接口） 09系列：网络互连 10系列：暂缺 11系列：设备和型号批准规范 12系列：操作和维护.工作频段的分配工作频段我国陆地公用蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采用900MHz频段：890915（移动台发、基站收）935960（基站发、移动台收）双工间隔为45MHz，工作带宽为25 MHz，载频间隔为200 kHz。随着业务的发展，可视需要向下扩展，或向1.8GHz频段的GSM1800过渡，即1800MHz频段：17101785（移动台发、基站收）18051880（基站发、移动台收）双工间隔为95MHz，工作带宽为75 MHz，载频间隔为200 kHz。频道间隔相邻两频道间隔为200kHz。
19、 每个频道采用时分多址接入（TDMA）方式，分为8个时隙，即8个信道（全速率）。每信道占用带宽200 kHz/825 kHz。将来GSM采用半速率话音编码后，每个频道可容纳16个半速率信道。多址方案GSM通信系统采用的多址技术：频分多址（FDMA）和时分多址（TDMA）结合，还加上跳频技术。GSM在无线路径上传输的一个基本概念是：传输的单位是约一百个调制比特的序列，它称为一个“突发脉冲”。脉冲持续时间优先，在无线频谱中也占一有限部分。它们在时间窗和频率窗内发送，我们称之为间隙。精确地讲，间隙的中心频率在系统频带内间隔200 kHz安排（FDMA情况），它们每隔0.577ms（更精确地是15/2
20、6ms）出现一次（TDMA情况）。对应于相同间隙的时间间隔称为一个时隙，它的持续时间将作为一种时间单位，称为BP（突发脉冲周期）。这样一个间隙可以在时间/频率图中用一个长15/26ms，宽200KHz的小矩形表示（见图）。统一地，我们将GSM中规定的200KHz带宽称为一个频隙。在时域和频域中的间隙在GSM系统中，每个载频被定义为一个TDMA帧，相当于FDMA系统的一个频道。每帧包括8个时隙（TS07）。每个TDMA帧有一个TDMA帧号。TDMA帧号是以3小时28分53秒760毫秒（2048?51?26?8BP或者说2048?51?26个TDMA帧）为周期循环编号的。每2048?51?26个T
21、DMA帧为一个超高帧，每一个超高帧又可分为2048个超帧，一个超帧是51?26个TDMA帧的序列（6.12秒），每个超帧又是由复帧组成。复帧分为两种类型。26帧的复帧：它包括26个TDMA帧（26?8BP），持续时长120ms。51个这样的复帧组成一个超帧。这种复帧用于携带TCH（和SACCH加FACCH）。51帧的复帧：它包括51个TDMA帧（51?8BP），持续时长3060/13ms。26个这样的复帧组成一个超帧。这种复帧用于携带BCH和CCCH。无线接口管理在GSM通信系统中，可用无线信道数远小于潜在用户数，双向通信的信道只能在需要时才分配。这与标准电话网有很大的区别，在电话网中无论有无
22、呼叫，每个终端都与一个交换机相连。在移动网中，需要根据用户的呼叫动态地分配和释放无线信道。不论是移动台发出的呼叫，还是发往移动台的呼叫，其建立过程都要求用专门方法使移动台接入系统，从而获得一条信道。在GSM中，这个接入过程是在一条专用的移动台基站信道上实现的。这个信道与用于传送寻呼信息的基站移动台信道一起称为GSM的公用信道，因为它同时携带发自/发往许多移动台的信息。相反地，在一定时间内分配给一单独移动台的信道称作专用信道。由于这种区别，可以定义移动台的两种宏状态：空闲模式：移动台在侦听广播信道，此时它不占用任一信道。专用模式：一条双向信道分配给需要通信的移动台，使它可以利用基础设施进行双向点
23、对点通信。接入过程使移动台从空闲模式转到专用模式。GSM信道GSM中的信道分为物理信道和逻辑信道，一个物理信道就为一个时隙（TS），而逻辑信道是根据BTS与MS之间传递的信息种类的不同而定义的不同逻辑信道，这些逻辑信道映射到物理信道上传送。从BTS到MS的方向称为下行链路，相反的方向称为上行链路。逻辑信道又分为两大类，业务信道和控制信道。业务信道（TCH）：用于传送编码后的话音或客户数据，在上行和下行信道上，点对点（BTS对一个MS，或反之）方式传播。控制信道：用于传送信令或同步数据。根据所需完成的功能又把控制信道定义成广播、公共及专用三种控制信道，它们又可细分为：保密措施GSM系统在安全性方
24、面有了显著的改进，GSM与保密相关的功能有两个目标：第一，包含网络以防止未授权的接入，（同时保护用户不受欺骗性的假冒）；第二，保护用户的隐私权。防止未授权的接入是通过鉴权（即插入的SIM卡与移动台提供的用户标识码是否一致的安全性检查）实现的。从运营者方面看，该功能是头等重要的，尤其在国际漫游情况下，被访问网络并不能控制用户的记录，也不能控制它的付费能力。保护用户的隐私是通过不同手段实现时，对传输加密可以防止在无线信道上窃听通信。大多数的信令也可以用同样方法保护，以防止第三方了解被叫方是谁。另外，以一个临时代号替代用户标识是使第三方无法在无线信道上跟踪GSM用户的又一机制。PIN码这是一种简单的
25、鉴权方法。在GSM系统中，客户签约等信息均被记录在SIM卡中。SIM卡插到某个GSM终端设备中，便视作自己的电话机，通话的计费帐单便记录在此SIM卡名下。为防止盗打，帐单上产生讹误计费，在SIM卡上设置了PIN码操作（类似计算机上的Password功能）。PIN码是由48位数字组成，其位数由客户自己决定。如客户输入了一个错误的PIN码，它会给客户一个提示，重新输入，若连续3次输入错误，SIM卡就被闭锁，即使将SIM卡拔出或关掉手机电源也无济于事，必须向运营商申请，由运营商为用户解锁。鉴权鉴权的计算如下图所示。其中RAND是网络侧对用户的提问，只有合法的用户才能够给出正确的回答SRES。RAND
26、是由网络侧AUC的随机数发生器产生的，长度为128比特，它的值随机地在021281（成千上万亿）范围内抽取。SRES称为符号响应，通过用户唯一的密码参数（Ki）的计算获取，长度为32比特。Ki以相当保密的方式存储于SIM卡和AUC中，用户也不了解自己的Ki，Ki可以是任意格式和长度的。A3算法为鉴权算法，由运营者决定，该算法是保密的。A3算法的唯一限制是输入参数的长度（RAND是128比特）和输出参数尺寸（SRES必须是32比特）。加密在GSM中，传输链路中加密和解密处理的位置允许所有专用模式下的发送数据都用一种方法保护。发送数据可以是用户信息（语音、数据），与用户相关的信令（例如携带被呼号码
27、的消息），甚至是与系统相关信令（例如携带着准备切换的无线测量结果的消息）。加密和解密是对114个无线突发脉冲编码比特与一个由特殊算法产生的114比特加密序列进行异或运算（A5算法）完成的。为获得每个突发加密序列，A5对两个输入进行计算：一个是帧号码，另一个是移动台与网络之间同意的密钥（称为Kc），见图。上行链路和下行链路上使用两个不同的序列：对每一个突发，一个序列用于移动台内的加密，并作为BTS中的解密序列；而另一个序列用于BTS的加密，并作为移动台的解密序列。帧号：帧号编码成一连串的三个值，总共加起来22比特。对于各种无线信道，每个突发的帧号都不同，所有同一方向上给定通信的每个突发使用不同的
28、加密序列。A5算法A5算法必须在国际范围内规定，该算法可以描述成由22比特长的参数（帧号码）和64比特长参数（Kc）生成两个114比特长的序列的黑盒子。密钥Kc开始加密之前，密钥Kc必须是移动台和网络同意的。GSM中选择在鉴权期间计算密钥Kc；然后把密钥存贮于SIM卡的永久内存中。在网络一侧，这个“潜在”的密钥也存贮于拜访MSC/VLR中，以备加密开始时使用。由RAND（与用于鉴权的相同）和Ki计算Kc的算法为A8算法。与A3算法（由RAND和Ki计算SRES的鉴权算法）类似，可由运营者选择决定。用户身份保护加密对于机密信息十分有效，但不能用来在无线路径上保护每一次信息交换。首先，加密不能应用
29、于公共信道；其次，当移动台转到专用信道，网络还不知道用户身份时，也不能加密。第三方就有可能在这两种情况下帧听到用户身份，从而得知该用户此时漫游到的地点。这对于用户的隐私性来说是有害的，GSM中为确保这种机密性引入了一个特殊的功能。在可能的情况下通过使用临时移动用户身份号TMSI替代用户身份IMSI，可以得到保护。TMSI由MSC/VLR分配，并不断地进行更换，更换周期由网络运营者设置。GSM通信系统的组成GSM系统（Global System for Mobile Communication）又称全球移动通信系统（全球通）。GSM通信系统主要由移动交换子系统（MSS）、基站子系统（BSS）和移
30、动台（MS）三大部分组成，如图11所示。其中MSS与BSS之间的接口为A接口，BSS与MS之间的接口为Um接口。GSM规范对系统的A接口和Um接口都有明确的规定，也就是说，A接口和Um接口是开放的接口。GSM系统的组成移动交换子系统MSS完成信息交换、用户信息管理、呼叫接续、号码管理等功能。基站子系统BSSBSS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，完成信道的分配、用户的接入和寻呼、信息的传送等功能。移动台MSMS是GSM系统的移动用户设备，它由两部分组成，移动终端和客户识别卡（SIM卡）。移动终端就是“机”，它可完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、
31、信息发射和接收。SIM卡就是“人”，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卡后移动终端才能接入进网。操作维护子系统GSM子系统还包括操作维护子系统（OMC），对整个GSM网络进行管理和监控。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。.鉴权鉴权原理和操作机制鉴权是通过比较MS提供的鉴权响应和AUC提供的鉴权三参数组之间是否一致进行判断的，通过鉴权，可以防止非法用户（比如盗用IMSI和KI复制而成的卡）使用网络提供
32、的服务。首先明确MS中SIM卡和AUC中存贮的信息： SIM卡中：固化数据：IMSI，Ki，A3、A8安全算法。这些内容不会更改。临时的网络数据TMSI，LAI，Kc，被禁止的PLMN业务相关数据 AUC中：用于生成随机数(RAND)的随机数发生器鉴权键Ki各种安全算法，这些安全算法和 SIM卡中的算法相一致。AUC的基本功能是产生三参数组(RAND、SRES、Kc)，其中： RAND由随机数发生器产生； SRES由RAND和Ki由A3算法得出； Kc由RAND和Ki用A8算出。三参数组产生后存于HLR中。当需要鉴权时，由MS所在服务区的MSC/VLR从HLR中装载至少一套三参数组为此MS服务
33、。具体到某次鉴权时，如果此时VLR中还有该MS的三参组（或者允许重复使用三参组），则HLR不参与鉴权过程，VLR直接向MS下发鉴权命令；如果VLR中已经没有该MS 的三参组，则需首先向HLR取三参组。.切换. 切换的起因1）无线标准 信号质量 场强 MS和/BTS接收电平 MSBTS距离 改善干扰与功率控制（选择在确保正常通信质量的情况下切换的小区以尽量减少MS传输功率从而改善干扰）2）网络标准 话务负荷（防止小区拥塞，均化话务；但扰乱了小区规划并增加了对周围区域的干扰强度)，只在出现特殊事件，局部地区产生峰值时暂时使用，如举行运动会，交易会，发生了自然灾害时等。 O&M原因，应操作维护方面的
34、需要. 切换启动方式1） BSC根据管理标准而检测到无线传输原因而执行切换判决 MS测量周围邻近小区下行信号电平和质量，以搜寻可供选择的BTS，并将结果报告正在服务的BTS 正在服务的BTS对MS上行信号电平，质量和距离进行测量 MS测量结果与BTS测量结果送往BSC进行处理，BSC根据传输质量标准作出切换判决2） MSC询问切换候选人由于MSC业务的原因，MSC希望确定是否能够切换到MS所指定的小区，则MSC发“切换候选者询问”消息到BSS，希望BSS识别在某一特定小区可以切换到另一些小区的切换候选者数目，消息中包含最大候选者的数目。.切换类型1） 内部切换由BSS控制进行，MSC不参与介入
35、切换控制过程；BSS仅在切换完成后发送“切换完成消息”到MSC。内部切换有几种类型： 小区内切换同一个无线频道的话务信道之间不同的无线频道之间 同基站内小区间切换2） 外部切换（MSC参与控制切换过程） 同MSC内不同基站间切换 同PLMN不同MSC之间基站间切换 不同PLMN的基站间切换，GSM未定义.控制流程（以BSS启动“切换请求指示”为例）PLMN内不同MSC之间的基站间切换局间切换GSM定义为两种切换 基本切换最初的MSC（MSCA）的移动用户MS需要切换到另一个MSC（MSCB）的基站去，MSCA主控这个切换后续切换同一个接续在基本切换之后，已在MSCB的MS又需切换到另一个MSC
36、（MSCB）或重新返回到MSCA，这类切换处理谓之“后续切换” 不论是基本切换”还是“后续切换”，“MSCA始终处于主控位置。局间切换处理第三章集群通信系统与GSM通信系统电话互联的实现 集群通信系统与GSM通信系统分别属于不同的范畴，有着不同的服务对象和用途，无法相互替代。集群通信系统服务于专网用户，已发展成为一种多用途、高效能、低投入、调度通信与电话通信相结合的先进移动通信系统。与其它移动通信系统相比，集群通信系统信道利用率高，具有更强的快速接入和处理突发事件的能力，在部队、公安、交通、水利、地震等部门得到了广泛应用。GSM通信系统主要服务于公网用户，是目前基于时分多址技术的移动通信体制中
37、比较成熟、完善、应用最广泛的一种系统，信号覆盖范围广，用户遍及社会各部门各阶层。在由集群通信系统构建的应急移动通信系统中，在某些应用场合，如抢险救灾，因为要涉及众多的部门和人员，保证系统同外界的通信畅通有时甚至比保证系统内部的通信畅通还重要。正如集群通信系统与PSTN电话互联，使得专网通信扩展到了公网有线通信网络一样，集群通信系统与GSM通信系统电话互联，可使得专网通信扩展到公网无线通信网络，从而可充分利用GSM通信系统的技 术优势，大大增强集群通信系统的应急通信能力。 基于上述应用背景，本文对集群通信系统与GSM通信系统的电话互联进行了研究，提出了一种实用的系统电话互联方案，并阐述了具体的软
38、硬件设计过程。 .系统电话互联结构 集群通信系统与GSM通信系统电话互联结构框图如图1所示。在该互联方案中，集群通信系统通过其GSM接口单元来实现与GSM通信系统的电话互联。当集群通信系统移动用户（即集群终端）呼叫GSM通信系统移动用户（即GSM终端）时，GSM接口单元首先接收集群通信系统控制中心送来的被叫GSM终端的用户号，然后控制其内部集成的GSM调制/解调器，发起对被叫GSM终端的呼叫；当GSM终端呼叫集群终端时，GSM接口单元首先通过GSM调制/解调器与GSM通信网络建立连接，然后接收DTMF格式的被叫集群终端的用户号，并上报集群通信系统控制中心，经集群通信系统控制中心处理后，发起对被
39、叫集群终端的呼叫。此外，由于GSM通信系统与CDMA通信系统的互联互通，该电话互联方案还可间接实现集群通信系统与CDMA通信系统的电话互联。 图1 系统电话互联结构框图 . GSM接口单元硬件设计 GSM接口单元一方面与集群通信系统控制中心接口，一方面与GSM通信系统接口，是实现系统电话互联的关键部分，GSM接口单元框图如图2所示，GSM接口单元主要由MCU AT89S52、GSM调制/解调器TC35T模块、串行接口芯片MAX232、DTMF编码/解码器MT8880、并口扩展芯片82C55以及音频处理电路等组成。 图2 GSM接口单元框图 GSM调制/解调器是GSM接口单元的关键部件，本设计选
40、用SIEMENS公司的TC35T终端模块。TC35T模块支持EGSM900和GSM1800双频，可完成语音、数据、短消息以及传真的传送，具有标准的工业接口和完整的SIM卡阅读器，支持HR、FR和EFR语音信道编码，工作电压范围宽达8V30V，能自动识别1.2kbps115.2kbps的串行接口速率，通过AT指令来进行控制和编程。TC35T模块共有5种外部连接端口，分别是电源接口、语音接口、SIM卡接口、天线接口和RS-232接口。TC35T模块功能全面、设计小巧、易于集成、应用简便。DTMF编码/解码器采用MITEL公司的MT8880芯片，用于产生呼叫接续提示音和解码TC35T语音接口送来的D
41、TMF信令。MT8880是一种高性能集成DTMF编码/解码器，既可以精确地完成DTMF信号的编码与解码，还可以发送DTMF信号高频群及低频群中的每一种单频，并可采用突发方式或连续方式发送。 设计上，GSM接口单元通过82C55并口扩展电路来实现与集群通信系统控制中心之间的双向数据通信，占用AT89S52的外部中断0。AT89S52的串行口TXD和RXD经MAX232进行电平转换后，接至TC35T的RS232接口。AT89S52的和逻辑“与非”后，再与地址线P2.6逻辑“与非”，形成MT8880的片选信号；AT89S52的和逻辑“与”后，再与ALE逻辑“与非”，形成MT8880的时钟信号，MT8
42、880内部寄存器选择控制端分别接到AT89S52的地址线P2.3和P2.4上，数据端直接挂到AT89S52的P0口，中断请求端接AT89S52的外部中断1。AT89S52采用11.0592MHz时钟，设计串口速率为9.6kbits/s。TC35T电源采用+12V供电，IGTIN端直接接正电源，上电即启动网络搜索。 .GSM接口单元软件设计 GSM接口单元的软件采用结构化程序设计，用汇编语言编制。GSM接口单元的主程序流程如图3所示，主程序完成系统初始化后，即进入循环工作过程。MCU与集群通信系统控制中心和TC35T的通信都是通过中断方式完成的，主程序不断查询来自外部中断0和串行口中断的呼叫申请
43、，并进行相应的话务接续处理。初始化程序主要包括串口初始化、82 C55初始化、TC35T初始化、MT8880初始化以及各种标志位的设置等。下面详细介绍集群通信系统与GSM通信系统实现电话互联的软件实现过程。 图3 GSM接口单元主程序流程 .GSM AT指令 GSM接口单元中MCU与TC35T间的串行通信采用简捷高效的GSM AT指令，以十六进制格式传送。TC35T不仅支持标准的AT指令集，SIEMENS公司还对AT指令进行了扩展，以便更有效地控制TC35T。与本应用相关的GSM AT指令如表1所示。 表1 相关的GSM AT指令 AT命令 功能 ATE 使能指令ECHO ATD 起呼拨号 A
44、TH 挂机 ATA 摘机应答 AT+CREG网络注册 ATSNFD 设置音频参数为出厂默认值 ATSNFI 设置MIC通道参数 ATSNFM静音MIC ATSNFO 设置音频输出参数 ATSNFS选择音频模式 ATSNFV 设置SPEAKER音量 ATSNFW 音频设置参数写入FLASH .集群系统呼叫GSM系统 由集群系统呼叫GSM系统时，集群终端只需一次拨号即可呼叫到GSM终端，软件实现过程如下： （1）MCU中断接收集群通信系统控制中心下发的被叫GSM终端的用户号，如“13901234567”，并置1“呼叫GSM”标志位。 （2）主程序查询到“呼叫GSM”标志后，通过串口向TC35T发送
45、AT指令“ATD13901234567；”（在本文中代表回车字符），使TC35T建立GSM网络连接。 （3）呼叫建立后，MCU中断接收集群通信系统控制中心下发的“集群拆线”命令或TC35T返回的“GSM拆线”指令。 （4）若主程序查询到“集群拆线”标志，则通过串口向TC35T发送AT指令“ATH”，控制TC35T断开GSM网络连接；若主程序查询到“GSM拆线”标志，即收到TC35T回送的“NO CARRIE R”，则上报集群通信系统控制中心，结束本次呼叫。 （5）拆线子程序清0各相关标志位，之后返回主程序，准备处理下一次呼叫。 .GSM系统呼叫集群系统 由GSM系统呼叫集群系统时，采用二次拨号方式，GSM终端首先拨打GSM接口单元TC35T模块所使用的SIM卡用户号，听到系统提示音后，再键入被叫集群终端的用户号，软件实现过程如下： （1）TC35T收到GSM终端的呼叫后，通过串口向MCU回送“RING”，表示收到有效的GSM呼叫申请（此时GSM主叫方处于振铃状态）。 （2）MCU中断接收到“RING”后，置1“振铃”标志位。 （3）主程序查询到“振铃”标志后，通过串口向TC35T发送AT指令“ATA”，使TC35T摘机应答，建立GSM网络连接。 （4）MCU控制MT8880发送约定的系统提示音给GSM终端，并准备接收G
