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1、TDMA数字蜂窝网,TDMA数字蜂窝网,80年代以来，世界各国加速开发数字移动通信技术，其中采用TDMA多址方式的代表性制式有：泛欧GSM/DCS1800 美国ADC（IS-54）日本PDC,全球移动通信系统GSM的发展里程碑,GSM的电信业务,电信业务和承载业务,GSM的承载业务,电信业务,1.电话和紧急呼叫 话音编码可以以64 kb/s速率进行传输，但频率利用率低。为提高频率利用率，GSM采用13 kb/s（全速）话音编码器来进行话音编码传输。GSM还可采用接近6.5 kb/s（半速）进行话音编码，使频率利用率更高。,2.短信息业务（SMS）GSM可以提供给用户的短消息业务，使GSM用户无
2、需同时携带寻呼机。GSM设计者还允许移动用户发送短消息，即开展双向短消息业务。,电 信 业 务,GSM支持的补充业务,GSM支持的补充业务,一、数字蜂窝移动通信网的区域结构,GSM数字蜂窝移动通信网,小区/扇区：一个基站或该基站的一部分（扇形天线）所覆盖的区域基站区：由一个基站的所有扇区所覆盖的区域位置区：移动台可以任意移动不需要进行位置更新的区域,一、数字蜂窝移动通信网的区域结构,一、数字蜂窝移动通信网的区域结构（续）,MSC区：一个MSC所管辖的所有小区共同覆盖的区域服务区：移动台可获得服务的区域，即PLMN、PSTN或ISDN用户无须知道移动台实际位置而可与之通信的区域。,GSM结构,f
3、ixed network,BSC,BSC,MSC,MSC,GMSC,OMC,EIR,AUC,VLR,HLR,NSSwith OSS,RSS,VLR,GSM网络接口,NSS,MS,MS,BTS,BSC,GMSC,IWF,OMC,BTS,BSC,MSC,MSC,Abis,Um,EIR,HLR,VLR,VLR,A,BSS,PDN,ISDN,PSTN,RSS,radio cell,radio cell,MS,AUC,OSS,signaling,O,一个GSM移动台可以分成两部分：包括与无线电接口有关的硬件和软件；包括用户特有的数据：用户识别模块（SIM）.SIM是GSM最有吸引力的组成部分。SIM卡包
4、括有关移动用户指定的GSM业务和网络信息。它存储有用户识别号、位置信息和有关保密数据（如密钥）、禁止GSM网络和参考语言。SIM卡支持用个人身份码（PIN）来鉴别卡的用户，以防非法卡的使用。PIN由4到8位数字组成，在SIM卡出售时写入。移动台如无SIM卡只能进行紧急呼叫。,移动台（MS）,移动台（MS）,GSM900系统的移动台功率等级,DCS1800系统的移动台功率等级,移动台（MS）,一个基站控制器（BSC）监视和控制几个基站。BSC的主要任务:实现频率管理以及BTS的控制和交换功能。BSC通过BTS和MS的远程命令对无线电接口进行管理，主要有无线信道安排和释放，切换的安排。BSC向下连
5、接一系列BTS，向上连接移动交换中心（MSC）。一个BSC和与它相应的BTS可看成是一基站子系统（BSS）。,基站(BS)及基站收发信机（BTS）,基站(BS)及基站收发信机（BTS）,基站的功率等级,移动业务交换中心（MSC）,MSC的主要功能是协调去GSM或来自GSM用户的呼叫。它主要由交换机及支持呼叫建立所需的几个数据库组成。它还是GSM网和公共交换电话网PSTN之间的接口。MSC还完成由MSC负责区域移动用户所有的交换和信令功能。一个MSC可以连接数个BSC。除了支持BSC之外,MSC还处理BSC/MSC内部的切换及相互之间的呼叫。MSC具有无线资源管理和移动性管理等功能，例如移动台位
6、置登记与更新、越区切换等。为了建立从固定网至某个移动台的呼叫路由，固定网进入关口MSC（GMSC），由该GMSC查询有关的归属位置寄存器HLR，并建立至移动台当前所属的MSC的呼叫路由。,归属位置寄存器（HLR）,1)用户数据的存储 HLR必须存储其归属用户的有关数据。HLR还必须存储由营运者选择的不同用户提供的业务数据，并能随着业务的发展，增改相应存储内容。2)用户数据的检索 任何时候当访问者位置寄存器VLR请求（例如登记时），HLR应能依据要求向VLR提供有关的用户数据。当某些用户数据有变化时（例如签约的变化，服务项目清单的变化），HLR要能够将这些数据信息通知VLR。,3)提供移动用户漫
7、游号(MSRN)MSRN是在MS进行位置更新时，由当地的VLR负责产生的。MS被叫时，HLR应能根据GMSC（关口MSC）或始发MSC的请求，将MSRN发往请求的MSC。请求的MSC从而得到MS目前所在的MSC和位置区域LA。4)鉴权 HLR应能支持用户的鉴权操作。5)登记 HLR应能配合访问者位置寄存器VLR完成登记功能和向前一个VLR发起取消登记功能。,归属位置寄存器（HLR）,6)移动台去话 当HLR接收到VLR发来的移动台去话通知后，HLR应能设置此移动台为去话状态。7)HLR的恢复 应能周期性地拷贝HLR中的数据（一般在24小时内），拷贝可存储在磁盘或磁带中。当HLR重新启动后，在前
8、一次拷贝的基础上，执行HLR恢复程序，尽量得到正确的移动用户位置与补充业务有关的信息。为避免错误数据的扩散，HLR应通知相关的VLR，使VLR删除与HLR有关的数据，同时HLR应能够撤消MS的登记，等待MS的重新登记。,归属位置寄存器（HLR）,访问者位置寄存器（VLR）,1)用户数据的存储 VLR必须存储其归属用户的有关数据。VLR还必须存储由营运者选择的不同用户提供的业务数据，并能随着业务的发展，增改相应存储内容。2)用户数据的检索 当呼叫建立时，根据MSC的请求，VLR应能够依据TMSI、MSRN向MSC提供用户的信息。通常在移动台呼叫时，依据国际移动用户识别码TMSI；移动台被叫时,依
9、据移动用户漫游号MSRN。,3)登记 当移动用户出现在一个新的位置区域或从移动台收到登记、呼叫建立、补充业务操作消息后，若有需要，则应能向HLR发出请求登记通知。VLR应能完成登记、取消登记的功能，并能向HLR检索用户的信息。根据HLR的请求或当用户在24小时内没有在MSC/VLR区域中出现时，VLR应能删除该用户的有关信息。4)移动台去话 当VLR收到MSC发来的移动台去话通知后，VLR应能删除此用户的数据，并能通知相应的HLR。,访问者位置寄存器（VLR）,5)鉴权 VLR应能向鉴权中心(AUC)索取并存储鉴权参数。VLR通过MSC要求移动台进行鉴权，并比较从移动台返回的和自己存储的鉴权参
10、数。当比较不一致时，拒绝移动台的业务请求，同时予以警告。6)提供MSRN 当MS位置更新时，当地的VLR应能够根据HLR请求，要求MSC分配MSRN，并将MSRN发往请求的HLR，即支持每次MS被呼叫时进行的MSRN分配。7)VLR的恢复 当VLR发生数据错误时，VLR应能够通知相应的HLR，删除与其相应的数据。,访问者位置寄存器（VLR）,鉴权中心（AUC）,AUC鉴权中心是认证移动用户的身份以及产生相应认证参数的功能实体。AUC对任何试图入网的用户进行身份认证，只有合法用户才能接入网中并得到服务。它给每一个在相关HLR登记的移动用户安排了一个识别字,该识别字用来产生用于鉴别移动用户身份的数
11、据及用来产生用于对移动台与网络之间无线信道加密的另一个密钥。AUC存储鉴权(A3)和加密(A8)算法。AUC只与HLR通信。,设备识别寄存器（EIR）,EIR是存储有关移动台设备参数的数据库。EIR实现对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止非法移动台使用。,操作和维护中心（OMC）,OMC操作维护中心是网络操作维护人员对全网进行监控和操作的功能实体。接入MSC和BSC,处理来自网络的错误报告,控制BSC和BTS的业务负载。OMC通过BSC对BTS进行设置并允许操作者检查系统的相连部分。在实际蜂窝网络中，根据网络规模、所在地域以及其他因素，上述实体可有各种配置方式。通常将MSC和VLR设置在
12、一起，而将HLR、EIR和AC合设于另一个物理实体中。,三、编号计划,在GSM系统中出于识别的目的定义了如下的一些编号为了确定GSM移动用户永久性编码IMSI国际移动用户识别码MSISDN移动台ISDN号码临时性编码TMSI临时移动用户识别码MSRN移动用户漫游号码HON切换号码,三、编号计划,为了识别NSS网络组件MSC NumberVLR NumberHLR Number为了识别位置区LAI位置区识别码为了识别BSS网络组件CGI全球小区识别码BSIC基站识别码为了识别移动设备IMEI国际移动台设备识别码,存储在移动台和SIM卡中的信息,网络使用的路由信息,位置区域(location ar
13、eas),1移动台ISDN号码(MSISDN),指主叫为呼叫数字公用陆地蜂窝移动通信网中用户所需拨的号码。存储在HLR和VLR中在MAP接口上传送.号码的结构为：CC NDC SN|-国际移动客户ISDN号码-|-国内有效移动客户ISDN号码-|CC国家码。我国为86。NDC国内目的地码，即网路接入号 SN用户号码。中国移动：SN为H1H2H3ABCD，其中HlH2H3为每个移动业务本地网的HLR号码，ABCD为移动用户码。中国联通：SN是H1H2ABCDE，HlH2是移动业务本地网的HLR号码，ABCDE是移动用户码。,2国际移动用户识别码(IMSI),在无线路径和整个GSM移动通信网上唯一
14、正确地识别一个移动用户的号码。用于GSM移动通信网所有信令中，存储在SIM卡,HLR和VLR中;在无线接口及MAP接口上传送.,2国际移动用户识别码(IMSI),MCC:Mobile Country Code 移动国家码,三个数字,如中国为460.MNC:Mobile Network Code 移动网号,两个数字,如中国移动GSM PLMN网为00，中国联通GSM PLMN网为0l.MSIN:Mobile Subscriber Identification Number 在某一PLMN内MS唯一的识别码.编码格式为H1 H2 H3 S XXXXXXNMSI:National Mobile Su
15、bscriber Identification 在某一国家内MS唯一的识别码.,3移动用户漫游号码(MSRN),CC NDC SN|-国际移动用户ISDN号-|-国内有效移动用户ISDN号码|当呼叫一个漫游移动用户时，为了使网络再进行路由选择，VLR临时分配给漫游移动用户一个号码。MSRN的分配对MS和PSTN用户都是保密的，它只能作为漫游呼叫转接中的路由重选，不能用于直接拨号。,4临时移动用户识别码(TMSI),为了对国际移动用户识别码IMSI保密，MSCVLR可给来访移动用户分配一个唯一的TMSI号码，即为一个由MSC自行分配的4字节的BCD编码，仅限在本MSC业务区内使用。在呼叫建立和位
16、置更新时，空中接口传输使用的是TMSI，,5位置区识别码(LAI),用于移动用户的位置区识别和位置更新。3位数字 2位数字 最大16bit MCC MNC LAC|-LAI-|MCC移动用户国家码,同IMSI中的前三位数字。MNC移动网号，同IMSI中的MNC。LAC位置区号码，为一个2字节BCD编码，表示为 X1X2X3X4。在一个GSM PLMN网中可定义65536个不同的位置区。,6全球小区识别码(CGI),用来识别一个位置区内的小区，它是在位置区识别码(LAI)后加上一个小区识别码(CI)。3位数字 2位数字 最大16bit 最大16bit MCCMNCLACCI|-LAI-|-CGI
17、-|CI是一个2字节BCD编码，由各MSC自定。,7.基站识别码(BSIC),用于识别相邻国家的相邻基站的，为6bit编码。主要用于移动台进行信号强度测量时区分使用同一载频的基站。3bit 3bit NCCBCC|-BSIC-|BCC基站色码，识别基站。由运营设定 NCC国家色码，主要用来区分国界各侧的运营者(国内区别不同的省)，为XY1Y2。,7.基站识别码(BSIC),X：运营者(移动X1，联通0)Y1、Y2：分配见下表。,8国际移动台设备识别码(IMEI),唯一地识别一个移动台设备的编码，为一个15位的十进制数数字，其结构是：6位数字 2位数字 6位数字 1位数字 TAC FAC SNR
18、 SP 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，表示生产厂家及其装配地。SNR序号码，由厂家分配。识别每个TAC和FAC中的某个设备。SP备用，备作将来使用。,9MSCVLR号码,MSCVLR号码在No.7信令信息中使用，代表MSC的号码。中国移动GSM移动通信网中的MSCVLR号码结构为1390MlM2M3，其中MlM2的分配同HlH2的分配。,10HLR号码,切换HLR号码在No.7信令信息中使用，代表HLR的号码。中国移动GSM移动通信网中的HLR号码结构是用户号码为全零的MSISDN号码，即139HlH2H30000。,11.切换号码(HON),HON是
19、当进行移动交换局间越局切换时，为选择路由，由目标MSC(即切换要转移到的MSC)临时分配给移动客户的一个号码。此号码为移动台漫游号码MSRN的一部分。,GSM系统的无线接口,1、工作频段 900MHz频段：890915（移动台发、基站收）935960（基站发、移动台收）DCS1800，即1800MHz频段：17101785（移动台发、基站收）18051880（基站发、移动台收）,2、频道,频道间隔为200kHz;收发双工间隔：45MHZ;共有124对载频;每个频道采用TDMA方式，分为8个时隙每信道占用带宽200kHz8=25kHz。共有124*8=992个物理信道频道分配采用等间隔频道配置方
20、法,帧长4.6ms每时隙：577微秒,3、调制方式,采用GMSK方式高斯滤波器的归一化带宽BT=0.3载频间隔200KHz信道传输速率270.833kb/s频谱利用率为1.35b/s/Hz,4、载频复用与区群结构,基站发射功率500W/载波，62.5W/时隙移动台发射功率分为：0.8W,2W,5W,8W,20W小区覆盖半径最大为35Km,最小为500m采取多种抗干扰措施，可使射频防卫度降到C/I=9dB采用全向天线，建议采用7小区复用方式在业务密集区，可利用定向天线，采用3小区9扇区的区群结构,5、信道概念,GSM中的信道分为:物理信道一个物理信道就为一个时隙(TS)逻辑信道根据BTS与MS之
21、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。,6、逻辑信道,逻辑信道又分为两大类:业务信道（TCH）：用于传送编码后的话音或用户数据，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（CCH）：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。,控制信道CCH,业务信道TCH,公共控制信道CCCH,广播信道CCCH,专用控制信道DCCH,频率校正信道FCCH,同步信道SCH,广播控制信道BCCH,寻呼信道PCH,准许接入信道AGH,随机接入信道RACH,独立专用控制信道SDCCH,慢速辅助控制信道
22、SACCH,快速辅助控制信道FACCCH,下行,下行,下行,下行,下行,上/下行,上/下行,上/下行,上行,6、逻辑信道,6、逻辑信道控制信道,广播信道（BCH）:-频率校正信道（FCCH）：携带用于校正MS频率的消息，下行信道，点对多点（BTS对多个MS）方式传播。-同步信道（SCH）：携带MS的帧同步（TDMA帧号）和BTS的识别码（BSIC）的信息，下行信道，点对多点方式传播。-广播控制信道（BCCH）：广播每个BTS的通用信息（小区特定信息）。下行，点对多点方式传播。,6、逻辑信道控制信道,公共控制信道（CCCH）:-寻呼信道（PCH）：用于寻呼（搜索）MS。下行，点对多点方式传播。-
23、随机接入信道（RACH）：MS通过此信道申请分配一个独立专用控制信道（SDCCH），可作为对寻呼的响应或MS主叫登记时的接入。上行信道，点对点方式传播。-允许接入信道（AGCH）：用于为MS分配一个独立专用控制信道（SDCCH）。下行信道，点对点方式传播。,6、逻辑信道控制信道,专用控制信道(DCCH)：-独立专用控制信道（SDCCH）：用在分配TCH之前呼叫建立过程中传送系统信令。例如登记和鉴权在此信道上进行。上行和下行信道，点对点方式传播。-慢速随路控制信道（SACCH）：它与一个TCH或一个SDCCH相关，传送连续的数据信息，如传送移动台接收到的关于服务及邻近小区的信号强度的测试报告。这
24、对实现移动台参与切换功能是必要的。它还用于MS的功率管理和时间调整。上行和下行信道，点对点方式传播。,6、逻辑信道控制信道,专用控制信道(DCCH)：-快速随路控制信道（FACCH）：它与一个TCH相关。工作于借用模式，即在话音传输过程中如果突然需要以比SACCH所能处理的高得多的速度传送信令信息，则借用20ms的话音（数据）来传送。这一般在切换时发生。由于语音译码器会重复最后20ms的话音，因此这种中断不被用户查觉。,7、TDMA帧,每个载频被定义为一个TDMA帧，帧长4.615ms每帧包括8个时隙（TS0-7）每时隙含56.25个码元，0.577ms业务复帧：26帧组成，长120ms，传输
25、业务信息控制复帧：51帧组成，长235.385ms，传输控制信息超帧：51个业务复帧组成，或26个控制复帧组成，包含1326个TDMA帧，长6.12s超高帧：2048个超帧组成，包含2715628帧,7、TDMA帧,TDMA帧号：以超高帧为周期，02715647上行传输和下行传输所用的帧号相同，允许有3个时隙的偏移计算加密序列的算法是以TDMA帧号为一个输入参数，因此每一帧都必须有一个帧号。有了TDMA帧号，移动台就可判断控制信道TS0上传送的是哪一类逻辑信道。,7、TDMA帧,GSM系统上行传输所用的帧号和下行传输所用的帧号相同，但上行帧相对于下行帧来说，在时间上推后3 个时隙，这样，允许移
26、动台在这三个时隙的时间内，进行帧调整以及对收发信机的调谐和转换。,下行,上行,8、时隙的格式,(1)常规突发脉冲序列:用于业务信道和专用控制信道,156.25bit,功率上升时间,功率下降时间,防止因传输延迟不同而发生交叠,自适应信道均衡器的训练序列,以消除多径效应产生的码间干扰。,表明信息比特的性质:业务/控制信号,8、时隙的格式,(2)频率校正突发脉冲序列:用于校正移动台的载波频率.,相应发送的射频是与载频有固定频偏的纯正弦波，便于调整移动台的载频。,8、时隙的格式,(3)同步突发脉冲序列:用于移动台的时间同步.在下行方向的SCH信道上传送，用于给定小区中移动台的起始同步的捕获。是移动台在
27、下行方向需解调的第一个序列。其训练序列较长如：B962040F2D45761B H 信息段用于传输TDMA帧号和基站识别码（BSIC）,TDMA帧号和基站识别码,8、时隙的格式,(4)接入突发脉冲序列:用于移动台向基站提出入网申请.在上行方向的RACH的传送。训练序列如：096FF335478H,(5)虚拟时隙:不发送实际信息，只发送固定的比特序列，用于填空。格式同常规突发脉冲序列,用于GSM的各类突发时隙,9、信道的组合方式,组合是将各种逻辑信道装载到物理信道上去,即逻辑信道与物理信道之间存在映射关系信道的组合形式与通信系统的不同阶段、传输方向、业务量有关逻辑信道的组合是以复帧为基础设每一基
28、站有n个载频（双工）,分别用c0,c1,cn-1表示，则c0上的TS2TS7用于业务信道，TS0用于广播信道和公共控制信道，TS1用于专用控制信道。其余载频上的信道全部用于业务信道。,9、信道的组合方式,（1）业务信道的组合方式（图）（2）控制信道的组合方式BCH和CCCH在TS0上的复用（图）RACH在TS0上的复用（图）SDCCH和SACCH在TS1上的复用（图）公用控制信道和专用控制信道均在TS0复用（仅一对载频的小区）（图）,业务信道的组合方式,业务信道复帧含有26个TDMA帧,A：为随路的慢速辅助控制信道SACCHI：为空闲，在半速率时，也为A,0,1,2,25,TDMA帧,T:TC
29、H 业务信道,控制信道的组合方式,控制信道的复帧含51帧，其组合方式类型较多，且上行和下行传输的组合方式不同。BCH和CCCH在主载频C0上的TS0上的复用(下行链路),0,1,25,50,F（FCCH）：用于移动台校正频率S（SCH）：据此读TDMA帧号和基站识别码BSICB（BCCH）：据此读有关小区的通用信息，其每个代表4帧C（CCCH）：用于呼叫接续控制信令，其每个也代表4帧I（IDLE）：空闲帧,TDMA帧,69,控制信道的组合方式,2、RACH在TS0上的复用(上行链路)对于上行链路，主载频C0上的TS0只用于移动台的接入，51个TDMA帧均用于随机信道（RACH）,0,1,2,T
30、DMA帧,控制信道的组合方式,3、SDCCH和SACCH在TS1上的复用C0上的102个TS1的映射：,Dx（SDCCH）：只在移动台建立呼叫时使用，在移动台转到TCH上开始通话或登记完毕，其转为其它移动台服务。Ax（SACCH）：用于传输控制信令如功率调整等I：空闲帧,控制信道的组合方式,4、TS0上控制信道的综合复用,BCCH+CCCH+SDCCH+SACCH下行链路,0,102,0,102,14,36,RACH+SDCCH+SACCH 上行链路,在小容量地区或建站初期，小区可能仅有一套收发单元时，TS1TS7均用于业务信道，此时TS0既用于公用控制信道，又用于专用控制信道。,10、数字化
31、语音传输,在无线传输时面临三个问题：（1）语音编码：选择低速率的编码方式，以适应有限带宽的要求；（2）信道编码：选择有效的方法减少误码率（3）调制技术：选用有效的调制方法，减小杂波辐射，降低干扰,自适应均衡抗多径造成的时散现象卷积码纠随机错误交织抗突发错误跳频提高抗干扰性能,10、数字化语音传输-语音编码,10、数字化语音传输-语音编码,将13bit的线性码变成8bit的A律码,RPE-LTP译码器,13kb/s,基站系统,将8bit的A律码变成13bit的线性码,RPE-LTP编码器,移动交换中心,无线子系统,64kb/s,10、数字化语音传输-无线子系统,前向纠错编码FEC,交织,无线接入
32、和GMSK调制,456bit/帧,13kb/s,移动台发送,移动台接收,前向纠错译码FEC,解交织,GMSK解调,456bit/帧,13kb/s,260bit/帧,10、数字化语音传输-语音编码,GSM系统话音编码器是采用声码器和波形编码器的混合物-混合编码器，全称为线性预测编码-长期预测编码-规则脉冲激励编码器（LPC-LTP-RPE编码器），LPC+LTP为声码器，RPE为波形编码器，再通过复用器混合完成模拟话音信号的数字编码，把话音分成20ms的音段,这20ms的音段通过话音编码器被数字化和话音编码，产生260个比特流。因此每话音信道的编码速率为13kbits。,10、数字化语音传输-语
33、音编码,每个语音帧(260bits,20ms)中所需传输的参数,10、数字化语音传输-信道编码,经话音编码产生的每260个比特流被分成：50个最重要比特 132个重要比特 78个不重要比特 对上述50个比特添加上3个奇偶检验比特(分组编码)，这53个比特同132个重要比特与4个尾比特一起卷积编码，比率1：2，因而得378个比特，另外78个比特不予保护。因此,经FEC后,变为每帧456比特。,语音编解码的前向纠错（全速业务信道）,10、数字化语音传输-信道编码,控制信道不同，所要求的编码过程也不同:同步信道：将原始信息25bits，经奇偶编码（35,25）为35bits，再加上4个尾比特成为39
34、bits，经（2,1,4）卷积编码输出为78bits随机接入信道：将原始信息8bits，经奇偶编码（14,8）为14bits，再加上4个尾比特成为18bits，经（2,1,4）卷积编码输出为36bits广播信道/寻呼信道/准予接入信道/慢速随路控制信道：将原始信息184bits，经法尔编码（224,184）为14bits，再加上40bits个校验位为224bits，再加上4个尾比特为228bits,经（2,1,4）卷积编码输出为456bits 其中法尔码和奇偶码是循环码的一种,用于检错,卷积码用于纠错,10、数字化语音传输-交织,将突发错误分散开来，交织深度越深，抗突发错误的能力越强。系统的交
35、织深度=8将40ms的话音比特(2*456bit)进行交织（图9-22，9-21）,第一个20ms输出的比特,第二个20ms输出的比特,10、数字化语音传输-跳频,跳频是指载波频率在很宽频率范围内按某种图案（序列）进行跳变。采用每帧改变频率的方法，即每隔4.615ms改变载波频率跳频速率为1/4.615ms=217跳/秒跳频是靠躲避干扰来提高抗干扰能力，处理增益为：Bw为跳频系统的跳变频率范围Bc为跳频系统的最小跳变的频率间隔（GSM中的为200kHz),10、数字化语音传输-间断传输（DTx)技术,话音激活技术：采用自适应门限话音检测算法，当发端判断出通话者暂停通话，立即关闭发射机，暂停传输
36、；接收端检测出无话音时，在相应空闲帧中填上轻微的“舒适噪音”，以免收听者造成通信中断的错觉。提高频谱利用率。减少干扰,提高系统容量减少电源消耗(对移动台来讲),GSM系统的控制与管理,位置登记与更新鉴权与加密呼叫接续过区切换,位置登记,GSM蜂窝通信系统把整个网络的覆盖区域划分为许多位置区，并以不同的位置区标志进行区别，如图中的LA1，LA2，LA3，。,GSM系统的控制与管理位置登记,位置区的标志在BCCH中播送，移动台开机后，搜索此BCCH，从中提取所在位置区的标志。如果移动台以进入新的位置区，则移动台向新位置区的基站发出位置更新请求。国际移动用户识别码IMSI分离/附着,GSM系统的控制
37、与管理位置登记,GSM系统的控制与管理鉴权与加密,GSM采取的安全措施：接入网路：对客户鉴权无线路径：对通信信息加密移动设备：设备识别对用户识别码：用临时识别码保护SIM卡：用PIN码保护,3 algorithms specified in GSMA3 for authentication(“secret”,open interface)A5 for encryption(standardized)A8 for key generation(“secret”,open interface),GSM系统的控制与管理鉴权与加密,鉴权与加密通过三参数组（RAND,SRES,Kc)完成三参数组的产生是
38、在GSM系统的AUC(鉴权中心)中完成用户在签约(注册登记)分配一个用户电话号码和用户识别码(IMSI)IMSI是通过SIM写卡机写入用户SIM卡中，同时在写卡机中又产生一个对应此IMSI的唯一的客户鉴权键KiIMSI和Ki被分别存储在客户SIM卡和AUC中。,GSM系统的控制与管理鉴权与加密,产生一个随机数RAND,鉴权键Ki,密钥算法A8,密钥Kc,产生一个随机数RAND,鉴权键Ki,鉴权算法A3,符号响应SRES,三参数组（RAND,SRES,Kc)HLR,AUC产生三参数组,GSM系统的控制与管理鉴权与加密,鉴权当移动用户开机请求接入网路时，MSCVLR通过控制信道将三参数组的一个参数
39、伪随机数RAND传送给用户，SIM卡收到RAND后，用此RAND与SIM卡存储的用户鉴权键Ki，经同样的A3算法得出一个响应数SRES，传送给MSCVLR。MSCVLR将收到的SRES与三参数组中的SRES进行比较。比较的结果相同就允许接入，否则为非法用户，网路拒绝为此客户服务。在每次登记、呼叫建立尝试、位置更新以及在补充业务的激活、去活、登记或删除之前均需要鉴权。,GSM的鉴权过程,GSM-authentication,A3,RAND,Ki,128 bit,128 bit,SRES*32 bit,A3,RAND,Ki,128 bit,128 bit,SRES 32 bit,SRES*=?SR
40、ES,SRES,RAND,SRES,32 bit,mobile network,SIM,AC,MSC,SIM,Ki:individual subscriber authentication keySRES:signed response,GSM系统的控制与管理鉴权与加密,加密在鉴权程序中，当用户侧计算SRES时，同时用另一算法(A8算法)也计算出密钥Kc。根据MSCVLR发送出的加密命令，BTS侧和MS侧均开始使用Kc。在MS侧，由Kc、TDAM帧号和加密命令M一起经A5算法，对用户信息数据流进行加密(也叫扰码)，在无线路径上传送。在BTS侧，把从无线信道上收到加密信息数据流、TDMA帧号和K
41、c，再经过A5算法解密后，传送BSC和MSC。所有的语音和数据均需加密，并且所有有关用户参数也均需加密。,GSM-key generation and encryption,A8,RAND,Ki,128 bit,128 bit,Kc64 bit,A8,RAND,Ki,128 bit,128 bit,SRES,RAND,encrypteddata,mobile network(BTS),MS with SIM,AC,BSS,SIM,A5,Kc64 bit,A5,MS,data,data,cipherkey,GSM系统的控制与管理鉴权与加密,设备识别EIR中存有三种名单：白名单-包括已分配给可参与
42、运营的GSM各国的所有设备识别序列号码。黑名单-包括所有应被禁用的设备识别码。灰名单-包括有故障的及未经型号认证的移动台设备，由网路运营者决定。MSCVLR向MS请求设备识别码IMEI，并将其发送给EIR，EIR将收到的IMEI与白、黑、灰三种表进行比较，把结果发送给MSCVLR，以便MSCVLR决定是否允许该移动台设备进入网路。,鉴权与加密设备识别,GSM系统的控制与管理鉴权与加密,用户识别码的保密 为了防止非法监听而盗用IMSI，在无线链路上需要传送IMSI时，均用临时移动用户识别码TMSI代替。仅在位置更新失败或MS得不到TMSI时，才使用IMSI。MS每次向系统请求一种程序，如位置更新
43、、呼叫尝试等，MSC/VLR将给MS分配一个新的TMSI。,鉴权与加密用户识别码（IMSI）保密,GSM系统的控制与管理呼叫接续,移动用户主呼 图9-31移动用户被呼 图9-32,移动用户被呼,PSTN,callingstation,GMSC,HLR,VLR,BSS,BSS,BSS,MSC,MS,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,16,10,10,11,11,11,14,15,17,1:calling a GSM subscriber2:forwarding call to GMSC3:signal call setup to HLR4,5:request MSRN
44、from VLR6:forward responsible MSC to GMSC7:forward call to current MSC8,9:get current status of MS10,11:paging of MS12,13:MS answers14,15:security checks16,17:set up connection,移动用户主呼,PSTN,GMSC,VLR,BSS,MSC,MS,1,2,6,5,3,4,9,10,7,8,1,2:connection request3,4:security check5-8:check resources(free circu
45、it)9-10:set up call,移动用户被呼 移动用户主呼,GSM系统的控制与管理过区切换,指在通话期间，当移动台从一个小区进入另一个小区时，网络能进行实时控制，把移动台从原小区所用的信道切换到新小区的某一信道，并保证通话不间断。如果小区采用扇区定向天线，当移动台在小区内从一扇区进入另一扇区时，也要进行切换。GSM系统采用的是移动台辅助切换法。同一BSC控制区内不同小区之间的切换同一个MSC/VLR业务区，不同BSC之间的切换不同MSC/VLR的区间切换,过区切换,同一个BSC控制区内不同小区之间的切换，也包括不同扇区之间的切换,过区切换,同一个MSC/VLR业务区，不同BSC间的切换,过区切换,不同MSC/VLR的区间切换,
