[信息与通信]第5章GSM系统.ppt

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1、1,移动通信技术,第5章 GSM移动通信系统,2,第5章 GSM移动通信系统,内容：GSM系统的优点、GSM系统的技术与参数 GSM系统的组成、各组成部分的功能、网络结构 GSM系统的各类编号、电路群的设置、选路GSM系统中数字信号的形成 多址技术、跳频技术和话音间断传输技术 GSM系统中的频率复用方式 GSM系统的接口、无线接口 用户SIM卡和GSM系统的安全措施 GSM系统提供的业务 GSM系统的基站主设备和天馈线系统,3,第5章 GSM移动通信系统,重点：GSM系统组成及各部分功能、编号、安全措施 数字信号的处理过程 无线接口的信道配置，时隙帧结构 难点：GSM系统中数字信号的处理过程

2、GSM系统无线接口 基站主设备,4,第5章 GSM移动通信系统,目的和要求掌握GSM系统组成及各部分功能、编号的作用、安全措施 理解GSM中的选路过程及多址技术、跳频技术、DTX技术 掌握GSM系统对信号的基本处理过程 掌握无线接口中信道配置，时隙帧结构,GSM以前是Group Special Mobile(1982年设立)的缩写，现在是(Global System for Mobile communications)的缩写。由欧洲ETSI(European Telecommunications Standardization Institute)提出的第二代数字蜂窝移动通信系统标准。采用TD

3、MA/FDMA 复用方式。采用数字化语音编码和数字调制技术。以语音业务为主，也支持无线的数据业务。是世界上使用最广、用户数最多的移动通信系统。,5.1 GSM系统概述,6,5.1 GSM系统概述,GSM数字移动通信的发展 1982年北欧四国向欧洲邮电行政大会CEPT提交建议书，要求制定900MHz频段的欧洲公共电信业务规范。在ETSI技术委员会下成立“移动特别小组(Group Special Mobile)”，简称“GSM”，来制定有关的标准和建议书。1986年在巴黎对提出的8个建议系统进行现场实验。1987.5，GSM选定窄带TDMA、RPE-LTP话音编码和GMSK调制方式。1988年提出

4、主要建议，颁布GSM(泛欧数字蜂窝通信网)标准。1990年完成了GSM900的规范，不同建议书分组成为一套12个系列。,1991年在欧洲开通了第一个系统，将GSM更名为“全球移动通信系统”(Global system for Mobile communications)。同年移动特别小组还完成了1800MHz频段的移动电信业务规范，名为DCS 1800系统。1992年，大多数欧洲GSM运营者开始商用业务。1993年，欧洲第一个DCS 1800系统投入运营。1995年，完成了1900MHz频段的PCS 1900移动电信业务规范。,第二阶段标准到1993年底也基本完成了主要部分，并于1994年底冻

5、结。1994年6月又开始考虑第2阶段的有关标准的定义，后并入第二阶段标准。全世界已有欧洲、亚洲、非洲、美洲、大洋州的130多个国家和地区建立了GSM网络，实现全球漫游；移动通信用户的60采用GSM，仅中国的用户数就超过了5亿。,移动通信迅速发展的原因,技术发展-微电子技术长足发展，如DSP、VLSI（超大规模集成电路）、天线技术-形成移动通信新体制，蜂窝网。（3G的研发）-微处理技术及计算机技术（CPU在手机上的应用）政府调节-颁布有利于移动通信发展的政策（外资和个人市场开放与上市融资）-分配或拍卖频段（空余频段的利用）,10,5.1 GSM系统概述,第一代模拟网络的缺陷系统制式混杂，不能实现

6、国际漫游；不能提供综合业务数字网ISDN业务；系统设备价格高，手机体积大，电池充电后有效工作时间短；用户容量受到限制，系统扩容困难；系统保密性差、安全性差。,各类主要蜂窝系统概况,12,5.1 GSM系统概述,GSM系统的技术特点 具有开发的接口和通用的接口标准用户权利的保护和传输信息的加密。支持电信业务、承载业务和补充业务 电信业务：电话业务、紧急呼叫、传真 承载业务：数据业务的传输 补充业务：短信、呼叫转移,GSM系统的技术特点系统容量大、频谱效率高：频谱效率较高、小区覆盖较小、每小区用户数较多。传输质量高、具有跨国漫游能力：就无线通信而言，话音质量高，可靠性高，高速运动场合（如汽车和火车

7、上）也极少会发生电话呼叫中断。有灵活、方便的组网结构：,GSM 的缺点,没有完美的系统!没有端到端的用户加密。没有给用户提供完全的64 kb/s 的ISDN 带宽。产生电磁辐射较强。可能会出现滥用私人数据的现象。漫游的profiles 易受影响。系统高度复杂。在GSM标准内有几处不相容。,GSM 的标准内容,16,5.1 GSM系统概述,GSM主要技术及参数频段：下行：935960MHz（基站发，移动台收）；上行：890915MHz（移动台发，基站收）；频带宽度：25MHz；通信方式：全双工；载频间隔：200KHz；信道分配：每载频8时隙；全速信道8个，半速信道16个（TDMA）；,17,信道

8、总速率：270kbit/s；调制方式：GMSK(高斯滤波最小频移键控），BT=0.3；话音编码：RPE-LTP，输出速率为13kbit/s；数据速率：9.6kbit/s；跳频速率：217跳/秒；每时隙信道速率：22.8kbit/s 分集接收，交织信道编码，自适应均衡,18,5.1 GSM系统概述,GSM系统的结构组成：网络子系统NSS（交换子系统SS）移动业务交换中心MSC、归属用户位置寄存器HLR、访问用户位置寄存器VLR、鉴权中心AUC、设备识别寄存器EIR基站子系统BSS基站控制器BSC、基站收发信机BTS操作维护子系统OSS操作维护中心OMC移动台子系统MS,19,5.1 GSM系统概

9、述,GSM网络基本结构：,GSM系统的组成,21,5.1 GSM系统概述,移动台（MS）用户使用的设备 类型：手机、车载台、便携台通过无线接口接入GSM系统的通常的无线处理功能；提供与使用者间的接口用户识别模块SIM：包含所有与用户有关的信息和某些无线接口的信息，其中也包括鉴权和加密信息处理异常的紧急呼叫时（如119、110、120、122等），可以不插入SIM卡,移动台（手机）原理图,24,5.1 GSM系统概述,基站系统（BSS）与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分 功能：通过无线接口直接与移动台相接，负责无线收发和无线资源管理 与网络子系统中的移动业务交换中心相连，实现移动用户间或移动

10、用户与固定网用户间的通信连接，传送系统信号和用户信息,25,5.1 GSM系统概述,BSC BSS的控制部分 各种接口的管理、无线资源和无线参数的管理 控制切换，移动台功率控制,BTSBSS的无线部分由BSC控制并服务于某个小区的无线收发信设备，完成BSC与无线信道间的转接，实现BTS与MS间的无线传输及相关的控制功能,27,5.1 GSM系统概述,网络子系统（NSS）功能：GSM系统的交换功能；用于用户数据管理、移动性管理、安全性管理所需的数据库功能；对GSM移动用户间通信和GSM移动用户与其它通信网用户间通信的管理作用组成：移动交换中心（MSC）、网关MSC（Gateway MSC）数据库

11、：HLR、VLR、AUC、EIR,组成：MSC(移动交换中心)IWF(互通功能)ISDN(综合业务数字网)PSTN(公共交换电话网)PSPDN(分组交换公共数据网)CSPDN(电路交换公共数据网)AUC（鉴权中心）数据库：HLR(归属位置寄存器)VLR(访问位置寄存器)EIR(设备识别寄存器）,网络和交换子系统(NSS),29,5.1 GSM系统概述,NSSMSC移动交换中心(MSC)在GSM 中是核心：完成系统的电话交换功能；支持移动性的附加功能；网络资源管理；通过网关MSC(GMSC)实现互通功能；数个数据库的综合。MSC 的功能：下传寻呼和呼叫所特定的功能；7 号信令系统(SS7)的中止

12、处；支持移动性的特定信令；位置登记和位置信息下传；新业务的提供(传真、数据呼叫)；支持短消息业务(SMS)；生成并下传计费和帐单信息。从HLR、VLR、AUC中获取位置登记 和呼叫请求所需的数据 提供移动性能和其他网络功能,30,5.1 GSM系统概述,MSC类型移动交换中心MSC：提供所有的交换和信令功能。网关MSC（GMSC）：实现移动网与其它网的互连,31,5.1 GSM系统概述,HLR用于管理移动用户的数据库，静态数据库存储信息：用户信息：用户的入网信息，注册的有关业务信息等；位置信息分配给移动用户的两个号码：IMSI、MSISDN,32,5.1 GSM系统概述,VLR服务于其控制区域

13、内移动用户 提供建立呼叫接续的必要条件 存储信息：进入其控制区域内已登记的移动用户的相关信息 动态用户数据库,33,5.1 GSM系统概述,AUC属于HLR的一个功能单元 用于GSM系统的安全性管理，对无线接口上的话音、数据和信号信息进行保密，防止无权用户接入系统，并保证通过无线接口的移动用户信息的安全 存储信息：鉴权信息和加密密钥EIR防止非法使用偷窃的、有故障的或未经许可的移动设备存储信息：移动设备的国际移动设备识别码（IMEI）,34,5.1 GSM系统概述,OSS内容：移动用户管理、移动设备管理及网路操作和维护网路操作和维护：对GSM系统的BSS和NSS进行操作和维护的管理，由OMC完

14、成网络的监视、操作（告警、处理等）；无线规划（增加载频、小区等）；交换系统的管理（软件、数据的修改等）；性能管理（产生统计报告等）,35,5.1 GSM系统概述,移动用户管理：用户数据管理和呼叫计费用户数据管理一般由HLR来完成，包括 SIM卡的管理呼叫计费可由移动用户所访问的各MSC和GMSC分别处理，也可采用通过HLR或独立的计费设备集中处理移动设备管理是由EIR完成,36,5.1 GSM系统概述,GSM的接口协议 目的：使不同供应商提供的GSM系统基础设备能够符合统一的GSM技术规范而达到互通、组网的目的 主要接口A接口 定义为网络子系统（NSS）与基站子系统（BSS）之间的通信接口。功

15、能：移动台管理、基站管理、移动性管理和接续管理等 Abis接口 定义为基站子系统的两个功能实体基站控制器BSC和基站收发信台（BTS）之间的通信接口。功能：用于BTS与BSC之间的远端互连。,37,5.1 GSM系统概述,GSM的主要接口Um接口（空中接口）定义为移动台MS与基站收发台BTS之间的通信接口。功能：用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通 网络子系统内部接口：B接口：MSC 和与它相关的VLR之间的接口；C接口：MSC 和HLR之间的接口；D接口：HLR 和VLR之间的接口；E接口：MSC之间的接口；,38,5.1 GSM系统概述,接口协议,39,5.1 GSM系统概述,各协议

16、分层结构描述 信号层1：也称为物理层，是无线接口的最低部分，提供传送比特流所需的物理链路，为高层提供各种不同功能的逻辑信道，包括业务信道和逻辑信道。信号层2：即数据链路层，主要目的是为建立移动台和基站间可靠的专用数据链路L2协议，在Um接口中的L2协议称为LAPDm。信号层3：主要传送控制和管理信息。L3包括三个基本子层，即无线资源管理（RR）、移动性管理（MM）和接续管理（CM）。其中接续管理（CM）层中，含有多个呼叫控制（CC）单元，提供并行呼叫处理。在CM子层中，还有补充业务（SS）单元和短消息业务管理（SMS）单元，用于支持补充业务和短消息业务。,40,5.1 GSM系统概述,信号的互

17、通 基站要自行控制或在MSC的控制下，实现对蜂窝的管理这一无线功能。在A接口，信令协议的参考模型,41,5.1 GSM系统概述,网络子系统内部及GSM系统与PSTN之间的协议在网络子系统（NSS）内部，各功能实体间接口通信均由7号信令系统支持。GSM系统与PSTN系统间通信优先采用7号信令支持。GSM系统的7号信令协议层，如下图,42,5.1 GSM系统概述,与非呼叫相关的信令采用移动应用部分（MAP）。用于NSS内部各接口间的通信与呼叫相关的信令则采用电话用户部分（TUP）和ISDN用户部分。ISUP是分别用于MSC间和 MSC与PSTN及ISDN间的通信，其中TUP和ISUP协议应符合各个

18、国家制订的相应技术规范，MAP信令则必须符合GSM规范,43,5.1 GSM系统概述,网络结构移动业务本地网结构 在移动业务本地网中，每个MSC与局所在本地的长途局相连，并与局所在地的市话汇接局相连。在长途局为多局制地区，MSC应与该地区的高一级长途局相连。如没有市话汇接局，可与本地市话端局相连。,44,5.1 GSM系统概述,网络结构省内GSM数字公用陆地蜂窝移动通信网络结构省内设立若干个移动业务汇接中心，二级汇接中心可以只作汇接中心（即不带用户），也可以兼作移动端局（与基站相连，可带用户）。省内GSM蜂窝移动通信网中的每一个移动端局，至少应与省内两个二级汇接中心相连，二级汇接中心之间为网状

19、网结构,45,5.1 GSM系统概述,网络结构全国GSM移动通信网的网络结构全国GSM移动电话网按大区设立一级汇接中心，省内设立二级汇接中心，移动业务本地网设立端局组成三级网络结构，一级汇接中心之间为网状网每省设24个省汇接，全国有60120个汇接，各省约有1030个MSC，当用户达到一定数量时，建MSC网专线,46,5.1 GSM系统概述,网络结构联通GSM、移动GSM与PSTN网络间互通网络结构在联通GSM移动交换局所在地，联通网和PSTN网之间各设一个网间接口局，双方接口局按一对一的方式成对互连。联通GSM用户与移动GSM，PSTN用户间的各种业务互通（含本地、自动长途、移动及国际业务等

20、）所需的话路接续和信号，均经过网间接口局连接。,47,5.1 GSM系统概述,GSM的区域、号码与识别区域定义,48,5.1 GSM系统概述,区域定义 GSM服务区 GSM服务区是指移动台可获得服务的区域公用陆地移动通信网（PLMN）一个公用陆地移动通信网（PLMN）可由一个或若干个移动交换中心组成。在该区内具有共同的编号制度和共同的路由计划。MSC区 MSC区系指一个移动交换中心所控制的区域，通常它连接一个或若干个基站控制器，每个基站控制器控制多个基站收发信机。,49,5.1 GSM系统概述,区域定义 位置区 位置区一般由若干个小区（或基站区）组成，移动台在位置区内移动无需进行位置更新。基站

21、区 基站区系指基站收、发信机有效的无线覆盖区，简称小区。扇区 当基站收发信天线采用定向天线时，基站区分为若干个扇区。,GSM 的号码与识别(1),1.IMSI-国际移动用户识别码GSM系统中每个用户均分配一个唯一的IMSI。这个码驻留在SIM卡中。它用于识别用户和用户与网络的予约关系。在呼叫建立和位置更新时都要使用IMSI，其组成如下图所示：,MCC：移动国家号码 MNC：移动网号 MSIN：移动用户识别码,IMSI（续）,MCC由ITU-T管理，由3位数字组成，表示所属国家，如我国MCC位460。MNC位该国中的网络，如中国移动GSM网为00，中国联通GSM网为01。MSIN表示某一特殊网下

22、的用户。,GSM 的号码(2),2.TMSI-临时移动用户识别码考虑到移动用户识别码的安全性，GSM系统能提供安全保密措施，即空中接口无线传输的识别码采用临时移动用户识别码(TMSI)代替IMSI。两者之间可按一定的算法互相转换。VLR可给来访的移动用户分配一个TMSI(只限于在该访问服务区使用)。IMSI只在起始入网登记时使用，在后续的呼叫中，使用TMSI，以避免通过无线信道发送其IMSI，从而防止窃听者检测用户的通信内容，或者非法盗用合法用户的IMSI。TMSI总长不超过 4 个字节，其格式可由各运营部门决定。,GSM 的号码(3),3.IMEI-国际移动识别标识码IMEI是唯一的用于识别

23、移动设备的号码，用于监控被窃或无效的这一类移动设备，IMEI=TAC+FAC+SNR+SP（15位数）。TAC-型号批准码，6位，由欧洲型号批准中心分配，前2位为国家码。FAC-工厂装配码，2位，表示生产厂或最后装配地，由厂家编码。SNR-序列号码，6位，独立地、唯一地识别每个TAC和FAC移动设备，所以同一个牌子的、同一型号的SNR是不可能一样的。SP-备用码，1位，通常是0。,GSM 的号码(4),4.MSISDN-移动用户ISDN号码MSISDN是用户为找到GSM用户所拨的号码。用于PSTN或ISDN或其他移动用户拨向GSM 系统的号码MSISDN=CC+NDC+SN，总长不超过15位数

24、字CC=国家码(如中国86)，NDC=国内地区码，SN=用户号码,MSISDN（续）,国家代码由ITU-T管理。如中国为86，美国为1。NDC和SN由国家指定的管理部门管理。其中，NDC可以有两种使用方法，可以识别目的网或识别用户所属的地理区域。在我国，NDC用目的网进行识别。,MSISDN（续）,NDC=13S。S=5，6，7，8，9为中国移动的接入网号。另13401348亦为移动的号码，1349为中国卫星集团公司所有。S0，1，2为中国联通的接入网号当H0=0时，H1H2由全国统一分配；H3由各省自行分配。一个HLR可包含一个或若干个H3数值。当H00时，SH0H1H2由全国统一分配，一个

25、HLR可包含一个或若干个SH0H1H2的值。3 SN由各HLR自行分配。,GSM 的号码(5),5.MSRN-移动用户漫游号码当移动台漫游到一个新的服务区时，由VLR给它分配一个临时性的漫游号码，并通知该移动台的HLR，用于建立通信路由。一旦该移动台离开该服务区，此漫游号码即被收回，并可分配给其它来访的移动台使用。漫游号码的组成格式与移动国际(或国内)ISDN号码类似，最大为15bit。,MSISDN与MSRN的区别,MSISDN只在网络中关联，只在被呼时有效，它只与用户发生作用,它提供用户可以接受呼叫的号码。本质上它是一个目录号码,它不用于空中接口。MSRN的使用是非常严格的，它只用在网络实

26、体之间，没有用户可以访问它，更进一步说，与MSISDN不同，它不是在性能上与一个用户有关,而只与特殊呼叫有明显相关。,存储在移动台和SIM卡中的信息,网络使用的路由信息,GSM 的号码(6),LAI-位置区识别码LAI用于移动用户的位置更新。将一些小区作为一个集，成为一个位置区域，每个小区发送位置区识别号给所属移动台。一旦移动台发现由于小区变化造成位置区变化，它就发一个位置更新给网络，这就是在GSM使用的方案。位置更新区的规划受二个矛盾的结果影响，既要减少寻呼业务量又要减少位置更新业务量。如位置区很大，那么寻呼业务量很重，如果位置区很小，位置更新业务量将很高。,MCC=3bits MNC=2b

27、its LAC=16bits,LAI=MCC+MNC+LAC,GSM 的号码(7),CGI-小区全球识别码 CGI用来识别一个位置区内的小区，CGC=MCC+MNC+LAC+CILAI+CI CI为小区识别号码。,GSM 的号码(7),BSIC-基站识别码 BSIC用于移动台识别不同的相邻基站，C采用6比特编码。,NCC为网络色码，用来识别相邻的移动通信网。BCC为BTS色码，用来识别相同载波的不同基站。,各种“号码”使用图示,说明,1.已拨号码(MSISDN)被中继给GMSC，此号码用于接入数据库，是和接入用户HLR 相关的号码。2.GSMC 向HLR 发送一个包括被呼MSISDN 的申请。

28、3.HLR 检验其记录，找出被呼用户的当前位置，然后向被呼用户所在的MSC/VLR 发出一个申请，而此申请中采用IMSI。4.MSC/VLR 收到此申请后发回包含在MSRN 内的选路指令。5.HLR 下传此MSRN 给GMSC。6.GMSC 采用此选路信息，把此呼叫沿指定的路由传给正为被呼用户服务的MSC。7.该MSC 把此呼叫路由给适当的BSC。8.此呼叫被发送给被呼的用户。由于被呼用户已经在网络中登记过，因此在空中接口传送时用的是TMSI。,66,5.2 GSM系统的信号处理和无线接口,GSM系统无线传输特征 接入方式GSM系统是时分多址/频分多址的接入方式 GSM系统中，由若干个小区构成

29、一个区群，区群内不能使用相同的频道，同频道距离保持相等。每个小区含有多个载频，每个载频上含有8个时隙，即每个载频有8个物理信道。,67,5.2 GSM系统的信号处理和无线接口,频率与频道序号 GSM900系统射频频段：上行（移动台发、基站收）890915MHz下行（基站发、移动台收）935960MHzDCS 1800射频频段：上行（移动台发、基站收）17101785MHz下行（基站发、移动台收）18051880MHz收、发频率间隔为45MHz。,68,5.2 GSM系统的信号处理和无线接口,载频复用与区群结构 GSM系统中，基站发射功率为500W每载波，每时隙平均为500/8=62.5W。适用

30、于农村地区移动台发射功率分为0.8W、2W、5W、8W和20W五种，可供用户选择。小区覆盖半径最大为35km，最小为500m，适用于市区。系统采取了多种抗干扰措施（如自适应均衡、跳频和纠错编码等），同频道射频防护比可降到C/I=9dB，因此在业务密集区，可采用3小区9扇区的区群结构。,69,5.2 GSM系统的信号处理和无线接口,信号的处理话音编码 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，其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）。,70,5.2 GSM系统的信号处理和无线接口,信号的处理信道编码 信道编码能够检出和校正接收比

31、特流中的差错。GSM系统首先是把话音分成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，并被分成：50个最重要比特；132个重要比特；78个不重要比特。,71,5.2 GSM系统的信号处理和无线接口,信号的处理交织技术 把一条消息中的相继比特分散开的方法，即一条消息中的相继比特以非相继方式被发送。这样，在传输过程中即使发生了成串差错，恢复成一条相继比特串的消息时，差错也就变成单个（或长度很短），这时再用信道编码纠错功能纠正差错，恢复原消息，这种方法就是交织技术。,72,5.2 GSM系统的信号处理和无线接口,信号的处理交织技术 交织技术的一般原理 假定由一

32、些4比特组成的消息分组，把4个相继分组中的第1个比特取出来，并让这4个第1比特组成一个新的4比特分组，称作第一帧。4个消息分组中的比特24，也作同样处理，然后依次传送第1比特组成的帧，第2比特组成的帧在传输期间，帧2丢失，如果没有交织，那就会丢失某一整个消息分组，但采用了交织，仅每个消息分组的第2比特丢失，再利用信道编码，全部分组中的消息仍能得以恢复。,73,5.2 GSM系统的信号处理和无线接口,信号的处理交织技术 GSM系统中交织方式GSM系统中，信道编码后进行交织，交织分为两次，第一次交织为内部交织；第二次交织为块间交织。,74,5.2 GSM系统的信号处理和无线接口,信号的处理交织技术

33、 调制调制和解调是信号处理的最后一步。GSM使用的调制是BT0.3的GMSK，其调制速率为270.833 kbit/s，使用Viterbi算法进行解调。其功能是按照一定的规则把某种特性强加到电磁波上，这个特性就是要发射的数据。GSM系统中承载信息的是电磁场的相位，即调相方式。解调功能就是接收信号，从一个受调的电磁波中还原发送的数据。,75,5.2 GSM系统的信号处理和无线接口,信道类型及其组合物理信道 由GSM规范，每个载频的带宽是200kHz，在每个载频上采用TDMA方式，又分8个时隙。GSM的空中物理信道是一个频宽200kHz、时长为0.577ms的物理实体。,GSM 的信道分类,77,

34、5.2 GSM系统的信号处理和无线接口,信道类型及其组合逻辑信道 逻辑信道按其中承载信息不同，可分为控制信道和业务信道。控制信道具体包括：（1）广播信道（BCH）广播信道均为下行信道，用于向MS发送广播消息。频率校正信道（FCCH）：频率校正信道使MS明确BCCH的载频及使MS保持频率同步。同步信道（SCH）：传送供MS进行同步和对基站进行识别的信息。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，包括位置区识别码（LAI）、小区允许最大输出功率和相邻小区BCCH载频等。由于每个基站之间不同步，所以MS必须根据广播信道来获取应

35、进入其它小区的信息。,78,5.2 GSM系统的信号处理和无线接口,信道类型及其组合逻辑信道 公共控制信道（CCCH）公共控制信道组成了逻辑信道的第二组，被用于建立点到点的连接。寻呼信道（PCH）：MS每隔一定时间监听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。,79,5.2 GSM系统的信号处理和无线接口,信道类型及其组合逻辑信道 专用控制信道（DCC

36、H）用于寻呼的建立、发送测量报告和切换，它们全是双向点到点的信道。独立专用控制信道（SDCCH）：MS和BTS均转至此信道，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，是双向信道。快速随路控制（FACCH）：FACCH用“挪用”模式工作，占用业务信道的一段，传输主要用于向MS传送切换命令，是下行信道。,80,5.2 GSM系统的信号处理和无线接口,信道类型及其组合逻辑信道 业务信道（TCH）TCH用于话音业

37、务的承载，有两种类型全速TCH（TCH/F）和半速TCH（TCH/#）。全速TCH允许使用13 kbit/s传送语音和12.6或3 kbit/s数据传输。半速TCH允许以7 kbit/s传送语音及6或3.6 kbit/s传送数据，是双向信道。,81,5.2 GSM系统的信号处理和无线接口,信道类型及其组合时隙的格式 在GSM系统中，每帧包含8个时隙，时隙的宽度为0.577ms，其中包含156.25bit。GSM信道上一个时隙的信息格式称为突发脉冲序列。GSM空中接口中共有5种不同的突发脉冲：常规突发脉冲、频率纠正突发脉冲、同步突发脉冲、接入突发脉冲和伪突发脉冲。,82,5.2 GSM系统的信号

38、处理和无线接口,信道类型及其组合时隙的格式(参考下一页图)常规突发脉冲 这种脉冲用于在TCH承载信息及除RACH、SCH和FCCH以外的控制信道信息.频率矫正突发脉冲 频率矫正突发脉冲用于校正移动台的载波频率 同步突发脉冲 同步突发脉冲序列用于移动台的时间同步接入突发脉冲接入脉冲有8位尾比特，并有很大一段保护期。伪突发脉冲 在没有信息承载时发送伪突发脉冲。,83,5.2 GSM系统的信号处理和无线接口,信道类型及其组合时隙的格式,84,5.2 GSM系统的信号处理和无线接口,信道类型及其组合信道的组合方式业务信道的组合方式 业务信道有全速率和半速率之分，业务信道的复帧含26个TDMA帧，其组成

39、的格式和物理信道（一个时隙）的映射关系如图,85,5.2 GSM系统的信号处理和无线接口,信道类型及其组合信道的组合方式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，而且上行传输和下行传输的组合方式也不相同。1）BCH和CCCH在TS0上的复用。广播信道（BCH）和公用控制信道（CCCH）在主载频（C0）的TS0上的复用（下行链路）。,86,5.2 GSM系统的信号处理和无线接口,信道类型及其组合信道的组合方式2）SDCCH和SACCH在TS1上的复用。主载频C0上的TS1可用于独立专用控制信道和慢速辅助控制信道。,87,5.2 GSM系统的信号处理和无线接口,信道类型及其组

40、合信道的组合方式3）公用控制信道和专用控制信道均在TS0上的复用。在小容量地区或建站初期，小区可能仅有一套收发单元，这意味着只有8个TS（物理信道）。TS1TS7均用于业务信道，此时TS0既用于公用控制信道（包括BCH、CCCH），又用于专用控制信道（SDCCH，SACCH）。,88,5.2 GSM系统的信号处理和无线接口,信道类型及其组合信道的组合方式从上述分析可知，如果小区只有一对双工载频（C0），那么TS0用于控制信道，TS1TS7用于业务信道，即允许基站与7个移动台可同时传输业务。在多载频小区内，C0的TS0用于公用控制信道，TS1用于专用控制信道，TS2TS7导用于业务信道；每另加一

41、个载频，其8个TS全部可用作业务信道。,89,5.2 GSM系统的信号处理和无线接口,信道类型及其组合信道的组合方式帧结构,90,5.2 GSM系统的信号处理和无线接口,信道类型及其组合信道的组合方式帧结构每一个TDMA帧分07共8个时隙，帧长度为120/264.615 ms。每个时隙含156.25个码元，占15/260.577 ms。由若干个TDMA帧构成复帧，其结构有两种：一种是由26帧组成的复帧，这种复帧长120 ms，主要用于业务信息的传输，也称作业务复帧；另一种是由51帧组成的复帧，这种复帧长235.385 ms，专用于传输控制信息，也称作控制复帧。由51个业务复帧或26个控制复帧均

42、可组成一个超帧，超帧的周期为1326个TDMA帧，超帧长51264.61510-36.12 s。由2048个超帧组成超高帧，超高帧的周期为204813262 715 648个TDMA顿，即12 533.76秒，也即3小时28分53秒760毫秒。帧的编号（FN）以超高帧为周期，从0到2 715 647。GSM系统上行传输所用的帧号和下行传输所用的帧号相同，但上行顿相对于下行帧来说，在时间上推后3个时隙，,91,5.3 GSM系统的控制与管理,移动台开机后的工作当MS开机后，它将在GSM网中对自己进行初始化。由于MS对自身的位置、小区配置、网络情况，接入条件均不清楚，因此这些信息都要从网络中获得。

43、为了获得这些必要的信息，MS首先必须确定BCCH频率，以获得操作必需的系统参数。在GSM 900中，有124个无线频率，在DCS1800中有接近375个无线频率。要确定BCCH，需搜索和对所有这些频率进行解码，这将花费许多时间。为了帮助MS完成这一任务，GSM允许在SIM卡中存储一张频率表，这些频率是前一次小区登录上的BCCH频率，以及在该BCCH广播的邻近小区的频点，MS上电后就开始搜索这些频率。GSM所有的BCCH均满功率工作，即BCCH不进行功率控制，BTS在BCCH信道上所有的空闲时隙发空闲标志，这两点保证了BCCH频率有比小区其它频率有更大的功率密度。,92,5.3 GSM系统的控制

44、与管理,移动台开机后的工作MS搜索无线频率查找一个比其它功率大的频率较简单。在找到无线频点以后，MS下一步要确定FCCH。同样的原理，由于FCCH功率密度大于BCCH频率，在找到FCCH之后，MS通过解码使自身与系统的主频信号同步。一旦MS确定了FCCH并同步后，它可以正确地确定时隙和帧的边界。至此，它便取得了时间同步。MS知道在相同的频率上FCCH的第8个时隙后是同步信道SCH，它只需简单等待8个时隙，便可对SCH解码获得时间同步。至此，MS已可对BCCH上的其它数据进行解码。,93,5.3 GSM系统的控制与管理,位置登记 移动通信网最基本的作用是给网中任意用户之间提供通信链路，即呼叫接续

45、。当用户从一个区域移动到另外一个区域时，网络必须发现这个变化，以便接续这个用户的通信，这就是位置登记。当用户在通信过程中从一个小区移动到另一个小区时，系统要保证用户的通信不中断，就进行越区切换。位置登记可能在同一个MSC/VLR中进行，也可能在不同MSC/VLR之间进行。这两种情况下进行位置登记的具体过程会有所不同，但基本方法都是一样的。用户由一个MSC/VLR管辖的区域进入另一个MSC/VLR管辖的区域时，移动用户可能用IMSI来标识自己，也可能用TMSI来标识自己。,94,5.3 GSM系统的控制与管理,位置登记 1）移动台用IMSI来标识自己时的位置登记和删除,95,5.3 GSM系统的

46、控制与管理,位置登记 1）移动台用IMSI来标识自己时的位置登记和删除过程1表示MS从一个位置区（属于MSC-A）移动到另一个位置区（属于MSC-B）；过程2 表示通过检测BS的广播信息，MS发现新收到的位置区识别与其存储的位置区识别不同；过程3，4 表示MS通过新基站向MSC-B发送“我在这里”的信息，请求位置更新；过程5 表示MSC-B把含有其标识和MS识别码的位置更新信息送给HLR（鉴权与加密运算从此时开始）；过程6表示HLR发回响应消息，其中包括全部相关用户数据；过程7，8 表示在被访VLR中进行用户数据登记（包括分配临时移动用户识别号码（TMSI）和移动台漫游号码（MSRN），并向H

47、LR汇报）；过程9 表示把有关用户位置更新响应的信息（包括TMSI和MSRN）通过BS4送给MS；过程10表示HLR通知原VLR删除与此MS有关的用户数据。,96,5.3 GSM系统的控制与管理,位置登记 2）移动台用TMSI来标识自己时的位置登记和删除 当移动台进入一个新的MSC/VLR区域时，若MS用原来的VLR（PVLR）分配给它的临时号码TMSI来标识自己，则新的VLR在收到MSC“更新位置区”的消息后，不能直接判断出该MS的HLR。而是向原来的PVLR“发送身份识别信息”消息，要求得到该用户的IMSI，PVLR用“身份识别信息响应”消息将该用户的IMSI送给新的VLR，VLR再给该用

48、户分配一个新的TMSI，其后的过程如用IMSI标识进行位置更新一样。如果MS因故末收到“确认”信息，则此次位置更新申请失败，可以重复发送三次申请，每次日隔至少是10s。,97,5.3 GSM系统的控制与管理,位置登记 3）附着与分离 移动台可能处于激活（开机）状态，也可能处于非激活（关机）状态。当MS关机后，发送最后一次消息，要求进行分离操作，MSC/VLR收到消息后要在有关的VLR和HLR中设置一特定的标志，使网络拒绝对向该用户呼叫，以免在无线链路上发送无效的寻呼信号，这种功能称之为“IMSI分离”。当MS开机后，若此时MS处于分离前相同的位置区，则将取消上述分离标志，恢复正常工作，这种功能

49、称为“IMSI附着”。若位置区已变，则要进行新的常规位置更新。,98,5.3 GSM系统的控制与管理,位置登记 4）周期性登记 若MS向网络发送“IMSI附着”消息时，因无线链路质量很差，有可能造成错误，即网络认为MS仍然为分离状态。反之，当MS发送“IMSI分离”消息时，因收不到信号，网络也会错认为该MS处于“附着”状态。为了解决上述问题，系统还采取周期性登记方式，例如要求MS每30分钟登记一次。这时，若系统没有接收到莱MS的周期性登记信息，VLR就以“分离”作标记，称作“隐分离”。网络通过BCCH通知MS其周期性登记的时间周期。周期性登记程序中有证实消息，MS只有接收到此消息后才停止发送登

50、记消息。,99,5.3 GSM系统的控制与管理,安全性管理 鉴权和加密 鉴权的作用是保护网络，防止非法盗用；同时通过拒绝假冒合法用户的“入侵”，从而保护GSM网络的用户。,100,5.3 GSM系统的控制与管理,安全性管理 鉴权和加密1）用户购机人网时，电信部门将IMSI号和用户鉴权键Ki一起分配给用户，同时，该用户的IMSI和Ki存人AUC。2）在AUC鉴权中心按下列步骤产生一个用于鉴权和加密的三参数组：产生一个不可预测的随机数RAND；以IMSI、Ki和RAND为输人参数，由两个不同的算法电路（A8和A3）计算出密钥Kc和符号响应SRES；将RAND、SRES和Kc组成一个三参数组送往HL