第5章 無線通信系統(tǒng)-2

1、第3章 無線通信基本技術(shù) 1 復(fù)習(xí)：復(fù)習(xí)： GSM是是Global System for Mobile communications(全球移全球移 動通信系統(tǒng)動通信系統(tǒng))，主要三種，主要三種不同的版本不同的版本GSM900、DCS1800和和 PCS1900，采用采用 FDD雙工技術(shù)，采用雙工技術(shù)，采用TDMA/FDMA多址多址 接入方式。接入方式。 GSM系統(tǒng)由三部分組成，系統(tǒng)由三部分組成，即運營支持子系統(tǒng)即運營支持子系統(tǒng)(OSS)，網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 子系統(tǒng)子系統(tǒng)(NSS)和基站子系統(tǒng)和基站子系統(tǒng)(BSS) 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)主要由移動業(yè)務(wù)交換中心主要由移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)、訪問、

2、訪問 用戶位置寄存器用戶位置寄存器(VLR)、歸屬用戶位置寄存器、歸屬用戶位置寄存器(HLR)、鑒、鑒 權(quán)中心權(quán)中心(AUC)、移動設(shè)備識別寄存器、移動設(shè)備識別寄存器(EIR) 幾部分構(gòu)成。幾部分構(gòu)成。 GSM系統(tǒng)主要接口：系統(tǒng)主要接口： BTS 與與MS之間之間Um接口；接口；BSC與與 BTS之間之間Abis接口；接口；BSC與與MSC之間之間A接口。接口。 GSM移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 第3章 無線通信基本技術(shù) 2 復(fù)習(xí)：復(fù)習(xí)： 無線子系統(tǒng)包括基站子系統(tǒng)無線子系統(tǒng)包括基站子系統(tǒng)(BSS)和移動臺和移動臺(MS)兩部分。兩部分。 基站子系統(tǒng)基站子系統(tǒng)BSS包括基站控制器包括基站控制器BS

3、C和基站收發(fā)信機和基站收發(fā)信機BTS 兩部分。通常一個兩部分。通常一個BSC可以控制多個可以控制多個BTS。 BTS主要主要由公共子系統(tǒng)、載頻子系統(tǒng)、射頻前端子系統(tǒng)和由公共子系統(tǒng)、載頻子系統(tǒng)、射頻前端子系統(tǒng)和 天饋子系統(tǒng)四個功能子系統(tǒng)組成。天饋子系統(tǒng)四個功能子系統(tǒng)組成。 BTS中有中有4類總線：數(shù)據(jù)總線類總線：數(shù)據(jù)總線(DBUS)、控制總線、控制總線(CBUS)、 時鐘總線時鐘總線(TBUS)和跳頻總線和跳頻總線(FHBUS)。 無線子系統(tǒng)的組網(wǎng)方式可分為：星型組網(wǎng)、鏈型組網(wǎng)、樹無線子系統(tǒng)的組網(wǎng)方式可分為：星型組網(wǎng)、鏈型組網(wǎng)、樹 型組網(wǎng)和環(huán)型組網(wǎng)。型組網(wǎng)和環(huán)型組網(wǎng)。 第3章 無線通信基本技術(shù)

4、3 5.1.4 GSM邏輯信道邏輯信道 GSM邏輯信道分為邏輯信道分為業(yè)務(wù)信道業(yè)務(wù)信道(TCH)和控制信道和控制信道(CCH)。 業(yè)務(wù)信道：業(yè)務(wù)信道：傳輸用戶的數(shù)字化語音或數(shù)據(jù)。傳輸用戶的數(shù)字化語音或數(shù)據(jù)。 無論是上行還是下行鏈路，業(yè)務(wù)信道都有同樣的功能和格式。無論是上行還是下行鏈路，業(yè)務(wù)信道都有同樣的功能和格式。 控制信道：控制信道：用于在用于在MS和和BS之間傳輸控制信息之間傳輸控制信息(信令信令)。 在上下行鏈路之間，不同的控制信道格式可能是不同的。在上下行鏈路之間，不同的控制信道格式可能是不同的。 GSM系統(tǒng)中，一個時隙構(gòu)成一個物理信道。不同的時隙系統(tǒng)中，一個時隙構(gòu)成一個物理信道。不同

5、的時隙 可以映射為不同的邏輯信道。即物理信道在不同的時間可用可以映射為不同的邏輯信道。即物理信道在不同的時間可用 來傳送不同功能的數(shù)據(jù)。來傳送不同功能的數(shù)據(jù)。 Um接口的邏輯信道接口的邏輯信道 第3章 無線通信基本技術(shù) 4 1. 業(yè)務(wù)信道業(yè)務(wù)信道(TCH) TCH可分為可分為全速率信道全速率信道和和半速率信道半速率信道兩大類。兩大類。 全速率信道：全速率信道：一個時隙只傳輸一個用戶的數(shù)據(jù)。一個時隙只傳輸一個用戶的數(shù)據(jù)。 半速率信道：半速率信道：傳輸信息時，兩個用戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)映射到同一傳輸信息時，兩個用戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)映射到同一 個時隙上，采用個時隙上，采用隔幀隔幀傳送的方式，傳送的方式， 即每個用

6、戶的信息都是每即每個用戶的信息都是每 隔一幀交替進行發(fā)送。因此，兩個半速率的用戶可以共享同隔一幀交替進行發(fā)送。因此，兩個半速率的用戶可以共享同 一個時隙。一個時隙。 目前目前GSM系統(tǒng)還是采用全速率信道傳送，編碼速率降低系統(tǒng)還是采用全速率信道傳送，編碼速率降低 后可能采用半速率信道傳送。后可能采用半速率信道傳送。 第3章 無線通信基本技術(shù) 5 2. 控制信道控制信道(CCH) 控制信道：用于傳送系統(tǒng)的信令和同步信號?？刂菩诺溃河糜趥魉拖到y(tǒng)的信令和同步信號。 控制信道復(fù)幀包含控制信道復(fù)幀包含51個個TDMA幀。幀。 GSM中主要有三類控制中主要有三類控制信道：信道： 廣播信道廣播信道(BCH)、

7、公共控制信道、公共控制信道(CCCH)和專用控制信道和專用控制信道 (DCCH)。 第3章 無線通信基本技術(shù) 6 1) 廣播信道廣播信道(BCH) BCH：是一點對多點的單方向控制信道，用于傳送頻率：是一點對多點的單方向控制信道，用于傳送頻率 校正、同步及系統(tǒng)消息，同時也被鄰接小區(qū)的用戶監(jiān)測。校正、同步及系統(tǒng)消息，同時也被鄰接小區(qū)的用戶監(jiān)測。 BCH是在一個小區(qū)的指定是在一個小區(qū)的指定ARFCN的特定幀的特定幀TS0中發(fā)送，中發(fā)送， 只用于前向鏈路（只用于前向鏈路（BSMS）。）。 廣播信道分為三種類型：廣播信道分為三種類型：頻率校正信道、同步信道、廣頻率校正信道、同步信道、廣 播控制信道。播

8、控制信道。 (1) 頻率校正信道頻率校正信道(FCCH)：傳送移動臺的頻率校正信息。傳送移動臺的頻率校正信息。 在控制復(fù)幀的第在控制復(fù)幀的第0幀發(fā)送，每隔幀發(fā)送，每隔10幀重復(fù)一次。保證手機的幀重復(fù)一次。保證手機的 頻率和頻率和BTS一致，即讓手機鎖定一致，即讓手機鎖定BTS頻率。頻率。 下行信道下行信道 第3章 無線通信基本技術(shù) 7 (2) 同步信道同步信道(SCH)：傳送供傳送供MS對基站進行同步識別校對基站進行同步識別校 準(zhǔn)的信息。準(zhǔn)的信息。SCH緊接在控制復(fù)幀的緊接在控制復(fù)幀的FCCH幀后發(fā)送，每隔幀后發(fā)送，每隔10 幀重復(fù)一次，攜帶有幀重復(fù)一次，攜帶有MS幀同步信息、基站識別碼等。幀

9、同步信息、基站識別碼等。 (3) 廣播控制信道廣播控制信道(BCCH)：傳送傳送BTS相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)信息，相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)信息， 當(dāng)移動臺開機但沒有通話時，會周期性的監(jiān)視當(dāng)移動臺開機但沒有通話時，會周期性的監(jiān)視 BCCH 中的中的 信息（至少每信息（至少每 30 秒）。秒）。 其傳輸?shù)男畔ǎ何恢脜^(qū)識別碼、小區(qū)識別碼、本小其傳輸?shù)男畔ǎ何恢脜^(qū)識別碼、小區(qū)識別碼、本小 區(qū)使用的頻率列表、鄰近小區(qū)描述、隨機接入控制信息、區(qū)使用的頻率列表、鄰近小區(qū)描述、隨機接入控制信息、 小區(qū)選擇參數(shù)、控制信道描述、小區(qū)選項等。小區(qū)選擇參數(shù)、控制信道描述、小區(qū)選項等。 在控制復(fù)幀的第在控制復(fù)幀的第2幀到第幀到第5幀發(fā)送

10、幀發(fā)送BCCH數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。 第3章 無線通信基本技術(shù) 8 2) 公共控制信道公共控制信道(CCCH) CCCH用于用于BTS和和MS之間傳遞控制信息，完成尋呼和呼之間傳遞控制信息，完成尋呼和呼 叫建立功能。系統(tǒng)內(nèi)所有移動臺共用。叫建立功能。系統(tǒng)內(nèi)所有移動臺共用。 CCCH可分為以下三種類型：可分為以下三種類型：尋呼信道、隨機接入信道和接尋呼信道、隨機接入信道和接 入認可信道。入認可信道。 (1) 尋呼信道尋呼信道(PCH)：是一個下行信道，當(dāng)基站尋呼是一個下行信道，當(dāng)基站尋呼MS時，時， 用于通知用于通知MS有來自網(wǎng)絡(luò)的呼叫，并要求有來自網(wǎng)絡(luò)的呼叫，并要求MS通過隨機接入信通過隨機接入信 道道

11、(RACH)發(fā)出響應(yīng)信息和提供鑒權(quán)信息，傳送被呼用戶的發(fā)出響應(yīng)信息和提供鑒權(quán)信息，傳送被呼用戶的 IMSI，有時可能采用，有時可能采用TMSI。 用戶被呼叫時使用用戶被呼叫時使用 第3章 無線通信基本技術(shù) 9 (2) 隨機接入信道隨機接入信道(RACH)：是一個上行信道，用于是一個上行信道，用于MS 對對PCH的回應(yīng)，或隨機提出入網(wǎng)申請（的回應(yīng)，或隨機提出入網(wǎng)申請（MS主動發(fā)起呼叫），主動發(fā)起呼叫）， 即請求分配獨立專用控制信道即請求分配獨立專用控制信道(SDCCH)。 (3) 接入認可信道接入認可信道(AGCH)：是一個下行信道，用于基是一個下行信道，用于基 站對移動臺的隨機接入請求作出應(yīng)答

12、，即給移動臺分配一站對移動臺的隨機接入請求作出應(yīng)答，即給移動臺分配一 個個SDCCH或直接分配一個或直接分配一個TCH。 MSBS PCH 尋呼尋呼 MSBS RACH 回應(yīng)尋呼或入網(wǎng)申請回應(yīng)尋呼或入網(wǎng)申請 MSBS AGCH 入網(wǎng)應(yīng)答入網(wǎng)應(yīng)答 下行下行 下行下行 上行上行 第3章 無線通信基本技術(shù) 10 3) 專用控制信道專用控制信道(DCCH) 由基站分給某一特定的移動臺專用的。和業(yè)務(wù)信道由基站分給某一特定的移動臺專用的。和業(yè)務(wù)信道 TCH一樣，也是雙向傳送的，在上下行鏈路中有相同的功一樣，也是雙向傳送的，在上下行鏈路中有相同的功 能和格式，可存在于除了廣播信道能和格式，可存在于除了廣播信

13、道TS0幀之外的任何時隙中。幀之外的任何時隙中。 GSM中有三種類型的專用控制信道：中有三種類型的專用控制信道： (1) 獨立專用控制信道獨立專用控制信道(SDCCH)。用于用于傳送鑒權(quán)、業(yè)務(wù)傳送鑒權(quán)、業(yè)務(wù) 信道指配信息。信道指配信息。在在BTS認可認可MS的接入請求之后，的接入請求之后，BTS和和 MSC需要一段時間來驗證移動臺身份并為它分配業(yè)務(wù)信道。需要一段時間來驗證移動臺身份并為它分配業(yè)務(wù)信道。 例如登記、鑒權(quán)在此信道上進行。空閑狀態(tài)下短消息和小區(qū)例如登記、鑒權(quán)在此信道上進行?？臻e狀態(tài)下短消息和小區(qū) 廣播也在該信道上傳送。傳送內(nèi)容包括：位置更新、周期性廣播也在該信道上傳送。傳送內(nèi)容包括：

14、位置更新、周期性 位置更新、位置更新、IMSI分離和附著、呼叫建立、點對點短消息。分離和附著、呼叫建立、點對點短消息。 第3章 無線通信基本技術(shù) 11 (2) 慢速輔助控制信道慢速輔助控制信道(SACCH)。是一個雙向的點對點控是一個雙向的點對點控 制信道，用于在制信道，用于在MS和和BTS之間周期性地傳送某些特定信息，之間周期性地傳送某些特定信息， 例如無線傳輸?shù)臏y量報告（用于例如無線傳輸?shù)臏y量報告（用于MS切換）、功率控制等切換）、功率控制等。 (3) 快速輔助控制信道快速輔助控制信道(FACCH)。該信道傳送與該信道傳送與SDCCH 相同的信息。當(dāng)沒有為移動用戶分配相同的信息。當(dāng)沒有為移

15、動用戶分配SDCCH，但需要處理，但需要處理 緊急事務(wù)緊急事務(wù)(如切換請求等如切換請求等)時時才分配才分配。通過從業(yè)務(wù)信道借取幀。通過從業(yè)務(wù)信道借取幀 來實現(xiàn)來實現(xiàn)信令傳輸?shù)男帕顐鬏數(shù)?。若。若TCH中的兩個中的兩個“借取幀比特借取幀比特”被置被置 位，則表明這個時隙中包含位，則表明這個時隙中包含F(xiàn)ACCH，而不是，而不是TCH。 幾種不同的邏輯信道可以在同一物理時隙上傳輸，同一幾種不同的邏輯信道可以在同一物理時隙上傳輸，同一 邏輯信道也可以在不同的物理時隙上傳輸邏輯信道也可以在不同的物理時隙上傳輸. 第3章 無線通信基本技術(shù) 12 第3章 無線通信基本技術(shù) 13 第3章 無線通信基本技術(shù) 14

16、 MS發(fā)起呼叫并建立通信發(fā)起呼叫并建立通信的過程：的過程： 1、用戶開機后，、用戶開機后，MS監(jiān)測廣播信道監(jiān)測廣播信道BCH，通過接收，通過接收FCCH、 SCH、BCCH的信息，的信息，MS同步到就近的基站。同步到就近的基站。 2、當(dāng)用戶通過撥號發(fā)出呼叫時，、當(dāng)用戶通過撥號發(fā)出呼叫時，MS通過通過隨機接入信道隨機接入信道 (RACH)向向BTS發(fā)送發(fā)送RACH數(shù)據(jù)突發(fā)序列，請求信道。數(shù)據(jù)突發(fā)序列，請求信道。 3、基站通過、基站通過接入認可信道接入認可信道AGCH發(fā)送信息對發(fā)送信息對MS作出響應(yīng)，作出響應(yīng)， 即給即給MS分配一個新的信道作為分配一個新的信道作為獨立專用控制信道獨立專用控制信道S

17、DCCH。 隨后隨后MS將轉(zhuǎn)接到該將轉(zhuǎn)接到該SDCCH上和上和BTS進行通信。進行通信。 第3章 無線通信基本技術(shù) 15 4、MS轉(zhuǎn)接到轉(zhuǎn)接到SDCCH后，后，MS首先等待通過首先等待通過慢速輔助控制信慢速輔助控制信 道道傳給它的傳給它的SACCH幀，該幀告知幀，該幀告知MS要求的時間提前量和發(fā)要求的時間提前量和發(fā) 射機功率等。（與射機功率等。（與 SDCCH聯(lián)用）聯(lián)用） 5、在、在SDCCH傳送傳送MS與基站間交互信息期間，還同時配合與基站間交互信息期間，還同時配合 MSC處理對該用戶進行的鑒權(quán)操作。若鑒權(quán)通過處理對該用戶進行的鑒權(quán)操作。若鑒權(quán)通過, MS 通過通過 SDCCH向向MSC傳送

18、業(yè)務(wù)信道請求。傳送業(yè)務(wù)信道請求。 6、MSC要求要求BS給給MS分配一個無線分配一個無線業(yè)務(wù)信道業(yè)務(wù)信道(TCH)。 7、若、若BS找到一個空閑找到一個空閑TCH, 則向則向MS發(fā)分配命令。同時基站發(fā)分配命令。同時基站 就命令就命令MS從當(dāng)前從當(dāng)前SDCCH轉(zhuǎn)到指定的轉(zhuǎn)到指定的TCH上。上。 8、一旦轉(zhuǎn)接到、一旦轉(zhuǎn)接到TCH，就進入正常的通話狀態(tài)，語音在上下，就進入正常的通話狀態(tài)，語音在上下 行鏈路上傳送，呼叫建立成功，行鏈路上傳送，呼叫建立成功，SDCCH被清空。連接完成被清空。連接完成 后后, 向向MSC返回分配完成信息。返回分配完成信息。 第3章 無線通信基本技術(shù) 16 用 戶 B PS

19、TN / ISDN 信 道 請 求 BTS 用 戶 A MS 信 道 請 求 SDCCH 應(yīng) 答 BSC 立 即 分 配 要 求 分 配 TCH MSC / VLR 業(yè) 務(wù) 請 求 信 息 TCH 分 配 完 成 IAM 回 鈴 回 鈴 (用 戶 B摘 機 )連 接 命 令 應(yīng) 答 、 通 話 RACH AGCH SDCCH 第3章 無線通信基本技術(shù) 17 5.1.5 GSM幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu) GSM系統(tǒng)中每系統(tǒng)中每8個時隙組成一個個時隙組成一個TDMA幀，多個幀，多個TDMA 幀構(gòu)成復(fù)幀。幀構(gòu)成復(fù)幀。 GSM中復(fù)幀有兩種：中復(fù)幀有兩種： 第一種是第一種是26幀的業(yè)務(wù)復(fù)幀，每個業(yè)務(wù)復(fù)幀包含幀的業(yè)務(wù)復(fù)

20、幀，每個業(yè)務(wù)復(fù)幀包含26個個 TDMA幀。幀。 第二種是第二種是51幀的控制復(fù)幀，每個控制復(fù)幀包含幀的控制復(fù)幀，每個控制復(fù)幀包含51個個 TDMA幀。幀。 多個復(fù)幀構(gòu)成超幀，超幀由多個復(fù)幀構(gòu)成超幀，超幀由51個個26幀的業(yè)務(wù)復(fù)幀幀的業(yè)務(wù)復(fù)幀或者或者由由 26個個51幀的控制復(fù)幀幀的控制復(fù)幀組成，因此一個超幀包含組成，因此一個超幀包含5126=1326個個 TDMA幀，共占幀，共占6.12 s的時間長度。的時間長度。 2048個超幀構(gòu)成超高幀。個超幀構(gòu)成超高幀。 第3章 無線通信基本技術(shù) 18 時隙時隙 TDMA幀幀 復(fù)幀復(fù)幀 超幀超幀 超高幀超高幀 第3章 無線通信基本技術(shù) 19 8時隙時隙T

21、DMA幀幀 26TDMA幀幀1復(fù)幀復(fù)幀 51復(fù)幀復(fù)幀1超幀超幀 2048超幀超幀1超高幀超高幀 8時隙時隙TDMA幀幀 51TDMA幀幀1復(fù)幀復(fù)幀 26復(fù)幀復(fù)幀1超幀超幀 2048超幀超幀1超高幀超高幀 第3章 無線通信基本技術(shù) 20 圖圖5-17 GSM系統(tǒng)的時幀結(jié)構(gòu)關(guān)系系統(tǒng)的時幀結(jié)構(gòu)關(guān)系 第3章 無線通信基本技術(shù) 21 GSM規(guī)定了五種數(shù)據(jù)突發(fā)序列格式。規(guī)定了五種數(shù)據(jù)突發(fā)序列格式。 常規(guī)突發(fā)脈沖序列（常規(guī)突發(fā)脈沖序列（NB） 雙向信道上完成常規(guī)信息的傳送雙向信道上完成常規(guī)信息的傳送 頻率校正突發(fā)脈沖序列（頻率校正突發(fā)脈沖序列（FB） 下行信道上完成手機頻率校正功能下行信道上完成手機頻率校正

22、功能 同步突發(fā)脈沖序列（同步突發(fā)脈沖序列（SB） 下行信道上完成手機幀同步功能下行信道上完成手機幀同步功能 接入突發(fā)脈沖序列（接入突發(fā)脈沖序列（AB） 上行信道上完成手機上行信道上完成手機接入網(wǎng)絡(luò)申請接入網(wǎng)絡(luò)申請功能功能 空閑突發(fā)脈沖序列空閑突發(fā)脈沖序列 填充前向鏈路上未使用的時隙填充前向鏈路上未使用的時隙 第3章 無線通信基本技術(shù) 22 5.1.6 語音編碼和信道編碼語音編碼和信道編碼 圖5-19給出了語音在GSM移動臺中處理后送至發(fā)送端的過程。 1. 語音編碼語音編碼 GSM采用規(guī)則脈沖激勵采用規(guī)則脈沖激勵-長期預(yù)測編碼長期預(yù)測編碼(RPE-LTP)的編的編 碼方式，其處理過程是先對語音信

23、號進行抽樣碼方式，其處理過程是先對語音信號進行抽樣(8 kHz)，按，按 每每20 ms為一幀進行處理，輸出為一幀進行處理，輸出RPE-LTP的純比特率為的純比特率為13 kb/s。 2. 信道編碼信道編碼 信道編碼時，為了提高編碼效率，按數(shù)據(jù)的重要性分信道編碼時，為了提高編碼效率，按數(shù)據(jù)的重要性分 別使用塊編碼器和卷積編碼器進行不同程度的冗余處理。別使用塊編碼器和卷積編碼器進行不同程度的冗余處理。 第3章 無線通信基本技術(shù) 23 3. 交織交織 GSM系統(tǒng)采用交織技術(shù)來減小突發(fā)錯誤的影響。系統(tǒng)采用交織技術(shù)來減小突發(fā)錯誤的影響。 交織技術(shù)的實質(zhì)是時間分集，就是將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)碼交織技術(shù)的實質(zhì)是時

24、間分集，就是將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)碼 元重新排序，排序的結(jié)果使得突發(fā)差錯時產(chǎn)生的成串錯誤元重新排序，排序的結(jié)果使得突發(fā)差錯時產(chǎn)生的成串錯誤 的比特位來自交織前信道編碼不同的位置。在接收端去交的比特位來自交織前信道編碼不同的位置。在接收端去交 織后，數(shù)據(jù)編碼恢復(fù)了原來的順序，從而連續(xù)的突發(fā)差錯織后，數(shù)據(jù)編碼恢復(fù)了原來的順序，從而連續(xù)的突發(fā)差錯 就變成了離散的隨機差錯，而隨機差錯可以用卷積編碼等就變成了離散的隨機差錯，而隨機差錯可以用卷積編碼等 信道編碼技術(shù)進行糾正。信道編碼技術(shù)進行糾正。 GSM系統(tǒng)中采用了比特交織和塊交織兩種方法。系統(tǒng)中采用了比特交織和塊交織兩種方法。 第3章 無線通信基本技術(shù) 24

25、在信道編碼后，輸出為在信道編碼后，輸出為456個編碼比特按行的順序?qū)憘€編碼比特按行的順序?qū)?入一個矩陣，然后按列讀處。一個子塊入一個矩陣，然后按列讀處。一個子塊57bit。 1 9 17 449 2 10 450 3 11 451 4 12 452 5 13 453 6 14 454 7 15 455 8 16 456 57bit 比特交織比特交織 塊交織是在不同的語音幀之間進行的。塊交織是在不同的語音幀之間進行的。 第3章 無線通信基本技術(shù) 25 5.1.7 GSM安全性管理安全性管理 包括用戶鑒權(quán)、加密、移動設(shè)備識別等。包括用戶鑒權(quán)、加密、移動設(shè)備識別等。 鑒權(quán)：鑒權(quán)：是確認移動用戶是否有

26、權(quán)入網(wǎng)，即鑒別移動臺傳送是確認移動用戶是否有權(quán)入網(wǎng)，即鑒別移動臺傳送 的的IMSI是否是在入網(wǎng)時登記或簽約的。該過程是在是否是在入網(wǎng)時登記或簽約的。該過程是在MSC和和 用戶用戶SIM卡之間進行的?？ㄖg進行的。 加密：加密：是為了防止移動用戶信息被人非法竊聽。是為了防止移動用戶信息被人非法竊聽。 移動設(shè)備識別：移動設(shè)備識別：防止用戶手機被盜用，這是通過防止用戶手機被盜用，這是通過IMEI檢查檢查 來實現(xiàn)的。來實現(xiàn)的。 講述講述GSM系統(tǒng)采取的安全措施之前，有必要說明一下表系統(tǒng)采取的安全措施之前，有必要說明一下表 明用戶身份的明用戶身份的SIM卡的內(nèi)容和鑒權(quán)中心卡的內(nèi)容和鑒權(quán)中心(AUC)的內(nèi)

27、容。的內(nèi)容。 第3章 無線通信基本技術(shù) 26 SIM卡中包含：卡中包含：IMSI、用戶鑒權(quán)密鑰、用戶鑒權(quán)密鑰Ki、安全算法、安全算法、 TMSI、位置區(qū)識別碼、位置區(qū)識別碼LAI、被禁止的、被禁止的PLMN業(yè)務(wù)等數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)等數(shù)據(jù)。 AUC中包含：中包含：隨機數(shù)發(fā)生器、用戶鑒權(quán)密鑰隨機數(shù)發(fā)生器、用戶鑒權(quán)密鑰Ki、IMSI 和安全算法（鑒權(quán)算法和加密算法）。和安全算法（鑒權(quán)算法和加密算法）。 網(wǎng)絡(luò)對用戶的鑒權(quán)與用戶信息加密是基于三個參數(shù)進行網(wǎng)絡(luò)對用戶的鑒權(quán)與用戶信息加密是基于三個參數(shù)進行 的，即的，即隨機數(shù)隨機數(shù)RAND、響應(yīng)數(shù)、響應(yīng)數(shù)SRES和加密密鑰和加密密鑰Kc。 用戶鑒權(quán)密鑰用戶鑒權(quán)密鑰K

28、i：每個用戶在購買每個用戶在購買MS(或只是或只是SIM卡卡)并并 進行初始注冊時，都會獲得一個用戶電話號碼和國際移動用進行初始注冊時，都會獲得一個用戶電話號碼和國際移動用 戶識別碼戶識別碼IMSI。IMSI會被寫卡機一次寫入到用戶的會被寫卡機一次寫入到用戶的SIM卡卡 中，同時還會產(chǎn)生一個和該中，同時還會產(chǎn)生一個和該IMSI唯一對應(yīng)的唯一對應(yīng)的用戶鑒權(quán)密鑰用戶鑒權(quán)密鑰 Ki 。 第3章 無線通信基本技術(shù) 27 隨機數(shù)隨機數(shù)RAND： 由由AUC中的偽隨機碼發(fā)生器產(chǎn)生。中的偽隨機碼發(fā)生器產(chǎn)生。 響應(yīng)數(shù)響應(yīng)數(shù)(SRES)： RAND和和Ki經(jīng)經(jīng)AUC中的中的A3算法產(chǎn)生。算法產(chǎn)生。 加密密鑰加密

29、密鑰(Ke) ： RAND和和Ki經(jīng)經(jīng)AUC中的中的A8算法產(chǎn)生。算法產(chǎn)生。 1. 鑒權(quán)過程鑒權(quán)過程 鑒權(quán)的過程簡述如下：鑒權(quán)的過程簡述如下： 1、移動交換中心、移動交換中心MSC向移動臺發(fā)出鑒權(quán)命令信息，其中包向移動臺發(fā)出鑒權(quán)命令信息，其中包 含鑒權(quán)算法所需的隨機數(shù)含鑒權(quán)算法所需的隨機數(shù)(RAND)。 2、移動臺的、移動臺的SIM卡在收到命令之后卡在收到命令之后, 先將先將RAND與自身存儲與自身存儲 的密鑰的密鑰Ki按照按照A3算法計算，得出一個響應(yīng)數(shù)算法計算，得出一個響應(yīng)數(shù)(SRES), MS再再 通過鑒權(quán)響應(yīng)信息，通過鑒權(quán)響應(yīng)信息，將將SRES值送給值送給MSC。 第3章 無線通信基本

30、技術(shù) 28 3、MSC在給移動臺發(fā)出鑒權(quán)命令的同時在給移動臺發(fā)出鑒權(quán)命令的同時, 也采用同樣的算也采用同樣的算 法得到自己的一個響應(yīng)數(shù)法得到自己的一個響應(yīng)數(shù)(SRES)。 圖5-25 鑒權(quán)過程 4、若這兩個、若這兩個 SRES完全相同完全相同, 則認為該用戶則認為該用戶 是合法用戶是合法用戶, 鑒鑒 權(quán)成功權(quán)成功; 否則否則, 認為是非法用認為是非法用 戶戶, 拒絕用戶的拒絕用戶的 業(yè)務(wù)請求。業(yè)務(wù)請求。 第3章 無線通信基本技術(shù) 29 2. GSM系統(tǒng)的加密過程系統(tǒng)的加密過程 1、在鑒權(quán)通過后、在鑒權(quán)通過后, 移動臺利用隨機數(shù)移動臺利用隨機數(shù)(RAND)和和A8算法計算算法計算 出加密密鑰出加

31、密密鑰Kc。 2、當(dāng)、當(dāng)MSC發(fā)送出加密命令發(fā)送出加密命令(M)時時, BTS先收到該命令先收到該命令, 再傳送再傳送 給給MS。 3、MS將將Kc和數(shù)據(jù)信息一起經(jīng)和數(shù)據(jù)信息一起經(jīng)A5算法進行加密算法進行加密, 經(jīng)加密的用經(jīng)加密的用 戶信息傳送至網(wǎng)絡(luò)方。戶信息傳送至網(wǎng)絡(luò)方。 4、同時，網(wǎng)絡(luò)方也采用同時，網(wǎng)絡(luò)方也采用A8算法得到自己的加密密鑰算法得到自己的加密密鑰Kc。對。對 接收到的已加密數(shù)據(jù)，用加密密鑰接收到的已加密數(shù)據(jù)，用加密密鑰Kc和算法和算法A5進行解密，若進行解密，若 得到正確的用戶數(shù)據(jù)，則加密成功，否則，加密失敗。得到正確的用戶數(shù)據(jù)，則加密成功，否則，加密失敗。 第3章 無線通信基

32、本技術(shù) 30 圖5-26 加密過程 第3章 無線通信基本技術(shù) 31 3. 移動設(shè)備識別移動設(shè)備識別 移動設(shè)備識別過程如下：移動設(shè)備識別過程如下： (1) MSC要求要求MS發(fā)送發(fā)送IMEI。 (2) MS發(fā)送發(fā)送IMEI。 (3) MSC轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)IMEI給給EIR。 (4) 在在EIR的三種清單中核查的三種清單中核查IMEI，返回信息至，返回信息至MSC。 這三個清單分別是這三個清單分別是: 白名單白名單:已經(jīng)分配給參加運營者的所有序列號碼的識別。已經(jīng)分配給參加運營者的所有序列號碼的識別。 黑名單黑名單:所有被禁止使用設(shè)備的識別。所有被禁止使用設(shè)備的識別。 灰名單灰名單:有故障及未經(jīng)型號認證的

33、設(shè)備，由運營者決定。有故障及未經(jīng)型號認證的設(shè)備，由運營者決定。 白名單允許入網(wǎng)白名單允許入網(wǎng) 第3章 無線通信基本技術(shù) 32 4. TMSI的使用的使用 當(dāng)當(dāng)MS發(fā)生位置更新，發(fā)起呼叫時，發(fā)生位置更新，發(fā)起呼叫時，MSC將分配給將分配給 IMSI一個新的一個新的TMSI，并由，并由MS存儲于存儲于SIM卡上，此后，卡上，此后， MSC與與MS間的信令聯(lián)系只使用間的信令聯(lián)系只使用TMSI。使用。使用TMSI主要是為主要是為 了對用戶了對用戶IMSI保密和避免被別人對用戶定位。保密和避免被別人對用戶定位。 MSC根據(jù)根據(jù)IMSI變換出相應(yīng)的變換出相應(yīng)的TMSI, 分配給用戶使用分配給用戶使用, 并

34、且不斷地進行更換并且不斷地進行更換, 更換周期由網(wǎng)絡(luò)運營者設(shè)置。更換的更換周期由網(wǎng)絡(luò)運營者設(shè)置。更換的 頻率越高頻率越高, 起到的保護作用越大起到的保護作用越大, 但由于對用戶的但由于對用戶的SIM卡壽命卡壽命 有影響有影響, 因而更換不能過于頻繁。因而更換不能過于頻繁。 第3章 無線通信基本技術(shù) 33 5. PIN碼碼 PIN碼：是碼：是SIM卡的個人識別密碼，是為防止別人盜用卡的個人識別密碼，是為防止別人盜用 SIM卡而設(shè)置的。如果啟用了開機卡而設(shè)置的。如果啟用了開機PIN碼，那么每次開機后碼，那么每次開機后 就要輸入就要輸入4位數(shù)位數(shù)PIN碼。在輸入三次碼。在輸入三次PIN碼錯誤時，手機

35、便碼錯誤時，手機便 會自動鎖卡，并提示輸入會自動鎖卡，并提示輸入PUK碼解鎖。碼解鎖。 PUK碼由碼由8位數(shù)字組成，這是用戶無法更改的，只有補位數(shù)字組成，這是用戶無法更改的，只有補 換換SIM卡后卡后PUK碼才會變更。當(dāng)手機碼才會變更。當(dāng)手機PIN碼被鎖，并提示輸碼被鎖，并提示輸 入入PUK碼時，千萬不要輕舉妄動，因為碼時，千萬不要輕舉妄動，因為PUK碼只有碼只有10次輸次輸 入機會，入機會，10次都輸錯的話，次都輸錯的話，SIM卡將會被永久鎖死，也就卡將會被永久鎖死，也就 是報廢。部分是報廢。部分SIM卡的卡的PUK碼是用戶在購卡時隨卡附帶的，碼是用戶在購卡時隨卡附帶的， 如中國移動的神州行

36、等，而另一部分則需要向網(wǎng)絡(luò)運營商如中國移動的神州行等，而另一部分則需要向網(wǎng)絡(luò)運營商 索取。索取。 第3章 無線通信基本技術(shù) 34 5.1.8 GPRS通用分組無線業(yè)務(wù)通用分組無線業(yè)務(wù) 1. GPRS概述概述 GPRS是是General Packet Radio Service的縮寫，稱為通的縮寫，稱為通 用分組無線業(yè)務(wù)，是在現(xiàn)有用分組無線業(yè)務(wù)，是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展起來的一種分系統(tǒng)上發(fā)展起來的一種分 組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS采用與采用與GSM相同的無線調(diào)制標(biāo)相同的無線調(diào)制標(biāo) 準(zhǔn)、頻帶、突發(fā)結(jié)構(gòu)、跳頻規(guī)則和幀結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有基站子系準(zhǔn)、頻帶、突發(fā)結(jié)構(gòu)、跳頻規(guī)則和幀結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有基站子

37、系 統(tǒng)統(tǒng)(BSS)可提供全面的可提供全面的GPRS覆蓋。覆蓋。 GPRS特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的少量數(shù)據(jù)特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的少量數(shù)據(jù) 傳送，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸，僅當(dāng)有數(shù)據(jù)準(zhǔn)備要傳送，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸，僅當(dāng)有數(shù)據(jù)準(zhǔn)備要 發(fā)送時才使用空閑的時隙，容量按需分配。發(fā)送時才使用空閑的時隙，容量按需分配。 第3章 無線通信基本技術(shù) 35 GPRS的技術(shù)優(yōu)勢如下：的技術(shù)優(yōu)勢如下： (1) 資源利用率高。資源利用率高。GPRS使用了分組交換的傳輸模式，使用了分組交換的傳輸模式， 用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源，即多個用戶用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源，

38、即多個用戶 可高效率地共享同一無線信道，從而提高了資源的利用率。可高效率地共享同一無線信道，從而提高了資源的利用率。 (2) 傳輸速率高。傳輸速率高。GPRS可提供高達可提供高達115 kb/s的傳輸速的傳輸速 率。這意味著通過便攜式電腦，率。這意味著通過便攜式電腦，GPRS用戶能和用戶能和ISDN用戶用戶 一樣快速地上網(wǎng)瀏覽，同時也使一些對傳輸速率敏感的移一樣快速地上網(wǎng)瀏覽，同時也使一些對傳輸速率敏感的移 動多媒體應(yīng)用成為可能。動多媒體應(yīng)用成為可能。 第3章 無線通信基本技術(shù) 36 (3) 接入時間短。分組交換接入時間少于接入時間短。分組交換接入時間少于1秒，能提供秒，能提供 快速即時的連接

39、，可大幅度提高一些業(yè)務(wù)快速即時的連接，可大幅度提高一些業(yè)務(wù)(如信用卡核對、如信用卡核對、 遠程監(jiān)控等遠程監(jiān)控等)的效率，并且可使已有的的效率，并且可使已有的Internet應(yīng)用應(yīng)用(如網(wǎng)頁如網(wǎng)頁 瀏覽、瀏覽、E-mail等等)操作更加便捷、流暢。操作更加便捷、流暢。 (4) 支持支持IP協(xié)議和協(xié)議和X.25協(xié)議。協(xié)議。GPRS支持應(yīng)用最廣泛的支持應(yīng)用最廣泛的 IP協(xié)議和協(xié)議和X.25協(xié)議。另外，由于協(xié)議。另外，由于GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，使得網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，使得 GPRS能提供能提供Internet和其他分組網(wǎng)絡(luò)的全球性無線接入。和其他分組網(wǎng)絡(luò)的全球性無線接入。 第3章 無線通信基本技術(shù) 37 2. GPRS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) GPRS支持節(jié)點支持節(jié)點(GSN，GPRS Supporting Node)是是 GPRS網(wǎng)絡(luò)中最重要的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。網(wǎng)絡(luò)中最重要的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。 GSN具有移動路由管理功能，可以和各種類型的數(shù)據(jù)網(wǎng)具有移動路由管理功能，可以和各種類型的數(shù)據(jù)網(wǎng) 絡(luò)相連接，從而實現(xiàn)絡(luò)相連接，從而實現(xiàn)MS和各種數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳送及和各種數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳送及 格式轉(zhuǎn)換。格式轉(zhuǎn)換。 圖圖5-27 GPRS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 第3章 無線通信基本技術(shù) 38 GS