第7章GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)

1、第第7章章 GSM數(shù)字蜂窩移動通信數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)系統(tǒng)本章提示本章提示ll l GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)是基于數(shù)字移動通信系統(tǒng)是基于TDMA的的數(shù)字移動通信系統(tǒng)。數(shù)字移動通信系統(tǒng)。GSM系統(tǒng)是世界上第系統(tǒng)是世界上第一個對數(shù)字調(diào)制、網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)做了一個對數(shù)字調(diào)制、網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)做了明確規(guī)定，而且技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)透明化的蜂窩系明確規(guī)定，而且技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)透明化的蜂窩系統(tǒng)。如今，統(tǒng)。如今，GSM系統(tǒng)已遍及全世界系統(tǒng)已遍及全世界“全全球通球通”。本章提示本章提示ll l GSM系統(tǒng)的系統(tǒng)的TDMA時隙和幀結(jié)構(gòu)以及邏時隙和幀結(jié)構(gòu)以及邏輯信道在物理信道上的組合方法，是設(shè)計輯信道在物理信道上的組合方法，是設(shè)計其他

2、無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的很好樣板。其他無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的很好樣板。本章提示本章提示ll l GSM系統(tǒng)是個時分多址系統(tǒng)，其功率發(fā)系統(tǒng)是個時分多址系統(tǒng)，其功率發(fā)射是在嚴(yán)格規(guī)定的時間窗內(nèi)，以突發(fā)形式射是在嚴(yán)格規(guī)定的時間窗內(nèi)，以突發(fā)形式不停地發(fā)射；所以接收機與發(fā)射機要保持不停地發(fā)射；所以接收機與發(fā)射機要保持嚴(yán)格地定時同步。無論移動臺在小區(qū)任何嚴(yán)格地定時同步。無論移動臺在小區(qū)任何位置，系統(tǒng)會隨時調(diào)整移動臺的發(fā)射定時位置，系統(tǒng)會隨時調(diào)整移動臺的發(fā)射定時提前量，以保證基站及手機的正確接收。提前量，以保證基站及手機的正確接收。本章提示本章提示ll l GSM系統(tǒng)是一個數(shù)字蜂窩系統(tǒng)。為了便系統(tǒng)是一個數(shù)字蜂窩系統(tǒng)。為

3、了便于系統(tǒng)管理，它有條件安排于系統(tǒng)管理，它有條件安排9種邏輯信道，種邏輯信道，如何將這么多邏輯信道映射到如何將這么多邏輯信道映射到TDMA的物的物理信道上（即信道組合）是很值得學(xué)習(xí)的。理信道上（即信道組合）是很值得學(xué)習(xí)的。本章提示本章提示ll l GPRS是是GSM網(wǎng)絡(luò)向網(wǎng)絡(luò)向3G演進的重要一步，演進的重要一步，被稱為被稱為2.5G技術(shù)。技術(shù)。GPRS是基于是基于GSM網(wǎng)無網(wǎng)無線接口所開發(fā)的分組數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)；是按線接口所開發(fā)的分組數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)；是按需分配占用信道資源，頻譜利用率高。理需分配占用信道資源，頻譜利用率高。理論上數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)到論上數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)到171.2kbit/s，

4、適合各種突發(fā)性強的數(shù)據(jù)傳輸。適合各種突發(fā)性強的數(shù)據(jù)傳輸。第第7章章 GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)l7.1 GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)概述數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)概述l7.2 GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的無線傳數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的無線傳輸方式輸方式l7.3 GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)主要技術(shù)數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)主要技術(shù)l7.4 GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)向數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)向3G系統(tǒng)系統(tǒng)的過渡的過渡7.1 GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)概述數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)概述l7.1.1 概述概述l7.1.2 GSM系統(tǒng)與蜂窩結(jié)構(gòu)的關(guān)系系統(tǒng)與蜂窩結(jié)構(gòu)的關(guān)系l7.1.3 GSM系統(tǒng)的基本特點系統(tǒng)

5、的基本特點l7.1.4 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及功能網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及功能l7.1.5 接口和接口協(xié)議接口和接口協(xié)議7.1.1 概述概述 l歐洲電信管理部門（歐洲電信管理部門（CEPT）于）于1982年成年成立了一個被稱為立了一個被稱為GSM（移動特別小組）的（移動特別小組）的專題小組，開始制定適用于泛歐各國的一專題小組，開始制定適用于泛歐各國的一種數(shù)字移動通信系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范。種數(shù)字移動通信系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范。7.1.1 概述概述 l在在GSM標(biāo)準(zhǔn)中，未對硬件進行規(guī)定，只對標(biāo)準(zhǔn)中，未對硬件進行規(guī)定，只對功能和接口等進行了詳細(xì)規(guī)定，便于不同功能和接口等進行了詳細(xì)規(guī)定，便于不同公司產(chǎn)品的互聯(lián)互通。它包括公司產(chǎn)品的互聯(lián)互通。

6、它包括GSM900和和DCS1800兩個并行的系統(tǒng)。這兩個系統(tǒng)功兩個并行的系統(tǒng)。這兩個系統(tǒng)功能相同，其差別只是工作頻段不同。兩個能相同，其差別只是工作頻段不同。兩個系統(tǒng)均采用系統(tǒng)均采用TDMA接入方式。接入方式。7.1.1 概述概述 l美國的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)研制較歐洲稍晚一些。美國的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)研制較歐洲稍晚一些。雙方研制的大目標(biāo)不盡相同，泛歐雙方研制的大目標(biāo)不盡相同，泛歐GSM系系統(tǒng)是為了打破國界，實現(xiàn)漫游通話；美國統(tǒng)是為了打破國界，實現(xiàn)漫游通話；美國的的D-AMPS系統(tǒng)是為了擴大容量，實現(xiàn)與系統(tǒng)是為了擴大容量，實現(xiàn)與模擬系統(tǒng)兼容。模擬系統(tǒng)兼容。D-AMPS系統(tǒng)即系統(tǒng)即IS-54標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)。另外

7、，還有日本的另外，還有日本的PDC系統(tǒng)也采用系統(tǒng)也采用TDMA多址方式。多址方式。7.1.2 GSM系統(tǒng)與蜂窩結(jié)構(gòu)的關(guān)系系統(tǒng)與蜂窩結(jié)構(gòu)的關(guān)系 l泛歐泛歐GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)是在頻分?jǐn)?shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)是在頻分多址下的時分多址，當(dāng)它工作在跳頻方式多址下的時分多址，當(dāng)它工作在跳頻方式時，又引入了碼分多址。時，又引入了碼分多址。l數(shù)字移動通信系統(tǒng)也是蜂窩系統(tǒng)，即蜂窩數(shù)字移動通信系統(tǒng)也是蜂窩系統(tǒng)，即蜂窩區(qū)群結(jié)構(gòu)和頻率復(fù)用。區(qū)群結(jié)構(gòu)和頻率復(fù)用。7.1.2 GSM系統(tǒng)與蜂窩結(jié)構(gòu)的關(guān)系系統(tǒng)與蜂窩結(jié)構(gòu)的關(guān)系 l蜂窩區(qū)群小區(qū)數(shù)的多少以及小區(qū)半徑的大蜂窩區(qū)群小區(qū)數(shù)的多少以及小區(qū)半徑的大小，取決于數(shù)字系統(tǒng)保證

8、正常通信所需載小，取決于數(shù)字系統(tǒng)保證正常通信所需載干比和本地區(qū)業(yè)務(wù)量的分布和大小。干比和本地區(qū)業(yè)務(wù)量的分布和大小。l構(gòu)成區(qū)群的小區(qū)數(shù)目越少，半徑越小，系構(gòu)成區(qū)群的小區(qū)數(shù)目越少，半徑越小，系統(tǒng)的頻譜效率就越高。統(tǒng)的頻譜效率就越高。7.1.2 GSM系統(tǒng)與蜂窩結(jié)構(gòu)的關(guān)系系統(tǒng)與蜂窩結(jié)構(gòu)的關(guān)系 圖圖7-1 TDMA蜂窩系統(tǒng)區(qū)群結(jié)構(gòu)蜂窩系統(tǒng)區(qū)群結(jié)構(gòu)7.1.3 GSM系統(tǒng)的基本特點系統(tǒng)的基本特點lGSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)（簡稱數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)（簡稱GSM系系統(tǒng)）是完全依據(jù)歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)委員會統(tǒng)）是完全依據(jù)歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)委員會（ETSI）制定的）制定的GSM技術(shù)規(guī)范研制成的，技術(shù)規(guī)范研制成的，任何一家廠商

9、提供的任何一家廠商提供的GSM數(shù)字蜂窩移動通數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)都必須符合信系統(tǒng)都必須符合GSM技術(shù)規(guī)范。技術(shù)規(guī)范。7.1.3 GSM系統(tǒng)的基本特點系統(tǒng)的基本特點lGSM系統(tǒng)作為一種開放式結(jié)構(gòu)和面向未來系統(tǒng)作為一種開放式結(jié)構(gòu)和面向未來設(shè)計的系統(tǒng)，具有下列主要特點。設(shè)計的系統(tǒng)，具有下列主要特點。l GSM系統(tǒng)是由幾個分系統(tǒng)組成的，并且系統(tǒng)是由幾個分系統(tǒng)組成的，并且可與各種公用通信網(wǎng)（如可與各種公用通信網(wǎng)（如PSTN、ISDN、PDN等）互聯(lián)互通，各分系統(tǒng)之間或各分等）互聯(lián)互通，各分系統(tǒng)之間或各分系統(tǒng)與各種公用通信網(wǎng)之間都明確和詳細(xì)系統(tǒng)與各種公用通信網(wǎng)之間都明確和詳細(xì)定義了標(biāo)準(zhǔn)化接口規(guī)范，保證任何

10、廠商提定義了標(biāo)準(zhǔn)化接口規(guī)范，保證任何廠商提供的供的GSM系統(tǒng)或子系統(tǒng)能互聯(lián)。系統(tǒng)或子系統(tǒng)能互聯(lián)。7.1.3 GSM系統(tǒng)的基本特點系統(tǒng)的基本特點l GSM系統(tǒng)能提供穿過國際邊界的自動漫系統(tǒng)能提供穿過國際邊界的自動漫游功能，全部游功能，全部GSM移動用戶都可進入移動用戶都可進入GSM系統(tǒng)而與國別無關(guān)。系統(tǒng)而與國別無關(guān)。l GSM系統(tǒng)除了可以開放語音業(yè)務(wù)外，還系統(tǒng)除了可以開放語音業(yè)務(wù)外，還可以開放各種承載業(yè)務(wù)、補允業(yè)務(wù)和與可以開放各種承載業(yè)務(wù)、補允業(yè)務(wù)和與ISDN相關(guān)的業(yè)務(wù)。相關(guān)的業(yè)務(wù)。l GSM系統(tǒng)具有加密和鑒權(quán)功能，能確保系統(tǒng)具有加密和鑒權(quán)功能，能確保用戶保密和網(wǎng)絡(luò)安全。用戶保密和網(wǎng)絡(luò)安全。7.

11、1.3 GSM系統(tǒng)的基本特點系統(tǒng)的基本特點l GSM系統(tǒng)具有靈活和方便的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)具有靈活和方便的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，頻率重復(fù)利用率高，移動業(yè)務(wù)交換機的話頻率重復(fù)利用率高，移動業(yè)務(wù)交換機的話務(wù)承擔(dān)能力一般都很強，保證在語音和數(shù)務(wù)承擔(dān)能力一般都很強，保證在語音和數(shù)據(jù)通信兩個方面都能滿足用戶對大容量、據(jù)通信兩個方面都能滿足用戶對大容量、高密度業(yè)務(wù)的要求。高密度業(yè)務(wù)的要求。7.1.3 GSM系統(tǒng)的基本特點系統(tǒng)的基本特點l GSM系統(tǒng)抗干擾能力強，覆蓋區(qū)域內(nèi)的系統(tǒng)抗干擾能力強，覆蓋區(qū)域內(nèi)的通信質(zhì)量高。通信質(zhì)量高。l GSM系統(tǒng)終端設(shè)備（手持機和車載機），系統(tǒng)終端設(shè)備（手持機和車載機），隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)

12、的進一步發(fā)展，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的進一步發(fā)展，移動機將向更小型、更輕巧和增強功能趨移動機將向更小型、更輕巧和增強功能趨勢發(fā)展。勢發(fā)展。7.1.4 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及功能網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及功能lGSM數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的主要組成部分可數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的主要組成部分可分為移動臺、基站子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)，分為移動臺、基站子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)，如圖如圖7-2所示。所示。7.1.4 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及功能網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及功能圖圖7-2 GSM數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)7.1.4 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及功能網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及功能l基站子系統(tǒng)（簡稱基站基站子系統(tǒng)（簡稱基站BS）由基站收發(fā)臺）由基站收發(fā)臺（BTS）和基站控制器（）和

13、基站控制器（BSC）組成；網(wǎng)）組成；網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)由移動交換中心（絡(luò)子系統(tǒng)由移動交換中心（MSC），操作），操作維護中心（維護中心（OMC）以及原籍位置寄存器）以及原籍位置寄存器（HLR）、訪問位置寄存器（）、訪問位置寄存器（VLR）、鑒）、鑒權(quán)中心（權(quán)中心（AUC）和設(shè)備標(biāo)志寄存器（）和設(shè)備標(biāo)志寄存器（EIR）等組成。等組成。 1移動臺（移動臺（MS）l移動臺是公用移動臺是公用GSM移動通信系統(tǒng)中用戶使移動通信系統(tǒng)中用戶使用的設(shè)備，也是用戶能夠直接接觸的整個用的設(shè)備，也是用戶能夠直接接觸的整個 GSM系統(tǒng)中的唯一設(shè)備。系統(tǒng)中的唯一設(shè)備。1移動臺（移動臺（MS）l根據(jù)應(yīng)用與服務(wù)情況，移動臺可以是單

14、獨根據(jù)應(yīng)用與服務(wù)情況，移動臺可以是單獨的移動終端（的移動終端（MT）、手持機、車載機，或）、手持機、車載機，或者是由移動終端（者是由移動終端（MT）直接與終端設(shè)備）直接與終端設(shè)備（TE）傳真機相連接而構(gòu)成，或者是由移）傳真機相連接而構(gòu)成，或者是由移動終端（動終端（MT）通過相關(guān)終端適配器（）通過相關(guān)終端適配器（TA）與終端設(shè)備（與終端設(shè)備（TE）相連接而構(gòu)成。）相連接而構(gòu)成。1移動臺（移動臺（MS）l移動臺另外一個重要的組成部分是用戶識移動臺另外一個重要的組成部分是用戶識別模塊（別模塊（SIM），它基本上是一張符合），它基本上是一張符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)的“智慧智慧”卡，它包含所有與用戶有卡，它

15、包含所有與用戶有關(guān)的被儲存在用戶無線接口一邊的信息，關(guān)的被儲存在用戶無線接口一邊的信息，其中也包括鑒權(quán)和加密信息，使用其中也包括鑒權(quán)和加密信息，使用GSM標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的移動臺都需要插入準(zhǔn)的移動臺都需要插入SIM卡，只有當(dāng)處理卡，只有當(dāng)處理異常的緊急呼叫時，可以在不用異常的緊急呼叫時，可以在不用SIM卡的情卡的情況下操作移動臺。況下操作移動臺。2基站子系統(tǒng)（基站子系統(tǒng)（BSS）l基站子系統(tǒng)（基站子系統(tǒng)（BSS）是）是GSM系統(tǒng)中與無線系統(tǒng)中與無線蜂窩方面關(guān)系最直接的基本組成部分。蜂窩方面關(guān)系最直接的基本組成部分。l它通過無線接口直接與移動臺相接，負(fù)責(zé)它通過無線接口直接與移動臺相接，負(fù)責(zé)無線發(fā)送、接收和

16、無線資源管理。無線發(fā)送、接收和無線資源管理。l另一方面，基站子系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)另一方面，基站子系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）中的移動業(yè)務(wù)交換中心（）中的移動業(yè)務(wù)交換中心（MSC）相連，實現(xiàn)移動用戶之間或移動用戶與固相連，實現(xiàn)移動用戶之間或移動用戶與固定網(wǎng)絡(luò)用戶之間的通信連接，傳送系統(tǒng)信定網(wǎng)絡(luò)用戶之間的通信連接，傳送系統(tǒng)信號和用戶信息等。號和用戶信息等。2基站子系統(tǒng)（基站子系統(tǒng)（BSS）l基站子系統(tǒng)是由基站收發(fā)信臺（基站子系統(tǒng)是由基站收發(fā)信臺（BTS）和）和基站控制器（基站控制器（BSC）這兩部分功能實體構(gòu)）這兩部分功能實體構(gòu)成。成。 2基站子系統(tǒng)（基站子系統(tǒng)（BSS）圖圖7-3 一種典型一種典型B

17、SS組成方式組成方式Ater接口OMC2基站子系統(tǒng)（基站子系統(tǒng)（BSS）l（1）基站收發(fā)信臺（）基站收發(fā)信臺（BTS）。）。l基站收發(fā)信臺（基站收發(fā)信臺（BTS）屬于基站子系統(tǒng)的）屬于基站子系統(tǒng)的無線部分，由基站控制器（無線部分，由基站控制器（BSC）控制，）控制，服務(wù)于某個小區(qū)的無線收發(fā)設(shè)備，完成服務(wù)于某個小區(qū)的無線收發(fā)設(shè)備，完成BSC與無線信道之間的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)與無線信道之間的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)BTS與與移動臺（移動臺（MS）之間通過空中接口的無線傳）之間通過空中接口的無線傳輸及相關(guān)的控制功能，輸及相關(guān)的控制功能，BTS主要分為基帶主要分為基帶單元、載頻單元、控制單元三大部分。單元、載頻單元、控制單

18、元三大部分。2基站子系統(tǒng)（基站子系統(tǒng)（BSS）l（2）基站控制器。）基站控制器。l基站控制器（基站控制器（BSC）是基站子系統(tǒng)（）是基站子系統(tǒng)（BSS）的控制部分，起著的控制部分，起著BSS的變換設(shè)備的作用，的變換設(shè)備的作用，即承擔(dān)各種接口及無線資源和無線參數(shù)管即承擔(dān)各種接口及無線資源和無線參數(shù)管理的任務(wù)。理的任務(wù)。2基站子系統(tǒng)（基站子系統(tǒng)（BSS）lBSC主要由下列部分構(gòu)成：主要由下列部分構(gòu)成：ll l 朝向與朝向與MSC相接的相接的A接口或與碼變換器接口或與碼變換器相接的相接的Ater接口的數(shù)字中繼控制部分；接口的數(shù)字中繼控制部分；ll l 朝向與朝向與BTS相接的相接的Abis接口或接口

19、或BS接口的接口的BTS控制部分；控制部分；ll l 公共處理部分，包括與操作維護中心相公共處理部分，包括與操作維護中心相接的接口控制。接的接口控制。3網(wǎng)路子系統(tǒng)（網(wǎng)路子系統(tǒng)（NSS）l網(wǎng)路子系統(tǒng)（網(wǎng)路子系統(tǒng)（NSS）主要包含：）主要包含：3功能、功能、1作用：作用：lGSM系統(tǒng)的交換功能和用戶數(shù)據(jù)與移動性系統(tǒng)的交換功能和用戶數(shù)據(jù)與移動性管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫功能，它管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫功能，它對對GSM移動用戶之間的通信和移動用戶之間的通信和GSM移動用移動用戶與其他通信網(wǎng)用戶之間的通信起著管理戶與其他通信網(wǎng)用戶之間的通信起著管理作用。作用。3網(wǎng)路子系統(tǒng)（網(wǎng)路子系統(tǒng)（NSS）l

20、（1）移動業(yè)務(wù)交換中心（）移動業(yè)務(wù)交換中心（MSC）。）。l（2）訪問用戶位置寄存器（）訪問用戶位置寄存器（VLR）。）。l（3）歸屬用戶位置寄存器（）歸屬用戶位置寄存器（HLR）。）。l（4）鑒權(quán)中心（）鑒權(quán)中心（AUC）。）。l（5）移動用戶識別寄存器（）移動用戶識別寄存器（EIR）。）。l（6）OMC維護與操作中心。維護與操作中心。3、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS） 功能功能：系統(tǒng)交換，用戶數(shù)據(jù)管理，移動管理，安全性管理，移動用戶間的通信及移動用戶與其他網(wǎng)用戶間的通信管理。（1）MSC：提供接口和交換功能；可從HLR、VLR、AUC獲取數(shù)據(jù)。 （2）HLR ：存儲該數(shù)據(jù)庫控制的移動用戶

21、的相關(guān)數(shù)據(jù)（移動用戶識別號、用戶類型、訪問能力等）及提供漫游的MSC 區(qū)域的動態(tài)信息。 （3）VLR：存進入其控制區(qū)內(nèi)已登記的移動用戶數(shù)據(jù)，提供建立呼叫接續(xù)的必要條件。 （4）AUC ：負(fù)責(zé)用戶鑒權(quán)、對語音、數(shù)據(jù)和信號信息加密等。（5）EIR ：存移動設(shè)備的國際移動設(shè)備識別碼，通過核查白色、灰色、黑色清單，使運營部門對失竊或由于技術(shù)故障或誤操作而危機網(wǎng)絡(luò)正常運作的移動設(shè)備都能采取防范措施。（6）OMC：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的操作與維護。7.1.5 接口和接口協(xié)議接口和接口協(xié)議 lGSM系統(tǒng)的公用陸地移動通信網(wǎng)的信令系系統(tǒng)的公用陸地移動通信網(wǎng)的信令系統(tǒng)是以統(tǒng)是以7號信令網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的。號信令網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的。l1

22、主要接口主要接口lGSM系統(tǒng)的主要接口是指系統(tǒng)的主要接口是指A接口、接口、Abis接接口和口和Um接口。接口。1主要接口主要接口圖圖7-4 GSM系統(tǒng)的主要接口系統(tǒng)的主要接口1主要接口主要接口l（1）A接口。接口。l（2）Abis接口。接口。l（3）Um接口（空中接口）。接口（空中接口）。2網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)部接口網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)部接口l網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)由移動業(yè)務(wù)交換中心（網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)由移動業(yè)務(wù)交換中心（MSC）、）、訪問用戶位置寄存器（訪問用戶位置寄存器（VLR）、歸屬用戶）、歸屬用戶位置寄存器（位置寄存器（HLR）等功能實體組成。）等功能實體組成。2網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)部接口網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)部接口圖圖7-5 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)

23、內(nèi)部接口示意圖網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)部接口示意圖2網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)部接口網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)部接口l（1）D接口。接口。l（2）B接口。接口。l（3）C接口。接口。l（4）E接口。接口。l（5）F接口。接口。l（6）G接口。接口。3GSM系統(tǒng)與其他公用電信網(wǎng)的接口系統(tǒng)與其他公用電信網(wǎng)的接口l其他公用電信網(wǎng)主要是指公用電話網(wǎng)其他公用電信網(wǎng)主要是指公用電話網(wǎng)（PSTN）、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（）、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）、）、分組交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)（分組交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)（PSPDN）和電路交）和電路交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)（換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)（CSPDN）。）。lGSM系統(tǒng)通過系統(tǒng)通過MSC與這些公用電信網(wǎng)互連，與這些公用電信網(wǎng)互連，其接口必須

24、滿足原其接口必須滿足原CCITT的有關(guān)接口和信的有關(guān)接口和信令標(biāo)準(zhǔn)及各個國家郵電運營部門制定的與令標(biāo)準(zhǔn)及各個國家郵電運營部門制定的與這些電信網(wǎng)有關(guān)的接口和信令標(biāo)準(zhǔn)。這些電信網(wǎng)有關(guān)的接口和信令標(biāo)準(zhǔn)。4各接口協(xié)議各接口協(xié)議圖圖7-6 GSM系統(tǒng)主要接口的協(xié)議分層示意圖系統(tǒng)主要接口的協(xié)議分層示意圖7.2 GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的無線傳數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的無線傳輸方式輸方式 l7.2.1 TDMA/FDMA接入方式接入方式l7.2.2 信道及其組合信道及其組合l7.2.3 時隙的格式時隙的格式l7.2.4 信道的組合方式信道的組合方式7.2.1 TDMA/FDMA接入方式接入方式 l1時隙時隙l

25、GSM蜂窩系統(tǒng)采用時分多址、頻分多址和蜂窩系統(tǒng)采用時分多址、頻分多址和頻分雙工（頻分雙工（TDMA/FDMA/FDD）制式。）制式。l在在25MHz的頻段中共分的頻段中共分125個頻道，頻道間個頻道，頻道間隔隔200kHz。每載波含。每載波含8個（以后可擴展為個（以后可擴展為16個）時隙，時隙寬為個）時隙，時隙寬為0.577ms。l8個時隙構(gòu)成一個個時隙構(gòu)成一個TDMA幀，幀長為幀，幀長為4.615ms，如圖，如圖7-7所示。所示。1時隙時隙l對雙工載波各用一個時隙構(gòu)成一個雙向物對雙工載波各用一個時隙構(gòu)成一個雙向物理信道，這種物理信道共有理信道，這種物理信道共有1258=1000個，根據(jù)需要分

26、配給不同個，根據(jù)需要分配給不同的用戶使用。的用戶使用。l移動臺在特定的頻率上和特定的時隙內(nèi)，移動臺在特定的頻率上和特定的時隙內(nèi)，以猝發(fā)方式向基站傳輸信息，基站在相應(yīng)以猝發(fā)方式向基站傳輸信息，基站在相應(yīng)的頻率上和相應(yīng)的時隙內(nèi)，以時分復(fù)用的的頻率上和相應(yīng)的時隙內(nèi)，以時分復(fù)用的方式向各個移動臺傳輸信息。方式向各個移動臺傳輸信息。1時隙時隙圖圖7-7 TDMA/FDMA接入方式接入方式2頻率與頻道序號頻率與頻道序號lGSM系統(tǒng)工作在以下射頻頻段：系統(tǒng)工作在以下射頻頻段：l上行（移動臺發(fā)、基站收）為上行（移動臺發(fā)、基站收）為890MHz915MHzl下行（基站發(fā)、移動臺收）為下行（基站發(fā)、移動臺收）為9

27、35MHz960MHzl收、發(fā)頻率間隔為收、發(fā)頻率間隔為45MHz。l移動臺采用較低頻段發(fā)射，傳播損耗較低，移動臺采用較低頻段發(fā)射，傳播損耗較低，有利于補償上、下行功率不平衡的問題。有利于補償上、下行功率不平衡的問題。2頻率與頻道序號頻率與頻道序號l由于載頻間隔是由于載頻間隔是0.2MHz，因此，因此GSM系統(tǒng)整系統(tǒng)整個工作頻段分為個工作頻段分為124對載頻。其頻道序號用對載頻。其頻道序號用n表示，則上、下兩頻段中序號為表示，則上、下兩頻段中序號為n的載頻的載頻可用下式計算：可用下式計算：l下頻段下頻段 fl (n)=(890+0.2n)MHzl上頻段上頻段 fh (n)=(935+0.2n)

28、MHz3調(diào)制方式調(diào)制方式lGSM的調(diào)制方式是高斯型最小移頻鍵控的調(diào)制方式是高斯型最小移頻鍵控（GMSK）方式，矩形脈沖在調(diào)制器之前）方式，矩形脈沖在調(diào)制器之前先通過一個高斯濾波器。先通過一個高斯濾波器。lBT=0.3。l帶外輻射帶外輻射-60dBW；l頻譜利用率為頻譜利用率為1.35bit/s/Hz。4載頻復(fù)用與區(qū)群結(jié)構(gòu)載頻復(fù)用與區(qū)群結(jié)構(gòu) lGSM系統(tǒng)中，基站發(fā)射功率為每載波系統(tǒng)中，基站發(fā)射功率為每載波500W，每時隙平均為每時隙平均為500/8=62.5W。l移動臺發(fā)射功率分為移動臺發(fā)射功率分為0.8W、2W、5W、8W和和20W五種，可供用戶選擇。五種，可供用戶選擇。4載頻復(fù)用與區(qū)群結(jié)構(gòu)載

29、頻復(fù)用與區(qū)群結(jié)構(gòu) l小區(qū)覆蓋半徑最大為小區(qū)覆蓋半徑最大為35km，最小為，最小為500m。前者適用于農(nóng)村地區(qū)，后者適用于市區(qū)。前者適用于農(nóng)村地區(qū)，后者適用于市區(qū)。l由于系統(tǒng)采取了多種抗干擾措施，如自適由于系統(tǒng)采取了多種抗干擾措施，如自適應(yīng)均衡、跳頻和糾錯編碼等，同頻道射頻應(yīng)均衡、跳頻和糾錯編碼等，同頻道射頻防護比可降到防護比可降到C/I=9dB，因此在業(yè)務(wù)密集，因此在業(yè)務(wù)密集區(qū)，可采用區(qū)，可采用3小區(qū)小區(qū)9扇區(qū)的區(qū)群結(jié)構(gòu)。扇區(qū)的區(qū)群結(jié)構(gòu)。l射頻防護筆：達(dá)到主觀上限定的接收質(zhì)量射頻防護筆：達(dá)到主觀上限定的接收質(zhì)量時所需射頻信號對干擾信號的比值。時所需射頻信號對干擾信號的比值。 7.2.2 信道及

30、其組合信道及其組合 l1幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)l圖圖7-8給出了給出了GSM系統(tǒng)各種幀及時隙的格式。系統(tǒng)各種幀及時隙的格式。 1幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)圖圖7-8 GSM系統(tǒng)各種幀及時隙的格式系統(tǒng)各種幀及時隙的格式=23.385ms3小時28分53秒760毫秒1幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)圖圖7-9 上行幀號和下行幀號所對應(yīng)的時間關(guān)系上行幀號和下行幀號所對應(yīng)的時間關(guān)系幀調(diào)整、收發(fā)信機調(diào)諧轉(zhuǎn)換圖圖7-10 GSM系統(tǒng)的信道分類系統(tǒng)的信道分類2信道分信道分類類同步、識同步、識別別公控公控入網(wǎng)入網(wǎng)申請申請登記登記鑒權(quán)鑒權(quán)基站信號強基站信號強度、功控度、功控登記登記鑒權(quán)鑒權(quán)點點2信道分類信道分類l（1）業(yè)務(wù)信道。全速、半速。）業(yè)務(wù)信道。全

31、速、半速。l 語音業(yè)務(wù)信道。語音業(yè)務(wù)信道。22.8kbit/s，11.4kbit/sl 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道。l 9.6kbit/sl 4.8kbit/sl =2.4kbit/s2信道分類信道分類l（2）控制信道。）控制信道。l 廣播信道（廣播信道（BCH）。）。l 公用控制信道（公用控制信道（CCCH）。）。l 專用控制信道（專用控制信道（DCCH）。）。l獨立專用控制信道（獨立專用控制信道（SDCCH）l慢速輔助控制信道（慢速輔助控制信道（SACCH）l快速輔助控制信道（快速輔助控制信道（FACCH）7.2.3 時隙的格式時隙的格式 l在在GSM系統(tǒng)中，每幀含系統(tǒng)中，每幀含8個時隙，

32、時隙的寬個時隙，時隙的寬度為度為0.577ms，其中包含，其中包含156.25bit。lTDMA信道上一個時隙中的信息格式稱為信道上一個時隙中的信息格式稱為突發(fā)脈沖序列。突發(fā)脈沖序列。l4種突發(fā)脈沖序列。種突發(fā)脈沖序列。1常規(guī)突發(fā)（常規(guī)突發(fā)（Normal Burst，NB）脈沖）脈沖序列序列 l常規(guī)突發(fā)脈沖序列也稱普通突發(fā)脈沖序列，常規(guī)突發(fā)脈沖序列也稱普通突發(fā)脈沖序列，用于業(yè)務(wù)信道及專用控制信道，其組成格用于業(yè)務(wù)信道及專用控制信道，其組成格式如圖式如圖7-11所示。所示。1常規(guī)突發(fā)（常規(guī)突發(fā)（Normal Burst，NB）脈沖）脈沖序列序列 圖圖7-11 常規(guī)、頻率校正、同步突發(fā)脈沖序列的格

33、式常規(guī)、頻率校正、同步突發(fā)脈沖序列的格式142bit1常規(guī)突發(fā)（常規(guī)突發(fā)（Normal Burst，NB）脈沖）脈沖序列序列 圖圖7-12 GSM訓(xùn)練序列的自相關(guān)函數(shù)訓(xùn)練序列的自相關(guān)函數(shù)互相關(guān)系數(shù)小1常規(guī)突發(fā)（常規(guī)突發(fā)（Normal Burst，NB）脈沖）脈沖序列序列 圖圖7-13 常規(guī)突發(fā)序列的振幅圖常規(guī)突發(fā)序列的振幅圖2頻率校正突發(fā)（頻率校正突發(fā)（Frequency Correction Burst，F(xiàn)CB）脈沖序列）脈沖序列 l頻率校正突發(fā)脈沖序列用于校正移動臺的頻率校正突發(fā)脈沖序列用于校正移動臺的載波頻率，其格式比較簡單，如圖載波頻率，其格式比較簡單，如圖7-11所所示。示。 3同步

34、突發(fā)（同步突發(fā)（Synchronization Burst，SB）脈沖序列脈沖序列l(wèi)同步突發(fā)脈沖序列用于移動臺的時間同步，其格式如同步突發(fā)脈沖序列用于移動臺的時間同步，其格式如圖圖7-11所示，主要組成包括所示，主要組成包括64bit的同步信號（擴展的的同步信號（擴展的訓(xùn)練序列）以及兩段各訓(xùn)練序列）以及兩段各39bit的數(shù)據(jù)，用于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，用于傳輸TDMA幀號和基站識別（用于區(qū)別同一載頻的基站）。幀號和基站識別（用于區(qū)別同一載頻的基站）。142bit4接入突發(fā)（接入突發(fā)（Access Burst，AB）脈沖）脈沖序列序列l(wèi)接入突發(fā)脈沖序列用于上行傳輸方向，在接入突發(fā)脈沖序列用于上行傳輸方向，

35、在隨機接入信道（隨機接入信道（RACH）上傳送，用于移）上傳送，用于移動用戶向基站提出入網(wǎng)申請。動用戶向基站提出入網(wǎng)申請。l接入突發(fā)脈沖序列的格式如圖接入突發(fā)脈沖序列的格式如圖7-14所示。所示。4接入突發(fā)（接入突發(fā)（Access Burst，AB）脈沖）脈沖序列序列圖圖7-14 接入突發(fā)脈沖序列的格式接入突發(fā)脈沖序列的格式起始比特起始比特：00111010短序列長保護期：短序列長保護期：適應(yīng)遠(yuǎn)距離移動臺，保證BS準(zhǔn)確接收。長起。長起始尾比特：始尾比特：可提高解調(diào)成功率（MS初次接入，BS開始接收帶偶然性）。4接入突發(fā)（接入突發(fā)（Access Burst，AB）脈沖）脈沖序列序列圖圖7-15

36、接入突發(fā)脈沖序列的振幅圖和時間限制框接入突發(fā)脈沖序列的振幅圖和時間限制框4接入突發(fā)（接入突發(fā)（Access Burst，AB）脈沖）脈沖序列序列圖圖7-16 接入序列突發(fā)的時延接入序列突發(fā)的時延 業(yè)務(wù)信道不宜采用長保護期。故采用自適應(yīng)幀調(diào)整4接入突發(fā)（接入突發(fā)（Access Burst，AB）脈沖）脈沖序列序列l(wèi)除了上述四種格式之外，還有一種不發(fā)送除了上述四種格式之外，還有一種不發(fā)送實際信息的時隙格式，稱為實際信息的時隙格式，稱為“虛設(shè)時隙虛設(shè)時隙”格式，用于填空，其結(jié)構(gòu)和格式，用于填空，其結(jié)構(gòu)和NB格式相同，格式相同，但只發(fā)送固定的比特序列。但只發(fā)送固定的比特序列。 7.2.4 信道的組合方

37、式信道的組合方式 l邏輯信道組合是以幀為基礎(chǔ)的，邏輯信道組合是以幀為基礎(chǔ)的，“組合組合”是將各種邏輯信道裝載到物理信道上去。是將各種邏輯信道裝載到物理信道上去。l邏輯信道與物理信道之間存在著映射關(guān)系。邏輯信道與物理信道之間存在著映射關(guān)系。l信道的組合形式與通信系統(tǒng)在不同階段信道的組合形式與通信系統(tǒng)在不同階段（接續(xù)或通話）所需要完成的功能有關(guān)，（接續(xù)或通話）所需要完成的功能有關(guān)，也與傳輸?shù)姆较颍ㄉ闲谢蛳滦校┯嘘P(guān)，還也與傳輸?shù)姆较颍ㄉ闲谢蛳滦校┯嘘P(guān)，還與業(yè)務(wù)量有關(guān)。與業(yè)務(wù)量有關(guān)。1業(yè)務(wù)信道的組合方式業(yè)務(wù)信道的組合方式l業(yè)務(wù)信道有全速率和半速率之分，下面只業(yè)務(wù)信道有全速率和半速率之分，下面只考慮全速

38、率情況。考慮全速率情況。l業(yè)務(wù)信道的復(fù)幀含業(yè)務(wù)信道的復(fù)幀含26個個 TDMA幀，其組成幀，其組成的格式和物理信道（一個時隙）的映射關(guān)的格式和物理信道（一個時隙）的映射關(guān)系如圖系如圖7-17所示。所示。1業(yè)務(wù)信道的組合方式業(yè)務(wù)信道的組合方式圖圖7-17 業(yè)務(wù)信道的組成格式業(yè)務(wù)信道的組成格式24T幀：傳業(yè)務(wù)信息；A、I幀傳慢速輔助控制信道信息。I幀：空閑幀。上下行組合方式同，差別：有一時間偏移（3bit）2控制信道的組合方式控制信道的組合方式 在多載頻多載頻小區(qū)：C0的TS0用于公用控制信道，TS1用于專控信道，TS2TS7用于業(yè)務(wù)信道。其余載頻8個TS全用于業(yè)務(wù)信道。 在單載頻單載頻小區(qū)：TS0

39、用于控制信道，TS1TS7用于業(yè)務(wù)信道。 2控制信道的組合方式控制信道的組合方式 l控制信道的復(fù)幀含控制信道的復(fù)幀含51幀，其組合方式類型較多，而幀，其組合方式類型較多，而且上行傳輸和下行傳輸?shù)慕M合方式也是不相同的。且上行傳輸和下行傳輸?shù)慕M合方式也是不相同的。l在多載頻小區(qū)C0上：l（1）BCH(廣播廣播)和和CCCH（公控）在（公控）在TS0上的復(fù)用。上的復(fù)用。l（2）SDCCH（獨立專控）和（獨立專控）和SACCH（慢速輔控）（慢速輔控）在在TS1上的復(fù)用。上的復(fù)用。l在單載頻小區(qū)：l（3）公用控制信道和專用控制信道均在）公用控制信道和專用控制信道均在TS0上復(fù)用。上復(fù)用。2控制信道的組合

40、方式（公用控道控制信道的組合方式（公用控道1） 圖圖7-18 BCH和和CCCH在在TS0上的復(fù)用上的復(fù)用F：頻校信息；S（同步信道）：MS讀TDMA幀和基站識別號；B（廣控信道）：MS讀小區(qū)通用信息；I：空閑幀；C：公控信道信息。2控制信道的組合方式（公用控道控制信道的組合方式（公用控道2）圖圖7-19 TS0上上RACH的復(fù)用的復(fù)用RACH：隨機接入信道。TS0：用于MS的接入。2控制信道的組合方式（專用控道）控制信道的組合方式（專用控道）圖圖7-20 SDCCH和和SACCH（下行）在（下行）在TS1上上的復(fù)用的復(fù)用Dx：獨立專用控制信道，占8TS；Ax：慢速輔控信道，占4TS。上下行相

41、同，有一時間偏移。2控制信道的組合方式（控制信道的組合方式（4）圖圖7-21 TS0上控制信道綜合復(fù)用上控制信道綜合復(fù)用只對僅有一套收發(fā)單元的小區(qū)僅有一套收發(fā)單元的小區(qū)而言。7.3 GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)主要技術(shù)數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)主要技術(shù) l7.3.1 話音和信道編碼技術(shù)話音和信道編碼技術(shù)l7.3.2 跳頻和間斷傳輸技術(shù)跳頻和間斷傳輸技術(shù)l7.3.3 調(diào)制與解調(diào)技術(shù)調(diào)制與解調(diào)技術(shù)l7.3.4 鑒權(quán)與加密技術(shù)鑒權(quán)與加密技術(shù)l7.3.5 位置登記位置登記l7.3.6 GSM系統(tǒng)的區(qū)域與號碼系統(tǒng)的區(qū)域與號碼l7.3.7 主要業(yè)務(wù)主要業(yè)務(wù)7.3.1 話音和信道編碼技術(shù)話音和信道編碼技術(shù) l數(shù)字化

42、話音信號在無線傳輸時主要面臨三數(shù)字化話音信號在無線傳輸時主要面臨三個問題：個問題：l一是選擇低速率的編碼方式，以適應(yīng)有限一是選擇低速率的編碼方式，以適應(yīng)有限帶寬的要求；帶寬的要求；l二是選擇有效的方法減少誤碼率，即信道二是選擇有效的方法減少誤碼率，即信道編碼問題；編碼問題；l三是選用有效的調(diào)制方法，減小雜波輻射，三是選用有效的調(diào)制方法，減小雜波輻射，降低干擾。下面著重討論降低干擾。下面著重討論GSM系統(tǒng)中話音系統(tǒng)中話音編碼和信道編碼中的主要特點。編碼和信道編碼中的主要特點。7.3.1 話音和信道編碼技術(shù)話音和信道編碼技術(shù)圖圖7-22 GSM系統(tǒng)的話音編碼和信道編碼的系統(tǒng)的話音編碼和信道編碼的組

43、成方框圖組成方框圖 7.3.1 話音和信道編碼技術(shù)話音和信道編碼技術(shù)圖圖7-23 GSM系統(tǒng)的編碼流程系統(tǒng)的編碼流程 7.3.1 話音和信道編碼技術(shù)話音和信道編碼技術(shù)圖圖7-24 GSM系統(tǒng)的交織方式系統(tǒng)的交織方式 7.3.2 跳頻和間斷傳輸技術(shù)跳頻和間斷傳輸技術(shù) l1跳頻跳頻l跳頻是指載波頻率在很寬頻率范圍內(nèi)按某跳頻是指載波頻率在很寬頻率范圍內(nèi)按某種圖案（序列）進行跳變。種圖案（序列）進行跳變。 1跳頻跳頻 圖圖7-25 GSM系統(tǒng)的跳頻示意圖系統(tǒng)的跳頻示意圖 1跳頻跳頻 l跳頻系統(tǒng)的抗干擾原理與直接序列擴頻系跳頻系統(tǒng)的抗干擾原理與直接序列擴頻系統(tǒng)是不同的。統(tǒng)是不同的。l直接序列擴頻是靠頻譜

44、的擴展和解擴處理直接序列擴頻是靠頻譜的擴展和解擴處理來提高抗干擾能力的，而跳頻是靠躲避干來提高抗干擾能力的，而跳頻是靠躲避干擾來獲得抗干擾能力的。擾來獲得抗干擾能力的。l抗干擾性能用處理增益抗干擾性能用處理增益GP表征，表征，GP的表的表達(dá)式為達(dá)式為 10lgWPCBGB2間斷傳輸間斷傳輸 l為了提高頻譜利用率，為了提高頻譜利用率，GSM系統(tǒng)還采用了系統(tǒng)還采用了話音激活技術(shù)。話音激活技術(shù)。l這個被稱為間斷傳輸（這個被稱為間斷傳輸（DTx）技術(shù)的基本）技術(shù)的基本原則是只在有話音時才打開發(fā)射機，這樣原則是只在有話音時才打開發(fā)射機，這樣可以減小干擾，提高系統(tǒng)容量。采用可以減小干擾，提高系統(tǒng)容量。采用

45、DTx技術(shù)，對移動臺來說更有意義，因為在無技術(shù)，對移動臺來說更有意義，因為在無信息傳輸時即關(guān)閉發(fā)射機，可以減少電源信息傳輸時即關(guān)閉發(fā)射機，可以減少電源消耗。消耗。7.3.3 調(diào)制與解調(diào)技術(shù)調(diào)制與解調(diào)技術(shù) l1調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)l調(diào)制器接收來自加密單元的比特流，并產(chǎn)調(diào)制器接收來自加密單元的比特流，并產(chǎn)生射頻信號。生射頻信號。l調(diào)制方式為高斯濾波最小移頻鍵控調(diào)制方式為高斯濾波最小移頻鍵控（GMSK），其歸一化帶寬），其歸一化帶寬BT=0.3。l調(diào)制速率是調(diào)制速率是=kbit/s，即近似為，即近似為270.833kbit/s。1調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)lGMSK調(diào)制是下述兩者之間的折中選擇：調(diào)制是下述兩者之間

46、的折中選擇：相當(dāng)高的無線頻譜效率（相當(dāng)高的無線頻譜效率（1bit/Hz數(shù)量級）數(shù)量級）和合理的解調(diào)復(fù)雜性。和合理的解調(diào)復(fù)雜性。1調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)圖圖7-26 GSMK調(diào)制頻譜調(diào)制頻譜 2解調(diào)技術(shù)解調(diào)技術(shù)l解調(diào)器對所收的失真信號，必須做調(diào)制數(shù)解調(diào)器對所收的失真信號，必須做調(diào)制數(shù)據(jù)序列估計。據(jù)序列估計。l為使解調(diào)器完成此項工作，在每個突發(fā)脈為使解調(diào)器完成此項工作，在每個突發(fā)脈沖序列中都含有一個接收機能識別的預(yù)定沖序列中都含有一個接收機能識別的預(yù)定序列，如訓(xùn)練序列，以便接收機能估計出序列，如訓(xùn)練序列，以便接收機能估計出傳播引起的信號失真。傳播引起的信號失真。2解調(diào)技術(shù)解調(diào)技術(shù)l現(xiàn)有的解調(diào)算法很多，現(xiàn)

47、有的解調(diào)算法很多，GSM規(guī)范也沒有規(guī)規(guī)范也沒有規(guī)定必須采用哪一種算法，但對信道譯碼糾定必須采用哪一種算法，但對信道譯碼糾錯以后所測的總性能是有要求的。錯以后所測的總性能是有要求的。l一個重要的限制是算法必須能應(yīng)付在一個重要的限制是算法必須能應(yīng)付在16 s（約（約4個比特的持續(xù)時間）間隔中接收兩條個比特的持續(xù)時間）間隔中接收兩條路徑的等功率信號。路徑的等功率信號。2解調(diào)技術(shù)解調(diào)技術(shù)l這種情況下的字符干擾與調(diào)制本身引入的這種情況下的字符干擾與調(diào)制本身引入的字符間干擾相比較，是有驚人的增加。簡字符間干擾相比較，是有驚人的增加。簡單的解調(diào)技術(shù)克服不了這樣嚴(yán)重的字符間單的解調(diào)技術(shù)克服不了這樣嚴(yán)重的字符間

48、干擾，所以采用均衡是必不可少的。干擾，所以采用均衡是必不可少的。7.3.4 鑒權(quán)與加密技術(shù)鑒權(quán)與加密技術(shù) l由于空中接口極易受到侵犯，由于空中接口極易受到侵犯，GSM系統(tǒng)為系統(tǒng)為了保證通信安全，采取了特別的鑒權(quán)與加了保證通信安全，采取了特別的鑒權(quán)與加密措施。密措施。l鑒權(quán)是為了確認(rèn)移動臺的合法性，而加密鑒權(quán)是為了確認(rèn)移動臺的合法性，而加密是為了防止第三者竊聽。是為了防止第三者竊聽。 7.3.4 鑒權(quán)與加密技術(shù)鑒權(quán)與加密技術(shù) l鑒權(quán)中心（鑒權(quán)中心（AUC）為鑒權(quán)與加密提供了三）為鑒權(quán)與加密提供了三參數(shù)組，即參數(shù)組，即RAND、SRES和和Kc，在用戶入，在用戶入網(wǎng)簽約時，用戶鑒權(quán)鍵網(wǎng)簽約時，用戶

49、鑒權(quán)鍵Ki連同連同IMSI一起分一起分配給用戶，每一個用戶均有唯一的配給用戶，每一個用戶均有唯一的Ki和和IMSI，它們存儲于，它們存儲于AUC數(shù)據(jù)庫租數(shù)據(jù)庫租SIM用戶用戶識別卡中。識別卡中。 7.3.4 鑒權(quán)與加密技術(shù)鑒權(quán)與加密技術(shù) 圖圖7-27 AUC產(chǎn)生三個參數(shù)組產(chǎn)生三個參數(shù)組 7.3.4 鑒權(quán)與加密技術(shù)鑒權(quán)與加密技術(shù) l首先，產(chǎn)生一個隨機數(shù)（首先，產(chǎn)生一個隨機數(shù)（RAND）。）。l再通過密鑰算法（再通過密鑰算法（A8）和鑒權(quán)算法（）和鑒權(quán)算法（A3），），用用RAND和和Ki分別計算出密鑰（分別計算出密鑰（Kc）和符）和符號響應(yīng)（號響應(yīng)（SRES）。）。l最后，最后，RAND、SRE

50、S和和Kc作為一個三參數(shù)作為一個三參數(shù)組一起送給組一起送給HLR。 1鑒權(quán)鑒權(quán)l(xiāng)無論是移動臺主呼或被呼，都有鑒權(quán)過程，無論是移動臺主呼或被呼，都有鑒權(quán)過程，鑒權(quán)程序如圖鑒權(quán)程序如圖7-28所示。所示。l鑒權(quán)過程主要涉及鑒權(quán)過程主要涉及AUC、HLR、MSC/VLR和和MS，它們均各自存儲著用戶有關(guān)的信息，它們均各自存儲著用戶有關(guān)的信息或參數(shù)?；騾?shù)。1鑒權(quán)鑒權(quán)l(xiāng)當(dāng)當(dāng)MS發(fā)出入網(wǎng)請求時，發(fā)出入網(wǎng)請求時，MSC/VLR就向就向MS發(fā)送發(fā)送RAND，MS使用該使用該RAND以及與以及與 AUC內(nèi)相同的鑒權(quán)鍵內(nèi)相同的鑒權(quán)鍵K i和鑒權(quán)算法和鑒權(quán)算法A3，計算出，計算出符號響應(yīng)符號響應(yīng)SRES，然后把，

51、然后把SRES回送給回送給 MSC/VLR，驗證其合法性。，驗證其合法性。2加密加密 lGSM系統(tǒng)為確保用戶信息（語音或非語音系統(tǒng)為確保用戶信息（語音或非語音業(yè)務(wù)）以及與用戶有關(guān)信令信息的私密性，業(yè)務(wù)）以及與用戶有關(guān)信令信息的私密性，在在BTS與與MS之間交換信息時專門采用了一之間交換信息時專門采用了一個加密程序，如圖個加密程序，如圖7-29所示。所示。 2加密加密 圖圖7-28 鑒權(quán)程序鑒權(quán)程序 2加密加密 圖圖7-29 加密程序加密程序 3設(shè)備識別設(shè)備識別 l每一個移動臺設(shè)備均有一個唯一的移動臺每一個移動臺設(shè)備均有一個唯一的移動臺設(shè)備識別碼（設(shè)備識別碼（IMEI）。）。lEIR中使用如下三

52、種設(shè)備清單：中使用如下三種設(shè)備清單：l白名單白名單合法的移動設(shè)備識別號；合法的移動設(shè)備識別號；l黑名單黑名單禁止使用的移動設(shè)備識別號；禁止使用的移動設(shè)備識別號；l灰名單灰名單是否允許使用由運營者決定，是否允許使用由運營者決定，例如有故障的或未經(jīng)型號認(rèn)證的移動設(shè)備例如有故障的或未經(jīng)型號認(rèn)證的移動設(shè)備識別號。識別號。3設(shè)備識別設(shè)備識別圖圖7-30 設(shè)備識別程序設(shè)備識別程序 4用戶識別碼（用戶識別碼（IMSI）保密）保密 l為了防止非法監(jiān)聽進而盜用為了防止非法監(jiān)聽進而盜用IMSI，在無線，在無線鏈路上需要傳送鏈路上需要傳送IMSI時，均用臨時移動用時，均用臨時移動用戶識別碼（戶識別碼（TMSI）代替

53、）代替IMSI。l僅在位置更新失敗或僅在位置更新失敗或MS得不到得不到TMSI時，時，才使用才使用IMSI。lMS每次向系統(tǒng)請求一種程序，如位置更新、每次向系統(tǒng)請求一種程序，如位置更新、呼叫嘗試等，呼叫嘗試等，MSC/VLR將給將給MS分配一個分配一個新的新的TMSI。4用戶識別碼（用戶識別碼（IMSI）保密）保密圖圖7-31 位置更新時產(chǎn)生新的位置更新時產(chǎn)生新的TMSI程序程序 7.3.5 位置登記位置登記 l位置登記（或稱注冊）是通信網(wǎng)為了跟蹤位置登記（或稱注冊）是通信網(wǎng)為了跟蹤移動臺的位置變化，而對其位置信息進行移動臺的位置變化，而對其位置信息進行登記、刪除和更新的過程。登記、刪除和更新

54、的過程。l位置信息存儲在原籍位置寄存器（位置信息存儲在原籍位置寄存器（HLR）和訪問位置寄存器（和訪問位置寄存器（VLR）中。）中。lGSM蜂窩通信系統(tǒng)把整個網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域蜂窩通信系統(tǒng)把整個網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域劃分為許多位置區(qū)，并以不同的位置區(qū)標(biāo)劃分為許多位置區(qū)，并以不同的位置區(qū)標(biāo)志進行區(qū)別，如圖志進行區(qū)別，如圖7-32中的中的LA1，LA2，LA3，7.3.5 位置登記位置登記 l當(dāng)一個移動用戶首次入網(wǎng)時，它必須通過當(dāng)一個移動用戶首次入網(wǎng)時，它必須通過移動交換中心（移動交換中心（MSC），在相應(yīng)的位置寄），在相應(yīng)的位置寄存器（存器（HLR）中登記注冊，把其有關(guān)的參）中登記注冊，把其有關(guān)的參數(shù)（如移

55、動用戶識別碼、移動臺編號及業(yè)數(shù)（如移動用戶識別碼、移動臺編號及業(yè)務(wù)類型等）全部存放在這個位置寄存器中，務(wù)類型等）全部存放在這個位置寄存器中，于是網(wǎng)絡(luò)就把這個位置寄存器稱為原籍位于是網(wǎng)絡(luò)就把這個位置寄存器稱為原籍位置寄存器。置寄存器。 7.3.5 位置登記位置登記 圖圖7-32 位置區(qū)劃分的示意圖位置區(qū)劃分的示意圖 7.3.5 位置登記位置登記 l移動臺的不斷運動將導(dǎo)致其位置的不斷變移動臺的不斷運動將導(dǎo)致其位置的不斷變化?；?。l這種變動的位置信息由另一種位置寄存器，這種變動的位置信息由另一種位置寄存器，即訪問位置寄存器（即訪問位置寄存器（VLR）進行登記。）進行登記。7.3.5 位置登記位置登記

56、 l位置區(qū)的標(biāo)志在廣播控制信道（位置區(qū)的標(biāo)志在廣播控制信道（BCCH）中播送，移動臺開機后，就可以搜索此中播送，移動臺開機后，就可以搜索此BCCH，從中提取所在位置區(qū)的標(biāo)志。，從中提取所在位置區(qū)的標(biāo)志。l當(dāng)移動臺進入某個訪問區(qū)需要進行位置登當(dāng)移動臺進入某個訪問區(qū)需要進行位置登記時，它就向該區(qū)的記時，它就向該區(qū)的MSC發(fā)出發(fā)出“位置登記位置登記請求（請求（LR）”。7.3.5 位置登記位置登記 l如果如果MS是利用是利用“臨時用戶識別碼臨時用戶識別碼（TMSI）”（由（由（VLR）0分配的）發(fā)起分配的）發(fā)起“位置登記請求位置登記請求”的（的（VLR）n收到后，必收到后，必須先向（須先向（VLR）

57、0詢問該用戶的詢問該用戶的IMSI，如詢，如詢問操作成功，（問操作成功，（VLR）n再給該再給該MS分配一分配一個新的個新的TMSI，接下去的過程與上面一樣。，接下去的過程與上面一樣。l如果如果MS因故未收到因故未收到“確認(rèn)確認(rèn)”信息，則此次信息，則此次申請失敗，可以重復(fù)發(fā)送三次申請，每次申請失敗，可以重復(fù)發(fā)送三次申請，每次間隔至少是間隔至少是10s。7.3.5 位置登記位置登記 l移動臺可能處于激活（開機）狀態(tài)，也可移動臺可能處于激活（開機）狀態(tài)，也可能處于非激活（關(guān)機）狀態(tài)。移動臺轉(zhuǎn)入能處于非激活（關(guān)機）狀態(tài)。移動臺轉(zhuǎn)入非激活狀態(tài)時，要在有關(guān)的非激活狀態(tài)時，要在有關(guān)的VLR和和HLR中中設(shè)

58、置特定的標(biāo)志，使網(wǎng)絡(luò)拒絕向該用戶呼設(shè)置特定的標(biāo)志，使網(wǎng)絡(luò)拒絕向該用戶呼叫，以免在無線鏈路上發(fā)送無效的尋呼信叫，以免在無線鏈路上發(fā)送無效的尋呼信號，這種功能稱為號，這種功能稱為“IMSI分離分離”。當(dāng)移動。當(dāng)移動臺由非激活狀態(tài)轉(zhuǎn)為激活狀態(tài)時，移動臺臺由非激活狀態(tài)轉(zhuǎn)為激活狀態(tài)時，移動臺取消上述分離標(biāo)志，恢復(fù)正常工作，這種取消上述分離標(biāo)志，恢復(fù)正常工作，這種功能稱為功能稱為“IMSI附著附著”。兩者統(tǒng)稱為。兩者統(tǒng)稱為“IMSI分離附著分離附著”。7.3.5 位置登記位置登記 l網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)絡(luò)通過BCCH通知通知MS其周期性登記的時其周期性登記的時間周期。周期性登記程序中有證實消息，間周期。周期性登記程

59、序中有證實消息，MS只有接收到此消息后才停止發(fā)送登記消只有接收到此消息后才停止發(fā)送登記消息。息。7.3.6 GSM系統(tǒng)的區(qū)域與號碼系統(tǒng)的區(qū)域與號碼 l1區(qū)域定義區(qū)域定義lGSM系統(tǒng)屬于小區(qū)制大容量移動通信網(wǎng)。系統(tǒng)屬于小區(qū)制大容量移動通信網(wǎng)。l在它的服務(wù)區(qū)間，設(shè)置很多基站，移動通在它的服務(wù)區(qū)間，設(shè)置很多基站，移動通信網(wǎng)在此服務(wù)區(qū)內(nèi)，具有控制、交換功能，信網(wǎng)在此服務(wù)區(qū)內(nèi)，具有控制、交換功能，以實現(xiàn)位置更新、呼叫接續(xù)、過區(qū)切換及以實現(xiàn)位置更新、呼叫接續(xù)、過區(qū)切換及漫游服務(wù)等功能。漫游服務(wù)等功能。l在由在由GSM系統(tǒng)組成的移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)組成的移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，其相應(yīng)的區(qū)域定義如圖其相應(yīng)的區(qū)

60、域定義如圖7-33所示。所示。 1區(qū)域定義區(qū)域定義圖圖7-33 GSM系統(tǒng)的區(qū)域定義系統(tǒng)的區(qū)域定義 1區(qū)域定義區(qū)域定義l（1）GSM服務(wù)區(qū)。服務(wù)區(qū)。l（2）公用陸地移動通信網(wǎng)（）公用陸地移動通信網(wǎng)（PLMN）。）。l（3）MSC區(qū)。區(qū)。l（4）位置區(qū)。）位置區(qū)。l（5）基站區(qū)。）基站區(qū)。l（6）扇區(qū)。）扇區(qū)。2號碼與識別號碼與識別l（1）移動用戶識別碼。）移動用戶識別碼。 l（2）臨時移動用戶識別碼。）臨時移動用戶識別碼。l（3）國際移動設(shè)備識別碼。）國際移動設(shè)備識別碼。l（4）移動臺的號碼。）移動臺的號碼。l 移動臺國際移動臺國際ISDN號碼（號碼（MSISDN）。）。l 移動臺漫游號碼（移