移動(dòng)通信第5章課件

1、第5章 GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)與GPRS 5.1 引言 5.2 GSM的電信業(yè)務(wù) 5.3 GSM結(jié)構(gòu) 5.4 GSM較模擬網(wǎng)的優(yōu)勢 5.5 GSM網(wǎng)絡(luò)接口 5.6 GSM的編號、 鑒權(quán)與加密 5.7 GSM無線信道 5.8 GSM呼叫方案 5.9 GSM通向3G的一個(gè)重要里程碑GPRS 5.1 引 言 表5-1 全球移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM的發(fā)展里程碑 日 期 成 果 1982年 “移動(dòng)通信特別組”在歐洲郵政與電信大會(CEPT)內(nèi)成立 1986年 建立一永久核心 1987年 在1986年圓形系統(tǒng)評價(jià)的基礎(chǔ)上, 選擇了主要無線傳輸技術(shù) 1988年 18個(gè)國家簽署諒解備忘錄, 并決定將GSM正式定

2、名為“全球移動(dòng)通信系統(tǒng)”(GlobalSystem for Mobile Communications) 1989年 GSM成立歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會的一個(gè)技術(shù)委員會 1990年 第一階段GSM 900規(guī)范(1987-1990年制定)被凍結(jié), 開始DCS1800的修改 1991年 第一個(gè)系統(tǒng)在Telecom 91展示會上運(yùn)行 DCS1800規(guī)范被凍結(jié) 1992年 歐洲各大GSM900營運(yùn)者開始商業(yè)營運(yùn) 5.2 GSM的電信業(yè)務(wù) 圖5-1 電信業(yè)務(wù)和承載業(yè)務(wù) 5.2.1 承載業(yè)務(wù) 表5-2列出了GSM的承載業(yè)務(wù)。 業(yè) 務(wù) 內(nèi) 容 異步數(shù)據(jù) 3009600 b/s 同步數(shù)據(jù) 12009600 b/s P

3、AD接入 3009600 b/s, 分組打包和拆包， 為GSM用戶接入分組網(wǎng)提供一個(gè)異步連接。該業(yè)務(wù)只能由移動(dòng)臺主叫發(fā)起 分組接入 24009600 b/s，為GSM用戶接入分組網(wǎng)提供一個(gè)同步連接。 該業(yè)務(wù)只能由移動(dòng)臺主叫發(fā)起 話音/數(shù)據(jù)交替 在呼叫過程中, 提供話音和數(shù)據(jù)的交替 話音后數(shù)據(jù) 先話音連接, 而后進(jìn)入數(shù)據(jù)連接 5.2.2 電信業(yè)務(wù) 1. 電話和緊急呼叫 話音編碼可以以64 kb/s速率進(jìn)行傳輸，但頻率利用率低。為提高頻率利用率，GSM采用13 kb/s（全速）話音編碼器來進(jìn)行話音編碼傳輸。GSM還可采用接近6.5 kb/s（半速）進(jìn)行話音編碼，使頻率利用率更高。表5-3列出GSM

4、支持的電信業(yè)務(wù)情況。 2. 短信息業(yè)務(wù)（SMS） GSM可以提供給用戶的短消息業(yè)務(wù)，使GSM用戶無需同時(shí)攜帶尋呼機(jī)。GSM設(shè)計(jì)者還允許移動(dòng)用戶發(fā)送短消息，即開展雙向短消息業(yè)務(wù)。對于MO/PP和MT/PP兩類短消息業(yè)務(wù) 業(yè)務(wù)中心是作為存儲轉(zhuǎn)發(fā)中心，該業(yè)務(wù)中心在功能上與GSM網(wǎng)絡(luò)分開。所有GSM點(diǎn)對點(diǎn)短消息都來自或去向該業(yè)務(wù)中心。 GSM允許短消息在一次呼叫中發(fā)送或空閑時(shí)發(fā)送。 表 5-3 電 信 業(yè) 務(wù)業(yè) 務(wù) 內(nèi) 容 話音服務(wù) 全速（13 kb/s）， 半速（6.5 kb/s）。 這項(xiàng)服務(wù)提供語音信息和語音信號到網(wǎng)絡(luò)的傳輸 緊急呼叫 典型的是， 緊急電話在一些受限的情況下， 更具有優(yōu)先權(quán)。 一般

5、只提供移動(dòng)用戶主叫發(fā)起 短消息服務(wù)（到移動(dòng)電話終端， MT/PP） 短字符消息，小于160個(gè)字符。這項(xiàng)服務(wù)用于消息處理系統(tǒng)（服務(wù)中心）提供短消息給移動(dòng)用戶 短消息服務(wù)（移動(dòng)電話發(fā)起， MO/PP） 短字符消息，小于160個(gè)字符。這項(xiàng)服務(wù)用于移動(dòng)用戶給消息處理系統(tǒng)（服務(wù)中心）提供短消息。以下由移動(dòng)用戶發(fā)起的呼叫可以進(jìn)行傳輸：一個(gè)在存儲器中預(yù)先存儲的消息；從撥號盤上發(fā)起的一串?dāng)?shù)字；從另外的鍵盤或設(shè)備終端與移動(dòng)臺相連的信息 短消息傳輸（小區(qū)廣播） 短字符消息，小于93個(gè)字符。這項(xiàng)服務(wù)用于傳輸對小區(qū)范圍內(nèi)的所有的移動(dòng)用戶。這是一點(diǎn)對多點(diǎn)的服務(wù) 自動(dòng)傳真 第3類傳真。這項(xiàng)服務(wù)自動(dòng)提供第3類呼叫和被呼模式

6、傳真 5.2.3 補(bǔ)充業(yè)務(wù) 表5-4 GSM支持的補(bǔ)充業(yè)務(wù) 業(yè) 務(wù) 內(nèi) 容 號碼識別 主叫號碼顯示(CLIP)主叫線號碼限制(CLIR)連接線顯示(CoLP)連接線限制(CoLR) 呼叫服務(wù) 前向呼叫無條件轉(zhuǎn)移（CFU）移動(dòng)臺忙時(shí)前向呼叫（CFB）無應(yīng)答前向呼叫（CFNRy）移動(dòng)用戶未能達(dá)到前向呼叫 呼叫完成 呼叫保持（HOLD）呼叫等待（CW） 表5-4 GSM支持的補(bǔ)充業(yè)務(wù) 業(yè) 務(wù) 內(nèi) 容 多方 多方業(yè)務(wù)(MPTY) 興趣群體 密切用戶群 計(jì)費(fèi) 計(jì)費(fèi)信息提示(AoCI) 計(jì)費(fèi)費(fèi)用提示(AoCC) 呼叫限制 所有呼叫禁止(BAOC)國際呼出禁止(BOIC)除撥向歸屬國家的國際呼出禁止(BOI

7、C-exHC)所有呼入禁止(BAIC)漫游出歸屬國家呼入禁止(BIC-Roam) 無結(jié)構(gòu)化 無結(jié)構(gòu)化補(bǔ)充業(yè)務(wù)數(shù)據(jù) 營運(yùn)者確定限制 由營運(yùn)者確定的不同呼叫/業(yè)務(wù)限制 5.3 GSM結(jié)構(gòu) 圖5-2 GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 5.3.1 移動(dòng)臺（MS）表5-5 GSM900系統(tǒng)的移動(dòng)臺功率等級 功率級 移動(dòng)臺最大功率 120W28W35W42W50.8W表5-6 DCS1800系統(tǒng)的移動(dòng)臺功率等級 功率級移動(dòng)臺最大功率11W20.25W 一個(gè)GSM移動(dòng)臺可以分成兩部分：一部分包括與無線電接口有關(guān)的硬件和軟件；另一部分包括用戶特有的數(shù)據(jù)：用戶識別模塊（SIM），SIM是GSM最有吸引力的組成部分。SIM有著與信

8、用卡相同的尺寸，或者是尺寸更小的內(nèi)插卸式SIM卡（俗稱小卡），小卡在許多手機(jī)中得到應(yīng)用。SIM卡支持用個(gè)人移動(dòng)性， 用戶可以只帶SIM卡旅游，在新的目的地只需將SIM卡插入GSM移動(dòng)臺即可得到服務(wù)。SIM卡包括有關(guān)移動(dòng)用戶指定的GSM業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)信息。它存儲有用戶識別號、位置信息和有關(guān)保密數(shù)據(jù)（如密鑰）、禁止GSM網(wǎng)絡(luò)和參考語言。SIM卡支持用個(gè)人身份碼（PIN）來鑒別卡的用戶，以防非法卡的使用。PIN由4到8位數(shù)字組成，在SIM卡出售時(shí)寫入。移動(dòng)臺如無SIM卡只能進(jìn)行緊急呼叫。 5.3.2 基站(BS)及基站收發(fā)信機(jī)（BTS） 表5-7 基站的功率等級 功率級 GSM900基站的最大功率 DC

9、S1800基站的最大功率 1320W20W2160W10W380W5W440W2.5W520W610W75W82.5W5.3.3 基站控制器（BSC） 一個(gè)基站控制器（BSC）監(jiān)視和控制幾個(gè)基站。BSC的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)頻率管理以及BTS的控制和交換功能。BSC通過BTS和MS的遠(yuǎn)程命令對無線電接口進(jìn)行管理，主要有無線信道安排和釋放，切換的安排。BSC向下連接一系列BTS，向上連接移動(dòng)交換中心（MSC）。一個(gè)BSC和與它相應(yīng)的BTS可看成是一基站子系統(tǒng)（BSS）。 5.3.4 發(fā)送編碼器和速率適配器單元（TRAU） TRAU網(wǎng)絡(luò)單元負(fù)責(zé)對16 kb/s到64 kb/s的用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送編碼及速率

10、適配。 在物理上，TRAU可以在BTS任何一邊， 即在BTS和BSC的BTS邊；或在BSC和MSC的BSC邊或MSC邊。通常在BSC和MSC的BSC邊。 5.3.5 移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（MSC） MSC的主要功能是協(xié)調(diào)去GSM或來自GSM用戶的呼叫。它主要由交換機(jī)及支持呼叫建立所需的幾個(gè)數(shù)據(jù)庫組成。它還是GSM網(wǎng)和公共交換電話網(wǎng)PSTN之間的接口。MSC還完成由MSC負(fù)責(zé)區(qū)域移動(dòng)用戶所有的交換和信令功能。一個(gè)MSC可以連接數(shù)個(gè)BSC。 除了支持BSC之外, MSC還處理BSC/MSC內(nèi)部的切換及相互之間的呼叫。 MSC具有無線資源管理和移動(dòng)性管理等功能， 例如移動(dòng)臺位置登記與更新、越區(qū)切換等。

11、為了建立從固定網(wǎng)至某個(gè)移動(dòng)臺的呼叫路由，固定網(wǎng)就遠(yuǎn)進(jìn)入關(guān)口MSC（GMSC），由該GMSC查詢有關(guān)的歸屬位置寄存器HLR， 并建立至移動(dòng)臺當(dāng)前所屬的MSC的呼叫路由。 5.3.6 歸屬位置寄存器（HLR） 1) 用戶數(shù)據(jù)的存儲 HLR必須存儲其歸屬用戶的有關(guān)數(shù)據(jù)。HLR還必須存儲由營運(yùn)者選擇的不同用戶提供的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并能隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展， 增改相應(yīng)存儲內(nèi)容。 2) 用戶數(shù)據(jù)的檢索 任何時(shí)候當(dāng)訪問者位置寄存器VLR請求（例如登記時(shí)）， HLR應(yīng)能依據(jù)要求向VLR提供有關(guān)的用戶數(shù)據(jù)。當(dāng)某些用戶數(shù)據(jù)有變化時(shí)（例如簽約的變化，服務(wù)項(xiàng)目清單的變化），HLR要能夠?qū)⑦@些數(shù)據(jù)信息通知VLR。 3) 提供移動(dòng)用

12、戶漫游號(MSRN) MSRN是在MS進(jìn)行位置更新時(shí)，由當(dāng)?shù)氐腣LR負(fù)責(zé)產(chǎn)生的。 MS被叫時(shí)，HLR應(yīng)能根據(jù)GMSC（關(guān)口MSC）或始發(fā)MSC的請求，將MSRN發(fā)往請求的MSC。 請求的MSC從而得到MS目前所在的MSC和位置區(qū)域LA。 4) 鑒權(quán) HLR應(yīng)能支持用戶的鑒權(quán)操作。 5) 登記 HLR應(yīng)能配合訪問者位置寄存器VLR完成登記功能和向前一個(gè)VLR發(fā)起取消登記功能。 6) 移動(dòng)臺去話 當(dāng)HLR接收到VLR發(fā)來的移動(dòng)臺去話通知后， HLR應(yīng)能設(shè)置此移動(dòng)臺為去話狀態(tài)。 7) HLR的恢復(fù) 應(yīng)能周期性地拷貝HLR中的數(shù)據(jù)（一般在24小時(shí)內(nèi)），拷貝可存儲在磁盤或磁帶中。當(dāng)HLR重新啟動(dòng)后，在前

13、一次拷貝的基礎(chǔ)上，執(zhí)行HLR恢復(fù)程序， 盡量得到正確的移動(dòng)用戶位置與補(bǔ)充業(yè)務(wù)有關(guān)的信息。為避免錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的擴(kuò)散，HLR應(yīng)通知相關(guān)的VLR，使VLR刪除與HLR有關(guān)的數(shù)據(jù)，同時(shí)HLR應(yīng)能夠撤消MS的登記，等待MS的重新登記。 5.3.7 訪問者位置寄存器（VLR） 1) 用戶數(shù)據(jù)的存儲 VLR必須存儲其歸屬用戶的有關(guān)數(shù)據(jù)。VLR還必須存儲由營運(yùn)者選擇的不同用戶提供的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并能隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展， 增改相應(yīng)存儲內(nèi)容。 2) 用戶數(shù)據(jù)的檢索 當(dāng)呼叫建立時(shí)，根據(jù)MSC的請求，VLR應(yīng)能夠依據(jù)TMSI、 MSRN向MSC提供用戶的信息。通常在移動(dòng)臺呼叫時(shí)，依據(jù)國際移動(dòng)用戶識別碼TMSI； 移動(dòng)臺被叫時(shí),

14、依據(jù)移動(dòng)用戶漫游號MSRN。 3) 登記 當(dāng)移動(dòng)用戶出現(xiàn)在一個(gè)新的位置區(qū)域或從移動(dòng)臺收到登記、 呼叫建立、補(bǔ)充業(yè)務(wù)操作消息后，若有需要，則應(yīng)能向HLR發(fā)出請求登記通知。VLR應(yīng)能完成登記、取消登記的功能，并能向HLR檢索用戶的信息。根據(jù)HLR的請求或當(dāng)用戶在24小時(shí)內(nèi)沒有在MSC/VLR區(qū)域中出現(xiàn)時(shí)，VLR應(yīng)能刪除該用戶的有關(guān)信息。 4) 移動(dòng)臺去話 當(dāng)VLR收到MSC發(fā)來的移動(dòng)臺去話通知后，VLR應(yīng)能刪除此用戶的數(shù)據(jù)，并能通知相應(yīng)的HLR。 5) 鑒權(quán) VLR應(yīng)能向鑒權(quán)中心(AUC)索取并存儲鑒權(quán)參數(shù)。VLR通過MSC要求移動(dòng)臺進(jìn)行鑒權(quán)，并比較從移動(dòng)臺返回的和自己存儲的鑒權(quán)參數(shù)。當(dāng)比較不一致

15、時(shí)，拒絕移動(dòng)臺的業(yè)務(wù)請求，同時(shí)予以警告。 6) 提供MSRN 當(dāng)MS位置更新時(shí)，當(dāng)?shù)氐腣LR應(yīng)能夠根據(jù)HLR請求，要求MSC分配MSRN，并將MSRN發(fā)往請求的HLR，即支持每次MS被呼叫時(shí)進(jìn)行的MSRN分配。 7) VLR的恢復(fù) 當(dāng)VLR發(fā)生數(shù)據(jù)錯(cuò)誤時(shí)，VLR應(yīng)能夠通知相應(yīng)的HLR，刪除與其相應(yīng)的數(shù)據(jù)。 5.3.8 鑒權(quán)中心（AUC） AUC鑒權(quán)中心是認(rèn)證移動(dòng)用戶的身份以及產(chǎn)生相應(yīng)認(rèn)證參數(shù)的功能實(shí)體。AUC對任何試圖入網(wǎng)的用戶進(jìn)行身份認(rèn)證，只有合法用戶才能接入網(wǎng)中并得到服務(wù)。它給每一個(gè)在相關(guān)HLR登記的移動(dòng)用戶安排了一個(gè)識別字, 該識別字用來產(chǎn)生用于鑒別移動(dòng)用戶身份的數(shù)據(jù)及用來產(chǎn)生用于對移動(dòng)

16、臺與網(wǎng)絡(luò)之間無線信道加密的另一個(gè)密鑰。 AUC存儲鑒權(quán)(A3)和加密(A8)算法。 AUC只與HLR通信。 5.3.9 設(shè)備識別寄存器（EIR） EIR是存儲有關(guān)移動(dòng)臺設(shè)備參數(shù)的數(shù)據(jù)庫。EIR實(shí)現(xiàn)對移動(dòng)設(shè)備的識別、監(jiān)視、閉鎖等功能，以防止非法移動(dòng)臺使用。 5.3.10 操作和維護(hù)中心（OMC） OMC操作維護(hù)中心是網(wǎng)絡(luò)操作維護(hù)人員對全網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控和操作的功能實(shí)體。接入MSC和BSC, 處理來自網(wǎng)絡(luò)的錯(cuò)誤報(bào)告, 控制BSC和BTS的業(yè)務(wù)負(fù)載。OMC通過BSC對BTS進(jìn)行設(shè)置并允許操作者檢查系統(tǒng)的相連部分。 在實(shí)際蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、所在地域以及其他因素，上述實(shí)體可有各種配置方式。通常將MSC

17、和VLR設(shè)置在一起， 而將HLR、 EIR和AC合設(shè)于另一個(gè)物理實(shí)體中。 5.4 GSM較模擬網(wǎng)的優(yōu)勢 5.4.1 GSM系統(tǒng)在抗瑞利衰落及干擾方面均優(yōu)于TACS系統(tǒng) 1. GSM系統(tǒng)具有較為完善的對抗瑞利衰落和符號間干擾的措施 （1）天線（空間）分集。 當(dāng)分集天線間距56 m時(shí)， 最大可獲得約6 dB的分集增益。 （2） 跳頻。 由于瑞利衰落的衰落谷點(diǎn)隨頻率不同而發(fā)生在不同地點(diǎn)，因此，使載頻在幾個(gè)頻率點(diǎn)上變化（跳頻），可減少信息損失，然后通過復(fù)雜的信息處理過程重新恢復(fù)全部信息。 跳頻只對慢速移動(dòng)用戶有好處，其得益約為14 dB（當(dāng)無天線分集時(shí)，最多可達(dá)4 dB, 當(dāng)有二重分集時(shí)，最多可有2.

18、5 dB）。但是，當(dāng)一個(gè)基站或小區(qū)只有2個(gè)載波時(shí)，不能獲得跳頻增益。 (3）均衡。均衡是消除時(shí)間色散引起的符號間干擾的有效措施。 GSM規(guī)范要求均衡器能處理時(shí)延高達(dá)15 的反射信號，大約相當(dāng)于4 bit時(shí)間。 2. 要求干擾保護(hù)比低 TACS系統(tǒng)要求同頻道干擾C/I大于1718 dB，GSM系統(tǒng)在無跳頻時(shí)要求C/I12 dB，有跳頻時(shí)要求C/I9 dB。GSM系統(tǒng)對鄰道干擾保護(hù)比只要求C/I-9 dB，載波偏離400 kHz時(shí)，要求C/I-4 dB。 由于同頻干擾保護(hù)比只要求大于等于912 dB，因此在GSM系統(tǒng)中可以采用TACS系統(tǒng)中可以用的頻率復(fù)用方式，例如采用43方式， 如果有跳頻功能而

19、且網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃考慮周全，也可采用33或26方式。 但是無論采用無方向性天線或有方向性天線， 以及無論哪一種復(fù)用方式，都應(yīng)避免相鄰載波在相鄰基站或小區(qū)使用。而選用33復(fù)用方式時(shí)不能避免相鄰頻道在相鄰小區(qū)內(nèi)使用。 5.4.2 GSM系統(tǒng)與TACS系統(tǒng)的性能比較 1. GSM系統(tǒng)頻率利用率高、系統(tǒng)容量高 這里以10 MHz可用頻帶為例說明： (1) TACS系統(tǒng)。10 MHz共有400個(gè)頻道，按73復(fù)用方式計(jì)算，每個(gè)小區(qū)只有18個(gè)話音頻道可用。按5%的頻道呼損率和每個(gè)用戶忙時(shí)話務(wù)量0.027 erl計(jì)算，一個(gè)3小區(qū)的基站可負(fù)荷13.3853=40.155 erl的話務(wù)量或可容1487個(gè)用戶。 (2) G

20、SM系統(tǒng)。 10 MHz共有50個(gè)載波400個(gè)頻道，按43復(fù)用方式計(jì)算，每個(gè)小區(qū)有31或32個(gè)話音信道，一個(gè)3小區(qū)的基站可負(fù)荷78.292 erl的話務(wù)量或可容2899個(gè)用戶。如果按33復(fù)用方式， 則每個(gè)小區(qū)有42或43個(gè)話音信道，一個(gè)3小區(qū)的基站可負(fù)荷110.713 erl的話務(wù)量或可容4100個(gè)用戶。以上按目前采用的全速率（FR）計(jì)算所得結(jié)果， 如按半速率（HR）考慮， 則有： 43復(fù)用方式可容177.82 erl的話務(wù)量或可容6586個(gè)用戶； 33復(fù)用方式可容244.83 erl的話務(wù)量或可容9067個(gè)用戶。 (3) GSM與TACS兩個(gè)系統(tǒng)的頻譜利用率及容量比較，見表5-8。 表5-8

21、 GSM與TACS的頻譜利用率及容量比較 頻率復(fù)用方式 頻譜利用率 系統(tǒng)容量 GSM（FR）/TACS GSM（HR）/TACS GSM（FR）/TACS GSM（HR）/TACS GSM 43 1.743.591.954.43TACS 73 GSM 33 2.354.812.766.1TACS 73 2. GSM系統(tǒng)具有開放的接口和通用的接口標(biāo)準(zhǔn) 3. GSM系統(tǒng)支持電信業(yè)務(wù)、 承載業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù) 4. GSM系統(tǒng)的保密性和安全性大大提高 由于采用數(shù)字傳輸，因此可以對全部消息進(jìn)行加密， 防止截聽，使用戶放心使用移動(dòng)電話。 利用用戶識別鑒權(quán)可以防止無權(quán)用戶使用GSM系統(tǒng)。 利用用戶識別保密，則

22、可使竊聽者不能確定在無線路徑上使用資源的是哪一個(gè)用戶，以保證用戶識別系統(tǒng)的安全與保密。 5.5 GSM網(wǎng)絡(luò)接口 5.5.1 空中接口（Um） 圖5-3 空中接口的協(xié)議堆棧 圖5-4 A-bis的接口協(xié)議堆棧 5.5.2 A-bis 接口 5.5.3 A接口 圖5-5 A接口協(xié)議堆棧 5.5.4 PSTN接口 就像MSC建立在綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN交換的基礎(chǔ)上一樣， GSM結(jié)構(gòu)也是建立在ISDN接入的基礎(chǔ)上的。為了充分利用ISDN業(yè)務(wù)的優(yōu)點(diǎn)，MSC通過以CCS7為基礎(chǔ)的協(xié)議如ISUP連接公共交換電話網(wǎng)PSTN。 (在許多國家它也可以不是ISUP。) 在GSM中，無ISUP信令方案連接，PSTN就

23、無法支持基本呼叫。 (今后的發(fā)展也可能會支持。 ) 5.5.5 移動(dòng)應(yīng)用部分（MAP） 圖5-6 MAP界面協(xié)議堆棧 1. MAP-B MAP-B是MSC和與它相關(guān)的訪問者位置寄存器VLR的接口，一旦MSC需要當(dāng)前在其區(qū)域移動(dòng)臺的有關(guān)數(shù)據(jù)，它就詢問VLR。當(dāng)用戶激活一個(gè)特殊的補(bǔ)充業(yè)務(wù)或修改與該業(yè)務(wù)有關(guān)的數(shù)據(jù)時(shí)，MSC（通過VLR）通知?dú)w屬位置寄存器HLR存儲這些修改的數(shù)據(jù)；如果需要，就更新VLR。由于MSC和VLR的接口相互聯(lián)系非常多，因此，有些制造商將VLR的功能集成在MSC中。 2. MAP-C MAP-C是MSC和HLR之間的接口，在GSM中它有一個(gè)被稱為關(guān)口的特殊的功能。由于在GSM中

24、所有到移動(dòng)臺的呼叫的編號和路由方案首先由GMSC（關(guān)口 MSC）處理，所謂的“關(guān)口”表示從公共交換電話網(wǎng)PSTN到移動(dòng)網(wǎng)的一條路徑。GMSC然后查詢相應(yīng)用戶的HLR, 以決定一個(gè)呼叫或一條短消息的路由信息，這些信息由MAP-C協(xié)議處理，附加SMS和計(jì)費(fèi)信息來自該接口信息組的部分。 3. MAP-D MAP-D是HLR和VLR之間的接口。它用于交換有關(guān)移動(dòng)臺的位置和用戶管理的數(shù)據(jù)。VLR通知HLR有關(guān)由該HLR管理的移動(dòng)臺位置，并提供該用戶漫游的信息。數(shù)據(jù)交換可以出現(xiàn)在移動(dòng)用戶要求的特殊服務(wù)，或可出現(xiàn)在傳到已經(jīng)做完的描述上，還可以出現(xiàn)在描述參數(shù)被管理者修改等情況。 4. MAP-E 當(dāng)移動(dòng)臺在呼

25、叫進(jìn)程中從一個(gè)MSC區(qū)域移動(dòng)到另一個(gè)MSC區(qū)域，為了保持通信不中斷，必須完成過境切換過程（a handover procedure）。我們假設(shè)MSC之間已經(jīng)交換了初始化的數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)該操作。該接口支持完成切換功能所需的信令，當(dāng)移動(dòng)臺和短消息服務(wù)中心之間要傳送短消息時(shí)，該接口用來在該移動(dòng)用戶所在的MSC和與短消息中心接口的MSC之間傳送信息。 5. MAP-F MAP-F是MSC和設(shè)備識別寄存器（EIR）之間的接口，它用于交換保證EIR識別移動(dòng)用戶設(shè)備的數(shù)據(jù)。 5.6 GSM的編號、鑒權(quán)與加密 5.6.1 編號和路由 1. 移動(dòng)用戶ISDN號（MSISDN） MSISDN是用戶為找到GSM用戶所

26、撥的號碼。公共交換電話網(wǎng)PSTN在MSISDN基礎(chǔ)上將該呼叫路由到關(guān)口MSC（GMSC）， GMSC在內(nèi)部一張MSISDN與HLR對應(yīng)表的基礎(chǔ)上， 去對應(yīng)HLR查詢以獲得用戶信息。HLR應(yīng)答有關(guān)移動(dòng)用戶當(dāng)前所在的MSC身份等特殊信息，并提供一個(gè)可到達(dá)被叫用戶的號碼，該號碼就是所謂的移動(dòng)用戶漫游號（MSRN）。 MSISDN包含國家代碼（CC）、 國家目的代碼（NDC）和用戶碼（SN）。國家代碼用于識別目的國家和按區(qū)域變化。 例如，美國的國家代碼是1，英國的國家代碼為44，中國的國家代碼為86。國家代碼由ITU-T管理。NDC可以有兩種方法使用， 用于識別目的網(wǎng)或識別用戶所屬的地理區(qū)域。在美國，

27、NDC作為編碼計(jì)劃地區(qū)（NPA）或地區(qū)碼。它不用來識別目的網(wǎng)絡(luò)，而是按地理區(qū)域編碼的。用戶號碼是讓呼叫者撥號用的，該號碼通常在電話簿中可以查到。NDC和SN由國家指定的管理部門管理。 2. 國際移動(dòng)用戶識別碼（IMSI） 圖5-7 IMSI結(jié)構(gòu) IMSI由三部分組成： （1） 由三位數(shù)字組成的移動(dòng)國家代碼（MCC）； （2） 由兩位數(shù)字組成的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)代碼（MNC）； （3） 移動(dòng)用戶識別號（MSIN）。 MCC惟一表示移動(dòng)用戶的所屬國家， MCC與MSISDN中的CC不同在于它只有固定長度（即3位數(shù)字），而CC字位是可變的同樣，在每一個(gè)國家MCC不同于CC。例如，美國的CC是1， 而MCC是3

28、10316； 我國的CC是86， 而MCC為460。 3. 臨時(shí)移動(dòng)用戶識別號 存儲在移動(dòng)臺和SIM卡中的信息 縮寫 全 名 解 釋 IMSI 國際移動(dòng)用戶識別碼 它是作為惟一的用戶識別碼， 但不是可撥打的號碼 TMSI 臨時(shí)移動(dòng)用戶識別號 由VLR分配使用在空中接口， 是出于安全意圖。 它確保用戶的保密性 IMEI 國際移動(dòng)設(shè)備識別碼 用于空中接口， 提供設(shè)備識別號。 手機(jī)的惟一識別號 圖5-8 在GSM中用于記數(shù)和鑒別的參數(shù)縮寫 全 名 解 釋 MSISDN移動(dòng)用戶ISDN號 可撥打的移動(dòng)用戶電話號 MSRN移動(dòng)臺漫游號 GSM網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部使用， 提供被訪的MSC路由 網(wǎng)絡(luò)使用的路由信息 圖5

29、-8 在GSM中用于記數(shù)和鑒別的參數(shù)4. 位置區(qū)域(location areas) 圖5-9 定位區(qū)域和小區(qū)識別參數(shù) (1) 位置識別碼（LAI）和小區(qū)識別碼(CI)。 LAI的結(jié)構(gòu)與IMSI結(jié)構(gòu)相同，有MCC、MNC和LAC（Location Area Code）。在檢測位置更新和信道切換時(shí)，要使用位置區(qū)識別標(biāo)志。 號碼結(jié)構(gòu)為：三位數(shù)字 兩位數(shù)字 最大16 bit MCC MNC LAC MCC和MNC與IMSI碼中的MCC和MNC定義相同。LAC為位置區(qū)碼， 用于識別GSM網(wǎng)絡(luò)中的位置區(qū)域的固定長度的碼字， 最多不超過2個(gè)字節(jié)，采用十六進(jìn)制編碼，由各營運(yùn)部門自定。 在LAI后面加上小區(qū)的標(biāo)

30、志號CI（最大16 bit）可構(gòu)成小區(qū)識別碼。 (2) 基站識別碼(BSIC)。 BSIC用于移動(dòng)臺識別相同載波的不同基站，特別用于區(qū)別在不同國家的邊界地區(qū)采用相同載波且相鄰的基站。BSIC為一個(gè)6 bit編碼， 結(jié)構(gòu)為： 3 bit 3 bitNCC BCC NCC為網(wǎng)絡(luò)色碼，用來識別相鄰的移動(dòng)通信網(wǎng)。BCC為BTS色碼， 用來識別相同載波的不同基站。 5.6.2 鑒權(quán)與加密(Authentication and Ciphering) 圖5-10 GSM的鑒權(quán)過程 表5-9 IS-41 C與GSM鑒權(quán)過程比較 GSM IS-41 Rev C 密鑰的提供 128位的鑒權(quán)密鑰Ki存在于SIM卡中

31、 64位鑒權(quán)密鑰（A密鑰）通過郵件傳輸給用戶。用戶接收到密鑰后把它輸入電話中。也可以選擇空中接口程序輸入密鑰。這不需要用戶進(jìn)行任何干預(yù)。共享或保密的數(shù)據(jù)都是從A密鑰中得到的 鑒權(quán)機(jī)理 獨(dú)一無二的競爭過程， 鑒權(quán)中心給每一個(gè)移動(dòng)用戶提供不同的隨機(jī)數(shù)RAND） 如果用戶在同一個(gè)小區(qū)內(nèi)使用同樣的RAND就會進(jìn)行全局競爭程序。 程序支持惟一性， 但它不是主要的鑒權(quán)過程 GSM IS-41 Rev C 鑒權(quán)過程 獨(dú)一無二的RAND和Ki作為A3算法的輸入，生成SRES通過網(wǎng)絡(luò)傳輸進(jìn)行鑒別。A3算法的輸入?yún)?shù)和接入方式無關(guān) 廣播的RAND、ESN、MIN1和SSD-A作為CAVE算法的輸入產(chǎn)生AUTHR。

32、 通過網(wǎng)絡(luò)傳輸進(jìn)行鑒別。CAVE算法的輸入?yún)?shù)隨著接入方式的不同而不同。 （例如： 登記或主呼發(fā)起等等） 漫游用戶的鑒權(quán) 給VLR提供一組參數(shù)。 每組參數(shù)包括RAND、 SRES和密鑰Kc。VLR選擇一個(gè)RAND要求移動(dòng)用戶進(jìn)行鑒權(quán)。將MS送來的SRES與網(wǎng)絡(luò)生成的SRES進(jìn)行比較。一般來說，一次傳輸5個(gè)數(shù)據(jù)。一旦VLR全部用完，就需要向LR/AUC申請附加的組參數(shù)。3算法駐留在AUC中 給VLR提供SSD。VLR中有CAVE算法。從MS接收到RAND、 ESN和MINI信號后，VLR能夠通過存儲的SSD-A作為CAVE算法的輸入，用于對MS自動(dòng)鑒權(quán) GSM IS-41 Rev C 鑒權(quán)參數(shù)的

33、傳輸 一旦信道已經(jīng)建立起來， 鑒權(quán)信息就被發(fā)送。 這樣帶寬效率較高 鑒權(quán)參數(shù)可以作為初始接入信息的一部分 鑒權(quán)數(shù)據(jù)抗截獲保護(hù) 如果這組參數(shù)在網(wǎng)絡(luò)中被截獲，用戶會遭損害直到這組參數(shù)全部用完。之后，又可以要求新的一組參數(shù) SSD在網(wǎng)絡(luò)中被攔截， 用戶因此會受很長時(shí)間的牽連。 可以通過歷史記錄（COUNT）參數(shù)來防范這一點(diǎn) 圖5-11 GSM的加密過程 5.7 GSM無線信道 5.7.1 頻域分析 正像前面已提到，GSM是TDMA/FDMA系統(tǒng)。GSM900系統(tǒng)使用900 MHz頻段, 收發(fā)頻差為45 MHz。每個(gè)射頻（RF）信道頻道寬度為200 kHz, 共有8個(gè)時(shí)隙信道。每個(gè)RF信道由一個(gè)上行（

34、up link）和一個(gè)下行（down link）頻率對組成， 這種方式稱為頻分雙工（FDD）。由于各基站(BTS)會占用頻段中任何一組頻率, 移動(dòng)臺必須有在整個(gè)頻段上發(fā)送和接收信號的能力。 5.7.2 時(shí)域分析 GSM將每一個(gè)無線信道分成8個(gè)不同時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙支持一個(gè)用戶， 這樣一個(gè)無線信道能夠支持8個(gè)用戶。每個(gè)用戶被安排在無線信道的一個(gè)時(shí)隙中并只能在該時(shí)隙發(fā)送。時(shí)隙從07編碼。這相同頻率的8個(gè)時(shí)隙被稱為一個(gè)TDMA幀。用戶在某一時(shí)隙發(fā)送被稱為突發(fā)時(shí)隙(burst)。一個(gè)突發(fā)長度時(shí)隙為577s，一幀為4.615 ms。若用戶在上行頻率的0時(shí)隙發(fā)送，則將在下行頻率的0時(shí)隙接收。時(shí)隙0的上行發(fā)射出

35、現(xiàn)在接收下行時(shí)隙的三個(gè)時(shí)隙之后。這樣帶來一個(gè)好處是移動(dòng)臺不需要雙工器。但它需要同步發(fā)射和接收。在移動(dòng)臺中去掉雙工器，可使GSM手機(jī)更輕，功耗更小，制造價(jià)格更便宜。 5.7.3 語音編碼(Speech Coding) 圖5-12 不同GSM接口的語音傳輸示意 5.7.4 信道編碼(Channel Coding) 圖5-13 語音編解碼的前向糾錯(cuò)（全速業(yè)務(wù)信道） 5.7.5 交織（Interleaving） 一旦語音數(shù)據(jù)按上節(jié)描述那樣進(jìn)行編碼，下一步就是將它放入TDMA時(shí)隙并通過空中接口發(fā)送。這一過程稱為交織，它通常作為計(jì)數(shù)器測量以抗空中接口的不可靠傳輸路徑，特別是通過交織的處理抗瑞利衰落，數(shù)據(jù)被

36、擴(kuò)充到無線路徑中幾個(gè)時(shí)隙， 這樣可以減小在一個(gè)語音幀中被衰落的概率。在空中接口中使用的交織深度有4（多數(shù)據(jù)控制信道）、8（全速語音）、19（數(shù)字信道）。 GSM所采用的交織是一種既有塊交織又有比特交織的交織技術(shù)。全速語音的時(shí)塊被交織成8個(gè)突發(fā)時(shí)隙，即，從語音編碼器來的456 bit輸出被分裂成8個(gè)時(shí)塊，每個(gè)子塊57個(gè)比特，再將每57個(gè)比特進(jìn)行比特交織，然后再根據(jù)奇偶原則分配到不同的突發(fā)塊口，交織造成65個(gè)突發(fā)周期或37.5 ms滯后。 5.7.6 調(diào)制 GSM采用GMSK（高斯最小移頻鍵控）調(diào)制。GMSK具有每符號bit的有效性，由于這種調(diào)制技術(shù)有個(gè)很窄的功率譜， 因而與IS-54不同，不需要

37、采用線性功率放大器。 5.7.7 信道組成(Channel Organization) 1. 控制信道 (1) 廣播控制信道（BCCH）。 BTS在它的小區(qū)利用該信道進(jìn)行廣播，它是一個(gè)單向下行信道，用以傳送MS在它的小區(qū)所要使用的信息。例如，網(wǎng)絡(luò)同步信息就是建立在該信道的信息上，MS能夠決定是否通過和如何通過現(xiàn)行小區(qū)接入系統(tǒng)， 該信道的信息還可以使MS識別網(wǎng)絡(luò)，接入網(wǎng)絡(luò)等等。廣播信息可分成下面幾組： 給出網(wǎng)絡(luò)和相鄰小區(qū)的惟一識別信息，小區(qū)識別移動(dòng)網(wǎng)編碼（形成IMSI的部分），位置地區(qū)識別（LAI）和相鄰小區(qū)廣播控制信道的頻率信息，等等。它們組成這一部分識別信息。 描述當(dāng)前控制信道結(jié)構(gòu)的信息，用

38、于小區(qū)的控制信道配置，周期位置更新計(jì)時(shí)器和其類似信息組成這部分信息。 定義小區(qū)所支持的選擇信息。例如，是否允許不連續(xù)發(fā)送（DTX）；小區(qū)重新選擇的滯后；MS在接入控制信道時(shí)可使用的最大發(fā)射功率級；MS允許接入系統(tǒng)所需要的最小接收信號級別；是否支持半速編解碼或者支持?jǐn)U展的GSM頻率，等等。 它們組成了這部分信息。 控制接入的信息。最多的試呼次數(shù)，試呼的平均間隔小區(qū)是否禁止接入，小區(qū)是否允許重建，是否允許緊急呼叫等， 組成了這部分接入控制信息部分。 (2) 頻率校正信道（FCCH）。FCCH提供MS系統(tǒng)的參考頻率。MS使用FCCH來糾正它內(nèi)部的時(shí)鐘基準(zhǔn)，使其容易獲得另外信道的突發(fā)時(shí)隙，該信道同時(shí)也

39、給MS提供一個(gè)指示的同步信道（SCH）。因?yàn)橐粋€(gè)SCH總跟著FCCH同樣頻率的8個(gè)時(shí)隙。 (3) 同步信道（SCH）。該信道提供MS有關(guān)MS接收接另外信道突發(fā)時(shí)隙必須訓(xùn)練序列。因?yàn)橛?xùn)練序列MS和BTS預(yù)先都知道。MS可以調(diào)整它的內(nèi)部定時(shí)方案，并正確進(jìn)行解碼，此外，該信道提供有關(guān)BS使用訓(xùn)練序列的信息碼，國家色碼和TDMA幀碼。 (4) 公共控制信道（CCCH）。 該信道支持MS和BTS之間專用通信路徑（專用信道）的建立。 有三種類型的CCCH，它們是隨機(jī)接入信道（RACH）、尋呼信道（PCH）和接入許可信道（AGCH）。 隨機(jī)接入信道（RACH）。該信道由MS用于呼叫發(fā)起時(shí)從網(wǎng)絡(luò)中申請一個(gè)專用

40、信道。它是一個(gè)被所有試圖接入網(wǎng)絡(luò)工作MS所共享的單向上行信道。在RACH只存在信道請求信息， 它有8 bit長。它有一個(gè)建立的起因和一個(gè)隨機(jī)參數(shù)。建立的起因給試圖接入網(wǎng)絡(luò)的原因提供一個(gè)指示，使它允許網(wǎng)絡(luò)合理分配資源。 有些呼叫包括緊急呼叫、對尋呼的應(yīng)答、位置更新、發(fā)起語音呼叫和發(fā)起數(shù)據(jù)呼叫等，它們對資源的要求不盡相同。 隨機(jī)參考是一個(gè)由MS隨機(jī)選擇的數(shù)，用來與來自BTS請求下的響應(yīng)相關(guān)。 呼叫信道（PCH）。該信道由BTS用來尋呼小區(qū)中的移動(dòng)臺， 它是單向下行信道，由小區(qū)中所有移動(dòng)臺所共享。GSM允許多至四個(gè)MS在一次尋呼信息中被呼叫?？梢杂肕S的臨時(shí)移動(dòng)用戶識別碼TMSI或國際移動(dòng)用戶識別碼

41、IMSI來尋呼它們。為了延長電池壽命，GSM還支持有關(guān)不連續(xù)接收（DRX），使MS在空閑狀態(tài)（即等待尋呼信號狀態(tài)）解碼所需的信息量最小。一種最小化的方法是MS只監(jiān)視PCH中尋呼的部分，而不是整個(gè)PCH， GSM通過允許尋呼子信道來支持這一點(diǎn)。 對一個(gè)特殊MS的尋呼只在它的尋呼子信道中進(jìn)行。這使得MS只對它子信道的尋呼進(jìn)行解碼而不是整個(gè)PCH，這樣可以節(jié)省功耗。MS通過用戶IMSI的最后三位來預(yù)先確定呼叫子信道。 接入許可信道（AGCH）。 對MS在RACH信道請求的響應(yīng)在AGCH送出， 這是一個(gè)小區(qū)中的所有MS共享的單向下行信道。成功的響應(yīng)，包括有關(guān)指示專用信道數(shù)的信息，為保證信息不在BTS溢

42、出的MS需要的定時(shí)信息及在其信道請求信息中MS發(fā)送的隨機(jī)參考數(shù)。 (5) 專用控制信道（Dedicated Control Channels）。這些信道傳送網(wǎng)絡(luò)和MS之間的非用戶信息，如信道管理移動(dòng)收費(fèi)管理和無線資源管理。典型的發(fā)送信息包括： 如MS請求由網(wǎng)絡(luò)分配的附加專用信道，加密的開始和結(jié)束，MS信息請求，切換信息等等。有三種專用控制信道：獨(dú)立的專用控制信道（SDCCH），慢相關(guān)控制信道（SACCH）和快相關(guān)控制信道（FACCH）。 獨(dú)立專用控制信道（SDCCH）。該信道用來在MS和BTS之間傳送信令信息，它是雙向的專用信道。比較典型地用在位置更新及在語音和數(shù)據(jù)呼叫中，在使用業(yè)務(wù)信道前使用

43、。 慢相關(guān)控制信道（SACCH）。SACCH結(jié)合業(yè)務(wù)信道TCH或SDCCH進(jìn)行分配。它是雙向的專用信道，用以攜帶控制和測量參數(shù)，以及用于保持MS和BTS之間無線鏈路必要的路由數(shù)據(jù)。 現(xiàn)主要用于短信，傳送手機(jī)測量下行信道的測量參數(shù)和功率控制信息等等。 快相關(guān)控制信道（FACCH）。FACCH是一個(gè)需要時(shí)才出現(xiàn)的信道。 在該信道所能攜帶的信息與SDCCH一樣。它與SDCCH不同的是被分配和固定了時(shí)間間隙，但直到網(wǎng)絡(luò)或用戶需要時(shí)才釋放它。 在另一方面，一個(gè)FACCH通過從TCH竊得時(shí)隙使用TCH。 當(dāng)MS和網(wǎng)絡(luò)需要交換關(guān)鍵定時(shí)信息時(shí)才采用。 FACCH主要用于切換、 短信及通知手機(jī)測試哪些鄰區(qū)等場合

44、。 2. 業(yè)務(wù)信道（TCH） 表5-10 GSM的邏輯信道和它們的特征邏輯信道 只有上行 只有下行 既有上行又有下行 點(diǎn)到點(diǎn) 廣播 可出讓的 共享的 BCCHFCCHSCHRACHPCHAGCHSDCCHSACCHFACCHTCAH圖5-14 用于GSM的各類突發(fā)時(shí)隙 5.7.8 不連續(xù)發(fā)送和話音激活檢測 不連續(xù)發(fā)送是人們講話的重要特性。當(dāng)兩人在交談中，總是一方講，一方聽，如果二人同時(shí)講，往往會造成混亂。GSM利用了這一特點(diǎn)，當(dāng)GSM的話音編解碼器檢測到話音的間隙后， 在間隙期不發(fā)送，這就是所謂的GSM不連續(xù)發(fā)送（DTX）。 DTX能在通話期對話音進(jìn)行13 kb/s編碼，在停頓期用500 b/

45、s編碼。 為什么在停頓期要用500 b/s發(fā)送呢? 原因是對聽者來說， 講話的間隙如果太安靜會十分困惑， 使聽者以為連接已中斷。 為避免這種情況，GSM在講話停頓時(shí)發(fā)送稱之為舒適的噪聲， 對講話者的背景噪聲進(jìn)行編碼。背景噪聲往往是不同的，當(dāng)講話者在汽車內(nèi)，可對汽車噪聲進(jìn)行編碼； 當(dāng)講話者在辦公室， 可以對背景辦公室噪聲進(jìn)行編碼，由于在停頓時(shí)，是對講話者實(shí)際環(huán)境的背景噪聲進(jìn)行編碼，因而使用戶在通話時(shí)有連續(xù)感。 5.7.9 定時(shí)前置和功率控制 1. 定時(shí)前置（Timing Advance） GSM具有非常嚴(yán)格的時(shí)間同步系統(tǒng)， 處理傳輸時(shí)延變化的方法是考慮可能的最大傳輸時(shí)延。在每個(gè)時(shí)隙片的結(jié)尾要留有

46、足夠的保護(hù)時(shí)間作補(bǔ)償。MS在保護(hù)期內(nèi)不能發(fā)送用戶數(shù)據(jù)，即使兩個(gè)時(shí)間出現(xiàn)重疊只能在保護(hù)時(shí)間內(nèi)重疊。 由于在該時(shí)間內(nèi)無用戶信息發(fā)送, 就無數(shù)據(jù)丟失。這一方案雖然具有簡單及信令要求最小的優(yōu)點(diǎn)，但降低了系統(tǒng)的頻譜利用率。GSM選擇了小的保護(hù)周期和對各時(shí)隙的定時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制的方案。定時(shí)前置允許對每個(gè)時(shí)隙的上行發(fā)送時(shí)間獨(dú)立控制，遠(yuǎn)離BTS的MS要求比離BTS近的MS發(fā)射早。在GSM中最大的定時(shí)前置限制小區(qū)尺寸在35 km左右。 2. 功率控制 在GSM中，功率電平每60 ms變化臺階為2 dB（步長）。上行功率控制范圍是2030 dB，步長2 dB；下行功率控制范圍一般可達(dá)30 dB， 步長也是2 dB。

47、BSS是功率控制的管理者， 通過指令規(guī)定BTS和MS的功率。BSS通過評估BTS對MS測量的結(jié)果，調(diào)整MS的傳輸功率。同樣，BSS也通過評估MS報(bào)告的BTS下行傳輸功率，調(diào)整BTS的發(fā)射功率。 5.7.10 移動(dòng)臺接入 MS從GSM網(wǎng)絡(luò)中得到服務(wù)的第一步就是把它接入系統(tǒng)。接入的原因有以下幾種：試圖發(fā)起呼叫，對網(wǎng)絡(luò)請求的響應(yīng)（如被呼），MS作周期性的位置更新。不管是哪種原因， 接入過程是相同的。由于各小區(qū)用戶數(shù)及運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性，要保持試圖接入系統(tǒng)的用戶數(shù)一致是不現(xiàn)實(shí)的。 在GSM中有單獨(dú)一個(gè)信道用于MS在該小區(qū)的接入。GSM的接入模型可用著名的ALOHA模型來代替。ALOHA系統(tǒng)是不相關(guān)用戶同搶一

48、個(gè)共享信道。 5.8 GSM呼叫方案 5.8.1 移動(dòng)臺開機(jī)后的工作 當(dāng)MS開機(jī)后，它將在GSM網(wǎng)中對自己進(jìn)行初始化。由于MS對自身的位置、小區(qū)配置、網(wǎng)絡(luò)情況，接入條件均不清楚，因此這些信息都要從網(wǎng)絡(luò)中獲得。為了獲得這些必要的信息，MS首先必須確定BCCH頻率，以獲得操作必需的系統(tǒng)參數(shù)。在GSM900中，有124個(gè)無線頻率，在DCS1800中有接近375個(gè)無線頻率。要確定BCCH須搜索和對所有這些頻率進(jìn)行解碼，這將花費(fèi)許多時(shí)間。為了幫助MS完成這一任務(wù)， GSM允許在SIM中存儲一張頻率表，這些頻率是前一次小區(qū)登錄上的BCCH頻率，以及在該BCCH廣播的鄰近小區(qū)的頻點(diǎn)， MS上電后就開始搜索這

49、些頻率。 GSM所有的BCCH均滿功率工作，即BCCH不進(jìn)行功率控制， BTS在BCCH信道上所有的空閑時(shí)隙發(fā)空閑標(biāo)志，這兩點(diǎn)保證了BCCH頻率有比小區(qū)其他頻率有更大的功率密度。MS搜索無線頻率查找一個(gè)比其他功率大的頻率較簡單。在找到無線頻點(diǎn)以后，MS下一步要確定FCCH。使用同樣的原理，由于FCCH功率密度大于BCCH頻率，在找到FCCH之后，MS通過解碼使自身與系統(tǒng)的主頻同步。一旦MS確定了FCCH并同步后，它可以正確地確定時(shí)隙和幀的邊界，至此，它便取得了時(shí)間同步。MS知道在相同的頻率上FCCH的第8個(gè)時(shí)隙后是同步信道SCH，它只需簡單等待8個(gè)時(shí)隙，便可對SCH解碼獲得時(shí)間同步。至此，MS

50、已可對BCCH上的其他數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼了。 5.8.2 小區(qū)選擇（Cell Selection） 在選擇MS所在的小區(qū)之前，MS不得不確定它能否從網(wǎng)絡(luò)中獲得服務(wù)。BCCH攜帶了有關(guān)GSM網(wǎng)絡(luò)的有關(guān)該小區(qū)的識別號。MS可以手工或自動(dòng)（存儲在用戶識別模塊SIM中的GSM表中）確定有效GSM網(wǎng)。 如果當(dāng)前小區(qū)不是有效GSM網(wǎng)絡(luò)部分， MS只能尋找其他BCCH。 一旦選擇了有效的GSM網(wǎng)，MS就可選擇登錄的小區(qū)，MS有一個(gè)小區(qū)選擇算法， 用于確定最好的有效小區(qū)。有幾個(gè)因數(shù)如MS收到的信號強(qiáng)度、位置區(qū)域和MS的功率等級等都可用于小區(qū)選擇的確定。 5.8.3 位置登記和位置更新 如果是位置登記，MS以它的IM

51、SI等數(shù)據(jù)向GSM網(wǎng)絡(luò)請求位置登記，網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過驗(yàn)證后會分派一個(gè)TMSI代碼給MS。MS得到TMSI后，會將TMSI代碼存儲在SIM卡中，以后不論是手機(jī)關(guān)機(jī)還是重新開啟，TMSI都存儲在手機(jī)的SIM卡中。 如果是位置更新，MS首先就是確定該工作小區(qū)是否就是以前登記過的位置區(qū)。它從BCCH獲得位置區(qū)信息并將它與存儲在SIM卡原先登記的位置區(qū)進(jìn)行比較，如果位置區(qū)是同一個(gè)， MS就進(jìn)入空閑模式等待用戶發(fā)起呼叫或接收來自網(wǎng)絡(luò)的尋呼。 如果位置區(qū)不一致，那么它將通知網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫存放的該MS的位置信息不再正確需要更新。在這期間任何對該MS的呼叫都不會獲得成功，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)會在該MS原先登記的小區(qū)中發(fā)尋呼， 由于該M

52、S不在原先小區(qū)，呼叫自然不會成功。這樣MS必須把它的新位置區(qū)盡可能快地通知網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)能夠更新它的數(shù)據(jù)庫， 在以后將呼叫成功地接到該MS。一旦確認(rèn)需位置更新， MS應(yīng)立即進(jìn)行位置更新。 需要強(qiáng)調(diào)的是，在位置登記中，MS是以IMSI向網(wǎng)絡(luò)更新位置；而在位置更新中， MS是以TMSI向網(wǎng)絡(luò)回報(bào)信息的。 5.8.4 建立通信鏈路(Establishing Communication Link) 在MS進(jìn)行位置登記之前，首先必須建立與網(wǎng)絡(luò)的通信鏈路。有了通信鏈路才能進(jìn)行位置更新信息的變換，通信鏈路的建立程序由MS調(diào)諧到隨機(jī)接入信道RACH上發(fā)出信道請求信息。 然后轉(zhuǎn)到接入許可信道AGCH，等待來自網(wǎng)絡(luò)

53、的響應(yīng)。BTS收到信道請求后， 便增加有關(guān)傳輸時(shí)延的信息一起傳輸給BSC。BSC能夠通過比較時(shí)延進(jìn)行賦值。MS送出信道請求信息有一個(gè)長的保護(hù)周期，因?yàn)檫@是MS第一次發(fā)送的信息，網(wǎng)絡(luò)和MS對時(shí)延的大小都沒有認(rèn)識，長的保護(hù)周期可以保證即使該信息與下一個(gè)時(shí)隙的信息重疊，在BTS接收時(shí)，信息內(nèi)容也不會丟失。 5.8.5 起初信息過程(Initial Message Procedure) MS在接收到信道分配信息，調(diào)諧到分配信道上發(fā)送一個(gè)業(yè)務(wù)請求信息（在獨(dú)立專用控制信道SDCCH上送出）。這信息指明MS從網(wǎng)絡(luò)請求什么業(yè)務(wù)， 在位置更新情況下，請求是一個(gè)位置更新請求，這個(gè)信息有關(guān)于MS識別碼的詳細(xì)信息。（

54、這是第一次網(wǎng)絡(luò)開始了解MS的識別碼，直到現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)還不知該用戶是否有權(quán)從網(wǎng)絡(luò)中得到該服務(wù)。）包括有關(guān)移動(dòng)識別碼（如TMSI）的信息、功率級、頻率容量、MS支持的保密算法（如A5）等等。這些信息由BSC送給MSC通過A接口作進(jìn)一步處理， MSC然后通過MAP-B接口將信息傳給VLR。 5.8.6 鑒權(quán)(Authentication) 一旦當(dāng)前的VLR成功地接收到適當(dāng)原因（位置更新， 呼叫建立等等）的起始信息，它將啟動(dòng)鑒權(quán)和保密程序。鑒權(quán)程序的目的有兩個(gè)：第一是容許網(wǎng)絡(luò)檢查MS提供的識別號是否可接收， 第二是提供讓MS計(jì)算新加密鑰。鑒權(quán)過程總是由網(wǎng)絡(luò)發(fā)起。 正像前面討論過的，鑒權(quán)算法駐留在網(wǎng)絡(luò)側(cè)的鑒

55、權(quán)中心AUC和MS側(cè)的SIM用戶識別卡中，AUC對應(yīng)各用戶，選擇一個(gè)隨機(jī)數(shù)并連同用戶的惟一碼將它輸入A3/A8算法，輸出就是在GSM術(shù)語中稱為三體聯(lián)合（triplet），即RAND、SRES和Kc）。正像我們前面解釋的，這一計(jì)算是很花CPU時(shí)間的，為了節(jié)省時(shí)間AUC在一個(gè)時(shí)間計(jì)算幾個(gè)triplets并提供給歸屬位置寄存器HLR。VLR請求這些triplets在一個(gè)發(fā)送的參數(shù)信息中，HLR提供它們作為響應(yīng)。 一旦VLR不得不完成鑒權(quán)，它通過SDCCH送一個(gè)鑒權(quán)請求給MS。 這一信息包含隨機(jī)詢問（即RAND）。RAND的值從幾個(gè)triplets中得到一個(gè)。 VLR存儲起來用來對付這一特定的用戶。本

56、質(zhì)上，VLR詢問MS是為了證明它要求是什么，MS在SIM卡的幫助下產(chǎn)生一個(gè)反應(yīng)SRES， 把它送給VLR，它同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)新的保密密鑰Kc，VLR收到SRES與內(nèi)部存儲的值進(jìn)行比較， 如果匹配，用戶被認(rèn)為是合法的。 5.8.7 加密(Ciphering) VLR然后開始加密過程，它通知MSC， MSC接著按所使用的密鑰送一個(gè)信息給BSC。BSC通過BTS通知MS在以后的傳輸過程中開始加密。在這之前，BTS同樣被通知使用加密的信息并得到密鑰，這樣它能對信息進(jìn)行解密。BTS將信息進(jìn)行解密后送給BSC，并送一個(gè)指令通知VLR加密過程已經(jīng)開始。 5.8.8 位置更新過程 圖5-15 位置更新呼叫流程 5

57、.8.9 通信鏈路的釋放 (Release of Communication Link) 一旦位置更新過程成功完成。移動(dòng)臺BTS、BSC和MSC的通信鏈路也結(jié)束了。移動(dòng)臺返回空閑模式等待用戶發(fā)生主叫及等待來自網(wǎng)絡(luò)的尋呼。 圖5-16 移動(dòng)用戶向固定電話發(fā)起的呼叫 5.8.10 移動(dòng)臺主叫(Mobile Origination) 5.8.11 移動(dòng)臺被呼 (Mobile Termination) 圖5-17 由固定電話發(fā)往移動(dòng)用戶的呼叫 5.8.12 切換（Handover） 切換是當(dāng)MS變換小區(qū)時(shí)保持呼叫的過程?！癏andover”是在GSM中定義的，在北美蜂窩系統(tǒng)中相同的過程被稱為Hando

58、ff， 在MS變換小區(qū)時(shí)， 切換是避免呼叫損失所必不可少的步驟。如果一個(gè)MS打算變換小區(qū)，它已處于小區(qū)的邊緣， 此時(shí)無線信號電平必然不十分好，這是要切換的另外一個(gè)原因。 1. 預(yù)切換過程（PrehandoverProcessing） 在GSM中的切換過程是移動(dòng)臺協(xié)助的切換（MAHO）。在切換過程中MS扮演主要角色。為切換算法提供有關(guān)輸入的信息， 執(zhí)行切換的決定和新的最合適的基站收發(fā)信機(jī)BTS的選取均建立在由MS和BTS完成的幾種不同的測量上。描述MS和BTS能力的參數(shù)同樣形成切換算法輸入的一部分。這些參數(shù)和測量項(xiàng)目有：為MS服務(wù)的服務(wù)BTS、鄰近BTS的最大的發(fā)射功率、 小區(qū)容量和負(fù)荷；上行信

59、道質(zhì)量和接收電平；下行信道質(zhì)量和接收電平；來自鄰近小區(qū)的下行接收電平。 2. 移動(dòng)測量（Mobile Measurements） 為了在切換過程中提供幫助，MS對當(dāng)前服務(wù)小區(qū)進(jìn)行質(zhì)量和接收信號強(qiáng)度的測量，對相鄰小區(qū)進(jìn)行接收信號強(qiáng)度測量，并將它們報(bào)告給服務(wù)BTS。質(zhì)量測量是當(dāng)前服務(wù)下行信道的低比特誤碼率將它轉(zhuǎn)換成07中的一個(gè)值。服務(wù)BTS的接收信號強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成6 bit的數(shù)值。對鄰近小區(qū)的接收信號強(qiáng)度的測量同樣可以這樣做。這種測量是在上行發(fā)送和下行接收時(shí)隙中完成的。在這一時(shí)隙中，MS轉(zhuǎn)到相鄰的小區(qū)廣播控制信道BCCH信道測量下行接收信號的強(qiáng)度，這些包括BCCH頻率的詳細(xì)內(nèi)容的測量被送往服務(wù)BTS，

60、一個(gè)MS可以報(bào)告多達(dá)6個(gè)相鄰小區(qū)（除服務(wù)小區(qū)測量外）的情況，一個(gè)MS必須報(bào)告的相鄰小區(qū)BCCH載波頻率包括在BCCH和慢相關(guān)控制信道SACCH的發(fā)射信息中。 由MS完成的下行信道測量報(bào)告給BTS。SACCH被用來攜帶這一信息。 一個(gè)SACCH幀每120 ms發(fā)送一次，但由于交織， 在BTS收到的一個(gè)完整的幀要有480 ms延時(shí)，同樣為了克服短期影響，瞬時(shí)無線鏈路使測量的降級在MS、BTS和BSC被平均化。由服務(wù)BTS完成上行信道測量，它包括質(zhì)量和接收信號強(qiáng)度測量。服務(wù)BTS把以上測量量和接收到的MS測量結(jié)果一起送給BSC。 3. 切換執(zhí)行(Handover Execution) 圖5-18 M