第6、7章 GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)

《第6、7章 GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《第6、7章 GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)（90頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 業(yè)務、業(yè)務、2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 6.1 引言引言 6.2 GSM的電信業(yè)務的電信業(yè)務 6.3 GSM結構結構 6.4 GS

2、M較模擬網的優(yōu)勢較模擬網的優(yōu)勢 6.5 GSM網絡接口網絡接口 6.6 GSM的編號、的編號、鑒權與加密鑒權與加密 6.7 GSM無線信道無線信道 6.8 GSM呼叫接續(xù)呼叫接續(xù) 6.9 GSM通向通向3G的一個重要里程碑的一個重要里程碑GPRS本章內容 2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 6.1 引引 言言 表表6-1 全球移動通信系統(tǒng)全球移動通信系統(tǒng)GSM的發(fā)展里程碑的發(fā)展里程碑 日日 期期 成成 果果 1982年年“移動通信特別組移動通信特別組”（Group

3、Special Mobile）在歐洲郵政與電）在歐洲郵政與電信大會信大會(CEPT)內成立內成立 1986年年 建立一永久核心建立一永久核心 1987年年 在在1986年圓形系統(tǒng)評價的基礎上年圓形系統(tǒng)評價的基礎上,選擇了主要無線傳輸技術選擇了主要無線傳輸技術 1988年年 18個國家簽署諒解備忘錄個國家簽署諒解備忘錄,并決定將并決定將GSM正式定名為正式定名為“全球移全球移動通信系統(tǒng)動通信系統(tǒng)”(Global System for Mobile Communications)1989年年 GSM成立歐洲電信標準協(xié)會的一個技術委員會成立歐洲電信標準協(xié)會的一個技術委員會 1990年年 第一階段第一

4、階段GSM 900規(guī)范規(guī)范(1987-1990年制定年制定)被凍結被凍結,開始開始DCS1800的修改的修改 1991年年 第一個系統(tǒng)在第一個系統(tǒng)在Telecom 91展示會上運行展示會上運行 DCS1800規(guī)范被凍結規(guī)范被凍結 1992年年 歐洲各大歐洲各大GSM900營運者開始商業(yè)營運營運者開始商業(yè)營運 2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 6.2 GSM的電信業(yè)務的電信業(yè)務 圖6-1 電信業(yè)務和承載業(yè)務 用戶終端GSM網可能的傳輸網端網用戶終端承載業(yè)務電信業(yè)務2

5、022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 6.2.1 承載業(yè)務承載業(yè)務 表表6-2列出了列出了GSM的承載業(yè)務。的承載業(yè)務。業(yè)業(yè) 務務 內內 容容 異步數(shù)據異步數(shù)據 3009600 b/s 同步數(shù)據同步數(shù)據 12009600 b/s PAD接入接入 3009600 b/s,分組打包和拆包，分組打包和拆包，為為GSM用戶接入分組網提用戶接入分組網提供一個異步連接。該業(yè)務只能由移動臺主叫發(fā)起供一個異步連接。該業(yè)務只能由移動臺主叫發(fā)起 分組接入分組接入 24009600 b/s，

6、為，為GSM用戶接入分組網提供一個同步連接。用戶接入分組網提供一個同步連接。該業(yè)務只能由移動臺主叫發(fā)起該業(yè)務只能由移動臺主叫發(fā)起 話音話音/數(shù)據交數(shù)據交替替 在呼叫過程中在呼叫過程中,提供話音和數(shù)據的交替提供話音和數(shù)據的交替 話音后數(shù)據話音后數(shù)據 先話音連接先話音連接,而后進入數(shù)據連接而后進入數(shù)據連接 2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 6.2.2 電信業(yè)務電信業(yè)務 1.電話電話 電話業(yè)務是電話業(yè)務是GSM移動通信網提供的最重要業(yè)務。經過移動通信網提供的最重要業(yè)務。

7、經過GSM網和網和PSTN網，能為數(shù)字移動客戶之間、數(shù)字蜂窩移動網，能為數(shù)字移動客戶之間、數(shù)字蜂窩移動電話網客戶與模擬蜂窩移動電話網客戶之間以及與固定網客電話網客戶與模擬蜂窩移動電話網客戶之間以及與固定網客戶之間，提供實時雙向通信，其中包括各種特服呼叫、各類戶之間，提供實時雙向通信，其中包括各種特服呼叫、各類查詢業(yè)務和申告業(yè)務，以及提供人工、自動無線電尋呼業(yè)務。查詢業(yè)務和申告業(yè)務，以及提供人工、自動無線電尋呼業(yè)務。2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 緊急呼叫業(yè)務來源

8、于電話業(yè)務，它允許數(shù)字移動客戶在緊急呼叫業(yè)務來源于電話業(yè)務，它允許數(shù)字移動客戶在緊急情況下，進行緊急呼叫操作，即撥緊急情況下，進行緊急呼叫操作，即撥119或或110或或120等時，等時，依據客戶所處基站位置，就近接入火警中心依據客戶所處基站位置，就近接入火警中心(119)、匪警中、匪警中心心(110)、急救中心、急救中心(120)等。當客戶按緊急呼叫鍵等。當客戶按緊急呼叫鍵(SOS鍵鍵)時，時，應向客戶提示如何撥叫緊急中心。應向客戶提示如何撥叫緊急中心。緊急呼叫業(yè)務優(yōu)先于其它業(yè)務，在移動臺沒有插入客戶緊急呼叫業(yè)務優(yōu)先于其它業(yè)務，在移動臺沒有插入客戶識別卡識別卡(SIM)或移動客戶處于鎖定狀態(tài)時

9、，也可按或移動客戶處于鎖定狀態(tài)時，也可按SOS鍵或鍵或撥撥112(歐洲統(tǒng)一使用的緊急呼叫服務中心號碼，目前我國歐洲統(tǒng)一使用的緊急呼叫服務中心號碼，目前我國使用的移動臺均符合歐洲標準使用的移動臺均符合歐洲標準)，即可接通緊急呼叫服務中，即可接通緊急呼叫服務中心心(目前我國目前我國GSM移動通信網是用送輔導音方式，提示客戶移動通信網是用送輔導音方式，提示客戶撥不同緊急呼叫服務中心號碼呼叫不同緊急服務中心，因撥不同緊急呼叫服務中心號碼呼叫不同緊急服務中心，因我國各緊急呼叫服務中心尚未聯(lián)網我國各緊急呼叫服務中心尚未聯(lián)網)。2022年9月4日星期日College of Computer and Comm

10、unication,Lanzhou University of Technology 3.短信息業(yè)務（短信息業(yè)務（SMS）GSM可以提供給用戶的短消息業(yè)務，使可以提供給用戶的短消息業(yè)務，使GSM用戶無需同用戶無需同時攜帶尋呼機。時攜帶尋呼機。GSM設計者還允許移動用戶發(fā)送短消息，即設計者還允許移動用戶發(fā)送短消息，即開展雙向短消息業(yè)務。對于開展雙向短消息業(yè)務。對于MO/PP(SMS-MT/PP-Mobil Terminated Short Message Service)和和MT/PP(SMS-MO/PP mobile-originated Short Message Service)兩類短消息

11、業(yè)務兩類短消息業(yè)務 業(yè)務中心是作為存儲轉發(fā)中心，業(yè)務中心是作為存儲轉發(fā)中心，該業(yè)務中心在功能上與該業(yè)務中心在功能上與GSM網絡分開。所有網絡分開。所有GSM點對點短消點對點短消息都來自或去向該業(yè)務中心。息都來自或去向該業(yè)務中心。GSM允許短消息在一次呼叫中允許短消息在一次呼叫中發(fā)送或空閑時發(fā)送。發(fā)送或空閑時發(fā)送。2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 4.可視圖文接入可視圖文接入 5.智能用戶電報傳送智能用戶電報傳送 6.傳真?zhèn)髡?2022年9月4日星期日College

12、 of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 表表 6-3 電電 信信 業(yè)業(yè) 務務業(yè)業(yè) 務務 內內 容容 話音服務話音服務 全速（全速（13 kb/s），），半速（半速（6.5 kb/s）。）。這項服務提供語音這項服務提供語音信息和語音信號到網絡的傳輸信息和語音信號到網絡的傳輸 緊急呼叫緊急呼叫 典型的是，典型的是，緊急電話在一些受限的情況下，緊急電話在一些受限的情況下，更具有優(yōu)先更具有優(yōu)先權。權。一般只提供移動用戶主叫發(fā)起一般只提供移動用戶主叫發(fā)起 短消息服務（到移動短消息服務（到移動電話終端，電話終端，MT/

13、PP）短字符消息，小于短字符消息，小于160個字符。這項服務用于消息處理系統(tǒng)個字符。這項服務用于消息處理系統(tǒng)（服務中心）提供短消息給移動用戶（服務中心）提供短消息給移動用戶 短消息服務短消息服務（移動電話發(fā)起，（移動電話發(fā)起，MO/PP）短字符消息，小于短字符消息，小于160個字符。這項服務用于移動用戶給消個字符。這項服務用于移動用戶給消息處理系統(tǒng)（服務中心）提供短消息。以下由移動用戶發(fā)息處理系統(tǒng)（服務中心）提供短消息。以下由移動用戶發(fā)起的呼叫可以進行傳輸：一個在存儲器中預先存儲的消息；起的呼叫可以進行傳輸：一個在存儲器中預先存儲的消息；從撥號盤上發(fā)起的一串數(shù)字；從另外的鍵盤或設備終端與從撥號

14、盤上發(fā)起的一串數(shù)字；從另外的鍵盤或設備終端與移動臺相連的信息移動臺相連的信息 短消息傳輸（小區(qū)廣短消息傳輸（小區(qū)廣播）播）短字符消息，小于短字符消息，小于93個字符。這項服務用于傳輸對小區(qū)范個字符。這項服務用于傳輸對小區(qū)范圍內的所有的移動用戶。這是一點對多點的服務圍內的所有的移動用戶。這是一點對多點的服務 自動傳真自動傳真 第第3類傳真。這項服務自動提供第類傳真。這項服務自動提供第3類呼叫和被呼模式傳真類呼叫和被呼模式傳真 2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 6.2

15、.3 補充業(yè)務補充業(yè)務 表表5-4 GSM支持的補充業(yè)務支持的補充業(yè)務 2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 表表6-4 GSM支持的補充業(yè)務支持的補充業(yè)務 2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 6.3 GSM結構結構 圖6-2 GSM網絡結構 BTSBTSBTSBTSBTSBTSOMC-RadioBSCBSCMSCMSCVLRAUCEIRV

16、LRBTSHLRPSTND 接口Um接口A-Bis接口A接口B接口B,C,D,E,FMAP接口E 接口C 接口F 接口業(yè)務與信令信令注：2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou Universi

17、ty of Technology 表表6-5 GSM900系統(tǒng)的移動臺功率等級系統(tǒng)的移動臺功率等級 2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 表表6-6 DCS1800系統(tǒng)的移動臺功率等級系統(tǒng)的移動臺功率等級 2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 6.3.2無線基站子系統(tǒng)（無線基站子系統(tǒng)（BSS）包括：基站包括：基站控制器控制器(BSC)和基站收

18、發(fā)信機（和基站收發(fā)信機（BTS）表表6-7 基站的功率等級基站的功率等級 2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 6.3.2.1 基站控制器（基站控制器（BSC）具有對一個或多個具有對一個或多個BTS進行控制的功能，它主要進行控制的功能，它主要負責無線網路資源的管理、小區(qū)配置數(shù)據管理、功率負責無線網路資源的管理、小區(qū)配置數(shù)據管理、功率控制、定位和切換等，是個很強的業(yè)務控制點。控制、定位和切換等，是個很強的業(yè)務控制點。2022年9月4日星期日College of Comp

19、uter and Communication,Lanzhou University of Technology 2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 6.3.2.3 發(fā)送編碼器和速率適配器單元（發(fā)送編碼器和速率適配器單元（TRAU）TRAU網絡單元負責對網絡單元負責對16kb/s到到64kb/s的用戶數(shù)據進行發(fā)的用戶數(shù)據進行發(fā)送編碼及速率適配。送編碼及速率適配。在物理上，在物理上，TRAU可以在可以在BTS任何一邊，即在任何一邊，即在BTS和和BSC的的BTS邊；或在

20、邊；或在BSC和和MSC的的BSC邊或邊或MSC邊。通常在邊。通常在BSC和和MSC的的BSC邊。邊。2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 1 移動業(yè)務交換中心（移動業(yè)務交換中心（MSC）GSM系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)的核心，對應于它所覆蓋區(qū)域中的移動臺進行控制和完成話路交換的對應于它所覆蓋區(qū)域中的移動臺進行控制

21、和完成話路交換的功能實體，功能實體，是移動通信系統(tǒng)與其它公用通信網之間的接口。是移動通信系統(tǒng)與其它公用通信網之間的接口?？赏瓿删W路接口、公共信道信令系統(tǒng)和計費等功能，還可完可完成網路接口、公共信道信令系統(tǒng)和計費等功能，還可完成成BSS、MSC之間的切換和輔助性的無線資源管理、移動性管之間的切換和輔助性的無線資源管理、移動性管理等。理等。為了建立至移動臺的呼叫路由，每個為了建立至移動臺的呼叫路由，每個MS、還應能完成入口、還應能完成入口MSC（GMSC）的功能，即查詢位置信息的功能。）的功能，即查詢位置信息的功能。2022年9月4日星期日College of Computer and Commu

22、nication,Lanzhou University of Technology 2 歸屬位置寄存器（歸屬位置寄存器（HLR）存儲管理部門用于移動客戶管理的數(shù)據庫。每個移存儲管理部門用于移動客戶管理的數(shù)據庫。每個移動客戶都應在其歸屬位置寄存器（動客戶都應在其歸屬位置寄存器（HLR）注冊登記。）注冊登記。它主要存儲兩類信息：它主要存儲兩類信息：一是有關客戶的參數(shù)；一是有關客戶的參數(shù)；二是有關客戶目前所處位置的信息，以便建立至移動二是有關客戶目前所處位置的信息，以便建立至移動臺的呼叫路由，例如臺的呼叫路由，例如MSC、VLR地址等地址等2022年9月4日星期日College of Compute

23、r and Communication,Lanzhou University of Technology 3 訪問者位置寄存器（訪問者位置寄存器（VLR）存儲存儲MSC為了處理所管轄區(qū)域中為了處理所管轄區(qū)域中MS（統(tǒng)稱拜訪客（統(tǒng)稱拜訪客戶）的來話、去話呼叫所需檢索的信息的數(shù)據庫，戶）的來話、去話呼叫所需檢索的信息的數(shù)據庫，例如客戶的號碼，所處位置區(qū)域的識別，向客戶提例如客戶的號碼，所處位置區(qū)域的識別，向客戶提供的服務等參數(shù)。供的服務等參數(shù)。2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Techno

24、logy 4 鑒權中心（鑒權中心（AUC）認證移動用戶的身份以及產生相應認證參數(shù)的功能認證移動用戶的身份以及產生相應認證參數(shù)的功能實體。實體。用于產生為確定移動客戶的身份和對呼叫保密所需用于產生為確定移動客戶的身份和對呼叫保密所需鑒權、加密的三參數(shù)（隨機號碼鑒權、加密的三參數(shù)（隨機號碼RAND，符合響應，符合響應SRES，密鑰，密鑰Kc）的功能實體。）的功能實體。AUC只與只與HLR通信。通信。2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 5 設備識別寄存器（設備識別寄存器（

25、EIR）一個存儲有關移動臺設備參數(shù)的數(shù)據庫。一個存儲有關移動臺設備參數(shù)的數(shù)據庫。主要完成對移動設備的識別、監(jiān)視、閉鎖等功能，主要完成對移動設備的識別、監(jiān)視、閉鎖等功能，以防止非法移動臺的使用。以防止非法移動臺的使用。2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 6.3.4 操作維護子系統(tǒng)（操作維護子系統(tǒng)（OMC）主要是對整個主要是對整個GSM網路進行管理和監(jiān)控。通過它網路進行管理和監(jiān)控。通過它實現(xiàn)對實現(xiàn)對GSM網內各種部件功能的監(jiān)視、狀態(tài)報告、網內各種部件功能的監(jiān)視、狀態(tài)報告

26、、故障診斷等功能。故障診斷等功能。OMC與與MSC之間的接口目前還未開放，因為之間的接口目前還未開放，因為CCITT對電信網路管理的對電信網路管理的Q3接口標準化工作尚未完接口標準化工作尚未完成。成。2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 6.4 GSM較模擬網的優(yōu)勢較模擬網的優(yōu)勢 6.4.1 GSM系統(tǒng)在抗瑞利衰落及干擾方面均優(yōu)于系統(tǒng)在抗瑞利衰落及干擾方面均優(yōu)于TACS系統(tǒng)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系統(tǒng)具有較為完善的對抗瑞利衰落和符號

27、間干擾的措施措施 （1）天線（空間）分集。）天線（空間）分集。當分集天線間距當分集天線間距56m時，時，最大可獲得約最大可獲得約6dB的分集增益。的分集增益。2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology（2）跳頻跳頻 由于瑞利衰落的衰落谷點隨頻率不同而發(fā)生在不同地點，因由于瑞利衰落的衰落谷點隨頻率不同而發(fā)生在不同地點，因此，使載頻在幾個頻率點上變化（跳頻），可減少信息損失，此，使載頻在幾個頻率點上變化（跳頻），可減少信息損失，然后通過復雜的信息處理過程重新恢復全部信息。然后通

28、過復雜的信息處理過程重新恢復全部信息。跳頻只對慢速移動用戶有好處，其得益約為跳頻只對慢速移動用戶有好處，其得益約為14dB（當無天線（當無天線分集時，最多可達分集時，最多可達4dB,當有二重分集時，最多可有當有二重分集時，最多可有2.5 dB）。）。但是，當一個基站或小區(qū)只有但是，當一個基站或小區(qū)只有2個載波時，不能獲得跳頻增益。個載波時，不能獲得跳頻增益。(3）均衡）均衡GSM規(guī)范要求均衡器能處理時延高達規(guī)范要求均衡器能處理時延高達15us的反射信號，大約相的反射信號，大約相當于當于4bit時間。時間。2022年9月4日星期日College of Computer and Communica

29、tion,Lanzhou University of Technology 2.要求干擾保護比低要求干擾保護比低無跳頻時要求無跳頻時要求C/I12dB有跳頻時要求有跳頻時要求C/I9dB鄰道干擾保護比要求鄰道干擾保護比要求C/I-9dB，載波偏離載波偏離400 kHz時，要求時，要求C/I-41dB。2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou Universi

30、ty of Technology 6.4.2 GSM系統(tǒng)與系統(tǒng)與TACS系統(tǒng)的性能比較系統(tǒng)的性能比較 1.GSM系統(tǒng)頻率利用率高、系統(tǒng)容量高系統(tǒng)頻率利用率高、系統(tǒng)容量高(1)TACS系統(tǒng)系統(tǒng) 共有共有400個頻道，按個頻道，按73復用方式計算，每個扇區(qū)只有復用方式計算，每個扇區(qū)只有(19-1)18個話音頻道可用。每個用戶忙時話務量個話音頻道可用。每個用戶忙時話務量0.027erl計算，一個計算，一個3小區(qū)的基站可負荷小區(qū)的基站可負荷13.385（有頻道呼損率有頻道呼損率）3=40.155 erl的話的話務量或可容務量或可容1487個用戶。個用戶。2022年9月4日星期日College of C

31、omputer and Communication,Lanzhou University of Technology (2)GSM系統(tǒng)系統(tǒng) 10MHz共有共有50個載波個載波400個頻道，按個頻道，按43復用方式計算，每復用方式計算，每個扇區(qū)有個扇區(qū)有31或或32個話音信道，一個個話音信道，一個3扇區(qū)的基站可負荷扇區(qū)的基站可負荷78.292erl的話務量或可容的話務量或可容2899個用戶。如果按個用戶。如果按33復用方式，復用方式，則每個扇則每個扇區(qū)有區(qū)有42或或43個話音信道，一個個話音信道，一個3扇區(qū)的基站可負荷扇區(qū)的基站可負荷110.713erl的的話務量或可容話務量或可容4100個用戶

32、。以上按目前采用的全速率（個用戶。以上按目前采用的全速率（FR）計）計算所得結果，算所得結果，如按半速率（如按半速率（HR）考慮，）考慮，則有：則有：43復用方式可容復用方式可容177.82 erl的話務量或可容的話務量或可容6586個用戶；個用戶；33復用方式可容復用方式可容244.83 erl的話務量或可容的話務量或可容9067個用戶。個用戶。2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology(3)GSM與與TACS兩個系統(tǒng)的頻譜利用率及容量比較，見表兩個系統(tǒng)的頻譜利用率及容量

33、比較，見表5-8。表表6-8 GSM與與TACS的頻譜利用率及容量比較的頻譜利用率及容量比較 2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 2.GSM系統(tǒng)具有開放的接口和通用的接口標準系統(tǒng)具有開放的接口和通用的接口標準 3.GSM系統(tǒng)支持電信業(yè)務、系統(tǒng)支持電信業(yè)務、承載業(yè)務和補充業(yè)務承載業(yè)務和補充業(yè)務 4.GSM系統(tǒng)的保密性和安全性大大提高系統(tǒng)的保密性和安全性大大提高 利用用戶識別鑒權可以防止無權用戶使用利用用戶識別鑒權可以防止無權用戶使用GSM系統(tǒng)。系統(tǒng)。利用用利用用戶識別

34、保密，則可使竊聽者不能確定在無線路徑上使用資源的是戶識別保密，則可使竊聽者不能確定在無線路徑上使用資源的是哪一個用戶，以保證用戶識別系統(tǒng)的安全與保密。哪一個用戶，以保證用戶識別系統(tǒng)的安全與保密。2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 6.5 GSM網絡接口網絡接口 VLRVLRHLREIRMSCBTSBSCAbisMSCMSUmAEFCBDG2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou Univers

35、ity of Technology BTSBTSBTSBTSBTSBTSBTS去BSC去BSCRIL-3LAPDmRF層空中接口6.5.1 空中接口（空中接口（Um）圖圖6-3 空中接口的協(xié)議堆?？罩薪涌诘膮f(xié)議堆棧 每個每個RF八個時隙八個時隙 ISDN協(xié)議的改進型協(xié)議的改進型 2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 圖圖6-4 A-bis的接口協(xié)議堆棧的接口協(xié)議堆棧 6.5.2 A-bis 接口接口 BTSBTSBTSBTSBTSBTSBTS去MSC去MSCRIL-3

36、LAPD物理層A-bis 接口BSCBSCOMC-Radio物理接口物理接口E12022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 6.5.3 A接口接口 圖6-5 A接口協(xié)議堆棧 去PSTN,其他MSCBSSMAPSCCPA接口BSCOMC-RadioMSCBSCMTP 3MTP 2MTP 12022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 6.5.4 PSTN接口

37、接口GSM結構是建立在結構是建立在ISDN接入的基礎上的。接入的基礎上的。為了充分利用為了充分利用ISDN業(yè)務的優(yōu)點，業(yè)務的優(yōu)點，MSC通過以通過以CCS7為基礎的為基礎的協(xié)議如協(xié)議如ISUP連接公共交換電話網連接公共交換電話網PSTN。在在GSM中，無中，無ISUP信令方案連接，信令方案連接，PSTN就無法支持基本呼就無法支持基本呼叫。叫。2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 6.5.5 移動應用部分（移動應用部分（MAP）圖圖6-6 MAP界面協(xié)議堆棧界面協(xié)議堆棧

38、 TCAPSCCPB,C,D,E,FMAP接口MTP 3MTP 2MTP 1MSCMSCD 接口VLRAUCEIRVLRHLRB 接口去PSTNE 接口C 接口F 接口2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 1.MAP-B 2.MAP-C 3.MAP-D 4.MAP-E 5.MAP-F 2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 6.6 GSM的編號

39、、鑒權與加密的編號、鑒權與加密 6.6.1 編號和路由編號和路由 1.移動用戶移動用戶ISDN號（號（MSISDN）移動用戶漫游號（移動用戶漫游號（MSRN）MSISDN包含國家代碼（包含國家代碼（CC）、）、國家目的代碼（國家目的代碼（NDC）和）和用戶碼（用戶碼（SN）2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 2.國際移動用戶識別碼（國際移動用戶識別碼（IMSI）圖6-7 IMSI結構 15位數(shù)字3位數(shù)字2位數(shù)字移動國家號碼移動網號移動用戶識別碼 MCCMNCMSIN

40、2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 3.臨時移動用戶識別號臨時移動用戶識別號 存儲在移動臺和存儲在移動臺和SIM卡中的信息卡中的信息 圖6-8 在GSM中用于記數(shù)和鑒別的參數(shù)2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 網絡使用的路由信息網絡使用的路由信息 圖圖6-9 在在GSM中用于記數(shù)和鑒別的參數(shù)中用于記數(shù)和鑒別的參數(shù)呼叫流程呼叫流程.exe2

41、022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 4.位置區(qū)域位置區(qū)域(location areas)圖圖6-9 定位區(qū)域和小區(qū)識別參數(shù)定位區(qū)域和小區(qū)識別參數(shù) 移動用戶網絡代碼：惟一確認用戶在該 國的經營商網絡位置區(qū)域碼：確定區(qū)群小區(qū)識別碼：惟一確認每個小區(qū)2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology (1)位置識別碼（位置識別碼（LAI）和小區(qū)識別碼）和小區(qū)識別

42、碼(CI)LAI有有MCC、MNC和和LAC（Location Area Code）。在檢測位置更新）。在檢測位置更新和信道切換時，要使用位置區(qū)識別標志。號碼結構為：和信道切換時，要使用位置區(qū)識別標志。號碼結構為：三位數(shù)字三位數(shù)字 兩位數(shù)字兩位數(shù)字 最大最大16 bit MCC MNC LAC (2)基站識別碼基站識別碼(BSIC)結構為：結構為：3 bit 3 bitNCC BCC NCC為網絡色碼，用來識別相鄰的移動通信網。為網絡色碼，用來識別相鄰的移動通信網。BCC為為BTS色碼，色碼，用來識別相同載波的不同基站。用來識別相同載波的不同基站。2022年9月4日星期日College of

43、Computer and Communication,Lanzhou University of Technology BTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBSCBSCBSCVLRMSCVLRMSCHLRLA1LA2LA3LA4位置區(qū)劃分的示意圖位置區(qū)劃分的示意圖 2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 6.6.2 鑒權與加密鑒權與加密(Authentication and Ciphering)圖6-10 GSM的鑒權過程 隨機數(shù)(RAND)）簽名響應

44、(SRES)鑒權中心RAND,SRESRANDSRES 比較從鑒權中心和移動臺收到的SRES,如果匹配,則移動臺就鑒權成功VLRKiSRES A3（1：A3IMSI(1)Ki(1)IMSI(x)Ki(x)訪問者位置寄存器移動臺2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 圖6-11 GSM的加密過程 AUC存儲 HLR 中所有用戶的鑒權鍵 KiHLRMSC/VLRBTS存儲所有與網絡有關的用戶信息對所有用戶產生三參數(shù)組RAND/Kc/SRES臨時存儲所有用戶的三參數(shù)組(每用戶

45、110個）并依請求發(fā)給 VLR存儲所有訪問用戶的三參數(shù)組(每用戶1 7個)RAND/Kc/SRES臨時存儲 Kc用于與 MS 通話中的加密鑒權程序啟動加密加密模式命令MMSRANDRANDA8(Kc)KcA5(加密)TDMA帳號加密消息“加密模式完成”A5TDMA幀號Kc解密消息“加密模式完成”成功否是加密模式完成2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 6.7 GSM無線信道無線信道6.7.1 頻域分析頻域分析 GSM900/1800系統(tǒng)使用系統(tǒng)使用900/1800MH

46、z頻段頻段,收發(fā)頻收發(fā)頻差為差為45/95 MHz。每個射頻（每個射頻（RF）信道頻道寬度為）信道頻道寬度為200kHz,共有共有8個個時隙信道。時隙信道。每個每個RF信道由一個上行和一個下行頻率對組成，信道由一個上行和一個下行頻率對組成，這種方式稱為頻分雙工（這種方式稱為頻分雙工（FDD）。）。由于各基站由于各基站(BTS)會占用頻段中任何一組頻率會占用頻段中任何一組頻率,移動移動臺必須有在整個頻段上發(fā)送和接收信號的能力。臺必須有在整個頻段上發(fā)送和接收信號的能力。2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou Univers

47、ity of Technology 6.7.2 時域分析時域分析GSM將每個用戶安排在無線信道的將每個用戶安排在無線信道的8個不同時隙一個時隙中并個不同時隙一個時隙中并只能在該時隙發(fā)送。時隙從只能在該時隙發(fā)送。時隙從07編碼。編碼。這相同頻率的這相同頻率的8個時隙被稱為一個個時隙被稱為一個TDMA幀。幀。用戶在某一時隙發(fā)送被稱為突發(fā)時隙用戶在某一時隙發(fā)送被稱為突發(fā)時隙(burst)。一個突發(fā)長度時。一個突發(fā)長度時隙為隙為577s，一幀為，一幀為4.615ms。若用戶在上行頻率的若用戶在上行頻率的0時隙發(fā)送，則將在下行頻率的時隙發(fā)送，則將在下行頻率的0時隙接時隙接收。收。2022年9月4日星期日

48、College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 由由 51個業(yè)務復幀或個業(yè)務復幀或 26個控制復幀均可組成一個個控制復幀均可組成一個超幀，超幀的周期為超幀，超幀的周期為1326個個TDMA幀，超幀長幀，超幀長 51264.61510-36.12秒。秒。由由2048個超幀組成超高幀，超高幀的周期為個超幀組成超高幀，超高幀的周期為204813

49、26=2715648個個TDMA 幀，即幀，即12533.76秒，秒，即即 3 小時小時28 分分53 秒秒760毫秒。毫秒。幀的編號幀的編號(FN)以超高幀為周期，從以超高幀為周期，從0到到 2715647。2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7220123423 24 25012

50、347 48 49 501（26幀）的復幀 26 TDMA幀（120 ms）024250123474849501（51（26幀）的復幀或者 26（51幀）的復幀）2 0422 0432 0442 0452 0462 04701234561超高幀 2 048超幀2 715 648 TDMA幀012TDMA幀1超幀 1 326 TDMA幀（6.12 s)1（51幀）的復幀 51 TDMA幀（235.385 ms）業(yè)務復幀業(yè)務復幀控制復幀控制復幀2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Techno

51、logy 6.7.3 語音編碼語音編碼(Speech Coding)圖6-12 不同GSM接口的語音傳輸示意用戶移動臺MSC&PSTNISDN電話用戶人的語音語音的13 kb/s數(shù)據序列人的語音語音的13 kb/s數(shù)據序列TRAUBTS語音的64 kb/s數(shù)據序列語音的64 kb/s數(shù)據序列(發(fā)送編碼和速率適配單元)凈速率凈速率260bit/20ms=13k全速率全速率456bit/20ms=22.8k2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 53 bit 4 尾比特37

52、8編碼比特456 bit(8個子塊,57 bit/子塊)語音編碼器(260 bit)3 bit奇偶校驗8時隙交織半速卷積編碼器II類(78 bit)Ib類(132 bit)Ia類(50 bit)6.7.4 信道編碼信道編碼(Channel Coding)圖6-13 語音編解碼的前向糾錯（全速業(yè)務信道）2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 6.7.5 交織（交織（Interleaving）交織是用來抗瑞利衰落影響的。交織是用來抗瑞利衰落影響的。瑞利衰落是頻率選擇性衰落，

53、它引起大塊數(shù)據連續(xù)瑞利衰落是頻率選擇性衰落，它引起大塊數(shù)據連續(xù)出錯，使接收機上很難正確接收。出錯，使接收機上很難正確接收。GSM所采用的交織是一種既有塊交織又有比特交織的交織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。技術。2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 全速語音的時塊被交織成全速語音的時塊被交織成8個突發(fā)時隙，即，從語個突發(fā)時隙，即，從語音編碼器來的兩個音編碼器來的兩個20ms456bit輸出被分裂成輸出被分裂成8個時個時塊，每個子塊塊，每個子塊257

54、個比特，再將每個比特，再將每257個比特個比特進行比特交織，然后再根據奇偶原則分配到不同進行比特交織，然后再根據奇偶原則分配到不同的突發(fā)塊口。的突發(fā)塊口。2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 6.7.6 調制調制 GSM采用采用GMSK（高斯最小移頻鍵控）（高斯最小移頻鍵控）調制。調制。GMSK具有每符號具有每符號bit的有效性，由于這種調制的有效性，由于這種調制技術有個很窄的功率譜，技術有個很窄的功率譜，2022年9月4日星期日College of Computer

55、 and Communication,Lanzhou University of Technology 如接入許可如接入許可CH頻率較正信道FCCH同步信道SCH廣播控制信道BCCH廣播信道 BCH尋呼信道PCH準許接入信道AGCH隨機接入信道RACH公用控制信道CCCH獨立專用控制信道SDCCH慢速輔助控制信道SACCH快速輔助控制信道FACCH專用控制信道DCCH業(yè)務信道TCH控制信道 CH信道分類（下行）（下行）（下行）（下行）（下行）（上行）（上/下行）（上/下行）（上/下行）6.7.7 信道組成信道組成(Channel Organization)2022年9月4日星期日College

56、 of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 用于用于GSM的各類突發(fā)時隙的各類突發(fā)時隙 常規(guī)突發(fā)接入突發(fā)同步突發(fā)TT3數(shù)據57 bitS1訓練序列26 bitS1數(shù)據58 bitS3 8.25 bitT8訓練序列41 bit數(shù)據36 bit68.25 bitT3T3數(shù)據39 bit訓練序列64 bit數(shù)據39 bitT38.25 bitT3T38.25 bit固定 bit142 bitn 1幀保護時段頻率修正突發(fā)持續(xù)時間 156.25 bit012345670123456701234567n幀n 1幀2022年

57、9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 6.7.8 不連續(xù)發(fā)送和話音激活檢測不連續(xù)發(fā)送和話音激活檢測 GSM不連續(xù)發(fā)送（不連續(xù)發(fā)送（DTX）能在通話）能在通話期對話音進行期對話音進行13kb/s編碼，在停頓期用編碼，在停頓期用500b/s編碼。編碼。2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 6.7.9 定時前置和功率控制定時前置和功率控制 1.定時前置（定時

58、前置（Timing Advance）GSM具有非常嚴格的時間同步系統(tǒng)，具有非常嚴格的時間同步系統(tǒng)，處理傳輸時延處理傳輸時延變化的方法是考慮可能的最大傳輸時延。變化的方法是考慮可能的最大傳輸時延。在每個時隙片的結尾要留有足夠的保護時間作補償。在每個時隙片的結尾要留有足夠的保護時間作補償。定時前置允許對每個時隙的上行發(fā)送時間獨立控制，定時前置允許對每個時隙的上行發(fā)送時間獨立控制，遠離遠離BTS的的MS要求比離要求比離BTS近的近的MS發(fā)射早。在發(fā)射早。在GSM中最大的定時前置限制小區(qū)尺寸在中最大的定時前置限制小區(qū)尺寸在35km左右左右。2022年9月4日星期日College of Computer

59、 and Communication,Lanzhou University of Technology 2.功率控制功率控制 在在GSM中，功率電平每中，功率電平每60ms變化臺階為變化臺階為2dB（步長）。（步長）。u上行功率控制范圍是上行功率控制范圍是2030dB；u下行功率控制范圍一般可達下行功率控制范圍一般可達30dB。BSS是功率控制的管理者，通過指令規(guī)定是功率控制的管理者，通過指令規(guī)定BTS和和MS的功的功率。率。2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 6.

60、8 GSM呼叫接續(xù)呼叫接續(xù)(自學自學)6.9 三種三種TDMA系統(tǒng)分析比較系統(tǒng)分析比較(自學自學)2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 6.10 GSM通向通向3G的一個重要里程碑的一個重要里程碑 GPRS(通用分組無線業(yè)務通用分組無線業(yè)務)（了解）（了解）2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology GPRS網絡 BSS(基站系統(tǒng))SS(交換系統(tǒng))

61、AUCMSCBSCIP,X.25網絡移動臺HLRVLREIRSGSNPCUBTSMSGGSNIP骨干網ISP2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 6.9.1 GPRS標準制定的過程與階段標準制定的過程與階段GPRS網絡內各個部分的標準網絡內各個部分的標準 2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 第第1階段：階段：（1）GPRS網絡和因特網進行點

62、對點的數(shù)據傳輸。網絡和因特網進行點對點的數(shù)據傳輸。（2）定義定義GPRS網絡所需要的各種識別碼（網絡所需要的各種識別碼（Identity）。）。這一工作是同這一工作是同GSM網絡內要定義的包括網絡內要定義的包括IMEI、IMSI等識別等識別碼是一樣的。碼是一樣的。（3）當當GPRS網絡傳輸數(shù)據時，網絡傳輸數(shù)據時，維護分組安全的特殊算維護分組安全的特殊算法（法（Algorithm）。）。（4）根據傳輸?shù)姆纸M數(shù)據量確定收費的方式。根據傳輸?shù)姆纸M數(shù)據量確定收費的方式。（5）原有原有GSM網絡上的短信業(yè)務（網絡上的短信業(yè)務（SMS）如何以）如何以GPRS網絡來傳送。網絡來傳送。2022年9月4日星期日

63、College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 第第2階段：階段：（1）GPRS網絡與因特網的聯(lián)機，可以是點對點傳輸，網絡與因特網的聯(lián)機，可以是點對點傳輸，也可以是點對多點傳輸，如此則因特網上的電子郵件即可同也可以是點對多點傳輸，如此則因特網上的電子郵件即可同時發(fā)送給很多不同的手機用戶。時發(fā)送給很多不同的手機用戶。（2）定義出當定義出當GPRS網絡傳送聲音、圖像或多媒體等應網絡傳送聲音、圖像或多媒體等應用業(yè)務時，不同的應用業(yè)務所需要不同的傳輸速率與延遲時用業(yè)務時，不同的應用業(yè)務所需要不同的傳輸速率與延

64、遲時間，間，即各個應用業(yè)務傳輸時所需要的服務品質。即各個應用業(yè)務傳輸時所需要的服務品質。（3）在許多架設在許多架設GPRS網絡的國家間，如何實現(xiàn)國際漫網絡的國家間，如何實現(xiàn)國際漫游的功能。游的功能。2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 6.9.2 GPRS網絡的網絡結構網絡的網絡結構 1.業(yè)務設備結點業(yè)務設備結點SGSN傳輸傳輸GPRS網絡內的數(shù)據分組網絡內的數(shù)據分組(類似通信網絡內的路由器類似通信網絡內的路由器)，將將BSC送出的數(shù)據分組路由到其他的送出的數(shù)據分組路

65、由到其他的SGSN，或是由，或是由GGSN將分組傳遞到外部的因特網。將分組傳遞到外部的因特網。GPRS移動通信網絡與因特網最大的區(qū)別，就是移動通信網絡與因特網最大的區(qū)別，就是GPRS網網絡 增 加 了 手 機 或 終 端 的 移 動 性 管 理（絡 增 加 了 手 機 或 終 端 的 移 動 性 管 理（M o b i l i t y Management），同），同GSM網一樣，網一樣，GPRS網絡同樣有針對網絡同樣有針對數(shù)據傳輸?shù)蔫b權、加密功能數(shù)據傳輸?shù)蔫b權、加密功能，2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou Uni

66、versity of Technology 2.網關設備結點網關設備結點GGSN GGSN是是GPRS網絡連接外部因特網的一個網關，負責網絡連接外部因特網的一個網關，負責GPRS網絡與外部因特網的數(shù)據交換。網絡與外部因特網的數(shù)據交換。在在GPRS標準的定義內，標準的定義內，GGSN可以與外部網絡的路由可以與外部網絡的路由器、器、ISP的的RADIUS服務器或是企業(yè)公司的服務器或是企業(yè)公司的Intranet等等IP網絡相連接，也可以與網絡相連接，也可以與X.25網絡相連接，不過全世界大網絡相連接，不過全世界大部分的電信營運商都傾向于只將部分的電信營運商都傾向于只將GPRS網絡與網絡與IP網絡連接。網絡連接。2022年9月4日星期日College of Computer and Communication,Lanzhou University of Technology 6.9.3 GPRS網絡的分層結構網絡的分層結構 SGSN路徑區(qū)域路徑區(qū)域RA（Routing Area）:GSM網絡內的位置區(qū)域（網絡內的位置區(qū)域（LA）范圍與）范圍與GPRS網網絡內的絡內的RA區(qū)域范圍并不需要完全相同