1、2012.3移動通信原理 李兆玉5-1第四章第四章 GSMGSM移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng)2012.3移動通信原理 李兆玉5-2一、一、GSMGSM發(fā)展歷程發(fā)展歷程GSMGSM始源于歐洲，是始源于歐洲，是19921992年年ETSIETSI統(tǒng)一推出統(tǒng)一推出的標準，它采用數字通信技術、統(tǒng)一的網絡標的標準，它采用數字通信技術、統(tǒng)一的網絡標準，使通信質量得以保證，并可以開發(fā)出更多準，使通信質量得以保證，并可以開發(fā)出更多的新業(yè)務供用戶使用。的新業(yè)務供用戶使用。 截止到截止到20112011年年7 7月全球的月全球的234234個國家和地區(qū)個國家和地區(qū)已經擁有已經擁有838838個個GSMGSM網絡，用戶

2、數量超過網絡，用戶數量超過4444億。億。 2012.3移動通信原理 李兆玉5-3二、二、GSMGSM標準標準編號作用編號作用1概述7MS的終端適配器2業(yè)務8BS-MSC接口3網絡9網絡互通4MS-BS接口與協(xié)議10業(yè)務互通5無線鏈路物理層11設備型號認可規(guī)范6語音編碼規(guī)范12操作和維護2012.3移動通信原理 李兆玉5-4第四章第四章 GSMGSM移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng)2012.3移動通信原理 李兆玉5-5一、系統(tǒng)結構一、系統(tǒng)結構2012.3移動通信原理 李兆玉5-6二、協(xié)議棧和接口二、協(xié)議棧和接口 無線資源管理（由MS、BTS和BSC控制） 功能舉例：Paging管理、加密管理、頻點分配

3、、信道分配、切換測量和功率控制 移動性管理（由MS和MSC / VLR控制） 功能舉例：鑒權和身份識別、位置更新IMSI 附著 / 分離 呼叫控制（由MS和MSC控制） 功能舉例：呼叫處理和路由、雙音多頻、短消息服務、附加服務2012.3移動通信原理 李兆玉5-7第四章第四章 GSMGSM移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng)2012.3移動通信原理 李兆玉5-82012.3移動通信原理 李兆玉5-9中國移動的頻段：中國移動的頻段：900900頻段頻段：885885909MHz909MHz（上）（上）930930954MHz954MHz（下）（下）18001800頻段頻段：171017101725MHz17

4、25MHz（上）（上） 180518051820MHz1820MHz（下）（下） 中國聯通的頻段：中國聯通的頻段：900900頻段頻段：909909915MHz915MHz（上）（上）954954960MHz960MHz（下）（下）18001800頻段頻段：174517451755MHz1755MHz（上）（上） 184018401850MHz1850MHz（下）（下）2012.3移動通信原理 李兆玉5-10區(qū)群：將相鄰若干個小區(qū)形成一個頻率配置單元，區(qū)群：將相鄰若干個小區(qū)形成一個頻率配置單元，在該單元內，所有小區(qū)不允許使用相同的頻率（避免同在該單元內，所有小區(qū)不允許使用相同的頻率（避免同頻干

5、擾）頻干擾） 。條件：為了保證以區(qū)群為單位，能無縫地覆蓋服務條件：為了保證以區(qū)群為單位，能無縫地覆蓋服務區(qū)域，構成區(qū)群的小區(qū)數目必須滿足區(qū)域，構成區(qū)群的小區(qū)數目必須滿足 22jijin2012.3移動通信原理 李兆玉5-11區(qū)群間同頻率小區(qū)判定方法2012.3移動通信原理 李兆玉5-12GSMGSM采用了許多抗干擾技術，比如跳頻、間斷傳輸、采用了許多抗干擾技術，比如跳頻、間斷傳輸、自動功率控制等，合理使用這些技術，將有效提高系統(tǒng)自動功率控制等，合理使用這些技術，將有效提高系統(tǒng)的載干比的載干比C/IC/I，可以采用更緊密的頻率復用方式，增加頻，可以采用更緊密的頻率復用方式，增加頻率系數，提高頻率

6、利用率。率系數，提高頻率利用率。在模擬蜂窩網中，可以采用在模擬蜂窩網中，可以采用7 7小區(qū)區(qū)群，小區(qū)區(qū)群，在在GSMGSM中，由于以上技術的使用，可以采用中，由于以上技術的使用，可以采用4 4小區(qū)或小區(qū)或3 3小區(qū)區(qū)群，甚至更小的區(qū)群結構。小區(qū)區(qū)群，甚至更小的區(qū)群結構。在采用在采用3 3小區(qū)區(qū)群時，同頻小區(qū)距離減小，應該采小區(qū)區(qū)群時，同頻小區(qū)距離減小，應該采用跳頻技術來躲避同頻干擾。用跳頻技術來躲避同頻干擾。22jijin2012.3移動通信原理 李兆玉5-13七小區(qū)區(qū)群七小區(qū)區(qū)群+ +全向天線全向天線 頻率配置頻率配置2012.3移動通信原理 李兆玉5-143 33 3頻率配置頻率配置A1A

7、1A2A2A3A3B1B1B2B2B3B3C1C1C2C2C3C31 12 23 34 45 56 67 78 89 91010111112121313141415151616171718181919202021212222232324242525262627272828292930303131323233333434353536362012.3移動通信原理 李兆玉5-154 43 3頻率配置頻率配置A1A2A3B1B2B3C1C2C3D2D2D31234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435362012.3移動通信原

8、理 李兆玉5-16為了提升系統(tǒng)的容量，可采用：為了提升系統(tǒng)的容量，可采用：提升頻率復用系數，如從提升頻率復用系數，如從4 43 3的頻率配置改的頻率配置改為為3 33 3，甚至，甚至1 13 3的頻率配置。的頻率配置。小區(qū)分裂技術。減小原基站的覆蓋半徑，通小區(qū)分裂技術。減小原基站的覆蓋半徑，通過增加新基站來覆蓋由于原基站覆蓋半徑減小而過增加新基站來覆蓋由于原基站覆蓋半徑減小而形成的盲區(qū)。形成的盲區(qū)。 2012.3移動通信原理 李兆玉5-17GSMGSM采用采用TDMATDMA多址方式，在每載波上按時域多址方式，在每載波上按時域劃分為劃分為TS0TS0TS7TS7共共8 8個時隙，時隙按個時隙，

9、時隙按4.615ms4.615ms周期周期性的重復，每個時隙即是一個物理信道。性的重復，每個時隙即是一個物理信道。 時間0 1 2 3 4 5 6 7fnfn+1fn+2fn+3fn+4幀4.6 ms時隙577s200 kHZ= 物理信值頻率2012.3移動通信原理 李兆玉5-18 GSMGSM采用采用FDDFDD的雙工方式，業(yè)務狀態(tài)下，的雙工方式，業(yè)務狀態(tài)下，MSMS與與BSBS之間通過之間通過上下行兩個不同頻率通信；上下行兩個不同頻率通信； MSMS占用上下行頻率的時隙號相同，但上行時隙相對于下占用上下行頻率的時隙號相同，但上行時隙相對于下行時隙延后行時隙延后3 3個時隙的時間。因為：個時

10、隙的時間。因為：MSMS的收、發(fā)信需要天線雙工器來回倒換，且倒換啟動到倒換的收、發(fā)信需要天線雙工器來回倒換，且倒換啟動到倒換穩(wěn)定需要一定時間；穩(wěn)定需要一定時間；MSMS處于隨機移動狀態(tài)，它與處于隨機移動狀態(tài)，它與BSBS之間的距離和位置隨機變化，之間的距離和位置隨機變化，為了防止在不同位置使用相同頻率的為了防止在不同位置使用相同頻率的MSMS發(fā)射的時隙在到達發(fā)射的時隙在到達BSBS的時候出現重疊的情況，的時候出現重疊的情況，MSMS利用這利用這3 3個時隙的時間完成幀調整個時隙的時間完成幀調整設置時間提前量設置時間提前量TATA。2012.3移動通信原理 李兆玉5-190 1 2 3 4 5

11、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 722012342324250123474849501（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）20

12、12.3移動通信原理 李兆玉5-202012.3移動通信原理 李兆玉5-21話音業(yè)務信道話音業(yè)務信道l全速率話音業(yè)務信道（全速率話音業(yè)務信道（TCH/F)l半速率話音業(yè)務信道（半速率話音業(yè)務信道（TCH/H) 業(yè)務信道業(yè)務信道Speech Traffic TypeSpeech Traffic Type話音編碼速率話音編碼速率（Kbit/sKbit/s）信道編碼速率信道編碼速率（Kbit/sKbit/s）Full-rate Speech1322.8Half-rate Speech6.511.42012.3移動通信原理 李兆玉5-22數據業(yè)務信道數據業(yè)務信道l9.6kbit/s，全速率數據業(yè)務信道

13、（，全速率數據業(yè)務信道（TCH/F9.6）l4.8kbit/s，全速率數據業(yè)務信道（，全速率數據業(yè)務信道（TCH/F4.8）l4.8kbit/s，半速率數據業(yè)務信道（，半速率數據業(yè)務信道（TCH/H4.8）l2.4kbit/s，全速率數據業(yè)務信道（，全速率數據業(yè)務信道（TCH/F2.4）l2.4kbit/s，半速率數據業(yè)務信道（，半速率數據業(yè)務信道（TCH/H2.4） 業(yè)務信道業(yè)務信道2012.3移動通信原理 李兆玉5-23作用：作用： 控制信道（控制信道（CCH）用于傳送信令或同）用于傳送信令或同步數據步數據.分類（三大類）分類（三大類）:l廣播信道（廣播信道（BCH）l公共控制信道（公共控

14、制信道（CCCH）l專用控制信道（專用控制信道（DCCH） 控制信道控制信道2012.3移動通信原理 李兆玉5-24特點特點：下行信道，傳頻率校正、同步：下行信道，傳頻率校正、同步及系統(tǒng)消息。分類（三種）：及系統(tǒng)消息。分類（三種）：l頻率校正信道（頻率校正信道（FCCH）l同步信道（同步信道（SCH）l廣播控制信道（廣播控制信道（BCCH） 廣播信道（廣播信道（BCHBCH）2012.3移動通信原理 李兆玉5-25l頻率校正信道（頻率校正信道（FCCH），），傳送：傳送： 移動臺的頻率校正信息移動臺的頻率校正信息l同步信道（同步信道（SCH），），傳送同步信息：傳送同步信息： 基站識別碼基站識

15、別碼BSIC,簡化簡化TDMA幀號幀號l廣播控制信道（廣播控制信道（BCCH），），傳送：傳送： 手機由此獲得各種系統(tǒng)參數手機由此獲得各種系統(tǒng)參數 廣播信道（廣播信道（BCHBCH）功能）功能2012.3移動通信原理 李兆玉5-26特點：系統(tǒng)內移動臺共用特點：系統(tǒng)內移動臺共用分類：分類：l尋呼信道（尋呼信道（PCHPCH）l隨即接入信道（隨即接入信道（RACHRACH）l接入允許信道（接入允許信道（AGCHAGCH） 公共控制信道（公共控制信道（CCCHCCCH）2012.3移動通信原理 李兆玉5-27l尋呼信道（尋呼信道（PCHPCH）下行，用于尋呼移動臺下行，用于尋呼移動臺l隨即接入信道（

16、隨即接入信道（RACHRACH） 上行，用于移動臺提出入網申上行，用于移動臺提出入網申請，請求分配一條請，請求分配一條SDCCHSDCCH；l接入允許信道（接入允許信道（AGCHAGCH） 下行，用于入網應答，分配一下行，用于入網應答，分配一條條SDCCHSDCCH或或TCHTCH 公共控制信道（公共控制信道（CCCHCCCH）功能）功能2012.3移動通信原理 李兆玉5-28Page Page 2828 特點：由基站分給某一特定的移動臺專用特點：由基站分給某一特定的移動臺專用 專用控制信道（專用控制信道（DCCHDCCH） l獨立專用控制信道（獨立專用控制信道（SDCCH）雙向，用于傳送鑒權

17、、業(yè)務信道指配雙向，用于傳送鑒權、業(yè)務信道指配信息；信息；l慢速隨路控制信道（慢速隨路控制信道（SACCH） 雙向，與一條業(yè)務信道或一條雙向，與一條業(yè)務信道或一條SDCCH聯用；在傳送用戶信息期間代聯用；在傳送用戶信息期間代傳某些特定信息，例如無線傳輸的測傳某些特定信息，例如無線傳輸的測量報告、功率控制。量報告、功率控制。2012.3移動通信原理 李兆玉5-29l快速隨路控制信道（快速隨路控制信道（FACCHFACCH）: :與一條業(yè)務信道聯用，攜帶與與一條業(yè)務信道聯用，攜帶與SDCCHSDCCH同樣的信同樣的信號；號；只在未分配只在未分配SDCCHSDCCH時才分配時才分配FACCHFACC

18、H；通過從業(yè)務信道借取的幀來實現信令傳輸；通過從業(yè)務信道借取的幀來實現信令傳輸；傳送諸如傳送諸如“越區(qū)切換越區(qū)切換”等指令信息。等指令信息。 專用控制信道（專用控制信道（DCCHDCCH）功能）功能2012.3移動通信原理 李兆玉5-30還有其他的邏輯信道嗎還有其他的邏輯信道嗎? ?小區(qū)廣播控制信道小區(qū)廣播控制信道CBCH，用于下行短消息業(yè)務的小區(qū)廣播信息！用于下行短消息業(yè)務的小區(qū)廣播信息！2012.3移動通信原理 李兆玉5-31邏輯信道應用實例邏輯信道應用實例以以MSMS開機為例，說明邏輯信道的應用：開機為例，說明邏輯信道的應用：l 開機開機l FCCHFCCH：接收頻率校正信息接收頻率校正

19、信息l SCHSCH：接收接收BSBS同步信號同步信號l BCCHBCCH：接收系統(tǒng)消息接收系統(tǒng)消息 l PCHPCH：接收尋呼消息接收尋呼消息l RACHRACH：接入申請接入申請 l AGCHAGCH：允許接入，并分配允許接入，并分配SDCCHSDCCHl SDCCH /SACCH SDCCH /SACCH： 在在SDCCHSDCCH上進行鑒權；上進行鑒權； 在在SACCHSACCH上進行功率控制上進行功率控制l 空閑狀態(tài)接收空閑狀態(tài)接收BCCHBCCH 2012.3移動通信原理 李兆玉5-322012.3移動通信原理 李兆玉5-33(1)(1)常規(guī)突發(fā)常規(guī)突發(fā)(NB)(NB)脈沖序列，脈

20、沖序列，用于業(yè)務信道及專用控制信用于業(yè)務信道及專用控制信道。道。 116bit116bit的信息分成兩段，各的信息分成兩段，各58bit58bit。其中。其中57bit57bit為數據，為數據，1bit1bit為性質（業(yè)務或控制信號）；為性質（業(yè)務或控制信號）； 信息段間插入信息段間插入26bit26bit訓練序列，用作自適應均衡器的訓訓練序列，用作自適應均衡器的訓練序列，以消除多徑效應產生的碼間干擾；練序列，以消除多徑效應產生的碼間干擾； 尾比特尾比特TBTB，首尾各，首尾各3bit3bit，稱為功率上升時間和拖尾時，稱為功率上升時間和拖尾時間；間； 保護時間保護時間GPGP，占，占8.25

21、bit8.25bit，為防止不同移動臺按時隙突，為防止不同移動臺按時隙突發(fā)的信號因傳播時延不同而在基站發(fā)生前后交疊。發(fā)的信號因傳播時延不同而在基站發(fā)生前后交疊。 2012.3移動通信原理 李兆玉5-34(2) (2) 頻率校正突發(fā)頻率校正突發(fā)(FB)(FB)脈沖序列。脈沖序列。 頻率校正突發(fā)頻率校正突發(fā)脈沖序列用于校正移動臺的載波頻率，其格式比較脈沖序列用于校正移動臺的載波頻率，其格式比較簡單。簡單。起始和結束的尾比特各占起始和結束的尾比特各占 3 bit3 bit， 保護時間保護時間 8.25 bit8.25 bit， 它們均與普通突發(fā)脈沖序列相同，其它們均與普通突發(fā)脈沖序列相同，其余的余的

22、 142 bit142 bit，均置成，均置成“0 0”，相應發(fā)送的射頻是，相應發(fā)送的射頻是一個與載頻有固定偏移一個與載頻有固定偏移( (頻編頻編) )的純正弦波，的純正弦波， 以便以便于調整移動臺的載頻。于調整移動臺的載頻。 2012.3移動通信原理 李兆玉5-35(3) (3) 同步突發(fā)同步突發(fā)(SB)(SB)脈沖序列。脈沖序列。 同步突發(fā)脈沖序同步突發(fā)脈沖序列用于移動臺的時間同步。列用于移動臺的時間同步。 主要組成包括主要組成包括 64 64 bitbit的位同步信號，以及兩段各的位同步信號，以及兩段各39bit39bit數據，用于數據，用于傳輸傳輸TDMATDMA幀號和基站識別碼幀號和

23、基站識別碼(BSIC)(BSIC)。基站識別碼基站識別碼(BSIC)(BSIC)用于移動臺進行信號強用于移動臺進行信號強度測量時區(qū)分同一個載頻而不同的基站。度測量時區(qū)分同一個載頻而不同的基站。 2012.3移動通信原理 李兆玉5-36(4) (4) 接入突發(fā)接入突發(fā)(AB, Access Burst)(AB, Access Burst)脈沖序列。脈沖序列。 接入接入突發(fā)脈沖序列用于上行傳輸方向，突發(fā)脈沖序列用于上行傳輸方向， 在隨機接入信道在隨機接入信道(RACH)(RACH)上傳送，上傳送， 用于移動用戶向基站提出入網申請。用于移動用戶向基站提出入網申請。 st2522st126KmCtr8

24、 .371031012686u工程上一般工程上一般GSMGSM小區(qū)最大半徑小區(qū)最大半徑35Km35Km。2012.3移動通信原理 李兆玉5-37 即將各種邏輯信道映射（裝載）到物理信道（復即將各種邏輯信道映射（裝載）到物理信道（復幀），信道的組合形式與通信系統(tǒng)在不同階段所需完幀），信道的組合形式與通信系統(tǒng)在不同階段所需完成的功能有關、與傳輸方向有關、與業(yè)務量有關。成的功能有關、與傳輸方向有關、與業(yè)務量有關。 映射的一般原則：每個基站有映射的一般原則：每個基站有n n個載頻：個載頻：C C0 0、C C1 1、C Cn-1n-1（C0C0為主載頻），每個載頻有為主載頻），每個載頻有8 8個時隙個

25、時隙TSTS0 0、TSTS1 1、TSTS7 7。其中：。其中： C C0 0的的TSTS2 2TSTS7 7用于業(yè)務信道；用于業(yè)務信道； C C0 0的的TSTS0 0用于廣播信道和公共控制信道；用于廣播信道和公共控制信道； C C0 0的的TSTS1 1用于專用控制信道；用于專用控制信道； 其余載頻其余載頻C C1 1C Cn-1n-1的的8 8個時隙可用于業(yè)務信道。個時隙可用于業(yè)務信道。邏輯信道與物理信道的映射關系邏輯信道與物理信道的映射關系2012.3移動通信原理 李兆玉5-38 全速率情況。業(yè)務信道的復幀含全速率情況。業(yè)務信道的復幀含2626個個TDMATDMA幀，幀，其中其中24

26、24幀幀T T用于傳輸業(yè)務信息；用于傳輸業(yè)務信息；1 1幀幀A A表示隨路的慢速表示隨路的慢速輔助控制信道輔助控制信道SACCHSACCH，用于傳輸功率調整信息；，用于傳輸功率調整信息；1 1幀幀為空閑幀。為空閑幀。 (1) (1) 業(yè)務信道的組合方式。業(yè)務信道的組合方式。 0 1 27 0 1 27 0 1 2TDMA幀TCH下行鏈路全速率全速率半速率半速率2012.3移動通信原理 李兆玉5-39(2) (2) 控制信道的組合方式?？刂菩诺赖慕M合方式。控制信道的復幀含控制信道的復幀含 51 51 幀，幀， 其組合方式類型較多，而且上行傳輸和下行傳輸的組其組合方式類型較多，而且上行傳輸和下行傳

27、輸的組合方式也是不相同的。合方式也是不相同的。 BCCHBCCH和和CCCHCCCH在在TSTS0 0上的復用。上的復用。 圖 7 -16 BCCH和CCCH在TS0上的復用 0 1 27 0 1 27 0 1TDMA幀F SBBCH+CCCH下行鏈路CF SCCF SCCF SCCF SCCIF(FCCH)F(FCCH)：用于：用于MSMS校正頻率；校正頻率；S(SCH)S(SCH)：MSMS據此讀據此讀TDMATDMA幀號和基站識別碼幀號和基站識別碼BSICBSIC；B(BCCH)B(BCCH)： MSMS據此讀有關小區(qū)的通用信息；據此讀有關小區(qū)的通用信息；I(IDEL)I(IDEL)：空

28、閑幀。：空閑幀。2012.3移動通信原理 李兆玉5-40圖圖 7 - 17 TS0上上RACH的復用的復用 0 1 27 0 1 27 0 1TDMA幀RRACH上行鏈路R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R 對于上行鏈路，對于上行鏈路，TS0TS0只用于只用于MSMS的接入，即的接入，即5151個個TDMATDMA幀用于隨機接入信道。幀用于隨機接入信道。2012.3移動通信原理 李兆玉5-41 SDCCH SDCCH和和SACCHSACCH在在TSTS1

29、 1上的復用。上的復用。 圖圖 7-18 SDCCH和和SACCH(下行下行)在在TS1上的復用上的復用 0 1 27 0 1 27 0 1TDMA幀D0D1D2D3D4D5D6D7A0A1A2A3D0D1D2D3D4D5D6D7A4A5A6A7I I II I I*SDCCH+SACCH下行鏈路*Dx（SDCCH）：）： Dx只在移動臺只在移動臺X建立呼叫時使用，在移動臺建立呼叫時使用，在移動臺X轉轉到到TCH上開始通話或登記完釋放后，可用于其它上開始通話或登記完釋放后，可用于其它MS。Ax（SACCH）：在傳輸建立階段（也可能是切換時）必須交換控）：在傳輸建立階段（也可能是切換時）必須交換

30、控制信令，如功率調整等信息，移動臺制信令，如功率調整等信息，移動臺X此類信令就是在該信道上傳送。此類信令就是在該信道上傳送。由于是專用信道，所以上行鏈路由于是專用信道，所以上行鏈路C0上的上的TS1也具有同樣的結構，即也具有同樣的結構，即意味著對一個移動臺同時可雙向連接，但時間上有個偏移。意味著對一個移動臺同時可雙向連接，但時間上有個偏移。 Dx、Ax含含義與下行鏈路的相同。義與下行鏈路的相同。2012.3移動通信原理 李兆玉5-42圖圖 7-19 TS0上控制信道綜合復用上控制信道綜合復用 F SBBCH+CCCH+SDCCH+SACCH下行鏈路CF SCCF SD0D1F SD2D3F S

31、A0A1IF SBCF SCCF SD0D1F SD2D3F SA2A3I*D3D3R RR RA2A0A3A1RRRRRRRRRRR RR RRRD0D0D1D1R RR RD2D2*RACH+SDCCH+SACCH上行鏈路 廣播信道、公用控制信道和專用控制信道均在廣播信道、公用控制信道和專用控制信道均在TS0TS0上的復用。上的復用。 2012.3移動通信原理 李兆玉5-43話音在無線信道上的傳送話音在無線信道上的傳送發(fā)送話音在發(fā)送話音在MS中的處理過程中的處理過程l我們一話音的發(fā)送為例，講述話音的無線傳輸；我們一話音的發(fā)送為例，講述話音的無線傳輸；l話音的接收僅僅是發(fā)送的反過程。話音的接

32、收僅僅是發(fā)送的反過程。語音A/D轉換分段 話音編碼8KHZ13比特13Kbitls信道編碼22.8Kbitls交織突發(fā)脈沖格式化加密20ms調制發(fā)送33.8Kbitls2012.3移動通信原理 李兆玉5-44用戶 人的語音 語音的13kbps數據序列 語音的16kbps數據序列 語音的64kbps數據序列 語音的64kbps數據序列 人的語音 用戶 移動臺 BTS TRAU MSC&PSTN ISDN電話 不同不同GSMGSM接口的語音傳輸示意接口的語音傳輸示意BTSBTS增加速率為增加速率為3kbs3kbs的信令，用于的信令，用于BTSBTS控制遠端碼型變換器單控制遠端碼型變換器單元元TCU

33、TCU的工作，稱為帶內信息，包括同步和控制比特（包括壞的工作，稱為帶內信息，包括同步和控制比特（包括壞幀指示、編碼器類型、幀指示、編碼器類型、DTXDTX指示等）指示等）2012.3移動通信原理 李兆玉5-45信源編碼信源編碼2012.3移動通信原理 李兆玉5-46語音編碼器（260bits）3bit奇偶校驗半速卷積編碼器8時隙交織Ia類（50bit） Ib類（132bit） 類（78bit）53bit378編碼比特456bit（8個子塊，57bit/子塊）4尾比特語音編解碼的前向糾錯（全速業(yè)務信道）語音編解碼的前向糾錯（全速業(yè)務信道）信道編碼：卷積碼信道編碼：卷積碼2012.3移動通信原理

34、李兆玉5-47交織一：塊內交織交織一：塊內交織2012.3移動通信原理 李兆玉5-48交織二：塊間交織交織二：塊間交織12345678D1D2D3D4D5D6D7D8D1D2D3D4D5D6D7D8456 bit456 bit20 ms26020 ms260話音編碼器話音編碼器信道編碼器信道編碼器357 bit126 bit（訓練序列）157 bit38.25交織話音尾碼數據數據保護尾碼第二個20ms輸出單幀交織距離= 8規(guī)則脈沖激勵長期預測編碼時隙流（在一幀僅發(fā)一時隙）常規(guī)實發(fā)序列第一個20ms輸出2012.3移動通信原理 李兆玉5-49Page Page 4949+A5A5KcTDMA幀號

35、幀號KcTDMA幀號幀號未加密話音未加密話音已加密話音無線傳播已加密話音無線傳播解密話音解密話音MS側側BTS側側加密技術加密技術2012.3移動通信原理 李兆玉5-50Page Page 5050GSMGSM無線接口無線接口lUm接口話音處理接口話音處理話音在無線信道上的傳送話音編碼信道編碼交織加密調制跳頻時延調整lUm接口控制技術接口控制技術自動功率控制（APC）非連續(xù)發(fā)射（DTX）非連續(xù)接收（DRX）跳頻技術時延調整2012.3移動通信原理 李兆玉5-51第四章第四章 GSMGSM移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng)2012.3移動通信原理 李兆玉5-52哈爾濱 沈陽 天津烏魯木齊 蘭州西安上海武漢

36、 成都 廣州拉薩北京GSM區(qū)域定義區(qū)域定義GSM編號計劃編號計劃2012.3移動通信原理 李兆玉5-53GSMGSM區(qū)域定義區(qū)域定義小小區(qū)區(qū)基基站站區(qū)區(qū)MSC區(qū)區(qū)位位置置區(qū)區(qū)PLMNPLMN2012.3移動通信原理 李兆玉5-54哈爾濱 沈陽 天津烏魯木齊 蘭州西安上海武漢 成都 廣州拉薩北京GSM區(qū)域定義區(qū)域定義GSM編號計劃編號計劃2012.3移動通信原理 李兆玉5-55編號計劃編號計劃IMSIIMSI2012.3移動通信原理 李兆玉5-56IMSIIMSI2012.3移動通信原理 李兆玉5-57TMSITMSI2012.3移動通信原理 李兆玉5-58MISDNMISDN2012.3移動通

37、信原理 李兆玉5-59MISDNMISDN2012.3移動通信原理 李兆玉5-60MSC Number/VLR NumberMSC Number/VLR Number2012.3移動通信原理 李兆玉5-61MSRNMSRN2012.3移動通信原理 李兆玉5-62HLR NumberHLR Number2012.3移動通信原理 李兆玉5-63LAILAI2012.3移動通信原理 李兆玉5-64CGICGI2012.3移動通信原理 李兆玉5-65BSICBSIC2012.3移動通信原理 李兆玉5-66存儲在移動臺和存儲在移動臺和SIMSIM卡中的信息卡中的信息網絡使用的路由信息網絡使用的路由信息I

38、MSIIMSI國際移動用戶識別碼國際移動用戶識別碼它是作為惟一的用戶識別碼。它是作為惟一的用戶識別碼。TMSITMSI臨時移動用戶識別號臨時移動用戶識別號被被VLRVLR分配使用在空中接口，代替分配使用在空中接口，代替IMSIIMSI。IMEIIMEI國際移動設備識別號國際移動設備識別號手機的惟一識別號。手機的惟一識別號。MSISDNMSISDN 移動用戶移動用戶ISDNISDN號號 可撥的移動用戶電話號?？蓳艿囊苿佑脩綦娫捥枴SRNMSRN 移動臺漫游號移動臺漫游號 提供被訪的提供被訪的MSCMSC路由。路由。呼叫建立流程呼叫建立流程.exe.exe2012.3移動通信原理 李兆玉5-67

39、4.4.2 4.4.2 通信安全通信安全 在在GSMGSM系統(tǒng)中，為了保證通信安全，采?。合到y(tǒng)中，為了保證通信安全，采?。鸿b權：鑒權：網絡對移動臺（網絡對移動臺（SIMSIM卡）的身份合法性卡）的身份合法性進行認證。進行認證。加密：加密：對移動臺和基站之間交互的信令信息對移動臺和基站之間交互的信令信息或業(yè)務信息進行密文化處理，防止第三者的竊聽?；驑I(yè)務信息進行密文化處理，防止第三者的竊聽。IMEIIMEI查詢：查詢：網絡判定網絡判定IMEIIMEI的合法性，即判定的合法性，即判定移動臺本身的合法性。移動臺本身的合法性。2012.3移動通信原理 李兆玉5-68GSMGSM系統(tǒng)的鑒權是單向鑒權，即只

40、有網絡系統(tǒng)的鑒權是單向鑒權，即只有網絡對對MSMS的鑒權過程。在的鑒權過程。在3G3G網絡中引入了雙向鑒權網絡中引入了雙向鑒權機制，增加了機制，增加了MSMS對網絡的鑒權過程，有效的防對網絡的鑒權過程，有效的防范偽基站攻擊。范偽基站攻擊。在用戶入網簽約時，用戶鑒權密鑰在用戶入網簽約時，用戶鑒權密鑰KiKi連同連同IMSIIMSI一起分配給用戶，這樣每一個用戶均有惟一起分配給用戶，這樣每一個用戶均有惟一的一的K Ki i和和IMSIIMSI，它們存儲于，它們存儲于AUCAUC和和SIMSIM卡中。根卡中。根據據HLRHLR的請求，的請求，AUCAUC會為鑒權與加密提供會為鑒權與加密提供三參數三參

41、數組組(RAND(RAND、SRESSRES和和K Kc c) ) 。 2012.3移動通信原理 李兆玉5-69AUC產生三參數組產生三參數組 IMSI 1KiIMSI 2Ki數據庫IMSI和鑒權RAND產生隨機數加密算法A8鑒權算法A3結果結果KcSRESRANDKcSRESRANDIMSI：國際移動用戶識別Kc：密鑰Ki：用戶鑒權鍵SRES：符號響應RAND：隨機數將三參數組傳送給HLR三參數組2012.3移動通信原理 李兆玉5-70AUC存儲HLR中所有用戶的鑒權鍵KiHLRMSC/VLRMS存儲有關的用戶信息 對所有用戶產生 三參數組 RAND/Kc/SRES臨時存儲所有用戶的三參數組

42、(每用戶1至10個三參數組)依請求發(fā)給VLR存儲所有訪問用戶的三參數組RAND/Kc/SRES（每用戶1至7個三參數組）接入請求RAND算法 A3RANDKiSRESSRESAUCSRESMS=否不能接入是接入？RAND/Kc/SRES1. 鑒權鑒權 鑒權程序鑒權程序2012.3移動通信原理 李兆玉5-712. 加密加密 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組RAND/Kc/SRES臨時存儲所有用戶的三參數組(每用戶1 10個）并依請求發(fā)給VLR存儲所有訪問用戶的三參數組(每用戶1 7個)RAND/Kc/SRES臨時存

43、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 加密程序加密程序2012.3移動通信原理 李兆玉5-724.4.3 4.4.3 空中接口信令流程空中接口信令流程當當MS開機或從一個盲區(qū)進入信號覆蓋區(qū)時：開機或從一個盲區(qū)進入信號覆蓋區(qū)時：小區(qū)選擇：小區(qū)選擇：MS會搜索會搜索PLMN的服務頻點，并選的服務頻點，并選擇一個合適的小區(qū)駐留下來；擇一個合適的小區(qū)駐留下來； 標準小區(qū)選擇標準小區(qū)選擇 存儲列表小區(qū)選擇存儲列表小區(qū)選擇小區(qū)重選：隨著小

44、區(qū)重選：隨著MS的移動，當前駐留小區(qū)不能的移動，當前駐留小區(qū)不能再提供有效服務，再提供有效服務，MS會選擇其他的小區(qū)駐留。會選擇其他的小區(qū)駐留。 MS在位置登記、主叫、被叫時候的尋呼響應過在位置登記、主叫、被叫時候的尋呼響應過程中，首先需要建立和基站的初始接入，即程中，首先需要建立和基站的初始接入，即隨機接隨機接入過程入過程。2012.3移動通信原理 李兆玉5-73信息比特（36bits）6bit奇偶校驗8bits隨機數6bit色碼4尾比特半速卷積編碼器6bit基站識別色碼2012.3移動通信原理 李兆玉5-74在在8比特比特的隨機數中：的隨機數中：3比特比特用來提供接入網絡原因的最少指示，如

45、緊用來提供接入網絡原因的最少指示，如緊急呼叫、位置更新、響應尋呼或主叫請求等。急呼叫、位置更新、響應尋呼或主叫請求等。5比特比特是移動臺隨機選擇的鑒別符，它并不用來是移動臺隨機選擇的鑒別符，它并不用來向網絡提供信息，其目的是使網絡能區(qū)分不同向網絡提供信息，其目的是使網絡能區(qū)分不同MS所所發(fā)起的請求，網絡此后將向移動臺發(fā)送的發(fā)起的請求，網絡此后將向移動臺發(fā)送的“立即指立即指配命令配命令”（含有所分配信道的信息）中會再次將鑒（含有所分配信道的信息）中會再次將鑒別符（別符（8比特隨機數）返還給移動臺，移動臺會通過比特隨機數）返還給移動臺，移動臺會通過網絡返回的鑒別符和本身所發(fā)送的鑒別符相比較來網絡返

46、回的鑒別符和本身所發(fā)送的鑒別符相比較來判斷該信息是否是網絡發(fā)還給自己的。判斷該信息是否是網絡發(fā)還給自己的。 2012.3移動通信原理 李兆玉5-75信道請求消息只在信道請求消息只在BSS內部進行處理。內部進行處理。1.BTS在對移動臺的在對移動臺的“CHANNEL REQUEST”消息正確解消息正確解碼后，它將把碼后，它將把“CHANNEL REQUIRED”的報文通過的報文通過ABIS接接口發(fā)送給口發(fā)送給BSC，并附上，并附上BTS對該對該MS到到BTS傳輸時延（傳輸時延（TA）的）的估算及本次接入原因等附加信息；估算及本次接入原因等附加信息；2.BSC向向BTS發(fā)送一條發(fā)送一條“CHANN

47、EL ACTIVE”的報文來查的報文來查詢相應的地面資源（傳輸電路等）是否可用，該報文指明激詢相應的地面資源（傳輸電路等）是否可用，該報文指明激活信道所需的全部屬性，包括信道類型、工作模式、物理特活信道所需的全部屬性，包括信道類型、工作模式、物理特性和時間提前量等。性和時間提前量等。3.BTS在準備好相應的資源后，將返回一條在準備好相應的資源后，將返回一條“CHANNEL ACTIVE ACK”的報文來答復的報文來答復BSC。2012.3移動通信原理 李兆玉5-764.BTS完成指定信道的激活后，完成指定信道的激活后，BSC將在將在MS發(fā)送發(fā)送“信道請信道請求求”的同一的同一CCCH的的TS0

48、，即在，即在AGCH以無證實方式發(fā)送一條以無證實方式發(fā)送一條“立即指配立即指配”或或“立即指配擴展立即指配擴展”的消息來向移動用戶分配的消息來向移動用戶分配專用信令信道（專用信令信道（SDCCH和和SACCH-C）。）。 5.每個在每個在AGCH信道上等待分配的信道上等待分配的MS可以通過比較參考值可以通過比較參考值來判斷這個分配信息的歸屬，以避免爭搶引起混亂。來判斷這個分配信息的歸屬，以避免爭搶引起混亂。MS收到收到“立即指配命令立即指配命令”后，通過對該消息的解碼，如果認為后，通過對該消息的解碼，如果認為“隨隨機鑒別符機鑒別符”和和“縮減幀號值縮減幀號值”都符合要求，都符合要求，MS就會將

49、本身的就會將本身的收發(fā)配置調整到指定信道上來，并按照收發(fā)配置調整到指定信道上來，并按照BSC指定的指定的TA值和初值和初始化最大發(fā)射功率開始傳輸信令。始化最大發(fā)射功率開始傳輸信令。6.此后將將繼續(xù)進行信令的接續(xù)，可能包括鑒權、加密、此后將將繼續(xù)進行信令的接續(xù)，可能包括鑒權、加密、TMSI再分配、再分配、TCH分配等過程。分配等過程。 2012.3移動通信原理 李兆玉5-77位置登記位置登記( (或稱注冊或稱注冊) )：通信網為了跟蹤：通信網為了跟蹤移動臺的位置變化，而對其位置信息進行登移動臺的位置變化，而對其位置信息進行登記、刪除和更新的過程。記、刪除和更新的過程。由于數字蜂窩網的用戶密度大于

50、模擬蜂由于數字蜂窩網的用戶密度大于模擬蜂窩網，窩網， 因而位置登記過程必須更快、更精因而位置登記過程必須更快、更精確。確。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)(HLR)和和訪問位置寄存器訪問位置寄存器(VLR)(VLR)中。中。 2012.3移動通信原理 李兆玉5-78 位置區(qū)劃分的示意圖位置區(qū)劃分的示意圖 BTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBSCBSCBSCVLRMSCVLRMSCHLRLA1LA2LA3LA42012.3移動通信原理 李兆玉5-79BSCVLRMSCHLR以“附著”標記IMSI 位置更新請求 位置更新接受 位置更新請求IMS

51、I裝入新的MSC 位置更新證實BTSMSCMSC發(fā)送發(fā)送“位置更新請求位置更新請求”信息，通知信息，通知GSMGSM系統(tǒng)這是系統(tǒng)這是一個該位置區(qū)內的新用戶。一個該位置區(qū)內的新用戶。MSCMSC根據該移動臺發(fā)送的根據該移動臺發(fā)送的IMSIIMSI中的中的H H1 1H H2 2H H3 3信息，向該信息，向該HLRHLR發(fā)送發(fā)送“位置更新位置更新請求請求”信息。信息。HLRHLR把發(fā)送請求的把發(fā)送請求的MSCMSC的號的號碼碼( (即即M1M2M3)M1M2M3)記錄下來，記錄下來，并向該并向該MSCMSC回送回送“位置更位置更新接受新接受”信息。信息。至此，至此，MSCMSC認為此移動臺已被激

52、活，便認為此移動臺已被激活，便要求訪問位置寄存器要求訪問位置寄存器(VLR)(VLR)對該移動臺對該移動臺作作“附著附著”標記，并向移動臺發(fā)送標記，并向移動臺發(fā)送“位置更新證實位置更新證實”信息，移動臺會在信息，移動臺會在其其SIMSIM卡中把信息中的位置區(qū)識別碼存卡中把信息中的位置區(qū)識別碼存儲起來，以備后用。儲起來，以備后用。1.1. 首次登記首次登記當一個移動用戶首次入網時，當一個移動用戶首次入網時，由于在其由于在其SIMSIM卡中找不到原來的位卡中找不到原來的位置區(qū)識別碼置區(qū)識別碼(LAI)(LAI)，它會立即申請，它會立即申請接入網絡。接入網絡。2012.3移動通信原理 李兆玉5-80

53、2.2. IMSIIMSI分離分離/ /附著附著移動臺的國際移動臺識別碼移動臺的國際移動臺識別碼(IMSI)(IMSI)在系統(tǒng)的某個在系統(tǒng)的某個HLRHLR和和VLRVLR及該移動臺的及該移動臺的SIMSIM卡中都有存儲?？ㄖ卸加写鎯?。當移動臺由激活轉換為非激活狀態(tài)時，應啟動當移動臺由激活轉換為非激活狀態(tài)時，應啟動“IMSIIMSI分離分離”進程，在相關的進程，在相關的HLRHLR和和VLRVLR中設置標志。中設置標志。這就使得網絡拒絕對該移動臺的呼叫，不再浪費無線這就使得網絡拒絕對該移動臺的呼叫，不再浪費無線信道發(fā)送呼叫信息。信道發(fā)送呼叫信息。 當移動臺由非激活轉換為激活狀態(tài)時，應啟動當移動

54、臺由非激活轉換為激活狀態(tài)時，應啟動“IMSIIMSI附著附著”進程，以取消相應進程，以取消相應HLRHLR和和VLRVLR中的標志，中的標志，恢復正常?；謴驼?。 2012.3移動通信原理 李兆玉5-81概念：概念：強制移動臺以固定的時間間隔周期性地向網絡進行強制移動臺以固定的時間間隔周期性地向網絡進行的位置登記。的位置登記。目的：目的：以防止與網絡失去聯系的移動臺進行尋呼以導致白以防止與網絡失去聯系的移動臺進行尋呼以導致白白浪費系統(tǒng)資源。白浪費系統(tǒng)資源。可能發(fā)生的意外情況如：可能發(fā)生的意外情況如：移動臺在待機狀態(tài)下移動到網絡覆蓋區(qū)以外的地方（即盲移動臺在待機狀態(tài)下移動到網絡覆蓋區(qū)以外的地方（

55、即盲區(qū)），網絡仍然認為該移動臺還處于附著（區(qū)），網絡仍然認為該移動臺還處于附著（attcahattcah）的狀態(tài)；）的狀態(tài)；當移動臺關機，在向網絡發(fā)送當移動臺關機，在向網絡發(fā)送“IMSIIMSI分離分離”消息時，如果消息時，如果此時無線路徑的上行鏈路存在著一定的干擾導致鏈路的質量很此時無線路徑的上行鏈路存在著一定的干擾導致鏈路的質量很差，導致網絡收不到；差，導致網絡收不到；當移動臺異常掉電時，也無法將其狀態(tài)通知給網絡，而導當移動臺異常掉電時，也無法將其狀態(tài)通知給網絡，而導致兩者失去聯系。致兩者失去聯系。 3.3.周期性位置登記周期性位置登記2012.3移動通信原理 李兆玉5-82概念：概念：基

56、于位置區(qū)變更的位置登記?；谖恢脜^(qū)變更的位置登記。 方法方法：移動臺接收自于其所在位置區(qū)中的廣播：移動臺接收自于其所在位置區(qū)中的廣播控制信道控制信道(BCCH)(BCCH)發(fā)出的位置區(qū)識別碼發(fā)出的位置區(qū)識別碼(LAI)(LAI)，自動，自動將該識別碼與自身存儲器中的位置區(qū)識別碼將該識別碼與自身存儲器中的位置區(qū)識別碼( (上次上次開機所處位置區(qū)開機所處位置區(qū)) )相比較。如果不同，認為移動臺相比較。如果不同，認為移動臺已由原來位置區(qū)移動到了一個新的位置區(qū)中，必須已由原來位置區(qū)移動到了一個新的位置區(qū)中，必須進行位置更新。進行位置更新。類型：類型：同一個同一個MSC/VLRMSC/VLR服務區(qū)的不同

57、位置區(qū)進服務區(qū)的不同位置區(qū)進行過區(qū)位置登記；不同的行過區(qū)位置登記；不同的MSC/VLRMSC/VLR服務區(qū)中進行過服務區(qū)中進行過區(qū)位置登記的情況。區(qū)位置登記的情況。4.4.位置更新位置更新2012.3移動通信原理 李兆玉5-83不同不同MSCMSCVLRVLR間不同位置區(qū)的位置更新流程示意圖間不同位置區(qū)的位置更新流程示意圖 VLRMSCAHLRVLRMSCBcell3BTS3BTS5LAIcell5BSCBBSCC移動臺從移動臺從cell3(cell3(屬于屬于MSCAMSCA的覆的覆蓋區(qū)蓋區(qū)) )移動到移動到cell5(cell5(屬于屬于MSCBMSCB的的覆蓋區(qū)覆蓋區(qū)) )中中通過檢測由

58、通過檢測由BTS5BTS5持續(xù)發(fā)送的廣持續(xù)發(fā)送的廣播信息播信息, MS, MS發(fā)現新收到的發(fā)現新收到的LAILAI與與目前存儲并使用的目前存儲并使用的LAILAI不同不同MSMS通過通過BTS5BTS5和和BSCCBSCC向向MSCBMSCB發(fā)送發(fā)送“位位置登記請求置登記請求LR”LR”信息信息MSCBMSCB把含有把含有MSCBMSCB標識和移動臺標識和移動臺識別碼的位置更新信息傳送給識別碼的位置更新信息傳送給HLR(HLR(鑒權或加密計算過程從此鑒權或加密計算過程從此時開始時開始) )HLRHLR返回響應信息返回響應信息, , 其中包含全其中包含全部相關的移動臺數據部相關的移動臺數據在在VLRBVLRB中進行移中進行移動臺數據登記動臺數據登記通過通過BTS5BTS5把有關位置更新響應把有關位置更新響應的信息傳送給的信息傳送給MS(MS(分配分配MSRNMSRN，如，如需重新分配需重新分配TMSITMSI，此時一起送，此時一起送) )通知通知MSC/VLRAMSC/VLRA刪除有刪除有關此關此MSMS的數據的數據2012.3移動通信原理 李兆玉5-84MS通過RACH向BS發(fā)起接入請求，在RACH的接入突發(fā)中攜帶一8比特隨機數和6比特的接入基站識別色碼，隨機數作為初始接入標識，基