GSM无线网络优化及详细信道解释.ppt

GSM 技术交流,GSM 无线网络优化,2,移动主叫（MO）过程,BSS,VMSC,VLR,VPLMN,IAM（ISUP）,SIFOC Complete call,Um,A,B,IAM : Initial address message ISUP : ISDN user part SIFOC : Send information for outgoing call,参见GSM 03.18,3,MO 信令流程,MS,VMSC,VLR,BSS,CM service req,CM service req,Process access req,Authenticate,Authenticate,Authenticate,Authenticate resp,Authenticate resp,Authenticate ack,Set cipher mode,Start ciphering,Cipher mode cmd,Process access req ack,Cipher mode comp,Cipher mode comp,setup,SIFOC,Complete call,Allocate channel,Assignment cmd,Assignment comp,Allocation complete,Call proceeding,IAM,ACM,ANM,Alert,Connect,Connect ack,参见GSM 03.18,4,移动被叫（MT）过程,BSS,VMSC,VLR,VPLMN,IAM (ISUP),SIFIC Page/ack Complete call,Um,A,B,参见GSM 03.18,GMSC,HLR,IAM (ISUP),Send routeing info/ack,Provide roaming number/ack,5,MT获取路由信息,GMSC,VMSC,VLR,HLR,SRI,IAM,PRN,PRN ack,SRI ack,IAM,SRI: Send Routeing Information PRN: Provide Roaming Number IAM: Initial Address Message,参见GSM 03.18,6,江苏,上海,北京,MSRN路由接续的机理,TMSC,MSC/VLR,TMSC,GMSC,IAM,HLR,MSC/VLR,TMSC,MSC/VLR,021,021,6495,SRI,PRN,6495xxxx,6485xxxxMSRN,MSISDN,MSRN,64957700,64957701,6495ABCD,,0123,HLR号,7,IAM,SIFIC,Page MS,Page,Page,Chan req,Imm ass,Page resp,MS conn,estab,Process,Access req,Set cipher,mode,Process,Access req ack,Start ciphering,Cipher mode cmd,Cipher mode cmp,Cipher mode cmp,Complete call,Setup,Call conf,Allocate chan,Ass cmd,Ass cmp,Allocation cmp,Allerting,ACM,Connect,ANM,Connect ack,Complete call,ack,移动被叫流程,参见GSM 03.18,8,位置更新过程,VLR,HLR,VLR,BSS,VMSC,Um,A,B,new,old,Loc upt,cancellation,Id inquiring,Location Update 的起因： 1） SIM卡第一次使用 2）位置区发生变化 3）周期位置更新 4）IMSI attach/dettache,D,D,G,参见GSM 03.20,9,位置更新流程 (1),在同一MSC中的位置更新,MS,VMSC,VLR,BSS,Loc upd req,Loc upd req,Loc area upd,Authenticate,Authenticate,Authenticate,Authenticate resp,Authenticate resp,Authenticate ack,Set cipher mode,Start ciphering,Cipher mode cmd,Loc upd acc,Cipher mode comp,Cipher mode comp,Loc upd acc,TMSI ack,TMSI reallocation cmp,参见GSM 03.20,10,位置更新流程 (2),在同一VLR但不同MSC中的位置更新,MS,VMSC,VLR,BSS,Loc upd req,Loc upd req,Loc area upd,Authenticate,Authenticate,Authenticate,Authenticate resp,Authenticate resp,Authenticate ack,Set cipher mode,Start ciphering,Cipher mode cmd,Loc upd acc,Cipher mode comp,Cipher mode comp,Loc upd acc,TMSI ack,TMSI reallocation cmp,HLR,Loc upd req,Loc upd ack,参见GSM 03.20,11,位置更新流程 (3),在新的VLR中的位置更新，原VLR可及,MS,VMSC,VLRn,BSS,Loc upd req,Loc upd req,Loc area upd,Auth.,Auth.,Auth.,Auth. resp,Auth. resp,Auth. ack,Set ciph. mode,Start ciphering,Ciph. mode cmd,Loc upd acc,Ciph. mode cmp,Ciph. mode cmp,Loc upd acc,TMSI ack,TMSI reallocation cmp,HLR,Loc upd req,Loc upd ack,VLRo,Id req,Id resp,Cancellation.,Cancellation ack,参见GSM 03.20,12,位置更新流程 (4),在新的VLR中的位置更新，原VLR不可及,MS,VMSC,VLRn,BSS,Loc upd req,Loc upd req,Loc area upd,Auth.,Auth.,Auth.,Auth. resp,Auth. resp,Auth. ack,Set ciph. mode,Start ciphering,Ciph. mode cmd,Loc upd acc,Ciph. mode cmp,Ciph. mode cmp,Loc upd acc,TMSI ack,TMSI reallocation cmp,HLR,Loc upd req,Loc upd ack,VLRo,Cancellation.,Cancellation ack,Id req.,Id req.,Id req.,Id resp,Id resp,Id resp,参见GSM 03.20,13,位置更新流程 (5),在新的VLR中的位置更新，原VLR可及，但信息丢失,MS,VMSC,VLRn,BSS,Loc upd req,Loc upd req,Loc area upd,Auth.,Auth.,Auth.,Auth. resp,Auth. resp,Auth. ack,Set ciph. mode,Start ciphering,Ciph. mode cmd,Loc upd acc,Ciph. mode cmp,Ciph. mode cmp,Loc upd acc,TMSI ack,TMSI reallocation cmp,HLR,Loc upd req,Loc upd ack,VLRo,Cancellation.,Cancellation ack,Id req.,Id req.,Id req.,Id resp,Id resp,Id resp,unknown,Id req.,参见GSM 03.20,14,用户身份鉴权过程,参见GSM 03.20,Um,A3,A3,? =,Yes/no,Ki,RAND,RAND,SRES,Ki,( Authentication req. ),( Authentication resp. ),Ki : individual subscriber authentication key,15,安全相关信息获取,VMSCVLR,Security Related Infomation Request,HLR/AuC,A3,Ki,RAND产生,参见GSM 03.20,Authentication Vector Response,SRES(1,2,n) , RAND(1,2,n),16,鉴权过程（1）,在新的VLR中做位置更新，采用TMSI,MS,MSC/VLRn,BSS,Loc upd req,Loc upd req,TMSIo,Auth.,Auth.,MSC/VLRo,参见GSM 03.20,( LAI, TMSI ),( LAI, TMSI ),IMSI RAND(1n) SRES(1n),17,鉴权过程（2）,在新的VLR中做位置更新，采用IMSI,MS,MSC/VLRn,BSS,Loc upd req,Loc upd req,Sec.Rel.Info.req,Auth.,Auth.,( LAI, IMSI ),( LAI, IMSI ),RAND(1n) SRES(1n),HLR/AuC,参见GSM 03.20,18,鉴权过程（3）,在新的VLR中做位置更新，采用TMSI，TMSI在原VLR中未知,参见GSM 03.20,MS,MSC/VLRn,BSS,Loc upd req,Loc upd req,TMSIo,Auth.,Auth.,MSC/VLRo,( LAI, TMSI ),( LAI, TMSI ),unknow,Sec.Rel.Info.req,RAND(1n) SRES(1n),HLR/AuC,Id req.,Id req.,IMSI,IMSI,本流程属于异常情况,19,鉴权流程（4）,参见GSM 03.20,在新的VLR中做位置更新，采用TMSI，原VLR不可及,MS,MSC/VLRn,BSS,Loc upd req,Loc upd req,Auth.,Auth.,( LAI, TMSI ),( LAI, TMSI ),Sec.Rel.Info.req,RAND(1n) SRES(1n),HLR/AuC,Id req.,Id req.,IMSI,IMSI,本流程属于异常情况,20,鉴权过程的其它,参见GSM 03.20,1. 如果用TMSI鉴权失败，是否需要再用IMSI鉴权？ 答案：是。但作为选项，运营商可以规定在TMSI鉴权失败后拒绝后续操作。 2. 在故障情况下的处理 * VLR中的每组三件套用过一次后可以删除，也可以不删除但标记为已用； * 当VLR中的三件套都用过后，应该向HLR申请新的三件套； * 一旦获得新的三件套，VLR将储存的用过的所有三件套删除； * 若申请过程出现故障，则VLR可以重复使用已用过的三件套，但三件套允许重复的次数是受限的。,21,信息加密与解密,A5,A5,Count ( = TDMA Frame Number = ) Count,114 bits 加密块,114 bits 加密块,BLOCK1,BLOCK1,114 bit 信息块,114 bit 信息块,Kc,Kc,Kc：密钥，64 bits Count：22 bits BLOCK1，BLOCK2：114 bits,Channel,参见GSM 03.20,22,Kc的产生,参见GSM 03.20,Um,A8,A8,Ki,RAND,RAND,Ki,( Authentication req. ),Ki : individual subscriber authentication key,储存 Kc,储存 Kc,23,目录,1. GSM系统基本结构和原理 2. GSM系统中的无线参数 3. 关于双频组网,一. GSM系统基本结构和原理,25,移动通信的发展,由大区向蜂窝的发展：,* 容量大幅度提高,* 功率大大降低,* 连续覆盖面广,* 技术难度提高,26,移动通信的发展,由模拟向数字的发展：,第一代蜂窝系统： * AMPS （美国） * TACS （英国） * NMT （北欧） * NAMTS （日本）,第二代蜂窝系统： * GSM/DCS1800 （欧洲） * IS-95 CDMA （美国）,第三代蜂窝系统： * WCDMA （欧洲） * cdma2000 （美国） * TD-SCDMA （中国）,27,GSM 规范,1982年欧洲电信标准化委员会（ETSI）开始研究GSM规范 1990年ETSI推出GSM规范Phase I 1991年ETSI制定DCS1800技术规范 1994年ETSI推出GSM规范Phase II，将DCS1800归并 1996年ETSI推出GSM规范Phase II+,28,GSM规范版本号（一）,GSM规范的版本编号方式：V x.y.z V：表示版本（Version） x： 0：标准的设想 1：标准的原始草案 2：标准的最终草案 3：GSM specification phase 1 4：GSM specification phase 2 5：GSM specification phase 2+ 6：Phase 2+ Release 1997,29,GSM规范版本号（二）,y：从0开始编号，每次增加表示文本中有技术性的修改、完善或更正等 z：从0开始编号，每次增加表示文本中有文字或表达方式的修改,30,常用缩写,ETSI: European Telecommunication Standard Institute GSM: Global System for Mobile SMG: Special Mobile Group TC: Technical Committee (E)TR: (ETSI) Technical Report (G)TS: (GSM) Technical Specification,31,GSM 规范系列（一）,0112（除10以外）共11个系列 01: 01.02 : General description of GSM system 01.04 : abbreviation 01.48 : Interworking between DECT and GSM 01.61 : GPRS加密算法的要求 02 : GSM service 03 : GSM network function & architecture 04 : Um interface (L2 & L3) 05 : radio charateristics,32,GSM 规范系列（二）,06 : transcoder and rate adapter 07 : Mobile station 08 : A & Abis interface 09 : Interworking 11 : test specification 12 : Telecommunication Network Management,33,GSM业务（一）,Telecommunication Service : 电信业务 Bearer service : 承载业务 Teleservice : 用户终端业务 Basic Service : 基本业务 Supplementary service : 补充业务,34,GSM业务（二）,35,GSM系统结构,36,37,PLMN接口配置,38,39,各模块功能（一）,MS (Mobile Station)：移动台，实现移动终端功能 BTS (Base Transceiver Station)：基站收发信台，实现移动通信系统与MS之间的无线通信 BSC (Base Station Controller)：基站控制器，实现无线系统到交换系统的集线功能、无线资源管理功能以及其它与无线相关的控制功能 MSC (Mobile service Switching center)：移动业务交换中心，实现移动业务交换功能 OMC (Operation and Maintenance Center)：操作维护中心，提供人机界面实现对系统设备的监测和控制功能,40,各模块功能（二）,HLR (Home Location Register)：归属位置登记处。实际上是一个数据库，主要储存二类数据： 用户数据，主要包括： 用户的身份IMSI (International Mobile Subscriber Identification) 用户ISDN号码 VLR地址 用户的位置信息,有关用户数据在GSM03.08中描述,41,各模块功能（三）,VLR (Visitor Location Register)：拜访位置登记处。实际上是一个数据库，储存用户信息，主要包括： MSRN (Mobile Station Roaming Number) : 移动台漫游号码 TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identification) : 临时移动用户身份 移动台登记的位置区（LAC） 与补充业务有关的数据,有关用户数据在GSM03.08中描述,42,各模块功能（四）,AUC (Authenticate Center) : 鉴权中心，用于对用户身份的鉴别 EIR (mobile station Equipment Identity Register) : 移动台设备身份登记处，用于储存及鉴别移动台的设备身份。,43,GSM系统信令结构,TDMA : Time Division Muple Access LAPDm: Link Access Protocol for Dm Channel RR : Radio Resource MM : Mobility Management CM : Connection Management PCM : Pulse Code Modulation LAPD : Link Access Protocol for D channel,BTSM : Base Transceiver Station Management MTP : Message Transfer Part SCCP : Signalling Connection & Control Part BSSMAP: Base Station System Mobile Application Part L1 : Layer 1 L2 : Layer 2 L3 : Layer 3,44,BSC框架,交换网络,处理器,DT,DT,A,Abis,45,BTS框架,46,GSM工作频段,GSM主频段（P-GSM）： 下行（BTS发，MS收）：935 960 MHz 上行（MS发，BTS收）：890 915 MHz GSM扩展频段（E-GSM）： 下行（BTS发，MS收）：925 935 MHz 上行（MS发，BTS收）：880 890 MHz DCS1800频段： 下行（BTS发，MS收）：1805 1880 MHz 上行（MS发，BTS收）：1710 1785 MHz,47,Um接口物理信道帧结构,48,系统容量,每载频占200 KHz带宽，含8个物理信道 GSM900可容纳124载频 DCS1800可容纳374载频,49,Burst type,50,逻辑信道,业务信道TCH 广播信道BCCH 频率校正 信 道FCCH 同步信道SCH 准予接入 信 道AGCH 寻呼信道PCH 随机接入信道RACH 小区广播信道CBCH 独立专用控制信道SDCCH 慢速随路控制信道SACCH 快速随路控制信道FACCH,51,信道组合,i) TCH/F + FACCH/F + SACCH/F ii) TCH/H(0,1) + FACCH/H(0,1) + SACCH/TH(0,1) iii) TCH/H(0,0) + FACCH/H(0,1) + SACCH/TH(0,1) + TCH/H(1,1) iv) FCCH + SCH + BCCH + CCCH v) FCCH + SCH + BCCH + CCCH + SDCCH/4 + SACCH/C4 vi) BCCH + CCCH vii) SDCCH/8 + SACCH/C8,CCCH = PCH + RACH + AGCH,52,系统消息,系统消息（SI）包括： 系统消息类型1 系统消息类型2、2bis、2ter 系统消息类型3 系统消息类型4 系统消息类型5、5bis、5ter 系统消息类型6 系统消息类型7 系统消息类型8 系统消息类型9 系统消息发送的时间是确定的,53,移动台,网络,早分配 early assignment without OACSU,移动主叫流程一,54,移动主叫流程二,移动台,网络,晚分配 late assignment with OACSU,55,移动主叫流程三,移动台,网络,特别早分配 very early assignment,56,移动被叫流程一,移动台,网络,早分配 early assignment without OACSU,57,移动被叫流程二,移动台,网络,晚分配 late assignment with OACSU,58,位置更新流程,移动台,网络,59,A接口,A接口消息,BSSOMAP : BSS Operation & Maintenance Application Part,BSSAP,BSSMAP : BSS Management Application Part,DTAP : Direct Transfer Part,60,BSSMAP,61,二. GSM系统中的无线参数,62,无线参数,网络识别参数 系统控制参数 小区选择参数 网络功能参数,63,小区全球识别CGI,MCC: Mobile Country Code MNC: Mobile Network Code LAC: Location Area Code CI : Cell Identification LAI: Location Identificatoin CGI: Cell Global Identification,64,基站识别码BSIC,NCC,BCC,BSIC,NCC: Network Colour Code BCC: Base station Colour Code BSIC: Base Staion Identification Code,65,BSIC作用一,移动台收到SCH后，即认为已同步于该小区。但为了正确地译出下行公共信令信道上的信息，移动台还必须知道公共信令信道所采用的训练序列码（TSC）。按照GSM规范的规定，训练序列码有八种固定的格式，分别用序号07表示。每个小区的公共信令信道所采用的TSC序列号由该小区的BCC决定。因此： BSIC的作用之一是通知移动台本小区公共信令信道所采用的训练序列号。,66,BSIC作用二,由于BSIC参与了随机接入信道（RACH）的译码过程，因此它可以用来避免基站将移动台发往相邻小区的RACH误译为本小区的接入信道。,67,BSIC作用三,当移动台在连接模式下（通话过程中），它必须根据BCCH上有关邻区表的规定，对邻区BCCH载频的电平进行测量并报告给基站。同时在上行的测量报告中对每一个频率点，移动台必须给出它所测量到的该载频的BSIC。当在某种特定的环境下，即某小区的邻区中包含两个或两个以上的小区采用相同的BCCH载频时，基站可以依靠BSIC来区分这些小区，从而避免错误的切换，甚至切换失败。,68,BSIC作用四,移动台在连接模式下（通话过程中）必须测量邻区的信号，并将测量结果报告给网络。由于移动台每次发送的测量报告中只能包含六个邻区的内容，因此必须控制移动台仅报告与当前小区确实有切换关系的小区情况。BSIC中的高三位（即NCC）用于实现上述目的。网络运营者可以通过广播参数“允许的NCC“控制移动台只报告NCC在允许范围内的邻区情况。,69,BSIC选取示意图,C,B,A,E,D,D,F,70,系统控制参数一,IMSI结合和分离允许 （IMSI Attach/Detach Allowed）,一般设置为允许； 同一位置区内的小区本参数设置必须相同,71,系统控制参数二,CCCH_CONF 意义 一个BCCH复帧 中CCCH块数 000 CCCH使用一个物理信道 9 不与SDCCH共用 001 CCCH使用一个物理信道 3 与SDCCH共用 010 CCCH使用二个物理信道 18 不与SDCCH共用 100 CCCH使用三个物理信道 27 不与SDCCH共用 110 CCCH使用四个物理信道 36 不与SDCCH共用 其它 保留不用 ,公共控制信道配置（CCCH_CONF）,72,系统控制参数三,接入准许保留块数（BS_AG_BLKS_RES）,CCCH_CONF BS_AG_BLKS_RES 每个BCCH复帧中保留 编码 给AGCH的块数 000 0 001 1 001 010 2 其它 000 0 001 1 010 2 011 3 其它 100 4 101 5 110 6 111 7,73,系统控制参数四,寻呼信道复帧数（BS_PA_MFRMS）,BS_PA_MFRMS 同一寻呼组在寻呼信道上 编码 重复的复帧数 000 2 001 3 010 4 011 5 100 6 101 7 110 8 111 9,74,系统控制参数五,周期位置更新定时器（T3212）,T3212编码 T3212的时间 00000000 无穷大 00000001 6分钟 00000010 12分钟 00000011 18分钟 11111101 25小时18分 11111110 25小时24分 11111111 25小时30分,75,系统控制参数六,小区信道描述 (cell allocation),小区信道描述用于让移动站知道本小区使 用的射频信道组合（CELL ALLOCATION）,76,系统控制参数七,无线链路超时（Radio_Link_timeout）,参数编码 对应S值 0000 4 0001 8 0010 12 1101 56 1110 60 1111 64,A,B,P,Q,77,系统控制参数八,邻小区描述 (Adjacent cell allocation),注意设置相邻小区正确的绝对频道号和 相应的BSIC,(a) (b),(c),A,B,C,小区,A,的泄漏区,D,D,C,Q,P,P,Q,C,A,A,B,B,78,系统控制参数九,允许的网络色码 (NCC permitted),每个小区中的NCC Permitted应包含相邻小区的NCC,79,系统控制参数十,最大重发次数（MAX retrans）,M 最大重发次数 00 1 01 2 10 4 11 7,80,系统控制参数十一,发送整数 Tx integer,81,系统控制参数十一（续）,发送整数 Tx integer, 0，1，MAX（T，8）-1 S，S+1，S + T -1 ,82,系统控制参数十二,小区接入禁止（CELL BAR ACCESS）,一般用于双层或多层网络结构。,Overlay,underlay,83,系统控制参数十三,接入等级控制（AC）,注意：AC的值不影响小区的选择和重选。,等级 09 ：普通用户 等级 11 ：用于PLMN的管理等 等级 12 ：安全部门应用 等级 13 ：公用事业部门 等级 14 ：紧急业务 等级 15 ：PLMN职员,84,系统控制参数十四,等待指示（T3122）：0 255秒,等待指示对于业务量超载地区相当重要。,网络,忙！稍后,85,系统控制参数十五,多频段指示 ( Multiband Report),00： 移 动 台 需 根 据 邻 区 的 信 号 强 度， 报 告 6 个 信 号 最 强 的 NCC 已 知 的 且 是 允 许 的 邻 区 测 量 结 果， 而 不 管 邻 区 处 于 哪 个 频 段。 01： 移 动 台 需 报 告 邻 区 表 中 包 含 的 每 个 频 段（ 不 包 含 当 前 服 务 区 所 用 频 段） 的、 信 号 强 度 最 强、 NCC 已 知 且 是 允 许 的 一 个 邻 区 测 量 结 果。 在 剩 余 位 置 上 报 告 当 前 服 务 区 所 用 频 段 中 的 邻 区。 若 还 有 剩 余 位 置， 则 报 告 其 余 邻 区 的 情 况， 而 不 管 邻 区 处 于 哪 个 频 段。 10： 移 动 台 需 报 告 邻 区 表 中 包 含 的 每 个 频 段（ 不 包 含 当 前 服 务 区 所 用 频 段） 中、 信 号 强 度 最 强、 NCC 已 知 且 是 允 许 的 两 个 邻 区 的 测 量 结 果。 在 剩 余 位 置 上 报 告 当 前 服 务 区 所 用 频 段 中 的 邻 区。 若 还 有 剩 余 位 置， 则 报 告 其 余 邻 区 的 情 况， 而 不 管 邻 区 处 于 哪 个 频 段。 11： 移 动 台 需 报 告 邻 区 表 中 包 含 的 每 个 频 段（ 不 包 含 当 前 服 务 区 所 用 频 段） 中、 信 号 强 度 最 强、 NCC 已 知 且 是 允 许 的 三 个 邻 区 的 测 量 结 果。 在 剩 余 位 置 上 报 告 当 前 服 务 区 所 用 频 段 中 的 邻 区。 若 还 有 剩 余 位 置， 则 报 告 其 余 邻 区 的 情 况， 而 不 管 邻 区 处 于 哪 个 频 段。,86,小区选择,C1 = Rxlev - Rxlev_access_min - Max ( Ms_txpwr_max_cch - P