第5章GSM数字蜂窝移动通信系统

1、第第5 5章章 GSM GSM数字蜂窝移动通信系数字蜂窝移动通信系统统 GSMGSM系统网络结构系统网络结构5.1 GSMGSM网络接口与协议网络接口与协议5.2 GSMGSM系统主要参数系统主要参数5.3 5.1.1 GSM系统的结构与功能系统的结构与功能 一个完整的蜂窝移动通信系统主要由网络子一个完整的蜂窝移动通信系统主要由网络子 系统（系统（NSS）、无线基站子系统（）、无线基站子系统（BSS）、操作）、操作 维护子系统（维护子系统（OSS）和移动台（）和移动台（MS）四大子系）四大子系 统组成。统组成。 GSM系统的典型结构如图系统的典型结构如图5-1所示。所示。 3 p网络子系统（网

2、络子系统（NSS） （1）移动交换中心（）移动交换中心（MSC） （2）拜访地位置寄存器（）拜访地位置寄存器（VLR） （3）归属地位置寄存器（）归属地位置寄存器（HLR） （4）鉴权中心（）鉴权中心（AUC或或AC） （5）设备识别寄存器（）设备识别寄存器（EIR） （6）短消息中心（）短消息中心（SC） p操作支持子系操作支持子系(OSS) （2）基站控制器（）基站控制器（BSC） （3）码型变换器（）码型变换器（TC） p基站子系统（基站子系统（BSS） p移动台子系统（移动台子系统（MS） 5.1 GSM系统的结构系统的结构 PDNPSTNISDN SMSC EIR HLR/AUC G

3、MSC MSC/VLR OMCCBSC BSC BTS BTS BTS BTS OPPRNMCSEMCPCS MS MS 移动用户移动用户外部网络外部网络 运营商运营商 MS BSS NSS OSS PDNPDN公共数据网公共数据网 PSTNPSTN公共业务电话网公共业务电话网 ISDNISDN综合业务数据网综合业务数据网 三个面向三个面向: : 面向移动用面向移动用 户、外部网户、外部网 络和运营商。络和运营商。 四个组成部分四个组成部分 1 1 移动台子系统（移动台子系统（MSMS） MSMS系统是移动系统的用户设备，它由两部分组成，移动终系统是移动系统的用户设备，它由两部分组成，移动终

4、端（端（MSMS）和用户识别卡）和用户识别卡(SIM)(SIM)。 移动终端就是移动终端就是“机机”，它可完成话音编，它可完成话音编/ /解码、信道编解码、信道编/ /解解 码、信息加密码、信息加密/ /解密、信息的调制解密、信息的调制/ /解调、信息发射解调、信息发射/ /接收接收 等功能。等功能。 SIMSIM卡是用户入网登记的凭证，具有防止窃用、鉴权和加卡是用户入网登记的凭证，具有防止窃用、鉴权和加 密的功能，用户的全部资料都存储在密的功能，用户的全部资料都存储在SIMSIM卡上，供卡上，供GSMGSM系统系统 对用户的身份进行鉴别，同时，用户通过它能完成与系统对用户的身份进行鉴别，同时

5、，用户通过它能完成与系统 的连续和信息的保存与交换。的连续和信息的保存与交换。 MS MS PDNPSTNISDN SMSC EIR HLR/AUC GMSC MSC/VLR OMCCBSC BSC BTS BTS BTS BTS OPPRNMCSEMCPCS 移动用户移动用户外部网络外部网络 运营商运营商 MS BSS NSS OSS 2 2、BSS-BSS-基站子系统基站子系统 是是GSMGSM的基本组成部的基本组成部 分，通过无线接口与移分，通过无线接口与移 动台相连，进行无线发动台相连，进行无线发 送、接收及无线资源管送、接收及无线资源管 理。另外，与理。另外，与MSCMSC相连，相连

6、， 实现移动实现移动- -移动，移动移动，移动- - 固定用户通信连接。固定用户通信连接。 基站子系统主要由基站收发信机（基站子系统主要由基站收发信机（BTSBTS）和基站控制器）和基站控制器 （BSCBSC）这两部分功能实体构成。）这两部分功能实体构成。 典型典型BSSBSS组成方式组成方式 一个一个BSCBSC可以控制数十个可以控制数十个BTSBTS，BTSBTS即可以直接与即可以直接与BSCBSC相相 连（放置在一起），也可以通过连（放置在一起），也可以通过BIEBIE接口远程相连，我们看接口远程相连，我们看 到的基站只有到的基站只有BTSBTS和和BIEBIE。MSCMSC的信号经过码

7、变换器、子复用的信号经过码变换器、子复用 设备解复，给相应的设备解复，给相应的BTSBTS。 基站的组成：主要有基站的组成：主要有BTSBTS和和BSCBSC。次要有。次要有BIEBIE、SMSM和和TCTC。 还有天线、馈线、电源、发电机等。还有天线、馈线、电源、发电机等。 基站子系统基站子系统 属于基站子系统的无线部分，由基站控制器（属于基站子系统的无线部分，由基站控制器（BSCBSC）控制，服）控制，服 务于某个小区的无线收发设备，完成务于某个小区的无线收发设备，完成BSCBSC与无线信道之间的转换，与无线信道之间的转换， 实现实现BTSBTS与移动台（与移动台（MSMS）之间通过空中接

8、口的无线传输及相关的控）之间通过空中接口的无线传输及相关的控 制功能制功能。 BTS BTS主要分为基带单元、载频单元、控制单元、传输单元四大主要分为基带单元、载频单元、控制单元、传输单元四大 部分。部分。 基带单元基带单元负责语音和数据速率匹配，信道编码等。负责语音和数据速率匹配，信道编码等。 载频单元载频单元负责调制、解调。负责调制、解调。 控制单元控制单元负责操作与维护。负责操作与维护。 传输单元传输单元负责负责BCSBCS和和BTSBTS远程相接。远程相接。 一个典型的一个典型的BTSBTS具有具有1-241-24个收发信机个收发信机TRXTRX，每个，每个TRXTRX使用单独的使用单

9、独的 RFRF信道。信道。 （1 1）基站收发信机（）基站收发信机（BTSBTS） BTS最大容量典型值是最大容量典型值是16个载频。个载频。 在农村用户比较分散的区域，在农村用户比较分散的区域，BTS可能减可能减 少到一个载频，能支持少到一个载频，能支持7个同时通信的用户手个同时通信的用户手 机。机。 在城市等用户密集区域，一般在城市等用户密集区域，一般BTS有有2到到4 个载频，可支持个载频，可支持1428个用户手机。个用户手机。 每个每个BTS约覆盖约覆盖1000m2的面积。的面积。 基站子系统基站子系统 是基站子系统的控制部分，起着是基站子系统的控制部分，起着BSSBSS的变换设备的作

10、的变换设备的作 用，用，即承担各种接口及无线资源和无线参数管理的任务。即承担各种接口及无线资源和无线参数管理的任务。 BSCBSC主要由三部分构成：主要由三部分构成： 数字中继控制部分：朝向与数字中继控制部分：朝向与MSCMSC相接的相接的A A接口或与码变接口或与码变 换器相接的换器相接的AterAter接口控制；接口控制； 控制部分控制部分: :朝向与朝向与BTSBTS相接的相接的AbisAbis接口控制；接口控制； 公共处理部分公共处理部分: :与操作维护中心相接的接口控制。与操作维护中心相接的接口控制。 （2 2）基站控制器（）基站控制器（BSCBSC） 基站子系统基站子系统 1 1、

11、协助、协助MSCMSC完成信道管理。完成信道管理。 2 2、无线信道测量和分配。包括链路监视、功率控制、跳、无线信道测量和分配。包括链路监视、功率控制、跳 频管理等。频管理等。 3 3、无线频道资源指示。、无线频道资源指示。 4 4、信道编解码，对用户数据和用户单元进行加密。、信道编解码，对用户数据和用户单元进行加密。 5 5、码型转换及速率适配。、码型转换及速率适配。 6 6、独立完成同一、独立完成同一BSCBSC内不同小区的切换。内不同小区的切换。 7 7、执行、执行MSCMSC指令的在指令的在BSCBSC间的切换。间的切换。 8 8、信号的收发与处理。、信号的收发与处理。 3 3、NSS

12、NSS网络子系统网络子系统 由一系列功能实体构成，主要包含系统的交换功能和由一系列功能实体构成，主要包含系统的交换功能和 用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能，用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能， 它对移动用户之间的通信和移动用户与其他通信网用户之它对移动用户之间的通信和移动用户与其他通信网用户之 间的通信起着管理作用。间的通信起着管理作用。 主要包括：移动业务交换中心主要包括：移动业务交换中心MSCMSC 归属位置寄存器归属位置寄存器HLR HLR 访问位置寄存器访问位置寄存器VLRVLR 鉴权中心鉴权中心AUC AUC 操作维护中心操作维护中心OMCOMC 移动设

13、备识别寄存器移动设备识别寄存器EIR EIR 短消息业务中心短消息业务中心SMSCSMSC MS MS PDNPSTNISDN SMSC EIR HLR/AUC GMSC MSC/VLR OMCCBSC BSC BTS BTS BTS BTS OPPRNMCSEMCPCS 移动用户移动用户外部网络外部网络 运营商运营商 MS BSS NSS OSS MSCMSC移动交换中心移动交换中心 是网络的核心，提供交换和接口功能，支持位置登记、是网络的核心，提供交换和接口功能，支持位置登记、 越区切换、和自动漫游等。越区切换、和自动漫游等。 GMSC GMSC网关移动交换中心网关移动交换中心 为建立固定

14、、其他移动通信网（外网）与移动网用户为建立固定、其他移动通信网（外网）与移动网用户 间的呼叫而设立，提供位置信息，外网的呼叫首先接入间的呼叫而设立，提供位置信息，外网的呼叫首先接入 GMSCGMSC，再把呼叫转接到可以向该移动用户提供即时服务的，再把呼叫转接到可以向该移动用户提供即时服务的 MSCMSC，多个，多个MSCMSC连在一起。连在一起。 HLRHLR原籍位置寄存器原籍位置寄存器 是系统的中央数据库，存储着控制区内所有移动用是系统的中央数据库，存储着控制区内所有移动用 户的相关数据。户的相关数据。 数据管理包括二类：数据管理包括二类： 静态数据静态数据用户识别号码，访问能力，用户类别，

15、用户识别号码，访问能力，用户类别， 补充业务等。补充业务等。 动态数据动态数据位置信息，以便提供呼叫路由。位置信息，以便提供呼叫路由。 HLRHLR可与可与MSC/VLRMSC/VLR一一对应，也可控制几个一一对应，也可控制几个MSC/MSC/VLRVLR。 VRLVRL访问位置寄存器访问位置寄存器 存储进入其控制区域内漫游用户相关的信息，当漫游存储进入其控制区域内漫游用户相关的信息，当漫游 用户进入其用户进入其MSCMSC区域时，必须在区域时，必须在VLRVLR中登记，从其中登记，从其HLRHLR处获处获 得并存储必要的数据，并分配一个漫游号。得并存储必要的数据，并分配一个漫游号。 MSCM

16、SC处理入网、出网呼叫时需要查询处理入网、出网呼叫时需要查询VLRVLR中的有关信息。中的有关信息。 MSCMSC和和VLRVLR的接口联系非常多，多数制造商将的接口联系非常多，多数制造商将VLRVLR的功的功 能集成到能集成到MSCMSC中，作为一个物理实体。中，作为一个物理实体。 AUCAUC鉴权中心鉴权中心 系统采取了特别的安全措施，对用户进行鉴权，对无系统采取了特别的安全措施，对用户进行鉴权，对无 线接口的语音、数据和信号进行加密等。线接口的语音、数据和信号进行加密等。 AUCAUC存储着鉴权信息和加密密钥，是认证用户身份及产存储着鉴权信息和加密密钥，是认证用户身份及产 生相应认证参数

17、的功能实体，防止无权用户接入，保证无生相应认证参数的功能实体，防止无权用户接入，保证无 线接口的用户通信安全，只有合法才能接入并得到服务。线接口的用户通信安全，只有合法才能接入并得到服务。 AUCAUC和和HLRHLR的接口联系非常多，通常与的接口联系非常多，通常与HLRHLR设置在一个设置在一个 功能实体中。功能实体中。 OMCOMC操作维护中心操作维护中心 用于对系统的集中操作与维护，允许远程集中操作维用于对系统的集中操作与维护，允许远程集中操作维 护管理。护管理。 对基站子系统与网络子系统分别进行操作和维护。对基站子系统与网络子系统分别进行操作和维护。 故障管理：故障告警、启动测试等。故

18、障管理：故障告警、启动测试等。 配置管理：软硬件的配置与参数修改。配置管理：软硬件的配置与参数修改。 性能管理：性能的监视与分析，如话务统计。性能管理：性能的监视与分析，如话务统计。 EIREIR设备识别寄存器设备识别寄存器 用来存贮移动设备的国际移动设备识别码（用来存贮移动设备的国际移动设备识别码（IMEIIMEI），）， 完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，防止非法移完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，防止非法移 动台的使用，动台的使用，IMEIIMEI在手机背部。在手机背部。 白名单：包括可入网的合法移动台设备号（识别）。白名单：包括可入网的合法移动台设备号（识别）。 灰名单：包

19、括有故障的、未经认证的移动台设备号灰名单：包括有故障的、未经认证的移动台设备号 （监视）。（监视）。 黑名单：被禁用（如失窃）的移动台设备号（闭锁）。黑名单：被禁用（如失窃）的移动台设备号（闭锁）。 SMSCSMSC短消息业务中心短消息业务中心 负责短信处理，短消息通过控制信道传送。负责短信处理，短消息通过控制信道传送。 VLRVLR 移动台始呼的短消息移动台始呼的短消息移动台被呼的短消息移动台被呼的短消息 短消短消 息息 NSSNSS 小区广播的短消息业务小区广播的短消息业务 BSSBSS BSSBSS NSSNSS 操作维护接口操作维护接口 空中接口空中接口A A接口接口 4 4、OSSO

20、SS操作支持子操作支持子 系统系统 面向运营商，相对独面向运营商，相对独 立于立于BSSBSS和和NSSNSS的一个管理的一个管理 服务中心。服务中心。 MS MS PDNPSTNISDN SMSC EIR HLR/AUC GMSC MSC/VLR OMCCBSC BSC BTS BTS BTS BTS OPPRNMCSEMCPCS 移动用户移动用户外部网络外部网络 运营商运营商 MS BSS NSS OSS NMCNMC网络管理中心，负责整个网络的管理。网络管理中心，负责整个网络的管理。 DPPRDPPR数据后处理中心，负责集中计费管理。数据后处理中心，负责集中计费管理。 PCSPCS用户识

21、别卡管理中心，负责管理用户识别卡管理中心，负责管理SIMSIM卡。卡。 SEMCSEMC安全管理中心，负责安全管理。安全管理中心，负责安全管理。 MS MS PDNPSTNISDN SMSC EIR HLR/AUC GMSC MSC/VLR OMCCBSC BSC BTS BTS BTS BTS OPPRNMCSEMCPCS 移动用户移动用户外部网络外部网络 运营商运营商 MS BSS NSS OSS GSMGSM网络主要包括：网络主要包括： 四个中心设备：四个中心设备： MSC MSC 、AUCAUC、OMCOMC、SMSCSMSC 三个寄存器设备三个寄存器设备: : HLR HLR、VLR

22、VLR、EIREIR 二个基站主要设备：二个基站主要设备： BTSBTS、BSC BSC 一个用户设备：一个用户设备：MSMS 1 1、主要接口、主要接口 A A接口、接口、AbisAbis接口、接口、UmUm接口接口 A A接口接口 MSCMSC和和BSCBSC间的接口，传送移动台、基站管理，移动性间的接口，传送移动台、基站管理，移动性 管理和接续管理等信息，物理接口管理和接续管理等信息，物理接口E1E1、T1T1等。等。 AbisAbis接口接口 BSCBSC和和BTSBTS间的接口，用于远程互连方式，支持所有面间的接口，用于远程互连方式，支持所有面 向用户提供的服务，并支持对向用户提供的

23、服务，并支持对BTSBTS无线设备的控制和频率无线设备的控制和频率 分配。分配。BSBS作为作为AbisAbis的特例，用于直接互连。的特例，用于直接互连。 UmUm接口接口 MSMS和和BTSBTS间接口，其物理链接通过无线链路实现，也间接口，其物理链接通过无线链路实现，也 称无线接口、空中接口，传送的信息包括无线资源管理，称无线接口、空中接口，传送的信息包括无线资源管理， 移动性管理和接续管理等。移动性管理和接续管理等。 2 2、内部接口、内部接口 B B接口：接口：MSCVLR MSCVLR C C接口：接口：MSCHLR/AUCMSCHLR/AUC D D接口：接口：VLRHLRVLR

24、HLR E E接口：接口：MSCMSCMSCMSC F F接口：接口：MSCEIR MSCEIR G G接口：接口：VLRVLRVLRVLR 24 GSMGSM系统将无线频率定在系统将无线频率定在900MHz900MHz范围，第二阶段范围，第二阶段DCSDCS为为 1800MHz1800MHz，第一阶段（，第一阶段（GSM900GSM900）的指标如下：）的指标如下： lGSM900GSM900频段：频段： 上行：上行：890MHz-915MHz 890MHz-915MHz （移动台发、基站收）（移动台发、基站收） 下行：下行：935MHz-960MHz 935MHz-960MHz （基站发、

25、移动台收）（基站发、移动台收） l频段宽度：频段宽度：25 MHz25 MHz； l载波间隔：载波间隔：200kHz200kHz； l通信方式：全双工，双工间隔通信方式：全双工，双工间隔45MHz45MHz l信道分配：信道分配：TDMATDMA每载波每载波8 8时隙，全速率信道时隙，全速率信道8 8个，半速率信道个，半速率信道1616个；个； l收发时隙间隔收发时隙间隔:3:3时隙时隙 l帧周期帧周期:4.615ms :4.615ms l时隙周期时隙周期:576.9s :576.9s l比特周期比特周期:3.9692s :3.9692s 5 5.3 GSM.3 GSM系统的无线传输标准系统的

26、无线传输标准 l 信道总速率：信道总速率：270.83kbit/s270.83kbit/s； l 接入方式：接入方式：FDMA/TDMA/FDDFDMA/TDMA/FDD l 调制方式：调制方式：GMSKGMSK，调制指数为，调制指数为0.3(0.3(高斯滤波器归一化带宽高斯滤波器归一化带宽) )； l 语音编码：语音编码：RPE-LPT 13 kbit/sRPE-LPT 13 kbit/s规则脉冲激励线性预测编码；规则脉冲激励线性预测编码； l 数据速率：数据速率：9.6 kbit/s9.6 kbit/s。 l MSMS最大功率：最大功率：2W2W l MSMS最小功率：最小功率：13dBm

27、 13dBm l BTSBTS最大功率最大功率:47dBm(50W):47dBm(50W) l 分集接收：跳频每秒分集接收：跳频每秒217217跳，交错信道编码，自适应均衡。跳，交错信道编码，自适应均衡。 l 区群结构区群结构 小区半径小区半径35km/0.5km35km/0.5km，使用全向天线，使用全向天线N=4N=4， 扇形天线扇形天线N=3(N=3(跳频）跳频） DCS1800频段：频段： 上行：上行：1710MHz-1785MHz 1710MHz-1785MHz （移动台发、基站收）（移动台发、基站收） 下行：下行：1805MHz-1880MHz 1805MHz-1880MHz （基

28、站发、移动台收）（基站发、移动台收） GSMGSM频道编号方法频道编号方法 GSM900GSM900频道编号：频道编号： 上行频率上行频率F l(n)=(890+0.2n)MHz F l(n)=(890+0.2n)MHz 下行频率下行频率Fu(n)=(935+0.2n)MHzFu(n)=(935+0.2n)MHz 其中：其中：n n 为绝对射频号，从为绝对射频号，从1 1到到124124 DCS1800DCS1800频道编号：频道编号： 上行频率上行频率F l(n)=1710+0.2F l(n)=1710+0.2(n-511)MHz (n-511)MHz 下行频率下行频率Fu(n)=1805+

29、0.2Fu(n)=1805+0.2(n-511)MHz(n-511)MHz 其中：其中：n n为绝对射频号，从为绝对射频号，从512-885512-885， 实际上，我国从实际上，我国从512-512-（512+224512+224） GSM采用的载频间隔为采用的载频间隔为 200kHz,也就是也就是1MHz带宽带宽 可分为可分为5个频点，那个频点，那 GSM900公有公有25X5- 1=124个频点，个频点，GSM1800 一共有一共有75X5-1=374个个 27 中国移动和中国联通共用中国移动和中国联通共用GSM900 频段，中间也应有保护间隔，有一频段，中间也应有保护间隔，有一 个频点

30、不能用。个频点不能用。 哪个频点不用？哪个频点不用？ 思考思考: f(95)=890+(0.2+95) MHz=909MHz 28 GSM采用频分多路（采用频分多路（FDMA）和时分多路（）和时分多路（TDMA）的混合）的混合 技术，具有较高的频谱利用率，每个频率的中心频带为技术，具有较高的频谱利用率，每个频率的中心频带为 200KHz，将所给频带，将所给频带890915MHz等间隔（等间隔（200KHz）分成）分成 125个载频，每个载频又分成个载频，每个载频又分成8个时隙，每个时隙为一个信个时隙，每个时隙为一个信 道，总计为道，总计为1000个信道。个信道。GSM引入的另一项技术是跳频，引

31、入的另一项技术是跳频， 它规则地改变它规则地改变MS到到BTS上的传输载波，能提供抗多径衰落上的传输载波，能提供抗多径衰落 的能力，改善传输质量。的能力，改善传输质量。 帧结构帧结构 GSM帧结构为帧结构为4个层次，个层次，TDMA帧、复帧、超帧、超高帧。帧、复帧、超帧、超高帧。 TDMA帧：是基础帧，由帧：是基础帧，由0-7，8个时隙组成。个时隙组成。 复帧：由复帧：由TDMA帧组成，分两类帧组成，分两类 复帧复帧：26个个TDMA帧，帧，120 ms，用于语音和数据等业务，用于语音和数据等业务， 称为业务复帧。称为业务复帧。 复帧复帧：51TDMA帧，帧，235.385ms，用于控制信道，

32、称为控，用于控制信道，称为控 制复帧。制复帧。 30 帧结构帧结构 超帧超帧：由：由51个复帧个复帧组成，组成，5126=1326个个TDMA帧。帧。 超帧超帧：由：由26个复帧个复帧组成，组成，2651=1326个个TDMA帧。帧。 超高帧：超高帧：2048个超帧组成，个超帧组成，20481326=2715648个个TDMA 帧。周期帧。周期3个多小时。个多小时。 帧编号以超高帧为周期帧编号以超高帧为周期FN 0-2715647 系统上、下行传输帧号相同，但上行相对于下行来说，在系统上、下行传输帧号相同，但上行相对于下行来说，在 时间上推后时间上推后3个时隙，个时隙，576.9s3=1.73

33、ms，这段时间移动台，这段时间移动台 用于帧调整及调谐。用于帧调整及调谐。 31 图图5-6 GSM系统帧结构系统帧结构 帧结构帧结构 上行帧号和下行帧号所对应的时间关系 33 帧结构 时隙时隙TDMA帧帧 复帧复帧 复帧复帧 超帧超帧 超帧超帧 超高帧超高帧 8 8 5151 2626 5151 2626 20482048 20482048 120ms 156.25bit 156.25bit156.25bit具体传送什么内容？具体传送什么内容？ 34 逻辑信道：逻辑信道：指在物理信道所传输的内容，即依据移动网指在物理信道所传输的内容，即依据移动网 通信的需要，为所传送的各种控制信令和语音或数

34、据业务，通信的需要，为所传送的各种控制信令和语音或数据业务， 在在TDMATDMA的的8 8个时隙上分配的控制逻辑信道或语音、数据逻个时隙上分配的控制逻辑信道或语音、数据逻 辑信道。辑信道。 按功能可划分为各种逻辑信道，主要有按功能可划分为各种逻辑信道，主要有业务、控制信业务、控制信 道两大类。道两大类。 业务信道业务信道用于传送用户语音或数据的业务信道。用于传送用户语音或数据的业务信道。 控制信道控制信道用于传送用于传送BSBS向向MSMS的广播消息，传送的广播消息，传送MSCMSC与与MSMS 间建立连接所需的双向信号。间建立连接所需的双向信号。 物理信道：物理信道：采用频分和时分复用的组

35、合，它由用于基站（采用频分和时分复用的组合，它由用于基站（BSBS） 和移动台（和移动台（MSMS）之间连接的时隙流构成。这些时隙在）之间连接的时隙流构成。这些时隙在TDMATDMA帧帧 中的位置，从帧到帧是不变的。中的位置，从帧到帧是不变的。 35 5.3.3 各类空中信道各类空中信道 5.3.2 各类空中信道各类空中信道 图图5-5 GSM系统空中信道系统空中信道 （1）频率校正信道（）频率校正信道（FCCH）。）。 （2）同步信道（）同步信道（SCH）。）。 （3）广播控制信道（）广播控制信道（BCCH）。）。 （4）寻呼信道（）寻呼信道（PCH） （5）随机接入信道（）随机接入信道（R

36、ACH） （6）准许接入信道（）准许接入信道（AGCH）。）。 （7）独立专用控制信道（）独立专用控制信道（SDCCH）。）。 （8）慢速辅助控制信道（）慢速辅助控制信道（SACCH）。）。 （9）快速辅助控制信道（）快速辅助控制信道（FACCH）。）。 （10）业务信道（）业务信道（TCH）。）。 控制信道控制信道 频率校正信道（频率校正信道（FCCHFCCH）传送频率校正信息传送频率校正信息 同步信道（同步信道（SCHSCH） 传送帧同步信息和传送帧同步信息和BSBS识别码（识别码（BSICBSIC） 广播控制信道（广播控制信道（BCCHBCCH） 由每个由每个BTSBTS广播通用信息广播

37、通用信息 寻呼信道（寻呼信道（PCHPCH）传送基站寻呼移动台的寻呼消息传送基站寻呼移动台的寻呼消息 随机接入信道（随机接入信道（RACHRACH）MSMS入网络申请信息入网络申请信息 允许接入信道（允许接入信道（AGCHAGCH） BSBS对入网络申请的对入网络申请的MSMS作出应答作出应答 慢速辅助信道（慢速辅助信道（SACCHSACCH） 基站向移动台传送功率控制信息、帧调整信基站向移动台传送功率控制信息、帧调整信 息；基站接收移动台发来的移动台接收信号息；基站接收移动台发来的移动台接收信号 强度报告和链路质量报告强度报告和链路质量报告 快速辅助信道（快速辅助信道（FACCHFACCH）

38、 传送与传送与SDCCHSDCCH相同的信息，在不配置相同的信息，在不配置SDCCHSDCCH时使用时使用 控制信道控制信道功能功能 独立专用控制信道（独立专用控制信道（SDCCHSDCCH） 传送基站和移动台间的指令与信道指配信息传送基站和移动台间的指令与信道指配信息 9种逻辑信道是否需要种逻辑信道是否需要9个物理信道？个物理信道？ 业务信道业务信道 38 39 信信 道道 组组 合合 逻辑信道数逻辑信道数9 9个超过了一个载频所提供的个超过了一个载频所提供的8 8个物理信道。个物理信道。 通信的根本任务是利用业务信道传送语音或数据，而通信的根本任务是利用业务信道传送语音或数据，而 按照一对

39、一的信道配置方法，在一个载频上已经没有业务按照一对一的信道配置方法，在一个载频上已经没有业务 信道了！信道了！怎么办？怎么办？ 将逻辑控制信道复用，即在一个或两个物理信道上复将逻辑控制信道复用，即在一个或两个物理信道上复 用逻辑控制信道。用逻辑控制信道。 将各种逻辑信道装载到物理信道上去，即确定哪个频将各种逻辑信道装载到物理信道上去，即确定哪个频 点的哪个时隙用于什么逻辑信道。点的哪个时隙用于什么逻辑信道。 40 信信 道道 组组 合合 一个基站有一个基站有N N个载频，每个载频有个载频，每个载频有8 8个时隙。个时隙。 定义载频数为：定义载频数为：f f0 0、f f1 1、f f2 2 、

40、f fn-1n-1， 时隙数为：时隙数为：TSTS0 0、TSTS1 1、TSTS7 7。 f f0 0的的TSTS0 0时隙时隙 f f0 0的的TSTS1 1时隙时隙 f f0 0的的TSTS2 2TSTS7 7时隙时隙 其它时隙其它时隙 41 信信 道道 组组 合合 下行链路下行链路f f0 0的的TSTS0 0时隙时隙F（FCCH） S（SCH） B（BCCH） C（CCCH） I（IDEL）：空闲帧， 为复帧的结束标志 以复帧以复帧为周期，每个为周期，每个TDMATDMA帧有一个帧有一个TSTS0 0，每个复，每个复 帧帧有有5151个个TSTS0 0， 其中：其中：1 1、1111

41、、2121、3131、41 541 5个用于个用于FCCHFCCH。 2 2、1212、2222、3232、42 542 5用于用于SCHSCH。 3 3、4 4、5 5、6 46 4个用于个用于BCCHBCCH。 5151空闲。空闲。 其余其余3636个用于个用于CCCHCCCH，根据需要配置，根据需要配置PCHPCH、AGCHAGCH。 42 信信 道道 组组 合合 广播信道（广播信道（BCHBCH）和公共控制信道（）和公共控制信道（CCCHCCCH）共占用）共占用5151 个个TSTS0 0时隙，但从时间上讲长度为时隙，但从时间上讲长度为5151个个TDMATDMA帧。帧。 以每出现一个

42、空闲帧作为复帧结束，在空闲帧之后，以每出现一个空闲帧作为复帧结束，在空闲帧之后， 再从再从F F、S S开始进行新的复帧，即时分复用构成开始进行新的复帧，即时分复用构成TDMATDMA的复的复 帧结构。帧结构。 在没有寻呼或呼叫接入时，基站也总在在没有寻呼或呼叫接入时，基站也总在f f0 0上发射。上发射。 这使移动台能够测试基站的信号强度以决定使用哪个小这使移动台能够测试基站的信号强度以决定使用哪个小 区更为合适。区更为合适。 43 信信 道道 组组 合合 上行链路上行链路f f0 0的的TSTS0 0时隙时隙 5151个个TSTS0 0全部用于全部用于RACHRACH 44 信信 道道 组

43、组 合合 上下行链路上下行链路f f0 0的的TSTS1 1时隙时隙 用于用于SDCCHSDCCH及及SACCHSACCH，以，以2 2个复帧个复帧为周期，为周期，102102个个TSTS1 1 为一个循环。为一个循环。 1-32 SDCCH 33-48 SACCH 49-51 I 1-32 SDCCH 33-48 SACCH 49-51 I 52-83 SDCCH 84-99 SACCH 100-102 I 52-83 SDCCH 84-99 SACCH 100-102 I 其中有其中有6464个个SDCCHSDCCH，3232个个SACCHSACCH，6 6个空闲。个空闲。 SDCCH：独

44、立专用控制信道 SACCH：慢速辅助控制信道 45 信信 道道 组组 合合 独立专用控制信道（独立专用控制信道（SDCCHSDCCH）的）的D DX X（D0D0、D1D1、D7D7） 只用于移动台建立呼叫的开始时使用，当移动台转移到业只用于移动台建立呼叫的开始时使用，当移动台转移到业 务信道务信道TCHTCH上，上，D DX X就用于其它的移动台。就用于其它的移动台。 慢速辅助信道（慢速辅助信道（SACCHSACCH）的）的A AX X（A0A0、A1A1、 、A7 A7 ） 主要用于传送不紧要的控制信息，上行主要传送信号强度主要用于传送不紧要的控制信息，上行主要传送信号强度 的测量报告，下

45、行传送部分系统消息（通信质量、的测量报告，下行传送部分系统消息（通信质量、LAILAI、 小区小区IDID、邻区、邻区BCCHBCCH强度、功率控制级别等）。强度、功率控制级别等）。 46 信信 道道 组组 合合 f f0 0的的TS2TS7TS2TS7时隙及其他时隙（以时隙及其他时隙（以TSTS2 2时隙为例）时隙为例） 以复帧以复帧为周期，共有为周期，共有2626个个TDMATDMA帧，即有帧，即有2626个个TSTS2 2。 1-12 TCH 13 SACCH 14-25 TCH 26 I1-12 TCH 13 SACCH 14-25 TCH 26 I 上下行链路的结构完全一样，只是有上

46、下行链路的结构完全一样，只是有3 3个个TSTS的偏移，的偏移， 表明移动台的收发不必同时进行。表明移动台的收发不必同时进行。 47 1国际移动用户识别码国际移动用户识别码 在在GSM系统中，给每个移动用户分配系统中，给每个移动用户分配 一个唯一的国际移动用户识别码（一个唯一的国际移动用户识别码（IMSI），）， IMSI永久地属于一个注册用户，该号码在永久地属于一个注册用户，该号码在 包括漫游区域在内的所有位置都是有效的。包括漫游区域在内的所有位置都是有效的。 （1）IMSI的结构的结构 IMSI最多有最多有15位，由以下位，由以下3部分组成。部分组成。 移动国家号码移动国家号码 移动通信网

47、号码移动通信网号码 移动用户识别号移动用户识别号 （2）IMSI的分配原则的分配原则 图图5-7 IMSI的组成的组成 在呼叫建立和位置更新时，在呼叫建立和位置更新时，GSM系统系统 在空中接口传输使用临时移动用户识别码在空中接口传输使用临时移动用户识别码 （Temporary Mobile Subscriber Identity， TMSI）来代替）来代替IMSI。 TMSI分配原则如下。分配原则如下。 （1）包含）包含4个字节，可以由个字节，可以由8个十六进制数组成，个十六进制数组成， 其结构可由各运营部门根据当地情况而定。其结构可由各运营部门根据当地情况而定。 （2）TMSI的的32比特

48、不能全部为比特不能全部为1，因为在，因为在SIM卡卡 中全为中全为1的的TMSI表示无效的表示无效的TMSI。 （3）要避免在）要避免在VLR重新启动后重新启动后TMSI重复分重复分 配，可以采取配，可以采取TMSI的某一部分表示时间或的某一部分表示时间或 在在VLR重启后某一特定位改变的方法。重启后某一特定位改变的方法。 MSISDN号码是呼叫号码是呼叫GSM网络中的一网络中的一 个移动用户时，主叫用户所拨的号码，类个移动用户时，主叫用户所拨的号码，类 似于固定网的似于固定网的PSTN号码。号码。 其号码结构如图其号码结构如图5-8所示。所示。 图图5-8 MSISDN的组成的组成 移动台漫

49、游号码（移动台漫游号码（Mobile Station Roaming Number，MSRN）是指当）是指当MS漫游后，漫游后，GMSC 寻址寻址VMSC(Visitor MSC)或或MSC A寻址寻址MSC B， 为使为使GSM网络能够进行路由选择，把呼叫转移网络能够进行路由选择，把呼叫转移 到移动台当前所登记的到移动台当前所登记的MSC，而由，而由VLR临时分临时分 配给配给MS一个号码。一个号码。 存储在移动台和存储在移动台和SIMSIM卡中的信息卡中的信息 网络使用的路由信息网络使用的路由信息 5其他号码其他号码 （1）本地移动用户识别码（）本地移动用户识别码（LMSI） （2）切换号

50、码（）切换号码（HON） （3）位置区识别码（）位置区识别码（LAI） （4）MSC/VLR号码号码 （5）小区全球识别码（）小区全球识别码（CGI） （6）HLR号码号码 （7）漫游区域识别码（）漫游区域识别码（RSZI） （8）基站识别码（）基站识别码（BSIC） （9）国际移动设备识别码（）国际移动设备识别码（IMEI） 各种各种“号码号码”使用图示使用图示 已拨号码已拨号码(MSISDN) (MSISDN) 被中被中 继给继给GMSCGMSC，此号码用于，此号码用于 接入数据库，是和接入接入数据库，是和接入 用户用户HLR HLR 相关的号码。相关的号码。 GSMC GSMC 向向HL

51、R HLR 发送一个包括发送一个包括 被呼被呼MSISDN MSISDN 的申请。的申请。 HLR HLR 检验其记录，找出被呼检验其记录，找出被呼 用户的当前位置，然后向被用户的当前位置，然后向被 呼用户所在的呼用户所在的MSC/VLR MSC/VLR 发出发出 一个申请，而此申请中采用一个申请，而此申请中采用 IMSIIMSI。 MSC/VLR MSC/VLR 收到此申请后发收到此申请后发 回包含在回包含在MSRN MSRN 内的选路指内的选路指 令。令。 HLR HLR 下传此下传此MSRN MSRN 给给GMSCGMSC。 GMSC GMSC 采用此选路信息，把采用此选路信息，把 此呼

52、叫沿指定的路由传给正此呼叫沿指定的路由传给正 为被呼用户服务的为被呼用户服务的MSCMSC。 该该MSC MSC 把此呼叫路由给适当的把此呼叫路由给适当的BSCBSC。 此呼叫被发送给被呼的此呼叫被发送给被呼的 用户。由于被呼用户已用户。由于被呼用户已 经在网络中登记过，因经在网络中登记过，因 此在空中接口传送时用此在空中接口传送时用 的是的是TMSITMSI。 59 5.5 GSM5.5 GSM的漫游、安全和呼叫管理的漫游、安全和呼叫管理 5.5.1 用户鉴权和加密用户鉴权和加密 1鉴权鉴权 就是检查插入的就是检查插入的SIM卡与移动台提卡与移动台提 供的用户标识码是否一致来决定是否允供的用

53、户标识码是否一致来决定是否允 许许MS接入和使用网路。接入和使用网路。 鉴权包括了对用户终端的鉴权和用鉴权包括了对用户终端的鉴权和用 户身份鉴权。户身份鉴权。 （1）用户终端的鉴权）用户终端的鉴权 （2）用户身份的鉴权）用户身份的鉴权 用户身份的鉴权主要是由鉴权中心用户身份的鉴权主要是由鉴权中心 （AuC）经过）经过A3、A8算法产生鉴权三参算法产生鉴权三参 数组（数组（RAND、SRES、Kc）来完成的。）来完成的。 安全数据及其在网络实体中存储的位置安全数据及其在网络实体中存储的位置 在在GSM网络中与鉴权、加密相关的安网络中与鉴权、加密相关的安 全性数据如下。全性数据如下。 l移动用户识

54、别码移动用户识别码 l用户鉴权键用户鉴权键 l算法算法 l鉴权三参数组鉴权三参数组 表表5-2主要安全数据的存储位置主要安全数据的存储位置 鉴权中心产生鉴权三参数组鉴权中心产生鉴权三参数组 鉴权流程鉴权流程 PIN码码 GSM系统中的加密是指无线路径上的系统中的加密是指无线路径上的 加密，以防止加密，以防止BTS和和MS之间交换的用户信之间交换的用户信 息和用户参数被非法个人和团体盗取和窃息和用户参数被非法个人和团体盗取和窃 听，从而保护用户的隐私，提高通信的安听，从而保护用户的隐私，提高通信的安 全性水平。全性水平。 在可能的情况下，通过使用临时移在可能的情况下，通过使用临时移 动用户识别码

55、动用户识别码TMSI替代替代IMSI，可以使，可以使 用户身份得到保护。用户身份得到保护。 当当MS从一个位置区移动到另一个位从一个位置区移动到另一个位 置区时，发现其存储器中的置区时，发现其存储器中的位置区识别位置区识别 码码LAI与接收到的位置区识别码与接收到的位置区识别码LAI发生发生 了变化，便向网络进行重新登记，这个了变化，便向网络进行重新登记，这个 过程就叫过程就叫“位置更新位置更新”。 1位置更新位置更新 当移动台开机或更换位置区时，需发起位置更新操作，位置当移动台开机或更换位置区时，需发起位置更新操作，位置 更新是移动台主动发起的。移动台开机时需要位置更新更新是移动台主动发起的

56、。移动台开机时需要位置更新,如果如果 是更换位置区时的位置更新，也有两种情况：是更换位置区时的位置更新，也有两种情况： 1) 移动台的位置区发生了变化，但仍在同一移动台的位置区发生了变化，但仍在同一MSC局内；局内； 2) 移动台从一个移动台从一个MSC局移到了另一个局移到了另一个MSC局。局。 位置更新位置更新 （1 1）同一）同一MSCMSC局内的位置更新：这时局内的位置更新：这时HLRHLR并不参与并不参与 位置更新过程，如图所示：位置更新过程，如图所示： 位置区1 位置区2 M S M S MSC/VLR BSC 1 2 3 4 移动台漫游到新位置区时，移动台漫游到新位置区时， 分析出

57、接收到的位置区号分析出接收到的位置区号 码和存储在码和存储在SIM卡中的位置卡中的位置 区号码不一致，就向当前区号码不一致，就向当前 的基站控制器（的基站控制器（BSC）发）发 一个位置更新请求。一个位置更新请求。 BSC接收到接收到MS的位置更新的位置更新 请求，就向请求，就向MSC/VLR发一发一 个位置更新请求。个位置更新请求。 VLR修改这个修改这个MS的数据，的数据， 将位置区号码改成当前将位置区号码改成当前 的位置区号码，然后向的位置区号码，然后向 BSC发一个应答消息。发一个应答消息。 BSC向向MS发一个应答发一个应答 消息消息,MS将自己将自己SIM卡卡 中存储的位置区号码改

58、中存储的位置区号码改 成当前的位置区号码。成当前的位置区号码。 这样，一个同一这样，一个同一MSC局局 内的位置更新过程就结内的位置更新过程就结 束了。束了。 69 （2 2）越局位置更新）越局位置更新 当移动用户从一个当移动用户从一个MSCMSC局漫游到另一个局漫游到另一个MSCMSC局时局时, ,就要进就要进 行越局位置更新。这时行越局位置更新。这时HLRHLR就要参与位置更新过程就要参与位置更新过程, ,如图如图 所示。所示。 HLR MSC/VLR2 MSC/VLR1 M S M S 1 移动用户漫游到另一移动用户漫游到另一 个个MSC局时，移动台局时，移动台 （MS）发现当前的）发现

59、当前的 位置区号码和位置区号码和SIM卡卡 中存储的位置区号码中存储的位置区号码 不一致，就向不一致，就向BSC2 发位置更新请求，发位置更新请求， BSC2向向MSC2发一个发一个 位置更新请求。位置更新请求。 2 MSC/VLR2接到位接到位 置更新请求，发现置更新请求，发现 当前当前MSC中不存在中不存在 该用户信息（从其该用户信息（从其 他他MSC漫游过来的漫游过来的 用户），就向用户用户），就向用户 登记的登记的HLR发一个发一个 位置更新请求。位置更新请求。 3 HLR向向 MSC/VLR2 发一个位置发一个位置 更新证实，更新证实， 并将此用户并将此用户 的一些数据的一些数据 传

60、送给传送给 MSC/VLR2。 4 MSC/VLR2通过通过BSC2给给MS发一个位置更发一个位置更 新证实消息，新证实消息，MS接到后，将接到后，将SIM卡中位卡中位 置区号码改成当前的位置区码。置区号码改成当前的位置区码。 5 HLR负责向负责向 MSC/VLR1发消息发消息, 通知通知VLR1将该用户将该用户 的数据删除。的数据删除。 70 2周期性位置更新周期性位置更新 当当MS向网络发送向网络发送“IMSI分离分离”消息时，有可能因为此时无消息时，有可能因为此时无 线质量差或其他原因，线质量差或其他原因，GSM系统无法正确译码而仍认为系统无法正确译码而仍认为MS处于处于 附着状态。或