第3章 GSM数字蜂窝移动通信系统

1、3.1 GSM3.1 GSM系统概述系统概述主要内容主要内容第第3 3章章 GSMGSM数字蜂窝移动通信系统数字蜂窝移动通信系统3.2 GSM3.2 GSM系统结构系统结构3.3 GSM3.3 GSM系统网络及编号系统网络及编号3.4 GSM3.4 GSM系统业务系统业务3.5 GSM3.5 GSM系统的数字无线接口系统的数字无线接口3.6 GSM3.6 GSM的接续和移动性管理的接续和移动性管理3.7 GSM3.7 GSM的安全性管理的安全性管理3.8 3.8 通用分组无线业务通用分组无线业务GPRSGPRS3.1 GSM3.1 GSM系统概述系统概述结论：各种系统差异较多，互不兼容，移动用

2、户无法在各种系统之间实现漫游。新的矛盾：1 各个国家无法实现漫游。2 数据承载业务很难开展。3 频谱利用率低，无法适应大容量的需求。4 安全性差。以以GSM为代表的时分多址数字蜂窝系统为代表的时分多址数字蜂窝系统3.1 GSM3.1 GSM系统概述系统概述3.1 GSM系统概述系统概述日 期 成 果 1982年年 “移动通信特别组移动通信特别组”在欧洲邮政与电信大会在欧洲邮政与电信大会(CEPT)内成立内成立 1986年年 在巴黎，对欧洲各国经大量研究和实验后所提出的八个建议系统在巴黎，对欧洲各国经大量研究和实验后所提出的八个建议系统进行现场试验进行现场试验1987年年 在在1986年的基础上

3、年的基础上, 选择了主要无线传输技术选择了主要无线传输技术 1988年年 18个国家签署谅解备忘录个国家签署谅解备忘录, 承诺实施承诺实施GSM900规范规范1989年年 GSM成立欧洲电信标准协会的一个技术委员会成立欧洲电信标准协会的一个技术委员会 1990年年 第一阶段第一阶段GSM 900规范规范(1987-1990年制定年制定)被冻结被冻结, 开始开始DCS1800的修改的修改 1991年年 GSM系统正式在欧洲问世，网路开通运行，移动通信跨入第二代系统正式在欧洲问世，网路开通运行，移动通信跨入第二代1992年年GSM正式定名为正式定名为“全球移动通信系统全球移动通信系统”(Globa

4、l System for Mobile Communications)1992年年 欧洲各大欧洲各大GSM900营运者开始商业营运营运者开始商业营运 3.1 GSM3.1 GSM系统概述系统概述特性 GSM900 DCS1800发射频带(MHz) 基 站 935960 18051880移动台 890915 17101785 (带宽25M) (带宽75M)双工间隔 45MHZ 95MHZ射频带宽 200KHZ 200KHZ射频双工信道总数 124 374小区半径（Km）最小 0.5 0.5最大 35 多址方式 TDMA TDMA调制 GMSK GMSK传输 速率（kbps） 270.833 27

5、0.833编码算法 RPE-LTP RPE-LTP信道编码 具有交织脉冲检错 具有交织脉冲检错 和1/2编码率卷积码 和1/2编码率卷积码每载频信道数 全速率 8 8半速率 16 16 GSM系系统统的的主主要要参参数数3.1 GSM3.1 GSM系统概述系统概述（1 1）模拟系统：）模拟系统：无法实现漫游。u GSM GSM ：提供全球漫游。漫游是移动通信的重要特征，它标志：提供全球漫游。漫游是移动通信的重要特征，它标志着用户可以从一个网络自动进入另一个网络。着用户可以从一个网络自动进入另一个网络。 （2）模拟系统：模拟系统：数据承载业务很难开展。u GSM GSM ：提供多种通信服务业务。

6、包括电信业务、承载业务和：提供多种通信服务业务。包括电信业务、承载业务和补充业务三大类。补充业务三大类。 （3）模拟系统：模拟系统：频谱利用率低，无法适应大容量的需求。u GSM GSM ：提高频谱资源的利用率，增大系统通信容量。：提高频谱资源的利用率，增大系统通信容量。GSMGSM系系统的容量效率（每兆赫每小区的信道数）比统的容量效率（每兆赫每小区的信道数）比TACSTACS系统高系统高3535倍。倍。（4）模拟系统：模拟系统：安全性差，用户通信信息容易被窃听，易做“假机”u GSM GSM ：用户信息保密。通过鉴权、加密和：用户信息保密。通过鉴权、加密和IMSIIMSI号码的使用，号码的使

7、用，达到通信信息安全的目的。达到通信信息安全的目的。 3.1 GSM3.1 GSM系统概述系统概述（5）具有开放的接口和通用的接口标准。）具有开放的接口和通用的接口标准。 （6）具有更大的系统容量。）具有更大的系统容量。 （7）抗干扰能力强，覆盖区内通信质量好。）抗干扰能力强，覆盖区内通信质量好。3.1 GSM3.1 GSM系统概述系统概述 移动通信有以下多种分类方法： 按使用对象可分为：民用设备和军用设备； 按使用环境可分为：陆地通信、海上通信和空中通信； 按多址方式可分为：频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)等； 等等3.1 GSM3.1 GSM系统概述系统概述

8、1.2.1 1.2.1 移动通信分类移动通信分类 你能请对现有的移动通信系统你能请对现有的移动通信系统进行归类吗？进行归类吗？3.2 GSM3.2 GSM结构结构BSSNSS?相关英文简写：相关英文简写：MS：Mobile Station 移动台BSS：Base Station Subsystem 基站子系统NSS：Network and Switching Subsystem 网络交换子系统OMC：Operation and Maintenance Center 操作维护中心MSC：Mobile Switching Center 移动交换中心VLR：Visitor Location Regi

9、ster 访问位置寄存器HLR：Home Location Register 原籍位置寄存器AUC：Authentication Center 鉴权中心EIR：Equipment Identification Register 移动设备识别寄存器BSC：Base Station Controller 基站控制器BTS：Base Transceiver Station 基站收发信台 移动台由SIM卡与机身设备组成。移动台（移动台（MSMS）基站子系统基站子系统BSS是是GSM系统中与无线蜂窝方面系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分关系最直接的基本组成部分.通过无线接口直接与移动台相连，负

10、责无线发送通过无线接口直接与移动台相连，负责无线发送接收和无线资源的管理接收和无线资源的管理.它与它与NSS相连，实现移动用户间或移动用户与固相连，实现移动用户间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接，传送系统信息和用定网路用户之间的通信连接，传送系统信息和用户信息等户信息等.与操作维护子系统与操作维护子系统OSS之间实现互通之间实现互通基站子系统（基站子系统（BSSBSS）基站控制器（基站控制器（BSCBSC）基站收发信台（基站收发信台（BTSBTS）网络子系统（网络子系统（ NSS ）是整个系统的核心，）是整个系统的核心，它对它对GSM移动用户之间及移动用户与其它通移动用户之间及移动用户与

11、其它通信网用户之间通信起着交换、连接与管理的信网用户之间通信起着交换、连接与管理的功能功能.主要负责完成呼叫处理、通信管理、移动管主要负责完成呼叫处理、通信管理、移动管理、部分无线资源管理、安全性管理、用户理、部分无线资源管理、安全性管理、用户数据和设备管理、计费记录处理、公共信道、数据和设备管理、计费记录处理、公共信道、信令处理和本地运行维护等信令处理和本地运行维护等网络子系统（网络子系统（NSSNSS）移动交换中心（移动交换中心（MSCMSC）访问位置寄存器（访问位置寄存器（VLRVLR）归属位置寄存器（归属位置寄存器（HLRHLR）鉴权中心（鉴权中心（AUCAUC）设备识别寄存器（设备识

12、别寄存器（EIREIR）GSMGSM主要接口主要接口UmUm接口接口A A接口接口AbisAbis接口接口MSCF接口EIRHLR/AUCC接口B接口VLRD接口G接口VLRB接口MSCE接口MAP接口NSSNSS内部接口内部接口3.3.1 GSM的区域的区域 小区（一特定BTS覆盖的区域）位置区（定位和寻呼区）GSM业务区（全部成员国）MSC业务区（由一个MSC控制的区域）PLMN业务区（每国一个或多个）3.3 GSM3.3 GSM系统网络及编号系统网络及编号1、GSM网路的最小不可分割的区域是由一个基站（全向天线）或一个网路的最小不可分割的区域是由一个基站（全向天线）或一个基站的一个扇形天

13、线所覆盖的区域，或称基站的一个扇形天线所覆盖的区域，或称小区或cell。2、若干个小区组成一个、若干个小区组成一个位置区（LAI），位置区的划分是由网路运营），位置区的划分是由网路运营者设置的。一个位置区可能和一个或多个者设置的。一个位置区可能和一个或多个BSC有关，但只属于一个有关，但只属于一个MSC。位置区信息存储于系统的。位置区信息存储于系统的MSC/VLR中，系统使用位置区识中，系统使用位置区识别码（别码（ LAI ）识别位置区。）识别位置区。3、一个、一个MSC业务区是其所管辖的所有小区共同覆盖的区域，可由一个是其所管辖的所有小区共同覆盖的区域，可由一个或几个位置区组成。或几个位置区

14、组成。4、PLMN（公用陆地移动通信网）业务区是由一个或多个是由一个或多个MSC业务区业务区组成。每个国家有一个或多个。例如我国中国移动的全国组成。每个国家有一个或多个。例如我国中国移动的全国GSM移动移动通信网络，以网络号通信网络，以网络号“00”表示；中国联通全国表示；中国联通全国GSM移动通信网络，移动通信网络，网络号用网络号用“01”表示。表示。5、GSM业务区是由全球各个国家的是由全球各个国家的PLMN网路所组成的。网路所组成的。 GSMGSM的区域的区域 概念概念- 位置区位置区 为了确认移动台的位置，每个GSM PLMN的覆盖区都被分为许多个位置区，一个位置区可以包含一个或多个小

15、区。网络将存储每个移动台的位置区，并作为将来寻呼该移动台的位置信息。对移动台的寻呼是通过对移动台所在位置区的所有小区寻呼实现的。在做网络规划时，对位置区的划分相当重要，在划分位置区过程中，应保证不会产生呼叫负荷过高的前提下，尽量使位置更新次数降低到最小。 当移动台更换位置区时，移动台发现其存储器中的LAI与接收到的LAI发生了变化，便执行登记。这个过程叫“位置更新”，位置更新是移动台主动发起的。GSMGSM的区域的区域3.3.2 网络结构网络结构 GSM网逻辑上可以分为信令网和话路网两个子网，其中信令网完成MAP信令、TUP信令的路由选择和传输；话路网完成话路的接续和传输。 GSM系统的网络结

16、构可采用独立建网或与PSTN混合组网的方法。我国在组建GSM网络时采用了独立建网的方式。3.3 GSM3.3 GSM系统网络及编号系统网络及编号全国GSM网络结构按大区设立一级汇接中心、省内设立二级汇接中心、移动业务本地网设立端局构成三级网络结构。移动端MSC信令点SP除与其归属的移动信令转接点LSTP相连外，还与当地的PSTN信令转接点相连PSTNPSTN网状相连移动电话网LSTmDC2DC1 LSMSCMS BTSBSCTMSC2本地网 主环长途网本地网TMSC1网状相连TMSC1MSCMS BTSBSCTMSC2本地网 主环TmDC2 LSLSTPSPLSTPLSTPHSTPHSTPLS

17、TPLSTPSPSPSPDC1 网络结构网络结构省内GSM通信网由省内若干移动本地网组成，设立若干移动业务汇接中心（即二级汇接中心TMSC2）TMSC2之间为网状网结构，TMSC2与MSC之间为星型网结构TMSC2可以只作汇接中心，也可以既作端局又作汇接中心TMSC2/VLRMSC/VLRMSC/VLRMSC/VLRTMSC2/VLR二级汇接中心(TMSC2)HLR网络结构网络结构TMSC2ATMSC2BTMSC2ATMSC2BMSC1-4MSC1-2MSC1MSC1MSC1TMSC1ATMSC1BGW1-2MSC1-2MSC1-2连云港连云港GW1-2MSC1-2GW1-2GW1-2GW1-

18、2GW1-2MSCMSCMSCMSCMSCMSCMSC徐州徐州宿迁宿迁盐城盐城淮阴淮阴 泰州泰州扬州扬州南京南京MSCMSCMSCMSCMSC南京南京南京南京无锡无锡无锡无锡南京南京南京南京镇江镇江无锡无锡南通南通常州常州常熟常熟 张家港张家港江阴江阴宜兴宜兴苏州苏州吴江吴江太仓太仓昆山昆山江苏省话路网络结构图江苏省话路网络结构图南京南京SSP全国可划分为若干个移动业务本地网，原则上按长途区号为2位或3位的地区划分每个移动本地网应设一个或多个HLR和若干个MSC每个MSC与局所在地的长途局相连，与局所在地的市话汇接局相连，也可与本地市话局相连移动业务本地网示意图 设： 有3个MSCDC2移动业

19、务本地网PSTN长途网本地网MSCMS BTSBSCTmDC2DC1 LSMSCMS BTSBSCTMSC2MSCMS BTSBSC网络结构网络结构信令网结构信令网结构网络结构网络结构3.3.3 GSM系统的编号计划系统的编号计划 GSM网络是比较复杂的，它包含无线、有线信道，并与其他网络如PSTN、ISDN等网络互相连接。为了将一次呼叫接续传至某个移动用户，需要调用相应的实体。因此，正确地寻址就非常重要，各种号码就是用于识别不同的移动用户、不同的移动设备以及不同的网络。3.3 GSM3.3 GSM系统网络及编号系统网络及编号MSISDN是指主叫用户为呼叫是指主叫用户为呼叫GSM PLMN中中

20、的一个移动用户所需拨的号码，作用同于固定的一个移动用户所需拨的号码，作用同于固定网网PSTN号码号码存储在存储在HLR和和VLR中，在中，在MAP接口上传送例接口上传送例SISDNGSMGSM系统的编号计划系统的编号计划CC： Country Code，国家码，如中国为，国家码，如中国为86。NDC：National Destination Code，国内接入号，如，国内接入号，如139、130等等。等等。SN： Subscriber NumberMSISDN的一般格式为的一般格式为86-139-H0 H1 H2 H3 ABCDCCNDCSNNational (sig

21、nificant)Mobile numberMobile station internationalISDN numberMSISDNGSMGSM系统的编号计划系统的编号计划IMSI是是GSM系统分配给移动用户系统分配给移动用户(MS)的唯一的唯一的识别号。的识别号。存储在存储在SIM卡、卡、HLR和和VLR中，在无线接口中，在无线接口及及MAP接口上传送。接口上传送。 IMSI分配原则：最多包含分配原则：最多包含15个数字个数字(0-9)。例例:460002289000168IMSIGSMGSM系统的编号计划系统的编号计划Not more than 15 digits3 digits2 di

22、gitsIMSIMCCMNCMSINNMSIMCC：移动国家码，三个数字，如中国为：移动国家码，三个数字，如中国为 460。MNC：移动网号，两个数字，如中国移动的：移动网号，两个数字，如中国移动的MNC为为00。MSIN：在某一：在某一PLMN内内MS唯一的识别码唯一的识别码,编码格式为编码格式为:H1 H2 H3 SXXXXXXNMSI：在某一国家内：在某一国家内MS唯一识别码。唯一识别码。IMSIGSMGSM系统的编号计划系统的编号计划TMSI是为了加强系统的保密性而在是为了加强系统的保密性而在VLR内分内分配的临时用户识别，在某一配的临时用户识别，在某一VLR区域内与区域内与IMSI唯

23、一对应。唯一对应。TMSI分配原则：分配原则：包含四个字节，可以由八个十六进制数组成包含四个字节，可以由八个十六进制数组成，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。TMSIGSMGSM系统的编号计划系统的编号计划当移动用户漫游到一个新的当移动用户漫游到一个新的MSC/VLR业务区时，由业务区时，由VLR给它分配一个临时性给它分配一个临时性的漫游号码，并通知该移动台的的漫游号码，并通知该移动台的HLR，用于建立通信路由。用于建立通信路由。编码格式为编码格式为: 在在MSC-Number的后面增的后面增加几个字节加几个字节MSRNGSMGSM系统的编号计划系统

24、的编号计划TAC-型号批准码，由欧洲型号批准中心分配。型号批准码，由欧洲型号批准中心分配。FAC-最后装配码，表示生产厂家或最后装配所在地，由厂家进行编码最后装配码，表示生产厂家或最后装配所在地，由厂家进行编码SNR-序号码。这个数字的独立序号码唯一地识别每个序号码。这个数字的独立序号码唯一地识别每个TAC和和FAC的每个的每个移动设备。移动设备。SP-备用备用,为为0例：例：490547403767335IMEI唯一地识别一个移动台设备，用于监控被窃唯一地识别一个移动台设备，用于监控被窃或无效的移动设备或无效的移动设备,#06#IMEI（15位数字）位数字）TACSPFACSNR6个数字个数

25、字2个数字个数字6个数字个数字1个数字个数字IMEIGSMGSM系统的编号计划系统的编号计划MCC：Mobile Country Code，移动国家码，中国为，移动国家码，中国为 460。MNC：Mobile Network Code，移动网号，两个数字，移动网号，两个数字， 如中国移动的如中国移动的MNC为为00。LAC：Location Area Code，是，是2个字节长的十六进制个字节长的十六进制BCD码码， 0000与与FFFE不能使用。不能使用。 例例:460008C90在检测位置更新时，要使用位置区识别在检测位置更新时，要使用位置区识别LAI，寻呼移，寻呼移动台是以动台是以LAI

26、为单位进行为单位进行Location Area IdentificationMCCMNCLACLAIGSMGSM系统的编号计划系统的编号计划在所有在所有GSM PLMN中用作小区的唯一标识，中用作小区的唯一标识，是在是在LAI 的基础上再加上小区识别的基础上再加上小区识别CI构成，即构成，即CGI=LAI+CI。CGIGSMGSM系统的编号计划系统的编号计划NCC-PLMN色码。用来唯一地识别相邻国家不同的色码。用来唯一地识别相邻国家不同的PLMN。 相相邻国家要具体协调邻国家要具体协调NCC的配置。的配置。BCC-BTS色码。用来唯一地识别采用相同载频、相邻的、不同色码。用来唯一地识别采用相

27、同载频、相邻的、不同的的BTS。(取值取值07)例：例：25用于移动台识别相邻的、采用相同载频的、不同的基用于移动台识别相邻的、采用相同载频的、不同的基站收发信台（站收发信台（BTS），特别用于区别在不同国家的边），特别用于区别在不同国家的边界地区采用相同载频的相邻界地区采用相同载频的相邻BTS.基站识别色码基站识别色码BSICNCCBCCBSICGSMGSM系统的编号计划系统的编号计划 电信业务和承载业务 用户终端GSM网可能的传输网端网用户终端承载业务电信业务 GSM中的业务可分为两类：基本业务和附加业务。基本业务又可分为两个项目：电信业务和承载业务。3.4 GSM3.4 GSM系统业务系

28、统业务 1、承载业务、承载业务 表表3-2列出了列出了GSM的承载业务。的承载业务。 业 务 内 容 异步数据异步数据 3009600 b/s 同步数据同步数据 12009600 b/s PAD接入接入 3009600 b/s, 分组打包和拆包，分组打包和拆包， 为为GSM用户接入分组网提供一个用户接入分组网提供一个异步连接。该业务只能由移动台主叫发起异步连接。该业务只能由移动台主叫发起 分组接入分组接入 24009600 b/s，为，为GSM用户接入分组网提供一个同步连接。用户接入分组网提供一个同步连接。 该业该业务只能由移动台主叫发起务只能由移动台主叫发起 话音话音/数据交替数据交替 在呼

29、叫过程中在呼叫过程中, 提供话音和数据的交替提供话音和数据的交替 话音后数据话音后数据 先话音连接先话音连接, 而后进入数据连接而后进入数据连接 3.4 GSM3.4 GSM系统业务系统业务 表表3-3 电电 信信 业业 务务业 务 内 容 话音服务话音服务 全速（全速（13 kb/s），）， 半速（半速（6.5 kb/s）。）。 这项服务提供语音信息和这项服务提供语音信息和语音信号到网络的传输语音信号到网络的传输 紧急呼叫紧急呼叫 典型的是，典型的是， 紧急电话在一些受限的情况下，紧急电话在一些受限的情况下， 更具有优先权。更具有优先权。 一一般只提供移动用户主叫发起般只提供移动用户主叫发起

30、 短消息服务（到移动电话短消息服务（到移动电话终端，终端， MT/PP） 短字符消息，小于短字符消息，小于160个字符。这项服务用于消息处理系统（服务个字符。这项服务用于消息处理系统（服务中心）提供短消息给移动用户中心）提供短消息给移动用户 短消息服务短消息服务（移动电话发起，（移动电话发起， MO/PP） 短字符消息，小于短字符消息，小于160个字符。这项服务用于移动用户给消息处理个字符。这项服务用于移动用户给消息处理系统（服务中心）提供短消息。以下由移动用户发起的呼叫可以系统（服务中心）提供短消息。以下由移动用户发起的呼叫可以进行传输：一个在存储器中预先存储的消息；从拨号盘上发起的进行传输

31、：一个在存储器中预先存储的消息；从拨号盘上发起的一串数字；从另外的键盘或设备终端与移动台相连的信息一串数字；从另外的键盘或设备终端与移动台相连的信息 短消息传输（小区广播）短消息传输（小区广播） 短字符消息，小于短字符消息，小于93个字符。这项服务用于传输对小区范围内的个字符。这项服务用于传输对小区范围内的所有的移动用户。这是一点对多点的服务所有的移动用户。这是一点对多点的服务 自动传真自动传真 第第3类传真。这项服务自动提供第类传真。这项服务自动提供第3类呼叫和被呼模式传真类呼叫和被呼模式传真 2、电信业务、电信业务 3.4 GSM3.4 GSM系统业务系统业务 3、补充业务、补充业务 表表

32、3-4 GSM支持的补充业务支持的补充业务 业 务 内 容 号码识别号码识别 主叫号码显示主叫号码显示(CLIP)主叫线号码限制主叫线号码限制(CLIR)呼叫服务呼叫服务 前向呼叫无条件转移（前向呼叫无条件转移（CFU）移动台忙时前向呼叫（移动台忙时前向呼叫（CFB）无应答前向呼叫（无应答前向呼叫（CFNRy）移动用户未能达到前向呼叫移动用户未能达到前向呼叫 呼叫完成呼叫完成 呼叫保持（呼叫保持（HOLD）呼叫等待（呼叫等待（CW） 3.4 GSM3.4 GSM系统业务系统业务 业 务 内 容 多方多方 多方业务多方业务(MPTY) 兴趣群体兴趣群体 密切用户群密切用户群 计费计费 计费信息提

33、示计费信息提示(AoCI) 计费费用提示计费费用提示(AoCC) 呼叫限制呼叫限制 所有呼叫禁止所有呼叫禁止(BAOC)国际呼出禁止国际呼出禁止(BOIC)除拨向归属国家的国际呼出禁止除拨向归属国家的国际呼出禁止(BOIC-exHC)所有呼入禁止所有呼入禁止(BAIC)漫游出归属国家呼入禁止漫游出归属国家呼入禁止(BIC-Roam) 无结构化无结构化 无结构化补充业务数据无结构化补充业务数据 营运者确定限制营运者确定限制 由营运者确定的不同呼叫由营运者确定的不同呼叫/业务限制业务限制 3.4 GSM3.4 GSM系统业务系统业务 3.5.1 GSM系统无线传输特征系统无线传输特征 目前，GSM

34、通信系统可以采用900MHz、扩展900MHz和1800MHz频段，有些国家也采用1900MHz频段。在本文中，主要讲解900MHz频段。 1、FDMA/TDMA接入方式接入方式 在GSM 系统中，每个小区含有多个载频，每个载频上含有8个时隙，因此GSM 系统是FDMA/TDMA的接入方式。3.5 GSM3.5 GSM系统的数字无线接口系统的数字无线接口 2、频段与频道配置、频段与频道配置 采用等频距配置方法。上行（移动台发送，基站接收）频率范围：890MHz915MHz下行（基站发送，移动台接收）频率范围：935MHz960MHz频道序号为1124，共124个频点。01240124915MH

35、z935MHz960MHzUPLINKDOWNLINK890MHzGSMGSM系统无线传输特征系统无线传输特征 频道序号和频点标称中心频率的关系为： fl（n）=8900.2n（MHz），上行 fh（n）= fl （n）45（MHz），下行其中1n124，n为频道序号，或称绝对射频信道号（ARFCN）01240124915MHz935MHz960MHzUPLINKDOWNLINKGSMGSM系统无线传输特征系统无线传输特征 3、频道间隔、频道间隔所有频段相邻两频道的间隔都为200kHz。4、双工收发间隔、双工收发间隔双工收发频率间隔为45MHz。5、调制方式、调制方式 GSM的调制方式是高斯最

36、小频移键控（GMSK）。GSMGSM系统无线传输特征系统无线传输特征 3.5.2 信道类型及其组合信道类型及其组合1、信道的定义及分类、信道的定义及分类 GSM系统中，信道分成逻辑信道和物理信道。 时隙是基本的物理信道，一个载频包含8个物理信道。 根据BTS和MS之间传递的信息的种类不同而定义的信道称为逻辑信道。逻辑信道按其功能分为业务信道（TCH）和控制信道（CCH）。3.5 GSM3.5 GSM系统的数字无线接口系统的数字无线接口 频率校正信道FCCH同步信道SCH广播控制信道BCCH寻呼信道PCH准许接入信道AGCH随机接入信道RACH独立专用控制信道SDCCH慢速辅助控制信道SACCH

37、快速辅助控制信道FACCH(上/下行)(上/下行)(上/下行)(上行)(下行)(下行)(下行)(下行)(下行)广播信道BCH公用控制信道CCCH专用控制信道DCCH业务信道TCH控制信道CCH信道分类信道类型及其组合信道类型及其组合（1）业务信道）业务信道 业务信道携载编码语音或用户数据，它有全速率业务信道（TCH/F）和半速率业务信道（TCH/H）之分： a、话音业务信道、话音业务信道TCH/F：全速率话音业务信道，总速率为22.8kb/sTCH/H：半速率话音业务信道，总速率为11.4kb/s b、数据业务信道、数据业务信道信道类型及其组合信道类型及其组合（2）控制信道）控制信道 控制信道

38、用于携载信令或同步数据，包括三类控制信道：广播信道、公共控制信道和专用控制信道。 a、广播信道（、广播信道（ BCH ） 广播信道是一点对多点的单向下行控制信道，即基站到移动台单向传输，用于向MS广播各类消息，分为三种信道：p FCCH：频率校准信道，该信道携载有用于MS频率纠正的信息。p SCH：同步信道，携载MS帧同步和基站收发信台（BTS）识别信息。p BCCH：广播控制信道用于发送小区信息。在每个基站收发信台中总有一个收发信机含有这个信道，以向该小区中所有移动台广播系统消息。信道类型及其组合信道类型及其组合 b、公共控制信道（、公共控制信道（ CCCH ） 公共控制信道是一点对多点的双

39、向控制信道，为网络中MS所共用，它包括三种信道：p PCH：寻呼信道，用于BTS寻呼MS（下行信道）。p RACH：随机接入信道，用于MS随机提出入网申请，即请求分配专用控制信道（上行信道）。p AGCH：准予接入信道，用于BTS对MS的随机接入请求作出应答，即分配一专用控制信道或直接分配一个TCH（下行信道）。信道类型及其组合信道类型及其组合 c、专用控制信道、专用控制信道DCCH 专用控制信道是点对点的双向控制信道，使用时BTS将其分配给MS，进行BTS与MS之间点对点的传输。p SDCCH：独立专用控制信道，用于在分配业务信道之前传送有关信令，如登记、鉴权等。p SACCH：慢速随路控制

40、信道，与一条业务信道或一条SDCCH联合使用，用来传送用户信息期间某些特定信息，例如：功率和帧调整控制信息、测量数据等。p FACCH：快速随路控制信道，与一条业务信道联合使用，携带与SDCCH同样的信号，但只在没有分配SDCCH的情况下才分配FACCH，通过业务信道借取的帧（称为“偷帧”）来实现接续，传送如“越区切换”等指令。信道类型及其组合信道类型及其组合 搜寻频率校正脉冲搜寻频率校正脉冲 搜寻同步脉冲搜寻同步脉冲 解读系统消息解读系统消息 侦听寻呼消息侦听寻呼消息 发送接入脉冲发送接入脉冲 信令信道分配信令信道分配 呼叫建立呼叫建立 话音信道分配话音信道分配 通话通话 呼叫释放呼叫释放F

41、CCHSCHBCCHPCHRACHAGCHSDCCHFACCHTCHFACCH空闲状态关机状态专用模式空闲状态各逻辑信道作用示意各逻辑信道作用示意信道类型及其组合信道类型及其组合 在GSM系统中，空间接口采用FDMA与TDMA的混合方式。载波频道间隔为200KHz，每个载波从时间上分成8个时隙，每个时隙为一个信道，占15/26ms（约577s），因此一个载波最多可以同时给8个移动用户使用。单个时隙上传输的是突发脉冲序列（Burst），简称突发序列，它是一串含有百来个调制比特的传输单元。信道类型及其组合信道类型及其组合时间频率15/26ms200kHz时隙012345678信道类型及其组合信道类

42、型及其组合8bit41同步bit36加密bit3bit68.25bit尾比特尾比特保护间隔数据3bit142bit3bit8.25bit尾比特尾比特保护间隔数据3bit39加密bit39加密bit3bit8.25bit尾比特尾比特 保护间隔数据数据64同步bit 接入突发脉冲序列（AB）：用于MS初始化接入 频率校正突发脉冲序列（FB）：用于MS与BTS之间的频率同步 同步突发脉冲序列（SB）：用于MS与BTS之间的定时同步信道类型及其组合信道类型及其组合3bit57加密bit57加密bit3bit8.25bit尾比特尾比特 保护间隔数据数据26bit11训练序列偷帧标志3bit142调制bi

43、t3bit8.25bit尾比特尾比特保护间隔 普通突发脉冲序列（NB）：用于携带业务信道和除RACH之外的控制信道上的信息 虚拟突发脉冲序列（DB）：用于BTS在无信息下发的时隙发送填充帧信道类型及其组合信道类型及其组合0123204420452046204701234849504701242501242514950001457623TB3TB3GP8.25TB：尾比特TB3TB3GP8.25GP：保护期TB3TB3GP8.25TB3TB3GP 68.2558信息比特26训练序列58信息比特固定比特142信息比特39扩展的训练序列64信息比特39同步序列41信息比特36常规突发序列（NB）频率

44、校正突发序列（FB）同步突发序列（SB）接入突发序列（AB）1超高帧=2018超帧=2715648TDMA帧（3小时28分53秒760毫秒）1超帧=1326TDMA帧（6.12秒）1复帧=26TDMA帧（120ms）1复帧=51TDMA帧（3060/13ms）1TDMA帧=8时隙（120/26=4.615ms）1时隙=156.25比特持续期（15/26=0.557ms）（1比特持续期：48/13=3.68us）BCCHCCCHSDCCHTCHSACCH/TFACCH信道类型及其组合信道类型及其组合 帧的编号帧的编号(FN)以超高帧为周期，从以超高帧为周期，从 0到到 2715 647。 GSM

45、系统上行传输所用的帧号和下行传输所用系统上行传输所用的帧号和下行传输所用的帧号相同。但上行帧相对于下行帧来说，在时间的帧号相同。但上行帧相对于下行帧来说，在时间上推后上推后3个时隙个时隙。这样安排允许移动台在这。这样安排允许移动台在这3个时隙个时隙的时间内，的时间内， 进行帧调整以及对收发信机的调谐和转进行帧调整以及对收发信机的调谐和转换。这种上下行时间的偏移称为换。这种上下行时间的偏移称为TDMA帧偏移。信道类型及其组合信道类型及其组合T1 T2 T3T5 T6 T7T4T8RTRTR1 R2 R3R5 R6 R7R4R8Uplink TDMA Frame F1 + 45MHzDownlin

46、k TDMA F1MHzThe start of the uplink TDMA is delayed of three time slotsTDMA frame (4.615 ms)Fixed transmit Delay of three time-slots信道类型及其组合信道类型及其组合4、物理信道和逻辑信道的映射、物理信道和逻辑信道的映射 a、控制信道的映射、控制信道的映射p 广播信道(BCH)和公用控制信道(CCCH)在主载频(C0)的 TS0上的复用(下行链路) ；p 随机接入信道(RACH) 在主载频(C0)的 TS0上的复用（上行链路）复用；p SDCCH和 SACCH在主载

47、频(C0) 的TS1上的复用。主载频 C0上的 TS1可用于独立专用控制信道和慢速辅助控制信道：注：若只有一个载频，则公用控制信道和专用控制信道均在TS0上复用 b、业务信道的映射、业务信道的映射 除映射控制信道以外的时隙均映射业务信道（TCH）。信道类型及其组合信道类型及其组合5、时间调整（补充）、时间调整（补充） 传播时延t传播时延tTA这样下去不行，得让手机提前这样下去不行，得让手机提前一个一个TA值时间发给我！值时间发给我！信道类型及其组合信道类型及其组合假如某移动台占用了时隙2（TS2），可它在呼叫期间向远离基站方向移动，因此从基站发出的信息，将会越来越迟地到达移动台。与此同时移动台

48、的应答信息，也会越来越迟地到达基站。如果不采取措施，该时延长至使该移动台在TS2发送的信息与基站在TS3接受到的另一个呼叫信息重迭起来。所以，在呼叫进行期间，必须监视呼叫到达基站的时间，并由系统向移动台发送指令，随着移动台离开基站的距离，逐步指示移动台提前发送的时间，这就是时间的调整。 3.5.3 GSM信号的形成信号的形成信道类型及其组合信道类型及其组合3.6.1 位置登记位置登记 所谓位置登记(或称注册)，是通信网为了跟踪移动台的位置变化，而对其位置信息进行登记、删除和更新的过程。位置登记过程必须更快、 更精确。 位置信息存储在原籍位置寄存器(HLR)和访问位置寄存器(VLR)中。GSM蜂

49、窝通信系统把整个网络的覆盖区域划分为许多位置区，并以不同的位置区标志进行区别，如LA1, LA2, LA3, 。 移动台向网络登记的方式有： （1）开机登记 （2）周期性登记 3.6 GSM3.6 GSM的接续和移动性管理的接续和移动性管理MS“位置登记请求”“更新位置登记”询问“ MS 的 IMSI ”MSC(VLR)n(VLR)0“询问IMSI ”响应查询“ MS 的有关参数”“查询有关参数”响应“位置信息注销”“更新位置登记”确认“位置登记请求”确认(LR)HLR位置登记位置登记 MS从一个位置区移到另一位置区时，必须进行登记，也就是说一旦MS发现其存储器中的LAI与接收到的LAI发生了

50、变化，便执行登记。这个过程就叫“位置更新”。 (1) 不同MSCVLR业务区间的位置更新 (2) 同一MSCVLR不同位置区的位置更新 位置登记位置登记位置更新呼叫流程 发送参数（鉴权）鉴权参数鉴权更新位置(IMSI,MSRN) 位置更新接受开始加密取消位置 提供新TMSI接受位置取消MSBSS MSCNew VLR(AUC)HLROld VLR 在新MSC位置更新(TMSI, LAI)位置更新接受 鉴权响应位置登记位置登记移动用户至固定用户的出局呼叫框图 BSCVLRMSCPLMN用 户 BISUP / TUPISDN / PSTNBSSMAPLAPDDTAPLAPDm移 动 用 户 至 固

51、 定 用 户 的 出 局 呼 叫用 户 A3.6.2 呼叫处理呼叫处理1、移动用户主呼时移动用户主呼时3.6 GSM3.6 GSM的接续和移动性管理的接续和移动性管理MS“信道请求”“立即分配”指令“业务请求”BS“置密模式”指令“业务请求”“鉴权请求”“鉴权请求”“鉴权”响应“鉴权”响应MSC“置密模式”指令“置密模式完成”“置密模式完成”“ TMSI ”指令“ TMSI ”指令“ TMSI ”响应“ TMSI ”响应“建立呼叫请求”“建立呼叫请求”“呼叫开始”指令“呼叫开始”指令“信道指配”指令“信道指配”指令“信道指配完成”“信道指配完成”“回铃音”“回铃音”“连接”指令“连接”指令“连

52、接”确认“连接”确认“开始接入请求”应答VLR“鉴权”“鉴权”确认“置密模式”“开始接入请求”应答分配新的“ TMSI ”对分配新的“ TMSI ”的应答要求“传送建立呼叫所需信息”“传送建立呼叫所需信息”与固定用户接续固定用户至移动用户的入局呼叫框图 3 bit3 bitBSCGMSCHLRVLRMSCPLMNMAP用 户 AISUP / TUPISDN / PSTNISUP / TUPBSSMAPLAPDDTAPLAPDm固 定 用 户 至 移 动 用 户 的 入 局 呼 叫用 户 B2、移动用户被呼时移动用户被呼时呼叫处理呼叫处理GMSC固定用户拨号询问“路由信息”HLR“ MSRN ”

53、“拨号信息”询问“路由信息”VLR询问“呼叫参数”“寻呼请求”“寻呼请求”“寻呼请求”VMSCBSMS“信道请求”“立即指配”指令“寻呼”响应“寻呼”响应“开始接入请求”“鉴权”“鉴权”确认“鉴权请求”“鉴权请求”“鉴权”响应“鉴权”响应“置密模式”“置密”指令“置密”指令“置密完成”“置密完成”“开始接入应答”请求“完成呼叫”“呼叫建立”“呼叫建立”“呼叫证实”“呼叫证实”“信道指配”信道“指配请求”“指配完成”“指配完成”回铃音回铃音“连接完成”“拨号应答”“连接”“连接”“连接”确认“连接”确认“ MSRN ” GSM系统在网络安全管理方面较模拟系统有了显著的改进，其主要是在下列部分加强

54、了保护： 1、接入网络时采用了对用户身份鉴权； 2、无线路径上采用了对通信信息加密； 3、用户识别码采用了临时用户识别码； 4、对移动设备采用了设备识别码识别； 5、SIM卡使用PIN码保护。3.7 GSM3.7 GSM的安全性管理的安全性管理IMSI 1KiIMSI 2Ki数据库IMSI和鉴权RAND产生随机数加密算法A8鉴权算法A3结果结果KcSRESRANDKcSRESRANDIMSI：国际移动用户识别Kc：密钥Ki：用户鉴权键SRES：符号响应RAND：随机数将三参数组传送给HLR三参数组GSM系统中用户三参数组的产生系统中用户三参数组的产生 3.7 GSM3.7 GSM的安全性管理的

55、安全性管理1. 鉴权鉴权 AUC存储HLR中所有用户的鉴权键KiHLRMSC/VLRMS存储有关的用户信息 对所有用户产生 三参数组 RAND/Kc/SRES临时存储所有用户的三参数组(每用户1至10个三参数组)依请求发给VLR存储所有访问用户的三参数组RAND/Kc/SRES（每用户1至7个三参数组）接入请求RAND算法 A3RANDKiSRESSRESAUCSRESMS=否不能接入是接入？RAND/Kc/SRES鉴权程序鉴权程序2. 加密加密 AUC存储HLR中所有用户的鉴权键KiHLRMSC/VLRBTS存储所有与网络有关的用户信息对所有用户产生三参数组RAND/Kc/SRES临时存储所

56、有用户的三参数组(每用户1 10个）并依请求发给VLR存储所有访问用户的三参数组(每用户1 7个)RAND/Kc/SRES临时存储Kc用于与MS通话中的加密鉴权程序启动加密加密模式命令MMSRANDRANDA8(Kc)KcA5(加密)TDMA帐号加密消息“加密模式完成”A5TDMA帧号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3. 设备识别设备识别 每一个移动台设备均有一个惟一的移动台设备识别码(IMEI)。在EIR中存储了所有移动台的设备识别码，每一个移动台只存储本身的IMEI。设备识别的目的是确保系统中使用的设备不是盗用的或非法的设备。为此， EIR中使用三种设备清单

57、： 白名单： 合法的移动设备识别号； 黑名单： 禁止使用的移动设备识别号； 灰名单： 由运营者决定， 例如有故障的或未经型号认证的移动设备识别号。 3.7 GSM3.7 GSM的安全性管理的安全性管理设备识别程序 存储所有用户的移动设备识别码存储所有被列入灰/黑名单的设备EIRMSC/VLRIMEI请求MS存储本设备识别IMEI呼叫建立发送IMEI检查IMEI接入/禁止信息继续/停止呼叫建立程序3.7 GSM3.7 GSM的安全性管理的安全性管理4. 用户识别码用户识别码 为了防止非法监听进而盗用IMSI，在无线链路上需要传送IMSI时，均用临时移动用户识别码(TMSI)代替IMSI。仅在位置

58、更新失败或MS得不到TMSI时，才使用IMSI。 MS每次向系统请求一种程序，如位置更新、呼叫尝试等，MSC/VLR将给MS分配一个新的TMSI。 3.7 GSM3.7 GSM的安全性管理的安全性管理HLR存储路径所有归属PLMN的用户数据MSC/VLR存储路径所有访问用户的数据BSC/BTS存储与无线路径有关的数据MS存储所有与网络有关的用户信息更新更新位置区请求位置更新请求鉴权产生新的TMSIVLR存储新TMSI新TMSI启动加密位置区更新位置区更新新TMSI存储新TMSI位置区更新证实VLR删除旧TMSI位置区更新完成IMSI在无线路径上使用保密码新TMSI新TMSIIMSI位置更新时产

59、生新的TMSIGPRS: General Packet Radio Service 中文译为通用分组无线业务。它是在GSM网络的基础上发展起来的，为用户提供高速的无线数据通信，在行业内被称为2.5代移动通信业务。 GPRS在现有GSM网络基础上发展起来的分组交换系统，与互联网或企业网相连，向移动客户提供丰富的数据业务。3.8 3.8 通用分组无线业务通用分组无线业务GPRSGPRSGPRS技术技术3.8 3.8 通用分组无线业务通用分组无线业务GPRSGPRS技术技术驱动驱动业务业务驱动驱动AMPSAMPSTACSTACSNMTNMTNMT450NMT450模模拟拟技技术术第一代第一代模拟蜂窝

60、移动通模拟蜂窝移动通信系统，信系统，8080年代年代DAMPS DAMPS IS-95 IS-95 GSMGSMPDCPDC数数字字技技术术语语音音业业务务第二代第二代数字蜂窝移动通数字蜂窝移动通信系统，信系统，9090年代年代CDMA2000 CDMA2000 WCDMAWCDMATD-SCDMATD-SCDMA多多媒媒体体业业务务第三代第三代第三代移动通信第三代移动通信系统，系统，2121世纪世纪业务业务速率速率容量容量安全性安全性语音语音低低一般一般差差语音、数据语音、数据中中较大较大好好语音、数据、语音语音、数据、语音+数据数据高高最大最大最好最好移动通信的发展（复习）移动通信的发展（