移动通信原理及系统第5章

1、1移动通信移动通信Mobile Communication2目录目录n第一章 概述（4学时） n第二章 移动通信组网原理（8学时）n第三章 移动信道中的电波传播（8学时）n第四章 数字移动通信关键技术（8学时）n第五章 GSM/GPRS数字蜂窝移动通信系统（8学时）n第六章 窄带CDMA数字蜂窝移动通信系统（6学时）n第七章 第三代(3G)数字蜂窝移动通信系统（8学时）n第八章 移动数据传输（4学时）n第九章 未来移动通信展望（2学时）n习题讲解与课堂练习（6学时） n复习（2学时） 3第五章第五章 GSM/GPRS数字蜂窝移动通信系统数字蜂窝移动通信系统n5.1 引言n5.2 GSM的特点和

2、业务q5.2.1 GSM的基本特点q5.2.2 GSM的业务功能n5.3 GSM系统结构与接口q5.3.1 移动台（MS）q5.3.2 基站子系统（BSS）q5.3.3 网络与交换子系统（NSS） q5.3.4 操作与维护子系统（OMS）q5.3.5 网络接口4n5.4 GSM无线接口q5.4.1 频率配置q5.4.2 信道和帧结构q5.4.3 定时前置q5.4.4 功率控制与不连续发射（DTX）q5.4.5 跳频技术n5.5 GSM语音/数据的无线传输q5.5.1 语音编码q5.5.2 信道编码q5.5.3 交织q5.5.4 突发脉冲的形成q5.5.5 加密q5.5.6 调制5n5.6 GS

3、M的移动性管理与呼叫接续q5.6.1 GSM区域、编号方式q5.6.2 小区的选择与重选q5.6.3 鉴权与加密q5.6.4 位置更新q5.6.5 鉴权、加密q5.6.6 切换n5.7 GPRS系统q5.7.1 GPRS的特点及业务q5.7.2 GPRS网络结构、主要实体及接口q5.7.3 GPRS空中接口q5.7.4 GPRS的移动性管理与会话管理6n5.1 引言 2G主流标准有：泛欧GSM900、美国ADC（IS-54, later called IS-136）、日本PDC w1982年，Groupe Spciale Mobile “移动通信特别组”在欧洲邮政与电信大会(CEPT)内成立

4、。现在称为Global System for Mobile Communication wGSM可用在不同的频段（900、1800、1900MHz），其标准化工作由ETSI制定，1991年首次进入欧洲市场wGPRS（通用分组无线业务）是GSM向3G的过渡技术，欧洲在1993年提出的，它能提供比现有GSM网更高的数据率 7n5.2 GSM的特点和业务q5.2.1 GSM的特点w具有开放的接口和通用的接口标准w用户权利的保护和传输信息的加密w支持多种业务w具有跨国漫游能力wGSM系统抗干扰能力较强w频谱效率较高 8业务基本业务附加业务电信业务承载业务用户终端GSM 网可能的传输网端网用户终端承载业

5、务电信业务q5.2.2 GSM的业务功能9 1、电信业务 业业 务务 内内 容容 话音服务 全速（13 kb/s）， 半速（6.5 kb/s）。 这项服务提供语音信息和语音信号到网络的传输 紧急呼叫 典型的是， 紧急电话在一些受限的情况下， 更具有优先权。 一般只提供移动用户主叫发起 短消息服务（到移动电话终端， MT/PP） 短字符消息，小于160个字符。这项服务用于消息处理系统（服务中心）提供短消息给移动用户 短消息服务（移动电话发起， MO/PP） 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

6、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 短消息传输（小区广播） 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所有的移动用户。这是一点对多点的服务 自动传真 第3类传真。这项服务自动提供第3类呼叫和被呼模式传真 10 2、补充业务 业业 务务 内内 容容 号码识别 主叫号码显示(CLIP)主叫线号码限制(CLIR)连接线显示(CoLP)连接线限制(CoLR) 呼叫服务 前向呼叫无条件转移（CFU）移动台忙时前向呼叫（CFB）无应答前向呼叫（CFNRy）移动用户未能达到前向呼叫 呼叫完成 呼叫保持（HOLD）呼叫等待（CW） 11 业业 务

7、务 内内 容容 多方 多方业务(MPTY) 兴趣群体 密切用户群 计费 计费信息提示(AoCI) 计费费用提示(AoCC) 呼叫限制 所有呼叫禁止(BAOC)国际呼出禁止(BOIC)除拨向归属国家的国际呼出禁止(BOIC-exHC)所有呼入禁止(BAIC)漫游出归属国家呼入禁止(BIC-Roam) 无结构化 无结构化补充业务数据 营运者确定限制 由营运者确定的不同呼叫/业务限制 12n5.3 GSM系统结构与接口 GSM整个系统可分为四个相互独立的子系统，即移动台 （MS）、基站子系统（BSS）、网络与交换子系统（NSS） 和操作与维护管理子系统（OMS）。 13功率级功率级 移动台最大功率移

8、动台最大功率 120W28W35W42W50.8WGSM900系统的移动台功率等级功率级功率级移动台最大功率移动台最大功率11W20.25WDCS1800系统的移动台功率等级q5.3.1 移动台（MS）w功能:具有无线传输和处理功能、提供与使用者间的接口频率w类型: 车载台、手持台14 移动台(Mobile Station)组成w移动台物理设备MEwSIM卡: 基本上是一张符合ISO标准的“智慧卡”，它包含所 有与用户有关的无线接口的信息。GSM系统是通过SIM卡来识别移动用户的，这为发展个人通信打下了基础 MSSIMME15q5.3.2 基站子系统（BSS）w功能:（1）通过无线接口与MS相

9、接，负责无线收/发和 无线资源管理（2）基站子系统与网络子系统中的移动业 务交换中心（MSC）相连，实现移动用户之间或移动用 户与固定网络用户之间的通信连接，传送系统信号和用 户信息等 16 w组成: BSS主要是由基站收发信机（BTS）和基站控制器 （BSC）两部分组成。此外，BSS还应包括码型转换和速 率适配单元（TRAU）BTSBTSBSCBTSBTSTRAU17 BTS、 BSC、 TRAU功能 FunctionsBTSBSCManagement of radio channelsXFrequency hopping (FH)XXManagement of terrestrial ch

10、annelsXMapping of terrestrial onto radio channelsXChannel coding and decodingXRate adaptationXEncryption and decryptionXXPagingXXUplink signal measurementsXTraffic measurementXAuthenticationXLocation registry, location updateXHandover managementX64Kbit/s16Kbit/sPCMMSCBSCTRAUGMSK18 BTS的组成 w基带单元：话音和数据

11、速率适配以及信道编码等w载频单元：完成调制/解调、与发射机/接收机之间的耦合等w控制单元：用于BTS的操作与维护192021 基站的功率等级 功率级功率级 GSM900基站的最大功率基站的最大功率 DCS1800基站的最大功率基站的最大功率 1320W20W2160W10W380W5W440W2.5W520W610W75W82.5W22NSSEIRHLR/AUCIWFMSC/VLRq5.3.3 网络与交换子系统 （NSS）w功能: 对GSM移动用户之间通信和移动用户和其他通信网用户之间通信起管理作用。其主要功能包括：交换、移动性管理、安全管理等w组成：23 MSC (移动业务交换中心) w信道

12、的管理和分配w呼叫的处理和控制w越区切换和漫游的控制w用户位置信息的登记与管理w用户号码和移动设备号码的登记和管理w服务类型的控制w计费w对用户实施鉴权w互连功能24 HLR (归属位置寄存器) 它可以看作是GSM系统的中央数据库， 存储该HLR管辖区的所有移动用户的有关数据w用户号码（IMSI和MSISDN）w当前用户VLR（当前位置）w预定的附加业务w附加的业务信息（如：当前转移号码）w用户状态（已登记/已取消登记）w鉴权键和AUC功能w移动用户漫游号码等25 VLR (访问位置寄存器) 通常与MSC合设，它存储进入其控制区域内来访移动用户的有关数据，VLR可看作是一个动态用户的数据库。

13、w移动台状态w位置区域识别码（LAI）w临时移动用户识别码（TMSI）w移动台漫游码（MSRN）等26 AUC (鉴权中心) 通常与HLR合设，认证移动用户的身份以及产生相应认证参数（ 随机数RAND、符号响应SRES、密匙Kc），同时对无线链路上的话音、 数据和信令信息进行保密 w可靠地识别用户，与HLR一般处于同一位置 27 EIR (设备识别寄存器) 存储有关移动台设备参数的数据库。EIR实现对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止非法移动台使用。 w存储移动台设备参数(如IMEI号码)的数据库28 IWF（互联功能） 提供GSM网络与其它固定网络的互连。在互连时，IWF 还能提供速率

14、适配的功能。 wIWF通常与MSC在同一物理设备中实现29 SC (短消息中心) w提供在GSM网络中移动用户和固定用户之间或移动用户之间发送产度较短的信息。其功能：接收、存储和转发用户的短消息30q5.3.4 操作与维护子系统（OMS）w功能:对GSM系统的交换实体进行管理。即维护测试、障碍检测及处理、系统状态监视、话务统计等功能w用于操作维护的设备被称为操作维护中心（OMC），OMC由两个功能单元构成，即OMC-S和OMC-RwOMC-S用于MSC、HLR、VLR等交换子系统各功能实体的维护与操作。OMC-R用于实现整个BSS系统的操作与维护。31q5.3.5 GSM网络接口VLRHLRA

15、UCEIRTRAUBGEDCFAbisUmBTSMSMSCMSCVLRBSCAECECPSTN32 1、主要接口 GSM系统的主要接口是指A接口、 Abis接口和Um接口wA接口：网络与交换子系统(NSS)与基站子系统(BSS)之间的通信接口。 wAbis接口：基站子系统的基站控制器(BSC)与基站收发信机(BTS)之间的接口wUm接口：移动台与基站收发信机之间的无线接口 33CMMMRRMMLAPDmradioLAPDmradioLAPDPCMRR BTSMCMLAPDPCMRRBTSM 16/64 kbit/sUmAbisASS7PCMSS7PCM64 kbit/s /2.048 Mbit

16、/sMSBTSBSCMSCBSSAPBSSAPL1L2L334w信令层1（L1）: 也称物理层，提供传输比特流所需的物理链路，为高层提供各种不同功能的逻辑信道w信令层2（L2）: 称数据链路层，在移动台和基站之间建立可靠的专用数据链路w信令层3（L3）: 负责控制和管理。包括三个子层，即无线资源管理（RM）、移动性管理（MM）、接续管理（CM） 35 2、网络子系统NSS内部接口 它包括B、C、D、E、F、G接口，各接口均采用7号信令系统wB接口: MSC与VLR之间的接口wC接口: MSC与HLR之间的接口wD接口: HLR与VLR之间的接口wE接口: 移动交换中心之间的接口wF接口: MS

17、C与EIR之间的接口wG接口: VLR之间的接口 36TCAPSCCPB, 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37 3、GSM系统与其它公用电信网接口 GSM系统通过MSC与公用电信网互连， 一般采用7号信令系统接口。 其物理链接方式是通过在MSC与PSTN或ISDN交换机之间采用2.048 Mb/s的PCM数字传输链路来实现的。 38n5.4 GSM无线接口39q5.4.1 频率配置wGSM相邻载频间隔为200kHz，则序号为n的载频和其中心频率的关系为：上行频段：fl(n)

18、=890.2+(n-1)0.2MHz 下行频段：fh(n)= fl(n)+45MHz 式中，n=1124。GSM的信道总数为1248=992个双向物理信道制式制式上行频段上行频段下行频段下行频段带宽带宽双工间隔双工间隔双工信道数双工信道数GSM 900890-915935-9602x2545124E-GSM (900)880-915925-9602x3545174GSM-R (900)885-889930-9342x44519GSM 18001710-17851805-18802x7595374GSM 19001850-19101930-19902x608029940 频率复用与区群结构w同频

19、干扰防护比只要求大于等于9dB12dBw若使用无方向性天线建议采用N=7的区群复用方式；若使用定向天线建议采用43复用方式（即N=4，每基站3个120o扇形小区），业务密集区，可以采用33复用方式。41q5.4.2 信道和帧结构一、帧结构42MS1ARFCN01123FDMBTS0TDMAsTS7nn-1n+1MS2MS3time43GSM帧偏离44二、 信道的概念和类型物理信道TS0TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS745物理信道物理信道 # 2 = 时隙时隙 # 2重复重复TS TS TSTS TSTS TSTS 0 1 23 45 67时间轴时间轴4.615 msTDM

20、A帧帧TDMA 帧帧09.23 ms时隙时隙(帧连续帧连续重复重复)TS TS TSTS TSTS TSTS 0 1 23 45 6746逻辑信道在物理信道在物理信道#2上传送的语音定义为逻辑业务信道上传送的语音定义为逻辑业务信道在物理信道在物理信道#1上传送的信息上传送的信息(例如例如:建立呼叫建立呼叫)定义为逻辑控制信道定义为逻辑控制信道TDMA 帧帧TDMA 帧帧TS TS TSTS TSTS TSTS 0 1 23 45 67(帧连续重复帧连续重复)TS TS TSTS TSTS TSTS 0 1 23 45 6747GSM物理信道、逻辑信道举例48GSM系统逻辑信道的分类491、业务

21、信道 业务信道TCH主要传输数字话音或数据， 其次还有少量的随路控制信令。 w话音业务信道：全速率话音业务信道(FS)、增强型全速率（EFR）半速率话音业务信道(HS)。全速率信道的速率为13kbit/s、半速率信道的速率为6.5kbit/sw 数据业务信道：根据其传输速率可分为：TCH/F9.6 （ 9.6Kbit/s）、TCH/F4.8（4.8Kbit/s）、TCH/F2.4（2.4Kbit/s）502、控制信道 主要传输各种信令信息。 （1）广播信道（BCH）：“一点对多点”单方向控制信道 频率校正信道（FCCH） w用于给用户传送校正MS频率的信息。移动台在该信道接收频率校正信息并用来

22、校正移动台用户自己的时基频率。 w FCCH只在BCCH载波频率的0时隙发射，它是移动台辨别BCCH载频0时隙的标志51 同步信道（SCH）w定时信息wTDMA帧号w基站识别码BSIC52 广播控制信道（BCCH）w系统参数w 位置区域识别码（LAI）w 应由移动台监测的相邻小区列表w 本小区所使用的频率表w 小区识别码w 功率控制指示w 间断传输允许w 接入控制，如：紧急呼叫等（119、120）53 （2）公共控制信道（CCCH）：“一点对多点”双向控制信道 随机接入信道（RACH）w移动台申请接入GSM网络时，向基站发送接入请求信息w它发生在移动台主叫或响应基站寻呼等情况。54 寻呼信道（

23、PCH）w用于发送寻呼信息w当网络寻呼MS时使用，可用IMSI、TMSI或IMEI执行55 准许接入信道（AGCH）w响应在随机接入（RACH）接收的接入信息w基站利用AGCH为MS分配一个专用控制信道（SDCCH）wMS将移到专用控制信道以便建立呼叫，响应呼叫，位置w更新或短消息服务等56（3）专用控制信道（DCCH）：“点对点”双向控制信道 独立专用控制信道（SDCCH）w响应在随机接入（RACH）接收的接入信息w基站利用AGCH为MS分配一个专用控制信道（SDCCH）wMS将移到专用控制信道以便建立呼叫，响应呼叫，位置w更新或短消息服务等57 慢速辅助控制信道(SACCH)w慢速辅助控制

24、信道(SACCH)在下行链路方向用于基站传送 功率控制、帧调整信息、相邻小区列表信息w 慢速辅助控制信道(SACCH)在上行链路方向用于移动台 传送测量报告包括: 服务小区下行信号的质量、强度等； 邻小区的BCCH载频信号强度、邻小区的BSIC58 快速辅助控制信道(FACCH)w快速辅助控制信道(FACCH)在TCH上发射，发送FACCH 时占用相应TCH的资源w用于载送用户越区切换等信令信息59 MS开机接入GSM系统的过程扫描频点按信号强度排队锁定排队信号最强频点，找到0时隙（FCCH）听SCH信道听BCCH信道BCCH与MS的参数一致N N进入GSM系统Y Y开始60三、突发脉冲格式w

25、常规突发脉冲（Normal Burst） w频率校正突发脉冲（Frequency Correction Burst）w同步突发脉冲（Synchronization Burst） w接入突发脉冲（Access Burst） 6162 四、逻辑信道与物理信道之间的映射 逻辑信道组合是以复帧为基础的，“组合”就是将逻辑信道映射到物理信道上去 1、业务信道的26复帧结构（只考虑全速率情况）63 2、控制信道的51复帧结构 （1）BCH和CCCH在主载频TS0上的复用（下行链路）B: BCCHS: SCH F: FCCH: CCCHCR: RACHNOTE: IDEL64 RACH在主载频TS0上的复用

26、（上行链路）65 （2）SDCCH和SACCH在主载频TS1上的复用（下行链路）A : ACCHD : SDCCH: 空闲空闲66 （3）公用控制信道和专用控制信道均在TS0上的复用（用于小区只有一个载频的场合） A: SACCHD: SDCCH: 空闲空闲B: BCCHS: SCH F: FCCH: CCCHCR: RACH67q5.4.3 定时安置w移动用户是随机移动的，当移动台与基站距离远近不同时，它的突发脉冲的传输时延就不同。为了克服由突发 脉冲的传输时延所带来的定时的不确定，GSM对各时隙 的定时进行了动态控制，同时在每个时隙中留有保护时间 01234567TDMA帧帧 101234

27、567TDMA帧帧 1上行上行下行下行MS - BSBS - MS时间提前量时间提前量3 TS 偏移偏移68MS(A)MS(B)MS(B)1 WattBSSRxMS(A)2 Wattsq5.4.4 功率控制与不连续发射（DTX）w功率控制和不连续发射的目的都是为了减少整个系统的干扰，提高频率利用率，并可延长MS电池的寿命。 69不连续发射：w当语音编解码器检测到有语音时才打开发射机，而在语音间隙期不发射，这就是所谓的不连续发射（DTX） ，也称语音激活或间断传输技术。70q5.4.4 功率控制与不连续发射（DTX）w跳频技术就是按跳频序列随机的改变一个信道的载波频率 71w跳频系统的抗干扰性能

28、用处理增益GP表征 BW跳频系统的跳变频率范围； BC跳频系统的最小跳变的频率间隔 (GSM的BC =200 kHz)wGSM采用跳频是为了提高抗衰落、抗干扰 CWPBBGlg1072声电输出将模拟信号变为13比特线性码RPE-LTP编码器无线子系统电声输出将模拟信号变为13比特线性码RPE-LTP译码器RPE-LTP译码器将13比特线性码变换为8比特A律码移动交换中心公用电话交换网(PSTN/ISDN)RPE-LTP译码器将8比特A律码变换为13比特线性码移动台( MS)基站系统（ BSS ）104 kb/s13 kb/s纠错解码去交织无线GMSK解调前向纠错编码交织无线接入和GMSK 调制

29、无线接入及调制交织前向纠错编码无线解调去交织纠错解码双工器模拟话音8000 样本/秒13比特线性码话音编码456比特/帧话音编码456比特/帧8000 样本/秒13比特线性码8000 样本/秒8比特A律（CCITT Rec.G.711，G.712，G.713，G.714）50帧260比特/帧n5.5 GSM语音/数据的无线传输73q5.5.1 语音编码wGSM采用的编码方案是13kbit/s的RPE-LTP（规则脉冲激励长期预测）编码。RPE-LTP编码器是将波形编码和声码器两种技术综合运用的编码器， 从而以较低速率获得较高的话音质量。 74q5.5.2 信道编码w信道编码用于改善传输质量，克

30、服各种干扰因素对信号产生的不良影响。信道编码后速率为456bit/20ms=22.8kbit/s q5.5.3 交织w卷积编码后数据还要进行交织。交织主要用来抗突发性干扰，其实质是将突发错误分散开来wGSM采用的交织分为两次，第一次交织为块内交织，第二次为块间交织7512345678D1D2D3D4D5D6D7D8D1D2D3D4D5D6D7D8456 bit456 bit20 ms26020 ms260话音编码器话音编码器信道编码器信道编码器357 bit126 bit（训练序列）157 bit38.25交织话音尾码数据数据保护尾码单帧交织距离8规则脉冲激励长期预测编码时隙流（在一帧仅发一时

31、隙）常规实发序列第一个20 ms输出第二个20 ms输出761 2 3 4 5 6 7 812345678帧1帧2帧8114读交织矩阵2456 bit 8114(在40 ms 时间内产生)写77q5.5.4 突发脉冲的形成w见5.4.2 小节有关突发脉冲的描述 q5.5.5 加密wGSM为移动台和网络之间在无线路径上的通信进行加密。加密只限于用在常规的突发脉冲之上q5.5.6 加密wGSM的调制方式是高斯最小移频键控（GMSK）方式w频谱利用率为（1.35 b/s）/Hz78n5.6 GSM的移动性管理与呼叫接续q5.6.1 GSM区域、编号方式1、区域定义w服务区：移动台可获得服务的区域w公

32、用陆地移动网（PLMN）业务区：包含若干位置区w移动交换控制区（MSC区）：包含若干个位置区w位置区（LA）：由若干小区组成，移动台在位置区内 移动不需要进行位置更新w小区：基站收、发信机所覆盖的区域w扇区：定向天线所覆盖的区域79802、编号方式w移动用户的ISDN号码（MSISDN）w 国际移动用户识别码（IMSI） w 临时移动用户识别码（TMSI）w 移动用户漫游号码（MSRN）w 国际移动设备识别码（IMEI）w 位置区域识别码（LAI）w 小区全球识别码（CGI）w 基站识别码（BSIC） 81（1）移动用户的ISDN号码（MSISDN）w移动用户的MSISDN号码是供用户拨打的公

33、开号码 w CC为国家码，我国为86w NDC国家目标代码，和不同的运营公司有关，例如，138，139等。wSN移动用户号码。采用等长8位编号计划，具体号码分配由运营公司决定。82（2）国际移动用户识别码（IMSI，International Mobile Subscriber Identity ） w它是移动用户的唯一识别号码，为一个15位数字的号码 w 移动国家号码MCC：由3个数字组成 w 移动网号MNC： 1或2位数字,识别用户所属的移动网PLMNw 移动用户识别码：MSIN由10位数字组成 83（3）临时移动用户识别码（TMSI）wTMSI由MSC/VLR分配，仅限在VLR管辖区内代

34、替IMSI临时使用，且与IMSI相互对应w TMSI可在下列情况下更新：呼叫建立、进入新的LAI、进入新的VLR84（4）移动用户漫游号码（MSRN）w由VLR分配，是一个11位数字的号码，漫游号码的组成格式与移动台国际(或国内)ISDN号码相同。w用户操作在归属之外w用于路由选择85（5）国际移动设备识别码（IMEI）wIMEI是唯一的用于识别移动设备的号码，为15位数字，用于监控被窃或无效的这一类移动设备86（6）位置区域识别码（LAI）w用于识别位置区87（7）全球小区识别码（GCI）w为了区分全球每一个GSM系统的小区（cell）w全球小区识别码(GCI)是在LAI的基础上再加小区识别

35、(CI) 构成的GCI=MCC+MNC+LAC+CI 88（8）基站识别码（BSIC）w用于识别相邻国家的相邻基站，为6比特编码89用户识别模块（SIM）卡内储存的号码w国际移动用户识别码（IMSI）w临时移动用户识别码（TMSI）w位置区域识别码（LAI）w用户鉴权键（Ki）、加密键（Kc）、鉴权算法（A3）、加密码算法（A5）、加密算法（A8）w移动台国际服务数字网号码（MSISDN）90q5.6.2 小区的选择与重选1、小区选择w当手机开机或从盲区进入覆盖区时，小区将寻找PLMN允许的所有频点，并选择合适的小区驻留的过程。w小区选择采用C1路径损耗准则 1）在MS无储存BCCH信息情况下

36、的小区选择过程 2）MS有储存的BCCH信息情况下的小区选择过程912、小区重选w小区选择是MS在刚开机时进行的过程，而小区重选是在MS已经选择了小区后进行的过程w在满足一定的条件时MS将从当前停留的小区转移到另一个小区，这个过程称为小区重选w小区重选时采用的信道质量标准为参数C2， C2是基于参数C1并加入一些人为的偏置参数而形成的 92q5.6.3 鉴权与加密 鉴权、加密涉及的内容w对用户接入网络时的鉴权w在无线链路上对合法用户通信信息的加密w移动设备的识别w用户身份识别码IMSI用临时识别码TMSI保护wSIM卡用个人身份码PIN保护93AuC产生三参数组94HLRK1 A3 A8AUC

37、产生的三参数三参数(RAND,Kc,SRES)VLRSRES鉴权检查SRES= SRES(RAND,Kc,SRES)KcA5, 超帧 NO空中接口加密SRESRANDA3, A8, A5, Ki超帧 NOSRES=A3 (RAND, Ki)Kc=A8 (RAND, Ki)BTSMS空中接口的鉴权和加密95w设备识别：目的是为了防止盗用设备或非法设备的入网使用。设备识别在呼叫建立阶段进行。w用户识别码（IMSI）的保密：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。仅在位置更新失败或MS得不到TMSI时，才使用IMSI。96q5

38、.6.4 位置更新w位置更新是指通信网为了跟踪MS的位置变化，而对其位置信息进行登记、修改和删除的过程。w分为：开、关机位置更新； 通常位置更新（越区位置更新） 周期性位置更新971、开机位置更新（IMSI ATTACH） 交换中心基站系统* * *LAILAIHLR我在这里！98 关机位置更新（IMSI DETACH）wIMSI不可及过程即通知网络手机关机 992、通常位置更新（越区位置更新） 交换中心基站系统* * *LAILAILAILAI* * *HLR我移动位置了！100跨MSC/VLR区的位置更新过程 1013、周期性位置更新 交换中心基站系统* * *LAILAIHLR我还在这里

39、！102q5.6.5 呼叫接续1、移动台主呼1032、移动台被呼104q5.6.6 切换一、切换的概念w切换是当MS变换小区时保持呼叫的过程wGSM系统、IS-95系统采用的过区切换办法称之为移动台辅助切换(MAHO)法。 其主要指导思想是把过区切换的检测和处理等功能部分地分散到各个移动台， 即由移动台来测量本基站和周围基站的信号强度， 把测得结果送给MSC进行分析和处理， 从而作出有关过区切换的决策。105w 硬切换、软切换106二、切换的类型w同一个BSC控制区内不同小区之间的切换w同一个MSC/VLR业务区内， 不同BSC控制区的小区之间的切换w不同MSC/VLR控制区的小区之间的切换w

40、小区内切换：通话中切换到同一小区的另一个信道107不同MSC/VLR间的切换示意 108不同MSC/VLR的小区切换流程109n5.7 GPRS系统wGSM自身可提供低速（9.6kbit/s或14.4kbit/s）数据业务，且只能为每个用户分配一个信道wGPRS能提供上百kbit/s的数据率，且适合各种突发性强的数据传输wGPRS是通用分组无线业务的简称，它是在GSM网的基础上发展的移动数据分组网110q5.7.1 GPRS的特点及业务 1GPRS特点w在核心网络中引入GPRS支持节点（GSN）w提供了无缝、直接的Internet连接，支持端到端的分组交换网络w实现了数据与语音业务共存w可以根

41、据用户需要灵活动态地分配无线资源w支持9.05171.2kb/s的数据传输速率wGPRS系统同GSM系统一样，提供了安全功能w采用了封装和隧道技术，保证了用户数据的透明传输wGPRS计费方式更为合理111 2. GPRS业务 GPRS网络可以提供两类业务：点对点（PTP）业务；点对多点（PTM）的业务。在此基础上，GPRS可支持或提供给用户一系列的电信业务，包括用户终端业务、补充业务以及短消息业务、匿名接入等其它业务。112 基于PTP的用户终端业务w信息点播业务。例如，Internet浏览业务（WWW）；各种类型的信息查询业务，如娱乐类（影视、餐馆等）、商业类（股票等）、交通类（路况、时刻表

42、等）、新闻类、天气预报等。 wE-mail业务w会话业务。在两个用户的实时终端到实时终端之间提供双向信息交换w远程操作业务。如：电子银行、电子商务、远程监控定位业务等。113 基于PTM的用户终端业务w包括点对多点单向广播业务和集团内部点对多点双向数据量事务处理业务。例如：新闻广播、天气预报、本地广告、旅游信息等。114 3. GPRS的业务质量（QoS的描述）wGPRS为用户提供了五种可协商的业务质量（QoS）的基本属性115q5.7.2 GPRS网络结构、主要实体及接口 1. GPRS网络结构及主要实体wGPRS引入的主要功能实体：PCU（分组控制单元），SGSN（GPRS服务支持节点）和

43、GGSN（GPRS网关支持节点）等，以实现分组业务的传输。 116 （1）GPRS/GSM移动台 GPRS移动台负责维护MS的MM上下文和MS的PDP上下文，实现移动性管理、路由选择、网络接入控制、以及无线资源管理等功能。有三种类型wA类GPRS手机、B类GPRS手机、C类GPRS手机117 （2）BSS系统/PCU GPRS系统能共用GSM系统的BTS。但BSS系统种需要增加一个PCU单元 PCU可以和BSC合设，也可以作为一个单独的网元。它负责处理无线信道的数据业务；无线数据信道的管理和分配 为支持GPRS的CS3和CS4编码，还应在BTS中增加一个CCU模块。如果只支持CS1和CS2编码

44、，则无需增加任何硬件单元，只需对现有软件进行升级。118 （3）HLR/AUC 在HLR中有GPRS用户数据和路由信息。HLR的主要功能有：wGPRS用户数据管理wGPRS用户位置信息的管理w用户鉴权w错误恢复 119 （4）MSC/VLR 如果在网络上配置了Gs接口，这时MSC/VLR除了存储MS的IMSI外，还需存储同时附着在GPRS和GSM电路业务上的MS的SGSN编号。 MSC/VLR的主要功能有：wGPRS关联功能w电路交换业务寻呼w非GPRS提示功能w用户信息请求w移动信息指示 120 （5）SGSN SGSN是为MS提供业务的节点。在激活GPRS业务时，SGSN建立起一个移动性管

45、理环境，包含关于这个移动台的移动性和安全性方面的信息。SGSN的主要功能有：w鉴权功能w许可控制功能w计费信息收集功能w会话管理w压缩分组数据的功能 w加密功能w用户数据管理w移动性管理功能w逻辑链路管理功能w路径管理功能 121 （6） GGSN GGSN是GPRS网络与外部PDN相连的网关。GGSN的主要功能有：w网络接入控制w路由选择和转发功能w用户数据管理w移动性管理功能w地址分配、计费w其他功能 122123 2、GPRS主要接口124 （1）Um接口、R参考点wUm接口：BSS与MT之间的无线接口，它的射频（RF）部分和GSM相同，但逻辑信道增加了PDCH，并采用了4种新的编码方式

46、：CS1、CS2、CS3、CS4，并能支持多时隙传送方式，最多可支持8个时隙wR参考点是终端设备（TE）移动终端（MT）之间的接口参考点125（2）SGSN及其对外的接口wGb接口：SGSN与BBS间的接口。该接口协议即可用来传输信令和话务信息。通过基于帧中继的网络业务提供流量控制，支持移动性管理功能和会话功能，如GPRS附着/分离、安全、路由选择、数据连接信息的激活/去活等，同时支持MS经BSS到SGSN间分组数据的传输。 wGn接口：同一PLMN中SGSN与SGSN间以及SGSN与GGSN间的接口。该接口协议支持用户数据和有关信令的传输，支持移动性管理（MM），在基于IP的骨干网中， Gn

47、以及Gp采用GPRS隧道协议（GTP）。wGp接口：不同PLMN间SGSN与SGSN间以及SGSN与GGSN间的接口。该接口与Gn接口功能相似，另外它还提供边缘网关（BG）、防火墙及不同PLMN间的互联功能。一个可选接口，但对于GPRS的A类终端必须使用此接口。126wGs接口：SGSN与MSC/VLR的接口。其接口协议用来支持SGSN和MSC/VLR之间的配合工作，使SGSN可以向MSC/VLR发送MS的位置信息或接收来自MSC/VLR的寻呼信息。该接口采用7号信令MAP方式，使用BSSAP+协议，是一个可选接口，但对于GPRS的A类终端必须使用此接口。wGr接口：SGSN与HLR的接口。其

48、接口协议用来支持SGSN接入HLR并获得用户管理数据和位置信息。该接口采用7号信令MAP方式。wGf接口：SGSN与EIR的接口。其接口协议用来支持SGSN与EIR交换有关数据，认证MS的IMEI信息。wGd接口：SGSN与SMS-GMSC的接口。通过此接口可以提高SMS的使用效率。127（3）GGSN及其对外的接口wGc接口：GGSN与HLR之间的接口为Gc接口。通过此可选接口可以完成网络发起的进程激活，此时支持GGSN到HLR获得MS的位置信息，从而实现网络发起的数据业务。wGi参考点：Gi参考点是GGSN与外部分组数据网络之间的接口参考点。1283、GPRS接口协议（传输平面）GSM R

49、FMACRLCLLCSNDCPIP / X.25IP / X.25GTPL1L2ApplicationGSM RFFrameRelayMACRLCBSSGPL1bisBSSGPFrameRelayLLCSNDCPGTPL1bisL1L2IPMSBSS (PCU)SGSNGGSNUmGnGbGiIPUDP/TCPUDP/TCPRelayRelay129 GPRS隧道协议(GTP，GPRS Tunneling Protocol) 用来在GPRS支持节点（GSN）之间传送数据和信令。 所有的点对点的、采用PDP的分组数据单元都通过GPRS隧道协议进行封装打包。它将用户的PDP PDU用GTP字头封装

50、用于标识特定用户。 隧道是指经已封包的数据单元，在GSN之间建立的一条路由，是一条双向的点对点通道。 G P R SB a c k b o n e I PH e a d e rU D PH e a d e rG T PH e a d e rU s e r D a t a P a y l o a d ( T - P D U )( u s e r I P D a t a g r a m )U D PH e a d e rG T PH e a d e rU s e r D a t a P a y l o a d ( T - P D U )( u s e r I P D a t a g r a m )

51、U s e r D a t a P a y l o a d ( T - P D U )( u s e r I P D a t a g r a m )G T PH e a d e rG T P L a y e rU D P L a y e rB a c k b o n eI P L a y e r用 户 I P 数 据130 依赖子网的汇聚协议（SNDCP，Subnetwork Dependent Convergence Protocol）w将若干分组数据协议合路w压缩和解压缩用户数据或协议控制信息，以提高信道的利用率w将网络协议单元（N-PDU）分解成逻辑链路控制协议数据单元（LL-PDU），

52、或反之，将LL-PDU组装成N-PDU 131 基站系统GPRS协议层（BSSGP）w在BSS和SGSN之间传输与路由及QoS相关的信息 132 帧中继w在BSS和SGSN之间要建立帧中继的虚电路 133 IP层w用于骨干网内用户数据和控制信令的路由选择 134 TCP或UDP层w用于传送GPRS骨干网内部的GTP分组数据单元。 135 逻辑链路控制(LLC，Logical Link Control)层w在MS与SGSN之间提供安全可靠的加密逻辑链路，并且独立于低层无线接口协议wLLC层有两种转发模式： 确认模式和非确认模式。 136 RLCMAC层 它定义了多个用户共享信道的步骤。 wRLC

53、提供与无线解决方案有关的可靠的链路，采用选择式ARQ协议来纠正传输错误 wMAC层基于时隙ALOHA协议， 控制移动台的接入请求，仲裁来自不同移动台的业务请求和进行信道资源分配；将LLC帧映射为GSM的物理信道 137 物理层 w负责前向纠错、 交织、 帧的定界和检测物理层的拥塞等w完成调制解调、 物理信道结构和传输速率的确定、 收发信机的工作频率和特性确定等 138UDP/TCP压缩、分段RelaySNDCP GTPL2IPLLCL1L1 bis网络业务BSSGPMACRelayBSSGP RLCGSM RF网络业务L1 bisGTPL2UDP/TCPL1L1 L2IPIP/X.25应用应用

54、应用E-mailGGSNSGSNNPDUGbGnUmRLC块Ms1520字节LLC块BSS分段CS1，CS2，CS3，CS4TDMA突发脉冲SNDCPLLCGSM RFMACRLC应用IP/X.25E-mail举例：GPRS数据分组传递过程139q5.7.3 GPRS空中接口 1. 逻辑信道与物理信道wGPRS的无线接口主要利用现有的GSM资源，GPRS用户可以与GSM语音用户共享同一个TDMA帧。GPRS无线接口的信道配置方式有两种 140 （1）逻辑信道分组业务信道PDTCHPDTCH/U上行传送分组数据PDTCH/D下行传送分组数据分组控制信道PBCCHPBCCH下行广播与分组数据相关的

55、系统信息PCCCHPRACH上行MS随机接入PPCH下行寻呼MS，可以用来寻呼电路交换业务PAGCH下行向MS发送资源分配信息PNCH下行通知MS组播业务呼叫PDCCHPTCCH/U上行估计MS的定时提前量PTCCH/D下行向MS传送定时提前量PACCH下行和上行功率控制、测量、证实等信息，与当前指定给某个移动台的PDTCH共享资源141（2）逻辑信道到物理信道的映射（PDCH复帧结构） B0B1B2TB3B4B5XB6B7B8TB10X52 TDMA 帧0 1 2 35 6 740 1 2 35 6 740 1 2 35 6 740 1 2 35 6 74无线块456bits普通突发114b

56、itsTDMA 帧B9B11142 2、无线信道特性 （1）信道编码w四种编码方案CS1CS4。有效数据速率分别为：CS1（9.05kb/s）、CS2（13.4kb/s）、CS3（15.6kb/s）、 CS4（21.4kb/s），信道编码后的速率均为22.8kb/swPDTCH可使用四种不同的编码方案wPACCH、PBCCH、PAGCH、PPCH、PNCH、PTCCH/D采用CS1编码w其他信道上的编码方案同GSM143 （2）多时隙配置w多时隙配置是指给同一个移动台安排多个电路和分组交换业务信道，以及其相应的随路控制信道。多时隙配置最多占用8个基本物理信道，且上下行的时隙分配是独立的。144

57、 GPRS/GSM时隙配置举例145 （3）功率控制w对于上行链路，MS执行功控算法。下行链路，BTS执行146 （4）GPRS的定时提前wGPRS采用了新技术来获得有效的时间提前量TA值147 （5）GPRS的DRX模式w当移动台处于分组空闲模式时，它应支持DRX模式（不连续接收模式）。在DRX模式下，MS仅收听归属寻呼组的寻呼块。在非DRX模式期间内，MS将收听所有的CCCH信道。在每个小区，网络都定义了当MS从分组传输状态返回导分组空闲状态后应保持非DRX模式时间的上限。148q5.7.4 GPRS的移动性管理与会话管理 1. MM状态、MS运行模式、SM状态及RR工作模式 （1）移动性

58、管理（MM）状态w空闲状态（IDLE）:在此状态下，移动用户没有附着GPRS网，即没有附着GPRS移动性管理。移动台和SGSN均未保留有效的用户位置或路由信息，并且不执行与用户有关的移动性管理过程。例如，移动台进入GPRS盲区时 149w待命状态（Standby State）：在待命状态下，移动台已经执行了GPRS附着过程，移动台和SGSN已为用户的IMSI建立了移动性管理关联。移动台可以接收点对多点业务数据，并且可以接收对点对点或点对多点群呼业务数据的寻呼或对信令消息传递的寻呼。通过SGSN也可接收电路交换业务的寻呼。但在此状态下不能进行PDP数据接收和传送。另外，移动台可以激活或清除PDP移动关联。 150w就绪状态(READY)：处于就绪状态，移动台与