移动通信课件第5章

第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS5.1引言5.2GSM的电信业务5.3GSM结构5.4GSM较模拟网的优势5.5GSM网络接口5.6GSM的编号、鉴权与加密5.7GSM无线信道5.8GSM呼叫方案5.9GSM通向3G的一个重要里程碑——GPRS5.1引言GSM数字移动通信系统是基于TDMA的数字移动通信系统。GSM系统是世界上第一个对数字调制、网络层结构和业务做了明确规定，而且技术标准透明化的蜂窝系统。如今，GSM系统已遍及全世界——“全球通”。GPRS是GSM网络向3G演进的重要一步，被称为2.5G技术。GPRS是基于GSM网无线接口所开发的分组数据传输业务；是按需分配占用信道资源，频谱利用率高。理论上数据传输速率最高可达到171.2kbit/s，适合各种突发性强的数据传输。GSM历史：1982年北欧国家为了方便全欧洲统一使用移动电话，需要一种公共的系统，向CEPT（欧洲邮电行政大会）提交了一份建议书，要求制定900MHz频段的公共欧洲电信业务规范。在这次大会上就成立了一个在欧洲电信标准学会（ETSI）技术委员会下的“移动特别小组GroupofSpecialMobile）简称“GSM”，来制定有关的标准和建议书。1987年5月GSM成员国就数字系统采用窄带时分多址TDMA、规则脉冲激励线性预测RPE一LTP话音编码和高斯滤波最小移频键控GMSK调制方式达成一致意见。1988年，正式公布GSM标准。1991年欧洲开通了第一个系统，将GSM更名为全球移动通信系统（Globa1systemforMobilecommunications）。移动特别小组还完成了制定1800MHz频段的公共欧洲电信业务的规范，名为DCS1800系统。1994-95年，GSM技术开始成熟，并大规模商用1996-98年，取得巨大的商业成功1993年我国开通了第一个数字蜂窝移动通信网。

全世界已有欧洲、亚洲、非洲、美洲、大洋州的130多个国家和地区建立了GSM网络，实现全球漫游；移动通信用户的40％采用GSM，仅中国的用户数就超过了1亿。GSM的性能特征通信：无线移动通信，支持话音和数据业务。移动性：国际接入，采用chip-card可接入不同运营商的GSM网络。连通世界各地，一个号码，网络处理本地化。容量大：频谱效率较高、小区覆盖较小、每小区用户数较多。传输质量高：就无线通信而言，话音质量高，可靠性高，高速运动场合（如汽车和火车上）也不会发生电话呼叫中断。安全功能：接入控制、通过chip-card和PIN鉴权。使用数个载波频点。相邻小区使用不同频率。小区覆盖半径从数百米到35km，取决于用户密度、地理条件和发射机功率等。六角形小区覆盖是理想化的(小区重叠和状取决于地理条件)。若用户从一个小区运动到另一个小区将发生呼叫连接的越区切换。GSM的缺点没有端到端的用户加密。没有给用户提供完全的64kbit/s的ISDN带宽。产生电磁辐射。系统复杂。GSM标准的内容在GSM标准中，未对硬件进行规定，只对功能和接口等进行了详细规定，便于不同公司产品的互联互通。它包括GSM900和DCS1800两个并行的系统。这两个系统功能相同，其差别只是工作频段不同。两个系统均采用TDMA接入方式。美国的数字蜂窝系统研制较欧洲稍晚一些。双方研制的大目标不尽相同，泛欧GSM系统是为了打破国界，实现漫游通话；美国的D-AMPS系统是为了扩大容量，实现与模拟系统兼容。D-AMPS系统即IS-54标准。另外，还有日本的PDC系统也采用TDMA多址方式。表5-1全球移动通信系统GSM的发展里程碑日期成果1982年“移动通信特别组”在欧洲邮政与电信大会(CEPT)内成立1986年建立一永久核心1987年在1986年圆形系统评价的基础上,选择了主要无线传输技术1988年18个国家签署谅解备忘录,并决定将GSM正式定名为“全球移动通信系统”(Global

SystemforMobileCommunications)1989年GSM成立欧洲电信标准协会的一个技术委员会1990年第一阶段GSM900规范(1987-1990年制定)被冻结,开始DCS1800的修改1991年第一个系统在Telecom91展示会上运行DCS1800规范被冻结1992年欧洲各大GSM900营运者开始商业营运5.2GSM的电信业务由GSM网络支持的电信业务是由网络营运者提供给用户的通信能力。GSM支持的电信业务包含有线ISDN及现有模拟蜂窝系统和无线寻呼系统提供的一切业务。基本业务分类功能电信业务（Teleservices）又称用户终端业务

为用户通信提供包括终端设备功能在内的完整能力承载业务（BearerServices）提供用户接入点（也称“用户/网络”接口

）间信号传输的能力图5-1电信业务和承载业务5.2.1承载业务为了提供各种承载业务(BearerServices)，GSM用户应能够发送和接收速率高达9600b/s的数据。由于GSM是数字网，在用户和GSM网络之间不需Modem，但在GSM和PSTN接口方面仍然需要话音Modem。表5-2列出了GSM的承载业务。

表5-2承载业务业务内容异步数据300~9600b/s同步数据1200~9600b/sPAD接入300~9600b/s,分组打包和拆包，为GSM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分组接入2400~9600b/s，为GSM用户接入分组网提供一个同步连接。该业务只能由移动台主叫发起话音/数据交替在呼叫过程中,提供话音和数据的交替话音后数据先话音连接,而后进入数据连接5.2.2电信业务1.电话和紧急呼叫

话音编码可以以64kb/s速率进行传输，但频率利用率低。为提高频率利用率，GSM采用13kb/s（全速）话音编码器来进行话音编码传输。GSM还可采用接近6.5kb/s（半速）进行话音编码，使频率利用率更高。2.短信息业务（SMS）双向短消息业务。对于MO/PP和MT/PP两类短消息业务业务中心是作为存储转发中心，该业务中心在功能上与GSM网络分开。所有GSM点对点短消息都来自或去向该业务中心。GSM允许短消息在一次呼叫中发送或空闲时发送。表5-3电信业务业务内容话音服务全速（13kb/s），半速（6.5kb/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5.2.3补充业务补充业务(SupplementaryServices)是在承载业务和电信业务基础上获得的。一项补充业务是在联合一项或多项承载业务中使用的，它不能单独使用，它必须和基本电信业务一起提供给用户。前向呼叫是补充业务的一个例子，对于该业务的预要求是电话或传真业务。如果用户要求，前向呼叫业务能在电话和传真呼叫中应用。表5-4GSM支持的补充业务业务内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）表5-4GSM支持的补充业务业务内容多方多方业务(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5.3GSM结构图5-2GSM网络结构5.3.1移动台（MS）表5-5GSM900系统的移动台功率等级功率级移动台最大功率120W28W35W42W50.8W表5-6DCS1800系统的移动台功率等级功率级移动台最大功率11W20.25WGSM移动台分成两部分：一部分包括与无线电接口有关的硬件和软件，如人机接口（话筒、扬声器、显示屏、按键）以及与其他终端TE的接口(如计算机,传真机)；另一部分包括用户特有的数据：用户识别模块（SIM）。SIM卡支持用个人移动性。SIM卡包括有关移动用户指定的GSM业务和网络信息。存储有用户识别号、位置信息和有关保密数据（如密钥）、禁止GSM网络和参考语言。SIM卡支持用个人身份码（PIN）来鉴别卡的用户，以防非法卡的使用。PIN由4到8位数字组成，在SIM卡出售时写入。移动台如无SIM卡只能进行紧急呼叫。5.3.2基站(BS)及基站收发信机（BTS）移动台到网络的接口是基站收发信机（BTS）。一个BTS由无线收/发信机及多块用于无线电接口的信号处理模块组成。在朝基站控制器BSC侧，BTS区分与移动台有关的话音和控制信令，并通过各自信道传给BSC。在朝MS侧，BTS将信令和语音合在一个载波上。BTS位置通常在小区中心。BTS的发射功率决定小区的尺寸。一个典型的BTS通常具有1~24个收/发信机（TRX），每个TRX代表一个单独的RF信道。表5-7基站的功率等级功率级GSM900基站的最大功率DCS1800基站的最大功率1320W20W2160W10W380W5W440W2.5W520W610W75W82.5W5.3.3基站控制器（BSC）一个基站控制器（BSC）监视和控制几个基站。BSC的主要任务是实现频率管理以及BTS的控制和交换功能。BSC通过BTS和MS的远程命令对无线电接口进行管理，主要有无线信道安排和释放，切换的安排。BSC向下连接一系列BTS，向上连接移动交换中心（MSC）。一个BSC和与它相应的BTS可看成是一基站子系统（BSS）。BSC主要由下列部分构成：朝向与MSC相接的A接口或与码变换器相接的Ater接口的数字中继控制部分；朝向与BTS相接的Abis接口或BS接口的BTS控制部分；公共处理部分，包括与操作维护中心相接的接口控制。一种典型BSS组成方式5.3.4发送编码器和速率适配器单元（TRAU）TRAU网络单元负责对16kb/s到64kb/s的用户数据进行发送编码及速率适配。TRAU通常在BSC和MSC的BSC边。5.3.5移动业务交换中心（MSC）主要由交换机及支持呼叫建立所需的几个数据库组成。MSC的主要功能是协调去GSM或来自GSM用户的呼叫。还是GSM网和PSTN之间的接口。MSC完成其负责区域移动用户所有的交换和信令功能。MSC处理BSC/MSC内部的切换及相互之间的呼叫。一个MSC可以连接数个BSC。MSC具有无线资源管理和移动性管理等功能，例如移动台位置登记与更新、越区切换等。为了建立从固定网至某个移动台的呼叫路由，进入关口MSC（GMSC），由该GMSC查询有关的HLR，并建立至移动台当前所属的MSC的呼叫路由。5.3.6归属位置寄存器（HLR）1)用户数据的存储HLR必须存储其归属用户的有关数据。HLR还必须存储由营运者选择的不同用户提供的业务数据，并能随着业务的发展，增改相应存储内容。2)用户数据的检索任何时候当访问者位置寄存器VLR请求（例如登记时），HLR应能依据要求向VLR提供有关的用户数据。当某些用户数据有变化时（例如签约的变化，服务项目清单的变化），HLR要能够将这些数据信息通知VLR。3)提供移动用户漫游号(MSRN)MSRN是在MS进行位置更新时，由当地的VLR负责产生的。MS被叫时，HLR应能根据GMSC（关口MSC）或始发MSC的请求，将MSRN发往请求的MSC。请求的MSC从而得到MS目前所在的MSC和位置区域LA。4)鉴权HLR应能支持用户的鉴权操作。5)登记HLR应能配合访问者位置寄存器VLR完成登记功能和向前一个VLR发起取消登记功能。6)移动台去话当HLR接收到VLR发来的移动台去话通知后，HLR应能设置此移动台为去话状态。7)HLR的恢复应能周期性地拷贝HLR中的数据（一般在24小时内），拷贝可存储在磁盘或磁带中。当HLR重新启动后，在前一次拷贝的基础上，执行HLR恢复程序，尽量得到正确的移动用户位置与补充业务有关的信息。为避免错误数据的扩散，HLR应通知相关的VLR，使VLR删除与HLR有关的数据，同时HLR应能够撤消MS的登记，等待MS的重新登记。5.3.7访问者位置寄存器（VLR）1)用户数据的存储VLR必须存储其归属用户的有关数据。VLR还必须存储由营运者选择的不同用户提供的业务数据，并能随着业务的发展，增改相应存储内容。2)用户数据的检索当呼叫建立时，根据MSC的请求，VLR应能够依据TMSI、MSRN向MSC提供用户的信息。通常在移动台呼叫时，依据国际移动用户识别码TMSI；移动台被叫时,依据移动用户漫游号MSRN。3)登记VLR应能完成登记、取消登记的功能，并能向HLR检索用户的信息。根据HLR的请求或当用户在24小时内没有在MSC/VLR区域中出现时，VLR应能删除该用户的有关信。4)移动台去话当VLR收到MSC发来的移动台去话通知后，VLR应能删除此用户的数据，并能通知相应的HLR。5)

鉴权VLR应能向鉴权中心(AUC)索取并存储鉴权参数。VLR通过MSC要求移动台进行鉴权，并比较从移动台返回的和自己存储的鉴权参数。6)提供MSRN当MS位置更新时，当地的VLR应能够根据HLR请求，要求MSC分配MSRN，并将MSRN发往请求的HLR，即支持每次MS被呼叫时进行的MSRN分配。7)VLR的恢复当VLR发生数据错误时，VLR应能够通知相应的HLR，删除与其相应的数据。5.3.8鉴权中心（AUC）AUC鉴权中心是认证移动用户的身份以及产生相应认证参数的功能实体。AUC对任何试图入网的用户进行身份认证，只有合法用户才能接入网中并得到服务。AUC给每一个在相关HLR登记的移动用户安排了一个识别字,该识别字用来产生用于鉴别移动用户身份的数据及用来产生用于对移动台与网络之间无线信道加密的另一个密钥。AUC存储鉴权(A3)和加密(A8)算法。AUC只与HLR通信。5.3.9设备识别寄存器（EIR）EIR是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。5.3.10操作和维护中心（OMC）OMC操作维护中心是网络操作维护人员对全网进行监控和操作的功能实体。接入MSC和BSC,处理来自网络的错误报告,控制BSC和BTS的业务负载。OMC通过BSC对BTS进行设置并允许操作者检查系统的相连部分。包括系统自检,报警,备用设备激活,系统故障诊断与处理;话务量的统计与计费,网络参数管理等。在实际蜂窝网络中，根据网络规模、所在地域以及其他因素，上述实体可有各种配置方式。通常将MSC和VLR设置在一起，而将HLR、EIR和AC合设于另一个物理实体中。我国GSM通信网结构：全国GSM移动电话网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路结构。三级网路结构组成了一个完全独立的数字移动通信网路。GSM数字移动通信网与PSTN网相重叠。在“中国联通”GSM移动交换局所在地，联通网和移动GSM网以及PSTN网之间各设一个网间接口局。5.4GSM较模拟网的优势5.4.1GSM系统在抗瑞利衰落及干扰方面均优于TACS系统1.GSM系统具有较为完善的对抗瑞利衰落和符号间干扰的措施（1）天线（空间）分集。当分集天线间距5~6m时，最大可获得约6dB的分集增益。（2）跳频。使载频在几个频率点上变化（跳频），可减少信息损失，然后通过复杂的信息处理过程重新恢复全部信息。跳频只对慢速移动用户有好处，其得益约为1~4dB。但是，当一个基站或小区只有2个载波时，不能获得跳频增益。（3）均衡。是消除时间色散引起的符号间干扰的有效措施。2.要求干扰保护比低TACS系统要求同频道干扰C/I大于17~18dB，GSM系统在无跳频时要求C/I≥12dB，有跳频时要求C/I≥9dB。GSM系统对邻道干扰保护比只要求C/I≥-9dB，载波偏离400kHz时，要求C/I≥-4dB。由于同频干扰保护比只要求大于等于9~12dB，因此在GSM系统中可以采用频率复用方式，如4×3方式，如果有跳频功能而且网络规划考虑周全，也可采用3×3或2×6方式。应避免相邻载波在相邻基站或小区使用。5.4.2GSM系统与TACS系统的性能比较1.GSM系统频率利用率高、系统容量高例：(1)TACS系统。10MHz共有400个频道，按7×3复用方式计算，每个小区只有18个话音频道可用。按5%的频道呼损率和每个用户忙时话务量0.027erl计算，一个3小区的基站可负荷13.385×3=40.155erl的话务量或可容1487个用户。(2)GSM系统。10MHz共有50个载波400个频道，按4×3复用方式计算，每个小区有31或32个话音信道，一个3小区的基站可负荷78.292erl的话务量或可容2899个用户。如果按3×3复用方式，则每个小区有42或43个话音信道，一个3小区的基站可负荷110.713erl的话务量或可容4100个用户。表5-8GSM与TACS的频谱利用率及容量比较频率复用方式频谱利用率系统容量GSM（FR）/TACS

GSM（HR）/TACSGSM（FR）/TACSGSM（HR）/TACSGSM4×31.743.591.954.43TACS7×3GSM3×32.354.812.766.1TACS7×32.GSM系统具有开放的接口和通用的接口标准3.GSM系统支持电信业务、承载业务和补充业务4.GSM系统的保密性和安全性大大提高由于采用数字传输，因此可以对全部消息进行加密，防止截听。利用用户识别鉴权可以防止无权用户使用GSM系统。利用用户识别保密，则可使窃听者不能确定在无线路径上使用资源的是哪一个用户。5.5GSM网络接口5.5.1空中接口（Um）图5-3空中接口的协议堆栈图5-4A-bis的接口协议堆栈5.5.2A-bis接口5.5.3A接口图5-5A接口协议堆栈5.5.4PSTN接口GSM结构是建立在ISDN接入的基础上的。MSC通过以CCS7为基础的协议如ISUP连接公共交换电话网PSTN。在GSM中，无ISUP信令方案连接，PSTN就无法支持基本呼叫。5.5.5移动应用部分（MAP）图5-6MAP界面协议堆栈1.MAP-BMAP-B是MSC和与它相关的VLR的接口。一旦MSC需要当前在其区域移动台的有关数据，它就询问VLR。当用户激活一个特殊的补充业务或修改与该业务有关的数据时，MSC（通过VLR）通知HLR存储这些修改的数据；如果需要，就更新VLR。有些制造商将VLR的功能集成在MSC中。2.MAP-C

MAP-C是MSC和HLR之间的接口。所有到移动台的呼叫的编号和路由方案首先由GMSC（关口MSC）处理，GMSC然后查询相应用户的HLR,以决定一个呼叫或一条短消息的路由信息，这些信息由MAP-C协议处理。附加SMS和计费信息来自该接口信息组的部分。3.MAP-DMAP-D是HLR和VLR之间的接口。交换有关移动台的位置和用户管理的数据。VLR通知HLR有关由该HLR管理的移动台位置，并提供该用户漫游的信息。4.MAP-E

接口支持完成切换功能所需的信令，当移动台和短消息服务中心之间要传送短消息时，该接口用来在该移动用户所在的MSC和与短消息中心接口的MSC之间传送信息。5.MAP-FMAP-F是MSC和设备识别寄存器（EIR）之间的接口，它用于交换保证EIR识别移动用户设备的数据。5.6GSM的编号、鉴权与加密5.6.1编号和路由1.移动用户ISDN号（MSISDN）MSISDN是用户为找到GSM用户所拨的号码。公共交换电话网PSTN在MSISDN基础上将该呼叫路由到关口MSC（GMSC），GMSC在内部一张MSISDN与HLR对应表的基础上，去对应HLR查询以获得用户信息。HLR应答有关移动用户当前所在的MSC身份等特殊信息，并提供一个可到达被叫用户的号码，该号码就是所谓的移动用户漫游号（MSRN）。号码的结构为：CCNDCSN|---------国际移动用户ISDN号码---------||--国内有效移动用户ISDN号码--|CC：国家代号，美国是1，英国为44，中国为86。国家代码由ITU-T管理。NDC：国内地区码或国内目的地码，用于识别目的网或识别用户所属的地理区域。即网路接入号。中国移动：139－134（0-8），150151152158159；中国联通：130－132，155，156；1349：卫星手机SN：移动用户号码2.国际移动用户识别码（IMSI）为了在无线路径和整个GSM移动通信网上正确地识别某个移动客户，就必须给移动客户分配一个特定的识别码。这个识别码称为国际移动客户识别码(IMSI)，用于GSM移动通信网所有信令中，存储在客户识别模块(SIM)、HLR、VLR中。2.国际移动用户识别码（IMSI）图5-7IMSI结构IMSI由三部分组成：（1）由三位数字组成的移动国家代码（MCC）；（2）由两位数字组成的移动网络代码（MNC）；（3）移动用户识别号（MSIN）。MCC惟一表示移动用户的所属国家，MCC与MSISDN中的CC不同在于它只有固定长度（即3位数字），而CC字位是可变的同样，在每一个国家MCC不同于CC。例如，美国的CC是1，而MCC是310~316；我国的CC是86，而MCC为460。移动网号，由2位数字组成，“中国移动”GSMPLMN网为00，“中国联通”GSMPLMN网为0l。MSIN:移动客户识别码，采用等长11位数字构成。

3.临时移动用户识别号为了对IMSI保密，空中接口无线传输的识别码采用临时移动用户识别码(TMSI)代替IMSI。两者之间可按一定的算法互相转换。MSC／VLR可给来访移动客户分配一个唯一的TMSI号码，仅限在本MSC业务区内使用4.国际移动台设备识别码(IMEI)唯一地识别一个移动台设备的编码，为一个15位的十进制数数字，其结构是：

6位数字2位数字6位数字l位数字TACFACSNRSP

TAC:型号批准码。FAC:工厂装配码，表示生产厂家及其装配地。SNR:产品序号，独立、唯一的识别每台移动设备。SP:备用，备作将来使用，通常为0。5.移动客户漫游号码(MSRN)(与MSISDN结构相同）

移动客户漫游号码(MSRN)结构是：CCNDCSN|---------国际移动客户ISDN号---------------||--国内有效移动客户ISDN号码|缩写全名解释IMSI国际移动用户识别码它是作为惟一的用户识别码，但不是可拨打的号码TMSI临时移动用户识别号由VLR分配使用在空中接口，是出于安全意图。它确保用户的保密性IMEI国际移动设备识别码用于空中接口，提供设备识别号。手机的惟一识别号表5-9GSM中不同的编号方式和识别参数

缩写全名解释MSISDN移动用户ISDN号可拨打的移动用户电话号MSRN移动台漫游号GSM网络内部使用，提供被访的MSC路由网络使用的路由信息位置区域(locationareas)无线和有线最主要的不同在于它的移动性和移动台当前位置的确定。有以下两种方法：网络在全网上呼叫移动用户，一旦有应答返回，网络将呼叫连接上即可。但这种方案对公网不可行，因为公网需支持国内、国际漫游。网络对用户的位置已预先有了解，当呼叫到来后，只在某一位置区发起寻呼。

最简单的位置区只包含一个小区。网络负荷增加；把一些小区集成为一个位置区域(LA)，每个小区发送位置区识别号给所属移动台。一旦移动台发现由于小区变化造成位置区变化，它就发一个位置更新(LocationUpdating)给网络，这就是在GSM使用的方案。位置区在工程上需较好地规划，既要减少寻呼业务量又要减少位置更新业务量。如果位置区很大，那么寻呼业务量很重；如果位置区很小，位置更新业务量将很高。

图5-8定位区域和小区识别参数(1)位置识别码（LAI）LAI的结构与IMSI结构相同，有MCC、MNC和LAC（LocationAreaCode）。在检测位置更新和信道切换时，要使用位置区识别标志。号码结构为：

3位数字2位数字最大16bitMCCMNCLAC|------------LAI-------------|

MCC：移动客户国家码，同IMSI中的前三位数字。MNC：移动网号，同IMSI中的MNC。LAC：位置区号码，用于识别GSM网络中的位置区域的固定长度的码字，最多不超过2个字节，采用十六进制编码，由各营运部门自定。在一个GSMPLMN网中可定义65536个不同的位置区。小区识别码(CGI)

用来识别一个位置区内的小区，它是在位置区识别码(LAI)后加上一个小区识别码(CI)，其结构是：3位数字 2位数字最大16bit最大16bitMCC MNC LACCI|------------------LAI-----||----------------------------CGI-------|

CI是一个2字节BCD编码，由各MSC自定。(2)基站识别码(BSIC)

BSIC用于移动台识别相同载波的不同基站，特别用于区别在不同国家的边界地区采用相同载波且相邻的基站。BSIC为一个6bit编码，结构为：3bit3bitNCCBCCNCC为网络色码，用来识别相邻的移动通信网，为XY1Y2。其中，X：运营者(移动X＝1，联通＝0)。Y1Y2：国内区别不同的省。BCC为BTS色码，用来识别相同载波的不同基站。Y2Y1010吉林、甘肃、西藏、广西、福建、湖北、北京、江苏黑龙江、辽宁、宁夏、四川、海南、江西、天津、山西、山东1新疆、广东、河北、安徽、上海、贵州、陕西内蒙古、青海、云南、河南、浙江、湖南各种号码使用图示5.6.2鉴权与加密(AuthenticationandCiphering)图5-9GSM的鉴权过程1.鉴权鉴权的目的是为了确认移动台的合法性。作用是保护网路，防止非法盗用。同时通过拒绝假冒合法客户的“入侵”而保护GSM移动网路的客户。

网络为了对移动台鉴权，从一张与该用户有关的表中取出一个随机数（RAND）送给移动台。移动台在收到随机数（询问）后，计算签名响应值（SRES），并送给网络。网络用计算的SRES与收到的SRES进行比较，如果它们匹配就允许提供业务给用户，否则予以拒绝。这样，即使随机数和SRES在空中被拦截,A3算法是恒定的。Ki以严格保护方式存储在SIM卡中，移动用户不知道它是什么，运营者在选择A3算法有很大灵活性。由于鉴权计算使处理机增加负担，AUC为每个用户计算了询问响应对，并把它送到存储它们的HLR，到需要时再用它，表5-10IS-41C与GSM鉴权过程比较GSMIS-41RevC密钥的提供128位的鉴权密钥Ki存在于SIM卡中64位鉴权密钥（A密钥）通过邮件传输给用户。用户接收到密钥后把它输入电话中。也可以选择空中接口程序输入密钥。这不需要用户进行任何干预。共享或保密的数据都是从A密钥中得到的鉴权机理独一无二的竞争过程，鉴权中心给每一个移动用户提供不同的随机数RAND

如果用户在同一个小区内使用同样的RAND就会进行全局竞争程序。程序支持惟一性，但它不是主要的鉴权过程

GSMIS-41RevC鉴权过程独一无二的RAND和Ki作为A3算法的输入，生成SRES通过网络传输进行鉴别。A3算法的输入参数和接入方式无关广播的RAND、ESN、MIN1和SSD-A作为CAVE算法的输入产生AUTHR。通过网络传输进行鉴别。CAVE算法的输入参数随着接入方式的不同而不同。（例如：登记或主呼发起等等）漫游用户的鉴权给VLR提供一组参数。每组参数包括RAND、SRES和密钥Kc。VLR选择一个RAND要求移动用户进行鉴权。将MS送来的SRES与网络生成的SRES进行比较。一般来说，一次传输5个数据。一旦VLR全部用完，就需要向LR/AUC申请附加的组参数。Ａ3算法驻留在AUC中给VLR提供SSD。VLR中有CAVE算法。从MS接收到RAND、ESN和MINI信号后，VLR能够通过存储的SSD-A作为CAVE算法的输入，用于对MS自动鉴权GSMIS-41RevC鉴权参数的传输一旦信道已经建立起来，鉴权信息就被发送。这样带宽效率较高鉴权参数可以作为初始接入信息的一部分鉴权数据抗截获保护如果这组参数在网络中被截获，用户会遭损害直到这组参数全部用完。之后，又可以要求新的一组参数SSD在网络中被拦截，用户因此会受很长时间的牵连。可以通过历史记录（COUNT）参数来防范这一点2.加密

GSM系统中的加密是指无线路径上的加密，即在空中接口对用户信息数据流加密，在无线路径上传输，是指BTS和MS之间交换客户信息和客户参数时不被非法个人或团体所得或监听。加密开始时，根据MSC/VLR发出的加密指令，BTS侧和MS侧均开始使用Kc。在MS侧，由Kc、TDMA帧号一起经过A5算法，对用户信息数据流加密，在无线路径上传。在BTS侧，把从无线信道上收到的加密信息流、TDMA帧号和Kc，再经过A5算法解密后，传送给BSC和MSC。上述过程反之亦然。图5-10GSM的加密过程GSM支持MS和BTS之间空中接口上的加密。用于鉴权的RAND用在与Ki一起作为A8算法的输入。输出Kc和帧数一起作为另一个A5算法的输入。输出被认为是加密序列和对数据加密。密钥的管理与鉴权密钥相同，在网络侧BTS使用密钥，对每次传输进行加密并将数据送给BSC。

5.7GSM无线信道5.7.1频域分析GSM是TDMA/FDMA系统。GSM900系统使用900MHz频段,收发频差为45MHz。每个射频（RF）信道频道宽度为200kHz。每个RF信道由一个上行（uplink）和一个下行（downlink）频率对组成，这种方式称为频分双工（FDD）。由于各基站(BTS)会占用频段中任何一组频率,移动台必须有在整个频段上发送和接收信号的能力。5.7.2时域分析GSM将每一个无线信道分成8个不同时隙，每个时隙支持一个用户，一个无线信道能够支持8个用户。每个用户被安排在无线信道的一个时隙中并只能在该时隙发送。时隙从0~7编号，称为一个TDMA帧。用户在某一时隙发送被称为突发时隙(burst)。一个突发时隙长度为577μs，一帧为4.615ms。若用户在上行频率的0时隙发送，则将在下行频率的0时隙接收。时隙0的上行发射出现在接收下行时隙的三个时隙之后。好处是移动台不需要双工器，使GSM手机更轻，功耗更小，价格更便宜。但它需要同步发射和接收。频率与频道序号(1)欧洲GSM通信系统在以下的射频频段：上行:890～915MHz（移动台发、基站收）下行:935～960MHz（基站发、移动台收）收发频率间隔为45MHz。载频间隔：0.2MHz系统载频数:(915-890)/0.2-1=124(对)；下频段:fl(n)=(890+0.2n)MHz；上频段:fh(n)=(935+0.2n)MHz；n=1-124每个载频有8个时隙，系统共有物理信道1248=992(个)(2)我国GSM网也采用900MHz频段：上行：905～915（移动台发、基站收）下行：950～960（基站发、移动台收）下频段:fl(n)=[890.2＋(n-1)0.2]MHz;上频段:fh(n)=[fl(n)＋45]MHz;n=76～124频道每个载频有8个时隙，系统共有物理信道498=392(个）随着业务的发展，可向下扩展，或向1.8GHz频段的DCSI800过渡，即1800MHz频段：

上行：1710～1785（移动台发、基站收）

下行：1805～1880（基站发、移动台收）中国移动：900M：890～909；935～954；n=76～951800M：1710～1720；1805～18155.7.3语音编码(SpeechCoding)

语音编解码器将人的语音变成一组适合无线接口传输的数据信号,接收端的解码器将接收的数字还原成人的语音，每一个移动台都有一个语音编解码器。移动通信对语音编码的要求：编码速率低，语音质量好；较强的抗干扰、抗误码的性能；编译码延时小；编译码器复杂度低，便于大规模集成化；功耗小，便于应用于手持机。语音编码：RPE-LTP，每20秒取样一次，输出260bit，这样编码速率为13kb/s。在GSM的第1阶段定义支持全速语音编解码，所谓全速编码是指该编译码器在语音传送时每帧均占有一个时隙。该编译器使用RPELTP——长期预测的规律脉冲激励。GSM的第二阶段定义支持半速编解码。半速编解码器每隔两帧使用一个TDMA时隙。半速编码输出6.5kb/s，采用半速编码可以支持两倍的全速编码用户，语音质量差一些。图5-11不同GSM接口的语音传输示意波形编码：将时域模拟话音的波形信号经过采样、量化和编码，形成数字语音信号。速率高，带宽宽，适合有线。参量编码：基于人类语音的产生机理建立数学模型，根据输入语音得出模型参数并传输，在收端恢复。速率低，质量差，适用于军事和保密通信。混合编码：如GSM中的RPE-LTP，质量中等，适用于移动通信。5.7.4信道编码(ChannelCoding)从语音编解码器来的260bit数据块按照重要性和作用被分成三类。分别分为Ia、Ib和II。Ia类是最重要的，包含50bit，首先进行提供检错的分组编码，该过程增加3bit;然后进行具有检错纠错能力的半速卷积编码,半速卷积编码使比特数加倍。Ib类第二重要，也受到一些保护，132bit与Ia类相同被卷积编码。II类不重要（78bit）未受到任何保护。信道编码增加了数据速率，使其从13kb/s增加到22.8kb/s。

图5-12语音编解码的前向纠错（全速业务信道）5.7.5交织（Interleaving）在陆地移动通信这种变参信道上，比特差错经常是成串发生的。信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长的差错串时才有效。希望能找到把一条消息中的相继比特分散开的方法，再用信道编码纠错功能纠正差错，恢复原消息，这种方法就是交织技术。交织的实质是将突发的连续错误分散开来。交织的主要作用是抗快衰落。GSM系统采用的交织深度是8。GSM所采用的交织是一种既有块交织又有比特交织的交织技术。全速语音的时块被交织成8个突发时隙，即，从语音编码器来的456bit输出被分裂成8个时块，每个子块57个比特，再将每57个比特进行比特交织，然后再根据奇偶原则分配到不同的突发块口，交织造成65个突发周期或37.5ms滞后。GSM交织的方式5.7.6调制GMSK：高斯最小频移键控，BT=0.3(由标准定义)原因：邻道干扰小于-60dB信道传输速率：270.833kbps频谱利用率为1.35bps/Hz5.7.7信道组成(ChannelOrganization)TDMA的帧结构每一个TDMA帧分0～7共8个时隙，帧长度为120/26≈4.615ms。每个时隙含156.25个码元，占15/26≈0.577ms。复帧有两种类型：一种是由26帧组成的复帧，这种复帧长120ms，主要用于业务信息的传输，也称作业务复帧；另一种是由51帧组成的复帧，这种复帧长235.385ms，专用于传输控制信息，也称作控制复帧。超帧由51个业务复帧或26个控制复帧组成，周期为1326个TDMA帧，超帧长51×26×4.615×10-3≈6.12s。超高帧由2048个超帧组成，周期为2048×1326=2715648个TDMA帧，即12533.76秒，即3小时28分53秒760毫秒。帧的编号(FN)以超高帧为周期，从0到2715647。在GSM系统中，超高帧的周期与加密和跳频有关，每经过一个超高帧的周期，系统将重新启动密码和跳频算法。上行传输帧号和下行传输帧号相同，但是，上行帧相对于下行帧在时间上推后3个时隙。分类：物理信道：TDMA帧的每一个时隙(TS)。逻辑信道：在物理信道上所传输的内容。是指依据移动网通信的需要，为传送的各种控制信令和语音或数据业务在TDMA的8个时隙所分配的控制逻辑信道或语音、数据逻辑信道。1.控制信道(CCH)：用于传送信令或同步数据。根据所需完成的功能又把控制信道分为广播、公共及专用三种控制信道。频率较正信道FCCH同步信道SCH广播控制信道BCCH广播信道BCH寻呼信道PCH准许接入信道AGCH随机接入信道RACH公用控制信道CCCH独立专用控制信道SDCCH慢速辅助控制信道SACCH快速辅助控制信道FACCH专用控制信道DCCH业务信道TCH控制信道CCH逻辑信道分类（下行）（下行）（下行）（下行）（下行）（上行）（上/下行）（上/下行）（上/下行）广播信道(BCH)：是“一点对多点”的单向控制信道，用于基站向移动台广播公用的信息。广播信道又分为：广播控制信道(BCCH)：广播本小区和相邻小区的信息以及同步信息(频率和时间信息)。移动台周期的监听BCCH以获取如下信息：本地区识别、相邻小区列表、本小区使用的频率表、小区识别、功率控制指示、间断传输允许、接入控制（如紧急呼叫）、CBCH（CellBroadcastControlChannel）的说明。CBCH载波是由基站以固定功率发射，其信号强度被所有移动台测量。频率校正信道(FCCH)：传送校正移动台频率的信息。同步信道(SCH)：传送帧同步信息(TDMA帧号)和BTS识别码(BSIC)给移动台。公用控制信道(CCCH)：是一种双向控制信道，用于呼叫接续阶段传输链路连接所需要的控制信令。又分为：随机接入信道(RACH)：上行，用于移动台随机接入网络时向基站发送消息，包括：对基站寻呼消息的应答、移动台始呼时的接入、向基站申请指配一独立专用控制信道（SDCCH)。寻呼信道(PCH)：广播基站寻呼移动台的消息，下行；GSM允许多至四个MS在一次寻呼信息中被呼叫；可以用MS的TMSI或IMSI来寻呼；支持有关不连续接收（DRX）；GSM允许寻呼子信道，节省功耗；MS通过用户IMSI的最后三位来预先确定呼叫子信道。准许接入信道(AGCH)：下行信道，用于基站向随机接入成功的移动台发送指配了的SDCCH。专用控制信道(DCCH)：实施“点对点”的双向控制信道。用于呼叫接续阶段及通信进行当中，在移动台与基站之间传输必要的控制信息，如信道管理移动收费管理和无线资源管理。又分为：独立专用控制信道(SDCCH)：用于传送基站和移动台间的指令与信道指配信息，如鉴权、登记信令消息等。此信道在呼叫建立期间支持双向数据传输，以及短消息业务信息的传送。慢相关控制信道（SACCH）：与SDCCH或者业务信道公用在一个物理信道上传送指令消息。基站向移动台传送功率控制信息、帧调整信息；接收移动台发来的信号强度报告和链路质量报告。快相关控制信道（FACCH）：主要传送基站与移动台间的越区切换的信令信息。2.业务信道（TCH）：用于传送编码后的话音或数据和少量的随路控制信令。双向。

话音业务信道：全速率话音业务信道(TCH/F)，净速率为13Kb/s；半速率话音业务信道(TCH/H)，6.5Kb/s，所用时隙是全速率所用时隙的一半。数据业务信道：在全速率或半速率信道上，通过不同的速率适配和信道编码，用户可使用各种不同的数据业务。电路交换信道和数据交换信道。表5-11GSM的逻辑信道和它们的特征逻辑信道只有上行只有下行既有上行又有下行点到点广播可出让的共享的BCCH√√√FCCH√√√SCH√√√RACH√√PCH√√AGCH√√√SDCCH√√√SACCH√√√FACCH√√√TCAH√√√图5-13用于GSM的各类突发时隙3.时隙格式突发脉冲序列：TDMA信道上一个时隙中的信息格式。以不同的信息格式携带不同的逻辑信道。每个时隙有156.25bit，共有五种类型：（1）常规(普通)突发脉冲(NB,NornalBurst)序列：用于传输业务信道TCH和除了FCCH、SCH、RACH以及空闲突发脉冲之外的所有控制信道信息。总计156.25bit，因为每个bit的持续时间为3.6923us，所以一个NB所占用的时间为0.577ms。57个加密比特：加密语音、数据或控制信息借用标志F：表明借用一半业务信道资源给FACCH训练序列：一串已知比特，供信道均衡用尾位TB：总是000，是突发脉冲开始与结尾的标志保护时间GP：防止由于定时误差而造成突发脉冲间的重叠（2）频率校正突发(FB,FrequencyCorrectionBurst)脉冲序列：用于校正移动台的载波频率。它相当于一个带频移的未调载波。142个全0，使调制器发送一个未调载波。（3）同步突发(SB,SynchronisationBurst)脉冲序列：用于构成SCH，携带有系统的同步信息。39个加密比特：TDMA帧号（TN）以及基站识别码（BSIC）信息长同步序列：易被检测（4）接入突发(AB,AccessBurst)脉冲序列：用于构成移动台的RACH，携带随机接入信息，用于移动用户向基站提出入网申请。为了弥补时延的影响，保护时间长达250us，允许小区半径为35km，适应移动台首次接入或切换到新基站时不知时间的提前量（5）空闲突发脉冲序列（DB）：由BTS发出，不携带任何信息。它的格式与普通突发脉冲序列相同，其中加密比特改为具有一定比恃模型的固定混合比特。当无用户信息传输时，用空闲突发脉冲替代普通突发脉冲在TDMA时隙中传送。类型逻辑信道携带信息普通突发脉冲TCH及除RACH、SCH、FCCH和空闲突发脉冲以外的控制信道业务信息和控制信息频率校正突发脉冲频率校正信道（FCCH）频率校正信息同步突发脉冲同步信道（SCH）系统同步信息接入突发脉冲随机接入信道（RACH）随机接入信息空闲突发脉冲控制信道无4.信道的组合方式(逻辑信道到物理信道的映射)逻辑信道数已经超过了GSM一个载频所提供的物理信道数，不能给每一个逻辑信道都配置一个物理信道。(1)业务信道的组合C0，C1，，Cn-1表示每个基站的n个载频，其中，C0为主载频。TS0，TS1，…，TS7表示每个载频的8个时隙。C0上的TS2～TS7用于业务信道，而C0上的TS0用于广播信道和公共控制信道，C0上的TS1用于专用控制信道。其余C1～Cn-1载频上8个时隙均用于业务信道。上、下行业务信道具有相同的组合方式，只是有一个时间偏移。表明移动台的收发不必同时进行。业务信道的复帧(26帧)与物理信道(一个时隙)的映射关系:T（TCH业务信道）：用于传送语音或数据A（SACCH慢速随路信道）：用于传送控制命令，如命令改变输出功率等I（IDEL）：空闲帧，它不含任何信息，用于配合测量（2）控制信道的组合方式BCH和CCCH在C0：TS0上的复用：下行链路：F（FCCH）：移动台据此校正同步频率S（SCH）：移动台据此读TDMA帧号和基站识别码（BSIC）B（BCCH）：移动台据此读有关小区的通用信息I（IDEL）：空闲帧，不含任何信息，仅作为复帧的结束标志C（CCCH）：移动台依此接受寻呼和接入上行链路：SDCCH和SACCH在C0：TS1上的复用：重复周期为102个TSSDCCH的DX（D0、D1、…、D7）只用于MS建立呼叫的开始时使用，当移动台转移到业务信道TCH上，DX就用于其它的移动台。SACCH的AX（A0、A1、…、A7）主要用于传送不紧要的控制信息，如无线测量数据。上下行链路有相同结构，只是在时间上有一个偏移。广播信道、公用控制信道和专用控制信道均在C0：TS0上的复用：5.7.8不连续发送和话音激活检测当GSM的话音编解码器检测到话音的间隙后，在间隙期不发送，这就是所谓的GSM不连续发送（DTX）。DTX能在通话期对话音进行13kb/s编码，在停顿期用500b/s编码。停顿时发送舒适的噪声，对讲话者的背景噪声进行编码。使用户在通话时有连续感。5.7.9定时前置和功率控制1.定时前置（TimingAdvance）GSM考虑可能的最大传输时延,在每个时隙片的结尾要留有足够的保护时间作补偿。MS在保护期内不能发送用户数据，即使两个时间出现重叠只能在保护时间内重叠,无数据丢失。方法简单及信令要求最小，但降低了系统的频谱利用率。定时前置允许对每个时隙的上行发送时间独立控制，远离BTS的MS要求比离BTS近的MS发射早。在GSM中最大的定时前置限制小区尺寸在35km左右。2.功率控制在GSM中，功率电平每60ms变化台阶为2dB（步长）。上行功率控制范围是20~30dB，步长2dB；下行功率控制范围一般可达30dB，步长也是2dB。BSS是功率控制的管理者，通过指令规定BTS和MS的功率。BSS通过评估BTS对MS测量的结果，调整MS的传输功率。同样，BSS也通过评估MS报告的BTS下行传输功率，调整BTS的发射功率。5.7.10移动台接入MS从GSM网络中得到服务的第一步就是把它接入系统。接入的原因有以下几种：试图发起呼叫，对网络请求的响应（如被呼），MS作周期性的位置更新。在GSM中有单独一个信道用于MS在该小区的接入。GSM的接入模型可用著名的ALOHA模型来代替。ALOHA系统是不相关用户同抢一个共享信道。5.8GSM呼叫方案5.8.1移动台开机后的工作：初始化。首先确定BCCH频率，以获得操作必需的系统参数。GSM允许在SIM中存储一张频率表，这些频率是前一次小区登录上的BCCH频率，以及在该BCCH广播的邻近小区的频点，MS上电后就开始搜索这些频率，查找一个比其他功率大的频率。下一步确定FCCH。找到FCCH之后，MS通过解码使自身与系统的主频同步。MS知道在相同的频率上FCCH的第8个时隙后是同步信道SCH，它只需简单等待8个时隙，便可对SCH解码获得时间同步。至此，MS已可对BCCH上的其他数据进行解码了。5.8.2小区选择（CellSelection）在选择MS所在的小区之前，MS可以确定有效GSM网。如果当前小区不是有效GSM网络部分，MS只能寻找其他BCCH。一旦选择了有效的GSM网，MS就可选择登录的小区，MS有一个小区选择算法，用于确定最好的有效小区。MS收到的信号强度、位置区域和MS的功率等级等都可用于小区选择的确定。5.8.3位置登记和位置更新位置登记：MS以它的IMSI等数据向GSM网络请求位置登记，网络经过验证后会分派一个TMSI代码给MS。MS得到TMSI后，会将TMSI代码存储在SIM卡中。位置更新：MS首先确定当前位置区是否是以前登记过的。即从BCCH获得位置区信息并与存储在SIM卡原先登记的位置区进行比较，如果位置区不一致，那么MS应立即进行位置更新。在位置登记中，MS是以IMSI向网络更新位置；而在位置更新中，MS是以TMSI向网络汇报信息的。

MS“位置登记请求”“更新位置登记”询问“MS的IMSI”MSC（VLR）n（VLR）o“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）HLR5.8.4建立通信链路(EstablishingCommunicationLink)MS调谐到随机接入信道RACH上发出信道请求信息。MS送出信道请求信息，有一个长的保护周期，可以保证即使该信息与下一个时隙的信息重叠，在BTS接收时，信息内容也不会丢失。转到接入许可信道AGCH，等待来自网络的响应。BTS收到信道请求后，便增加有关传输时延的信息一起传输给BSC。BSC能够通过比较时延进行定时前置参数的赋值。选择一个SDCCH信道，通知BTS激活信道，然后给BTS发送信道分配信息。5.8.5起初信息过程(InitialMessageProcedure)MS接收到信道分配信息后，调谐到该分配信道上发送一个业务请求信息（在独立专用控制信道SDCCH上送出）。这信息指明MS从网络请求什么业务，同时包括有关移动识别码（如TMSI）的信息、功率级、频率容量、MS支持的保密算法（如A5）等等。这些信息由BSC送给MSC通过A接口作进一步处理，MSC然后通过MAP-B接口将信息传给VLR。5.8.6鉴权(Authentication)当前的VLR成功地接收到适当原因（位置更新，呼叫建立等）的起始信息后，将启动鉴权和保密程序。鉴权过程总是由网络发起。鉴权算法驻留在网络侧的鉴权中心AUC和MS侧的SIM用户识别卡中，AUC对应各用户，选择一个随机数并连同用户的惟一码将它输入A3/A8算法，输出就是在GSM术语中称为三体联合（triplet），即RAND、SRES和Kc。AUC计算几个triplets并提供给归属位置寄存器HLR。VLR从HLR获得他们。鉴权过程：VLR通过SDCCH送一个鉴权请求给MS。这一信息包含随机询问（即RAND）。SIM卡产生一个符号响应SRES，把它送给VLR，它同时产生一个新的保密密钥Kc，VLR收到SRES与内部存储的SRES值进行比较，如果匹配，用户被认为是合法的。5.8.7加密(Ciphering)VLR开始加密过程，它通知MSC，MSC接着按所使用的密钥送一个信息给BSC。BSC通过BTS通知MS在以后的传输过程中开始加密。BTS同样被通知使用加密的信息并得到密钥，这样它能对信息进行解密。BTS将信息进行解密后送给BSC，并送一个指令通知VLR加密过程已经开始。在MS侧，由Kc、TDMA帧号一起经过A5算法，对用户信息数据流加密，在无线路径上传。在BTS侧，把从无线信道上收到的加密信息流、TDMA帧号和Kc，再经过A5算法解密后，传送给BSC和MSC。上述过程反之亦然。5.8.8位置更新过程图5-14位置更新呼叫流程5.8.9通信链路的释放(ReleaseofCommunicationLink)一旦位置更新过程成功完成，移动台BTS、BSC和MSC的通信链路也结束了。移动台返回空闲模式等待用户发生主叫及等待来自网络的寻呼。5.8.10移动台主叫(MobileOrigination)①先有通信链路建立过程、原始信息过程、鉴权和加密过程。然后移动台在建立的链路上（SDCCH）发送启动信息。这一信息有被叫号码和建立与PSTN联系所需的信息。②如果用户要求进行话音连接，系统安排业务信道（TCH）。BSC通知BTS新的信道，BTS激活新的信道；BSC为话音编码分配TRAU(发送编码器和速率适配器单元)资源；BSC送一个分配命令信息给MS，通知它在下一步传输中使用的新信道；MS调谐到新无线信道上并在该信道上开始发送，并发送一个分配结束信号，指示它已成功调谐到新信道上，BSC即可释放旧信道。MSC通过网络启动呼叫建立过程：如果连接到PSTN的交换是通过ISUP（ISDN用户部分）进行的，则送一个IAM（原始地址信息）给PSTN(公共交换电话网)③；接入交换机返回一个ACM(地址完成信息)给MSC，表明被叫正在振铃④；当MSC收到ACM，送一个振铃信息给MS，MS在收到这一信息后就产生一个提示音通知用户已经联络被叫，电话正在振铃⑤；当被叫应答（摘机），ANM（应答信息）通过网络送给MSC通知MS已连接⑥；至此，两部分呼叫已连接可以交换信息了⑦。图5-15移动用户向固定电话发起的呼叫5.8.11移动台被呼(MobileTermination)输入GSM手机用户的MSISDN号码，GSM网络询问HLR有关手机的MSRN代码，得知手机用户目前所在的LA区域与负责该区域的交换机MSC。当拨号者输入手机的MSISDN号码时，有线电话PSTN的交换机依照MSISDN上的CC及NDC将信号传递到负责该手机服务区域内的关口MSC(GMSC)。

图5-16由固定电话发往移动用户的呼叫5.8.12切换（Handover）切换是当MS变换小区时保持呼叫的过程。在MS变换小区时，切换是避免呼叫损失所必不可少的步骤。如果一个MS打算变换小区，它已处于小区的边缘，此时无线信号电平必然不十分好，这是要切换的另外一个原因。1.预切换过程（Pre-handover

Processing）在GSM中的切换过程是移动台协助的切换（MAHO）。MS为切换算法提供有关输入的信息，描述MS和BTS能力的参数和测量项目有：为MS服务的服务BTS、邻近BTS的最大的发射功率、小区容量和负荷；上行信道质量和接收电平下行信道质量和接收电平；来自邻近小区的下行接收电平。2.移动测量（MobileMeasurements）

MS对当前服务小区进行质量和接收信号强度的测量，对相邻小区进行接收信号强度测量，并将它们报告给服务BTS。质量测量是将当前服务下行信道的低比特误码率转换成0~7中的一个值。这种测量是在上行发送和下行接收时隙中完成的。由MS完成的下行信道测量报告给BTS。SACCH携带这一信息。一个SACCH帧每120ms发送一次，但由于交织，在BTS收到的一个完整的帧要有480ms延时。由服务BTS完成上行信道测量，它包括质量和接收信号强度测量。服务BTS把以上测量量和接收到的MS测量结果一起送给BSC。3.切换执行(HandoverExecution)与当前服务的BTS连接中断，在新的小区与新的BTS建立新的连接。切换执行过程和所包含的信令一起依赖于新小区的选择。如果新的小区由同一个BSC控制，那么切换被认为是BSC内部切换，信令限制在BSC内部而不用包含MSC。如果新的BTS属同一MSC内不同的BSC，我们称之为MSC内部切换。如果这两个BSC由不同的MSC控制，我们称之为MSC之间切换。

图5-17MSC之间的切换

4.切换后处理(PosthandoverProcessing)一旦MS与新网络同步上以后，它送出一个切换完成消息给新的BTS。这消息通过网络送给老BSC。该BSC释放原来占用无线资源，以及所有在A-bis和A接口安排给该MS的资源。5.9GSM的跳频技术5.9.1跳频系统工作原理

跳频是指载波频率在很宽的频带范围内按某种图案（序列）进行跳变。信息数据D经信息调制成带宽为Bd的基带信号后，进入载波调制。载波频率受伪随机码发生器控制，在带宽为Bss（Bss>>Bd）的频带内随机跳变，实现基带信号带宽Bd到发射信号使用的带宽Bss的频谱扩展。可变频率合成器受伪随机序列（跳频序列）控制，使载波频率随跳频序列的序列值改变而改变，因此载波调制又被称为扩频调制。5.9.2跳频系统的特点：(1)跳频系统大大提高了通信系统抗干扰、抗衰落