new第七章 GSM移动通信系统(一)

第七章GSM移动通信系统GlobalSystemforMobileCommunication1内容提要（Contents）

第二代移动通信综述

GSM系统概述GSM系统承载业务

GSM系统的空中接口GSM系统的控制与管理GSM增强系统22G系统的产生原因

1G系统的弊端模拟调制，频谱效率低安全性差无法漫游终端体积大

2G的目标

采用数字调制，提高频谱效率解决漫游问题，实现“全球通”数字加密、鉴权，提高安全性

SIM卡技术，实现终端机卡分离3第二代蜂窝移动通信系统特点覆盖与频率复用蜂窝制、区域/全球漫游带宽与调制方式

窄带数字调制：GMSK、网络、多址与业务网络层次结构、TDMA/CDMA多址接入主要业务：语音、低速数据、部分3G业务

终端推出SIM卡，实现机卡分离小巧、省电2G系统又称“数字蜂窝移动通信系统”,特点是：4典型的2G系统

GSM欧洲电信管理部门（CEPT）主推并最终成为国际标准的第一个数字蜂窝移动通信系统。

（TDMA）

IS-95由Qualcomm公司设计，由美国TIA推出的第一个窄带CDMA标准，也成为国际标准。

（CDMA）

PDC日本推出的国家标准，并在其本土成功应用的窄带数字蜂窝移动通信系统。（TDMA）D-AMPS美国TIA推出的窄带TDMA数字蜂窝移动通信系统，也称IS-54规范北美地区标准。（TDMA）5蜂窝网参数欧洲GSM美国D-AMPS日本PDC多址方式TDMA/FDMATDMA/FDMATDMA/FDMA频率/MHz移动台（发）890~915824~849940~956/1429~1453基站（发）935~960869~894810~826/1477~1501载频间隔/kHz2003025时隙数/载频8/163/63/6调制方式GMSK加差错保护后的语音速率/（kbps）22.81311信道传输速率/（kbps）270.83348.642TDMA帧长/ms4.6154020交织跨度/ms402727几个典型2G系统的主要技术参数表7-1主要2G系统技术参数对照表6典型2G系统的主要技术参数蜂窝网参

数欧

洲GSM美

国D-AMPS美国IS-95多

址

方

式TDMA/FDMATDMA/FDMACDMA频

率/MHz移

动

台（发）890～915824～849824～849基

站（发）935～960869～894869～894载

频

间

隔

/kHz200301250时

隙

数/载

频8/163/6调

制

方

式GMSK/4-QPSKQPSK/O-QPSK语音速率(加纠错)/（kbps）22.813变速信道传输速率

/（kbps）270.83348.61228.8TDMA帧

长

/ms4.61540双工方式FDDFDDFDDπ7目前仍然是全球主流运营系统GSM：欧洲、中国IS-95：北美、韩国、中国、日本IS-54：北美PDC：日本

演进系统GSM：GPRS、EDGEIS-95：IS-95A、B、C、cdmaone、IS-99、IS-6572G系统发展现状2G系统运营在全球取得空前成功。8第二代移动通信综述GSM系统概述GSM系统承载业务

GSM系统的空中接口GSM系统的控制与管理GSM增强系统9GSM系统的由来GSM的含义欧洲移动通信特别小组（GroupSpecialMobile），简称GSM；全球移动通信系统（GlobalSystemforMobileCommunications），简称GSM。

GSM含义变化的背后先进性：采用众多数字处理新技术，很好解决1G问题；开放性：标准对全球开放，统一定义接口与协议，不规定硬件实现方式拓展性：规范为全球布局和系统扩展有预留事实上，GSM就是最具全球性的2G系统。10为解决欧洲第一代蜂窝系统四分五裂的状态发展起来的；1982年，成立“移动特别小组(GroupSpecialMobile)”简称“GSM”来制定有关的标准和建议书；1990年完成了GSM900的技术规范，不同建议书分组成为一套12系列；1991年在欧洲开通了第一个系统，并将GSM更名为“全球移动通信系统”(GlobalsystemforMobilecommunications)。同年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；是世界上第一个对数字调制、网络层结构和业务作了规定的蜂窝系统；GSM系统的成长历程（1）11GSM系统的成长历程（2）1992年大多数欧洲GSM运营者开始商用业务；1993年底，南美、亚洲和澳洲的几个国家也采用了GSM；现已成为世界上最流行、最大的蜂窝系统，其成功超出了每个人的预想；DCS1800是GSM的等效技术标准，它提供个人通信业务，工作在1.8GHz~2.0GHz的频段上；1993年欧洲第一个DCS1800系统投入运营；GSM具有开放的接口和统一标准，是目前开放性和标准化最好的。12

GSM技术规范（全球开放）

01概述

02业务方面

03网络方面

04MS-BS接口与协议

05无线链路上的物理层

06话音编码规范

07MS终端适配器

08BS-MSC接口

09网络互通

10业务互通

11设备和型号认可规范

12操作和维修GSM系统的技术规范http:///WebSite/Standards/13MS：移动站BTS:：基站BSC：基站控制器MSC:：移动交换中心网关HLR:：归属位置寄存器VLR：访问位置寄存器MSC：移动交换中心AuC：鉴权中心EIR：设备识别寄存器OMC：操作维护中心GSM系统的基本组成14

GSM移动台子系统移动终端（MT）就是通常所说的“手机”，它可以完成话音编码、信道编码/译码、信息加密/解密、信息调制/解调、信息发送/接收等。

用户识别卡（SIM）就是用户“身份卡”，存有认证用户所需要的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息处理，防止非法用户进入网络。

移动台就是移动用户设备部分，功能实体可分为以下2个主要部分：GSM子系统功能描述（p.154-156）15

GSM移动终端的SIM卡SIM卡的作用

无线传输比固定传输更易被窃听，如果不提供特别的保护措施，很容易被窃听或被假冒一个注册用户。八十年代的模拟系统令用户深受其害。因此，GSM首先引入了SIM卡技术，它通过鉴权来防止未授权的接入，这样保护了网络运营者和用户不被假冒的利益；通过对传输加密可以防止在无线信道上被窃听，从而保护了用户的隐私；另外，它以一个临时代号替代用户标识，使第三方无法在无线信道上跟踪GSM用户，而且这些保密机制全由运营者进行控制，用户不必加入更显安全。SIM卡的特点

1、客户与设备分离；

2、通信安全可靠；

3、成本低。

GSM子系统功能描述（2）16

GSM移动终端的SIM卡（续)SIM卡的构成

SIM卡是带有微处理器的智能芯片卡，它的构成是以下几个模块：

CPU

程序存储器(ROM)

工作存储器(RAM)

数据存储器(EPROM或E2PROM)

串行通信单元

SIM卡的寿命SIM卡的平均寿命约为4年左右

SIM卡功能

SIM卡的主要完成两种功能：存储数据(控制存取各种数据)和在安全条件下(个人身份号码PIN、鉴权钥Ki正确)完成客户身份鉴权和客户信息加密算法的全过程。

GSM子系统功能描述（3）17GSM子系统功能描述（4）

GSM无线基站子系统

基站控制器（BSC）具有对一个或多个BTS进行控制的功能，它主要负责无线网络资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等，是一个很强的业务控制点。

基站收发信台（BTS）无线接口设备，它完全由BSC控制，主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集、编码调制、无线信道加密、跳频等。

BSS子系统在一定的无线覆盖区域内由MSC控制，与MS进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。功能实体可分为以下2个主要部分：18

GSM网络交换子系统

移动交换中心（MSC）是系统的核心，是对它所在覆盖区内移动台进行控制和完成话路交换的功能实体，也是移动通信系统与其它公用通信网之间的接口。

访问位置寄存器（VLR）是一个数据库，是储存MSC为了处理所管辖区域内来访MS的来话、去话呼叫所需检索的信息，比如用户号码、所处位置、向用户提供的服务等。

归属位置寄存器（HLR）也是一个数据库，是储存管理部门用于移动用户管理的数据。鉴权中心（AUC）用于产生用户鉴权、加密所需三参数（随机号码RAND、符合响应SRES、密钥Kc）的功能实体。

移动设备识别寄存器（EIR）也是一个数据库，用于储存移动台设备参数的。GSM子系统功能描述（5）19GSM网络交换子系统（续）IWF实现GSM网络与其它网络的互联GMSC（MSC网关）与其它公用通信网之间的接口GSM操作支持子系统

基本功能：支持一个或多个操作维护中心(OMC)，其中OMC对系统中的每一个设备实体进行控制和维护。

主要功能维护特定区域内所有通信硬件和网络管理所有收费过程管理系统中的所有设备GSM规范中对OMC的规定仅限于功能性接口，具体实现留给各制造厂家。GSM子系统功能描述（6）20GSM系统的接口主要接口Um：BS与MS间的空中接口A：BS与MSC间接口Abis：BTS与BSC间接口网络子系统内部

B：MSC与VLR间接口C：MSC与HLR间接口D：HLR与VLR间接口

E：MSC与MSC间接口

F：MSC与EIR间接口G:VLR与VLR间接口与其它公用电信网接口

21GSM系统的接口示意图PTSN、PDSN、ISDNGSM接口定义图22GSM系统的接口说明A接口：A接口定义为网络子系统（NSS）与基站子系统（BSS）之间的通信接口。从系统的功能实体而言，就是移动交换中心（MSC）与基站控制器（BSC）之间的互连接口，其物理连接是通过采用标准的2.048MbpsPCM数字传输链路来实现的。此接口传送的信息包括对移动台及基站管理、移动性及呼叫接续管理等。PTSN、PDSN、ISDN23GSM系统的接口说明Abis接口：Abis接口定义为基站子系统的BSC与BTS两个功能实体之间的通信接口，用于BTS（不与BSC放在一处）与BSC之间的远端互连方式。它是通过采用标准的2.048Mbps或64kbpsPCM数字传输链路来实现的。此接口支持所有向用户提供的服务，并支持对BTS无线设备的控制和无线频率的分配。PTSN、PDSN、ISDN24GSM系统的接口说明Um接口：Um接口（空中接口）定义为MS与BTS之间的无线通信接口，它是GSM系统中最重要、最复杂的接口。此接口传递的信息包括无线资源管理、移动性管理和接续管理等，下一讲详细讨论。PTSN、PDSN、ISDN25GSM系统的接口说明B接口：B接口定义为MSC与VLR之间的内部接口。用于MSC向VLR询问有关移动台（MS）当前位置信息或者通知VLR有关MS的位置更新信息等。

PTSN、PDSN、ISDNC接口：C接口定义为MSC与HLR之间的接口，用于传递路由选择和管理信息。两者之间是采用标准的2.048MbpsPCM数字传输链路实现的。

26GSM系统的接口说明PTSN、PDSN、ISDND接口：D接口定义为HLR与VLR之间的接口，用于交换移动台位置和用户管理的信息，保证移动台在整个服务区内能建立和接受呼叫。由于VLR综合于MSC中，因此D接口的物理链路与C接口相同。E接口：E接口为相邻区域的不同移动交换中心之间的接口。用于移动台从一个MSC控制区到另一个MSC控制区时交换有关信息，以完成越区切换。此接口的物理链接方式是采用标准的2.048MbpsPCM数字传输链路实现的。27GSM系统的接口说明PTSN、PDSN、ISDNG接口：G接口定义为两个VLR之间的接口。当采用临时移动用户识别码（TMSI）时，此接口用于向分配TMSI的VLR询问此移动用户的国际移动用户识别码（IMSI）的信息。G接口的物理链接方式与E接口相同。F接口：F接口定义为MSC与EIR之间的接口，用于交换相关的管理信息。此接口的物理链接方式也是采用标准的2.048MbpsPCM数字传输链路实现的。28GSM系统的接口说明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MSC与PSTN或ISDN交换机之间采用2．048Mbps的PCM数字传输链路实现的。

PTSN、PDSN、ISDN29HLRACEIRVLRMSCBSCBTSQ.921无线接口

Q.931Q.921MAPTCAPCCS7MTPCCS7SCCP移动应用接口Q931BSSAPSCCPCCS7MTPA接口Um基站子系统GSM主要接口及对应的协议30GSM协议栈介绍物理层LAPDmRMMMCCSMS物理层LAPDmBSSMAPMTPSCCPRM

MAPISUPMTPSCCPMTPSCCPBSSMAP

TCAPSMSCCMMMSBSSMSCUm接口A接口L1L2L3L1L2L5L4L7L6L331GSM系统的分区与号码（1）区域定义(p.157)......GSM服务区

PLMN区MSC区...MSC区...位置区...位置区...基站区...基站区...扇区扇区............

PLMN区32GSM系统的分区与号码（1）

区域定义GSM服务区：指移动台可获得服务的区域。一个服务区可由一个或若干个公用陆地移动网（PLMN）组成。PLMN区：由一个或若干个MSC区组成，在该区内具有共同的编号制度和共同的路由计划。MSC区：指一个MSC所控制的区域，通常它连接一个或若干个BSC，每个BSC控制多个BTS。位置区：由若干个小区（或基站区）组成，移动台在位置区内移动无需位置更新。基站区：

BTS的有效无线覆盖区，简称小区扇区：当采用定向天线时，小区分为若干个扇区。33网号：

移动135,136,…,139

联通130,131,133

电信18911位数移动用户ISDN号（MSISDN）：类似于PSTN中的电话号码，为呼叫接续时所用。(P.159)GSM系统的分区与号码（2）国家码位数不定N1N2N3H0H1H2H3CC + NDC +SN用户码4位(幸运号付费)HLR识别号H0H1H2由全国统一分配，H3由各省自行分配34H1H2的分配表（H0=0，网号136）河南黑龙江河南黑龙江重庆重庆35国际移动用户识别码（IMSI）:每个用户均分配一个全球唯一的IMSI，由国家码（中国大陆：460）+移动网号（中国移动：00）+移动用户识别码组成，共15位等长。临时移动用户识别码（TMSI）：为保证IMSI的安全性，GSM空中无线传输的识别码采用TMSI

代替IMSI

。TMSI仅在VLR控制的区域有效，即使拦截也无多大用处。GSM系统的分区与号码（2）(p.158)36国际移动设备识别码（IMEI）:防止被窃或无效的手机登入网络p.158。注意“产品序号”（15位数由厂家分配）是唯一的，存在EIR中，可用手机命令*#06#显示

。移动台漫游号码（MSRN）：当移动台漫游到一个新的服务区时，由VLR给它分配一个临时性的漫游号码，并通知该移动台的HLR，用户建立通信路由。GSM系统的分区与号码（2）(p.158)37位置区和基站识别码

(p.159)位置区识别码（LAI）：用于检测位置更新和信道切换时的位置区识别，由移动用户所属国家号＋移动网号＋位置区码组成。位置区码(LAC)：用于识别GSM网中的一个位置区,最多不超过两个字节，由各运营部门定。基站识别色码(BSIC)：用于移动台识别相同载频的不同基站，特别用于区别在不同国家的边界地区采用相同载频且相邻的基站。GSM系统的分区与号码（2）38内容提要（Contents）

第二代移动通信综述

GSM系统概述GSM系统承载业务

GSM系统的空中接口GSM系统的接入机制GSM系统的演进39补充业务基本业务GSM系统业务电信业务承载业务付费开通的增值业务业务承载业务终端设备终端设备数字蜂窝移动网PLMN电信业务40GSM系统承载业务说明（一）话音业务GSM系统最主要业务。可提供移动用户与固定网电话用户之间实时双向会话（信号需要转码），也可提供任两个移动用户之间的实时双向会话。

紧急呼叫业务在紧急情况下，移动用户通过一种简单的拨号方式即时可拨通紧急服务中心。这种简单的拨号可以是拨打紧急服务中心号码（在欧洲统一使用112，美国911，在我国统一使用火警特殊号119）。有些GSM移动台具有“SOS”键，一按此键就可接通紧急服务中心。紧急呼叫业务优先于其它业务，在移动台没有插入用户识别卡情况下，也可按键后接通紧急服务中心。

无需SIM卡！41GSM系统承载业务说明（二）

短消息业务

点对点短消息业务是由短消息业务中心完成存储和转发功能的。点对点消息的发送或接收应在呼叫状态或空闲状态下进行，由控制信道传送短消息业务，其消息量限制为160个字符。小区广播式短消息业务是点对多点的广播消息，例如道路交通信息等。移动台连续不断地监视广播消息，并能在显示器上显示广播消息。此短消息也是在控制信道上传送的，移动台只有在空闲状态下才可接收广播消息，其消息量限制为93个字符。42GSM系统承载业务说明（三）可视图文接入可视图文接入是一种通过网络完成文本、图形信息检索和电子函件功能的业务。

智能用户电报传送

智能用户电报传送能够提供智能用户电报终端间的文本通信业务。此类终端具有文本信息的编辑、存储处理等能力。

传真业务 话音和三类传真交替传送的业务。自动三类传真是指能使用户经PLMN以传真编码信息文件的形式自动交换各种函件的业务。

43内容提要（Contents）

第二代移动通信综述GSM系统组成GSM系统承载业务

GSM系统的空中接口GSM系统的控制与管理GSM增强系统44

GSM空中接口规范（主要参数指标）7.2GSM的空中接口Parameter

Specification

ReverseChannelFrequency

890~915MHz

ForwardChannelFrequency

935~960MHz

ARFCNNumber

0to124and975to1023

Tx/RxFrequencySpacing

Tx/RxTimeSlotSpacing

45MHz

8TimeSlots

ModulationDataRate

270.83333kbps

FramePeriod

4.615ms

UsersperFrame(FullRate)

8

TimeSlotPeriod

576.9ms

BitPeriod

3.692ms

Modulation

GMSK

ARFCNChannelSpacing

200kHz

Interleaving(MaxDelay)

40ms

VoiceCoderBitRate

13.4kbps

4501240124890MHz915MHz935MHz960MHz上行链路下行链路

GSM无线传输采用FDD全双工成对信道GSM系统的无线传输特征（1）46

工作频段（以我国为例）

900MHz频段（上行：890—915；下行：935—960）双工间隔

45MHz

频道间隔

200kHz，分8个时隙。频道号为1—124，共124对频点。

多址方式：TDMA/FDMA

调制方式：GMSK

高斯滤波最小频移键控

干扰保护:同道：C/I>=9dB邻道：C/I>=-9dBGSM频段分配与信道配置47

物理信道：传输信息的载体 频道、时隙、码字？

逻辑信道：根据物理信道上传递信息种类不同而定义的信道名称

业务信道——传送用户信息

控制信道——传输信令和同步指令、短消息等GSM的信道类型48GSM逻辑信道PHYSICALCHANNELSARFCNs---1toNTimeslots---0to7TolalofChannels---N*8逻辑信道广播信道BCH公共控制信道CCCH专用控制信道DCCHBCCHSCHFCCHPCHRACHAGCHCBCHFACCHSACCHSDCCHTCH-HTCH-F控制信道CCH业务信道TCH49话音业务

全速率话音业务（TCH/FS）；半速率话音业务（TCH/HS）；数据业务

9.6kbps，全速率数据业务信道（TCH/F9.6）4.8kbps，全速率数据业务信道（TCH/F4.8）4.8kbps，半速率数据业务信道（TCH/H4.8）≤2.4kbps，全速率数据业务信道（TCH/F2.4）≤2.4kbps，半速率数据业务信道（TCH/H2.4）业务信道TCH50

控制信道51

广播信道（BCH）52

公共控制信道（CCCH）寻呼信道（PCH） 下行，用于寻呼移动台

随机接入信道（RACH）

上行，用于移动台提出入网请求，分配一条SDCCH接入允许信道（AGCH） 下行，用于对移动台的接入应答，给移动台分配信道53

专用控制信道（DCCH）54

专用控制信道（DCCH）功能双向，随业务信道的存在而存在；传送无线传输的测量报告、功率控制指令等双向，随业务信道的存在而存在；传送诸如“越区切换”等紧急指令55逻辑信道应用实例——手机开机流程接收BCCH

系统信息收到FCCH信息，校正频率读取SCH信息（接收基站同步信号）鉴权SDCCH

功率控制SACCH进入空闲模式守候BCCH上开机接入申请RACH允许接入AGCH

分配SDCCH待机状态56GSM系统的幀结构（p.163）57问题：一个载频只有8个物理信道，而逻辑信道数远远大于一个TDMA幁中的物理信道数，如何配置？方法：将公共控制信道复用，即在一个或两个物理信道上复用公共控制信道。逻辑信道与物理信道的映射（p.168）58物理信道与逻辑信道的映射

DownlinkF---FCCH S---SCHA---SACCHB---BCCHI---IdleC---AGCH,PCHD---SDCCH

01234...

012345678…12....…25…...……………38……….…...50FSFSFSFSFSIDBCCCCCCCCCAIAIAIAIAIAIAIAIAIAIAIAITSFrame59物理信道与逻辑信道的映射

UplinkR---RACH空---TCHD---SDCCHA---SACCHI---Idle

01234...

012345678…12....…25…...……………38……….…...50DAIAIAIAIAIAIAIAIAIAIAIAIRTSFrame60

GSM时隙的信息格式(突发脉冲序列)61

GSM突发脉冲序列类型（p.166）尾比特

3尾比特

3保护期

8.25固定比特

142尾比特

3加密比特

39

64加密比特

39尾比特

3保护期

8.25扩展的训练序列常规突发序列NB

（DB）156.25bit/577us尾比特

3信息比特

571训练比特

261信息比特

57尾比特

3保护期

8.25频率校正突发序列FB同步突发序列SB接入突发序列AB尾比特

8训练序列

41加密比特

36尾比特

3保护期

68.2562用于业务信道及专用控制信道；信息位占116bit，分成两段，各58bit。其中，57位为数据（加密比特），另1位表示此数据的性质是业务信号或控制信号；

26位训练序列：用作自适应均衡器的训练序列，以消除多径效应产生的码间干扰。将训练序列放在两段信息的中间位置，是考虑到信道会快速发生变化，使前后两部分信息比特和训练序列所受信道变化的影响不会有太大的差别；

GSM系统共有8种训练序列，可分别用于邻近的同频小区。

常规突发脉冲（NB）尾比特

3信息比特

571训练比特

261信息比特

57尾比特

3保护期

8.2563尾比特TB(0，0，0)：置于起始时间和结束时间，也称功率上升时间和拖尾时间，各占3bit（约11us）。因为在无线信道上进行突发传输时，起始时载波电平必须从最低值迅速上升到额定值；突发脉冲序列结束时，载波电平又必须从额定值迅速下降到最低值（例如-70dB）。有效的传输时间是载波电平维持在额定值的中间一段，在时隙的前后各设置3bit，允许载波功率在此时间内上升和下降到规定的数值。

保护时间GP：占用8.25bit（约30）。这是为了防止不同移动台按时隙突发的信号因传播时延不同而在基站发生前后交叠。

常规突发脉冲（NB）尾比特

3信息比特

571训练比特

261信息比特

57尾比特

3保护期

8.2564频率校正突发（FB）频率校正突发脉冲序列用于校正移动台的载波频率；起始和结束的尾比特各占3bit，保护时间8.25bit，它们均与普通突发脉冲序列相同；其余的142bit，均置成“0”，相应发送的射频是一个与载频有固定偏移（频偏）的纯正弦波，以便于调整移动台的载频；

尾比特

3尾比特

3保护期

8.25固定比特

14265同步突发（SB）同步突发（SB）用于移动台的时间同步；包括64bit的位同步信号，以及两段各39bit数据。用于传输TDMA帧号和基站识别码（BSIC)；TDMA帧号用于数据加密；BSIC用于移动台进行信号强度测量时区分基站。尾比特

3加密比特

39

64加密比特

39尾比特

3保护期

8.25扩展的训练序列66用于上行传输方向，在随机接入信道（RACH）上传送，用于移动用户向基站提出入网申请。同步突发；它包括41bit的训练序列，36bit的信息，起始比特为8位(0，0，1，1，1，0，1，0)，而结束的尾比特为3位(0，0，0)，保护期较长，为68.25bit，约250us。

除了上述四种格式之外，还有一种不发送实际信息的时隙格式，称为“虚设时隙DB”格式，用于填空，其结构和NB格式相同，但只发送固定的比特序列。

接入突发（AB）尾比特

8训练序列

41加密比特

36尾比特

3保护期

68.2567帧偏移：上、下行链路TDMA幀起始时间的差值

上行延迟于下行3个时隙(1.731ms) GSM的上下行链路同步(p163)68

幀偏移目的在于使MS和BS之间频率和时隙的同步，但它受到传播时延的影响，则可通过幀调节来改变幀偏移量，调节范围是0～233us。GSM系统的幀偏移与幀调节(165)0123456701234567012345670123456701234567012345670123456701234567012345670123456701234567012345670123456701234567012345670123456701234567012345670123456701234567012345670123456701234567012345670123456701234567012345670123456701230123012301230123TDMA幀号下行上行3TS幁调节69GSM信号设计方案70交织编码信道编码后，20ms的语音信息456bit首先在块内进行一次交织71B0A4B1A5B2A6B3A7C0B4C1B5C2B6C3B7二次交织456(A)比特01234567456(C)比特01234567456(B)比特01234567一次交织信道编码260bits260bits260bits语音编码72

GSM的跳频技术采用慢跳频技术，以基本幀为单位进行跳变，即每隔4.615ms改变一次频率，其最小跳变频率间隔是200KHz。73

GSM跳频示意图4.615ms4.615ms4.615ms跳频速率为1/4.615ms=217跳/秒74

GSM的间断传输技术DTX

语音通信中，说话时间约占40%以下，若在不说话的时间降低发射信号功率，则可： 减少手机功耗，延长电池寿命； 减小系统内干扰，提高频率利用率，增加系统容量采用VAD(话音激活检测)技术说话时，正常发射信号；间歇时，间隔发送静音幀(背景噪声参数)。收端利用这些参数产生舒适噪声，以防听者有通话中断的错觉。75内容提要（Contents）

第二代移动通信综述

GSM系统概述GSM系统承载业务

GSM系统的空中接口GSM系统的控制与管理GSM增强系统76

GSM系统的控制与管理位置登记安全措施呼叫接续越区切换77用户位置登记

目的：保持移动台与网络的实时沟通。

网络跟踪移动台，对其位置信息进行登记、删除和更新位置信息(LAI)存储在HLR和VLR中。

类型：周期性位置登记(一般为0.1~24H)。非周期性位置登记。表现在开机、关机时的位置登记和漫游状态下的位置更新，称为强迫登记。

方法：系统存储的位置信息LAI在BCCH信道中连续播出。MS将接收的LAI与SIM卡中的进行比较，若不同就申请位置更新。

78位置更新过程（不同MSC之间）VLR-2VLR-1MSC-1BSC-1MSC-2BSC-279位置更新过程（不同MSC之间）位置登记请求（LR）更新位置登记询问MS的IMSI询问IMSI响应查询IMSI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MSBSC2（MSC/VLR）

2（MSC/VLR）1（HLR）80GSM系统的安全措施用户入网的鉴权——验证IMSI的正确性当用户要进行呼叫，位置更新等操作时，先需对其鉴权通信信息的加密——防止传输中被窃取移动设备的识别——防止非法设备使用使用TMSI号码——防止盗用IMSI81用户鉴权过程——验证IMSI的正确性82 在无线信道上传输的是经过A5算法加密后的密文，BTS和MS两侧同时进行。用户传输信息加密83在呼叫接续阶段进行比较EIR中的设备识别码白名单——合法设备识别号黑名单——禁止使用的设备识别号灰名单——有故障或未经型号认证的设备识别号，可否使用由运营商自定设备识别84在无线链路上，用临时用户识别码TMSI来代替IMSI传输MS每次向系统请求一种程序，如位置更新、呼叫等，MSC/VLR将给MS分配一个新的TMSIMS只有在位置更新失败或得不到TMSI时才使用IMSIIMSI是唯一且不变的，而TMSI是动态变化的使用TMSI号码85呼叫接续移动用户之间MS 本地MSMS 外地MS移动用户与固定用户之间MS PSTN86移动用户呼叫移动用户（不同MSC）MSaBSSaMSCaVLRaMSbBSSbMSCbVLRbHLR/AUC(1)(1)(2)(2)(3)(3)(3)(4)(5)(6)(7)(7)87移动用户呼叫固定用户BSMSBSBS21346MSC2346VLR33HLREXCH65PSTN/ISDNGMSC关口局88呼叫接续（1）移动用户主呼基本流程①在服务小区内，一旦移动用户拨号后，移动台向基站请求接入信道。②在移动台MS与移动业务交换中心MSC之间建立信令连接的建立关系。③对移动台的识别码进行鉴权的过程，如果需加密，则设置加密模式，进入呼叫建立起始阶段。④分配业务信道。⑤采用7号信令，用户IUSP/TUP部分通过与固定网（ISDN/PTSN）建立至被叫用户的通路，并向被叫用户振铃，向移动台回送呼叫接通证实信号。⑥被叫用户应答，向移动用户发送应答（连接）信息，最后进入通话阶段。89RACHAGCHSDCCHSDCCHTCHMSBSMSC/GMSCPSTNLAND拨号接入请求指配SDCCH鉴权、加密TMSI分配分配TCH建立连接通话接续过程中逻辑信道的使用示例90越区切换目的：保证通信的连续性策略：分散控制(移动台辅助切换MAHO)依据：BER——接收信号质量RSSI——接收信号强度对不同基站RSSI的测量在移动台处进行，并以每秒两次的速率，将测量结果报告给基站。同时，基站对移动台所占用的业务信道也要进行测量，并报告基站控制器，最后由基站控制器决定是否需要切换。91越区切换类型：硬切换分类：根据切换前后设备使用情况分为小区内(扇区之间)相同BSC，不同BTS

相同MSC，不同BSC不同MSC之间92越区切换基本流程(不同MSC)之间VLR-2VLR-1BTS2BTS1MSC-1BSC-1MSC-2BSC-293切换流程测量：MS测量相邻小区无线信号，包括功率、距离和话音质量传送测量报告给BSC：BSC根据计算结果与切换门限比较；向MSC1发出切换请求MSC1联系新区域建立无线信道；给MS发出切换指令，通知切换信道号、接入功率等MS释放旧信道，切换到新的信道上(先断后通)

，将切换成功的消息报告给MSC1MSC1释放原占用资源94漫游当移动台进入其它运营网络时需要漫游分国内漫游和国际漫游需要运营商之间签订合约漫游需要验证移动台SIM信息并将验证请求发往归属运营商。漫游的其他技术过程类似切换95内容提要（Contents）

第二代移动通信综述

GSM系统概述GSM系统承载业务

GSM系统的空中接口GSM系统的控制与管理GSM系统的演进96演进的含义与动机演进：英文Evolution，包含两层含义系统的完善与改进系统的更新换代

演进的原因系统自身完善需要新业务需求——数据类（尤其因特网）业务演进形式系统功能与性能完善系统功能增强——GPRS（2.5G）、EDGE(2.75G)革命性更新：3G（WCDMA、TDS-CDMA）97GSM的数据业务能力98GSM的增强系统—GPRS

GPRS的定义：通用分组无线业务GPRS的意义技术意义引入分组交换机制提供灵活的带宽功能支持IP业务商业意义

对现有的GSM网络进行软件升级向3G过渡时，可保护现有设备投资可提供部分3G业务99GPRS特点传输速率高（多时隙合并、不同的编码方案）永久在线

信道利用率高（时隙共享）提供丰富的业务类型点对点业务点对多点业务更为强大的补充业务和SMS收费更为合理100GPRS的网络结构MSCLocalAreaNetworkServerRouterCorporate1LocalAreaNetworkServerRouterCorporate2GPRSINFRASTRUCTUREBorderGateway(BG)ServingGPRSSupportNode(SGSN)HLR/AuCBSCBTSFirewallUmR/SSMS-GMSCGdEIRFirewallFirewallGatewayGPRSSupportNode(GGSN)MAP-FPoint-To-MultipointServiceCenter(PTMSC)Inter-PLMNnetworkGPRSbackbone(IPbased)Datanetwork(X.25)Datanetwork(Internet)PSTNNetworkSS7Network101GPRS网络的逻辑结构（模块功能）SGSNGGSN骨干网BSS102GPRS的主要接口Um：空中接口Gb：BSC与SGSN之间的接口Gn：SGSN与本网GGSN之间的接口Gp：SGSN与其他网GGSN之间的接口Gi：GGSN与数据网之间的接口Gs：SGSN与VLR之间的接口Gr：SGSN与HLR之间的接口UmGn/GpGb103GPRS的分层协议104SGSNtoGGSN间的协议结构GTP隧道协议：在GSNs节点间传输用户数据和信令。所有的用户分组数据单元PDU都被其封装传输。（GSM09.60）TCP/UDP传输协议，对可靠连接如X.25用TCP，非可靠连接如IP用UDP协议。IP路由协议IP之下可以是Ethernet,ISDN,或ATM等。105MStoSGSN间的协议结构SNDCP子网非独立会聚协议：将网络级特性映射到下层网络的特性。完成数据的分组、打包、确定TCP/IP地址和加密方式。LLC：实现点到多点的寻址和数据帧的重发控制。RLC：纠错MAC：定义和分配空中接口的GPRS逻辑信道，控制媒质的接入过程（请求和准许）。106GSM的增强系统—GPRS

用户与外网眼中的GPRSLocal

areanetworkRouterCorporate

2Local

areanetworkRouterCorporate

1PacketnetworkDatanetwork(Internet)GPRS

SUBNETWOR