电子科技大学《移动通信原理》第六章GSM及其增强移动通信系统

第六章GSM及其增强移动通信系统程郁凡chengyf@通信抗干扰技术国家级重点实验室前言GSM概述GSM以前是GroupSpecialMobile(1982年设立)的缩写，现在是(GlobalSystemforMobileCommunications)的缩写GSM系统的发展现状100多个国家已建立了GSM网络。移动通信用户的大部分在使用GSM。二月23第六章GSM及其增强移动通信系统2第六章内容6.1GSM系统的业务及其特征6.2GSM系统的结构6.3GSM系统的信道6.4GSM的无线数字传输6.6GSM系统的接续和移动性管理6.7通用分组无线业务第六章GSM及其增强移动通信系统3二月236.1GSM系统的业务及其特征GSM系统的业务电信业务为用户通信提供的包括终端设备功能在内的完整能力的通信业务：电话、短信、图文接入、传真、语音信箱等。承载业务提供用户接入点间信号传输的能力4图6.1GSM系统业务分类图6.2GSM支持的基本业务附加业务对基本业务的补充。不能单独向用户提供，必须与基本业务一起提供，有来电显示、呼叫转移、呼叫限制、计费通知、三方通话等。第六章内容6.1GSM系统的业务及其特征6.2GSM系统的结构6.3GSM系统的信道6.4GSM的无线数字传输6.6GSM系统的接续和移动性管理6.7通用分组无线业务第六章GSM及其增强移动通信系统5二月236.2GSM系统的结构6移动台基站子系统网络子系统操作子系统6.2.1移动台移动台(MS：MobileStation)用户端的设备总称手持机、车载台、便携式台组成：移动设备话音编解码、信道编译码、加解密、调制解调、信息的发射和接收SIM卡(SubscriberIdentityModule)客户与设备分离存储用户身份信息安全保密二月23第六章GSM及其增强移动通信系统7机人6.2.2基站子系统8基站子系统基站子系统基站子系统（BSS：BaseStationSubsystem）在一定的无线覆盖区中，由MSC控制，与MS进行通信的设备。一个BSS可为一个或多个小区服务。二月23第六章GSM及其增强移动通信系统9基站收发信台（BTS：BaseTransceiverStation）：BSS的无线部分，为一个小区服务的无线收发设备。基站控制器（BSC:BaseStationController）：BSS的控制部分，负责无线资源和无线参数的管理。基站产品诺基亚室外

基站简易配置，便于安装含四收发信机容量较大诺基亚室内基站解决室内覆盖的微蜂窝基站仅重2.4公斤，占地面积不超过一张A4纸。10基站控制器产品二月23第六章GSM及其增强移动通信系统11诺基亚的BSC产品6.2.3网络子结构12网络子系统网络子系统NSS：NetworkSubsystemGSM系统的交换功能用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库。组成：移动业务交换中心(MSC,MobileSwitchingCenter)归属位置寄存器(HLR,HomeLocationRegister)访问位置寄存器(VLR,VisitorLocationRegister)鉴权中心(AUC,AuthenticationCenter)移动设备识别寄存器(EIR,EquipmentIdentityRegister)二月23第六章GSM及其增强移动通信系统13移动业务交换中心MSC（MobileSwitchingCenter）MSC是NSS的核心。MSC是交换机，除了一般的交换机功能外，还具有以下功能：14呼叫控制位置登记与位置更新越区切换与其他功能实体交换信令信息支持短消息业务为了便于建立呼叫，可设置部分或全部MSC为入口MSC(GMSC)。常与VLR合并在一起。归属位置寄存器HLR（HomeLocationRegister）HLR是GSM系统的中心数据库，存储HLR控制区内所有用户（归属客户）的相关数据。用户的参数（静态数据）：每个用户购机时，就属于某一个HLR控制区，其用户识别号码已存储在HLR中。用户的位置信息（动态数据）：HLR控制区内的各个MS位置的信息，即MS当前停留在哪个MSC/VLR区。这一信息随着MS的移动而相应改变。HLR可与MSC/VLR一一对应，也可控制几个MSC/VLR。二月23第六章GSM及其增强移动通信系统15访问位置寄存器VLR（VisitorLocationRegister）VLR是存储位置信息的动态数据库，它包含了当前处在本区（MSC区）的全部MS（包括漫游到该VLR所管辖的移动用户）的有关资料。当某一个MS用户漫游到新的MSC区，与该MSC连接的VLR就向这个MS用户所属地HLR请求该MS的有关数据并存储，同时并将此VLR号送至漫游用户的HLR。一旦用户离开该VLR的控制区域，重新在另一个VLR登记，原VLR删除临时记录的该移动用户的信息。二月23第六章GSM及其增强移动通信系统16鉴权中心AUC（AuthenticationCenter）为系统提供客户鉴权所需要的数据，用以保护通过空中接口的移动客户通信不受侵犯。二月23第六章GSM及其增强移动通信系统17专用于GSM系统的安全性管理。数据的存储：存储每个用户的鉴权信息和加密密钥。产生、并向HLR传送鉴权三参数组（随机数RAND，符号响应SRES，密钥Kc）。常与HLR合并在一起。移动设备识别寄存器EIR（EquipmentIdentityRegister）存贮移动设备的国际移动设备识别码（IMEI:InternationalMobilestationEquipmentIdentity），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。二月23第六章GSM及其增强移动通信系统18白名单：包括可入网的合法移动台设备号（识别）。灰名单：包括有故障的、未经认证的移动台设备号（监视）。黑名单：被禁用（如失窃）的移动台设备号（闭锁）。HLRi产品集成产品：合并了诺基亚归属位置寄存器（HLRi）、鉴权中心（AUC）和设备识别寄存器（EIR）二月23第六章GSM及其增强移动通信系统19产品大容量（120万用户），实现最大的成本效率；EIR容量大，白名单20万表目，灰名单和黑名单各4百万表目。6.2.4操作子系统20操作子系统操作子系统OSS（OperationSupportSystem）对整个GSM网络进行管理和监控。包括：操作维护中心(OMC,OperationandMaintenanceCenter)、网络管理中心(NMC,NetworkManagementCenter)移动用户管理用户数据管理：对HLR和SIM卡的数据管理计费管理。移动设备管理通过EIR实现，且EIR的数据通过NMC更新。网络操作与控制通过OMC实现对NSS和BSS的管理（故障管理、配置管理、性能管理等）。二月23第六章GSM及其增强移动通信系统21第六章内容6.1GSM系统的业务及其特征6.2GSM系统的结构6.3GSM系统的信道6.4GSM的无线数字传输6.6GSM系统的接续和移动性管理6.7通用分组无线业务第六章GSM及其增强移动通信系统22二月236.3GSM系统的信道6.3.1物理信道和逻辑信道6.3.2物理信道和逻辑信道的配置6.3.3突发脉冲6.3.4定时提前量第六章GSM及其增强移动通信系统23二月236.3.1物理信道和逻辑信道GSM系统的多址方式——FDMA/TDMA24上行下行定义物理信道：用来传送信号或数据的物理通路，一个时隙（TS）占有25MHz带宽，包含124对频道，频道间隔200kHz（124×200kHz=24.8MHz）每个载频按时间划分成很多周期性的帧，每帧分为8个时隙(slot)，每个时隙称为信道，或物理信道；一个载频可提供8个物理信道，共992（124×8）个物理信道逻辑信道：物理信道上所传输的内容根据物理信道所传输的信息种类的不同可定义不同的逻辑信道。业务信道和控制信道根据传输方向又分为：上行信道和下行信道。二月23第六章GSM及其增强移动通信系统25物理信道相关工作参数(1)(1)工作频段、双工收发间隔二月23第六章GSM及其增强移动通信系统2645MHz95MHz物理信道相关工作参数(2)(2)频道间隔相邻频道间隔200kHz，每个频道分8个信道（时隙）。(3)频道配置以900MHz频段为例：上行：890~915MHz，下行：935~960MHz，频道序号n为1~124。频道标称中心频率为：(4)保护频带：400kHz不同系统的频率相邻时，两系统之间（频道中心频率之间）需留出400kHz保护频带。二月23第六章GSM及其增强移动通信系统27物理信道相关工作参数(3)(5)频率复用方式二月23第六章GSM及其增强移动通信系统281234567891011121234567891011121234567891011121234567891011128115713981157985391173图6.34×3复用模式图6.47组复用模式逻辑信道(1)逻辑信道：物理信道所传输的内容业务信道（TCH）：用于传送编码后的话音或数据，在上行和下行信道上，点对点（BTS对一个MS，或反之）方式传播。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定义成广播信道、公共控制信道及专用控制信道。二月23第六章GSM及其增强移动通信系统29逻辑信道(2)30逻辑信道广播信道(BCH)公共控制信道(CCCH)公共信道专用信道业务信道(TCH)专用控制信道(DCCH)频率校正信道（FCCH）D同步信道（SCH）D广播控制信道（BCCH）D寻呼信道（PCH）D随机接入信道（RACH）U允许接入信道（AGCH）D独立专用控制信道（SDCCH）U/D慢速辅助控制信道（SACCH）U/D快速辅助控制信道（FACCH）U/D全速率信道U/D半速率信道U/D增强型全速率信道U/DD：下行U：上行逻辑信道(2)31逻辑信道广播信道(BCH)公共控制信道(CCCH)公共信道专用信道业务信道(TCH)专用控制信道(DCCH)频率校正信道（FCCH）D同步信道（SCH）D广播控制信道（BCCH）D寻呼信道（PCH）D随机接入信道（RACH）U允许接入信道（AGCH）D独立专用控制信道（SDCCH）U/D慢速辅助控制信道（SACCH）U/D快速辅助控制信道（FACCH）U/D全速率信道U/D半速率信道U/D增强型全速率信道U/DD：下行U：上行控制信道——广播信道BCH广播信道BCH（BroadcastCHannel）：“一点对多点”的下行控制信道。用于基站向移动台广播公用的信息。传输的内容主要是移动台入网和呼叫建立所需要的有关信息。频率校正信道（FCCH：FrequencyCorrectionCHannel

）：传输用于校正移动台工作频率的信息。同步信道（SCH：SynchronizationCHannel

）：传输移动台的帧同步（TDMA帧号）、BTS的识别码（BSIC）的信息，供移动台进行同步和对基站进行识别。广播控制信道（BCCH：BroadcastControlCHannel

）：广播小区的通用信息（小区和网络识别、小区运行特征等）二月23第六章GSM及其增强移动通信系统32控制信道——公共控制信道CCCH公共控制信道CCCH（CommonControlCHannel）：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。寻呼信道（PCH：PagingCHannel）：下行信道，点对多点方式传播。用于寻呼被叫移动台，传输基站寻呼移动台的信息。随机接入信道（RACH：RandomAccessCHannel）：上行信道，点对点方式传播。用于移动台随机提出的入网申请，即请求分配一个独立专用控制信道，可作为对寻呼的响应或MS主叫时的接入。允许接入信道（AGCH：AccessGrantCHannel）：下行信道，点对点方式传播。用于基站对移动台的入网申请作出应答，即给用户分配一个独立专用控制信道。33控制信道——专用控制信道DCCH专用控制信道DCCH（DedicatedControlCHannel）：一种“点对点”的双向控制信道，其用途是在呼叫接续阶段以及在通信进行当中，在移动台和基站之间传输必须的控制信息。独立专用控制信道（SDCCH：Stand-aloneDedicatedControlCHannel

）：用于在分配业务信道之前呼叫建立过中传送系统信令。例如登记、鉴权等信令以及短消息。慢速辅助控制信道（SACCH：SlowAssociatedControlCHannel

）：传送移动台的关于服务及邻近小区的信号强度的测试报告；基站对移动台的功率调整命令、定时提前量等。快速辅助控制信道（FACCH：FastAssociatedControlChannel

）：用于传送基站与移动台间的越区切换的信令消息。二月23第六章GSM及其增强移动通信系统34业务信道TCH业务信道TCH（TrafficCHannel），主要传输编码及加密后的话音或数据，有少量的随路控制信令。话音：全速率：净速率13kbps（话音帧长20ms，每帧含260bit信息），纠错保护后总速率22.8kbps半速率：净速率6.5kbps，纠错保护后总速率11.4kbps数据：（不同的速率适配和信道编码）全速率：净速率可为9.6kbps、4.8kbps、2.4kbps，信道速率为22.8kbps半速率：净速率可为4.8kbps、2.4kbps，信道速率可为11.4kbps二月23第六章GSM及其增强移动通信系统356.3GSM系统的信道6.3.1物理信道和逻辑信道6.3.2物理信道和逻辑信道的配置6.3.3突发脉冲6.3.4定时提前量第六章GSM及其增强移动通信系统36二月236.3.2物理信道与逻辑信道的配置映射的基础每小区有n个载频：f0，f1，……，fn-1；每个载频有8个时隙：TS0，TS1，……，TS7，共有n×8个物理信道。映射的方法f0上的TS0用于广播信道BCH和公共控制信道CCCH。f0上的TS1用于专用控制信道DCCH。其余（f0上的TS2~TS7，f1~fn-1上的8个时隙）用于业务信道。二月23第六章GSM及其增强移动通信系统37BCH和CCCH在TS0上的复用f0上的TS0映射成广播信道和公共控制信道。51个TS0组成，即以51个帧为循环周期。38SDCCH和SACCH在TS1上的复用f0上的TS1用于映射专用控制信道。102个TS1组成，即102个TDMA复用帧。39业务信道的映射物理信道多载频小区：f0上的TS2

～TS7，f1~fn-1上的8个时隙；单载频小区：TS1～TS7TFH的下行映射26个时隙为一个复用帧40TCH上下行偏移上行TCH与下行TCH结构一样，但有3个时隙的时间偏移。二月23第六章GSM及其增强移动通信系统41逻辑信道与物理信道的映射关系小结在载频f0上

TS0：逻辑控制信道（BCH和CCCH），复用周期为51个TSTS1：逻辑控制信道（DCCH中的SDCCH和SACCH），复用周期为102个TSTS2~TS7：逻辑业务信道，复用周期为26个TS

在载频f1~fn-1上TS0~TS7：逻辑业务信道，复用周期为26个TS二月23第六章GSM及其增强移动通信系统42GSM系统的帧结构43上节课内容回顾——GSM系统的结构44移动台基站子系统网络子系统操作子系统上节课内容回顾——物理信道和逻辑信道45逻辑信道广播信道(BCH)公共控制信道(CCCH)公共信道专用信道业务信道(TCH)专用控制信道(DCCH)频率校正信道（FCCH）D同步信道（SCH）D广播控制信道（BCCH）D寻呼信道（PCH）D随机接入信道（RACH）U允许接入信道（AGCH）D独立专用控制信道（SDCCH）U/D慢速辅助控制信道（SACCH）U/D快速辅助控制信道（FACCH）U/D全速率信道U/D半速率信道U/D增强型全速率信道U/DD：下行U：上行上节课内容回顾——逻辑信道与物理信道的映射在载频f0上

TS0：逻辑控制信道（BCH和CCCH），复用周期为51个TSTS1：逻辑控制信道（DCCH中的SDCCH和SACCH），复用周期为102个TSTS2~TS7：逻辑业务信道，复用周期为26个TS

在载频f1~fn-1上TS0~TS7：逻辑业务信道，复用周期为26个TS二月23第六章GSM及其增强移动通信系统46上节课内容回顾——BCH和CCCH的映射、

TCH的映射47上节课内容回顾——GSM系统的帧结构486.3GSM系统的信道6.3.1物理信道和逻辑信道6.3.2物理信道和逻辑信道的配置6.3.3突发脉冲6.3.4定时提前量第六章GSM及其增强移动通信系统49二月236.3.3突发脉冲在GSM系统中，每帧含8个时隙，每个时隙576.9us，包含156.25bit。每个时隙中的信息格式称为突发脉冲序列频率校正突发脉冲序列（FB，FrequencyCorrectionBurst）同步突发脉冲序列（SB，SynchronizationBurst）接入突发脉冲序列（AB，AccessBurst）常规突发脉冲序列（NB，NormalBurst）空闲突发脉冲序列（DB，DummyBurst）二月23第六章GSM及其增强移动通信系统50频率校正突发脉冲序列频率校正突发脉冲序列（FB，FrequencyCorrectionBurst）用于移动台的频率同步固定比特：共142比特，为全0，相应发送的是一个与载频有固定频偏的纯正弦波。尾比特：为000，突发脉冲的起始和结束标志。并允许载波功率在此时间内上升和下降到规定的数值。保护期：防止由于定时误差而造成突发脉冲间的重叠。二月23第六章GSM及其增强移动通信系统51尾比特3固定比特142尾比特3保护期8.25FCCH同步突发脉冲序列同步突发脉冲序列（SB，

SynchronizationBurst）用于移动台的时间同步同步序列：64bit的长同步序列加密比特：TDMA帧号：加密序列算法的输入参数基站识别码BSIC：用于移动台进行信号强度测量时区分使用同一个载频的基站。二月23第六章GSM及其增强移动通信系统52SCH尾比特3加密比特39同步序列64加密比特39尾比特3保护期8.25接入突发脉冲序列接入突发脉冲序列（AB，AccessBurst）用于移动用户向基站提出入网申请保护期较长：为了适应移动台首次接入后不知道时间提前量而设置的（弥补传播时延的不利影响），并允许移动台可以在较大的小区范围内随机接入。二月23第六章GSM及其增强移动通信系统53RACH尾比特8同步序列41加密比特36尾比特3保护期68.25常规突发脉冲序列常规突发脉冲序列（NB，NormalBurst）用于携带业务信息和一些控制信息。加密比特：业务信息或一些控制信息借用标志：表示此突发序列是否被FACCH借用。1：被借用。训练序列：具有尖锐的自相关性。供均衡器产生信道模型。二月23第六章GSM及其增强移动通信系统54尾比特3加密比特57借用标志1训练序列26借用标志1加密比特57尾比特3保护期8.25TCH、BCCH、PCH、AGCH、DCCH等空闲突发脉冲序列空闲突发脉冲序列DB(DB，DummyBurst)不携带任何信息，用于填空，其结构与常规突发脉冲序列相同，加密比特改为固定的比特序列。二月23第六章GSM及其增强移动通信系统55尾比特3固定比特57借用标志1训练序列26借用标志1固定比特57尾比特3保护期8.256.3GSM系统的信道6.3.1物理信道和逻辑信道6.3.2物理信道和逻辑信道的配置6.3.3突发脉冲6.3.4定时提前量第六章GSM及其增强移动通信系统56二月236.3.4定时提前量帧偏移：在基站角度，上行帧相对于下行帧来说，在时间上固定推后3个时隙。时间调整：在移动台角度，若不加时间调整，传输时延的变化使移动台之间的信息会发生重叠。需要有一个时间调整量，补偿传播时延，使基站有固定的3个时隙的帧偏移。定时提前量为：0~63bit57帧偏移3个时隙支持覆盖半径0~35km第六章内容6.1GSM系统的业务及其特征6.2GSM系统的结构6.3GSM系统的信道6.4GSM的无线数字传输6.6GSM系统的接续和移动性管理6.7通用分组无线业务第六章GSM及其增强移动通信系统58二月236.4GSM的无线数字传输无线信道对GSM系统性能的影响失真大时延扩展导致码间串扰多普勒效应导致突发错误SNR损耗自由空间损耗、阴影衰落导致SNR损耗平坦衰落、慢衰落导致SNR损耗GSM中的抗衰落技术信道编码、交织、天线分集、均衡、跳频二月23第六章GSM及其增强移动通信系统59GSM语音信号的处理过程二月23第六章GSM及其增强移动通信系统60图6.5GSM语音信号的一般处理过程信道编码技术由话音编码器中输出的13kbit/s的码流被分为20ms的话音块，每块中含有260比特。将这260比特按重要性的次序重新排序：50个最重要比特132个重要比特78个不重要比特对重要比特1/2卷积编码615013278501327834378已编码比特456bits78未编码比特交织技术(1)两次交织第一次交织（块内交织）：按行写入、按列读出。交织公式：

62写入读出共8个子块，每个子块57个比特交织技术(2)第二次交织（块间交织）跳频技术64跳频：载波频率在很宽频率范围内按某种图案进行跳变。公共信道不跳频。频率分集→抗衰落干扰分集→同频小区采用跳频，减小碰撞，降低

载干比要求均衡技术65信道模型远郊典型城区恶劣城区丘陵时延扩展(us)

0.10.982.536.88相干带宽(kHz)20002047929信号带宽：200kHz，除了远郊地区，其他都需要使用均衡器→维特比均衡话音激活与功率控制话音激活话音信号间断发送和间断接收是根据话音信号激活程度，在话音帧有信息时开启发送和无信息时关闭发送的系统传输控制技术。降低空中干扰，提高系统容量和质量。降低电源消耗，增加移动台电池使用寿命。功率控制在保证通信质量的前提下，使发射功率最小移动台测量信号强度和信号质量，定期向基站报告，基站按预置门限进行比较，然后确定发射功率的增减量。通常移动台才控制发射功率二月23第六章GSM及其增强移动通信系统66第六章内容6.1GSM系统的业务及其特征6.2GSM系统的结构6.3GSM系统的信道6.4GSM的无线数字传输6.6GSM系统的接续和移动性管理6.7通用分组无线业务第六章GSM及其增强移动通信系统67二月236.6GSM系统的接续和移动性管理6.6.1移动网区域结构与GSM编号方式6.6.2GSM的安全性管理6.6.3GSM的接续管理6.6.4GSM的移动性管理第六章GSM及其增强移动通信系统68二月236.6.1移动网区域结构与GSM编号方式数字蜂窝网的区域结构二月23第六章GSM及其增强移动通信系统69GSM业务区（全部成员国）PLMN业务区（每国一个或多个）MSC业务区（由一个MSC控制的区域）位置区（定位或寻呼区）基站区（一个BSC所控制的区域）小区（一特定BTS覆盖的区域）GSM编号方式70国际移动用户识别码(IMSI)IMSI(InternationalMobileSubscriberIdentity)存储为移动客户分配的一个唯一的识别码。MCC（MobileCountryCode）：移动用户国家号码，三位数字，如中国为460。MNC（MobileNetworkCode）：移动网号，两个数字，用于识别移动客户所归属的移动网。如中国移动的MNC为00，中国联通的MNC为0l。MSIN（MobileStationIdentificationNumber）：在某一PLMN内MS唯一的识别码，十一位数字。71鉴权保密临时移动用户识别码(TMSI)TMSI(TemporaryMobileSubscriberIdentity)在每次认证成功后，分配此号码代替IMSI无线传输（安全性考虑）。在某个VLR控制区域内使用。总长为4个字节。二月23第六章GSM及其增强移动通信系统72保密国际移动设备识别码(IMEI)IMEI(InternationalMobileEquipmentIdentity)唯一地识别一个移动台设备的编码。15位数字。TAC：型号批准码，由欧洲型号认证中心分配。同一型号手机，TAC码一样。FAC：手机最后完成所在工厂装配码，由厂家编码，表示生产厂家及其装配地。SNR：手机出厂序号，由厂家分配。独立地、唯一地识别每个TAC和FAC中的每个移动设备。同一型号的不同手机SNR号码不同。SP：备用，备作将来使用。

按“*#06#”可获得IMEI号码73设备识别移动用户的ISDN号码(MSISDN)MSISDN(MobileStationISDN)主叫客户为了呼叫GSM网中的一个移动用户需拨的号码。CC(CountryCode)：国家码。我国为86NDC(NationalDestinationCode)：国内目的地码，即网络接入号，中国移动GSM网为139,138,…,135，“中国联通公司”GSM网为130,131，代表移动通信网;二月23第六章GSM及其增强移动通信系统74

|--国内有效移动客户ISDN号码---|

|------------国际移动客户ISDN号码------------------|CC（2）NDC（3）SN（8）MSISDNSN(SubscriberNumber)客户号码，采用等长8位编号计划。移动：H0H1H2H3ABCDH0HlH2H3为每个移动业务本地网的HLR号码ABCD为移动客户码例如13908092701139中国移动GSM网

0809四川成都

2701客户号码

联通：H0H1H2ABCDE二月23第六章GSM及其增强移动通信系统75被呼移动用户漫游号码(MSRN)MSRN(MobileSubscriberRoamingNumber)漫游移动用户当前所在地的VLR分配给用户一个漫游号码。用户离开后，删除该号码，将该号码可分配给另一个用户使用。仅在被访问MSC/VLR区域有效号码结构与MSISDN大致相同：

13XXM0M1M2M3ABC，其中M0M1M2M3为被访MSC/VLR号码二月23第六章GSM及其增强移动通信系统76CC（2）NDC（3）SN（8）被呼切换号码(HON)HON(HandoverNumber)当用户在两个MSC之间发生越局切换时，为选择路由，由目标MSC临时分配给移动用户一个号码，此号码为MSRN号码的一部分。组成与MSRN相同。二月23第六章GSM及其增强移动通信系统77位置区识别(LAI)LAI(LocationAreaIdentification)LAI用于移动用户的位置更新。MCC与MNC同IMSI。LAC（LocationAreaCode）：位置区号码，用于识别GSMPLMN中的一个位置区。2字节16进制编码，X1X2X3X4,一个GSMPLMN网中最多可定义65535个不同的位置区（全0不用）二月23第六章GSM及其增强移动通信系统78MCC（3）MNC（2）LAC（16）位置登记全球小区识别码(CGI)CGI(CellGlobalIdentification)用于识别一个位置区内的小区，它是在LAI后加上一个小区识别码（CI）。CI：小区识别码，由运营单位自定。二月23第六章GSM及其增强移动通信系统79MCC（3）MNC（2）LAC（16）CI（16）基站识别码(BSIC)BSIC（BaseStationIdentityCode）BSIC用于移动台识别采用相同载频的相邻基站，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基站。NCC(NationalColorCodes)：国家色码，主要用来不同国家（国内区分不同的省）及不同的运营者。结构为XY1Y2BCC：基站色码，用来唯一地识别采用相同载频的不同基站。二月23第六章GSM及其增强移动通信系统80NCC（3）BCC（3）MSC/VLR和HLR的识别路由选择时进行识别MSC/VLR号码包含在漫游号码中。例如中国移动的某个MSC/VLR号码为：861390M0M1M2M3HLR/AUC号码客户号码为全零的MSISDN号码。例如中国移动的某个HLR号码为：86139H0H1H2H30000二月23第六章GSM及其增强移动通信系统81CC（2）NDC（3）SN（8）MSRN：13XXM0M1M2M3ABC6.6GSM系统的接续和移动性管理6.6.1移动网区域结构与GSM编号方式6.6.2GSM的安全性管理6.6.3GSM的接续管理6.6.4GSM的移动性管理第六章GSM及其增强移动通信系统82二月236.6.2GSM的安全性管理GSM的安全性管理(1)接入网络——鉴权(2)无线路径——加密(3)移动设备——设备识别(4)用户的安全保密——临时用户识别码TMSI、

SIM卡的PIN码保护二月23第六章GSM及其增强移动通信系统83(1)鉴权——基本概念概念：MSC/VLR确认移动台通过无线空间传送的移动用户识别号码(IMSI)是否是合法IMSI的过程。在用户入网签约时，用户鉴权键

Ki连同唯一的IMSI一起分配给用户，它们存储在系统AUC数据库和用户SIM卡中，同时SIM卡和AUC中还存储鉴权算法A3，加密算法A8。用户参数：IMSI、用户鉴权键Ki、鉴权算法(A3)，加密算法(A8)二月23第六章GSM及其增强移动通信系统84(1)鉴权——鉴权三参数组客户的鉴权的和加密是通过客户三参数组完成的。客户三参数组用于鉴权的随机数(RAND)符号响应(SRES：SignedResponse)密钥(Kc)一般AUC对每个客户产生5组三参数，送至HLR，再由HLR送至MSC/VLR在每次位置登记、位置更新、呼叫建立等之前均需要鉴权。二月23第六章GSM及其增强移动通信系统85(1)鉴权——鉴权三参数组的产生二月23第六章GSM及其增强移动通信系统86(1)鉴权——鉴权过程87①接入请求③RANDKi,IMSI，A3,A8,A5②④⑤(2)加密Ki,IMSI，A3,A8,A5①②③④通信信息加密对用户所有的语音和数据均需加密。89MSC/VLR发出加密指令加密信息加密信息(3)设备识别目的：确保系统中的移动设备不是盗用或非法设备（识别IMEI），呼叫建立前需完成设备识别。IMEI存储在EIR和移动台中。90①呼叫建立②IMEI请求③发送IMEI④检查IMEI⑤接入/禁止信息继续/停止呼叫建立程序(4)用户的安全保密——用户识别码IMSI的保密为了防止IMSI在无线路径被截获。用一个临时用户识别码(TMSI)来代替IMSI无线传输。TMSI由MSC/VLR分配，并不断进行更换。每当MS用IMSI向系统发送位置更新、呼叫建立或业务激活时，MSC/VLR对它进行鉴权。鉴权通过后，由MSC/VLR分配给用户TMSI，并存在用户的SIM卡中。此后，MSC/VLR与MS之间的信令交换就使用TMSI，IMSI便不再在无线路径上传送。二月23第六章GSM及其增强移动通信系统91(4)用户的安全保密——SIM卡的保密PIN(PersonalIdentificationNumber)码就是SIM卡的个人识别密码。用于控制SIM卡的使用，只有PIN通过认证，移动设备才能对SIM卡进行存取。二月23第六章GSM及其增强移动通信系统926.6GSM系统的接续和移动性管理6.6.1移动网区域结构与GSM编号方式6.6.2GSM的安全性管理6.6.3GSM的接续管理6.6.4GSM的移动性管理第六章GSM及其增强移动通信系统93二月236.6.3GSM的呼叫接续管理客户状态MS开机空闲状态开机位置登记进入空闲模式MS忙状态MS关机状态移动台被呼移动台主呼二月23第六章GSM及其增强移动通信系统94客户状态1——MS开机空闲状态(1)(1)开机移动台开启电源，搜寻最强的BCCH载频，接收到FCCH信道信息，锁定到一个正确载频频率上。读取SCH信道信息：基站识别码（BSIC）和帧同步信息（TDMA帧号）移动台扫描一个“BCCH载频存储表”，测出各载频信号强度，列出由6个最强载频组成的邻近小区场强分布表，并报告给BSS，以作切换小区选择95客户状态1——MS开机空闲状态(2)96①接收广播消息(LAI)②位置更新请求②位置更新请求②位置更新请求③位置更新接受③记录MSC号码④在VLR中对该客户的IMSI上作“附着”标记④位置更新证实④位置更新证实④记录LAI(2)位置登记客户状态1——MS开机空闲状态(3)(3)进入空闲模式移动台完成位置登记后，进入空闲模式，监听公共控制信道CCCH，可以随时发出主呼或接受被呼。二月23第六章GSM及其增强移动通信系统97客户状态2与3——忙状态与关机状态MS忙状态MS正在传送话音或数据MS关机状态98①IMSI分离①IMSI分离②登记IMSI已分离移动台被呼99广州LSMSC/VLRTSHLR上海LSMSC/VLRHLRTS北京LSGMSC/VLRHLRTS?假设某移动用户属于上海某GSM用户，目前漫游到了广州，北京某固定电话拨叫该移动用户LS：LocalSwitching，本地交换局TS：TollSwitching，长途交换局GMSC：

GatewayMobileSwitchingCenter，关口移动交换中心(1)固定网用户呼叫移动用户号码MSISDN，本地交换局LS分析MSISDN，将呼叫转接到GMSC

100广州LSMSC/VLRTSHLR上海LSMSC/VLRHLRTS北京LSGMSC/VLRHLRTS①拨号MSISDN①分析MSISDN(2)GMSC分析MSISDN，得到MS所在HLR的地址，向HLR询问MS的位置。

101广州LSMSC/VLRTSHLR上海LSMSC/VLRHLRTS北京LSGMSC/VLRHLRTS①拨号MSISDN①分析MSISDN②询问位置(3)HLR分析GMSC发来的信息，查询当前被呼用户所在的业务区MSC/VLR（广州），请求分配MSRN；

102广州LSMSC/VLRTSHLR上海LSMSC/VLRHLRTS北京LSGMSC/VLRHLRTS①拨号MSISDN①分析MSISDN②询问位置③请求MSRN(4)MS所在VLR给用户临时分配一个MSRN，送至HLR，再转送到GMSC；

103广州LSMSC/VLRTSHLR上海LSMSC/VLRHLRTS北京LSGMSC/VLRHLRTS①拨号MSISDN①分析MSISDN②询问位置③请求MSRN④MSRN④MSRN(5)GMSC获得MSRN，寻找路由建立至被访MSC的通路

104广州LSMSC/VLRTSHLR上海LSMSC/VLRHLRTS北京LSGMSC/VLRHLRTS①拨号MSISDN①分析MSISDN②询问位置③请求MSRN④MSRN④MSRN⑤建立连接(6)MSC/VLR定位被叫用户，由各位置区BTS发送寻呼消息。

105广州LSMSC/VLRTSHLR上海LSMSC/VLRHLRTS北京LSGMSC/VLRHLRTS①拨号MSISDN①分析MSISDN②询问位置③请求MSRN④MSRN④MSRN⑤建立连接⑥寻呼(7)守候的MS用户接收到寻呼消息，发送寻呼响应消息给网络。网络对用户鉴权成功后，为用户分配一个业务信道，建立呼叫连接。

106广州LSMSC/VLRTSHLR上海LSMSC/VLRHLRTS北京LSGMSC/VLRHLRTS①拨号MSISDN①分析MSISDN②询问位置③请求MSRN④MSRN④MSRN⑤建立连接⑥寻呼⑦分配信道移动台被呼接续流程(1)107固定网用户拨打移动用户电话号码MSISDN，本地交换局LS（LocalSwitching）分析MSISDN，根据MSISDN中的NDC分析出此用户的GSM接入网络（移动还是联通），将呼叫转接到GSM网的关口移动交换中心GMSC；GMSC分析MSISDN，得到被呼用户所在HLR的地址，向HLR发送携带MSISDN的消息，询问被叫客户的位置（漫游号码MSRN），以便得到用户呼叫的路由信息；HLR分析GMSC发来的信息，找到该MSISDN号码对应的IMSI，然后查询当前被呼用户所在的业务区MSC/VLR（广州），向该区的VLR发送被叫的IMSI，请求VLR分配给被叫客户一个漫游号码MSRN；移动台被呼接续流程(2)108被呼用户所在区的VLR给用户临时分配一个漫游号码MSRN，并传送给HLR，HLR将收到的MSRN发送给GMSC；GMSC获得MSRN，寻找路由建立至被访MSC的通路。GMSC与MSC的连接可以是直达链路，也可以是长途汇接局转接（TS：TollSwitching长途交换局）；MSC将寻呼消息发送给位置区所有的BTS，由这些BTS通过寻呼信道PCH发送寻呼消息，在整个位置区覆盖范围进行广播寻呼该用户；守候的空闲用户接收到此寻呼消息，识别出其IMSI码后，发送寻呼响应消息给网络。网络收到寻呼响应后，为用户分配一个业务信道，建立呼叫连接。移动台主呼109MSC/VLR交换局HLRBSSBSSBSS①呼叫②分配SDCCH④分配TCH④⑤建立呼叫⑤⑥⑥摘机应答⑥⑥PSTN/ISDN③③③鉴权,加密移动台主呼接续流程一旦移动用户拨号，MS通过随机接入信道RACH向网络发送信道请求；BSS中的BSC通过准许接入信道AGCH给MS分配一个独立专用控制信道SDCCH；MSC/VLR与MS经SDCCH信道建立信令连接，包括鉴权过程、启动加密过程、TMSI再分配等；MS向MSC发出“建立呼叫请求”，MSC向MS发送“呼叫开始”指令，并通知BSS给MS分配业务信道；MSC在无线链路和地面有线链路建立后，将呼叫接续到固定网络，建立与被叫固定用户的通路，并向MS回送呼叫接通信号；被叫固定用户摘机后，MSC向BSS和MS发送连接指令，待MS发回连接确认后，即进入通话阶段，完成MS呼叫固定用户的接续过程。1106.6GSM系统的接续和移动性管理6.6.1移动网区域结构与GSM编号方式6.6.2GSM的安全性管理6.6.3GSM的接续管理6.6.4GSM的移动性管理（位置更新和切换）第六章GSM及其增强移动通信系统111二月23位置更新位置更新当MS从一个位置区移到另一个位置区时，必须进行登记。即一旦MS发现其SIM卡中的LAI与接收到的LAI发生了变化，便执行登记。位置更新总是由MS启动周期性的位置更新若系统收不到周期登记消息，MSC/VLR就给移动台标以“IMSI分离”。二月23第六章GSM及其增强移动通信系统112位置更新基本流程113LA1LA2①接收LAI2②位置更新请求②位置更新请求②位置更新请求③位置更新接受③记录MSC号码更新用户位置④“附着”标记IMSI④位置更新证实④位置更新证实④更新LAI⑤通知删除用户数据小结用户数据的存储方式(1)SIM卡静态数据IMSI（国际移动用户识别码）MSISDN（移动用户的ISDN号码）PIN（个人身份号）鉴权键Ki、鉴权算法A3、加密算法A8动态数据TMSI（临时移动用户识别码）LAI（位置区识别LAI）RAND/SRES/Kc二月23第六章GSM及其增强移动通信系统114小结用户数据的存储方式(2)HLR存储在本区域内注册的用户数据静态数据IMSI（国际移动用户识别码）MSISDN（移动用户的ISDN号码）

MSISDN包含本地HLR地址信息动态数据用户当前VLR的地址RAND/SRES/Kc二月23第六章GSM及其增强移动通信系统115小结用户数据的存储方式(3)VLR：存储当前本区域内激活用户的数据静态数据IMSI（国际移动用户识别码）MSISDN（移动用户的ISDN号码）动态数据TMSI（临时移动用户识别码）LAI（位置区识别LAI）HON（切换号码）RAND/SRES/KcMSRN（移动用户漫游号码）MSRN包含当前VLR地址信息二月23第六章GSM及其增强移动通信系统116小结用户数据的存储方式(4)AUC静态数据IMSI（国际移动用户识别码）/鉴权键Ki鉴权算法A3、加密算法A8动态数据RAND/SRES/KcEIRIMEI（国际移动设备识别码）二月23第六章GSM及其增强移动通信系统117切换切换的基本概念切换过程三阶段GSM系统的切换策略GSM系统的切换类型二月23第六章GSM及其增强移动通信系统118切换的基本概念什么是信道切换？当前正在通信的移动台与服务基站之间的链路转移到另一个新基站的过程。切换引起的原因：信号的强度或质量下降到系统规定的参数以下。由于某小区业务信道容量全被或几乎全被占用。如何切换？识别新小区，分配给移动台在新小区的语音信道和控制信道。切换的目标切换次数和中断次数最小无明显干扰的快速通话转接119切换过程三阶段(1)测量和目标小区确定测量通信质量和信号强度(2)切换触发按照一定的准则触发切换(3)切换执行硬切换、软切换120切换触发准则具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则121Th1h(滞后余量)移动台基站1的信号强度基站1基站2基站2的信号强度Th2Th3BACD硬切换与软切换硬切换：新的连接建立前，先中断旧的连接。例如GSM系统。软切换：指既维持旧的连接，又同时建立新的连接。例如CDMA系统。二月23第六章GSM及其增强移动通信系统122软切换过程二月23第六章GSM及其增强移动通信系统123GSM系统的切换策略移动台辅助的切换移动台对不同基站的RSSI(ReceivedSignalStrengthIndication)进行测量后，以每秒两次的速率将测量结果报告给基站网络评估测量参数，决定移动台是否切换。优点：网络参与切换管理，灵活性高。切换触发准则采用了具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则，防止乒乓效应。硬切换技术在切换过程中会发生短时中断。二月23第六章GSM及其增强移动通信系统124GSM系统的切换类型1:小区内切换125123452:BSC内切换3:MSC内切换4:MSC间切换5:网络间切换不同MSC间的切换示意126①无线测量①无线测量②汇报结果③切换请求③④建立通信链路④无线信道确认⑤发送切换命令⑥切换完成⑥切换完成⑦释放原TCH⑥切换完成不同MSC间的切换流程MS在从基站区1向基站区2移动的过程中，不断测量周围小区的BTS的信号强度