移动通信：第七章 时分多址（TDMA）数字蜂窝网

数字蜂窝网以GSM为代表GSM900---GlobalSystemforMobileCommunications

（全球移动通信系统）DCS1800---DigitalCellularSystem1800

（1800MHz数字蜂窝系统）

模拟蜂窝网不足频谱利用率不高、容量小；安全性差、不适应数据业务发展。第七章时分多址（TDMA）数字蜂窝网2/6/20231信息与通信工程系7.1GSM系统总体7.2GSM系统的无线接口7.3GSM系统的信令协议7.4GSM系统的移动性和安全性管理7.5GSM系统的呼叫接续

第七章时分多址（TDMA）数字蜂窝网2/6/20232信息与通信工程系7.1GSM系统总体7.1.1网络结构7.1.2GSM的区域、号码、地址与识别7.1.3主要业务2/6/20233信息与通信工程系7.1.1网络结构2/6/20234信息与通信工程系TE

TerminalEquipment

终端设备MS

MobileStation

移动台

BSS

BaseStationSubsystem

基站子系统BSC

BaseStationController

基站控制器

BTS

BaseTransceiverStation

基站收发台

NSS

NetworkSubsystem

网络交换子系统HLR HomeLocationRegister

归属位置寄存器VLRVisitorLocationRegister

访问位置寄存器

EIR EquipmentIdentityRegister

设备标识寄存器MSC Mobile-servicesSwitchingCentre

移动交换中心AuC AuthenticationCentre

鉴权中心OMCOperationManagementCenter

操作维护中心

7.1.1网络结构2/6/20235信息与通信工程系GSM系统：移动台、基站子系统(BSS)、网络交换子系统(NSS)、网络管理子系统(NMS)

基站子系统(BSS)：基站收发台(BTS)

基站控制器(BSC)网络交换子系统(NSS)：

移动交换中心(MSC)

原籍位置寄存器(HLR)

访问位置寄存器(VLR)，

鉴权中心(AUC)

移动设备识别寄存器(EIR)网络管理子系统(NMS)：

操作与维护中心(OMC)7.1.1网络结构2/6/20236信息与通信工程系7.1.1网络结构网络交换子系统的四种构成模式MSC/VLRHLR+AUCEIRHLR/AUCMSC/VLREIR+

MSC/VLRHLR/AUC/EIR

+VLRHLRAUCEIRMSC+A型B型C型D型2/6/20237信息与通信工程系7.1.1网络结构2/6/20238信息与通信工程系图中各接口名称人机接口(Sm接口);MS与BS之间的接口(Um接口);BS与MSC之间的接口(A接口);BSC与BTS之间的接口(Abis接口);MSC与VLR之间的接口(B接口);MSC与HLR之间的接口(C接口);HLR与VLR之间的接口(D接口);MSC之间的接口(E接口);MSC与设备标志寄存器(EIR)之间的接口(F接口);VLR之间的接口(G接口)。7.1.1网络结构2/6/20239信息与通信工程系主要接口：A接口、Abis接口和Um接口网络子系统内部接口：B，C，D，E，F，G接口GSM与其它公用电信网接口：7号信令7.1.1网络结构2/6/202310信息与通信工程系7.1.2GSM的区域、号码、地址与识别区域定义GSM服务区公用陆地移动通信网(PLMN)MSC区位置区基站区扇区2/6/202311信息与通信工程系7.1.2GSM的区域、号码、地址与识别1.移动用户ISDN号码（MSISDN：MobileStationInternationalISDNNumber)，该号码为呼叫GSM移动用户所需拨叫号码，如下图。CC（CountryCode)国家码（2位，我国86）NDC（NationalDestinationCode）国内目的地码（6位），包括：N1N2N3

H1H2H3，N1N2N3为业务接入号（130~139），H1H2H3为HLR识别号，H1H2由国家分配（北京为10、11、12，上海16、17、18，广东22~29，陕西91、92，山东53、54、63、64），

H3由各省自行分配。SN（SubscriberNumber）移动用户号码（4位），由HLR自行分配。

国内有效ISDN号码CCNDCSN国际ISDN号码GSM系统中的编号与识别2/6/202312信息与通信工程系7.1.2GSM的区域、号码、地址与识别当MSISDN为10位时（不含CC码），一个业务接入号的容量为1千万。目前，我国移动用户近5亿，故从1999年7月22日起，我国的MSISDN升为11位（不含CC码）。方法：NDC（NationalDestinationCode）由

N1N2N3H1H2H3（6位）

N1N2N3

H0

H1H2H3（7位）（3G系统的业务接入号N1N2N3为150~159及180~189）2/6/202313信息与通信工程系7.1.2GSM的区域、号码、地址与识别2.移动用户识别码（IMSI：InternationalMobileSubscriberIdentity）

GSM中，每个用户均分配唯一的国际移动用户识别码，用于在无线信道上识别用户，此码在所有位置（包括漫游区）都有效，如下图。

MCC（MobileCountryCode)移动国家码（3位，我国460）MNC（MobileNetworkCode）移动网号码（1或2位），我国规定

GSM网为00MSIN（MobileSubscriberIdentityNumber）移动用户识别码MCCMNCMSINIMSI（<=15位）NMSI2/6/202314信息与通信工程系7.1.2GSM的区域、号码、地址与识别3.临时移动用户识别码（TMSI：TemporaryMobileSubscriberIdentity

）为对IMSI保密，VLR对来访用户分配一个TMSI，它仅在访问服务区内使用，TMSI与IMSI之间没有固定关系，IMSI只在入网登记时使用，在后续呼叫中，使用TMSI。TMSI总长度不超过4个字节，格式由运营商决定。4.移动台漫游号码（MSRN：MobileStationRoamingNumber

）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，用于建立通信路由。一旦该移动台离开该服务区，此漫游号码即被收回，并可分配给其它来访的移动台使用，

MSRN格式与MSISDN号码相同。2/6/202315信息与通信工程系7.1.2GSM的区域、号码、地址与识别5.国际移动设备识别码（IMEI：InternationalMobileStationEquipmentIdentity）

该码可唯一识别移动设备身份标志，用于监控被窃或无效的移动设备。格式如下图。

TAC(TypeApprovalCode)型号批准码（6位），由欧洲型号标准中心分配FAC(FinalAssemblyCode)工厂装配码（2位），表示厂家及装配地SNR(SerialNumber)序列编号（6位），用于区别厂家每台设备，厂家编号SP(Spare)备用（1位）

GSM协议规定：键入*#06#，显示设备的IMEI码TACFACSNRSPIMEI（15位数字）2/6/202316信息与通信工程系7.1.2GSM的区域、号码、地址与识别

IMEI可使运营者对移动台进行识别，它可确保系统中使用的移动设备不是盗用或非法的设备。

MSC/VLR向移动用户请求IMEI码并将IMEI发送给EIR（设备识别寄存器），收到IMEI后，EIR使用所定义的三个清单以识别非法设备的使用：白名单：包括已分配给参与运营者的所有设备识别序列号码；黑名单：包括所有被禁止使用的设备的识别；灰名单：由运营者决定，例如包括有故障的及未经型号认证的移动设备。最后，EIR将设备鉴别结果送给MSC/VLR，以决定是否允许MS入网。2/6/202317信息与通信工程系7.1.2GSM的区域、号码、地址与识别6.位置区识别码（LAI）及基站识别色码（BSIC）

LAI在检测位置更新和信道切换时使用。LAI组成如下图。其中：LAC为位置区码，用于识别移动通信网中的一个位置区，不超过两个字节，用十六进制，由各营运部门自定。

LAI后加上小区的标志号CI，组成小区识别码。

MCCLACMNC位置区识别码2/6/202318信息与通信工程系7.1.2GSM的区域、号码、地址与识别基站识别色码(BISC)用于移动台识别相同载频的不同基站时使用，特别用于识别不同国家的边界地区采用相同载频且相邻的基站。格式如下图。

NCC：PLMN色码，用来识别相邻的PLMN网BCC：BTS色码，用来识别相同载频不同的基站NCCBCC3bit

3bit

基站识别色码（BSIC）2/6/202319信息与通信工程系7.2GSM系统的无线接口7.2.1GSM系统无线传输特征7.2.2信道类型及其组合7.2.3话音和信道编码7.2.4跳频和间断传输技术2/6/202320信息与通信工程系

272740交织跨度/ms20404.615TDMA帧长/ms

4248.6270.833信道速率（kb/s)111322.8加差错保护后的话音速率/(kb/s)

π/4-QPSK

π/4-QPSKGMSK调制方式3/63/68/16时隙数/载频2530200载频间隔/KHz810-826/1477-1501869-894935-960

基站（发）940-956/429-1453824-849890-915频率/MHz移动台（发）TDMA/FDMATDMA/FDMATDMA/FDMA多址方式

日本

JDC美国DAMPS欧洲

GSM7.2.1GSM系统无线传输特征三种数字网主要参数2/6/202321信息与通信工程系7.2.1GSM系统无线传输特征2/6/202322信息与通信工程系多址方式：TDMA/FDMA多址。区群：由3、4、7个小区组成，区群内不使用相同频道。每个小区含多个载频，每个载频含8个时隙。基站发射功率一般为每载波500W。小区半径最大为35km，最小为500m。采用慢跳频技术，每帧跳频一次。

7.2.1GSM系统无线传输特征2/6/202323信息与通信工程系7.2.1跳频技术2/6/202324信息与通信工程系GSM900系统MS标称峰值功率分为五类：1类20W（43dBm）车载台、便携台2类8W（39dBm）车载台、便携台3类5W（37dBm）手持台4类2W（33dBm）手持台5类0.8W（29dBm）手持台7.2.1GSM系统无线传输特征GSM移动台输出功率及功率控制（1）2/6/202325信息与通信工程系DCS1800系统MS标称峰值功率分为两类：1类1W（30dBm）便携台2类0.25W（24dBm）便携台7.2.1GSM系统无线传输特征GSM移动台输出功率及功率控制（2）2/6/202326信息与通信工程系移动台可根据基站的命令降低输出功率，按最大15级，每级2dB的步进方式调整。

43dBm(0000)13dBm(1111)国际移动电信协会（CTIA）：手机辐射标准SAR（SpecificAbsorbedRadiation）小于1.6W/Kg。7.2.1GSM系统无线传输特征2/6/202327信息与通信工程系7.2.1GSM系统无线传输特征GSM的工作频段上行：890~915MHz，1710~1785MHz下行：935~960MHz，1805~1880MHz中国移动(７８MHz)上行：８８５~９０９MHz

１７１０～１７２５

MHz下行：９３０～９５４MHz

１８０５～１８２０MHz2/6/202328信息与通信工程系7.2.1GSM系统无线传输特征中国联通(６２ＭＨｚ)ＧＳＭ：上行

９０９~

９１５ＭＨｚ１７４５~

１７５５ＭＨｚ下行９５４~

９６０ＭＨｚ１８４０~

１８５０ＭＨｚＣＤＭＡ：上行８２５~

８４０ＭＨｚ下行８７０~

８８５ＭＨｚ2/6/202329信息与通信工程系7.2.1GSM系统无线传输特征中国电信

PHS(TDD/２０Ｍ)系统:

１９００～１９２０ＭＨｚ

第一段

第二段

第三段

总带宽

ITU

1885～1920

2010～2025

50中国1880～1920

2010～2025

2300～2400

155TD-SCDMA工作频段与补充工作频段(MHz)

：2/6/202330信息与通信工程系7.2.1GSM系统无线传输特征中国电信cdma20001920～1935MHz,2110～2125MHz/FDD30MHz中国移动TD-SCDMA1880～1900MHz,2010～2025MHz/TDD35MHz中国联通

WCDMA1940～1955MHz,2130～2145MHz/FDD30MHz3G的工作频段2/6/202331信息与通信工程系上节课主要内容频分多址(FDMA)模拟蜂窝网话音信道中的随路信令监测音SAT5970Hz、6000Hz、6030Hz配置原则：每个区群使用其中的一个。信令音ST10kHz定位与越区切换数字信令传输及格式系统工作过程初始状态、移动台被呼、移动台主呼、话终拆线时分多址（TDMA）数字蜂窝网网络结构主要接口GSM系统中的编号MSISDN、移动用户识别IMSIA接口、Abis接口和Um接口2/6/202332信息与通信工程系上节课主要内容时分多址（TDMA）GSM数字蜂窝网多址方式/双工方式TDMA/FDMA/FDD

GSM移动台输出功率及功率控制GSM的工作频段上行：890~915MHz，1710~1785MHz

下行：935~960MHz，1805~1880MHz

GSM系统绝对射频信道号（ARFCN）

GSM帧结构：业务复帧、控制复帧信道类型：业务信道（TCH）、控制信道（CCH）信道组合：解决系统中逻辑信道数远大于物理信道数的问题。2/6/202333信息与通信工程系7.2.1GSM系统无线传输特征频道配置采用等间隔频道配置方法。0.2890.2MHZ890.1890.30.10.2914.7914.9914.80.1GSM900MHz系统绝对射频信道号（ARFCN）频道序号为1~124，共124个频道。2/6/202334信息与通信工程系7.2.1GSM系统无线传输特征上行链路Uplink（移动台发，基站收）

fl

(n)=890.200MHz＋（

n-1）*

0.200MHz下行链路Downlink（基站发，移动台收）

fh(n)=fl(n)＋

45MHz

其中：n=1~124，为频道序号。频道序号（ARFCN）和频点标称中心频率的关系：GSM900MHz系统的双工间隔:FDD、45MHZ2/6/202335信息与通信工程系7.2.1GSM系统无线传输特征上行链路

fl

(n)=1710.200MHz

＋（n-512）*0.200MHz

下行链路

fh(n)=fl

(n)＋

95MHz

其中：n=512~885，为频道序号。DCS1800系统频道序号和标称中心频率的关系为：

频道序号为512~885，共374个频道。2/6/202336信息与通信工程系7.2.1GSM系统无线传输特征建网初期，一般采用4x3的复用方式，即N

=4，采用定向天线，每个基站用三付120度定向天线构成3个扇形小区。频率复用方式

业务量大的地区也可采用3x3、1x3等复用方式。若采用全向天线，建议采用N=7的复用方式。2/6/202337信息与通信工程系

第一组1、10、19、28、…、109、118第二组2、11、20、29、…、110、119第三组3、12、21、30、…、111、120第四组4、13、22、31、…、112、121第五组5、14、23、32、…、113、122第六组6、15、24、33、…、114、123第七组7、16、25、34、…、115、124

第八组8、17、26、35、…、116

第九组9、18、27、36、…、1177.2.1GSM系统无线传输特征900MHz系统3／9复用方式时频道配置2/6/202338信息与通信工程系7.2.2信道类型及其组合

GSM帧结构

GSM帧长4.615ms(120/26)，分8个时隙，构成8个时分信道，时隙宽度577us(15/26ms)，每个时隙含（156+1/4）bit

。

时隙中包含的具体内容及格式与所传信息有关。以业务信道为例，时隙结构如下：时隙结构03145672尾比特3信息比特571训练比特261信息比特57尾比特3帧结构4.615ms保护期8.25577us信道速率156.25/0.577ms=270.833kbps2/6/202339信息与通信工程系7.2.2信道类型及其组合

1个业务复帧由26个业务子帧组成

复帧长：26*4.615=120ms1个控制复帧由51个控制子帧组成

复帧长：51*4.615=235.4ms51个业务复帧和26个控制复帧组成一个超帧

超帧长：120*51=235.4*26=6.12s

超帧周期：26*51=1326个TDMA2048个超帧组成一个超高帧

超高帧长：6.12*2048=3h28m53s

超高帧周期：2048*1326=2715648个TDMA

GSM系统中，帧的编号（FN）以超高帧为周期，从0~2715647。2/6/202340信息与通信工程系7.2.2信道类型及其组合

GSM帧结构控制超帧(26)控制子帧超高帧长：6.12*2048=3h28m53s业务复帧

(26)业务超帧(51)控制复帧(51)业务子帧2/6/202341信息与通信工程系7.2.2信道类型及其组合

GSM系统上行传输与下行传输所用的帧号相同，只是上行帧在时间上有3个TS的偏移。2/6/202342信息与通信工程系7.2.2信道类型及其组合下行载频上行载频上行帧号和下行帧号所对应的时间关系

GSM系统上行传输与下行传输所用的帧号相同，只是上行帧在时间上有3个TS的偏移。2/6/202343信息与通信工程系上节课主要内容频分多址(FDMA)模拟蜂窝网话音信道中的随路信令监测音SAT5970Hz、6000Hz、6030Hz配置原则：每个区群使用其中的一个。信令音ST10kHz定位与越区切换数字信令传输及格式系统工作过程初始状态、移动台被呼、移动台主呼、话终拆线时分多址（TDMA）数字蜂窝网网络结构主要接口GSM系统中的编号MSISDN、移动用户识别IMSIA接口、Abis接口和Um接口2/6/202344信息与通信工程系上节课主要内容时分多址（TDMA）GSM数字蜂窝网多址方式/双工方式TDMA/FDMA/FDD

GSM移动台输出功率及功率控制GSM的工作频段上行：890~915MHz，1710~1785MHz

下行：935~960MHz，1805~1880MHz

GSM系统绝对射频信道号（ARFCN）

GSM帧结构：业务复帧、控制复帧GSM系统上行传输与下行传输所用的帧号相同，只是上行帧在时间上有3个TS的偏移。2/6/202345信息与通信工程系7.2.2信道类型及其组合信道分类广播信道(BCH)公用控制信道(CCCH)专用控制信道(DCCH)控制信道（CCH--ControlChannel）

业务信道（TCH--TrafficChannel）

话音业务信道(TCH/F、TCH/H)

数据业务信道2/6/202346信息与通信工程系7.2.2信道类型及其组合2/6/202347信息与通信工程系7.2.2信道类型及其组合业务信道（TCH）：传输话音和数据。分全速率信道（TCH/F）和半速率信道（TCH/H）。控制信道（CCH）：传输各类信令信息。

分为三类：广播信道(BCH)、公用控制信道(CCCH)、

专用控制信道(DCCH)1)广播信道（BCH）：“一点对多点”的单向控制信道，用于基站向所有的移动台广播公用的信息，内容包括移动台入网和呼叫建立所需要的各种信息。2/6/202348信息与通信工程系7.2.2信道类型及其组合·频率校正信道（FCCH）

传输供移动台校正其工作频率的信息。·同步信道（SCH）

传输供移动台进行帧同步（TDMA帧号）信息和对基站进行识别的信息（BSIC）。·广播控制信道（BCCH）

传输通用信息，用于移动台测量信号强度和识别小区标志等。BCH又分为：频率校正信道（FCCH）、同步信道（SCH）、广播控制信道（BCCH）2/6/202349信息与通信工程系7.2.2信道类型及其组合2)公用控制信道（CCCH）：“一点对多点”的双向控制信道，其用途是在呼叫接续阶段，传输链路连接所需要的控制信令与信息。又分为：·寻呼信道（PCH）：传输基站寻呼移动台的信息·随机接入信道（RACH）：移动台申请入网时，向基站发送入网请求信息。

·准许接入信道（AGCH）（AccessGrantChannel）：基站在呼叫接续开始时，向移动台发送分配专用控制信道的信令。

2/6/202350信息与通信工程系7.2.2信道类型及其组合3)专用控制信道（DCCH）

：“点对点”的双向控制信道，其用途

(DedicatedControlChannel）是在呼叫接续阶段和在通信当中，在移动台和基站之间传输必须的控制信息。又分为：·独立专用控制信道（SDCCH）：传输移动台鉴权、登记、信道分配指令。·慢速辅助控制信道（SACCH）：在移动台和基站之间，周期地传输一些特定信息，如功率调整，帧调整和测量数据等。·快速辅助控制信道（FACCH）：传输与SDCCH相同的信息，不过只在没有SACCH时才使用，传输速度较快。2/6/202351信息与通信工程系逻辑信道：

业务信道（TCH）、控制信道（广播信道(BCH)、公用控制信道(CCCH)、专用控制信道(DCCH))7.2.2信道类型及其组合无法给每个逻辑信道配置一个物理信道。信道类型：逻辑信道、物理信道

GSM系统中，一个载频提供8个物理信道，逻辑信道数远大于物理信道数。物理信道：载频提供时隙2/6/202352信息与通信工程系将控制信道复用（组合），即在一个或两个物理信道上复用控制信道。7.2.2信道类型及其组合解决的办法：信道组合。

无法给每个逻辑信道配置一个物理信道。2/6/202353信息与通信工程系信道的组合方式•所谓“组合”，实际上是将各种逻辑信道装载到物理信道上去。也就是说，逻辑信道与物理信道之间存在着映射关系。逻辑信道组合是以复帧为基础的。信道的组合形式•与通信系统在不同阶段（接续或通话）所需要完成的功能有关•与传输方向（上/下行）有关•与业务量有关7.2.2信道类型及其组合2/6/202354信息与通信工程系7.2.2信道类型及其组合

一般情况，每个基站有n个载频，分别用C0

、C1、…、Cn-1

表示。其中C0

称为主载频，每个载频有8个时隙，分别用TS0

、TS1

、…、

TS7

表示。多载频小区中TS0

：用来映射广播信道、公用控制信道（BCH、CCCH(下行)）TS1：用来映射专用控制信道（SDCCH、SACCH(上/下行）)C0

主载频C0

上的其余6个时隙TS2~TS7均由TCH使用。2/6/202355信息与通信工程系7.2.2信道类型及其组合2/6/202356信息与通信工程系7.2.2信道类型及其组合上行链路TS0的复用R（RACH）：随机接入信道对上行链路：

C0

上的TS0只用于移动台的接入，即用于RACH信道的映射。2/6/202357信息与通信工程系7.2.2信道类型及其组合图中：F（

FCCH）、S（SCH）、B（

BCCH）、C（CCCH，包括寻呼信道PCH、准许接入信道AGCH）

、

I（IDEL）共占用51个TS0时隙。下行链路BCCH和CCCH在TS0上的复用下行链路2/6/202358信息与通信工程系7.2.2信道类型及其组合

下行链路C0

上的TS1用来将专用控制信道SDCCH（独立专用控制信道）及SACCH

（慢速辅助控制信道）映射到物理信道上。由于呼叫建立和登记时的比特率较低，所以在TS1上放置了8个控制信道。

TS1复用时采用了102个TDMA复帧结构。其中，每个SDCCH（DX）占8个TS，共占64个TS。DX只在移动台呼叫建立时使用，在移动台转到TCH上后，可将DX用于其他移动台。

每个SACCH（AX）占4个TS，共占32个TS

。AX用于传输必要的控制信令，如功率调整命令。I表示空闲帧，占6个TS。2/6/202359信息与通信工程系7.2.2信道类型及其组合下行链路SDCCH和SACCH在TS1的复用2/6/202360信息与通信工程系7.2.2信道类型及其组合

由于是专用控制信道，因此上行链路C0上TS1组成的结构和下行链路结构相同，只是在时间上有3个TS的偏移。2/6/202361信息与通信工程系7.2.2信道类型及其组合上行链路TS1的复用2/6/202362信息与通信工程系7.2.2信道类型及其组合

C0

上的其余6个时隙TS2~

TS7均由TCH使用，重复周期为26个TS。

2/6/202363信息与通信工程系7.2.2信道类型及其组合主载频C0上:

TS0用于广播信道(BCH)、公用控制信道(CCCH)

TS1用于专用控制信道(DCCH)

TS2~TS7用于业务信道总结：多载频小区中每另增加一个载频，其8个TS均用于业务信道。2/6/202364信息与通信工程系业务信道的组合方式7.2.2信道类型及其组合2/6/202365信息与通信工程系7.2.2信道类型及其组合小区可能只有一套收发单元（单载频）

TS0

既用于广播信道、公用控制信道（BCH、

CCCH），又用于专用控制信道（SDCCH、

SACCH）小容量地区或建站初期单载频小区

单载频上的其余7个时隙TS1~TS7均由TCH使用。2/6/202366信息与通信工程系7.2.2信道类型及其组合下行链路包括：BCH（F、S、B），CCCH（C），SDCCH（D0~D3），SACCH（A0~A3）和空闲帧I，共102个TS。小容量地区TS0上控制信道综合复用2/6/202367信息与通信工程系7.2.2信道类型及其组合上行链路包括：随机接入信道RACH（R），专用控制信道SDCCH（

D0~D3

），SACCH（A0~A3）共102个TS。

TS1~TS7

均用于业务信道。小容量地区TS0上控制信道综合复用(续)2/6/202368信息与通信工程系7.2.3话音和信道编码

数字化话音信号无线传输时面临三个问题：选择低速率的编码方式，以适应有限带宽的要求,即信源编码问题；选择有效的方法减少误码率，即信道编码问题；选用有效的调制方式，减小杂波辐射，降低干扰，即调制方式问题。2/6/202369信息与通信工程系7.2.3话音和信道编码2/6/202370信息与通信工程系7.2.3话音和信道编码•话音编码

-RPE-LTP•信道编码

-前向纠错码

(1/2,5)卷积码•交织编码

-抗突发干扰GSM系统的编码流程2/6/202371信息与通信工程系7.2.3话音和信道编码

RPE-LTP(规则脉冲激励长期预测编码)RPE-LPC和MPE-LTP两种编码方式的综合。

RPE-LTP编码：（1）把语音分成20ms为单位的段；（2）分别进行线性预测分析，长周期预测和激励分析（编码器共有三个功能部分）；（3）各自产生的比特数为36，36，188，共260bit。语音编码编码速率为：260bit/20ms=13kbps

2/6/202372信息与通信工程系7.2.3话音和信道编码第一类：对差错敏感，共182个。加上3个奇偶检验比特和4个尾比特，进行码率为1/2和约束长度为5的卷积编码，共有（182+3+4）*2=378bits。第二类：对差错不敏感的，共78个。

一共为：378+78=456bit纠错编码故，纠错编码速率为：456bit/20ms=22.8kbps。在20ms的语音编码帧中，把语音比特分为两类：2/6/202373信息与通信工程系7.2.3话音和信道编码

把40ms中的语音比特组成8*114的矩阵。交织编码

按水平写入和垂直读出的顺序，获得8个114bit的信息段，此信息要占用一个时隙逐帧进行传输。收端按垂直写入，水平读出的方法解交织（去交织）。2*456=912=8*114

2/6/202374信息与通信工程系7.2.3话音和信道编码2/6/202375信息与通信工程系GSM中的交织编码（Interleave）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系统交织深度为40ms，按水平写入、垂直读出的顺序进行交织。7.2.3话音和信道编码2/6/202376信息与通信工程系7.2.3话音和信道编码GSM中语音信号的处理过程2/6/202377信息与通信工程系7.2.4跳频和间断传输技术采用自适应均衡抵抗多径效应造成的时散现象采用卷积编码纠随机干扰采用交织编码抗突发干扰采用跳频技术进一步提高系统的抗干扰性能GSM系统中提高信号质量的措施2/6/202378信息与通信工程系7.2.4跳频和间断传输技术•跳频是指载波频率在很宽频率范围内按某种图案（序列）进行跳变。•GSM采用每帧改变频率的方法，即每

4.615ms（217跳/秒）改变载波频率。•GSM的跳频是可选项（Option）。GSM的跳频技术2/6/202379信息与通信工程系7.2.4跳频和间断传输技术2/6/202380信息与通信工程系7.4GSM系统的移动性和安全性管理9.4.1位置登记

9.4.2鉴权与加密

2/6/202381信息与通信工程系7.4.1位置登记2/6/202382信息与通信工程系•当一个移动用户首次入网时，它必须通过MSC，在相应的HLR中登记注册，把有关参数存放在HLR中。•移动台位置变化后，其变动的位置信息由VLR进行登记。•移动台离开原籍地区进入其它地区“访问”，该地区的VLR要对来访的移动台进行位置登记，并向该移动台的HLR查询其有关参数。

位置登记过程7.4.1位置登记2/6/202383信息与通信工程系•HLR要临时保存该VLR提供的位置信息，以便为其它用户呼叫此移动台提供所需的路由。•VLR所存储的位置信息不是永久性的，一旦移动台离开了它的服务区，该移动台的位置信息即被删除。7.4.1位置登记

位置登记过程（续）2/6/202384信息与通信工程系7.4.1位置登记处于开机空闲状态的连续移动的MS

，从一个位置区移到另一位置区，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。这个过程就叫“位置更新”。

位置更新过程2/6/202385信息与通信工程系7.4.1位置登记位置更新过程2/6/202386信息与通信工程系7.4.2鉴权与加密空中接口极易受到侵犯保证通信安全鉴权确认移动台的合法性。加密防止第三者窃听。必要性2/6/202387信息与通信工程系7.4.2鉴权与加密PIN（PersonalIdentificationNumber）

个人身份码，鉴别使用者身份PIN1码：1~4位，用于控制对SIM卡的使用，防止SIM卡的非授权使用，

PIN1码由SIM在终端检查，不通过无线接口传送，保密性强。只有

PIN1认证通过，才可以对SIM卡读取，并可入网。PIN1

输入三次出错，SIM自行锁定，必须输入PUK1解码。

PIN1连续输入十次出错，SIM永久锁定。PIN2码：PIN1扩展码，1~4位，用于控制对SIM卡从属功能的使用，

PIN2输入三次出错，SIM自行锁定，必须输入PUK2解码。2/6/202388信息与通信工程系7.4.2鉴权与加密SIM（SubscriberIdentityModule）用户识别模块

符合OSI标准的智慧磁卡，包括与用户有关的无线接口信息及鉴权、加密信息。

SIM卡的使用实现了用户和设备的分离（机卡分离）的思想，为个人通信发展打下了基础。SIM卡的结构：由CPU、

RAM、ROM、EPROM及串行通信单元五个部分组成。2/6/202389信息与通信工程系7.4.2鉴权与加密SIM卡的数据结构包括三个与GSM应用有关的目录，即根目录，GSM目录和通信目录。1）根目录存储与卡和持卡人有关的信息，包括：认证数据（A）和持卡者信息；2）GSM目录包括GSM网络操作所需的信息。如：

·SIM业务用于确认SIM卡中分配和激活了的业务

·IMSI码（国际移动用户身份码）

·TMSI码（临时移动用户身份码）

·密钥Ki3）通信目录缩位拨号，包括呼叫号码，有关的字母符号标记、网络承载性能指标、用户地址识别。所需要的网络和承载能力有关的参数，移动设备的性能参数，缩位拨号有关的参数。2/6/202390信息与通信工程系7.4.2鉴权与加密1）校验PIN2）鉴权

3）加密SIM卡功能2/6/202391信息与通信工程系•鉴权中心(AUC)为鉴权与加密提供了三参数组：

RAND(RandomNumber)

SRES(SignedResponse)

Kc7.4.2鉴权与加密网络以鉴权方式识别用户，以防止无权用户接入。•用户入网签约时，系统将用户鉴权密钥Ki、A3/A8算法IMSI一起分配给用户，存储于SIM（用户识别模块）卡中。同时，AUC

中也保留用户的密钥Ki

。2/6/202392信息与通信工程系用户申请入网时，由AUC发“鉴权请求”，系统产生一随机数（RAND，128位），

RAND通过无线接口传给移动台。通过鉴权A3/A8算法，移动台和网络同时用RAND和Ki分别计算出密钥KC（64位）和符号响应（SRES，32位）。RAND,SERS,KC作为一个三参数组一起送给HLR。移动台将算出的SRES通过无线接口传回网络侧，与网络算出的SRES进行比较，以确定移动台是否合法（相等为合法，否则非法）。7.4.2鉴权与加密三参数组的产生及鉴权过程：2/6/202393信息与通信工程系7.4.2鉴权与加密2/6/202394信息与通信工程系7.4.2鉴权与加密2/6/202395信息与通信工程系7.4.2鉴权与加密2/6/202396信息与通信工程系为防止无线窃听，GSM系统中，对无线传输的信息都进行了加密处理。加密和解密过程是通过对114个无线突发脉冲编码比特与一个由A5算法产生的114比特的加密序列进行异或运算完成的。7.4.2鉴权与加密加密以防止无线窃听2/6/202397信息与通信工程系7.4.2鉴权与加密2/6/202398信息与通信工程系7.4.2鉴权与加密2/6/202399信息与通信工程系7.4.2鉴权与加密2/6/2023100信息与通信工程系设备识别以防止非法设备的使用

IMEI码可使运营者对移动台进行识别，它可确保系统中使用的移动设备不是盗用或非法的设备。

MSC/VLR向移动用户请求IMEI码并将IMEI发送给EIR，收到IMEI后，EIR使用所定义的三个清单以识别非法设备的使用。白名单：包括已分配给参与运营者的所有设备识别序列号码；黑名单：包括所有被禁止使用的设备的识别；灰名单：由运营者决定，如包括有故障的及未经型号认证的移动设备。

最后，EIR将设备鉴别结果送给MSC/VLR，以决定是否允许MS入网。7.4.2鉴权与加密2/6/2023101信息与通信工程系7.4.2鉴权与加密设备识别程序2/6/2023102信息与通信工程系更新TMSI码以保护IMSI及TMSI

TMSI码不是呼叫码，是不公开的（IMSI只在MS第一次接入网络时通过无线接口传送一次，另外，在异常情况下，如出错时，也要传送IMSI

码）。网络用TMSI鉴权用户身份，TMSI在不断变化，且TMSI是在加密后才传给MS的，故不可能通过监听无线接口来确定该TMSI与哪个用户对应，保密性强。TMSI更新过程：

用原TMSI作身份凭证，网络产生新的TMSI，加密后传给MS，MS解蜜后将新TMSI存入SIM卡中。7.4.2鉴权与加密2/6/2023103信息与通信工程系7.4.2鉴权与加密2/6/2023104信息与通信工程系7.5GSM系统的呼叫接续

9.5.1呼叫接续

9.5.2过区切换2/6/2023105信息与通信工程系7.5.1呼叫接续移动台的三种状态（模式）移动台开机：空闲模式，移动台侦听广播信道，此时不占用任一信道。移动台忙：专用模式，移动台处在通信中，此时占用业务信道。移动台关机：移动台电源断开。2/6/2023106信息与通信工程系7.5.1呼叫接续

移动台开机后，首先在空中接口上搜索找到正确频率(校正和同步)，并锁定此频率。该频率载有广播信息和可能的寻呼信息。