GSM原理与网络优化培训

GSM原理与网络优化培训第一页，共183页。GSM原理及其网络优化

GSM无线接口理论GSM网络结构GSM主要过程及参数优化第二页，共183页。

第一部分GSM无线接口理论

一、时分多址（TDMA）

GSM中：上行频率：890－－915MHZ

下行频率：935－－960MHZ

共分为124对双工载频，载频间隔为200KHZ。每载频共分8个时隙，即为8个信道。总信道数为124×8＝992个信道。

124个频点中包含了联通，邮电GSM和TACS。第三页，共183页。关于“下行链路”和“上行链路”的概念

手机基站上行链路下行链路第四页，共183页。4/12频率分组方法3/9频率分组方法MRP频率分组方法1/3频率分组方法无线频率的分组方案第五页，共183页。小区频率分组4/12第六页，共183页。D3D1C1B3B2C2B1A2D2A1C3A3D3D1C1B3B2C2B1A2D2A1C3A3D3D1C1B3B2C2B1A2D2A1C3A3D3D1C1B3B2C2B1A2D2A1C3A3D3D1C1B3B2C2B1A2D2A1C3A3同频小区第七页，共183页。第八页，共183页。第九页，共183页。第十页，共183页。

在频率资源较紧的地方可采用多频复用模式：

如在系统中如果有50频率可用，则在进行频率分组时不进行规则的分配，而采用不等的方式进行分配：如12/12/10/10/6规律来进行频率分配。其规律由理论及网络实际干扰的情况来分析得出的。第十一页，共183页。MRP频率分组（4/12）表A1B1C1D1A2B2C2D2A3B3C3D394939290898887868584838281807978777675747372717069686766656463626160595857565554535251504948

47464544434241403938

37363534333231302928

2726252423222120

1918171615141312

11109876

54321

第十二页，共183页。二、GSM信号处理（一）GSM中的技术难点

1、时间色散

2、时间提前

3、话音编码压缩话音数据的比特速率

4、误码处理采用信道编码、交织、跳频等技术。第十三页，共183页。1、时间色散010101010101010101第十四页，共183页。

在接收端，由于射频信号的反射作用，接收机接收到的信号是多种多样的，其中有的反射信号来自远离接收天线的物体，比直射的信号经过的路程长很多，因而形成相邻符号间的相互干扰。这种现象称为时间色散。如图所示：基站发射101010的数字序列，一路是直射至移动台，一路经物体反射至移动台，可见反射信号比直射信号经过路程长。在GSM系统中，比特速率为270Kbit/s，则每一比特时间为3.7us，也即是一比特对应1.1Km。假若反射信号经过的路程比直射信号经过的路程长1.1公里，则移动台就会在接收到的有用信号中混有比它迟到一个比特时间的一个信号，即移动台同时会收到一个为“1”的信号和一个为“0”信号，这种现象会使移动台接收时的误码率升高。第十五页，共183页。05432167322、时间提前第十六页，共183页。

由于采用了TDMA技术，因此要求移动台必须在指配给它的时隙内发送，而在其余时间则必须保持沉默。否则它将对使用同一载频上不同时隙的另一些移动台的呼叫造成干扰。如图所示：某一移动台非常靠近基站，指配给它的是时隙2（TS2），它只能利用该时隙进行呼叫，在该移动台呼叫期间，它向远离基站的方向移动。因此，从基站发出的信息，将会越来越迟地到达移动台，与此同时，移动台的应答信息也将越来越迟地到达基站。如果不采取任何措施，则该时延将会长到使该移动台在TS2发送的信息与基站在TS3接收到的信息相重迭起来，引起相邻时隙的相互干扰。所以，在呼叫期间，要监视呼叫到达基站的时间，并向移动台发出指令，使移动台能够随着它离开基站距离的增加，逐渐提前发送信号，这个移动台提前发送信号的时间称为定时提前时间（TA）。第十七页，共183页。（二）、话音编码

GSM中话音编码采用混合编码器，其编码过程分为：第一阶段：话音分段。

64KBIT\S的话音分成20MS一段进行编码。第二阶段：编码。每20MS话音编成260BIT的数码。即比特速率为：260\20=13KBIT\S第十八页，共183页。

在GSM系统中，由于无线信道的带宽只有200KHZ，且无线信道为变参信道，传输数字信号的误码率高，因此，话音信号在无线信道上传送之前应进行处理，使话音数字信号能够适合无线信道的高误码、窄带宽的要求，本节主要讲述CME20系统对话音的处理过程，包括PCM编码技术、话音编码技术、信道编码技术、交织技术、突发脉冲形成技术、均衡技术、分集接收技术和移动台的构成框图。

PCM编码方式是一种波形编码器，这类编码方式传送的是实际波形的直接信息，其编码过程是先对模拟信号进行取样，再对取样值进行量化，然后进行编码形成数字信号，即是我们较为熟识的取样、量化、编码的过程。在现在的公用电话中通常采用这种编码方式，它质量相应较高，但需要很的比特速率，公用电话中每个话路的比特速率为64Kbit/s。这样高的比特速率不适应在GSM系统中的无线信道中传输。第十九页，共183页。

在公用电话网中用户电路的模拟信号经PCM抽样、量化、编码后形成每个话路的数字信号速率为64Kbit/s，在GSM系统中，无线信道也采用数字信号，但每载频的带宽只有200KHZ，如果采用传统的PCM编码方式，则每个移动台的数字话音比特速率为64Kbit/S，8个用户至少为512Kbit/S，调制后的频带远远大于200KHZ，因此必须采用其它的编码方式来降低每个话路信息编码所需的比特率。当前的话音编码方式主要有三种：波形编码、声音编码和混合编码。CME20系统中采用了混合编码方式。波形编码器具有音质好的特点，但比特速率要求高；声音编码器具有编码比特速率低的特点，但音质较差；混合编码器为波形编码器和声音编码器两者的结合，吸取两种编码器的优点，使话音编码后的比特速率能够满足GSM系统中无线信道的传输要求，而又能保证一定的话音质量，但话音质量比公用电话的PCM编码方式差。第二十页，共183页。分段话音编码64Kbit/s20ms20ms260bit260bit/20ms=13Kbit/s编码前话音编码后话音

其编码过程为：先对64Kbit/S的数字话音进行分段，每段20ms，然后再进行混合编码，每20ms的话音编成260个比特，即比特速率为260bit/20ms=13Kbit/S，这样每路话音的比特速率从64Kbit/S降至13Kbit/S。第二十一页，共183页。（三）、信道编码作用是克服无线信道中传输过程的误码。由于在GSM系统中的无线信道为变参信道，传输时的误码较为严重，采用信道编码能够检出和校正接收比特流中的差错，克服无线信道的高误码缺点。信道编码的纠错和检错原理可以从下面简单的例子看出：假定要发送的信息是一个“0”或是一个“1”。为了提高保护能力，以这样简单的方式添加3个比特，对于每一个比特（0或1），只有一个有效的编码组（0000或1111）。如果收到的不是0000或1111，就说明传输期间出现了差错，差错的情况有三种，错一个比特、错二个比特和错三或四个比特。由图例可见，错一个比特可以校正；错二个比特时不能够校正，但能够检出；错三或四个比特才发生误码。所以，这个简单的编码方式能够校正一个差错和检出二个差错。由此例可见信道编码可以纠错和检错。

第二十二页，共183页。

在CME20系统中，信道编码采用了卷积编码和分组编码两种编码方式。卷积编码具有纠错的功能；分组编码具有检错的功能。同时由于编码时要添加比特，而使话音信号的比特速率升高，所以不能对全部的话音比特进行编码，而是只对部分重要的比特进行编码。

GSM中采用分组编码和卷积编码两种编码方式。把话音编码产生的260比特分成

50个最重要比特

132个重要比特

78个不重要比特对50个比特先添加3个奇偶检验比特（分组编码）。再与132比特和4个尾比特一起卷积编码，比率为1∶2，形成378个比特。另外78个不重要比特不予保护。第二十三页，共183页。2：1第二十四页，共183页。

信道编码的过程是：50个最重要的比特先加入3个比特进行分组编码，再与132个重要比特一起加入4个比特进行第二次分组编码，然后再按1：2的比率进行卷积编码，形成378个已编码比特，78个不重要比特不进行编码。这样，260个比特的数字话音信号经信道编码后成为456个比特。第二十五页，共183页。（四）交织在实际应用中，比特差错经常成串发生。这是由于持续时间较长的衰落谷点会影响到几个边续的比特。而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是最有效的。采用交织技术，即是将码流以非连续的方式发送出去，使成串的比特差错能够被间隔开来，再由信道编码进行纠错和检错。在GSM系统中，由于采用了TDMA技术，所以移动台接收到的信号不是连续的，而是每帧接收到一串数据，信息量为257bit，所以信道编码后的20ms的话音要分成857bit，即分成8组，要4个帧才能送完。

第二十六页，共183页。

为克服比特差错经常成串发生，而信道编码只在检测和校正不太长的差错串时才最有效，利用交织可把一条消息中相继比特隔开，将它们以非相继的方式发送，从而使成串的差错化为较短的差错串。一次交织在20MS话音内进行二次交织在相邻的两个20MS话音间进行第二十七页，共183页。第二十八页，共183页。

在GSM系统中，信道编码器为每一段20ms的话音提供456个比特，根据上述的交织原理，把456个比特分成八组，每组57个比特，在4个TDMA帧发送。发送时按非连续的方式发码，即对它们作交织处理，其发码规律如图所示，这个比特的处理过程称为第一次交织。第一次交织是在20ms的话音中进行的。设某个用户进行通话，每20ms产生一个456bit的话音帧，假设现有A、B、C、D四帧，每帧第一次交织后形成8组，每组57个比特，如果每帧的257个比特是取自同一话音帧并插入同一突发脉串，那么该突发脉冲串如果丧失将会导致总共丧失25%的比特，而信道编码难以对付丢失这么多的比特，所以必须在两个话音帧间再来一次交织。第二十九页，共183页。

第二次交织是在两个20ms的话音之间进行的，其原理如图所示，第二次交织后，每串突发脉冲串发送相邻两个20ms各57个比特的信息，每20ms的话音要分成8个TDMA帧才能送完。二次交织将增加系统的时延，但却能经得住丧失整个突发脉串的打击。因为丧失一个脉冲串只影响每个话音帧比特数的12.5%，而这是能通过信道编码加以校正的。（五）调制采用高斯滤波最小频移键控（GMSK），比普通的MSK更窄的带宽，但代价是减小了对噪声的抵抗能力。第三十页，共183页。（六）跳频瑞利衰落的衰落图形是与频率相关的，即衰落谷点将因频率不同而发生在不同的地点。这样如果在呼叫期间，让载波频率在几个频率点上变化，并假定只在一个频率上有一衰落谷点，那么仅会损失呼叫的一小部分，而采用复杂的信号处理过程能重新恢复全部信息内容。这种方法称为跳频。在呼叫期间，载波频率在几个频率上变化，以克服瑞利衰落。因瑞利衰落谷点只是对某一个频点有效，对另一个频点无效。另外，跳频与不连续发射可以降低干扰，但当大负荷时，所有的发信机都同时打开，碰撞的机会很大，跳频的作用体现不出来。若按照4/12分组方案，邻频碰撞也无妨，但若采用多频复用技术，邻频的距离小于12，彼此干扰变大，若采用跳频技术，且负荷不大时，可以减小碰撞机会。第三十一页，共183页。（七）天线（空间）分集接收

GSM中的实现分集的方法是使用两个接收天线，它们受到的衰落影响是不相关的。它们两者在某一时该经受某很深衰落点影响的可能性很小。利用两付接收天线来接收信号，它们独立接收同一信号，并因此受到衰落包络的不同影响，当合成来自两付天线的信号时，衰落的程度能被减小。在900MHZ频段，天线间距5米~6米，可得到6dB左右的增益。在1800MHZ频段，由于波长较短，所以天线间距可以缩短。（八）均衡器用于消除时间色散，当出现反射信号时，移动台收到的可能是直射信号和反射信号，按一比特1.1公里计算，两种信号的路径差距是1.1公里时，移动台收到的可能是两个比特，如0和1，这时移动台无法取舍。第三十二页，共183页。最小值原则接收码输出信道模型相关器357126313？126？31比较57RBS基站发信序列

M移动台接收序列

N移动台码发生器第三十三页，共183页。

假设基站的发信序列为A（t），无线信道的规律为G（t），移动台的接收到的序列为B（t）。如果我们知道了无线信道的规律G（t），并且知道移动台的接收序列B（t），那么可以计算出基站的发信序列A（t）。

基站的发信序列A经无线信道的传输后到达移动台，移动台所接收的序列为B，B序列中的26个训练比特被提出来后经相关器的计算形成信道模型的控制参数去控制信道模型，使道模型与实际的无线信道相似，然后码发生器产生可能出现的基站发信序列经信道模型后与接收到的实际接收序列相比较，经比较后，差值最小的码发生器所产生的序列作为接收到的数据输出。第三十四页，共183页。（九）突发脉冲串的形成在GSM系统中，一个TDMA帧每时隙只能送出257个比特，并以不连续的脉冲串形式在无线信道上传送，因此除了257个比特的话音数据外，还必须加入其它的一些比特，这些比特包括前后各3个尾比特（TB），用于帮助均衡器知道突发脉冲串的起始位和停止位；26个训练比特，用于均衡器计算信道模型；两个1比特的借用标志，用于表示此突发脉冲序列是否被FACCH信令借用。插入这些比特后，信号的数码率从22.8Kbit/s升至33.8Kbit/S。第三十五页，共183页。话音编码信道编码突发脉冲串形成调制器发射机A/D分段交织加密均衡解码均衡器接收解调D/A话音解码去交织解密13KB/S2.8KB/S33.8KB/S移动台框图第三十六页，共183页。

话音先要经A/D电路的数字化处理，分成20ms的音段。此后是话音编码，以降低比特率，信道编码以控制差错。经交织处理和加密，然后，这些比特形成8个1/2突发脉冲串（对应每20ms的话音）。最后，它们填充在适当的时隙内，以约270Kbit/s的速率发送。接收机的工作流程是：接收突发脉冲串，在均衡器中计算评估比特序列的同时，还建立起信道模型。在全部8个1/2突发脉冲串接收齐和解密之后，它们被重新装配成456个比特的消息。该消息序列被解码，以便检测和校正传输期间的差错。解码器使用来自均衡器的、能改善差错校正功能的软信息，即比特正确的概率。最后是对该比特流进行话音解码，把它转换成模拟话音。第三十七页，共183页。（十）用户识别卡（SIM卡）

SIM卡是含有微处理器的智能卡。在它的存储器中含有SIM卡本身序号、状态、鉴权键、密钥、IMSI用户密码等信息，有两个密码PIN码及PUK码。第三十八页，共183页。三、无线数字信道物理信道是指一个载频上一个TDMA帧的一个时隙，它相当于FDMA系统中的一个频道。用户通过某一个载频上的个信道接入系统通信。用户在该入道上，即该时隙上发出的信息比特流被称为突发脉冲序列。逻辑信道是从信息内容的性质角度定义划分的。把信道上传递的内容分成业务信息（话音、数据等）和控制信息（控制呼叫进程的信令）两大类。定义与之对应的逻辑信道称为业务信道和控制信道。业务信道（TCH）用于传送编码后的话音或数据信息。控制信道（CCH）

用于传递控制信息如控制呼叫进程的信令的信道传送控制信息第三十九页，共183页。

1、控制信道（CCH）控制信道分为广播信道、公共控制信道和专用控制信道三种。

1、广播信道包括FCCH、SCH、BCCH三种信道。其特点为下行信道，且是点对多点的方式，用于向移动台传递小区的各项广播信息，使移动台与基站取得同步。频率校正信道向移动台传递频率校正信号，使移动台能调到相应的频率上。同步信道用于向移动台传送帧同步号，即TDMA帧号，同时也传送基站识别码BSIC。广播控制信道用于向移动台传送所有小区的通用消息。如LAI、小区内允许MS最大输出功率、相邻小区的BCCH载频等。第四十页，共183页。2、公共控制信道包括PCH、RACH、AGCH三种信道。该类信道主要用于寻呼被叫，以及完成移动台所需专用控制信道的申请和分配。所以移动通信的实现不仅要有传递话音的业务信道，而全要相应的控制信道配合才行。寻呼信道用于在小区内寻呼移动台，是下行信道。PCH含有被叫移动台的号码信息，故只有相应的移动台才会响应。随机接入信道是一个点对点的下行信道。当移动台经RACH申请到专用信道后，系统经AGCH将分配给该移动台的专用信道通知移动台。所以AGCHRACH成对使用。3、专用控制信道由SDCCH、SACCH、FACCH三种信道组成，用于向特定的呼叫提供专门的信道来传递其专用信令信息。是点对点的双向信道。

第四十一页，共183页。

独立专用控制信道是一个点对点的双向信道，主要用于在移动台呼叫建立之前，即在使用TCH之前，传送系统信息：如登记和鉴权呼在此信道上进行。慢速随路控制信道，它与一个业务信道或一个独立专用控制信道相关,用于传送有关连接信息的点对点的双向连接数据信道。如传送服务小区及相邻小区的信号强度，移动台功率等级管理等信息。快速随路控制信道与一个TCH相关，用于传送速度（实时）要求高的信令信息，它工作于借用模式，每当需要传送该类信息时，例如需要完成一次切换，则需借用TCH，即当前的一个20ms的话音信息位置被借用来传送这些信息。由于译码器会重复最后20ms的话音，故这种中断不会让用户感觉到。第四十二页，共183页。

系统信息共有8大类，分别是1、2、3、4、5、6、7、8，其中2中含有：2、2bis、2ter，

5中含有5、5bis、5ter，所以总共有12种系统信息，系统信息1仅用于跳频，所以称为选择项。其中1、2、3、4、2bis、、2ter、7、8都在BCCH上发送，由IDLE模式下的移动台接收。5、5bis、5ter、6在SACCH上发送，由ACTIVE模式下的移动台接收。一般来说所有系统信息在连续的8个51复帧中发送完，如下图示：BBBBBBBBBBBBTC701234567012GSM90041(3)*234

32341(3)23复帧E-GSM,GSM180041(3)23432bis341(3)23GSM1900Multiband41(3)23432ter341(3)23Multiband41(3)2342ter2bis341(3)23上图中的TC表示复帧序列号，可以看出，当TC=4、5时，发送的内容是可选的，其它是固定的。TC=0固定发送跳频信息，当出现上图示的1（3）时，表示跳频时发类型1，不跳频时发类型3当类型4中发送的关于小区重选信息不够完整时，由类型7、8补充。且在TC=7、3时发送（上图示）对于类型5、6在下行的SACCH上发送，并没有复帧规范，除非切换完成后要立即发送类型5、6。系统八类信息第四十三页，共183页。系统信息类型1

（频率信息）此类型仅用于跳频时，发送内容为：第一、小区信道描述。用于通知移动，小区采用的频带与可以供跳频用的频点。对于GSM900与GSM1800采用的格式是不同的。对于GSM900：有一个BITMAP0（比特位图）用于描述两方面信息，分别为：CA-NO，取值分别为：0、1、2，代表，GSM900、GSM1800、GSM1900。CA-ARFCN，采用的有效射频频点，当为GSM900，将有一个相应于124个频点的124位图，当某个频点被采用时，相应的比特位被置为1，否则将被置为0.对于GSM1800情况点不同。由于频点太多，不用位图，而用别的编码方式，FORMAD-IND=来描述编码方式，后面跟一串编码比特来表示。第二、RACH控制参数，描述的两个数据为；ACC、EC，ACC称为接入控制等级，分为0-9与11-15，0-9表示普通级，所有移动台被定义为0-9，11-15为优先级，10表示EC，如果此位取0，表示所有移动台允许进行紧急呼叫，取1时，只有11-15优先级的移动台可以进行紧急呼叫。

CB——小区禁止标志，用一个比特表示。

RE——用一个比特表示是否可以进行呼叫重建，断开后的重新占用。

MAXRET——移动台接入系统时的允许最大重发次数，取值：1、2、4、7TX——移动台接入系统时允许重发的时隙间隔数。总结：所有参数如下1、CellChannelDescription：

GSM900：CA-NO、CA-ARFCNGSM1800andGSM1900：FORMAT-ID+编码数据2、RACHControlParameters：

ACC、EC、RE、CB、MAXRET、TX第四十四页，共183页。系统信息类型2：（相邻小区的BCCH、扩展频带、其它频带、多频带）一、邻近小区描述：对于GSM900，有如下三个数据BA-NO：BCCH使用频带描述，当BA-NO=0时，表示GSM900。BA-IND：BA表变化标志，当操作者修改BA表时，BA-IND从1变0，或从0变1。让MS决定是否要更新BA表。BA-ARFCN：移动台要测量信号强度的有效射频频点，采用124位图表示，当存在某为邻区频点时，相应124位图中的比特位被置为1，不存在的频点的相应位置被置为0。对于GSM1800/1900，有如下两个数据；FORMAT-ID：相邻小区不同频率表示格式的描述，实际上是用一种编码来表示。EXTRA-IND：如果类型2、5不能描述完整的频率信息，则其余的部分将在2BIS和/或2TER（ACTVIE模式时是在5BIS/5TER）。此数据也称为频率扩展描述数据。取0表示类型2、5能描述完整的频率信息，取1表示不能。BA-IND：编码计划的描述，1比特.NCCPERM：描述相邻小区所属网络的NCC，有一个8比特位图，当描述的比特为n时，允许的网络识码为n-1。二、RACH控控制参数。参考信息类型1总结；所有参数为

1、NeighborCellsDescription：

GSM900：BA-NO、BA-IND、BAARFCN。GSM1800/1900：FORMAT-ID、EXTIND、BA-IND2、NCCPermitted：NCCPERM3、RACHControlParametersTYPE2BIS1、NeighborCellsDescription(Extension)使用GSM1800/1900时2、RACHControlParametersTYPE2TER1、AdditionalMultibandInformation：MULTIBANDREPORTING2、NeighborCellsDescription(OtherBands)3、RACHControlParameters第四十五页，共183页。Time:09:58:30.28Lat:notvalidLon:notvalidFramenumber:1014196Readfrom(ARFCN):38CellIdentity:1089(hex)——4个16进制位，共16比特。Locationareaidentification——LAI=MCC+MNC+LACMobilecountrycode(MCC):240Mobilenetworkcode(MNC):01Locationareacode(LAC):0bc4(hex)ControlchanneldescriptionAttach/detachallowed(ATT):Yes——通知移动台系统使用IMSI的附着（ATT=1）BS-AG-BLKS-RES:1——AGBLK=1CCCH-CONF:1basicphysicalchannel,notcombinedwithSDCCH’sBS-PA-MFRMS:9multiframesperiod——MFRSM=9T3212timeoutvalue:40——周期性登记周期为4小时。系统信息类型3（用于C2）CelloptionsPowercontrolindicator(PWRC):Notset——内容太多参考下一张DTXindicator:MSshallusediscontinuoustransmissionRADIO-LINK-TIMEOUT:20——RLINKUP=20CellselectionparametersCELL-RESELECTHYSTERESIS:6dBRXLEVMS-TXPWR-MAX-CCH:5——移动台使用的最大功率级，C1算法是的CCHPWRRXLEV-ACCESS-MIN:0——ACCMINRACHcontrolparametersMaxretransmissions:4——MAXRET=4Tx-integer:20——TX=20，表示移动台接入时的间隙时隙数Cellbaraccess:Notbarred——CB=NOCallreestablishment(RE):Notallowed——RE=NOEmergencycall(EC)allowed:AllMS——EC=0Notbarredclass(es)(ACC):0123456789101112131415第四十六页，共183页。关于类型3中解出的PWRC：PWRC=1表示设置此功能，PWRC=0表示不设置此功能。详述：当使用跳频与动态功率控制时，将出现如下一个问题：*BCCH是不参与动态功率控制的，即是说BCCH载波的功率是不变的，整个载频，8个TS都不变，但BCCH载波是参与跳频的。*ACTVE模式下的TCH是在多个载波中发送的，其中包含BCCH载波与DCH载波，测量值也是对两种载波的测量结果，BCCH载波是不参与动态功率控制的（即以最大功率发送），而DCH载波是参与的（且功率是向下调的），之后取平均值，这样的结果用来代替BCCH的强度将不准确。当PWRC=1时，表示MS的测量中不包含BCCH载波的测量，而PWRC=0时表示MS的测量中包含BCCH载波的测量，ERICSSON的缺省值是PWRC=0。并有一个特殊的计算公式来补偿BCCH载波的信号强度。RLINKUP：无线链路超时，一般取16，每步取4，这是一个公认的无线链路释放标准，下面详述当MS在SACCH周期（480ms）中能成功解码，则RLINKUP计数器加2，不成功时减1，减至0时无线链路必须释放。NECI：取值0/1，表示系统是否支持PHASE2移动台的重新建立。系统信息类型3中的RACH控制参数与类型1同。系统信息类型3中的其它比特，主要用于C2算法。2TI：取0时表示BCCH中并不存在2TER信息类型，取1时表示BCCH中存在2TER信息类型。2TI（2TERINDICATION）PI：用于标志C2参数是否在系统信息中广播。取0时“不”，取1时“是”。第四十七页，共183页。CBQ——CELLBARREDQUALITY，小区禁止性质，取值为0、1，用于控制移动台的小区选择与重选。与另一个参数配合以关掉系统信息类型7、8。CRO——CELLRESELETOFFSET。小区重选的正负补偿值，取值0-63，相应的值为0-126dBTO——TEMPORARY-OFFSET，C2算法中的执罚期间执行的信号负补偿值PT——PENALTYTIME，C2算法中的执罚时间第四十八页，共183页。总结：类型3的所有参数1、LocationAreaIdentification(LAI)2、CellIdentity(CI)3、ControlChannelDescription(ATT、CCCH-CONF：SDCCH、AGBLK：BS-GS-BLKS-RES、MFRMS：BS-PA-MFRMS、T3212）4、Celloptions（DTX、PWRC、RLINKT：RADIO-LINK-TIMEOUT）5、CellSelectionParameters（ACCNIM、CCHPWR、CRH、ACC、NECI）6、SI3RestOctets（2TI、PI、CBQ、CRO、T0、PT）第四十九页，共183页。系统信息类型4：（短信息）此类型主要用于小区CBCH：小区是否使用小区广播功能，以及告知MS在哪个载波上发CBCH信息。另外：LAI、RACH控制参数与SI3RESTOCTETS参数也存在于此类型中。ACS——小区重选的附加参数指示，取值为0、1。

ACS=0——PI值与任何存在的小区重选C2参数属于类型4中的RESTOCTETS部分。

ACS=1——PI值与任何存在的小区重选C2参数属于类型7、8

由上面可知：是否使用类型7、8是由CBQ与ACS组合来控制。类型4中的CBCH信道描述：这一内容主要描述SMS小区短信息广播时的信道合并与子信道结构例如SDCCH/4+SACCH/4或CBCH等。TN——用于描述CBCH使用的时隙号。TSC——训练比特代码，一般取值与BSIC中的BCC相同。H——取0表示CBCH只占用单个射频信道，取1表示占用的是跳频信道。

H=0thechannelselectorfield中包含有效的射频信道号

H=1

thechannelselectorfield中包含有移动台的分配索引补偿值MAIO，跳频序列号HSN。当系统信息H=1（指示跳频时），必须有一个数据MAC来指示使用的跳频频率。参考类型1中的小区信道描述。类型4中的RACH控制参数与类型1同；系统信息类型4中的SI4RESTOCTETS：用于描述C2算法参数与SI3RESTOCTETS，包含下列数据：PI,CBQ,CELL_RESELECT_OFFSET,TEMPORARY_OFFSET,andPENALTY_TIME.第五十页，共183页。类型4主要参数1、LocationAreaIdentification(LAI)2、CellSelectionParameters（ACS）3、RACHControlParameters4、CBCHChannelDescription(Optional)：

CHANNELTYPE、TN、TSC、H、CHANNELSELECTOR5、CBCHMobileAllocation(Conditional)：MAC6、SI4RestOctets：

PI、CBQ、CELL_RESELECT_OFFSET、TEMPORARY_OFFSET、

PENALTY_TIME。第五十一页，共183页。系统信息类型5（注意5、6都在SACCH上发送）处于ACTIVE模式下的移动台，有一个激活的SACCH信道。上行时用于发送测量汇报，下行时用于网络发送输出功率控制值与TA值。一定条件下移动台在SACCH上接收相邻小区的BCCH频率信息（ACTIVEBA表），之后移动台要测量与汇报这些载波的信号强度，以提供切换依据。这里的BA表与类型2中的BA表是不同的（实际上便是IDLEBA与ACTIVEBA）。ACTIVE模式下移动台测量较少的BCCH以便提高精确度，而在移动台开机，为减小与系统的连接时间，它必须测量较多的BCCH载波。当然只有当移动台在关机前已保存有一份IDLEBA表，才能真正做到节省接入时间。类型5中给出也是一份BAARFCN的表格，实际上与类型2相同，也是一份124比特位图，取0的比特位表示此频点不存在，取1时相应频点存在。系统信息类型5BIS；如果某个相邻小区是外部小区，则此小区的BCCH频率信息由5BIS来携带。系统信息类型5TER：如果外部小区是不同频带的小区（多频带操作中不同频带使用不同BSC，所以将出现此情况）则此外部小区信息由此类信息类型来携带。第五十二页，共183页。类型5的主要参数1、NeighborCellsDescription2、TYPE5BIS：

NeighborCellsDescription(Extension)3、TYPE5TER：

AdditionalMultibandInformationSystemInformationNeighborCellsDescription(OtherBands)第五十三页，共183页。系统信息类型6处于ACTIVE模式下移动台必须知道是否LAI已变化，如果变化的话，在呼叫释放后它必须进行位置更新。另外如果切换的另一个小区属于同一个位置位，且两个小区的RLINKUP与DTX不同的话则新的小区选择也必须汇报至MS。第三种信息是NCCPERM。系统信息类型7如果类型4中并没有包含所有的C2参数，则余下的由此类型来携带，至于此类型的RESTOCTETS部分与类型4的RESTOCTETS同。系统信息类型8如果类型4中并没有包含所有的C2参数，则余下的由此类型来携带，至于此类型的RESTOCTETS部分与类型4的RESTOCTETS同。总之：类型7、8是类型4的补充。第五十四页，共183页。四、逻辑信道映射用于呼叫处理的各种逻辑信道和信令，实际上是由物理信道（以突发脉冲序列的形式）来传递的。因此有必要讨论各种逻辑信道与物理信道的关系，了解它们是怎样从自身的构成体系上被列入相应的物理信道上传送的。现在常用的映射方法有SDCCH/8和SDCCH/4两种映射方法，下面分两种来讨论。

1、业务复帧结构

TTTTTTTTTTTTATTTTTTTTTTTTI2、控制信道映射（1）SDCCH/8映射*TS0下行链路的映射

FSBBBBCCCCFSCCCCCCCCFSCCCCCCCCFSCCCCCCCCFSCCCCCCCCI

共51帧

第五十五页，共183页。·TS0上行链路的映射RRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRR·TS1上行和下行链路的映射D0D1D2D3D4D5D6D7A0A1A2A3IIID0D1D2D3D4D5D6D7A4A5A6A7III

下行链路

D0D1D2D3D4D5D6D7A0A1A2A3IIID0D1D2D3D4D5D6D7A4A5A6A7III

上行链路共102帧（每个DN或AN为四个TS）·SDCCH/4映射

FSBBBBCCCCFSCCCCCCCCFSDDDDDDDDFSDDDDDDDDFSAAAAAAAAI

下行链路的映射第五十六页，共183页。DDDDRRAAAAAAAARRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRDDDD

下行链路的映射

SDCCH/8的映射关系如图所示；假设一个BTS有n个双工载波，每个载波可有8个时隙TS。载波定义为C0C1C2…Cn。对于下行链路，C0上的TS0和TS1只用于映射控制信道，其余所有时隙用映射TCH，因此，C0也被称为BCCH载波。其余的载波上的所有时隙全部用于映射TCH。在C0载波上，BCH和CCCH映射在时隙TS0上；SDCCH和SACCH映射在时隙TS1上；其余的时隙映射TCH。TS0上的映射序列是一遍遍重复，即在出现一个空闲帧之后又从新开始映射，其复帧的重复长度为51个TDMA帧。TS1上映射序列也是不断重复的，其重复长度从时间上讲是102个TDMA帧，即复帧的帧为102帧。

第五十七页，共183页。对于上行链路，载波C0上的TS0和TS1跟下行链路一样也只用于映射控制信道，TS0上全部用于映射RACH；TS1上的映射方案与下行链路的映射方案相同。

TCH的映射方案如图所示，其中还包括映射了SACCH和空闲帧I，其复帧周期为26个TDMA帧。图中的F为频率校正信道FCCH；S为同步信道SCH；B为广播控制信道BCCH；I为空闲帧，不包括任何信息；T为业务信道TCH；D为独立专用控制信道SDCCH；A为慢速随路控制信道SACCH；R为随机接入信道RACH。

SDCCH/4的映射关系如图所示；假设一个BTS有n个双工载波，每个载波可有8个时隙TS。载波定义为C0C1C2…Cn。对于下行链路，C0上的TS0只用于映射控制信道，其余所有时隙用映射TCH，其映射关系如图所示。

第五十八页，共183页。

可见在TS0的下行链路上映射了FCCH、SCH、CCCH、BCCH、SDCCH、SACCH和空闲帧I等控制信道。对于上行链路，载波C0上的TS0跟下行链路一样也只用于映射控制信道。其映射关系如图所示。可见在TS0的上行链路上映射了RACH、SDCCH、SACCH和空闲帧I等控制信道。

TCH的映射方案与SDCCH/8的映射方案相同。第五十九页，共183页。AGBLK：取值0--7，用于在1帧FSBBBBCCCCFSCCCC

中留0--7组CCCC用于AGCH信道用。

MFRMS：MS收叫PCH的时间间隔。取值2－9。在51复帧中（FSBBBBCCCCFSCCCCCCCC）共有9组CCCC，这9个组都可用于对移动台的寻呼，一个移动台只占用其中一组（移动台依据IMSI知道属于那一组），此时便称为寻呼子组。上述参数用于定义系统发送（或移动台收听）寻呼信息到同一个寻呼子组的周期是2个51复帧（18个寻呼子组）至9个51复帧（81个寻呼子组）。定义为2时，有18个移动台同时收听；定义为9时有81个移动台同时收听寻呼。可见这个数据与小区载波数有关。处于空闲模式时的移动台不必一直收听，在寻呼子组的空隙处可处于SLEEPING模式，这样有利于降低损耗。第六十页，共183页。第六十一页，共183页。MAXRET接入系统的最多次数，取值是1247四种。ATT决定小区中的移动台是否使用IMSI识码的分离/附着，关机送分离信息至VLR，开机送附着至HLR。取NO/YES两种。

TX决定接入时间间隔，取值312141620253250

（个TDMA帧的时间），如取12时，则移动台将等待

250毫秒再加上1--11个TDMA帧的时间（12之下的一个随机数），之后再下次接入。第六十二页，共183页。五、突发脉冲序列1、普通突发脉冲序列（除RACH、SCH、FCCH 外的信号）：2、空闲突发脉冲序列：3、频率校正突发脉冲序列：4、同步突发脉冲列：5、接入突发脉冲序列：35712615738.25314238.25339643938.2535712615738.25868.2541363第六十三页，共183页。

突发脉冲序列是指移动台与基站间一个载频上8个时隙中任一时隙内（即在一帧中）发送的信息比特流，约为156.25bit。其结构在前面已经有初步的介绍。突发脉冲序列分为五种类型：普通突发脉冲序列、空闲突发脉冲序列、频率校正突发脉冲序列、同步突发脉冲序列和接入突发脉冲序列。普通突发脉序列用于携带TCH及除RACH、SCH和FCCH以外的控制信息。其结构如图所示。包含用于均衡器识别起始位和停止位的尾比特TB；257个加密的数据或话音；用于表示此突发脉冲序列是否被FACCH信令借用的2个比特的借用标志；8.25比特的保护空间，防止每帧中8个时隙的突发脉序列发射时不互相重迭。

第六十四页，共183页。GSM原理及其网络优化

GSM无线接口理论GSM网络结构GSM主要过程及参数优化第六十五页，共183页。一、系统的构成

GSM基本上可分为两部分：交换系统（SS）和基站系统（BSS）（一）、交换系统（SS）交换系统包括下列功能单元：移动业务交换中心（MSC）拜访位置寄存器（VLR）归属位置寄存器（HLR）鉴权中心（AUC）设备识别寄存器（EIR）短信息服务中心（SC）操作维护中心（OMC）第六十六页，共183页。AUCGMSCVLREIROMCMSCBSCBTSMSISDNPSPDNCSPDNPSTNPLMNSSBSS交换系统基站系统基站系统信息传输基站系统呼叫连接和信息传输HLR第六十七页，共183页。

一个MSC控制多个基站控制器，它控制移动用户自、至PSTN、ISDN、PLMN、公用数据网的呼叫。移动汇接和网络入口功能都由MSC来实现。

HLR寄存用户的鉴约信息，如补充业务、鉴权参数，此外还有MS的位置信息和IMSI，ISDN码等。

VLR是一个动态数据库，它包含了当前位于相应的MSC服务区的全部MS的有关信息（IMSI码和位置信息LAI）。VLR还包括当前的MSC中该MS的更为详细的位置信息。与其它网络的接口通过GMSC，GMSC称为入口移动交换中心（GATEWAY－网关或门道交换局）。第六十八页，共183页。AUC与HLR相连，是向HLR提供出于安全原因而使用的鉴权参数和密钥。即三参数组。

EIR与MSC相连，对接入系统的移动台的设备进行识别。下面讲述系统的鉴权、加密和设备的识别过程：第六十九页，共183页。*鉴权、加密及设备识别

1、下列情况需先经过鉴权

1)移动台呼出及呼入。

2)移动台位置登记、位置更新。

3)移动台补充业务的登记、使用、删除。

2、鉴权过程第七十页，共183页。鉴权过程：1、用户购机入网时，电信部门将IMSI号和用户鉴权键Ki一起分配给用户。同时，该用户的IMSI和Ki存入AUC。2、在AUC鉴权中心按下步骤产生一个用于鉴权和加密的三参数组。

1）产生一个不可预测的随机数RAND。2）以IMSI、Ki和RAND为输入参数由两个不同的算法电路（A8和A3）计算出密钥Kc和符号响应SRES。3）将RAND、SRES、Kc组成一个三参数组送往HLR作为今后为该用户鉴权时使用。3、HLR自动存储1~10组每个用户的三参数组，并在MSC/VLR需要时传给它。而在MSC/VLR中也为每个用户存储1~7组这样的三参数组。这样做的目的是减少MSC/VLR与HLR、AUC之间信号传送的频次。4、在呼叫处理过程中，MSC向需被鉴权的移动台发送一组参数中的RAND

号码，移动台据此再加上要身SIM卡内存储的IMSI和Ki作为A3鉴权运算电路的输入信号，算出鉴权的符号响应SRES并将其送回MSC/VLR。5、MSC将原参数组中由AUC算出的SRES与移动台返回的SRES比较，若相同，则认为合法，允许接入，否则为不合法，拒绝为其服务。第七十一页，共183页。IMSI1IMSI2KiKiRANDKcSRESRANDKcSRESRAND加密算法Ａ8鉴权算法Ａ3结果结果数据库IMSI和鉴权产生随机数HLR三参数组的产生过程第七十二页，共183页。AUCHLRMSC/VLRMS算法A3RANDKiSERSRAND接入请求SRESAUCSRESMS?=存储HLR中所有用户的鉴权键Ki对所有用户产生一参数RAND/KC/SRES临时存储所有用户的三参数组(每用户1至10个)依请求发给VLR存储所有拜访用户的三数组(每用户1至7个三参数组)存储所有有关的用户信息NOYES系统的鉴权过程第七十三页，共183页。3、系统的加密过程：

1、鉴权程序中产生的密钥KC随RAND和SRES一起送往MSC/VLR。

2、MSC/VLR启动加密进程，发加密模式命令“M”

（一个数据模型）经基站发往移动台。

3、在移动台中对“M”进行加密运算（A5算法），其输入参数为KC、M和TDMA当前帧号。加密后的信息送基站解密。若解密成功（“M”被还原出来），则从现在开始，双方交换的信息（话音、数据、信令）均需经过加密、解密步骤。第七十四页，共183页。AUCHLRMSC/VLRBTSMS存储HLR中所有用户鉴权键Ki对所有用户产生三参数组临时存储所有用户的三参数组(每用户1至10个并请求发给VLR)存储所有拜访用户的三数组(每用户1至7个三参数组)存储所有与网路有关的用户信息监时存储KC用于与MS通话中的加密鉴权程序启动加密A5A5A8RANDKiKcKcMMKcTDMA帧号TDMA帧号加密后信息解密后信息与M比较是否加密完成加密不成功系统的加密过程第七十五页，共183页。4、移动设备的识别

1、MSC/VLR向移动台要求IMEI号，移动台送该号至MSC。

2、MSC/VLR将IMEI送EIR检查。

3、EIR中定义有三个关于移动用户设备的消息。

·白名单：记有全部合法移动设备号码。

·黑名单：记有全部被禁止使用的移动设备的号码。

·灰名单：记录有故障的移动设备号或末经型号认证的移动设备号。

4、EIR收到IMEI后，在以上三个名单中查找，并将结果送回MSC，以决定是否允许该移动设备使用网络。

第七十六页，共183页。EIRMSC/VLRMS存储所有不同GSM国家分配了移动设备识别码存储所有被列入灰/黑名单的设备存储本设备识别IMEI接入/禁止信息继续/停止呼叫建立程序检查IMEI发送IMEIIMEI请求呼叫建立移动用户设备的识别过程第七十七页，共183页。

在用户的移动台包括两部分，一部分是用户识别卡SIM），它寄存用户的鉴约信息，没有SIM卡，MS不能接入GSM网络，但是当用于紧急业务时除外。另一部分是用户设备（即话机，也可以使用另一个话机），这样为防失窃，系统配置了EIR，用来检验设备的合法性，可以禁止末经批准的话机设备使用。用户权与用户设备是分开的，用户设备只是一台有权收发信机，用户可以买卡租机，这也是一种新的业务。三种名单：白名单合法设备黑名单非法设备灰名单故障设备第七十八页，共183页。

图2

入口MSC的网络位置MSC/VLR业务区MSC/VLR业务区MSC/VLR业务区MSC/VLR业务区GMSC第七十九页，共183页。

GSM服务区PLMN服务区MSC\VLR服务区位置区小区图3CME20的网络结构第八十页，共183页。GSM/PLMN网络和其它PSTN、ISDN或PLMN网间的链路，将位于国际或国内汇接交换机的级别上。

GSM/PLMN网的全部入局呼叫将选路入口至一个或多个入口MSC。MSC作为GSM/PLMN的入局汇接交换机，它具有为移动终端的呼电询问呼叫路由的功能。它能使系统为呼叫选路至它们的最终的目的地——被叫移动台。在GSM/PLMN网络中，全部至移动终端的呼叫，都要选路至某一个具有入口功能的MSC，该MSC称为GMSC。

GSM/PLMN网络的区是由一个或几个MSC/VLR业务区构成，能够提供GSM/PLMN网络与其它通信网络间的链路，具有为呼叫查询、选接呼叫路由的功能的MSC称为入口MSC，简称GMSC。MSC服务区表示由该MSC所覆盖的服务区域，凡在该区的移动台均在该区的拜访位置寄存器（VLR）登记。因此，MSC总与VLR构成同一个节点，写作MSC/VLR。第八十一页，共183页。

每个MSC/VLR服务区又被分成若干个位置区，位置区是MSC/VLR服务区的一个部分，在一个位置区内，移动台可以自由地移动，不需做位置更新。一个位置区是广播寻呼消息以便找到某移动用户的寻呼区域。一个位置区只能属于某一个MSC/VLR。利用位置区识别码（LAI），系统能够区别不同的位置区。一个位置区又划分为若干个小区。每个小区具有专用的识别码（CGI），它表示网络中一个基本的无线覆盖区域。利用基站识别码（BSIC），移动台本身能区分使用同样载频的各个小区。第八十二页，共183页。GSM网络是一个可以全球范围内联网漫游的“全球通”系统，所以GSM业务区的范围可以覆盖全球，它的业务区由全球的全部成员国的GSM/PLMN业务区构成。一个国家可以有一个或多个的GSM/PLMN网络，每个GSM/PLMN网络可由多个MSC/VLR业务区构成，每个MSC/VLR业务区又被分成若个位置区，每个位置区又划分为若干个小区，每个小区是一个特定的BTS覆盖的区域。

GSM业务区：由全球所有的成员国的GSM/PLMN业务区所构成的覆盖区域。移动台可以在整个覆盖区域内漫游。GSM/PLMN业务区：一个网络运营商所运营的GSM/PLMN网络的覆盖区域。一个国家范围内可以一个或多个GSM/PLMN网络。

MSC业务区：表示网络中由一个MSC所覆盖的服务区域，凡在该区的移动台均在该区的拜位置寄存器（VLR）登记。所以，MSC总与VLR构成同一个节点，写作MSC/VLR。第八十三页，共183页。

位置区（LA）：位置区是MSC/VLR业务区的一部分。每一个MSC/VLR业务区分成几个位置区，在一个位置区内，移动台可以自由地移动，不需做位置更新。所以，一个位置区是广播寻呼消息以便找到某移动用户的寻呼区域。一个位置区只能属于一个MSC/VLR。利用位置区识别码（LAI），系统能够区别不同的位置区。

LA区域的划分要充分虑MS进行位置更新的频率和小区BCCH载波上PCH的数据量这两个方面的因素，尽量使MS移动较为频繁的地区划在同一LA区域内。小区（Cell）：它表示网络中一个BTS的无线覆盖区域，一个位置区可划分为若干个小区，一个小区是具有一个全球识别码（CGI）的。同时，利用基站识别码（BSIC），移动台本身能区分使用同样的载频的各个小区。第八十四页，共183页。GSM系统编号系统

1、移动台的国际身份号码ISDN（MSISDN）是在公用交换电话网编号计划中唯一地识别移动电话的鉴约号码。CCITT建议结构为：

MSISDN＝CC＋NDC＋SNCC＝国家码即在国际长途电话通信网中的号码(86)NDC＝国内目的地码

SN＝用户号码如1392223456－139222便是NDC，前三位用于识别网号，后三位用于识别归属区，目前开通的135--138实际上是同一个网。第八十五页，共183页。2、国际移动用户识别码（IMSI）是唯一地识别GSMPLMN网中某一用户的信息。

IMSI＝MCC＋MNC＋MSIN(460-00)MCC＝移动网的国家号码（与CC不同）

MNC＝移动网号

MSIN＝移动台识别号，最长为15位。

3、移动台漫游号码（MSRN）用于一次呼叫的路由选择。

MSRN＝CC＋NDC＋SNCC＝国家号

NDC＝国内目的地号码(用于识别MSC/VLR）

SN＝用户号，对应于用户的IMSI号码第八十六页，共183页。4、临时移动用户识别码（TMSI）用于保护IMSI码，