第六章 gsm及其增強移動通信系統(tǒng)

1、第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),程郁凡chengyf@uestc.edu.cn通信抗干擾技術(shù)國家級重點實驗室,前言,GSM概述GSM以前是Group Special Mobile(1982年設(shè)立)的縮寫，現(xiàn)在是(Global System for Mobile Communications)的縮寫GSM系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀100多個國家已建立了GSM網(wǎng)絡(luò)。移動通信用戶的大部分在使用GSM。,2024年3月,第六章 GSM及其

2、增強移動通信系統(tǒng),2,第六章內(nèi)容,6.1 GSM系統(tǒng)的業(yè)務(wù)及其特征6.2 GSM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)6.3 GSM系統(tǒng)的信道6.4 GSM的無線數(shù)字傳輸6.6 GSM系統(tǒng)的接續(xù)和移動性管理6.7 通用分組無線業(yè)務(wù),第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),3,2024年3月,6.1 GSM系統(tǒng)的業(yè)務(wù)及其特征,GSM系統(tǒng)的業(yè)務(wù)電信業(yè)務(wù)為用戶通信提供的包括終端設(shè)備功能在內(nèi)的完整能力的通信業(yè)務(wù)：電話、短信、圖文接入、傳真、語音信

3、箱等。承載業(yè)務(wù)提供用戶接入點間信號傳輸?shù)哪芰?4,圖6.1 GSM系統(tǒng)業(yè)務(wù)分類,圖6.2 GSM支持的基本業(yè)務(wù),附加業(yè)務(wù)對基本業(yè)務(wù)的補充。不能單獨向用戶提供，必須與基本業(yè)務(wù)一起提供，有來電顯示、呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫限制、計費通知、三方通話等。,第六章內(nèi)容,6.1 GSM系統(tǒng)的業(yè)務(wù)及其特征6.2 GSM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)6.3 GSM系統(tǒng)的信道6.4 GSM的無線數(shù)字傳輸6.6 GSM系統(tǒng)的接續(xù)和移動性管理6.7 通用分

4、組無線業(yè)務(wù),第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),5,2024年3月,6.2 GSM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),6,6.2.1 移動臺,移動臺(MS：Mobile Station)用戶端的設(shè)備總稱手持機、車載臺、便攜式臺組成：移動設(shè)備話音編解碼、信道編譯碼、加解密、調(diào)制解調(diào)、信息的發(fā)射和接收SIM卡(Subscriber Identity Module)客戶與設(shè)備分離存儲用戶身份信息安全保密,2024年3月,第六章 GSM及其增

5、強移動通信系統(tǒng),7,機,人,6.2.2 基站子系統(tǒng),8,基站子系統(tǒng),基站子系統(tǒng)（BSS：Base Station Subsystem）在一定的無線覆蓋區(qū)中，由MSC控制，與MS進行通信的設(shè)備。一個BSS可為一個或多個小區(qū)服務(wù)。,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),9,基站收發(fā)信臺（BTS：Base Transceiver Station）：BSS的無線部分，為一個小區(qū)服務(wù)的無線收發(fā)設(shè)備。基站控制器（BSC: B

6、ase Station Controller）： BSS的控制部分，負責(zé)無線資源和無線參數(shù)的管理。,基站產(chǎn)品,諾基亞室外 基站簡易配置，便于安裝含四收發(fā)信機容量較大諾基亞室內(nèi)基站解決室內(nèi)覆蓋的微蜂窩基站僅重2.4公斤，占地面積不超過一張A4紙。,10,基站控制器產(chǎn)品,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),11,諾基亞的BSC產(chǎn)品,6.2.3 網(wǎng)絡(luò)子結(jié)構(gòu),12,網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng),NSS：Network Subsys

7、temGSM系統(tǒng)的交換功能用戶數(shù)據(jù)與移動性管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫。組成：移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC, Mobile Switching Center)歸屬位置寄存器(HLR, Home Location Register)訪問位置寄存器(VLR, Visitor Location Register)鑒權(quán)中心(AUC, Authentication Center)移動設(shè)備識別寄存器(EIR, Equipment Ide

8、ntity Register),2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),13,移動業(yè)務(wù)交換中心,MSC（Mobile Switching Center）MSC是NSS的核心。MSC是交換機，除了一般的交換機功能外，還具有以下功能：,14,呼叫控制位置登記與位置更新越區(qū)切換與其他功能實體交換信令信息支持短消息業(yè)務(wù),為了便于建立呼叫，可設(shè)置部分或全部MSC為入口MSC(GMSC)。常與VLR合并在一起。,,歸屬位

9、置寄存器,HLR（Home Location Register）HLR是GSM系統(tǒng)的中心數(shù)據(jù)庫，存儲HLR控制區(qū)內(nèi)所有用戶（歸屬客戶）的相關(guān)數(shù)據(jù)。用戶的參數(shù)（靜態(tài)數(shù)據(jù)）：每個用戶購機時，就屬于某一個HLR控制區(qū)，其用戶識別號碼已存儲在HLR中。用戶的位置信息（動態(tài)數(shù)據(jù)）：HLR控制區(qū)內(nèi)的各個MS位置的信息，即MS當(dāng)前停留在哪個MSC/ VLR區(qū)。這一信息隨著MS的移動而相應(yīng)改變。HLR可與MSC/VLR一一對應(yīng)，也可控制幾個MS

10、C/VLR。,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),15,訪問位置寄存器,VLR（Visitor Location Register ）VLR是存儲位置信息的動態(tài)數(shù)據(jù)庫，它包含了當(dāng)前處在本區(qū)（MSC區(qū)）的全部MS（包括漫游到該VLR所管轄的移動用戶）的有關(guān)資料。 當(dāng)某一個MS用戶漫游到新的MSC區(qū)，與該MSC連接的VLR就向這個MS用戶所屬地HLR請求該MS的有關(guān)數(shù)據(jù)并存儲，同時并將此VLR號送至漫游用戶的HLR。

11、一旦用戶離開該VLR的控制區(qū)域，重新在另一個VLR登記，原VLR刪除臨時記錄的該移動用戶的信息。,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),16,鑒權(quán)中心,AUC（Authentication Center）為系統(tǒng)提供客戶鑒權(quán)所需要的數(shù)據(jù)，用以保護通過空中接口的移動客戶通信不受侵犯。,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),17,,專用于GSM系統(tǒng)的安全性管理。數(shù)據(jù)的存儲：存儲每個用戶的鑒權(quán)信息和加密密鑰。

12、產(chǎn)生、并向HLR傳送鑒權(quán)三參數(shù)組（隨機數(shù)RAND，符號響應(yīng)SRES，密鑰Kc）。常與HLR合并在一起。,移動設(shè)備識別寄存器,EIR（Equipment Identity Register）存貯移動設(shè)備的國際移動設(shè)備識別碼（IMEI: International Mobile station Equipment Identity ），完成對移動設(shè)備的識別、監(jiān)視、閉鎖等功能，防止非法移動臺的使用。,2024年3月,第六章 GSM及其

13、增強移動通信系統(tǒng),18,,白名單：包括可入網(wǎng)的合法移動臺設(shè)備號（識別）?；颐麊危喊ㄓ泄收系摹⑽唇?jīng)認證的移動臺設(shè)備號（監(jiān)視）。黑名單：被禁用（如失竊）的移動臺設(shè)備號（閉鎖）。,HLRi產(chǎn)品,集成產(chǎn)品：合并了諾基亞歸屬位置寄存器（HLRi）、鑒權(quán)中心（AUC）和設(shè)備識別寄存器（EIR）,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),19,產(chǎn)品大容量（120萬用戶），實現(xiàn)最大的成本效率；EIR容量大，白名單20萬表目，灰名單和

14、黑名單各4百萬表目。,6.2.4 操作子系統(tǒng),20,操作子系統(tǒng),OSS（Operation Support System）對整個GSM網(wǎng)絡(luò)進行管理和監(jiān)控。包括：操作維護中心(OMC, Operation and Maintenance Center)、網(wǎng)絡(luò)管理中心(NMC, Network Management Center)移動用戶管理用戶數(shù)據(jù)管理：對HLR和SIM卡的數(shù)據(jù)管理計費管理。移動設(shè)備管理通過EIR實現(xiàn)，且E

15、IR的數(shù)據(jù)通過NMC更新。網(wǎng)絡(luò)操作與控制通過OMC實現(xiàn)對NSS和BSS的管理（故障管理、配置管理、性能管理等）。,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),21,第六章內(nèi)容,6.1 GSM系統(tǒng)的業(yè)務(wù)及其特征6.2 GSM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)6.3 GSM系統(tǒng)的信道6.4 GSM的無線數(shù)字傳輸6.6 GSM系統(tǒng)的接續(xù)和移動性管理6.7 通用分組無線業(yè)務(wù),第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),22,2024年3月

16、,6.3 GSM系統(tǒng)的信道,6.3.1 物理信道和邏輯信道6.3.2 物理信道和邏輯信道的配置6.3.3 突發(fā)脈沖6.3.4 定時提前量,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),23,2024年3月,6.3.1 物理信道和邏輯信道,GSM系統(tǒng)的多址方式——FDMA/TDMA,24,上行,下行,定義,物理信道：用來傳送信號或數(shù)據(jù)的物理通路，一個時隙（TS）占有25MHz帶寬，包含124對頻道，頻道間隔200kHz （12

17、4×200kHz =24.8MHz）每個載頻按時間劃分成很多周期性的幀，每幀分為8個時隙 (slot)，每個時隙稱為信道，或物理信道；一個載頻可提供8個物理信道，共992（124×8）個物理信道邏輯信道：物理信道上所傳輸?shù)膬?nèi)容根據(jù)物理信道所傳輸?shù)男畔⒎N類的不同可定義不同的邏輯信道。業(yè)務(wù)信道和控制信道根據(jù)傳輸方向又分為：上行信道和下行信道。,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),25,物理信道

18、相關(guān)工作參數(shù)(1),(1) 工作頻段、雙工收發(fā)間隔,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),26,45MHz,95MHz,物理信道相關(guān)工作參數(shù)(2),(2) 頻道間隔相鄰頻道間隔200kHz，每個頻道分8個信道（時隙）。(3) 頻道配置以900MHz頻段為例：上行：890~915MHz，下行：935~960MHz，頻道序號n為1~124。頻道標(biāo)稱中心頻率為：(4) 保護頻帶：400kHz不同系統(tǒng)的頻率相鄰時，

19、兩系統(tǒng)之間（頻道中心頻率之間）需留出400kHz保護頻帶。,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),27,物理信道相關(guān)工作參數(shù)(3),(5) 頻率復(fù)用方式,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),28,圖6.3 4×3復(fù)用模式,圖6.4 7組復(fù)用模式,邏輯信道(1),邏輯信道：物理信道所傳輸?shù)膬?nèi)容業(yè)務(wù)信道（TCH）：用于傳送編碼后的話音或數(shù)據(jù)，在上行和下行信道上，點對點（BTS對一個MS，或反

20、之）方式傳播?？刂菩诺溃–CH）：用于傳送信令或同步數(shù)據(jù)。根據(jù)所需完成的功能又把控制信道定義成廣播信道、公共控制信道及專用控制信道。,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),29,,,,,,,,,,,,,邏輯信道(2),30,邏輯信道,D：下行U：上行,邏輯信道(2),31,邏輯信道,,,,,D：下行U：上行,控制信道——廣播信道BCH,廣播信道BCH（Broadcast CHannel）：“一點對多點”的下行控制信

21、道。用于基站向移動臺廣播公用的信息。傳輸?shù)膬?nèi)容主要是移動臺入網(wǎng)和呼叫建立所需要的有關(guān)信息。頻率校正信道（FCCH：Frequency Correction CHannel ）：傳輸用于校正移動臺工作頻率的信息。同步信道（SCH：Synchronization CHannel ）：傳輸移動臺的幀同步（TDMA幀號）、BTS的識別碼（BSIC）的信息，供移動臺進行同步和對基站進行識別。廣播控制信道（BCCH：Broadcast Con

22、trol CHannel ）：廣播小區(qū)的通用信息（小區(qū)和網(wǎng)絡(luò)識別、小區(qū)運行特征等）,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),32,,控制信道——公共控制信道CCCH,公共控制信道CCCH（Common Control CHannel）：雙向控制信道，用于呼叫接續(xù)階段傳輸鏈路連接所需要的控制信令。尋呼信道（PCH：Paging CHannel）：下行信道，點對多點方式傳播。用于尋呼被叫移動臺，傳輸基站尋呼移動臺的信息。

23、隨機接入信道（RACH：Random Access CHannel）：上行信道，點對點方式傳播。用于移動臺隨機提出的入網(wǎng)申請，即請求分配一個獨立專用控制信道，可作為對尋呼的響應(yīng)或MS主叫時的接入。允許接入信道（AGCH：Access Grant CHannel）：下行信道，點對點方式傳播。用于基站對移動臺的入網(wǎng)申請作出應(yīng)答，即給用戶分配一個獨立專用控制信道。,33,,控制信道——專用控制信道DCCH,專用控制信道DCCH（D

24、edicated Control CHannel）：一種“點對點”的雙向控制信道，其用途是在呼叫接續(xù)階段以及在通信進行當(dāng)中，在移動臺和基站之間傳輸必須的控制信息。獨立專用控制信道（SDCCH： Stand-alone Dedicated Control CHannel ）：用于在分配業(yè)務(wù)信道之前呼叫建立過中傳送系統(tǒng)信令。例如登記、鑒權(quán)等信令以及短消息。慢速輔助控制信道（SACCH： Slow Associated Control C

25、Hannel ）：傳送移動臺的關(guān)于服務(wù)及鄰近小區(qū)的信號強度的測試報告；基站對移動臺的功率調(diào)整命令、定時提前量等?？焖佥o助控制信道（FACCH：Fast Associated Control Channel ）：用于傳送基站與移動臺間的越區(qū)切換的信令消息。,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),34,,業(yè)務(wù)信道TCH,業(yè)務(wù)信道TCH（Traffic CHannel），主要傳輸編碼及加密后的話音或數(shù)據(jù)，有少量的隨路控制信令

26、。話音：全速率：凈速率13kbps（話音幀長20ms，每幀含260bit信息），糾錯保護后總速率22.8kbps 半速率：凈速率6.5kbps，糾錯保護后總速率11.4kbps數(shù)據(jù)：（不同的速率適配和信道編碼）全速率：凈速率可為9.6kbps、 4.8kbps、 2.4kbps，信道速率為22.8kbps半速率：凈速率可為4.8kbps、2.4kbps，信道速率可為11.4kbps,2024年3月,第六章 GSM及其增強移

27、動通信系統(tǒng),35,6.3 GSM系統(tǒng)的信道,6.3.1 物理信道和邏輯信道6.3.2 物理信道和邏輯信道的配置6.3.3 突發(fā)脈沖6.3.4 定時提前量,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),36,2024年3月,6.3.2 物理信道與邏輯信道的配置,映射的基礎(chǔ)每小區(qū)有n個載頻：f0，f1，……，fn-1；每個載頻有8個時隙：TS0，TS1，……，TS7，共有n×8個物理信道。映射的方法f0上的TS

28、0用于廣播信道BCH和公共控制信道CCCH。 f0上的TS1用于專用控制信道DCCH。其余（ f0上的TS2 ~ TS7 ， f1 ~ fn-1上的8個時隙）用于業(yè)務(wù)信道。,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),37,BCH和CCCH在TS0上的復(fù)用,f0上的TS0映射成廣播信道和公共控制信道。51個TS0組成，即以51個幀為循環(huán)周期。,38,SDCCH和SACCH在TS1上的復(fù)用,f0上的TS1用于映射專用控制信道。

29、102個TS1組成，即102個TDMA復(fù)用幀。,39,業(yè)務(wù)信道的映射,物理信道多載頻小區(qū)：f0上的TS2 ～TS7，f1~fn-1上的8個時隙；單載頻小區(qū)：TS1～TS7TFH的下行映射26個時隙為一個復(fù)用幀,40,TCH上下行偏移,上行TCH與下行TCH結(jié)構(gòu)一樣，但有3個時隙的時間偏移。,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),41,邏輯信道與物理信道的映射關(guān)系小結(jié),在載頻 f0上 TS0：邏輯控制信道（BC

30、H和CCCH），復(fù)用周期為51個TS TS1：邏輯控制信道（DCCH中的SDCCH和SACCH），復(fù)用周期為102個TSTS2~TS7：邏輯業(yè)務(wù)信道，復(fù)用周期為26個TS 在載頻 f1~ fn-1上TS0~ TS7：邏輯業(yè)務(wù)信道，復(fù)用周期為26個TS,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),42,GSM系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu),43,上節(jié)課內(nèi)容回顧—— GSM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),44,上節(jié)課內(nèi)容回顧—— 物理信道和邏輯信道,45,

31、邏輯信道,D：下行U：上行,上節(jié)課內(nèi)容回顧—— 邏輯信道與物理信道的映射,在載頻 f0上 TS0：邏輯控制信道（BCH和CCCH），復(fù)用周期為51個TS TS1：邏輯控制信道（DCCH中的SDCCH和SACCH），復(fù)用周期為102個TSTS2~TS7：邏輯業(yè)務(wù)信道，復(fù)用周期為26個TS 在載頻 f1~ fn-1上TS0~ TS7：邏輯業(yè)務(wù)信道，復(fù)用周期為26個TS,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),46,

32、上節(jié)課內(nèi)容回顧——BCH和CCCH的映射、TCH的映射,47,上節(jié)課內(nèi)容回顧——GSM系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu),48,6.3 GSM系統(tǒng)的信道,6.3.1 物理信道和邏輯信道6.3.2 物理信道和邏輯信道的配置6.3.3 突發(fā)脈沖6.3.4 定時提前量,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),49,2024年3月,6.3.3 突發(fā)脈沖,在GSM系統(tǒng)中，每幀含8個時隙，每個時隙576.9us，包含156.25bit。每個時隙中的信

33、息格式稱為突發(fā)脈沖序列頻率校正突發(fā)脈沖序列（FB，F(xiàn)requency Correction Burst）同步突發(fā)脈沖序列（SB，Synchronization Burst）接入突發(fā)脈沖序列（AB，Access Burst）常規(guī)突發(fā)脈沖序列（NB，Normal Burst）空閑突發(fā)脈沖序列（DB，Dummy Burst）,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),50,頻率校正突發(fā)脈沖序列,頻率校正突發(fā)脈沖序列（FB

34、，F(xiàn)requency Correction Burst）用于移動臺的頻率同步固定比特：共142比特，為全0，相應(yīng)發(fā)送的是一個與載頻有固定頻偏的純正弦波。尾比特：為000，突發(fā)脈沖的起始和結(jié)束標(biāo)志。并允許載波功率在此時間內(nèi)上升和下降到規(guī)定的數(shù)值。保護期：防止由于定時誤差而造成突發(fā)脈沖間的重疊。,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),51,同步突發(fā)脈沖序列,同步突發(fā)脈沖序列（SB， Synchronizatio

35、n Burst）用于移動臺的時間同步同步序列：64bit的長同步序列加密比特：TDMA幀號：加密序列算法的輸入?yún)?shù)基站識別碼BSIC：用于移動臺進行信號強度測量時區(qū)分使用同一個載頻的基站。,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),52,接入突發(fā)脈沖序列,接入突發(fā)脈沖序列（AB，Access Burst）用于移動用戶向基站提出入網(wǎng)申請保護期較長：為了適應(yīng)移動臺首次接入后不知道時間提前量而設(shè)置的（彌補

36、傳播時延的不利影響），并允許移動臺可以在較大的小區(qū)范圍內(nèi)隨機接入。,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),53,,,常規(guī)突發(fā)脈沖序列,常規(guī)突發(fā)脈沖序列（NB，Normal Burst）用于攜帶業(yè)務(wù)信息和一些控制信息。加密比特：業(yè)務(wù)信息或一些控制信息借用標(biāo)志：表示此突發(fā)序列是否被FACCH借用。1：被借用。訓(xùn)練序列：具有尖銳的自相關(guān)性。供均衡器產(chǎn)生信道模型。,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信

37、系統(tǒng),54,空閑突發(fā)脈沖序列,空閑突發(fā)脈沖序列DB(DB，Dummy Burst)不攜帶任何信息，用于填空，其結(jié)構(gòu)與常規(guī)突發(fā)脈沖序列相同，加密比特改為固定的比特序列。,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),55,6.3 GSM系統(tǒng)的信道,6.3.1 物理信道和邏輯信道6.3.2 物理信道和邏輯信道的配置6.3.3 突發(fā)脈沖6.3.4 定時提前量,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),56,2024年3月

38、,6.3.4 定時提前量,幀偏移：在基站角度，上行幀相對于下行幀來說，在時間上固定推后3個時隙。時間調(diào)整：在移動臺角度，若不加時間調(diào)整，傳輸時延的變化使移動臺之間的信息會發(fā)生重疊。需要有一個時間調(diào)整量，補償傳播時延，使基站有固定的3個時隙的幀偏移。定時提前量為：0~63bit,57,幀偏移3個時隙,支持覆蓋半徑0~35km,第六章內(nèi)容,6.1 GSM系統(tǒng)的業(yè)務(wù)及其特征6.2 GSM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)6.3 GSM系統(tǒng)的信道6

39、.4 GSM的無線數(shù)字傳輸6.6 GSM系統(tǒng)的接續(xù)和移動性管理6.7 通用分組無線業(yè)務(wù),第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),58,2024年3月,6.4 GSM的無線數(shù)字傳輸,無線信道對GSM系統(tǒng)性能的影響失真大時延擴展導(dǎo)致碼間串?dāng)_多普勒效應(yīng)導(dǎo)致突發(fā)錯誤SNR損耗自由空間損耗、陰影衰落導(dǎo)致SNR損耗平坦衰落、慢衰落導(dǎo)致SNR損耗GSM中的抗衰落技術(shù)信道編碼、交織、 天線分集、均衡、跳頻,2024年3月,第六

40、章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),59,GSM語音信號的處理過程,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),60,圖6.5 GSM語音信號的一般處理過程,,,,,,,,信道編碼技術(shù),由話音編碼器中輸出的13kbit/s的碼流被分為20ms的話音塊，每塊中含有260比特。將這260比特按重要性的次序重新排序：50個最重要比特 132個重要比特 78個不重要比特 對重要比特1/2卷積編碼,61,78未編碼比特,,交織技

41、術(shù)(1),兩次交織第一次交織（塊內(nèi)交織）：按行寫入、按列讀出。交織公式：,62,寫入,讀出,共8個子塊，每個子塊57個比特,交織技術(shù)(2),第二次交織（塊間交織）,,跳頻技術(shù),64,跳頻：載波頻率在很寬頻率范圍內(nèi)按某種圖案進行跳變。公共信道不跳頻。頻率分集→抗衰落干擾分集→同頻小區(qū)采用跳頻，減小碰撞，降低 載干比要求,,均衡技術(shù),65,信號帶寬：200kHz，除了遠郊地區(qū)，其他都需

42、要使用均衡器→維特比均衡,話音激活與功率控制,話音激活話音信號間斷發(fā)送和間斷接收是根據(jù)話音信號激活程度，在話音幀有信息時開啟發(fā)送和無信息時關(guān)閉發(fā)送的系統(tǒng)傳輸控制技術(shù)。降低空中干擾，提高系統(tǒng)容量和質(zhì)量。降低電源消耗，增加移動臺電池使用壽命。功率控制在保證通信質(zhì)量的前提下，使發(fā)射功率最小 移動臺測量信號強度和信號質(zhì)量，定期向基站報告，基站按預(yù)置門限進行比較，然后確定發(fā)射功率的增減量。通常移動臺才控制發(fā)射功率,2024年3月,第

43、六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),66,第六章內(nèi)容,6.1 GSM系統(tǒng)的業(yè)務(wù)及其特征6.2 GSM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)6.3 GSM系統(tǒng)的信道6.4 GSM的無線數(shù)字傳輸6.6 GSM系統(tǒng)的接續(xù)和移動性管理6.7 通用分組無線業(yè)務(wù),第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),67,2024年3月,6.6 GSM系統(tǒng)的接續(xù)和移動性管理,6.6.1 移動網(wǎng)區(qū)域結(jié)構(gòu)與GSM編號方式6.6.2 GSM的安全性管理6.6.3

44、GSM的接續(xù)管理6.6.4 GSM的移動性管理,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),68,2024年3月,6.6.1 移動網(wǎng)區(qū)域結(jié)構(gòu)與GSM編號方式,數(shù)字蜂窩網(wǎng)的區(qū)域結(jié)構(gòu),2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),69,,GSM業(yè)務(wù)區(qū)（全部成員國）,PLMN業(yè)務(wù)區(qū)（每國一個或多個）,MSC業(yè)務(wù)區(qū)（由一個MSC控制的區(qū)域）,位置區(qū)（定位或?qū)ず魠^(qū)）,基站區(qū)（一個BSC所控制的區(qū)域）,小區(qū)（一特定BTS覆蓋的區(qū)域）,G

45、SM編號方式,70,,,,國際移動用戶識別碼(IMSI),IMSI(International Mobile Subscriber Identity)存儲為移動客戶分配的一個唯一的識別碼。MCC（Mobile Country Code）：移動用戶國家號碼，三位數(shù)字，如中國為 460。MNC（Mobile Network Code）：移動網(wǎng)號，兩個數(shù)字，用于識別移動客戶所歸屬的移動網(wǎng)。如中國移動的MNC為00，中國聯(lián)通的MNC

46、為0l。MSIN（Mobile Station Identification Number）：在某一PLMN內(nèi)MS唯一的識別碼，十一位數(shù)字。,71,鑒權(quán),保密,臨時移動用戶識別碼(TMSI),TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity)在每次認證成功后，分配此號碼代替IMSI無線傳輸（安全性考慮）。在某個VLR控制區(qū)域內(nèi)使用?？傞L為4個字節(jié)。,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動

47、通信系統(tǒng),72,保密,國際移動設(shè)備識別碼(IMEI),IMEI(International Mobile Equipment Identity)唯一地識別一個移動臺設(shè)備的編碼。15位數(shù)字。 TAC：型號批準(zhǔn)碼，由歐洲型號認證中心分配。同一型號手機，TAC碼一樣。 FAC：手機最后完成所在工廠裝配碼，由廠家編碼，表示生產(chǎn)廠家及其裝配地。 SNR：手機出廠序號，由廠家分配。獨立地、唯一地識別每個TAC和FAC中的每個移動設(shè)備。同

48、一型號的不同手機SNR號碼不同。SP：備用，備作將來使用。 按“*#06# ”可獲得IMEI號碼,73,設(shè)備識別,移動用戶的ISDN號碼(MSISDN),MSISDN(Mobile Station ISDN)主叫客戶為了呼叫GSM網(wǎng)中的一個移動用戶需撥的號碼。CC(Country Code)：國家碼。我國為86NDC(National Destination Code)：國內(nèi)目的地碼，即網(wǎng)絡(luò)

49、接入號，中國移動GSM網(wǎng)為139,138,…,135，“中國聯(lián)通公司”GSM網(wǎng)為130,131，代表 移動通信網(wǎng);,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),74,|-- 國內(nèi)有效移動客戶ISDN號碼 ---|   |------------國際移動客戶ISDN號碼 ------------------|,MSISDN,SN(Subscriber Number)客戶號碼，采用等長8位編

50、號計劃。移動：H0H1H2H3ABCDH0HlH2H3為每個移動業(yè)務(wù)本地網(wǎng)的HLR號碼ABCD為移動客戶碼例如13908092701 139?中國移動GSM網(wǎng) 0809?四川成都 2701?客戶號碼 聯(lián)通：H0H1H2ABCDE,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),75,被呼,移動用戶漫游號碼(MSRN),MSRN(Mobile Subscriber Roaming Number)漫游移動用戶當(dāng)前所在

51、地的VLR分配給用戶一個漫游號碼。用戶離開后，刪除該號碼，將該號碼可分配給另一個用戶使用。僅在被訪問MSC/VLR區(qū)域有效號碼結(jié)構(gòu)與MSISDN大致相同： 13XXM0M1M2M3ABC，其中M0M1M2M3為被訪MSC/VLR號碼,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),76,被呼,切換號碼(HON),HON(Handover Number)當(dāng)用戶在兩個MSC之間發(fā)生越局切換時，為選擇路由，由目標(biāo)MSC臨時分配給

52、移動用戶一個號碼，此號碼為MSRN號碼的一部分。組成與MSRN相同。,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),77,位置區(qū)識別(LAI),LAI(Location Area Identification)LAI用于移動用戶的位置更新。MCC與MNC同IMSI。LAC（Location Area Code）：位置區(qū)號碼，用于識別GSM PLMN中的一個位置區(qū)。2字節(jié)16進制編碼，X1 X2 X3 X4, 一個GS

53、M PLMN網(wǎng)中最多可定義65535個不同的位置區(qū)（全0不用）,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),78,位置登記,全球小區(qū)識別碼(CGI),CGI(Cell Global Identification)用于識別一個位置區(qū)內(nèi)的小區(qū)，它是在LAI后加上一個小區(qū)識別碼（CI）。CI：小區(qū)識別碼，由運營單位自定。,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),79,基站識別碼(BSIC),BSIC（Base

54、Station Identity Code）BSIC用于移動臺識別采用相同載頻的相鄰基站，特別用于區(qū)別在不同國家的邊界地區(qū)采用相同載頻的相鄰基站。NCC(National Color Codes) ：國家色碼，主要用來不同國家（國內(nèi)區(qū)分不同的?。┘安煌倪\營者。結(jié)構(gòu)為XY1Y2BCC：基站色碼，用來唯一地識別采用相同載頻的不同基站。,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),80,MSC/VLR和HLR的識別,路由

55、選擇時進行識別MSC/VLR號碼包含在漫游號碼中。例如中國移動的某個MSC/VLR號碼為：861390M0M1M2M3HLR/AUC號碼客戶號碼為全零的MSISDN號碼。例如中國移動的某個HLR號碼為：86139H0H1H2H30000,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),81,MSRN：13XXM0M1M2M3ABC,6.6 GSM系統(tǒng)的接續(xù)和移動性管理,6.6.1 移動網(wǎng)區(qū)域結(jié)構(gòu)與GSM編號方式6.6

56、.2 GSM的安全性管理6.6.3 GSM的接續(xù)管理6.6.4 GSM的移動性管理,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),82,2024年3月,6.6.2 GSM的安全性管理,GSM的安全性管理(1) 接入網(wǎng)絡(luò)——鑒權(quán)(2) 無線路徑——加密(3) 移動設(shè)備——設(shè)備識別(4) 用戶的安全保密——臨時用戶識別碼TMSI、 SIM卡的PIN碼保護,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),83,(1

57、) 鑒權(quán)——基本概念,概念：MSC/VLR確認移動臺通過無線空間傳送的移動用戶識別號碼(IMSI)是否是合法IMSI的過程。在用戶入網(wǎng)簽約時，用戶鑒權(quán)鍵 Ki連同唯一的IMSI一起分配給用戶，它們存儲在系統(tǒng)AUC數(shù)據(jù)庫和用戶SIM卡中，同時SIM卡和AUC中還存儲鑒權(quán)算法A3，加密算法A8。用戶參數(shù)：IMSI、用戶鑒權(quán)鍵Ki 、鑒權(quán)算法(A3)，加密算法(A8),2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),84,(1)

58、 鑒權(quán)——鑒權(quán)三參數(shù)組,客戶的鑒權(quán)的和加密是通過客戶三參數(shù)組完成的。客戶三參數(shù)組用于鑒權(quán)的隨機數(shù)(RAND)符號響應(yīng)(SRES：Signed Response)密鑰(Kc) 一般AUC對每個客戶產(chǎn)生5組三參數(shù)，送至HLR，再由HLR送至MSC/VLR在每次位置登記、位置更新、呼叫建立等之前均需要鑒權(quán)。,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),85,(1) 鑒權(quán)——鑒權(quán)三參數(shù)組的產(chǎn)生,2024年3月,第六章 G

59、SM及其增強移動通信系統(tǒng),86,,,,,,(1) 鑒權(quán)——鑒權(quán)過程,87,①接入請求,③RAND,Ki ,IMSI，A3,A8,A5,②,④,⑤,(2)加密,Ki ,IMSI，A3,A8,A5,①,②,③,④,通信信息加密,對用戶所有的語音和數(shù)據(jù)均需加密。,89,MSC/VLR發(fā)出加密指令,,,,,,(3)設(shè)備識別,目的：確保系統(tǒng)中的移動設(shè)備不是盜用或非法設(shè)備（識別IMEI），呼叫建立前需完成設(shè)備識別。IMEI存儲在EIR和移動臺中。

60、,90,①呼叫建立,②IMEI請求,,③發(fā)送IMEI,④檢查IMEI,(4)用戶的安全保密——用戶識別碼IMSI的保密,為了防止IMSI在無線路徑被截獲。用一個臨時用戶識別碼(TMSI)來代替IMSI無線傳輸。TMSI由MSC/VLR分配，并不斷進行更換。每當(dāng)MS用IMSI向系統(tǒng)發(fā)送位置更新、呼叫建立或業(yè)務(wù)激活時，MSC/VLR對它進行鑒權(quán)。鑒權(quán)通過后，由MSC/VLR分配給用戶TMSI，并存在用戶的SIM卡中。此后，MSC/VLR

61、與MS之間的信令交換就使用TMSI，IMSI便不再在無線路徑上傳送。,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),91,(4)用戶的安全保密——SIM卡的保密,PIN(Personal Identification Number)碼就是SIM卡的個人識別密碼。用于控制SIM卡的使用，只有PIN通過認證，移動設(shè)備才能對SIM卡進行存取。,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),92,6.6 GSM系統(tǒng)的接續(xù)和

62、移動性管理,6.6.1 移動網(wǎng)區(qū)域結(jié)構(gòu)與GSM編號方式6.6.2 GSM的安全性管理6.6.3 GSM的接續(xù)管理6.6.4 GSM的移動性管理,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),93,2024年3月,6.6.3 GSM的呼叫接續(xù)管理,客戶狀態(tài)MS開機空閑狀態(tài)開機位置登記進入空閑模式MS忙狀態(tài)MS關(guān)機狀態(tài)移動臺被呼移動臺主呼,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),94,客戶狀態(tài)1——MS

63、開機空閑狀態(tài)(1),(1)開機移動臺開啟電源，搜尋最強的BCCH載頻，接收到FCCH信道信息，鎖定到一個正確載頻頻率上。讀取SCH信道信息：基站識別碼（BSIC）和幀同步信息（TDMA幀號）移動臺掃描一個“BCCH載頻存儲表”，測出各載頻信號強度，列出由6個最強載頻組成的鄰近小區(qū)場強分布表，并報告給BSS，以作切換小區(qū)選擇,95,,,,,,,客戶狀態(tài)1——MS開機空閑狀態(tài)(2),96,①接收廣播消息(LAI),②位置更新請求,②位

64、置更新請求,②位置更新請求,③位置更新接受,③記錄MSC號碼,④在VLR中對該客戶的IMSI上作“附著”標(biāo)記,④位置更新證實,④位置更新證實,④記錄LAI,(2)位置登記,客戶狀態(tài)1——MS開機空閑狀態(tài)(3),(3)進入空閑模式移動臺完成位置登記后，進入空閑模式，監(jiān)聽公共控制信道CCCH，可以隨時發(fā)出主呼或接受被呼。,2024年3月,第六章 GSM及其增強移動通信系統(tǒng),97,,,客戶狀態(tài)2與3——忙狀態(tài)與關(guān)機狀態(tài),MS忙狀態(tài)MS正

65、在傳送話音或數(shù)據(jù)MS關(guān)機狀態(tài),98,①IMSI分離,①IMSI分離,②登記IMSI已分離,移動臺被呼,99,,假設(shè)某移動用戶屬于上海某GSM用戶，目前漫游到了廣州，北京某固定電話撥叫該移動用戶,LS：Local Switching，本地交換局TS：Toll Switching，長途交換局,GMSC： Gateway Mobile Switching Center，關(guān)口移動交換中心,(1) 固定網(wǎng)用戶呼叫移動用戶號碼MSISDN

66、，本地交換局LS分析MSISDN， 將呼叫轉(zhuǎn)接到GMSC,100,,(2) GMSC分析MSISDN，得到MS所在HLR的地址，向HLR詢問MS的位置。,101,,(3) HLR分析GMSC發(fā)來的信息，查詢當(dāng)前被呼用戶所在的業(yè)務(wù)區(qū)MSC/VLR（廣州），請求分配MSRN；,102,,(4) MS所在VLR給用戶臨時分配一個MSRN，送至HLR，再轉(zhuǎn)送到GMSC；,103,,(5) GMSC獲得MSRN，尋找路由建立至被訪MSC的通路,1

67、04,,(6) MSC/VLR定位被叫用戶，由各位置區(qū)BTS發(fā)送尋呼消息。,105,,(7) 守候的MS用戶接收到尋呼消息，發(fā)送尋呼響應(yīng)消息給網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)對用戶鑒權(quán)成功后，為用戶分配一個業(yè)務(wù)信道，建立呼叫連接。,106,,移動臺被呼接續(xù)流程(1),107,固定網(wǎng)用戶撥打移動用戶電話號碼MSISDN，本地交換局LS（Local Switching）分析MSISDN，根據(jù)MSISDN中的NDC分析出此用戶的GSM接入網(wǎng)絡(luò)（移動還是聯(lián)通），將呼

68、叫轉(zhuǎn)接到GSM網(wǎng)的關(guān)口移動交換中心GMSC；GMSC分析MSISDN，得到被呼用戶所在HLR的地址，向HLR發(fā)送攜帶MSISDN的消息，詢問被叫客戶的位置（漫游號碼MSRN），以便得到用戶呼叫的路由信息；HLR分析GMSC發(fā)來的信息，找到該MSISDN號碼對應(yīng)的IMSI，然后查詢當(dāng)前被呼用戶所在的業(yè)務(wù)區(qū)MSC/VLR（廣州），向該區(qū)的VLR發(fā)送被叫的IMSI，請求VLR分配給被叫客戶一個漫游號碼MSRN；,移動臺被呼接續(xù)流程(2),

69、108,被呼用戶所在區(qū)的VLR給用戶臨時分配一個漫游號碼MSRN，并傳送給HLR，HLR將收到的MSRN發(fā)送給GMSC；GMSC獲得MSRN，尋找路由建立至被訪MSC的通路。GMSC與MSC的連接可以是直達鏈路，也可以是長途匯接局轉(zhuǎn)接（TS：Toll Switching長途交換局）；MSC將尋呼消息發(fā)送給位置區(qū)所有的BTS，由這些BTS通過尋呼信道PCH發(fā)送尋呼消息，在整個位置區(qū)覆蓋范圍進行廣播尋呼該用戶；守候的空閑用戶接收到此尋