GSM移动通信系统组成结构.ppt

1、1,第七章 GSM 移动通信系统,GSM系统概述 发展历史 网络结构与接口 区域、号码、地址与识别 GSM系统的业务 GSM系统的无线接口 GSM系统的控制与管理 通用分组无线业务（GPRS,2,7.1 概述,模拟系统的四大缺点： 各个模拟蜂窝系统间差异较大、互不兼容，没有公共接口，用户无法在不同系统之间实现漫游； 很难开展数据承载业务； 频谱利用率低无法适应大容量的需求； 安全保密性差，易被窃听,1 GSM系统发展历史,3,1982年北欧国家为了方便全欧洲统一使用移动电话，向CEPT（欧洲邮电行政大会）提交了一份建议书，要求制定900MHz频段的公共欧洲电信业务规范。 在这次大会上就成立了一

2、个在欧洲电信标准学会（ETSI）技术委员会下的“移动特别小组”（Group Special Mobile，简称“GSM”），来制定有关的标准和建议书,7.1 概述,1 GSM系统发展历史,4,1987年5月GSM成员国就数字系统采用的主要技术达成一致： 多址方式：窄带时分多址TDMA； 语音编码技术：规则脉冲激励线性预测RPE一LTP语音编码； 调制方式：高斯滤波最小移频键控GMSK调制方式 1991年在欧洲开通了第一个系统，将GSM更名为“全球移动通信系统”（Globa1 system for Mobile communications,7.1 概述,1 GSM系统发展历史,5,移动特别小组

3、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。 DCS1800系统与GSM900系统功能相同，主要区别是采用的频段不同。 GSM标准共有12项内容，未对硬件作出规定，只对功能、接口等进行详细规定，以便不同公司的产品可以互连互通。 1993年我国开通了第一个数字蜂窝移动通信网,7.1 概述,1 GSM系统发展历史,6,GSM系统组成 MS：移动台; BSS: 基站子系统 NSS: 网络子系统,7.1 概述,2 GSM系统网络结构与接口-（1）网络结构,7,GSM系统结构,7.1 概述,2 GSM系统网络结构与接口-（1）网络结构,8,GSM系统可通过MSC实现与

4、多种网络的互通，包括PSTN、ISDN、PLMN和PSPDN,7.1 概述,2 GSM系统网络结构与接口-（1）网络结构,GSM系统子单元及其功能,9,7.1 概述,2 GSM系统网络结构与接口-（2）网络接口,GSM系统网络接口,10,7.1 概述,2 GSM系统网络结构与接口- （2）网络接口,GSM系统网络接口名称与定义,11,采用独立网号方式来组网 “中国移动” GSM网络接入号为“139”， “中国联通” GSM网络接入号为“130”。 全国GSM移动电话网按大区设立一级汇接中心、省内设立二级汇接中心、移动业务本地网设立端局构成三级网络结构。三级网络结构组成了一个完全独立的数字移动通

5、信网络,7.1 概述,2 GSM系统网络结构与接口- （3）我国网络结构,12,GSM数字移动通信网与PSTN网相重叠。公用电话网有它的国际出口局，而GSM数字移动通信网却无国际出口局，国际间的通信仍然还需借助于公用电话网的国际局。 在“中国联通”GSM移动交换局所在地，联通网和主网(移动GSM移动通信网和电信PSTN网)之间各设一个网间接口局，联通网和主网经过网间接口局连通,7.1 概述,2 GSM系统网络结构与接口- （3）我国网络结构,13,省内GSM移动通信网的网络结构 省内设若干个移动业务汇接中心(即二级汇接中心)。二级汇接中心可以是单独设置的汇接中心(即不带客户，只作汇接)，也可兼

6、作移动端局(与基站相连，可带客户)。省内GSM移动通信网中一般设置二三个移动汇接局较为适宜，最多不超过四个，每个移动端局至少应与省内两个二级汇接中心相连,7.1 概述,2 GSM系统网络结构与接口- （3）我国网络结构,14,移动业务本地网的网络结构 全国可划分为若干个移动业务本地网，每个移动业务本地网中应设立一个HLR和一个或若干个移动业务交换中心(MSC)， 还可以几个移动业务本地网共用一个MSC。 信令网络结构 在建网初期，由于国内的No.7信令网不适宜传输MAP（移动应用部分）消息，作为过渡，先建立移动专用No.7信令网,7.1 概述,2 GSM系统网络结构与接口- （3）我国网络结构

7、,15,目前中国的GSM组网方式遵循以下原则。省内话务和信令转接走低级话务汇接局（B1、B2）和省内低级信令汇接局（L1、L2）。省际话务和信令转接走高级话务汇接局（A1、A2）和省内高级信令汇接局（H1、H2）。国际话务和信令转接走国际局中转（目前国内的国际局设置在北京、上海和广州三个城市,7.1 概述,2 GSM系统网络结构与接口- （3）我国网络结构,16,本地端局兼关口局（MSC1、MSC2、MSC3（纯端局）、MSC4）完成本地话务及信令交换 本地HLR（ZZH01、ZZH02）存储本地用户数据 省级低级话务汇接局（CSB1、CSB2） 完成本省话务交换 省级高级话务汇接局（CSA1

8、、CSA2） 完成省内交换机同省外交换机话务交换 省级低级信令汇接局（CSL1、CSL2） 完成株洲交换机和本省的信令接续 省级高级信令汇接局（CSH1、CSH2） 完成本省交换机和省外交换机的信令接续,7.1 概述,2 GSM系统网络结构与接口- （3）我国网络结构-株洲,17,7.1 概述,2 GSM系统网络结构与接口- （3）我国网络结构,湖南省交换网网络拓扑-话务网,18,7.1 概述,2 GSM系统网络结构与接口- （3）我国网络结构,湖南省交换网网络拓扑-信令网,19,服 务 区,PLMN,PLMN,MSC,MSC,位置区,基站,基站,扇区,扇区,PLMN：Public Land

9、Mobile Network 公用陆地移动通信网,7.1 概述,3 GSM的区域、号码、地址与识别- （1）区域定义,区域定义,20,7.1 概述,3 GSM的区域、号码、地址与识别- （1）区域定义,区域定义,21,7.1 概述,3 GSM的区域、号码、地址与识别- （2）号码识别,MCC: 移动国家号码，由3位数字组成，我国为460。 MNC: 移动网号，由2位数字组成，移动GSM PLMN网 为00，联通GSM PLMN网为0l。 MSIN: 移动用户识别码，由等长10位数字构成，用于识 别某一PLMN中的移动用户,国际移动用户识别码(IMSI) GSM移动通信网给移动客户分配一个特定的

10、识别码。存储在客户识别模块(SIM)、HLR、VLR中,22,临时移动客户识别码(TMSI) 为了对IMSI保密，MSCVLR可给来访移动客户分配一个唯一的TMSI号码，仅限在本MSC业务区内使用。 国际移动台设备识别码(IMEI) 唯一地识别一个移动台设备的编码，为一个15位的十进制数数字，其结构是： TAC(6位数字) FAC(2位数字) SNR(6位数字) SP (l位数字) TAC: 型号批准码; FAC: 工厂装配码，表示生产厂家及其装配地。 SNR: 序号码， SP: 备用，备作将来使用,7.1 概述,3 GSM的区域、号码、地址与识别- （2）号码识别,23,7.1 概述,3 G

11、SM的区域、号码、地址与识别- （2）号码识别,CC： 国家码。我国为86。 NDC：国内目的地码，包括网络接入号（移动139，联 通130）和4位HLR识别码（移动业务本地网号）。 SN： 客户号码，采用等长4位编号计划,移动台号码（手机号码,移动台国际ISDN号码(MSISDN) 主叫客户为呼叫数字公用陆地蜂窝移动通信网中客户所需拨的号码。号码的结构为,24,7.1 概述,3 GSM的区域、号码、地址与识别- （2）号码识别,移动客户漫游号码(MSRN) (与MSISDN结构相同） 当移动台漫游到一个新的服务区时，由VLR给其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

12、由,移动台号码（手机号码,25,7.1 概述,3 GSM的区域、号码、地址与识别- （2）号码识别,位置区识别码(LAI) 位置区识别码用于移动客户的位置更新，其号码结构是： 3位数字 2位数字 最大16bit MCC MNC LAC |-LAI-| MCC：移动客户国家码，同IMSI中的前三位数字。 MNC：移动网号，同IMSI中的MNC。 LAC： 位置区号码，为一个2字节BCD编码，在一个 GSM PLMN网中可定义65536个不同的位置区,26,7.1 概述,3 GSM的区域、号码、地址与识别- （2）号码识别,全球小区识别码(CGI) CGI是用来识别一个位置区内的小区，它是在位置区

13、识别码 (LAI)后加上一个小区识别码(CI)，其结构是： 3位数字 2位数字 最大16bit 最大16bit MCC MNC LAC CI |-LAI-| |-CGI-|CI是一个2字节BCD编码，由各MSC自定,27,7.1 概述,3 GSM的区域、号码、地址与识别- （2）号码识别,基站识别码(BSIC) BSIC主要用于识别相邻国家的具有相同载频的相邻基站，为6bit编码，其结构是： NCC（ 3bit ）BCC （ 3bit ） |-BSIC-|NCC: PLMN色码(国家色码)，为XY1Y2，主要用来区分国界各侧的运营者(国内区别不同的省)。 X：运营者(移动X1，联通0)。BCC

14、：BTS色码，用来识别相同载频的不同的基站,28,7.1 概述,BCC: 基站色码，识别基站。由运营设定,3 GSM的区域、号码、地址与识别- （2）号码识别,基站识别码(BSIC,29,GSM业务就是GSM系统为了满足一个特定用户 的通信要求而向用户提供的服务 分类,业务,基本业务,附加业务,电信业务,承载业务,图 GSM系统业务分类,7.1 概述,4 GSM的业务-（1）基本业务-分类,30,电信业务,承载业务,图 GSM支持的基本业务,7.1 概述,4 GSM的业务-（1）基本业务-分类,31,7.1 概述,4 GSM的业务- （1）基本业务-电信业务,32,注 1. 承载业务61和81

15、中的数据为3.1KHz信息传送能力的承载业务21-34 2. 表中“T”表示透明；“NT”表示不透明,7.1 概述,4 GSM的业务- （1）基本业务-承载业务,33,计费提示 AOC 交替线业务 (ALS)-个人或商业 来话限制-BAIC 当漫游在HPLMN（归属PLMN）之外时，限制所有来话 在国外时限制来话 呼出限制-BOC 限制所有打出去的国际电话-BOIC 限制所有打出去的国际电话，除了打到HPLMN国家的电话,附加业务是基本电信业务的增强或补充,7.1 概述,4 GSM的业务-（2）补充业务（附加业务,34,遇忙呼叫前转-CFB 无应答呼叫前转-CFNA 无条件呼叫前转-CFU 呼

16、叫保持 呼叫等待-CW 主叫线识别显示-CLIP 主叫线识别限 制-永久或预呼-CLIR 中央交换业务 会议呼叫-CONF 运营者确定的呼叫限制(ODB,7.1 概述,4 GSM的业务-（2）补充业务（附加业务,35,多址方式：TDMA/FDMA混合多址。区群内小区数为3、4或7个，每个小区含多个载频，每个载频含有8个时隙。 发射功率： 基站发射功率为每载波500W，每时隙平均为500/8=62.5W。 移动台发射功率分为0.8W、2W、5W、8和20W，可供用户选择。 调制方式：GMSK，矩形脉冲在调制前先进行高斯滤波，改善了频谱特性，邻信道功率电平小于-60dB，满足CCIR的要求。 覆盖

17、范围： 小区半径为最大35km(用于农村)，最小为500m(市区)。 采用多种抗干扰技术：如自适应均衡、跳频和纠错码等,7.2 GSM的无线接口,1 GSM系统无线传输特征,36,GSM工作频段 欧洲： 收发频率间隔为45MHz 上行: 890915MHz（移动台发、基站收） 下行: 935960MHz（基站发、移动台收） 载频间隔：0.2MHz 系统载频数: (915-890)/0.2-1=124(对)；n=1124. 上频段第n个信道的载频(中心频)：fl(n)=(890+0.2n)MHz 下频段：fh(n)=(935+0.2n)MHz； 每个载频有8个时隙，系统共有物理信道1248=99

18、2(个,7.2 GSM的无线接口,1 GSM系统无线传输特征,37,GSM工作频段 中国： 收发频率间隔为45MHz 上行：905915（移动台发、基站收） 下行：950960（基站发、移动台收） 载频间隔：0.2MHz；载频数：(915-905)/0.2-1=49(对)； 上频段: fl(n)=(905+0.2n)MHz； 下频段: fh(n)=fl(n)45MHz； 每个载频有8个时隙，系统共有物理信道498=392(个) 随着业务的发展，可向1.8GHz频段的DCS 1800过渡： 上行：17101785MHz（移动台发、基站收） 下行：18051880MHz（基站发、移动台收,7.2

19、GSM的无线接口,1 GSM系统无线传输特征,38,TDMA逻辑信道概念 逻辑信道是指承载某种业务、具有某种逻辑功能的信道。物理信道上传输的信息按逻辑功能可分为业务信息和控制信息；因此为传输具有不同逻辑功能的信息，在物理信道上要安排相应的逻辑信道；逻辑信道要映射到物理信道上传送。 物理信道: 一个时隙(TS) 信道 控制信道（CCH） 逻辑信道 业务信道 (TCH,2 GSM系统信道类型,7.2 GSM的无线接口,39,7.2 GSM的无线接口,2 GSM系统信道类型,GSM逻辑信道分类,40,业务信道（TCH）：用于传送编码后的语音或数据，以及少量的随路控制信令 。 语音业务信道 业务信道

20、数据业务信道 根据交换方式的不同分为电路交换信道和数据交换信道 依据传输速率的不同分为半速率信道（ 6.5kbit/s ）、全速率信道（13kbit/s）与增强全速率信道（它的速率与全速率信道的速率一样为13kbit/s，只是其压缩编码方案更为优越，所以有较好的话质,7.2 GSM的无线接口,2 GSM系统信道类型,GSM逻辑信道分类,41,7.2 GSM的无线接口,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分为广播、公共及专用三种控制信道。 广播信道(BCH)：是“一点对多点”的单向控制信道，用于基站向移动台广播公用的信息,2 GSM系统信道类型,GSM逻辑信

21、道分类,42,控制信道(CCH)： 公用控制信道(CCCH)：是一种双向控制信道，用于呼叫接续阶段传输链路连接所需要的控制信令。又分为寻呼信道(PCH)、随机接入信道(RACH)和准许接入信道(AGCH); 专用控制信道(DCCH)：实施“点对点”的双向控制信道。用于呼叫接续阶段及通信进行当中，在移动台与基站之间传输必要的控制信息。又分为独立专用控制信道(SDCCH)、慢速辅助控制信道(SACCH)和快速辅助控制信道(FACCH,7.2 GSM的无线接口,2 GSM系统信道类型,GSM逻辑信道分类,43,7.2 GSM的无线接口,2 GSM系统信道类型,GSM逻辑信道分类：控制信道(CCH,4

22、4,五个层次：时隙、TDMA帧、复帧、超帧和超高帧 时隙是物理信道的基本单元 TDMA帧由8个时隙组成，是占据载频带宽的基本单元，即每个载频有8个时隙。 复帧有两种类型 由26个TDMA帧组成的复帧。用于TCH、SACCH和FACCH 由51个TDMA帧组成的复帧。用于BCCH和CCCH 超帧是由51个26帧的复帧或26个51帧的复帧构成 超高帧等于2048个超帧 超高帧的周期与加密和跳频有关； 每经过一个超高帧周期，循环长度为2715648，相当于3小时28分53秒760毫秒，系统将重新启动密码和跳频算法,7.2 GSM的无线接口,3 GSM系统帧结构,45,7.2 GSM的无线接口,3 G

23、SM系统帧结构,46,GSM系统中每帧含8个时隙，时隙宽度为0.577ms,每个时隙包含156.25bit。 GSM系统在物理信道上传输的信息是大约由100多个调制比特组成的脉冲串，称为突发脉冲序列 ，共有五种类型。 常规(普通)突发脉冲(NB, Nornal Burst)序列：用于传输业务信道TCH和专用控制信道(DCCH)的信息。 频率校正突发(FB, Frequency Correction Burst)脉冲序列 :用于校正移动台的载波频率。 同步突发(SB, Synchronization Burst)脉冲序列：用于移动台的时间同步,7.2 GSM的无线接口,4 GSM系统时隙-分类,

24、47,接入突发(AB, Access Burst)脉冲序列：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。 空闲突发脉冲序列（DB）：此突发脉冲序列在某些情况下由BTS发出，不携带任何信息。它的格式与普通突发脉冲序列相同，其中加密比特改为具有一定比恃模型的混合比特,7.2 GSM的无线接口,4 GSM系统时隙-分类,48,7.2 GSM的无线接口,4 GSM系统时隙-分类,49,7.2 GSM的无线接口,4 GSM系统时隙-格式,尾比特用于设置起始时间和结束时间；保护时间用于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处发生前后交叠现象,50,尾位

25、TB：总是000，是突发脉冲开始与结尾的标志 57个加密比特：加密语音、数据或控制信息 借用标志F：表明借用一半业务信道资源给FACCH 训练序列：一串已知比特，供信道均衡用 保护时间GP：防止由于定时误差而造成突发脉冲间的重叠,7.2 GSM的无线接口,4 GSM系统时隙-格式,常规突发脉冲（NB：Normal Burst,51,142个固定比特：全0，固定的的频率校正信息,0.577ms,156.25bit,0.577ms,156.25bit,7.2 GSM的无线接口,4 GSM系统时隙-格式,频率校正突发脉冲（FB：Frequency Correction Burst,同步突发脉冲（SB

26、：Synchronization Burst,39个加密比特： TDMA帧号（TN）以及基站识别码（BSIC）信息长同步序列：易被检测,52,7.2 GSM的无线接口,4 GSM系统时隙-格式,接入突发脉冲（AB：Access Burst,长保护时间GP：适应移动台首次接入或切换到新基站时不知时间的提前量,空闲突发脉冲（DB：Dummy Burst） 将普通突发脉冲中的加密信息比特换成固定比特,当无用户信息传输时，用空闲突发脉冲替代普通突发脉冲在TDMA时隙中传送,53,信道的组合是指在物理信道上对逻辑信道进行复用 组合方式 ：逻辑信道到物理信道的映射 业务信道的组合 C0C1Cn-1 表示每

27、个基站的n个载频; C0为主载频； TS0TS1TS7表示每个载频的8个时隙； C0 的TS0用于广播信道和公共控制信道； C0 的TS1用于专用控制信道； C0 的TS2TS7以及其余C1Cn-1载频上的8个时隙均用于业务信道,7.2 GSM的无线接口,5 信道的组合方式,54,7.2 GSM的无线接口,5 信道的组合方式,业务信道的复帧(含26帧)与物理信道(一个时隙)的映射关系： 24帧T（TCH）用户传输业务信息； 1帧A，代表随路的慢速辅助控制信道（SACCH）； 1帧I，代表空闲，不含任何信息，用于配合测量,业务信道的组合方式- C0的TS2TS7时隙上的下行TCH复用,55,7.

28、2 GSM的无线接口,5 信道的组合方式,上下行链路的TCH结构完全一样，只是有3个TS的偏移，表明移动台的收发不必同时进行,业务信道的组合方式- C0的TS2TS7时隙上的TCH上下行偏移,图 TCH上下行偏移,56,图 BCCH与CCCH在主载频TS0上的复用（下行链路,TDMA帧,7.2 GSM的无线接口,5 信道的组合方式,控制信道的组合方式C0的TS0时隙上的信道复用-下行链路,F（FCCH）：移动台据此校正同步频率 S（SCH）：移动台据此读TDMA帧号和基站识别码（BSIC） B（BCCH）：移动台据此读有关小区的通用信息 C（CCCH）：移动台依此接受寻呼和接入 I（IDEL）

29、：空闲帧，不含任何信息，仅作为复帧的结束标志,57,广播信道（BCH）和公共控制信道（CCCH）共占用51个TS0时隙，但从时间上讲长度为51个TDMA帧 以每出现一个空闲帧作为复帧结束，在空闲帧之后，再从F、S开始进行新的复帧，即时分复用构成TDMA的复帧结构 在没有寻呼或呼叫接入时，基站也总在C0上发射。这使移动台能够测试基站的信号强度以决定使用哪个小区更为合适,7.2 GSM的无线接口,5 信道的组合方式,控制信道的组合方式C0的TS0时隙上的信道复用,下行链路,58,只含有随机接入信道（RACH），用于移动台的接入 。下图为51个连续TDMA帧的TS0,7.2 GSM的无线接口,5 信

30、道的组合方式,控制信道的组合方式C0的TS0时隙上的信道复用,上行链路,TS0上RACH的复用,59,用来映射专用控制信道，重复周期为102个TS 独立专用控制信道（SDCCH）的DX（D0、D1、D7）只用于移动台建立呼叫的开始时使用，当移动台转移到业务信道TCH上，DX就用于其它的移动台。 慢速随路信道（SACCH）的AX（A0、A1、 、A7 ）主要用于传送不紧要的控制信息，如无线测量数据等 上下行链路有相同结构，只是在时间上有一个偏移，即意味着对于一个移动台可同时双向接续,7.2 GSM的无线接口,5 信道的组合方式,控制信道的组合方式C0的TS1时隙上的信道复用,60,下行链路,图

31、SDCCH与SACCH在TS1上的复用（下行,7.2 GSM的无线接口,5 信道的组合方式,控制信道的组合方式C0的TS1时隙上的信道复用,61,上行链路,图 SDCCH与SACCH在TS1上的复用（上行,7.2 GSM的无线接口,5 信道的组合方式,控制信道的组合方式C0的TS1时隙上的信道复用,62,公用控制信道和专用控制信道的综合复用,7.2 GSM的无线接口,5 信道的组合方式,控制信道的组合方式C0的TS0时隙上的控制信道综合复用,若小区只有一套收发单元（一对双工载频C0），只有8个TS， TS1 TS7均用于业务信道；TS0既用于公用、也用于专用控制信道,63,在载频C0上： TS

32、0：逻辑控制信道，重复周期为51个TS TS1：逻辑控制信道，重复周期为102个TS TS2TS7：逻辑业务信道，重复周期为26个TS 其它C1Cn-1个载频的TS0TS7时隙全部是业务信道,7.2 GSM的无线接口,5 信道的组合方式,映射关系小结,64,数字化语音信号在无线传输时主要面临三个问题： 带宽有限：选择低速率的编码方式，以适应有限带宽的要求； 信道衰落导致误码：选择有效的信道编码方法降低误码率； 干扰和噪声严重：选用有效的调制方法降低干扰,7.2 GSM的无线接口,6 语音和信道编码(1)概述,65,图 GSM中语音处理的一般过程,7.2 GSM的无线接口,6 语音和信道编码(1

33、) 概述,GSM系统语音处理的一般过程,66,7.2 GSM的无线接口,6 语音和信道编码(1) 概述-GSM语音和信道编码组成框图,67,语音方案 13kbit/s RPE-LTP码（规则脉冲激励长期预测） 目的 在保证语音或数据传输质量的条件下，提高系统的无线资源利用率，增加系统的容量 过程 把语音分成20ms 为单位的段（语音帧），每个段编成260bit的数据块(编码速率13kb/s)，然后对每个小段分别编码； 块与块之间依靠外同步，块内部不含同步信息； 收端将收到的信息块经LPT和LPC滤波重组； 经过一个预先设计好的去加重网络加以复原，恢复语音信号,7.2 GSM的无线接口,6 语音

34、和信道编码(2)GSM中的语音编码技术,68,目的 对抗衰落，纠正随机干扰，改善传输质量。用有效性换取可靠性 基本方法 编码：发送端将原始数据和增加的数据比特（通过某种约定从原始数据中经计算产生）一起发送; 解码：接收端利用冗余信息检错并尽可能地纠错。 编码方式 将语音编码后的260bit分成差错敏感的182比特和不敏感的78比特 对差错敏感的182比特，加上3个奇偶校验比特和4个尾比特，共189比特，进行前向纠错编码-卷积编码：采用码率为1/2、约束长度为5的卷积编码，共输出378比特； 对差错不敏感的78比特，不进行信道编码。 信道编码后的比特数为78+378=456，速率为456bit/

35、20ms=22.8kb/s,7.2 GSM的无线接口,6 语音和信道编码(3)GSM中的信道编码技术,69,原因 在移动通信变参信道上，比特差错经常是成串发生的。 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有效。 把一条消息中的相继比特分散开的方法，再用信道编码纠错功能纠正差错，恢复原消息，这种方法就是交织技术。 目的 针对多径衰落导致的突发性错误把一个较长的突发误码离散 成随机误码，再用纠正随机误码的编码技术消除随机误码。 原理 按行输入，按列输出。把码字顺序相关的比特流非相关化,7.2 GSM的无线接口,6 语音和信道编码(4)交织编码,70,方法 输入码流是20ms的帧，每帧含4

36、56bit。每两帧（40ms）共 912bit，按每行8位写入，共写入114行； 输出按列输出，每次读出114bit，恰好对应GSM的一个时隙,7.2 GSM的无线接口,6 语音和信道编码(4)交织编码,71,过程：在40ms共912bit间进行 将输入码流长为20ms帧中的456bit分成8段，每段含57bit 当前帧的456bit分别与第n-1帧后半帧的228bit和第n+1帧前半帧的228bit交织,7.2 GSM的无线接口,6 语音和信道编码(4)交织编码,72,含义：有规则地改变一个信道的频隙（载频频带）。GSM的无线接口上采用慢跳频。快跳频是指一次发射信号期间有不止一个频率跳变,即

37、跳频速率大于信息速率;反之称为慢跳频 限制：公共信道（BCCH与CCCH）必须使用固定频率。 目的：进一步提高系统抗干扰能力，也提高了系统的保密性。 抗干扰原理：靠躲避干扰获得抗干扰能力,7 跳频和间断传输技术(1)跳频技术-概述,7.2 GSM的无线接口,Bw：跳变频率范围； Bc：最小跳变的频率间隔,避免跳变到相同频率的两个方法： 相同、邻近小区不同载频采用相互正交伪随机码序列； 根据统一的超帧序列号提供频率跳变顺序和起始时间,73,每帧改变频率,7.2 GSM的无线接口,7 跳频和间断传输技术(1)跳频技术-原理,74,7.2 GSM的无线接口,7 跳频和间断传输技术(1)跳频技术-原理

38、,GSM慢跳频示意图,75,跳频在时隙和频隙上进行 每个区群分配n组频率，区群中的每个小区分配一组频率（跳频频率集），其中每一个频率为一个频道（频隙）。 跳频序列的描述参数 GSM中规定最多可用的跳频序列个数为64个。对于n个指定的频率集合，可以建立64n个不同的跳频序列。 跳频序列号（HSN），有64种不同值； 移动指配偏置度（MAIO），可包括全部n个频率； 通常在一个小区内的所有信道采用相同的HSN和不同的MAIO进行跳频，可避免区内信道间干扰； 邻近小区使用不相关的频率集合，可认为相互间无干扰,7.2 GSM的无线接口,7 跳频和间断传输技术(1)跳频技术-GSM中的规定,76,概念：

39、语音激活控制就是采用非连续发射，基本原则是仅在有语音时才打开发射机。 目的：减小干扰，提高系统容量 非连续发射（DTX）框图,7.2 GSM的无线接口,7 跳频和间断传输技术(2)语音激活技术,77,语音激活检测器（VAD）框图,7.2 GSM的无线接口,7 跳频和间断传输技术(2)语音激活技术,78,发端与收端各部分功能,7.2 GSM的无线接口,7 跳频和间断传输技术(2)语音激活技术,79,7.3 GSM系统的控制与管理,位置管理 呼叫接续 越区切换与漫游 安全措施 计费,80,位置登记 位置登记又称注册，是通信网为了跟踪移动台的位置变化，对其位置信息进行登记、删除和更新的过程。位置信息

40、存储在HLR和VLR中。 目的 使移动台与网络保持联系，以便移动台在网络覆盖范围内的任何地方都能接入到网络内,7.3 GSM系统的控制与管理,1 位置管理（1）概述,81,位置登记过程 移动用户首次入网时，必须通过MSC在相应的位置寄存器中登记注册，将相关的参数（如移动用户识别码IMSI、移动台编号及业务类型等）全部存放在该位置寄存器中，该位置寄存器称为原籍位置寄存器（HLR）。 当移动台远离原籍地区（归属地区）进入其它地区（访问地区）时，访问地区的位置寄存器（VLR）需对来访移动台进行位置登记，并向该移动台的HLR查询有关参数。 HLR临时保存VLR提供的位置信息，以便为其它用户呼叫该移动台

41、时提供路由信息。 移动台离开该访问地区时，VLR所存储的该移动台的位置信息即被删除,7.3 GSM系统的控制与管理,1 位置管理（2）位置登记,82,位置更新过程-更新请求 移动台开机后，搜索并提取BCCH播送的位置区标志； 所提取的位置区标志与上次通信所用的位置区标志进行比较，若相同则不需要位置更新；若不同，则说明移动台进入新的位置区，需要进行位置更新，移动台通过新位置区的基站向该区的MSC发出位置更新请求,7.3 GSM系统的控制与管理,1 位置管理（3）位置更新,83,位置更新过程实施更新 VLR收到MSC“更新位置登记”指令后，将该移动台注册到VLR，并根据移动用户识别码IMSI直接判

42、断出该移动台的HLR； VLR给该MS分配漫游号码（MSRN），并向该移动台的HLR查询该移动台的有关参数；查询成功后，通过MSC和BS向该MS发送“更新位置登记”的确认信息； HLR修改该MS原移动参数，临时保存VLR提供的位置信息；即HLR与VLR交换数据得到移动用户的新位置信息； 若位置更新过程中涉及多个VLR，HLR还需通知移动台所属的旧的VLR删除用户有关信息,7.3 GSM系统的控制与管理,1 位置管理（3）位置更新,84,IMSI分离与附着 IMSI分离：移动台转入非激活状态（关机）时，需在有关的VLR和HLR中设置特定标志，使网络拒绝呼叫该用户，以免无效寻呼信号占用信道，称之为

43、IMSI分离； IMSI附着：移动台转入激活状态时，取消上述分离标志，恢复正常工作，称之为IMSI附着,7.3 GSM系统的控制与管理,1 位置管理（4）周期性位置登记,85,周期性位置登记 无线链路的质量较差时，可能使系统误判MS发送的“IMSI分离/附着”消息； 为解决误判问题，系统采取周期性登记方式，要求MS每隔一段时间登记一次，若未接收到MS周期性登记信息，则判定为“分离”； 网络通过BCCH通知MS其周期性登记的时间周期； MS收到周期性登记程序中的证实消息时，才停止发送登记消息,7.3 GSM系统的控制与管理,1 位置管理（4）周期性位置登记,86,过程,7.3 GSM系统的控制与

44、管理,1 位置管理（5）位置登记与更新过程,87,IMSI,鉴权登记 网络识别,MSC,用户的 临时位置信息,用户基本信息 当前位置信息,MSC/VLR,IMSI,VLR,HLR,ON,play,OFF,ON,OFF,play,位置更新请求,附着,入网,注： IMSI国际移动用户识别码,play,MSC/VLR,分离处理请求,离网,分离,7.3 GSM系统的控制与管理,1 位置管理（5）位置登记与更新过程,过程,88,7.3 GSM系统的控制与管理,2 呼叫接续（1）概述,呼叫接续过程,移动性管理过程（越区、漫游时,89,以固定网PSTN呼叫移动用户为例 固定网的用户拨打移动用户的电话号码MS

45、ISDN； PSTN交换机分析MSISDN号码； GMSC分析MSISDN号码； HLR分析由GMSC发来的信息； HLR查询当前为被叫移动用户服务的MSC/VLR； 由正在服务于被叫用户的MSC/VLR得到呼叫的路由信息； MSC/VLR将呼叫的路由信息传送给HLR； GMSC接收包含MSRN的路由信息,7.3 GSM系统的控制与管理,2 呼叫接续（2）移动台被叫,90,CC为国家代码，我国为86 国内有效ISDN号码：11位 NDC数字蜂窝移动业务接入号13x； HLR识别号：H0 H1 H2 H3。H0=0时，H1、H2由全国统一分配，H3 由各省自行分配。一个HLR可以包含一个或多个H

46、3数值；H0 0时，x、H0、H1、H2由全国统一分配。一个HLR可包含一个或若干个xH0H1H2数值 ； SN（移动用户号）：ABCD。由各HLR自行分配,7.3 GSM系统的控制与管理,2 呼叫接续（2）移动台被叫,移动用户电话号码MSISDN的含义,91,PSTN交换机分析MSISDN号码 PSTN分析NDC，将接续转接到相应移动网的关口移动交换中心（GMSC ） GMSC分析MSISDN号码 GMSC分析MSISDN号码得到被叫用户所在的归属寄存器HLR的地址 GMSC发送一个携带MSISDN的消息给HLR，以得 到用户呼叫的路由信息,MSISDN号码的分析,7.3 GSM系统的控制与

47、管理,2 呼叫接续（2）移动台被叫,92,HLR根据GMSC发来的消息，在其数据库中找到用户的位置信息，即被叫用户是在哪一个VLR区登记的 HLR的内容 MSISDN ； 国际移动用户识别IMSI ：移动用户的唯一识别号码（15位数字组成）。此处不使用MSISDN号码的原因： 不同国家的MSISDN号码长度不同，不同部分易混淆； 不同IMSI号码可以识别不同业务 VLR的地址 用户的数据,7.3 GSM系统的控制与管理,2 呼叫接续（2）移动台被叫,HLR分析GMSC发来的消息,93,HLR查询为正在服务于被叫用户的MSC/VLR 在VLR中得到被叫用户的状态信息以及呼叫建立的路由信息 由正在

48、服务于被叫用户的MSC/VLR得到呼叫的路由信息 正在服务于被呼用户的MSC/VLR产生一个MS漫游号码MSRN，MSRN通过给出正在为被叫用户服务的MSC/VLR号码来应答HLR所请求的路由信息。MSRN结构： 13x 00 M1M2M3 ABC。（M1M2M3为MSC/VLR号码） 结构2： 1354 S M0M1M2 ABC。（S M0M1M2为MSC/VLR号码） MSC/VLR将路由信息传送给HLR，GMSC接收路由信息 在此传送过程HLR对路由信息不做任何处理，而是直接将其传送给GMSC,7.3 GSM系统的控制与管理,2 呼叫接续（2）移动台被叫,路由信息的查找、传送及接收,94

49、,GMSC和MSC/VLR的连接 GMSC接收包含MSRN的路由信息，并分析MSRN，得到被叫的路由信息； 向服务于被叫用户的MSC/VLR发送携有MSRN的呼叫建立请求消息； 服务于被叫用户的MSC/VLR接到此消息，通过检查VLR识别出被叫号码，找到被叫用户,7.3 GSM系统的控制与管理,2 呼叫接续（3）连接被叫用户,95,MSC/VLR定位被叫用户 划分位置区LA (Location Area) 将MSC/VLR的业务区域划分成若干较小的区域，并由MSC和VLR管理，以减小搜索被叫用户的工作量 VLR的内容：IMSI、LAC（位置区代码）、MSRN、用户数据,7.3 GSM系统的控制

50、与管理,2 呼叫接续（3）连接被叫用户,96,当网络知道了被叫用户所在的位置区后，便在此 位置区内启动一个寻呼过程 将寻呼消息经基站通过寻呼信道PCH发送出去 位置区内某小区PCH上空闲的移动用户接到寻呼信息，识别出IMSI码，便发出寻呼响应消息给网络。 网络接到寻呼响应后，为用户分配一业务信道，建立主叫和被叫的连接，完成一次呼叫建立,7.3 GSM系统的控制与管理,2 呼叫接续（4）寻呼过程,97,移动用户通过随机接入信道（RACH）向系统发送接入请求消息； MSC/VLR分配给用户一专用信道，查看主叫用户的类别并标记此主叫用户示忙； 若系统允许该主叫用户接入网络，则MSC/VLR发证实接入

51、请求消息 主叫用户发起呼叫； 如果被叫用户是固定用户，则系统直接将被叫用户号码经固定网（PSTN）路由至目的地； 如果被叫号是同网中的其他移动台，则MSC以类似从固定网发起呼叫处理方式，进行HLR的请求过程，转接被叫用户的移动交换机； 一旦接通被叫用户的链路准备好，网络便向主叫用户发出呼叫建立证实，并给它分配专用业务信道TCH； 主叫用户等候被叫用户响应证实信号，这时完成移动用户主叫的过程,7.3 GSM系统的控制与管理,2 呼叫接续（5）主叫过程,98,越区切换的 定义,越区切换的 策略,越区切换的 种类,7.3 GSM系统的控制与管理,3 越区切换与漫游,99,定义：将正处于通话状态的MS

52、转移到新的业务信道上（新的小区）的过程。目的是保证通信的连续性 操作 识别新的小区； 分配给移动台在新小区的话音信道和控制信道。 原因 信号强度或质量下降到门限以下，此时移动台被切换到信号强度较强的相邻小区。由移动台发起 由于某小区业务信道容量全被占用或几乎全被占用，这时移动台被切换到业务信道容量较空闲的相邻小区。由上级实体发起,7.3 GSM系统的控制与管理,3 越区切换与漫游：（1）越区切换的定义,100,分散控制 移动台与基站均参与测量接受信号的强度RSSI和质量BER； 移动台对不同基站RSSI进行测量，将测量结果报告给基站（两次/秒）； 基站对移动台所占用的业务信道TCH进行测量，并

53、报告给基站控制器BSC，最后由基站控制器决定是否需要切换,7.3 GSM系统的控制与管理,3 越区切换与漫游：（2）越区切换的策略,101,BSC需要建立与新基站之间的链路，并在新的小区基站分配一个业务信道TCH； 网络MSC对这种切换不做控制,7.3 GSM系统的控制与管理,3 越区切换与漫游：（3）越区切换的种类,同一BSC内不同小区间的切换,102,网络参与切换过程 原BSC向MSC请求切换 建立MSC与新的BSC、新的BTS的链路 选择并保留新小区空闲TCH供MS切换后使用 命令MS切换到新频率的新的TCH上 切换成功后MS需要了解周围小区的信息，若位置区域发生了变化，呼叫完成后必须进

54、行位置更新,同MSC/VLR区不同BSC切换,7.3 GSM系统的控制与管理,3 越区切换与漫游：（3）越区切换的种类,同一MSC/VLR内不同BSC控制的小区间的切换,103,路由信息 当MS从正在为其服务的原MSC的区域移动到目标MSC的区域时，目标MSC要向原MSC提供一路由信息以建立两个移动交换机的连接：目标MSC 通知其相关的VLR给该MS分配一个“切换号码”，并通知新的基站分配无线信道，然后向原MSC发送切换号码。 切换号码（HON） 路由信息由切换号码提供 HON=CC+NDC+SN CC为国家码 NDC为蜂窝移动业务接入号 SN为移动用户号,7.3 GSM系统的控制与管理,3

55、越区切换与漫游：（3）越区切换的种类,不同MSC/VLR内不同BSC控制的小区间的切换,104,概述 作用：保护网络，防止非法盗用；保护用户，拒绝假冒合法用户的“入侵”。 原理：基于GSM系统定义的鉴权键Ki 当客户在网络上注册登记时，会被分配一个MSISDN、一个IMSI及一个与IMSI对应的移动用户鉴权键Ki； Ki被分别存放在网络端的鉴权中心AC中和移动用户的SIM卡中； 鉴权就是在VLR中验证网络端和用户端的Ki是否相同。 问题：用户将鉴权键Ki传输给网络时可能被人截获。 解决方法：用鉴权算法A3产生加密的数据符号响应（SRES，Signed Response,7.3 GSM系统的控制

56、与管理,4 安全措施：（1）鉴权,105,图 安全算法所在GSM系统的位置,7.3 GSM系统的控制与管理,4 安全措施：（1）鉴权,安全算法 A3：鉴权算法； A8：加密算法，产生一个供用户数据加密使用的密钥Kc； A5：加密算法，对用户数据进行加密,106,鉴权三参数的产生 在进行鉴权和加密时，GSM系统要在其鉴权中心AC产 生鉴权三参数： 随机数RAND； 符号响应SRES； 密钥Kc,图 鉴权三参数产生过程,7.3 GSM系统的控制与管理,4 安全措施：（1）鉴权,107,鉴权的过程 AC产生鉴权三参数后将其传送给VLR； 鉴权开始时VLR通过BSS将RAND送给移动台的SIM卡。SI

57、M卡中具有与网络端相同的Ki和A3、A8算法，可产生与网络端相同的SRES和Kc； MS将SIM卡产生的SRES发给VLR，在VLR中进行鉴权验证； 因为SRES是随机的，所以在空中传输时是加密的,图 鉴权过程,7.3 GSM系统的控制与管理,4 安全措施：（1）鉴权,108,目的 在空中对用户数据和信令的保密 过程 加密开始时根据MSC/VLR发出的加密指令，BTS侧和MS侧均开始使用Kc； MS侧，由Kc、TDMA帧号一起经A5算法，对用户信息数据流加密，在无线路径上传输； BTS侧，把从无线信道上收到的加密信息流、TDMA帧号和Kc，再经过A5算法解密后，传送给BSC和MSC； 上述过程

58、反之亦然,BTS,A5,Kc,TDMA,A5,A5,Kc,TDMA,A5,语音/数据,语音/数据,加密的 语音/数据,图 通信信息加密,7.3 GSM系统的控制与管理,4 安全措施：（2）无线链路上有权用户通信信息的加密,109,目的 确保系统中使用的移动设备不是盗用或非法的设备 过程 MSC/VLR向移动用户请求IMEI（国际移动台设备识别码）并将IMEI发送给EIR（设备识别寄存器）。 收到IMEI后，IER使用所定义的三个清单： 白名单：包括已分配给参加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。

59、 将设备鉴定结果送给MSC/VLR，以决定是否允许入网,7.3 GSM系统的控制与管理,4 安全措施：（3）移动设备的识别,110,用户的临时识别码TMSI 目的 防止非法个人和团体通过监听无线路径上的信令交换而窃得移动用户的真实IMSI或跟踪移动用户的位置。 分配者： MSC/VLR 更换周期：由网络运营者决定 使用过程 每当MS用IMSI向系统请求位置更新、呼叫建立或业务激活时，MSC/VLR对它进行鉴权。 允许入网后，MSC/VLR产生一个新TMSI，通过给IMSI分配TMSI的信令将其传送给MS，写入用户的SIM卡。 此后，MSC/VLR和MS之间的信令交换就使用TMSI，而用户的IM

60、SI不在无线路径上传送,7.3 GSM系统的控制与管理,4 安全措施：（4）移动用户的安全保密,111,用户的个人身份号PIN 位数：48位 目的：控制对SIM卡的使用 使用过程 只有PIN码认证通过，移动设备才能对SIM卡进行存取，读出相关数据，并可以入网。 每次呼叫结束或移动设备正常关机时，所有的临时数据都会从移动设备传送到SIM卡中，再打开移动设备时要重新进行PIN码校验。 错误输入处理 如果输入不正确的PIN码，用户可以再连续输入两次； 超过三次不正确，SIM卡被阻塞，须到运营商处消阻； 连续十次不正确输入时，SIM卡回被永久阻塞，即作废,7.3 GSM系统的控制与管理,4 安全措施：