第3章4 GSM移动通信系统5——控制与管理B

1、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GSM数字信号的形成数字信号的形成 D/A话音 解码信道 解码去交织 解密 均衡器接收解调 上节回顾上节回顾u交织编码：交织编码： 针对：突发性长差错突发性长差错 方法：发送前打乱打乱信号的顺序。交织的过程： 行写入，列读出解交织的过程：列写入，行读出u前向纠错编码：前向纠错编码： 针对：离散的随机差错离散的随机差错 方法：在信号传送前加一些冗余冗余比特。行写入列读出00010 0 11001110010011.0110001001.发送中发生了长突发误码，则经过交织译码后，把长突发误码离散化，有利于纠错0 1 0 1 0 1 0 1

2、10 1 0 1 0 1 100011010 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 100011011100011列写入001110010011.00010 0 110 1 0 1 0 1 0 110 1 0 1 0 1 100011010 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10001101行读出01100010010101011010101110111001 1 0 0

3、0 1 1交织交织交织编码器交织编码器（1148）40ms话音12 231141 2 38每列读出114bit+交织114bit已加密114bit时隙3571261 5738.25突发脉冲串形成系统加密算法GMSK调制加密114加密bit话音编码前向纠错编码模拟话音13kbit/s22.8kbit/s交织编码22.8kbit/sGSM信号的产生4 跳频技术跳频技术可以改善衰落造成的误码特性，实现频率分集。跳频技术可以提高通信系统的抗干扰能力、减少窄带干扰对某一频点信号的影响。f0f1f2f3f4.频率时间GSM系统的跳频示意图时隙帧跳频序列：f0，f2，f1，f3，f4话音的间断传输（DTX）

4、DTX是指在包含有用语音信息时进行传送，在话音的间隙的大部分时间禁止传输。采用DTX的目的： * 节省移动台电源、延长电池使用时间 * 降低空中总的干扰，提高频谱利用率。DTX模式，在话音间隙，仍要传输低速编码，形成“舒适噪声”。目的： *避免发射机的开启或关闭产生调制噪声 *避免用户产生断线的错觉DTX需要话音激活检测技术支持。话音编码信 道编 码突发脉冲串形成调制器发射机A/D交织加密GSM数字信号的形成数字信号的形成 D/A话音 解码信道 解码去交织 解密 均衡器接收解调时间色散:接收端接收的多径信号形成相邻符号间的相互干扰即码间干扰010101 010101 010101 解决办法：信

5、道的自适应均衡均衡器是利用接收端已知的训练序列来建立信道模型，由此估计出正确的发端信息。3 57 1 2631 57MS接收序列自适应信道均衡自适应信道均衡TB3加密比特571训练序列261加密比特57TB3GP 8.253？1 26？31信道？信道模型57571、比较训练序列，得到信道模型2、本地产生码，通过信道模型，使得输出与接收码一致3、则此时本地产生码即为发送的正确码12GSM系统的运行控制和管理q鉴权和加密q位置更新q激活和分离q 呼叫接续q 越区切换n鉴权和加密 (Authentication&Ciphering)鉴权：确认MS的合法性，在每次位置登记或是呼叫建立之前进行。

6、加密：把空中要传送的信息进行加密，防止被第三方窃听。鉴权A3算法密钥Ki密钥Ki随机数RAND响应SRES随机数RAND随机数RAND响应SRESA3算法比较两个SRESMSMSC/VLRAUC加密突发脉冲串形成调制器发射机交织加密A8A5AUC+交织MS114bit114已加密bit密钥密钥Kc114加密bitA5+BTS已解密114bit114bitKc114解密bit加密模式加密模式MTDMA帧号帧号三参数组的产生过程IMSI1IMSI2KiKiRANDKcSRES RANDKcSRESRAND加密算法8鉴权算法3结果结果数据库IMSI和鉴权产生随机数HLRAUC系统的鉴权过程 Auth

7、enticationAUCHLRMSC/VLRMS算法 A3RANDKiSERSRAND接入请求SRESAUC SRESMS?=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存储所有有关的用户信息NOYES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系统的加密过程CipheringAUCHLRMSC/VLRBTSMS存储HLR中所有用户鉴权键Ki，对所有用户产生三参数组RAND/KC/SRES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存储所有与网路有关的用户信息监时存储KC用于

8、与MS通话中的加密鉴权程序启动加密A5A5A8RAND KiKcKcMMKcTDMA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GSM系统的编号移动台国际ISDN号码（MSISDN）国际移动用户识别码 （IMSI）临时移动用户识别码 （TMSI）移动用户漫游号码 （MSRN）国际移动台设备识别码（IMEI）移动用户识别码设备号码位置区识别码 （LAI）全球小区识别码 （CGI）基站识别码 （BSIC）MSC/VLR号码HLR号码切换号码 （HON）位置识别码系统网元识别码1. 移动台国际移动台国际ISDN号码（号码（MSISDN）为呼叫该移动用户所需拨的号码，即手机号。

9、号码组成：CC：中国为86 NDC：移动业务接入号HLR识别号 134139中国移动(159) 130132中国联通(153) HLR识别号：H0H1H2H3 用以区别本地网国家码（2）国内目的地码（7） 用户号码（4）CCNDCSNC1C2N1N2N3H1H2H3H4*2. 国际移动用户识别码（国际移动用户识别码（IMSI）为在整个移动网中识别用户所需的号码，存储在SIM卡、卡、HLR、VLR中。在呼叫建立和位置更新时使用。号码组成：移动用户国家码（3）移动网号（2）移动用户识别码（8）MCCMNCMSIN国内移动用户识别码NMSIMCC：中国为460 MNC：用于识别用户所属的移动网 中国

10、移动：00 中国联通：01 MSIN：唯一识别网内用户 H0H1H2H33. 临时移动用户识别码临时移动用户识别码 （TMSI）为对移动用户识别码保密，MSC/VLR为每个来访用户分配一个临时号码临时号码TMSI（仅限本位置区使用)。用户仅在初始登记时使用IMSI，过后均使用TMSI，避免在空中传送IMSI，保护IMSI。TMSI由MSC分配，总长不超过4byte的BCD编码。4. 移动用户漫游号码移动用户漫游号码 （MSRN）当用户漫游到新业务区时，给入口GMSC提供的用于选路的临时号码临时号码。漫游时，HLR请求新业务区的MSC/VLR给该用户分配一个临时的漫游号码（MSRN），HLR收到

11、后再发送到入口GMSC，GMSC据此建立路由。1.移动台国际ISDN号码（MSISDN） 用户的呼叫号码2.国际移动用户识别码（IMSI） 网络中识别用户的身份号码3.临时移动用户识别码（TMSI） 用户的临时身份号码，由当前MSC/VLR分配4.移动用户漫游号码（MSRN） 用户漫游时为了寻路所用的临时号码识别用户的编号：名字身份证号码代号包含路由信息n位置登记v定义：移动网络为了跟踪移动台的位置变化，而对其位置信息进行登记、删除和更新的过程，也称位置注册。v位置信息存储在HLR和VLR中v通常，GSM系统被划分许多位置区，对应不同位置区识别码 GSM 服务区PLMN 服务区MSCVLR 服

12、务区位置区小区GSM的网络结构位置区标志在广播控制信道BCCH中播送位置更新三种位置更新(Location Updating)q移动台开机时的位置登记q当移动台从一个位置区进入另一个新的位置区时，移动系统所进行的常规位置更新q在一定的特定时间内，网络与移动台没有发生联系时，移动台自动地、周期地与网络取得联系，核对数据的周期性位置更新。 1）开机位置登记v移动台首次进入GSM网，先要通过MSC把用户的相关信息存放在HLR中进行登记注册，如IMSI、MSISDN、位置信息等。v移动台开机，搜索广播控制信道BCCH查询位置区识别码，发现与原来的位置区不同则要通过基站发位置更新请求。v位置登记后才能进

13、行通话2）常规位置更新过程v移动台漫游到新的位置区，发现收到的位置区识别码改变，向新MSC申请位置登记（用IMSI验证身份）。v新VLR向HLR查询用户数据，分配MSRN并告之。vHLR修改用户信息，并告诉原位置区VLR删除用户信息。MS新MSC新VLR原VLRHLR位置登记请求更新位置登记询问MS的IMSI“询问IMSI”的响应查询MS有关参数，并分配MSRN“查询参数”的响应，并存储MSRN位置信息注销更新位置登记确认位置登记请求确认3)周期性位置更新周期位置用来周期性地通知网络每个MS的可用性。当网络在特定的时间内没有收到来自移动台任何信息，在这种情况下网络无法知道移动台所处的状态。为此

14、，系统强制MS进行周期位置更新。当MS无法进行周期位置更新时，系统将其状态置为“隐分离”nMS的附着和分离过程 (attach/detach)vMS开机，在空中接口搜索,当接收到频率校正和同步信息后，锁定一个频率，向MSC发出接入请求，登记位置信息。这样MSC就对MS标识码做“附着”标记。vMS关机，MS向网络发送最后一次消息，包括分离处理请求，MSC接收到“分离”消息后，对MS识别码做“分离”标记。移动台的四种状态：移动台的四种状态：1、移动台、移动台关机关机 MS不能应答寻呼消息，也不能通知网络其所处的位置区的变化。网络不能达到MS。此时MS被认为是“分离分离”状态。2、移动台、移动台开机

15、开机且且空闲空闲 系统可以成功地寻呼MS，MS被 认为是“附着”。MS连接到广播信道广播信道上，具有漫游功能。并能通知网络进行位置更新位置更新。另外，MS还要进行周期性登记周期性登记。3、移动台、移动台忙忙 在这时，网络分配给MS一个业务信道业务信道传送话音或数据，当MS移动时它必须有能力进行定位和切换切换。 w4、移动台、移动台开机，但处在无网络信号的区域开机，但处在无网络信号的区域w 此时，MS无法正常进行周期性位置更新，无法应答网络，此时MS被认为“暂时与系统无法接通”，处在“隐分离状态隐分离状态”uMS的开机过程的开机过程扫描所有频道和测量信号平均强度锁定至次强的频道MS读取同步及广播

16、信息锁定至这个小区锁定至强度最大的频道是否是一个广播信道是否是要接入的移动网小区是否禁止C1=0？NOYESNOYESYESNONOYESC1为供小区选择的路径损耗准则n呼叫过程PSTN 拨号MSISDN凭 MSISDN查询用户信息及路由凭 MSRN寻路建立话路 北京GMSC北京HLR深圳VLRMSCVLR广州呼叫在一个北京固定用户呼叫深圳的移动用户（已漫游到广州）BTSBTSBTSBSC位置区位置区凭IMSI查MSRN返回 MSRN2）查询阶段： 固话网把呼叫接到移动网的GMSC GMSC向HLR进行查询 HLR向VLR查询MSRN VLR将MSRN发送给HLR HLR将MSRN发送给GMS

17、C1）拨号：固定用户拨出MS的MSISDN移动用户被呼3）寻路阶段：GMSC根据MSRN寻找路由，找到被叫所在地的MSC/VLR（VMSC）4）呼叫阶段： 主叫方回铃 被叫方振铃，摘机 通话分配业务信道（TCH）鉴权加密 BS分配专用控制信道DCCH，与MS建立链路MS空闲下响应寻呼，在RACH上申请信道 VLR查出位置区识别码 BSC在整个位置区发送寻呼（在PCH上寻呼）BTSBTSBTSBSC位置区位置区GMSCHLRVLRBTSMS固定用户拨号MRSN连接完成VMSC询问路由信息询问路由信息MRSN拨号信息询问呼叫参数呼叫请求寻呼请求寻呼请求信道请求立即指配寻呼响应寻呼响应开始接入请求鉴

18、权、加密请求完成呼叫呼叫建立呼叫建立呼叫证实呼叫证实指配TCH信道回铃音回铃音拨号应答连接连接振铃摘机连接确认连接确认VLRBSMSMSC业务请求业务请求信道请求立即指配分配新TMSI鉴权、加密信道指配建立呼叫请求要求传送呼叫建立所需信息指配TCH信道回铃音回铃音连接确认连接确认业务请求TMSI指令TMSI指令TMSI响应TMSI响应TMSI响应建立呼叫请求与固定用户接续呼叫开始呼叫开始连接连接u移动用户主呼n越区切换(Handover)定义：通话过程中，当MS从一个小区移动到另一个小区时，为了保证移动用户的不中断通信需要进行的信道切换称为越区切换。vGSM的切换采用移动台辅助切换法移动台辅助

19、切换法，MS、基站和MSC共同参与完成。v通话中，MS不断测量不断测量本小区和邻小区的BCCH信号强度/质量，并向本小区基站报告，基站据此判断是否进行切换。v三种越区切换： * 同一个BSC控制下不同小区间切换，包括不同扇区间切换 *同一个MSC/VLR业务区，不同BSC间切换 *不同MSC/VLR的区间切换u切换的过程1)同MSC不同BSC的越区切换过程BSC2MSCMS切换证实清除命令测试报告BSC1切换请求切换指令切换命令切换命令切换完成切换完成清除完成2切换请求3切换请求7建立地面链路5分配无线信道6切换号码8切换指令10切换结束1切换请求9切换指令4分配切换号码2)不同MSC间越区切

20、换什么时候开始切换呢？u质量差的紧急切换质量差的紧急切换 信号质量测量由接收方执行。 当发现有低质量产生，进行切换。紧急切换只能是MS在小区边界附近才能发生。w切换的根据是基于三个不同类型的测量。w 1、载波的强度（信号强度或路径损耗）w 2、第二种是信号质量w 3、MS所用的时间提前量。0543216 732时间提前:在呼叫期间，网络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， Timing advance ）u超过时间提前量（超过时间提前量（TA）而紧急切换而紧急切换 GSM 协议

21、允许最大的时间提前量相对应于基站和移动台距离大约公里。 基站算出时间提前量不但用于定位算法，并用于测量基站和移动台的距离。因此小区发射的最大地理位置可以确定，假设超过，定位算法建议切换。越区切换的准则越区切换的准则通常是根据移动台接收的信号强度、质量、通常是根据移动台接收的信号强度、质量、TA来决定是否进行切换。来决定是否进行切换。基站1基站2时间123A B CD相对信号强度准则具有门限规定的相对信号强度准则具有滞后余量的相对信号强度准则具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则4u精确的切换边界精确的切换边界 为了避免一个切换边界为固定的切换阙值，我们可以在切换中加入一个滞后值，使切换边界是

22、有个缓冲地带，在切换边界中MS移动也不用切换。避免切换出现乒乓效应，出现乒乓效应的原因有：1）信噪比太低。2）因MS或周围目标的移动引起衰落。 除滞后值外，还有计数器控制允许两次切换的最小时间间隔。本课小结3种位置更新q移动台开机时的位置登记q当移动台从一个位置区进入另一个新的位置区时，移动系统所进行的常规位置更新q在一定的特定时间内，网络与移动台没有发生联系时，移动台自动地、周期地与网络取得联系，核对数据的周期性位置更新。 uMS的附着和分离过程 (attach/detach)vMS开机，在空中接口搜索,当接收到频率校正和同步信息后，锁定一个频率，向MSC发出接入请求，登记位置信息。这样MSC就对MS标识码做“附着”标记。vMS关机，MS向网络发送最后一次消息，包括分离处理请求，MSC接收到“分离”消息后，对MS识别码做“分离”标记。n呼叫过程1）拨号：固定用户拨出MS的MSISDN2）查询阶段： 移动网的GMSC通过向HLR和VLR查询获得MSRN3）寻路阶段： GMSC根据MSRN寻找路由，找到被叫所在地的MSC/VLR4）呼叫阶段： BSC在整个位置区发送寻呼， MS空闲下响应寻呼，由BSS分配通话所需的业务信道和专用控制信道移动用户被呼 一个广州固定用户