1、第七章 時分多址（TDMA）數字蜂窩網目錄目錄7.1 GSM系統總體系統總體7.2 GSM系統的無線接口系統的無線接口7.3 GSM系統的控制與管理系統的控制與管理7.4 FDMA和和TDMA蜂窩系統的通信容量蜂窩系統的通信容量7.5 GPRS系統系統7.1 GSM系統總體系統總體7.1 GSM系統總體7.1 GSM系統總體BTSBSCVLRMSCOMCHLRAUCEIRBTSBSCMSMSTE基站子系統網絡子系統PSTNISDNPDN圖圖 9 1 GSM蜂窩系統的網絡結構蜂窩系統的網絡結構 一一. 網絡結構網絡結構 7.1 GSM系統總體 1. 移動臺移動臺(MS)2. 基站子系統基站子系統

2、(BSS)3. 網絡子系統網絡子系統(NSS)4. GSM網絡接口網絡接口VLRVLRHLREIRMSCBTSBSCAbisMSCMSUmAEFCBDG Um接口接口(空中接口空中接口)定義定義為移動臺為移動臺(MS)與基站收與基站收發信機發信機(BTS)之間的無線之間的無線通信接口，它是通信接口，它是GSM系系統中最重要、統中最重要、 最復雜的最復雜的接口接口 用于用于BTS(不與不與BSC放在放在一處一處)與與BSC之間的遠端互之間的遠端互連方式，它是通過采用標連方式，它是通過采用標準的準的 2.048 Mb/s或或 64 kb/s PCM數字傳輸鏈路來實現數字傳輸鏈路來實現的。此接口支持

3、所有向用的。此接口支持所有向用戶提供的服務，并支持對戶提供的服務，并支持對BTS無線設備的控制和無無線設備的控制和無線頻率的分配線頻率的分配 移動交換中心移動交換中心(MSC)與與基站控制器基站控制器(BSC)之間的之間的互連接口，互連接口， 其物理連接是其物理連接是通過采用標準的通過采用標準的 2.048 Mb/s PCM數字傳輸鏈路數字傳輸鏈路來實現的。此接口傳送的來實現的。此接口傳送的信息包括對移動臺及信息包括對移動臺及基站基站管理、移動性及呼叫接續管理、移動性及呼叫接續管理等管理等 B接口定義為移動交換中心接口定義為移動交換中心(MSC)與訪問用戶位置寄存與訪問用戶位置寄存器器(VLR

4、)之間的內部接口。之間的內部接口。用于用于MSC向向VLR詢問有關移詢問有關移動臺動臺(MS)當前位置信息或者當前位置信息或者通知通知VLR有關有關MS的位置更的位置更新信息等新信息等 C接口定義為接口定義為MSC與與HLR之間的接口，用于之間的接口，用于傳遞路由選擇和管理信傳遞路由選擇和管理信息。兩者之間是采用標息。兩者之間是采用標準的準的2.048 Mb/s PCM數數字傳輸鏈路實現的字傳輸鏈路實現的 用于交換移動臺位置用于交換移動臺位置和用戶管理的信息，保和用戶管理的信息，保證移動臺在整個服務區證移動臺在整個服務區內能建立和接受呼叫。內能建立和接受呼叫。由于由于VLR綜合于綜合于MSC中

5、，中，因此因此D接口的物理鏈接口的物理鏈路路與與C接口相同接口相同c 用于移動臺從一個用于移動臺從一個MSC控制區到另一個控制區到另一個MSC控制控制區時交換有關信息，以完區時交換有關信息，以完成越區切換。此接口的物成越區切換。此接口的物理鏈接方式是采用標準的理鏈接方式是采用標準的 2.048 Mb/s PCM數字傳輸數字傳輸鏈路實現的鏈路實現的 用于交換相關的管理信用于交換相關的管理信息。此接口的物理鏈接方息。此接口的物理鏈接方式也是采用標準的式也是采用標準的 2.048 Mb/s PCM數字傳輸鏈路數字傳輸鏈路實現的實現的 當采用臨時移動用戶識別當采用臨時移動用戶識別碼碼(TMSI)時，此

6、接口用于時，此接口用于向分配向分配TMSI的的VLR詢問此詢問此移動用戶的國際移動用戶移動用戶的國際移動用戶識別碼識別碼(IMSI)的信息。的信息。 G接口的物理接口的物理鏈接方式與鏈接方式與E接接口相同。口相同。7.1 GSM系統總體二二. GSM的區域、號碼、地址與識別的區域、號碼、地址與識別1. 區域定義區域定義 扇區扇區基站區扇區扇區基站區位置區扇區扇區基站區扇區扇區基站區位置區MSC區扇區扇區基站區扇區扇區基站區位置區扇區扇區基站區扇區扇區基站區位置區MSC區PLMN區GSM服務區7.1 GSM系統總體2. 號碼與識別號碼與識別 (1) 移動用戶識別碼（移動用戶識別碼（IMSI）：）

7、：在在GSM系統中，每個用戶分系統中，每個用戶分配一個唯一的國際移動用戶識別碼，此碼在所有位置（包括配一個唯一的國際移動用戶識別碼，此碼在所有位置（包括漫游區）都有效漫游區）都有效。MCCMNCMSINNMSIIMSI（ =15位數字)3位數字1或2位數字MCC：移動用戶所屬國家代號，占移動用戶所屬國家代號，占3位數字，中國為位數字，中國為460。MNC：移動網號碼，最多兩位數字組成，用于識別移動用戶移動網號碼，最多兩位數字組成，用于識別移動用戶歸屬的移動通信網。歸屬的移動通信網。MSIN：移動用戶識別碼，用以識別某一移動用戶識別碼，用以識別某一PLMN中的移動用戶。中的移動用戶。7.1 GS

8、M系統總體 (2) 臨時移動用戶識別碼。臨時移動用戶識別碼。 考慮到移動用戶識別碼的安全性，考慮到移動用戶識別碼的安全性， GSM系統能提供安系統能提供安全保密措施，即空中接口無線傳輸的識別碼采用臨時移動全保密措施，即空中接口無線傳輸的識別碼采用臨時移動用戶識別碼用戶識別碼(TMSI)代替代替IMSI。 兩者之間可按一定的算法互兩者之間可按一定的算法互相轉換。訪問位置寄存器相轉換。訪問位置寄存器(VLR)可給來訪的移動用戶分配一可給來訪的移動用戶分配一個個TMSI(只限于在該訪問服務區使用只限于在該訪問服務區使用)。 總之，總之， IMSI只在只在起始入網登記時使用，起始入網登記時使用， 在后

9、續的呼叫中，在后續的呼叫中， 使用使用TMSI， 以以避免通過無線信道發送其避免通過無線信道發送其IMSI， 從而防止竊聽者檢測用戶從而防止竊聽者檢測用戶的通信內容，的通信內容， 或者非法盜用合法用戶的或者非法盜用合法用戶的IMSI。 TMSI總長不超過總長不超過 4 個字節，個字節， 其格式可由各運營部門決其格式可由各運營部門決定。定。 7.1 GSM系統總體 (3) 國際移動設備識別碼。國際移動設備識別碼。 國際移動設備識別碼國際移動設備識別碼(IMEI)是區別移動臺設備的標志，是區別移動臺設備的標志，可用于可用于監控被竊或無效的移動設備。監控被竊或無效的移動設備。 TACFACSNRSP

10、IMEI（ 15位數字)6位數字2位數字6位數字1位數字TAC:型號批準碼，由歐洲型號標準中心分配。型號批準碼，由歐洲型號標準中心分配。FAC:裝配廠家號碼。裝配廠家號碼。SNR:產品序號，用于區別同一個產品序號，用于區別同一個TAC和和FAC中的每臺移動設備。中的每臺移動設備。SP:備用。備用。7.1 GSM系統總體(4) 移動臺的號碼。移動臺的號碼。 移動臺國際移動臺國際ISDN號碼號碼(MSISDN)。 CCNDCSN移動臺國內有效ISDN號碼移動臺國 ISDN號碼CC：國家代碼，即移動臺注冊登記的國家代號，中國為國家代碼，即移動臺注冊登記的國家代號，中國為86NDC：國內地區碼，每個國

11、內地區碼，每個PLMN有一個有一個NDCSN：移動用戶號碼移動用戶號碼由由NDC和和SN兩部分組成國內兩部分組成國內ISDN號碼，其長度不超過號碼，其長度不超過13位數。位數。國際國際ISDN號碼長度不超過號碼長度不超過15位數字。位數字。7.1 GSM系統總體 移動臺漫游號碼移動臺漫游號碼(MSRN)。 當移動臺漫游到一個新的服務區時，由當移動臺漫游到一個新的服務區時，由VLR給它分配一給它分配一個臨時性的漫游號碼，并通知該移動臺的個臨時性的漫游號碼，并通知該移動臺的HLR，用于建立通用于建立通信路由。一旦該移動臺離開該服務區，此漫游號碼即被收回，信路由。一旦該移動臺離開該服務區，此漫游號碼

12、即被收回，并可分配給其它來訪的移動臺使用。并可分配給其它來訪的移動臺使用。 漫游號碼的組成格式與移動國際漫游號碼的組成格式與移動國際(或國內或國內)ISDN號碼相同。號碼相同。 7.1 GSM系統總體(5) 位置區和基站的識別碼位置區和基站的識別碼 位置區識別位置區識別(LAI)碼：碼：在檢測位置更新和信道切換時，在檢測位置更新和信道切換時，要使用位置識別碼。要使用位置識別碼。 MCCMNCLAC位置區識別碼（ LAI）MCC：移動用戶所屬國家代號，占移動用戶所屬國家代號，占3位數字，中國為位數字，中國為460。MNC：移動網號碼，最多兩位數字組成，用于識別移動用戶移動網號碼，最多兩位數字組成

13、，用于識別移動用戶歸屬的移動通信網。歸屬的移動通信網。LAC：用于識別用于識別GSM網中的一個位置區，最多不超過兩字節，網中的一個位置區，最多不超過兩字節，采用采用16進制編碼，由各運營部門制定。進制編碼，由各運營部門制定。 在在LAI后面加上后面加上CI，還可組成小區識別碼。還可組成小區識別碼。7.1 GSM系統總體 基站識別色碼基站識別色碼(BSIC)：用于移動臺識別相同載頻的用于移動臺識別相同載頻的不同基站，特別用于區別在不同國家的邊界地區采用不同基站，特別用于區別在不同國家的邊界地區采用相同載頻且相鄰的基站。相同載頻且相鄰的基站。 NCCBCC基站識別色碼(BSIC )3 bit3 b

14、itNCC：PLMN色碼，用來識別相鄰的色碼，用來識別相鄰的PLMN網。網。BCC：BTS色碼，用來識別相同載頻的不同基站。色碼，用來識別相同載頻的不同基站。7.1 GSM系統總體三三. 主要業務主要業務1. 通信業務分類通信業務分類 7.1 GSM系統總體2. 業務定義業務定義(1)電話業務。 (2)(2) 緊急呼叫業務。 (3)(3) 短消息業務。 (4)(4) 可視圖文接入。 (5)(5) 智能用戶電報傳送。 (6)(6) 傳真。 7.2 GSM系統的無線接口7.2 GSM系統的無線接口系統的無線接口一一. GSM系統無線的傳輸特征系統無線的傳輸特征 GSM等三種數字蜂窩網主要參數等三種

15、數字蜂窩網主要參數7.2 GSM系統的無線接口1. TDMA/FDMA接入方式接入方式 TDMA/FDMA接入方式接入方式 時間0 1 2 3 4 5 6 7fnfn+1fn+2fn+3fn+4幀4.6 ms時隙577s200 kHZ= 物理信值頻率7.2 GSM系統的無線接口 2. 頻率與頻道序號頻率與頻道序號 GSM系統工作在以下射頻頻段：系統工作在以下射頻頻段： 上行上行(移動臺發、移動臺發、 基站收基站收) 890915 MHz 下行下行(基站發、基站發、 移動臺收移動臺收) 935960 MHz 收、收、 發頻率間隔為發頻率間隔為 45 MHz。 移動臺采用較低頻段發射，移動臺采用較

16、低頻段發射， 傳播損耗較低，傳播損耗較低， 有利于補償上、下行功率不平衡的問題。有利于補償上、下行功率不平衡的問題。 7.2 GSM系統的無線接口 由于載頻間隔是由于載頻間隔是0.2MHz，因此因此GSM系統整個工作系統整個工作頻段分為頻段分為 124 對載頻，對載頻， 其頻道序號用其頻道序號用n表示，則上、下表示，則上、下兩頻段中序號為兩頻段中序號為n的載頻可用下式計算：的載頻可用下式計算： 下頻段下頻段 fl(n)=(890+0.2 n) MHz 上頻段上頻段fh(n)=(935+0.2 n) MHz 式中，式中，n=1124。例如例如 n=1, fl(1)=890.2MHz, fh(1)

17、=935.2 MHz，其它其它序號的載頻依次類推。序號的載頻依次類推。 每個載頻有每個載頻有8個時隙，因此個時隙，因此GSM系統總共有系統總共有: 1248=992 個物理信道個物理信道 有的有的書籍中簡稱書籍中簡稱GSM系統有系統有1 000個物理信道。個物理信道。 7.2 GSM系統的無線接口 3. 調制方式調制方式 高斯型最小移頻鍵控高斯型最小移頻鍵控(GMSK)方式。方式。 高斯濾波器的歸一化帶寬BT=0.3，基于200kHz的載頻間隔及270.833kb/s的信道傳輸速率，其頻譜利用率為1.35 b/s/Hz。 4. 載頻復用與區群結構載頻復用與區群結構 GSM系統中， 基站發射功率

18、為每載波 500 W， 每時隙平均為 500/8=62.5 W。 移動臺發射功率分為 0.8 W, 2 W, 5 W, 8 W和20 W五種，可供用戶選擇。小區覆蓋半徑最大為 35 km， 最小為 500 m，前者適用于農村地區， 后者適用于市區。 由于系統采取了多種抗干擾措施(如自適應均衡、跳頻和糾錯編碼等)，同頻道射頻防護比可降到C/I=9 dB，因此在業務密集區，可采用 3 小區小區 9 扇區扇區的區群結構。 7.2 GSM系統的無線接口二二. 信道類型及其組合信道類型及其組合1. 幀結構幀結構0123 45670 12345 670123 4567012 34567 012345 67

19、012 3456722012342324250123474849501（26幀）的復幀 26 TDMA幀 （120 ms ）024250123474849501（ 51（26幀）的復幀或者 26（51幀）的復幀 ）2 0422 0432 0442 0452 0462 04701234561超高幀 2 048 超幀 2 715 648 TDMA 幀012TDMA 幀1超幀 1 326 TDMA 幀（ 6.12 s )1（51幀）的復幀 51 TDMA 幀（ 235.385 ms）7.2 GSM系統的無線接口012345670123456701234567012345670101TDMA幀號TDM

20、A幀號BTS到MSMS到BTS偏移下行C045 MHz(GSM 900)95 MHz(DCS 1800)上行C0上行幀號和下行幀號所對應的時間關系上行幀號和下行幀號所對應的時間關系7.2 GSM系統的無線接口2. 信道分類信道分類 頻率較正信道 FCCH同步信道SCH廣播控制信道 BCCH廣播信道 BCH尋呼信道PCH準許接入信道AGCH隨機接入信道RACH公用控制信道 CCCH獨立專用控制信道 SDCCH慢速輔助控制信道 SACCH快速輔助控制信道 FACCH專用控制信道 DCCH業務信道TCH控制信道 CH信道分類（下行）（下行）（下行）（下行）（下行）（上行）（上/下行）（上/下行）（上

21、/下行）在同一物理信道（相當于專用在同一物理信道（相當于專用呼叫信道）上復用呼叫信道）上復用7.2 GSM系統的無線接口 (1) 業務信道。業務信道業務信道。業務信道TCH主要傳輸數字話或數據，主要傳輸數字話或數據， 其次還有少量的隨路控制信令。業務信道有全速率業務其次還有少量的隨路控制信令。業務信道有全速率業務信道信道(TCH/F)和半速率業務信道和半速率業務信道(TCH/H)之分。半速率業之分。半速率業務信道所用時隙是全速率業務信道所用時隙的一半。務信道所用時隙是全速率業務信道所用時隙的一半。 話音業務信道。載有編碼話音的業務信道分為全話音業務信道。載有編碼話音的業務信道分為全速率話音業務

22、信道速率話音業務信道(TCH/FS)和半速率話音業務信道和半速率話音業務信道(TCH/HS)， 兩者的總速率分別為兩者的總速率分別為 22.8 kb/s和和11.4 kb/s。 對于全速率話音編碼，話音幀長對于全速率話音編碼，話音幀長 20ms，每幀含每幀含 260 bit 話音信息，提供的凈速率為話音信息，提供的凈速率為 13 kb/s。 7.2 GSM系統的無線接口 數據業務信道。在全速率或半速率信道上，數據業務信道。在全速率或半速率信道上， 通過通過不同的速率適配和信道編碼，用戶可使用下列各種不同的不同的速率適配和信道編碼，用戶可使用下列各種不同的數據業務：數據業務： 9.6 kb/s,

23、 全速率數據業務信道全速率數據業務信道 (TCH/F9.6) 4.8 kb/s, 全速率數據業務信道全速率數據業務信道 (TCH/F4.8) 4.8 kb/s, 半速率數據業務信道半速率數據業務信道 (TCH/H4.8) 2.4 kb/s, 全速率數據業務信道全速率數據業務信道 (TCH/F2.4) 2.4 kb/s, 半速率數據業務信道半速率數據業務信道 (TCH/H2.4) 7.2 GSM系統的無線接口 (2) 控制信道。控制信道控制信道。控制信道(CCH)用于傳送信令和同步信用于傳送信令和同步信號。號。 廣播信道廣播信道(BCH)。廣播信道是一種廣播信道是一種“一點對多點一點對多點”的單

24、方向控制信道，用于基站向移動臺廣播公用的信息。的單方向控制信道，用于基站向移動臺廣播公用的信息。傳輸的內容主要是移動臺入網和呼叫建立所需要的有關信傳輸的內容主要是移動臺入網和呼叫建立所需要的有關信息。息。 其中又分為：其中又分為： 頻率校正信道頻率校正信道(FCCH)： 傳輸供移動臺校正其工作頻傳輸供移動臺校正其工作頻率的信息；率的信息； 同步信道同步信道(SCH)： 傳輸供移動臺進行同步和對基站進傳輸供移動臺進行同步和對基站進行識別的信息，行識別的信息， 即基站識別碼是在同步信道上傳輸的；即基站識別碼是在同步信道上傳輸的； 廣播控制信道廣播控制信道(BCCH)： 傳輸系統公用控制信息，傳輸系

25、統公用控制信息， 例如公共控制信道例如公共控制信道(CCCH)號碼以及是否號碼以及是否與獨立專用控制與獨立專用控制信道信道(SDCCH)相組合等信息。相組合等信息。 7.2 GSM系統的無線接口 公用控制信道公用控制信道(CCCH)。CCCH是一種雙向控制信是一種雙向控制信道，用于呼叫接續階段傳輸鏈路連接所需要的控制信令。道，用于呼叫接續階段傳輸鏈路連接所需要的控制信令。其中又分為：其中又分為： 尋呼信道尋呼信道(PCH)： 傳輸基站尋呼移動臺的信息；傳輸基站尋呼移動臺的信息； 隨機接入信道隨機接入信道(RACH)： 這是一個上行信道，這是一個上行信道， 用于用于移動臺隨機提出的入網申請，即請

26、求分配一個獨立專用移動臺隨機提出的入網申請，即請求分配一個獨立專用控制信道控制信道(SDCCH)； 準許接入信道準許接入信道(AGCH)： 這是一個下行信道，這是一個下行信道， 用于用于基站對移動臺的入網申請作出應答，基站對移動臺的入網申請作出應答，即分配一個獨立專即分配一個獨立專用控制信道。用控制信道。 7.2 GSM系統的無線接口 專用控制信道專用控制信道(DCCH)。DCCH是一種是一種“點對點點對點”的雙向控制信道，其用途是在呼叫接續階段以及在通信進的雙向控制信道，其用途是在呼叫接續階段以及在通信進行當中，行當中， 在移動臺和基站之間傳輸必需的控制信息。其在移動臺和基站之間傳輸必需的控

27、制信息。其中又分為：中又分為： 獨立專用控制信道獨立專用控制信道(SDCCH)： 用于在分配業務信道用于在分配業務信道之前傳送有關信令。之前傳送有關信令。 例如，例如， 登記、登記、鑒權等信令均在此信鑒權等信令均在此信道上傳輸，道上傳輸， 經鑒權確認后，經鑒權確認后， 再分配業務信道再分配業務信道(TCH)； 7.2 GSM系統的無線接口 慢速輔助控制信道慢速輔助控制信道(SACCH)：在移動臺和基站之在移動臺和基站之間，間， 需要周期性地傳輸一些信息。例如需要周期性地傳輸一些信息。例如, 移動臺要不斷移動臺要不斷地報告正在服務的基站和鄰近基站的信號強度，以實現地報告正在服務的基站和鄰近基站的

28、信號強度，以實現“移動臺輔助切換功能移動臺輔助切換功能”。 此外，基站對移動臺的功率此外，基站對移動臺的功率調整、時間調整命令也在此信道上傳輸，調整、時間調整命令也在此信道上傳輸， 因此因此SACCH是雙向的點對點控制信道。是雙向的點對點控制信道。SACCH可與一個業務信道可與一個業務信道或一個獨立專用控制信道聯用。或一個獨立專用控制信道聯用。SACCH安排在業務信安排在業務信道時，以道時，以SACCH/T表示；表示； 安排在控制信道時，以安排在控制信道時，以SACCH/C表示。表示。7.2 GSM系統的無線接口 快速輔助控制信道快速輔助控制信道(FACCH)： 傳送與傳送與SDCCH相同相同

29、的信息，只有在沒有分配的信息，只有在沒有分配SDCCH的情況下，才使用這種的情況下，才使用這種控制信道。使用時要中斷業務信息，把控制信道。使用時要中斷業務信息，把FACCH插入業務插入業務信道，每次占用的信道，每次占用的時間很短，約時間很短，約18.5 ms。 7.2 GSM系統的無線接口3. 時隙的格式時隙的格式 在在GSM系統中，系統中，每幀含每幀含 8 個時隙，時隙的寬度為個時隙，時隙的寬度為 0.577 ms，其中包含其中包含157.25 bit。TDMA信道上一個時隙中信道上一個時隙中的信息格式稱為突發脈沖序列。的信息格式稱為突發脈沖序列。 時間0 1 2 3 4 5 6 7fnfn

30、+1fn+2fn+3fn+4幀4.6 ms時隙577s200 kHZ= 物理信值頻率BSMS157.25 bit(1) 常規突發(NB, Normal Burst)脈沖序列。(2) 頻率校正突發(FB, Frequency Correction Burst)脈沖序列。(3) 同步突發(SB， Synchronisation Burst)脈沖序列。(4) 接入突發(AB, Access Burst)脈沖序列。7.2 GSM系統的無線接口 根據時隙所含的具體內容及其組成格式，可以分為：根據時隙所含的具體內容及其組成格式，可以分為：7.2 GSM系統的無線接口尾比特信息比特571 訓練序列261 信

31、息比特573尾比特3保護期8.25156.25 bit = 0.577 ms常規突發序列(1) 常規突發常規突發(NB, Normal Burst)脈沖序列。脈沖序列。BSMS0MS1MS2MS7TS0 TS1 TS2TS7TS0TS7TS1 TS27.2 GSM系統的無線接口 (2) 頻率校正突發頻率校正突發(FB, Frequency Correction Burst)脈沖脈沖序列。序列。 頻率校正突發脈沖序列用于校正移動臺的載波頻率，頻率校正突發脈沖序列用于校正移動臺的載波頻率，其格式比較簡單，參見圖其格式比較簡單，參見圖 9-13 所示。所示。 起始和結束的尾比特各占起始和結束的尾比特

32、各占 3 bit， 保護時間保護時間 8.25 bit， 它們均與普通突發脈沖序列相同，其余的它們均與普通突發脈沖序列相同，其余的 142 bit，均置成均置成“0”，相應發送的射頻是一個與載頻有固定偏移，相應發送的射頻是一個與載頻有固定偏移(頻編頻編)的的純純正弦波，正弦波， 以便于調整移動臺的載頻。以便于調整移動臺的載頻。 尾比特3固定比特尾比特3保護期8.25142頻率校正突發序列7.2 GSM系統的無線接口 (3) 同步突發同步突發(SB， Synchronisation Burst)脈沖序列。脈沖序列。 同步突發脈沖序列用于移動臺的時間同步。同步突發脈沖序列用于移動臺的時間同步。 主

33、要組成包主要組成包括括 64 bit的位同步信號，以及兩段各的位同步信號，以及兩段各39bit數據，用于傳數據，用于傳輸輸TDMA幀號和基站識別碼幀號和基站識別碼(BSIC)。 基站識別碼基站識別碼(BSIC)用于移動臺進行信號強度測量時用于移動臺進行信號強度測量時區分同一個載頻而不同的基站。區分同一個載頻而不同的基站。 尾比特3加密比特39擴展的訓練序列64尾比特3保護期8.25加密比特39同步突發序列7.2 GSM系統的無線接口 (4) 接入突發接入突發(AB, Access Burst)脈沖序列。脈沖序列。 接入接入突發脈沖序列用于上行傳輸方向，突發脈沖序列用于上行傳輸方向， 在隨在隨機

34、接入信道機接入信道(RACH)上傳送，上傳送， 用于移動用戶向基站提出入網申請。用于移動用戶向基站提出入網申請。 尾比特8訓練序列41加密比特36保護期68.25接人突發序列尾比特3BSMS0MS1TS0TS0TS1TS1時間超前量時間超前量7.2 GSM系統的無線接口4. 信道的組合方式信道的組合方式 (1) 業務信道的組合方式業務信道的組合方式 TTTTTTTTTTTTATTTTTTTTTTTTI0 1 27 0 1 27 0 1 2TDMA幀TCH下行鏈路7.2 GSM系統的無線接口 (2) 控制信道的組合方式。控制信道的復幀含控制信道的組合方式。控制信道的復幀含 51 幀，幀， 其組合

35、方式類型較多，而且上行傳輸和下行傳輸的組合其組合方式類型較多，而且上行傳輸和下行傳輸的組合方式也是不相同的。方式也是不相同的。 1） BCCH和和CCCH在在TS0上的復用。上的復用。 BCCH和和CCCH在在TS0上的復用上的復用 0 1 27 0 1 27 0 1TDMA幀F SBBCH+CCCH下行鏈路CF SCCF SCCF SCCF SCCI7.2 GSM系統的無線接口0 1 27 0 1 27 0 1TDMA幀RRACH上行鏈路R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R

36、R R R R R RTS0上上RACH的復用的復用7.2 GSM系統的無線接口SDCCH和和SACCH(下行下行)在在TS1上的復用上的復用 0 1 27 0 1 27 0 1TDMA幀D0D1D2D3D4D5D6D7A0A1A2A3D0D1D2D3D4D5D6D7A4A5A6A7I I II I I*SDCCH+SACCH下行鏈路*2） 公用控制信道和專用控制信道均在公用控制信道和專用控制信道均在TS0上的復用。上的復用。 7.2 GSM系統的無線接口3） 公用控制信道和專用控制信道均在公用控制信道和專用控制信道均在TS0上的復用。上的復用。 TS0上控制信道綜合復用上控制信道綜合復用 F

37、 SBBCH+CCCH+SDCCH+SACCH下行鏈路CF SCCF SD0D1F SD2D3F SA0A1IF SBCF SCCF SD0D1F SD2D3F SA2A3I*D3D3R RR RA2A0A3A1RRRRRRRRRRR RR RRRD0D0D1D1R RR RD2D2*RACH+SDCCH+SACCH上行鏈路7.2 GSM系統的無線接口三三. 話音和信道編碼話音和信道編碼數字化話音信號在無線傳輸時主要面臨三個問題：數字化話音信號在無線傳輸時主要面臨三個問題：一是選擇低速率的編碼方式，以適應有限帶寬的要求；一是選擇低速率的編碼方式，以適應有限帶寬的要求； 二是選擇有效的方法減少誤

38、碼率，即信道編碼問題；二是選擇有效的方法減少誤碼率，即信道編碼問題；三是選用有效的調三是選用有效的調制方法，減小雜波輻射，制方法，減小雜波輻射， 降低干擾。降低干擾。 7.2 GSM系統的無線接口聲電輸出將模擬信號變為13比特線性碼RPE-LTP編碼器無線子系統電聲輸出將模擬信號變為13比特線性碼RPE-LTP譯碼器RPE-LTP譯碼器將13比特線性碼變換為8比特A律碼移動交換中心公用電話交換網（PSTN/ISDN）RPE-LTP譯碼器將8比特A律碼變換為13比特線性碼移動臺（MS）基站系統（BSS）104 kb/s13 kb/s糾錯解碼去交織無線GMSK解調前向糾差編碼交織無線接入和GMSK

39、調制無線接入及調制交織前向糾錯編碼無線解調去交織糾錯解碼雙工器模擬話音8 000 樣本/秒13比特線性碼話音編碼456比特/幀話音編碼456比特/幀8 000 樣本/秒13比特線性碼8 000 樣本/秒8比特A律（CCITT Rec.G.711，G.712，G713，G714）50幀260比特/幀7.2 GSM系統的無線接口12345678D1D2D3D4D5D6D7D8D1D2D3D4D5D6D7D8456 bit456 bit20 ms26020 ms260話音編碼器話音編碼器信道編碼器信道編碼器357 bit126 bit（訓練序列）157 bit38.25交織話音尾碼數據數據保護尾碼第

40、二個20ms輸出單幀交織距離= 8規則脈沖激勵長期預測編碼時隙流（在一幀僅發一時隙）常規實發序列第一個20ms輸出7.2 GSM系統的無線接口1 2 3 4 5 6 7 812345678幀1幀2幀8114讀交織矩陣2456 bit=8114(在40ms時間內產生)寫GSM的交織方式：7.2 GSM系統的無線接口四四. 跳頻和間斷傳輸技術跳頻和間斷傳輸技術1. 跳頻跳頻 GSM系統的跳頻示意圖 4.615 ms4.615 ms載波200 kHz0.576 ms7.2 GSM系統的無線接口 跳頻系統的抗干擾原理與直接序列擴頻系統是不同跳頻系統的抗干擾原理與直接序列擴頻系統是不同的。的。 直擴是靠

41、頻譜的擴展和解擴處理來提高抗干擾能力直擴是靠頻譜的擴展和解擴處理來提高抗干擾能力的，的， 而跳頻是靠躲避干擾來達到抗干擾能力的。抗干擾而跳頻是靠躲避干擾來達到抗干擾能力的。抗干擾性能用處理增益性能用處理增益GP表征，表征，G的表達式為的表達式為CWPBBGlg10 式中：式中：BW是跳頻系統的跳變頻率范圍；是跳頻系統的跳變頻率范圍； BC是跳頻系統的最小跳變的頻率間隔是跳頻系統的最小跳變的頻率間隔(GSM的的BC=200 kHz)。 若若BW取取15 MHz，則則GP=18 dB。 7.2 GSM系統的無線接口 2. 間斷傳輸間斷傳輸 為了提高頻譜利用率，為了提高頻譜利用率，GSM系統還采用了

42、話音激活系統還采用了話音激活技術。這個被稱為技術。這個被稱為間斷傳輸間斷傳輸(DTx)技術技術的基本原則是：的基本原則是：只只在有話音時才打開發射機，這樣可以減小干擾，使頻率在有話音時才打開發射機，這樣可以減小干擾，使頻率復用面積減小，提高系統容量。復用面積減小，提高系統容量。采用采用DTx技術，對移動技術，對移動臺來說是更有意義，因為在無信息傳輸時立即關閉發射臺來說是更有意義，因為在無信息傳輸時立即關閉發射機，機， 可以減少電源消耗。可以減少電源消耗。 GSM中，話音激活技術是采用一種自適應門限話音中，話音激活技術是采用一種自適應門限話音檢測算法。當發端判斷出通話者暫停通話時，立即關閉檢測算

43、法。當發端判斷出通話者暫停通話時，立即關閉發射機，暫停傳輸發射機，暫停傳輸; 在接收端檢測出無話音時，在相應在接收端檢測出無話音時，在相應空閑幀中填上輕空閑幀中填上輕微的微的“舒適噪聲舒適噪聲”，以免收聽者造成通，以免收聽者造成通信中斷的錯覺。信中斷的錯覺。 7.3 GSM系統的控制與管理一一. 位置登記位置登記7.3 GSM系統的控制與管理 所謂位置登記所謂位置登記(或稱注冊或稱注冊)是通信網為了跟蹤移動臺是通信網為了跟蹤移動臺的位置變化，而對其位置信息進行登記、刪除和更新的位置變化，而對其位置信息進行登記、刪除和更新的過程。由于數字蜂窩網的用戶密度大于模擬蜂窩網，的過程。由于數字蜂窩網的用

44、戶密度大于模擬蜂窩網， 因而位置登記過程必須更快、更精確。因而位置登記過程必須更快、更精確。 位置信息存儲在原籍位置寄存器位置信息存儲在原籍位置寄存器(HLR)和訪問位和訪問位置寄存器置寄存器(VLR)中。中。 7.3 GSM系統的控制與管理BTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBSCBSCBSCVLRMSCVLRMSCHLRLA1LA2LA3LA47.3 GSM系統的控制與管理圖圖 9-25 位置登記過程舉例位置登記過程舉例 MS“位置登記請求位置登記請求”“更新位置登記更新位置登記”詢問詢問“MS的的IMSI ”MSC（VLRLR）n（VLRLR）o“詢問詢問IMSI ”響

45、應響應查詢查詢“MS的有關參數的有關參數”“查詢查詢有關參數有關參數”響應響應“位置信息注銷位置信息注銷”“更新位置登記更新位置登記”確認確認“位置登記請求位置登記請求”確認確認（LRLR）HLR7.3 GSM系統的控制與管理二二. 鑒權與加密鑒權與加密 由于空中接口極易受到侵犯，由于空中接口極易受到侵犯，GSM系統為了保證通信系統為了保證通信安全，采取了特別的鑒權與加密措施。鑒權是為了確認移安全，采取了特別的鑒權與加密措施。鑒權是為了確認移動臺的合法性，而加密是了為防止第三者竊聽。動臺的合法性，而加密是了為防止第三者竊聽。 鑒權中心鑒權中心(AUC)為鑒權與加密提供了三參數組為鑒權與加密提供

46、了三參數組(RAND#, SRES和和Kc)， 在用戶入網簽約時，用戶鑒權鍵在用戶入網簽約時，用戶鑒權鍵Ki連同連同IMSI一起分配給用戶，這樣每一個用戶均有惟一一起分配給用戶，這樣每一個用戶均有惟一的的Ki和和IMSI，它們存儲于它們存儲于AUC數據庫和數據庫和SIM卡中。根據卡中。根據HLR的請求，的請求，AUC按下列步驟產生一個三參數組，參見按下列步驟產生一個三參數組，參見圖圖 9-26。 7.3 GSM系統的控制與管理圖圖 9-26 AUC產生三參數組產生三參數組 IMSI 1 1KiIMSI 2 2Ki數據庫數據庫IMSIIMSI和鑒權和鑒權RAND產生隨機數產生隨機數加密算法加密算

47、法A A8 8鑒權算法鑒權算法A A3 3結果結果結果結果KcSRESRANDKcSRESRANDIMSI ：國際移動用戶識別：國際移動用戶識別Kc：密鑰：密鑰Ki：用戶鑒權鍵：用戶鑒權鍵SRES ：符號響應：符號響應RAND：隨機數：隨機數將三參數將三參數組傳送給組傳送給HLR三參三參數組數組7.3 GSM系統的控制與管理AUC存儲存儲 HLR中所有中所有用戶的鑒權鍵用戶的鑒權鍵KiHLRMSC/VLRMS存儲有關的存儲有關的用戶信息用戶信息 對所有用戶產生對所有用戶產生 三參數組三參數組 RAND/Kc/SRES臨時存儲所臨時存儲所有用戶的三參有用戶的三參數組數組( (每用戶每用戶1 1至

48、至1010個三參個三參數組數組) )依請求依請求發給發給 VLR存儲所有訪問存儲所有訪問用戶的三參數組用戶的三參數組RAND/Kc/SRES（每用戶（每用戶1 1至至7 7個個三參數組）三參數組）接入請求接入請求RAND算法算法 A3RANDKiSRESSRESAUCSRESMS=否否不能接入不能接入是是接入接入？RAND/Kc/SRES1. 鑒權鑒權 7.3 GSM系統的控制與管理AUC存儲存儲 HLR中所有中所有用戶的鑒權鍵用戶的鑒權鍵 KiHLRMSC/VLRBTS存儲所有與網絡存儲所有與網絡有關的用戶信息有關的用戶信息對所有用戶產生對所有用戶產生三參數組三參數組RAND/Kc/SRES

49、臨時存儲所臨時存儲所有用戶的三參有用戶的三參數組數組( (每用戶每用戶1 1 1010個）并依個）并依請求發給請求發給 VLR存儲所有訪問用存儲所有訪問用戶的三參數組戶的三參數組( (每每用戶用戶1 1 7 7個個) )RAND/Kc/SRES臨時存儲臨時存儲 Kc用于與用于與 MS通通話中的加密話中的加密鑒權程序鑒權程序啟動加密啟動加密加密模式命令加密模式命令MMSRANDRANDA8(Kc)KcA5( (加密加密 ) )TDMA帳號帳號加密消息加密消息“加密模式完成加密模式完成”A5TDMA幀號幀號Kc解密消息解密消息“加密模式完加密模式完成成”成功否成功否是是加密模式完成加密模式完成2.

50、 加密加密 7.3 GSM系統的控制與管理 3. 設備識別設備識別 每一個移動臺設備均有一個惟一的移動臺設備識別每一個移動臺設備均有一個惟一的移動臺設備識別碼碼(IMEI)。 在在EIR中存儲了所有移動臺的設備識別碼，中存儲了所有移動臺的設備識別碼，每一個移動臺只存儲本身的每一個移動臺只存儲本身的IMEI。設備識別的目的是設備識別的目的是確保系統中使用的設備不是盜用的或非法的設備。為此，確保系統中使用的設備不是盜用的或非法的設備。為此， EIR中使用三種設備清單：中使用三種設備清單： 白名單：白名單： 合法的移動設備識別號；合法的移動設備識別號； 黑名單：黑名單： 禁止使用的移動設備識別號；禁

51、止使用的移動設備識別號； 灰名單：灰名單： 由運營者決定，由運營者決定， 例如有故障的或未經型例如有故障的或未經型號認證的移動設備識別號。號認證的移動設備識別號。 7.3 GSM系統的控制與管理7.3 GSM系統的控制與管理存儲所有用戶的存儲所有用戶的移動設備識別碼移動設備識別碼存儲所有被列入灰存儲所有被列入灰/ /黑名單的設備黑名單的設備EIRMSC/VLRIMEI 請求請求MS存儲本設備識別存儲本設備識別IMEI呼叫建立呼叫建立發送發送IMEI檢查檢查IMEI接入接入/ /禁止信息禁止信息繼續繼續/ /停止停止呼叫建立程序呼叫建立程序7.3 GSM系統的控制與管理4. 用戶識別碼用戶識別碼

52、 為了防止非法監聽進而盜用為了防止非法監聽進而盜用IMSI，在無線鏈路上需在無線鏈路上需要傳送要傳送IMSI時，均用臨時移動用戶識別碼時，均用臨時移動用戶識別碼(TMSI)代替代替IMSI。 僅在位置更新失敗或僅在位置更新失敗或MS得不到得不到TMSI時，才使時，才使用用IMSI。 MS每次向系統請求一種程序，如位置更新、呼叫每次向系統請求一種程序，如位置更新、呼叫嘗試等，嘗試等，MSC/VLR將給將給MS分配一個新的分配一個新的TMSI。 7.3 GSM系統的控制與管理HLR存儲路徑所有歸屬存儲路徑所有歸屬PLMNPLMN的用戶數據的用戶數據MSC/VLR存儲路徑所有訪存儲路徑所有訪問用戶的

53、數據問用戶的數據BSC/BTS存儲與無線路徑存儲與無線路徑有關的數據有關的數據MS存儲所有與網絡有存儲所有與網絡有關的用戶信息關的用戶信息更新更新更新位置區請求更新位置區請求位置更新請求位置更新請求鑒權鑒權產生新的產生新的TMSIVLR存儲新存儲新 TMSI新新TMSI啟動加密啟動加密位置區更新位置區更新位置區更新位置區更新新新TMSI存儲新存儲新 TMSI位置區更新證實位置區更新證實VLR刪除舊刪除舊 TMSI位置區更新完成位置區更新完成IMSI在無線路徑上使用保密碼在無線路徑上使用保密碼新新TMSI新新TMSIIMSI7.3 GSM系統的控制與管理三三. 呼叫接續呼叫接續 1. 移動用戶主

54、呼移動用戶主呼MS“信道請求信道請求”“立即分配立即分配”指令指令“業務請求業務請求”BS“置密模式置密模式”指令指令“業務請求業務請求”“鑒權請求鑒權請求”“鑒權請求鑒權請求”“鑒權鑒權”響應響應“鑒權鑒權”響應響應MSC“置密模式置密模式”指令指令“置密模式完成置密模式完成”“置密模式完成置密模式完成”“TMSI”指令指令“TMSI”指令指令“TMSI”響應響應“TMSI”響應響應“建立呼叫請求建立呼叫請求”“建立呼叫請求建立呼叫請求”“呼叫開始呼叫開始”指令指令“呼叫開始呼叫開始”指令指令“信道指配信道指配”指令指令“信道指配信道指配”指令指令“信道指配完成信道指配完成”“信道指配完成信

55、道指配完成”“回鈴音回鈴音”“回鈴音回鈴音”“連接連接”指令指令“連接連接”指令指令“連接連接”確認確認“連接連接”確認確認“開始接入請求開始接入請求”應答應答VLR“鑒權鑒權”“鑒權鑒權”確認確認“置密模式置密模式”“開始接入請求開始接入請求”應答應答分配新的分配新的“ TMSI”對分配新的對分配新的“TMSI”的的應答應答要求要求“傳送建立呼叫所傳送建立呼叫所需信息需信息”“傳送建立呼叫傳送建立呼叫所需信息所需信息”與固定用戶接續與固定用戶接續7.3 GSM系統的控制與管理2. 移動用戶被呼移動用戶被呼 GMSC固定用固定用戶撥號戶撥號詢問詢問“路由信息路由信息”HLR“MSRN ”“撥號

56、信息撥號信息”詢問詢問“路由信息路由信息”VLR詢問詢問“呼叫參數呼叫參數”“呼叫參數呼叫參數”“尋呼請求尋呼請求”“尋呼請求尋呼請求”VMSCBSMS“信道請求信道請求”“立即指配立即指配”指令指令“尋呼尋呼”響應響應“尋呼尋呼”響應響應“開始接入請求開始接入請求”“鑒權鑒權”“鑒權鑒權”確認確認“鑒權請求鑒權請求”“鑒權請求鑒權請求”“鑒權鑒權”響應響應“鑒權鑒權”響應響應“置密模式置密模式”“置密置密”指令指令“置密置密”指令指令“置密完成置密完成”“置密完成置密完成”“開始接入應答開始接入應答”請求請求“完成呼叫完成呼叫”“呼叫建立呼叫建立”“呼叫建立呼叫建立”“呼叫證實呼叫證實”“呼

57、叫證實呼叫證實”“信道指配信道指配”信道信道“指配請求指配請求”“指配完成指配完成”“指配完成指配完成”回鈴音回鈴音回鈴音回鈴音“連接完成連接完成”“撥號應答撥號應答”“連接連接”“連接連接”“連接連接”確認確認“連接連接”確認確認“MSRN ”7.3 GSM系統的控制與管理四四. 過區切換過區切換 所謂過區切換是在通話期間，當移動臺從一個小區進所謂過區切換是在通話期間，當移動臺從一個小區進入另一個小區時，網絡能進行實時控制，把移動臺從原小入另一個小區時，網絡能進行實時控制，把移動臺從原小區所用的信道切換到新小區的某一信道，并保證通話不間區所用的信道切換到新小區的某一信道，并保證通話不間斷斷(

58、用戶無感覺用戶無感覺)。如果小區采用扇區定向天線，當移動臺。如果小區采用扇區定向天線，當移動臺在小區內從一個扇區進入另一扇區時，也在小區內從一個扇區進入另一扇區時，也要進行類似的切要進行類似的切換。換。 7.3 GSM系統的控制與管理(1) 同一個同一個BSC控制區內不同小區之間的切換，也包括不控制區內不同小區之間的切換，也包括不同扇區之間的切換。同扇區之間的切換。 BSCMSCVLR新鏈路原鏈路同一個同一個BSC的過區的過區7.3 GSM系統的控制與管理（2）同一個）同一個MSC/VLR區，不同區，不同BSC間切換間切換BSCMSCVLR新鏈路原鏈路BSC27.3 GSM系統的控制與管理BS

59、C2切換指令切換證實MSC切換請求切換命令BSC1測試報告切換命令切換完成切換完成清除命令清除完成MS同一同一MSC的的BSC間的切換流程間的切換流程 7.3 GSM系統的控制與管理(3) 不同不同MSC/VLR的區間切換。的區間切換。 BSCMSC1VLR新鏈路BSC2MSC2VLR原鏈路7.3 GSM系統的控制與管理MS“過區切換請求過區切換請求”“過區切換請求過區切換請求”轉發轉發“過區切換請求過區切換請求”請求請求“分配切換號碼分配切換號碼”“分配切換號碼分配切換號碼”應答應答“分配無線信道分配無線信道”“分配無線信道分配無線信道”響應響應“切換號碼切換號碼”“建立地面鏈路建立地面鏈路

60、”“建立地面鏈路證實建立地面鏈路證實”“切換指令切換指令”(”(HB)HB)“切換證實切換證實”(”(HB)HB)“結束結束”“切換指令切換指令”（HA）BS1MSCSC1MSCSC2BS2VLRLR27.3 GSM系統的控制與管理7.4 FDMA和TDMA蜂窩系統的通信容量-0一一. FDMA蜂窩系統的通信容量蜂窩系統的通信容量7.4 FDMA和和TDMA蜂窩系統的通信容量蜂窩系統的通信容量 蜂窩通信系統由蜂窩通信系統由若干個小區構成一個若干個小區構成一個區群，區群之間實現區群，區群之間實現頻率再用，使用相同頻率再用，使用相同頻率的小區頻率的小區稱為共道稱為共道小區，共道小區之間小區，共道小