3.3GSM系統的無線接口3.3.1GSM系統無線傳輸特征3.3.2幀結構、信道分類和時隙格式3.3.3GSM系統中語音處理流程3.3.4跳頻技術所謂跳頻，是指載波頻率在很寬的頻率范圍內按某種圖案（序列）進行跳變；圖GSM系統的跳頻示意圖3.3.4跳頻技術跳頻速率：1/4.615ms=217跳/s；處理增益：Gp=10lg(Bw/Bc)；Bw：跳頻系統的跳變頻率范圍

Bc：跳頻系統最小跳變的頻率間隔優點：降低了同頻道干擾和頻率選擇性衰落；3.3.4跳頻技術注意事項：（1）為防止出現頻率擊中現象，同一小區或鄰近小區不同載頻采用相互正交的偽隨機序列；（2）跳頻設置需根據統一的超幀序列號，以提供頻率跳變的順序和起始時間；BCCH和CCCH信道沒采用跳頻；3.3.4跳頻技術第3章GSM系統組網技術3.1概述3.2GSM系統網絡組成與接口協議3.3GSM系統的無線接口 3.4GSM系統的接續和管理

3.5通用分組無線業務（GPRS） 現代移動通信網絡技術53.4GSM系統的接續和管理3.4.1SIM卡結構和特點3.4.2位置管理

3.4.3安全性管理3.4.4呼叫接續3.4.5越區切換3.4.1SIM卡結構和特點1、SIM卡的結構SIM卡是帶有微處理器的智能芯片卡，它的構成包括CPU、程序存儲器（ROM）、工作存儲器（RAM）、數據存儲器（EPROM或E2PROM）、串行通信單元模塊，這五個模塊集成在一塊集成電路中保證其安全性，防止通過攻擊芯片間的連線來非法存取和盜用SIM卡。3.4.1SIM卡結構和特點2、SIM卡的特點人機分離；通信安全可靠；成本低；3.4GSM系統的接續和管理3.4.1SIM卡結構和特點3.4.2位置管理

3.4.3安全性管理3.4.4呼叫接續3.4.5越區切換3.4.2位置管理定義：移動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、刪除和更新的過程；位置信息存儲在HLR和VLR中；1、位置區

GSM蜂窩系統把整個網絡的覆蓋區劃分為許多位置區，并以不同的LAI碼進行標識，此標識在BCCH信道中傳送，如下圖所示。圖位置區劃分的示意圖

3.4.2位置管理3.4.2位置管理2、當一個移動臺進入一個新的位置區時，位置登記過程分為三個步驟：在管理新位置區（LA）的新的VLR中登記MT（實施Addnew操作）；修改HLR中記錄服務該MT的新VLR的ID（實施Edit操作）；將舊的VLR和MSC中該MT數據注銷（實施Delete操作）。3.4.2位置管理3、尋呼當移動用戶被呼時，首先根據HLR和VLR中可用的位置信息來定位移動臺在哪個位置區，然后通過“尋呼”過程，即所在位置區的所有小區的尋呼來確定移動臺處于哪個小區。3.4.2位置管理4、位置更新過程（1）正常位置更新（2）IMSI碼附著和分離過程（3）周期性位置更新（1）正常位置更新過程圖位置登記過程舉例

3.4.2位置管理（2）IMSI碼分離/附著過程在GSM系統中，通過在MSC/VLR中的用戶記錄上附加一個二進制標志來識別移動臺的兩種狀態（開機或關機），稱為“IMSI碼附著或分離”；IMSI碼附著：當移動臺開機時，需將自己已開機的狀態通知系統，即通過向網絡發送一條“IMSI附著”消息來通知網絡它目前的狀態；IMSI碼分離：在此過程中，僅有一條非證實指令從移動臺發送到MSC/VLR，MSC收到后，通知VLR對該IMSI做“分離”標志；3.4.2位置管理（3）周期性位置更新使移動臺在經過一定時間后，自動向網絡報告其目前位置；GSM系統通過此機制可以及時了解移動臺當前的狀態是否發生了變化；通過BCCH信道通知周期性登記的時間周期；周期性位置更新過程與正常位置更新過程是相同；3.4.2位置管理3.4GSM系統的接續和管理3.4.1SIM卡結構和特點3.4.2位置管理

3.4.3安全性管理3.4.4呼叫接續3.4.5越區切換GSM系統為了保證通信安全，在空中接口采取了如下措施保證通信的安全：鑒權加密設備識別用戶識別碼保密3.4.3安全性管理1、三參數組用戶鑒權鍵Ki和國際移動用戶識別碼（IMSI），存儲于AUC和SIM卡中；產生一隨機數，計算出三參數組(RAND,SRES、Kc)，送給HLR；AUC按下列步驟產生三參數組，參見下圖所示；3.4.3安全性管理3.4.3安全性管理IMSI：國際移動用戶識別碼Ki：用戶鑒權鍵Kc：加密密鑰SRES：符號響應RAND：隨機數圖AUC產生的某用戶三參數組3.4.3安全性管理2、鑒權GSM網絡確定移動臺在身份驗證過程中在無線接口傳輸的IMSI碼或TMSI碼的合法性的過程；其目的是防止無權用戶接入GSM系統，同時也防止合法用戶的私人信息被非法用戶竊取；一般在每次呼叫建立嘗試、位置更新以及在補充業務的激活、去活、登記或刪除之前均需要鑒權；鑒權程序見下圖所示。3.4.3安全性管理圖

鑒權程序3.4.3安全性管理3、加密GSM系統為確保用戶信息和信令信息的私密性，在BTS和MS之間交換信息是專門采用了一個加密程序，防止第三方竊聽；加密流程一般出現在位置更新、業務接入、局間切換等服務請求中；加密程序如下圖所示。圖

加密流程3.4.3安全性管理4、用戶識別碼的保密

為了防止非法監聽進而盜用IMSI，在無線鏈路上需要傳送IMSI時，均用臨時移動用戶識別碼（TMSI）代替IMSI；MS每次向系統請求一種程序，如位置更新、呼叫嘗試等，MSC/VLR將給MS分配一個新的TMSI；在無線信道上傳送不斷更新的TMSI代替唯一不變的IMSI，因而確保了IMSI的安全性；

3.4.3安全性管理5、設備識別目的：確保系統中使用的設備不是盜用的或非法的；EIR中存儲了所有移動臺的惟一的IMEI碼；EIR中使用三種設備清單（1）白名單：合法的移動設備識別號；（2）黑名單：禁止使用的移動設備識別號；（3）灰名單：由運營者決定是否使用；設備識別在呼叫建立嘗試階段進行。3.4.3安全性管理3.4GSM系統的接續和管理3.4.1SIM卡結構和特點3.4.2位置管理

3.4.3安全性管理3.4.4呼叫接續3.4.5越區切換1、移動用戶主呼移動用戶向固定用戶發起呼叫的接續過程如下圖1所示。2、移動用戶被呼固定用戶向移動用戶發起呼叫的接續過程如下圖2所示。3.4.4呼叫接續圖1移動用戶主呼過程3.4.4呼叫接續MS進入“初始化”過程；在移動臺MS和移動業務交換中心MSC之間建立信令鏈接；進入呼叫建立起始階段；分配業務信道；建立至被叫用戶的呼叫；被叫摘機，進入通話階段；3.4.4呼叫接續圖2移動用戶被呼3.4.4呼叫接續通過7號信令，GMSC（入口MSC）接受來自固定網（PSTN）的呼叫；GMSC向HLR詢問被叫移動用戶正在訪問的VMSC的地址；GMSC從HLR獲得MSRN后，重新尋找路由建立至被訪VMSC的通路；被訪VMSC從VLR獲取被呼MS的相關“呼叫參數”；3.4.4呼叫接續MSC通過位置區內所有基站向MS發送尋呼信息；被叫MS收到尋呼消息后，執行初始化過程，在SDCCH信道上向VMSC發回“尋呼響應”消息；通過執行與前述的出局呼叫流程中相同的過程，直至MS振鈴，向主叫用戶回送呼叫接通證實信號；移動用戶摘機應答，向固定網發送應答連接消息，最后進入通話階段。

3.4.4呼叫接續3.4GSM系統的接續和管理3.4.1SIM卡結構和特點3.4.2位置管理

3.4.3安全性管理3.4.4呼叫接續3.4.5越區切換1、越區切換（handover）（1）概念指將當前正在進行的移動臺與基站之間的通信鏈路從當前基站轉移動另一個基站的過程，該過程也稱為自動鏈路轉移ALT（AutomaticLinkTransfer）。3.4.5越區切換1、越區切換（handover）（2）切換方式硬切換：在新的連接建立以前，先中斷舊的連接；例，GSM系統；軟切換：當與新基站建立可靠連接之后再中斷舊的連接；例，IS-95系統；3.4.5越區切換軟切換較硬切換的優點和缺點：可利用新、舊鏈路的分集合并來改善通信質量；有效提高切換的可靠性，大大減少由于切換造成的掉話；軟切換導致硬件設備增加，前向容量有所降低；軟切換的實現條件：同一頻率；3.4.5越區切換1、越區切換的概念（3）GSM系統越區切換控制策略GSM系統中，采用“移動臺輔助越區切換（MAHO）”控制方法，即系統要求移動臺測量其周圍基站的信號質量并把結果報告給舊基站，系統根據測試結果決定何時進行越區切換以及切換到哪一個基站。在現有系統中，GSM和IS-95系統均采用了移動臺輔助越區切換。3.4.5越區切換（4）越區切換時的信道分配問題解決當呼叫轉移到新小區時，新校區如何分配信道，使得越區失敗概率盡可能小。常用的做法是：在每個小區預留部分信道專門處理越區切換。這種做法的特點是：新呼叫時可用信道數的減少，導致呼損率的增加；但好處是減少了由于越區所帶來的通話被中斷的概率。3.4.5越區切換（1）切換種類同一個BSC，不同小區同一個MSC/VLR，不同BSC不同MSC/VLR的區間切換2、GSM系統中的越區切換3.4.5越區切換3.4.5越區切換圖

同BSC的兩個BTS間切換圖

同MSC/VLR不同BSC間的切換圖

不同MSC間的切換圖不同MSC的切換流程

（2）不同MSC之間的切換流程

3.4.5越區切換第3章GSM系統組網技術3.1概述3.2GSM系統網絡組成與接口協議3.3GSM系統的無線接口 3.4GSM系統的接續和管理3.5通用分組無線業務（GPRS）

現代移動通信網絡技術443.5通用分組無線業務（GPRS）3.5.1概述

3.5.2GPRS網絡結構、接口及協議3.5.3GPRS移動性管理和會話管理

3.5.4GPRS空中接口

1、GPRS簡介

GSM系統中每個TDMA時隙只能提供9.6kb/s的傳輸速率，為了承載中高速無線數據業務，GSM推出了GPRS（通用分組無線業務）中速移動數據業務。

GPRS:GeneralPacketRadioService,通用分組無線業務。3.5.1概述GPRS對傳統GSM的改進：GSMPhase2.1規范實現的內容之一，目標是提供高達百kb/s速率的分組數據業務；每用戶在一幀中可使用多個時隙；多個用戶也可共享同一條無線信道；在GSM中提供了一個“分組交換”承載網絡；3.5.1概述2、GPRS的特點采用分組交換方式，僅在實際傳送和接收數據時才占用無線資源；使用GPRS，在一個小區內，多個用戶可以共享一條無線信道同時進行通信，大大提高信道利用率；GPRS能夠提供更高的數據傳輸速率，可提供包括圖片、語音和視頻在內的多媒體業務；GPRS接入網絡速度快，用戶只需經歷一次“附著”過程（3~5s），便成為網絡的服務對象，以后每次使用時只需一個“激活”過程（1~3s），就能馬上登錄網絡。3.5.1概述2、GPRS的特點具有“永遠在線”的特點，即用戶可隨時與網絡保持聯系；GPRS手機計費是根據用戶傳輸的數據量而不是根據上網時間來計費，且費用比按時計費的WAP更合理；GPRS手機可以瀏覽普通的Internet網頁；3.5.1概述3、GPRS提供的業務（1）承載業務點對點（PTP）業務；點對多點（Point-To-Multipoint）業務；PTM-M（Point-To-MultipointMulticast）：向同一給定地區用戶群發送；PTM-G（Point-To-MultipointGroup）：向用戶組發送；3.5.1概述3、GPRS提供的業務（2）用戶終端業務基于點對點（PTP）的用戶終端業務：信息點播業務會話業務遠程操作業務E-mail業務基于點對多點（Point-To-Multipoint）的用戶終端業務：包括實現分配、調度、會議、預定發送及地區選路等業務。3.5.1概述3.5通用分組無線業務（GPRS）3.5.1概述

3.5.2GPRS網絡結構、接口及協議3.5.3GPRS移動性管理和會話管理

3.5.4GPRS空中接口

3.5.2GPRS網絡結構、接口及協議1、GPRS網絡結構及實體功能將現有GSM網絡改造為能提供GPRS業務的網絡需要增加兩個主要單元：SGSN（GPRS服務支持節點）和GGSN（GPRS網關支持節點）。GPRS網絡結構如下圖所示。3.5.2GPRS網絡結構、接口及協議圖GPRS系統結構（1）GPRS移動臺用戶通過GPRS移動臺利用空中接口同BTS通信，并可以建立到SGSN的邏輯鏈路。有三種類型：A類操作模式：MS能同時工作于GPRS（分組交換業務）和GSM（電路交換業務）；B類操作模式：MS可同時附著在GPRS和GSM網絡上，但同一時刻只能運行一種業務；C類操作模式：MS不能同時附著在GPRS網和GSM網上；3.5.2GPRS網絡結構、接口及協議（2）分組控制單元（PCU）

PCU是基站子系統（BSS）為支持GPRS而引入的設備，它的主要功能包括：使BSS提供數據功能，支持分組呼叫控制和分組數據傳輸；大部分分組無線資源管理功能；

3.5.2GPRS網絡結構、接口及協議（3）服務GPRS支持節點（SGSN）

SGSN是為移動終端（MS）提供GPRS業務的節點。其主要作用是記錄移動臺的當前位置信息，為本SGSN服務區域的MS轉發分組數據，其地位類似于GSM電路網中的VMSC。SGSN提供如下功能：3.5.2GPRS網絡結構、接口及協議（3）服務GPRS支持節點（SGSN）SGSN作為GPRS網的主要成分，負責分組的路由選擇和傳輸；SGSN還有很多功能，例如處理移動管理和進行鑒權操作，并且具有注冊功能；SGSN之間采用IP協議作為骨干傳輸協議，整個分組的傳輸過程采用“GPRS隧道協議”。3.5.2GPRS網絡結構、接口及協議（4）網關GPRS支持節點（GGSN）外部分組數據網與GPRS核心網之間的網關節點。作為網關，完成協議轉換，從而將GPRS分組數據傳送到遠端網絡或反之。3.5.2GPRS網絡結構、接口及協議從外部網絡角度看，GGSN是到子網的路由器，GGSN對外部網絡“隱藏”了GPRS的結構。當GGSN接收到尋址特定移動用戶的數據時，GGSN檢查這個地址是否處于激活狀態。如果處于激活狀態，就轉發數據到相應的SSGN；如果不是激活的，則數據將丟棄。3.5.2GPRS網絡結構、接口及協議2、接口和協議（1）主要接口GPRS系統中的主要接口均用字冠G來表示，采用GSM中的相關詞匯表示，例如，GGSN-HLR間接口用Gc表示，參照接口GMSC-HLR就用C表示。GPRS網絡的主要接口如下圖所示。3.5.2GPRS網絡結構、接口及協議3.5.2GPRS網絡結構、接口及協議圖GPRS系統主要接口2、接口和協議（2）相關協議

GPRS的協議體系如下圖所示。3.5.2GPRS網絡結構、接口及協議圖GPRS數據傳輸協議平臺3.5.2GPRS網絡結構、接口及協議（2）相關協議1）在Um接口包含的協議棧子網依賴匯聚協議（SNDCP）：其主要作用是壓縮和解壓縮用戶數據或協議控制信息，提高信道利用率；完成網絡協議單元（N-PDU）分解成邏輯鏈路控制協議數據單元（LLC-PDU）；或反之，將LLC-PDU組裝成N-PDU；本層還用于不同分組數據協議的合路、確定TCP/IP地址和加密方式。3.5.2GPRS網絡結構、接口及協議（2）相關協議1）在Um接口包含的協議棧邏輯鏈路控制協議（LLC）：是一種基于高速數據鏈路規程HDLC的無線鏈路協議，可以在MS和SGSN之間提供安全可靠的邏輯鏈路，并獨立于底層無線接口協議。3.5.2GPRS網絡結構、接口及協議（2）相關協議2）在Gb接口包含的協議棧GPRS基站系統協議（BSSGP）：這個層用來傳輸在BSS和SGSN之間與選路和服務質量（QoS）有關的信息，BSSGP沒有糾錯功能。網絡服務（NS）：這個層基于幀中繼連接的基礎上傳輸BSSGPPDU。3.5.2GPRS網絡結構、接口及協議（2）相關協議3）在Gn接口包含的協議棧GPRS隧道協議（GTP）：GPRS骨干網中GSN間的用戶數據和信令利用GTP進行隧道傳輸。所有的點對點協議數據單元（PDU）都通過GTP協議進行封裝打包，封裝方式為在用戶的PDU上封裝GTP字頭，其為20字節的固定格式，其中后8個字節標識特定用戶的隧道標識（TID）。GTP的下層是基于TCP/IP協議簇的標準IP骨干網。3.5.2GPRS網絡結構、接口及協議3、數據發送的一般原理（1）移動臺發送數據到外部分組數據網的固定終端移動臺發送的數據經由BSS送到SGSN，然后通過“GTP隧道傳輸機制”發往GGSN，最后送至固定終端；

3.5.2GPRS網絡結構、接口及協議3.5.2GPRS網絡結構、接口及協議圖

移動用戶向外網目的主機發送數據包3、數據發送的一般原理（2）外部分組數據網的固定終端向移動臺發送數據由外部網絡設備發送的所有數據都要傳向GGSN，GGSN利用“GTP隧道”將數據傳至SGSN。3.5.2GPRS網絡結構、接口及協議3.5.2GPRS網絡結構、接口及協議圖

移動用戶向外網目的主機發送數據包

3.5通用分組無線業務（GPRS）3.5.1概述

3.5.2GPRS網絡結構、接口及協議3.5.3GPRS移動性管理和會話管理

3.5.4GPRS空中接口

1、GPRS移動性管理移動性管理功能用于在PLMN中保持對MS當前位置的跟蹤。在GPRS網絡中的移動性管理功能與GSM系統類似，一個或多個小區構成一個路由區（RA），一個SGSN對幾個路由區提供服務。RA由一個或多個小區組成，可等同于一個位置區或一個位置區的子集。路由區由路由區標示（RAI）來標識，RAI作為一種系統信息在公共控制信道廣播。3.5.3GPRS移動性管理和會話管理1、GPRS移動性管理用戶的移動性管理用3個不同的移動性管理（MM）狀態：空閑（Idle）狀態、待命（Standby）狀態、就緒（Ready）狀態來描述，每個狀態描述了一定的功能性級別和分配的信息。這些由MS和SGSN所擁有的信息集合稱為移動性上下文（MMContext）。3.5.3GPRS移動性管理和會話管理2、GPRS會話管理GPRS用戶與網絡附著后，網絡為MS分配一個IP地址，使其成為外部IP網絡的一部分，這一過程稱為PDP上下文激活，屬于GPRS會話管理（SM：sessionmanagement）過程。3.5.3GPRS移動性管理和會話管理

PDP上下文描述了PDP狀態及當前業務的相關信息，主要包含以下內容：所采用的PDP網絡的類型（IP、X.25等）；終端的PDP地址（IP地址、X.121地址）；PDP狀態（激活或去激活）；接入點名稱APN；網絡服務接入點標識NSAPI；協定的服務質量QoS；3.5.3GPRS移動性管理和會話管理3.5通用分組無線業務（GPRS）3.5.1概述

3.5.2GPRS網絡結構、接口及協議3.5.3GPRS移動性管理和會話管理

3.5.4GPRS空中接口

1、無線分組邏輯信道類型

GPRS空中接口的邏輯信道如下表所示。它分為四個信道組：分組數據業務信道分組廣