總綱第一章GSM簡介第二章GSM的基本原理第三章GSM的關鍵技術和業(yè)務第一章GSM簡介GSM網(wǎng)的發(fā)展GSM優(yōu)于模擬網(wǎng)的四個優(yōu)點GSM網(wǎng)的兩個開放接口移動通信概念

移動通信就是通信雙方至少有一方在運動狀態(tài)中進行信息交換，它包括移動用戶之間的通信、固定用戶與移動用戶的通信，概括來說就是“動中通”。按此定義，陸地移動通信、移動衛(wèi)星通信、艦船通信，航空通信等都屬于移動通信的范圍蜂窩狀移動電話發(fā)展的概況第一代模擬移動通信：以FDMA技術為基礎

TACS英國（totalacesscommunicationsystem)

工作頻段900M,FDD(頻分雙工）

AMPS美國(advancemobilephonesystem)1978800M,FDD

NMT北歐(nordicmobiletelephone)1981450MFDD第一代模擬網(wǎng)特點

FDD雙工方式調(diào)制方式為調(diào)頻頻譜利用率低體制過多，不易于國際漫游話音不保密不安全，容易被盜號業(yè)務種類單一頻譜利用率低無法漫游中國第一代使用的是TACS1987大規(guī)模使用在1989年新蜂窩標準的

要求

主要的要求：每個國家應該擁有若干網(wǎng)絡運營者，這將在費用和提供的業(yè)務上引入競爭。系統(tǒng)必須是一個開放系統(tǒng)--在不同的系統(tǒng)部件之間包含良好定義的接口。GSM網(wǎng)的構建不會引起已經(jīng)存在的公用交換電話網(wǎng)(PSTN)任何大的變動

其它要求：泛歐良好的語音質(zhì)量無線頻率的有效使用大容量與ISDN兼容與其它數(shù)據(jù)通信規(guī)范兼容對用戶和傳輸?shù)男畔⒈３至己玫陌踩訥SM優(yōu)點GSM能有效地使用無線頻率，并且由于采用數(shù)字無線通道，系統(tǒng)能容許更多的區(qū)間干擾。平均話音質(zhì)量比現(xiàn)有的模擬系統(tǒng)更高。全網(wǎng)絡支持數(shù)據(jù)傳輸。語音加密和用戶信息安全性得到保證。由于與ISDN的兼容性，較之模擬系統(tǒng)可提供新的業(yè)務。在涉及到的所有國家范圍內(nèi)，國際漫游在技術上成為可能。巨大市場加劇了競爭，并且降低了投資和使用價格。GSM的發(fā)展1985年提出了移動通信的全數(shù)字化，并對泛歐數(shù)字蜂窩狀移動通信提出了具體要求。根據(jù)目標提出了兩項主要設計原則：一、話音和信令都采用數(shù)字信號傳輸，數(shù)字話音的傳輸速率降低到16kb/s或更低；二、不再采用現(xiàn)有模擬系統(tǒng)使用的12.5~25kHz標準寬帶。采用時分多址接入方式。GSM的發(fā)展1986年歐洲國家的有關廠家向GSM提出了八個系統(tǒng)的建議，并在法國巴黎進行移動實驗的基礎上對系統(tǒng)進行了論證比較1987年就泛歐數(shù)字蜂窩狀移動通信采用時分多址（TDMA）規(guī)則脈沖激勵—長期線性預測編碼（RPE-LTP）的高斯基帶濾波最小移頻鍵控調(diào)制方式(GMSK)取得一致意見，并提出了如下主要參數(shù)：

頻段：935~960MHz基站發(fā)，890~915MHz移動臺發(fā)；頻帶寬度：25MHz；通信方式：全雙工；載頻間隔：200kHz；信道分配：TDMA每載頻8時隙，全速信道8個，半速信道16個；信道總速率：270.8kb/s；調(diào)制方式：GMSK，調(diào)制指數(shù)0.5；話音：RPE-LTP13kb/s；數(shù)據(jù)：9.6kb/s；分集接收：跳頻217跳/秒，交織信道編碼，自適應均衡，判決反饋自適應均衡器；每個時隙信道比特：33.8kb/s。

GSM的開放接口A

NMSNSSBSSO&MAirMSSIM卡和移動設備移動臺MS(MobileStation)移動設備ME(MobileEquipment)用戶識別模塊SIM(SubscriberIdentityModule)SIM卡中包含的信息有：國際移動用戶身份識別號IMSI(InternationalMobileSubscriberIdentity)臨時移動用戶身份識別號TMSI(TemporaryMobileSubscriberIdentity)

位置區(qū)識別號LAI(LocationAreaIdentity) 用戶身份鑒權密鍵Ki(SubscriberAuthenticationKey) 移動設備ME(MobileEquipment)

移動設備是GSM網(wǎng)絡中唯一用戶實際看到和使用的部分。移動設備主要有以下三種：

車載臺這種設備裝在汽車上，天線裝在車外。便攜式這是一種便攜式的移動設備，天線不是直接裝在設備上的。手持式即日常所說的手機，天線直接裝在手機上。

第二章GSM的基本原理單元目標：解釋物理信道和邏輯信道的不同。描述空中接口的特性是如何影響移動臺與網(wǎng)絡之間的語音傳輸?shù)?，并簡略地解釋對這些問題的解決方法。描述GSM的基本網(wǎng)絡拓撲GSM頻率分配GSM-900上行鏈路下行鏈路915MHz890MHz935MHz960MHzGSM-1800上行鏈路下行鏈路1785MHz1710MHz1805MHz1880MHz載波頻率范圍GSM900上行鏈路: 890-915Mhz下行鏈路: 935-960Mhz載波對(inMhz)890.0 935.0890.2 935.2890.4 935.4.... .... .... ....914.8 959.8915.0 960.0雙工頻率=45MhzGSM1800上行鏈路: 1710-1785Mhz下行鏈路: 1805-1880Mhz載波對(inMhz)1710.0 1805.01710.2 1805.21710.4 1805.4.... ........ ....1784.8 1879.81785.0 1880.0雙工頻率=95Mhz124對載波374對載波頻分多址--FDMAFDMA就是從若干信道頻率中為一個用戶指定一個信道時間功率頻率25kHz時分多址(TDMA)

技術原理BTSTimeSLot0TSL1TSL2TSL3TSL4TSL5TSL6TSL7碼分多址--CDMACDMA是很多用戶使用相同的寬帶無線信道，每個用戶使用一個特殊的識別數(shù)據(jù)信號（正交擴展碼）。所以，識別據(jù)決定著可收容的用戶數(shù)。頻率功率時間1.23MHz調(diào)制技術數(shù)字信號幅移鍵控頻移鍵控010相位調(diào)制數(shù)字信號0101相移鍵控00009009003.69ms高斯最小頻移鍵控

(GMSK)ttDigital

signal

results

in

usual

sinx/x

spectrumGaussian

filter

maintains

constant

envelopeDatabitsmustbefilteredGaussianFiltereddataGSM數(shù)字無線接口

無線接口是移動臺和基站收發(fā)機之間接口的統(tǒng)稱。使用了每個載頻占用一個TDMA幀的時分多址的概念。每幀包括8個時隙，從BTS到MS為下行，相反為上行。4.615msTDMATDMA第n幀TDMA第n+1幀TDMA第n+2幀F(xiàn)DMA200kHz

1

2

312312425MHzChannel890上行915MHzMSTxMHzFDMA200kHz

1

2

312312425MHzChannel935下行960MHzBTSTxMHz時隙577μs124信道×8時隙=922雙工信道軍事后勤問題每輛車八個座位信道的定義1、物理信道：一個載頻上的TDMA幀的一個時隙稱為一個物理信道。它相當于FDMA系統(tǒng)中的一個頻道,每個用戶通過一系列頻率的一個接入系統(tǒng),因此,GSM中每個載頻有8個物理信道,信道0～7(時隙0～7)。在一個TS中發(fā)出的信息稱為一個突發(fā)脈沖序列，見圖。2、邏輯信道：公共信道，專用信道邏輯信道公共信道廣播信道公共控制信道專用控制信道業(yè)務信道FCCHSCHBCCHSDCCHSACCHFACCHPCHRACHAGCHTCH/FTCH/HTCH/EFR專用信道邏輯信道TDMA幀中的邏輯信道專用信道26幀-復幀SACCH空閑TDMA幀01234567公共信道51幀-復幀01234950TDMA幀012345670123122524空中接口中的

突發(fā)脈沖序列和時隙

......來自移動臺的突發(fā)脈沖序列BTS2Mbit/stoBSCTDMA時隙TDMA幀定義：FDMA信道上一個時隙中的信息格式稱為突發(fā)脈沖序列。普通突發(fā)脈沖序列和

訪問突發(fā)脈沖序列148Bits148Bits保護時間(8.25Bits)148Bits88Bits88Bits88Bits保護時間(68.25Bits)576.9microsecs(156.25bittimes)普通突發(fā)脈沖序列接入突發(fā)脈沖序列普通突發(fā)脈沖序列NBTB3加密比特5711訓練比特26加密比特57TB3GP8.250.577ms156.25bitsGP：保護間隔8.25bit大約30μs，是一個空白空間。由于每個信道最多有8個用戶，我們必須保證它們使用各自時隙時不互相重疊。一個幀中的時隙布局為：有兩個58比特的用戶信息脈沖串，其中57比特傳送用戶信息，1比特是用來識別傳輸?shù)脑捯簦?”比特狀態(tài)表示話音信息，“1”表示被快速隨路信令借用。在時隙的中間有26個比特的訓練，在時隙的開始和結束均有3個比特的邏輯零的尾位。多路徑傳播符號間干擾RX靈敏度BTS多路徑傳播引起的衰落大約17cm衰落話音編碼SpeechCoderBitsOrdered260bits260bits50Veryimportantbits132Importantbits78OtherbitsLPC_LTP_RPE線性預測編碼－長期預測編碼－規(guī)則脈沖激勵

較PCM編碼的碼率為低20毫秒的語音編碼為260比特

即13K比特/秒第一次交織第二次交織語音處理流程

語音數(shù)字化和信源編碼信道編碼交織和加密TDMA突發(fā)脈沖序列格式GMSK調(diào)制22.8kbit/s13kbit/s33.8kbit/s22.8kbit/sAir接口跳頻F2F1F3F4時間

GSM系統(tǒng)采用跳頻的目的無線傳輸受到瑞利衰落的影響，在信號的不同頻率上有不同的衰落，頻率相差愈大，其相關性越小，頻率相差1MHz時，幾乎是完全不相關。因此在跳頻時分散到不同頻率上的突發(fā)脈沖幀不會受到同一瑞利衰落的影響，從而改善了傳輸質(zhì)量。當高速移動的移動終端，它受到同一頻率的兩個突發(fā)脈沖幀之間位置變化，也要承受衰落的影響，所以慢跳頻系統(tǒng)對快速移動的終端系統(tǒng)增益的改善不大。天線接收機分集接收的信號RXRX信號處理無線Approx.6m(GSM-900)Approx.3m(GSM-1800)繞射衰落解決方法：自適應功率控制BTS傳播延遲和AFA分配的時隙分配的時隙BTS傳播延遲的影響使用自適應幀校準的解決方法BTS基站不斷測量自己脈沖時隙與收到的MS時隙之間的時間偏量，基于這個測量，它可以向MS提供要求的時間提前量，并在SACCH上以每秒2次的頻度通知MS。空中接口的問題及其解決方案BTS配置全向BTSf1,f2,f33定向BTS2定向BTSf2f1,f2f5,f6f1f3,f4BSC-BTS連接BSCBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTS點到點連接多點鏈接多點環(huán)路碼型變換器和子復用器TC64kbps16(13+3)kbps13kbps16kbps(90信道)16kbpsTCSM(碼型變換器/子復用器)MSCBTSBSCSMUXTCTC第三章GSM的關鍵技術和業(yè)務單元目標列出三個GSM子系統(tǒng)，解釋移動性概念(切換、位置更新、尋呼)。解釋GSM網(wǎng)中移動臺始發(fā)和移動臺終接呼叫是如何被處理的。解釋安全的概念。列出和解釋由GSM網(wǎng)提供的至少四種運行的業(yè)務。移動用戶

用戶位置用戶識別用戶需求

關于用戶的信息一個“用戶”的“登記”

“更新用戶數(shù)據(jù)”大使館“

業(yè)務”的提供移動電話開機BTSGSM數(shù)據(jù)庫(1)SIM卡中的信息安全處理信息用戶識別號碼臨時網(wǎng)絡信息訪問權(nat,intl)允許的網(wǎng)絡禁止的網(wǎng)絡用戶識別模塊(SIM)GSM數(shù)據(jù)庫(2)歸屬位置寄存器(HLR)永久數(shù)據(jù)用戶當前所在VLR的定期更新訪問位置寄存器(VLR)臨時數(shù)據(jù)當用戶在讀VLR的覆蓋區(qū)內(nèi)時，存儲用戶的相關數(shù)據(jù)，直到用戶離開。從HLR中更新總是做在一起的與一個移動業(yè)務交換中心(MSC)VLRMSCHLRGSM網(wǎng)中的數(shù)據(jù)庫VLRMSCGSM網(wǎng)SIMHLR

用戶開機BSSMSCVLRHLR請求用戶信息INFOHLR更新結束MS位置更新請求發(fā)送用戶ID請求用戶ID發(fā)送用戶信息INFO鑒權鑒權應答位置更新

移動臺監(jiān)聽網(wǎng)絡廣播的信息。移動臺在SIM卡中存儲當前位置區(qū)識別碼。移動臺繼續(xù)監(jiān)聽廣播信息。如果網(wǎng)絡廣播的位置區(qū)識別碼與存儲在SIM卡中的不同，移動臺開始位置更新過程。VLRMSC(舊)位置更新所涉及的組件VLRMSC(新)HLRSIM位置更新移動臺遷移位置更新類型開機也就是所謂的“IMSI的附著”和“位置登記”每次移動臺開機時完成一般性的每次移動臺改變位置區(qū)時完成周期性的自從網(wǎng)絡的上一次事務處理以來，一個預設的計時器到期后執(zhí)行計時器的值依賴于網(wǎng)絡運營商VLRMSCLA2LA1PSTN始發(fā)的GSM網(wǎng)

呼叫建立(1)被撥打的號碼是移動用戶國際ISDN號碼(MSISDN)MSISDN=CC+NDC+SNCC:國家代碼NDC:國內(nèi)目的地代碼SN:用戶號碼358505527268358=國家代碼(芬蘭)50=國內(nèi)目的地代碼(Radiolinja)5527268=用戶號碼PSTNMSISDNGSM網(wǎng)的呼叫建立(2)PSTN將呼叫路由至GSM網(wǎng)MSC被連至PSTN，就是所謂的網(wǎng)關

MSC(GMSC).GMSC分析接收到的MSISDN任何時候唯一知道GSM用戶處于何處的數(shù)據(jù)庫是HLRGMSC向HLR請求路由信息以便知道將呼叫路由至何處這個過程就是所謂的HLR查詢VLRGMSCGSM網(wǎng)絡

MSISDNPSTNHLRGSM網(wǎng)的呼叫建立(3)

HLR查看它的數(shù)據(jù)庫。HLR數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容是:

MSISDN:358505527268 IMSI:244052200002345 VLR地址:xyz

用戶數(shù)據(jù):業(yè)務....

IMSI=MCC+MNC+MSIN IMSI:國際移動用戶識別碼

MCC:移動臺國家代碼(3位)

MNC:移動網(wǎng)代碼(2位)

MSIN:移動用戶識別號碼(10位) 244052200002345 244:芬蘭的MCC 05:Radiolinja的MNC 2200002345:MSINGSM網(wǎng)呼叫建立(4)HLR從它的數(shù)據(jù)庫提取用戶的VLR地址。HLR發(fā)送一個路由信息請求消息至目標MSC/VLR目標MSC/VLR為這個呼叫分配一個移動用戶漫游號(MSRN) MSRN=CC+NDC+SN MSRN的格式與MSISDN一樣。MSISDN中的SN項指向HLR中數(shù)據(jù)庫某個位置，在MSRN中，它指向VLR中數(shù)據(jù)庫某個位置。MSRN擁有足夠的信息使得GMSC將呼叫路由至目標MSCVLRVLRMSCMSC路由信息請求消息HLRGSM網(wǎng)的呼叫建立(5)目標MSC前轉(zhuǎn)MSRN至HLRHLR前轉(zhuǎn)這個號碼至始發(fā)MSC始發(fā)MSC分析MSRN.漫游號碼的格式類型使得呼叫可被路由至目的地MSC,可能是世界上任一地方。VLRMSCMSCMSRNNo.toHLRVLRHLR35850456456GSM網(wǎng)的呼叫建立(6)GSM網(wǎng)內(nèi)呼叫建立所涉及的組件VLRGMSCGSM網(wǎng)

MSISDNPSTNHLRVLR網(wǎng)絡子系統(tǒng)總結(第一部分1)組件:MSC,VLR,HLR功能呼叫控制移動性管理信令(對BSS,其它網(wǎng)絡,其它NSS組件)用戶數(shù)據(jù)處理為移動終接呼叫定位用戶計費AirAO

&

MVLRMSCVLRMSCHLRLocationAreasMSC/VLR區(qū)被分成稱為位置區(qū)的小區(qū)域。用戶可以在這個區(qū)域范圍內(nèi)移動，而不需要做出一般的位置更新。LA的最大尺寸可以是一個MSC區(qū)，最小尺寸也可以是一小區(qū)。尋呼是在用戶當前所處的LA中的所有小區(qū)中進行的。LAI=MCC+MNC+LAC LAI=位置區(qū)識別碼

MCC=移動臺國家代碼

MNC=移動網(wǎng)代碼

LAC=位置區(qū)代碼LAC四位十六機制接待臺餐廳酒吧游泳池LA1

VLRMSCLA5LA4LA3LA2基站子系統(tǒng)組件:基站控制器(BSC),基站收發(fā)信臺(BTS),碼型變換器(TC)功能:無線通道控制,BTS和TC控制,用MSC同步Air和A接口信令，MS-NSS連接確立

移動性管理,語音代碼速率轉(zhuǎn)換統(tǒng)計數(shù)據(jù)收集BTSTCBSCBSCTCBTSBTS尋呼過程

BTSBTS尋呼BTS移動臺應答尋呼位置區(qū)尋呼尋呼切換由于通信原因引起的切換當某小區(qū)的容量接近最大值時，小區(qū)邊緣的移動臺可能被切換至通信負載較低的相鄰小區(qū)。由MSC啟動這種切換過程由于信號質(zhì)量和強度引起的切換當一個移動用戶在通話期間移動時，他可能從一個小區(qū)遷移至另一個小區(qū)。先前小區(qū)的頻率資源不再能被使用。移動臺被切換至新的小區(qū)?？刂飘斍靶^(qū)的BSC作出決定，執(zhí)行切換。有四種類型的切換。小區(qū)內(nèi)--BSC內(nèi)切換Air

ATCBTSBSC新信道舊信道

小區(qū)間--BSC內(nèi)切換AirATCBTSBTSBSC舊小區(qū)

/

BTS新小區(qū)

/

BTS小區(qū)間--BSC間切換AirABTS舊小區(qū)

/

BTS新小區(qū)

/

BTSBTSBSCTCBSCTCVLRMSCMSC間切換(1)AirABTS舊小區(qū)

/

BTS新小區(qū)

/

BTSBTSBSCTCBSCTCVLRMSCVLRMSC〔錨地局〕安全措施鑒權用戶的查證加密用戶語音在Air接口中的加密IMEI檢查通過檢查國際移動設備識別碼(IMEI)的合法性來證實用戶設備用戶保密在空中接口中，用戶IMSI廣播的避免鑒權每個用戶有一個鑒權密鑰,Ki,

存儲在鑒別中心(AC)和SIM卡中Ki不在空中接口中廣播它呼叫確立和位置更新之前，鑒權總是由VLR執(zhí)行AVLRMSCAir*

IMSI*

Ki*

IMSI*

KiACSIM卡安全算法需要檢查Ki，但不在空中發(fā)送用隨機數(shù)(RAND)和Ki作為輸入,使用單程算法A3,

產(chǎn)生一個相應數(shù)(SRES)在AC和SIM中分別計算SRES,并在VLR中比較進行鑒權需要一個加密密鑰Kc以便對用戶語音加密Kc

是用A8算法產(chǎn)生的實際的用戶語音加密是將Kc和TDMA幀號及數(shù)字化語音作為輸入使用加密算法A5完成的加、解密是在基站收發(fā)信臺(BTS)和移動設備(ME)之間執(zhí)行的安全算法的位置AAirVLRMSCBTSTCBSCME

+

SIMACA3A8A3A8A5A5鑒權三參數(shù)鑒權證實在服務用戶的VLR中完成VLR能處于用戶的歸屬網(wǎng)外面(在漫游的情況下)多次的信令傳送產(chǎn)生每次鑒權需要的SRES至VLRAC產(chǎn)生一定的SRES,并隨著相應的RAND和加密密鑰Kc傳送至服務的VLRVLR使用三參數(shù)證實用戶當VLR中的三參數(shù)低到一定數(shù)量時，從AC新的三參數(shù)被請求鑒權三參數(shù)的產(chǎn)生VLR隨機數(shù)發(fā)生器KiRAND鑒權三參數(shù)鑒權三參數(shù)ACA8A3SRESKcRANDSRESKc鑒權過程RANDSRESKc鑒權三參數(shù)BSCBTSA3A8KiKcRANDKcSRESMSSIMVLR比較語音加密語音/數(shù)據(jù)BTSA5A5TDMAKcA5A5TDMAKc加密的語音/數(shù)據(jù)語音/數(shù)據(jù)國際移動臺識別碼(IMEI)用于唯一地識別一個移動臺設備,為一個15位的十進制數(shù)字,其構成為:

TAC(6個數(shù)字)+FAC(2個數(shù)字)+SNR(6個數(shù)字)+SP(1個數(shù)字)其中,型號批準碼(TAC)由歐洲型號中心分配;工廠分配碼(FAC)表示生產(chǎn)廠家及其裝配地;序號碼(SNR)由廠家分配;備用(SP)。IMEI檢查可以檢查移動設備的合法性以確保它的正常操作，同樣也可防止盜用電話設備識別寄存器(EIR),它是作為HLR的一部分實現(xiàn)的,能夠存儲“blacklisted”IMEI號與網(wǎng)絡的事務處理之前，移動設備傳送它的IMEIMSC可請求EIR以便核查收到的IMEI是不是“blacklisted”如果是，MSC就能停止呼叫建立運營者能夠設置MSC，以便在其它時間檢查移動設備的IMEI，同樣也可在呼叫建立期間用戶保密每一次成功的鑒IMSI是用戶的一個保密的識別碼第一次成功地位置更新之后，移動用戶被分配一個臨時移動用戶識別碼

(TMSI)GSM網(wǎng)和MS之間的下一次事務處理被啟動，用戶使用TMSI權證實后，TMSI被重新分配TMSI的格式依賴于運營者，它是一個32位二進制數(shù)另外還在SIM卡中提供個人識別碼(PIN)，一個移動臺能夠使用網(wǎng)絡之前，必須正確地輸入它業(yè)務什么是業(yè)務?一個用戶使用GSM網(wǎng)設施的行為提供的業(yè)務分為基本業(yè)務和補充業(yè)務。

基本業(yè)務按功能又可分為電信業(yè)務（Teleservices）又稱用戶終端業(yè)務，和承載業(yè)務（BearerServices）。這兩種業(yè)務是獨立的通信業(yè)務。電信業(yè)務是指端到端的業(yè)務，它包括開放互聯(lián)OSI1到7層的協(xié)議。承載業(yè)務是在兩個終端/網(wǎng)絡接口處提供的業(yè)務。它包括OSI1到3層的協(xié)議。業(yè)務電信業(yè)務承載業(yè)務基本業(yè)務補充業(yè)務

電信業(yè)務是指為用戶通信提供的包括終端設備功能在內(nèi)完整能力的通信業(yè)務，通常要依照網(wǎng)絡運營部門批準的規(guī)程。承載業(yè)務提供用戶接入點（也稱“用戶/網(wǎng)絡接口”）間信號傳輸?shù)哪芰?。?shù)字蜂窩PLMN支持的基本業(yè)務如圖所示。終端設備數(shù)字蜂窩PLMN傳輸網(wǎng)終端網(wǎng)終端設備電信業(yè)務承載業(yè)務補充業(yè)務

補充業(yè)務是對基本業(yè)務的改進和補充，它不能單獨向用戶提供，而必須與基本業(yè)務一起提供