5.1概述

5.2GSM系統(tǒng)

5.3CDMA系統(tǒng)

第5章移動(dòng)通信網(wǎng)

5.1.1移動(dòng)通信的基本概念

1．移動(dòng)通信的特點(diǎn)

1)用戶的移動(dòng)性

要保持用戶在移動(dòng)狀態(tài)中的通信，必須是無線通信，或無線通信與有線通信的結(jié)合。因此，系統(tǒng)中要有完善的管理技術(shù)來對用戶的位置進(jìn)行登記、尋呼、通話過程中的切換，使用戶在移動(dòng)時(shí)也能進(jìn)行通信，不因?yàn)槲恢玫母淖兌袛唷?.1概述

2)電波傳播條件復(fù)雜

移動(dòng)臺(tái)可能在各種環(huán)境中運(yùn)動(dòng)，如建筑群或障礙物等，因此電磁波在傳播時(shí)不僅有直射信號，而且還會(huì)產(chǎn)生反射、折射、繞射、多普勒效應(yīng)等現(xiàn)象，從而產(chǎn)生多徑干擾、信號傳播延遲和展寬等。因此，必須充分研究電波的傳播特性，使系統(tǒng)具有足夠的抗衰落能力，才能保證通信系統(tǒng)正常運(yùn)行。

3)噪聲和干擾嚴(yán)重

移動(dòng)臺(tái)在移動(dòng)時(shí)不僅受到城市環(huán)境中各種工業(yè)噪聲和天然電噪聲的干擾，同時(shí)，由于系統(tǒng)內(nèi)有多個(gè)用戶，因此，移動(dòng)用戶之間還會(huì)有互調(diào)干擾、鄰道干擾、同頻干擾等。這就要求在移動(dòng)通信系統(tǒng)中對信道進(jìn)行合理的劃分和頻率的再用。

4)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜

移動(dòng)通信系統(tǒng)是一個(gè)多用戶通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，必須使用戶之間互不干擾，能協(xié)調(diào)一致地工作。此外，移動(dòng)通信系統(tǒng)還應(yīng)與固定網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)等互連，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是很復(fù)雜的。

5)有限的頻率資源

在有線網(wǎng)中，可以依靠多鋪設(shè)電纜或光纜來提高系統(tǒng)的帶寬資源；而在無線網(wǎng)中，頻率資源是有限的，ITU對無線頻率的劃分有嚴(yán)格的規(guī)定。如何提高系統(tǒng)的頻率利用率是移動(dòng)通信系統(tǒng)的一個(gè)重要課題。

2．移動(dòng)通信的分類

移動(dòng)通信的種類繁多，其中陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)有：蜂窩移動(dòng)通信、無線尋呼系統(tǒng)、無繩電話、集群系統(tǒng)等。同時(shí)，移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信相結(jié)合產(chǎn)生了衛(wèi)星移動(dòng)通信，它可以實(shí)現(xiàn)國內(nèi)、國際大范圍的移動(dòng)通信。

1)集群移動(dòng)通信

集群移動(dòng)通信是一種高級移動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)。所謂集群通信系統(tǒng)，是指系統(tǒng)所具有的可用信道為系統(tǒng)的全體用戶共用，具有自動(dòng)選擇信道的功能，是共享資源、分擔(dān)費(fèi)用、共用信道設(shè)備及服務(wù)的多用途和高效能的無線調(diào)度通信系統(tǒng)。

2)公用移動(dòng)通信系統(tǒng)

公用移動(dòng)通信系統(tǒng)是指給公眾提供移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。這是移動(dòng)通信最常見的方式。這種系統(tǒng)又可以分為大區(qū)制移動(dòng)通信和小區(qū)制移動(dòng)通信，小區(qū)制移動(dòng)通信又稱蜂窩移動(dòng)

通信。

3)衛(wèi)星移動(dòng)通信

利用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)信號也可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信。對于車載移動(dòng)通信可采用同步衛(wèi)星，而對手持終端，采用中低軌道的衛(wèi)星通信系統(tǒng)較為有利。

4)無繩電話

對于室內(nèi)或室外慢速移動(dòng)的手持終端的通信，一般采用小功率、通信距離近、輕便的無繩電話機(jī)。它們可以經(jīng)過通信點(diǎn)與其他用戶進(jìn)行通信。

5)尋呼系統(tǒng)

無線電尋呼系統(tǒng)是一種單向傳遞信息的移動(dòng)通信系統(tǒng)。它是由尋呼臺(tái)發(fā)信息、尋呼機(jī)收信息來完成的。5.1.2移動(dòng)通信的發(fā)展歷史

1．第一代(1G)移動(dòng)通信系統(tǒng)

第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)為模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)，以美國的AMPS(IS-54)和英國的TACS為代表，采用頻分雙工、頻分多址制式，并利用蜂窩組網(wǎng)技術(shù)以提高頻率資源利用率，克服了大區(qū)制容量密度低、活動(dòng)范圍受限的問題。雖然采用頻分多址，但并未提高信道利用率，因此通信容量有限；通話質(zhì)量一般，保密性差；制式太多，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，互不兼容；不能提供非話數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；不能提供自動(dòng)漫游。因此，已逐步被各國淘汰。

2．第二代(2G)移動(dòng)通信系統(tǒng)

第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)為數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，是當(dāng)前移動(dòng)通信發(fā)展的主流，以GSM和窄帶CDMA為典型代表。第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用數(shù)字技術(shù)，利用蜂窩組網(wǎng)技術(shù)。多址方式由頻分多址轉(zhuǎn)向時(shí)分多址和碼分多址技術(shù)，雙工技術(shù)仍采用頻分雙工。2G系統(tǒng)采用蜂窩數(shù)字移動(dòng)通信，使系統(tǒng)具有數(shù)字傳輸?shù)姆N種優(yōu)點(diǎn)，它克服了1G系統(tǒng)的弱點(diǎn)，語音質(zhì)量及保密性能得到了很大提高，可進(jìn)行省內(nèi)、省際自動(dòng)漫游，但系統(tǒng)帶寬有限，限制了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展，也無法實(shí)現(xiàn)移動(dòng)的多媒體業(yè)務(wù)。目前采用的2G系統(tǒng)主要有以下幾種：

(1)美國的D-AMPS，是在原AMPS基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的，規(guī)范由IS-54發(fā)展成IS-136和IS-136HS，1993年投入使用。它采用時(shí)分多址技術(shù)。

(2)歐洲的GSM全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，是在1988年完成技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)制定的，1990年開始投入商用。它采用時(shí)分多址技術(shù)，由于其標(biāo)準(zhǔn)化程度高，進(jìn)入市場早，現(xiàn)已成為全球最重要的2G標(biāo)準(zhǔn)之一。

(3)日本的PDC，是日本電波產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)于1990年確定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，1993年3月正式投入使用。它采用的也是時(shí)分多址技術(shù)。

(4)窄帶CDMA，采用碼分多址技術(shù)，1993年7月公布了IS-95空中接口標(biāo)準(zhǔn)，目前也是重要的2G標(biāo)準(zhǔn)之一。

3．第三代(3G)移動(dòng)通信系統(tǒng)

早在1985年ITU-T就提出了第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的概念，最初命名為FPLMTS(未來公共陸地移動(dòng)通信系統(tǒng))，后來考慮到該系統(tǒng)將于2000年左右進(jìn)入商用市場，工作的頻段在2000MHz，且最高業(yè)務(wù)速率為2000kb/s，故于1996年正式更名為IMT-2000(InternationalMobileTelecommunication-2000)。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的目標(biāo)是能提供多種類型、高質(zhì)量的多媒體業(yè)務(wù)；能實(shí)現(xiàn)全球無縫覆蓋，具有全球漫游能力；與固定網(wǎng)絡(luò)的各種業(yè)務(wù)相互兼容，具有高服務(wù)質(zhì)量；與全球范圍內(nèi)使用的小型便攜式終端在任何時(shí)候任何地點(diǎn)進(jìn)行任何種類的通信。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，對第三代無線傳輸技術(shù)(RTT)提出了支持高速多媒體業(yè)務(wù)(高速移動(dòng)環(huán)境：144kb/s；室外步行環(huán)境：384kb/s；室內(nèi)環(huán)境：2Mb/s)的要求。

ITU定義的IMT-2000的功能子系統(tǒng)和接口如圖5.1所示。從圖中可以看到，IMT-2000系統(tǒng)由終端(UIM+MT)、無線接入網(wǎng)(RAN)和核心網(wǎng)(CN)三部分構(gòu)成。圖5.1IMT-2000的功能子系統(tǒng)和接口示意圖為使第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)能夠順利地向第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)過渡，保護(hù)已有投資，這就要求IMT-2000系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)組成上應(yīng)考慮不同無線接口和不同網(wǎng)絡(luò)。于是ITU-T提出“IMT-2000家族”的概念，允許各地區(qū)性標(biāo)準(zhǔn)化組織有一定的靈活性，使它們根據(jù)在市場、業(yè)務(wù)需求上的不同，提出了各個(gè)國家和地區(qū)向第三代系統(tǒng)演進(jìn)的策略。目前的主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有以下幾種：

1)寬帶碼分多址(WCDMA)

WCDMA主要由歐洲ETSI和日本ARIB提出，經(jīng)多方融合而形成，是在GSM系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展的一種技術(shù)，其核心網(wǎng)基于GSM-MAP，同時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展方式提供在基于ANSI-41的核心網(wǎng)上運(yùn)行的能力。支持這一標(biāo)準(zhǔn)的電信運(yùn)營商、設(shè)備制造商形成了3GPP陣營。

2)?CDMA2000

CDMA2000是由窄帶CDMA(IS-95)向上演進(jìn)的技術(shù)，經(jīng)融合形成了現(xiàn)有的3GPP2CDMA2000。CDMA2000的核心網(wǎng)是基于ANSI.41的，同時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展方式提供在基于GSM-MAP的核心網(wǎng)上運(yùn)行的能力。CDMA2000包括1X和3X兩部分，也易于擴(kuò)展到6X、9X、12X。對于射頻帶寬為N?×?1.25MHz的CDMA2000系統(tǒng)(N?=?1，3，6，9，12)，采用多個(gè)載波來利用整個(gè)頻帶。

3)TD-SCDMA

TD-SCDMA是中國電信技術(shù)研究院(CATT)所提出的新的第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，是具有中國獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)，已被ITU正式批準(zhǔn)為第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)之一，這是我國通信業(yè)發(fā)展中一個(gè)新的里程碑。

4)?WiMax

WiMax(WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess)特指IEEE802.16a標(biāo)準(zhǔn)，是IEEE于2004年1月制定的標(biāo)準(zhǔn)，用于解決無線MAN(城域網(wǎng))和寬帶接入“最后一公里”的問題。WiMax已于2007年被正式批準(zhǔn)為第四個(gè)3G標(biāo)準(zhǔn)。

WiMax相當(dāng)于無線LANIEEE802.11的Wi-Fi聯(lián)盟，其目標(biāo)是促進(jìn)IEEE802.16的應(yīng)用，工作包括產(chǎn)品認(rèn)證和相互連接的確保等。5.1.3移動(dòng)通信的基本技術(shù)

1．移動(dòng)通信網(wǎng)的覆蓋方式

1)大區(qū)制

所謂大區(qū)制，是指由一個(gè)基站(發(fā)射功率為50～100W)覆蓋整個(gè)服務(wù)區(qū)，該基站負(fù)責(zé)服務(wù)區(qū)內(nèi)所有移動(dòng)臺(tái)的通信與控制。大區(qū)制的覆蓋半徑一般為30～50km。

采用這種大區(qū)制方式時(shí)，由于采用單基站制，沒有重復(fù)使用頻率的問題，因此技術(shù)問題并不復(fù)雜。只需根據(jù)所覆蓋的范圍，確定天線的高度、發(fā)射功率的大小，并根據(jù)業(yè)務(wù)量大小，確定服務(wù)等級及應(yīng)用的信道數(shù)。但也正是由于采用單基站制，因此基站的天線需要架設(shè)得非常高，發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率也要很高。即使這樣做，也只可保證移動(dòng)臺(tái)收到基站的信號，而無法保證基站是否能收到移動(dòng)臺(tái)的信號。因此這種大區(qū)制通信網(wǎng)的覆蓋范圍是有限的，只能適用于小容量的網(wǎng)絡(luò)，一般用在用戶較少的專用通信網(wǎng)中，如早期的模擬移動(dòng)通信網(wǎng)(ImprovedMobileTelephoneService，IMTS)中即采用大區(qū)制。

2)小區(qū)制

小區(qū)制是指將整個(gè)服務(wù)區(qū)劃分為若干小區(qū)，在每個(gè)小區(qū)設(shè)置一個(gè)基站，負(fù)責(zé)本小區(qū)內(nèi)移動(dòng)臺(tái)的通信與控制。小區(qū)制的覆蓋半徑一般為2～10?km，基站的發(fā)射功率一般限制在一定的范圍內(nèi)，以減少信道干擾。同時(shí)還要設(shè)置移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心，負(fù)責(zé)小區(qū)間移動(dòng)用戶的通信連接及移動(dòng)網(wǎng)與有線網(wǎng)的連接，保證移動(dòng)臺(tái)在整個(gè)服務(wù)區(qū)內(nèi)，無論在哪個(gè)小區(qū)都能夠正常進(jìn)行通信。由于是多基站系統(tǒng)，因此小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)中需采用頻率復(fù)用技術(shù)。對相隔一定距離的小區(qū)進(jìn)行頻率再用，可以提高系統(tǒng)的頻率利用率和系統(tǒng)容量。在大容量公用移動(dòng)通信網(wǎng)中普遍采用小區(qū)制結(jié)構(gòu)。

公用移動(dòng)通信網(wǎng)在大多數(shù)情況下，其服務(wù)區(qū)為平面形，稱為面狀服務(wù)區(qū)。這時(shí)小區(qū)的劃分較為復(fù)雜，最常用的小區(qū)形狀為正六邊形，這是最經(jīng)濟(jì)的一種方案。由于正六邊形的網(wǎng)絡(luò)形同蜂窩，因此稱此種小區(qū)形狀的移動(dòng)通信網(wǎng)為蜂窩網(wǎng)。蜂窩狀服務(wù)區(qū)如圖5.2所示。圖5.2蜂窩狀服務(wù)區(qū)示意圖

2．移動(dòng)通信網(wǎng)中的多址方式

當(dāng)把多個(gè)用戶接入一個(gè)公共的傳輸媒質(zhì)實(shí)現(xiàn)相互間通信時(shí)，需要給每個(gè)用戶的信號賦以不同的特征，以區(qū)分不同的用戶，這種技術(shù)稱為多址技術(shù)。在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，移動(dòng)臺(tái)是通過基站和其他移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行通信的，因此必須對移動(dòng)臺(tái)和基站的信息加以區(qū)別，使基站能區(qū)分是哪個(gè)移動(dòng)臺(tái)發(fā)來的信號，而各移動(dòng)臺(tái)又能識(shí)別出哪個(gè)信號是發(fā)給自己的。

多址方式的基本類型有頻分多址方式(FDMA)、時(shí)分多址方式(TDMA)、空分多址方式(SDMA)、碼分多址方式(CDMA)等。目前移動(dòng)通信系統(tǒng)中常用的是FDMA、TDMA、CDMA以及它們的組合。如GSM系統(tǒng)中，采用的是FDMA/TDMA方式；窄帶CDMA系統(tǒng)(IS-95)和3G的寬帶碼分多址(WCDMA)中，采用的則是FDMA/CDMA方式。

3．移動(dòng)通信網(wǎng)的頻率配置

我國無線電委員會(huì)分配給蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率如表5.1所示。表5.1我國無線電委員會(huì)分配給蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率

GSM即全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GlobalSystemforMobileCommunication)，其歷史可以追溯到1982年，當(dāng)時(shí)，北歐四國向CEPT(ConferenceEuropeofPostandTelecommunications)提交了一份建議書，要求制定900?MHz頻段的歐洲公共電信業(yè)務(wù)規(guī)范，以建立全歐統(tǒng)一的蜂窩系統(tǒng)。5.2GSM系統(tǒng)

GSM蜂窩通信網(wǎng)作為世界上首先推出的數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)，其自身的優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)頻譜效率高。

(2)容量大。每小區(qū)的可用信道數(shù)為12.5個(gè)，大大高于模擬移動(dòng)網(wǎng)。

(3)語音質(zhì)量高。

(4)安全性高。

(5)在業(yè)務(wù)方面有一定優(yōu)勢。5.2.1GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1．GSM網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)

GSM數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的主要組成部分包括移動(dòng)臺(tái)(MS)、基站系統(tǒng)(BaseStationSystem，BSS)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NetworkSubSystem，NSS)。如圖5.3所示，BSS由基站收發(fā)臺(tái)(BTS)和基站控制器(BSC)組成；NSS由移動(dòng)交換中心(MSC)和操作維護(hù)中心(OMC)以及歸屬位置寄存器(HLR)、訪問位置寄存器(VLR)、鑒權(quán)認(rèn)證中心(AUC)和設(shè)備標(biāo)志寄存器(EIR)等組成。圖5.3GSM網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)

1)移動(dòng)臺(tái)(MS)

移動(dòng)臺(tái)是移動(dòng)網(wǎng)中的用戶終端，包括移動(dòng)設(shè)備(MobileEquipment，ME)和移動(dòng)用戶識(shí)別模塊SIM卡(SubscriberIdentityModule，通常稱為SIM卡)。

2)基站系統(tǒng)(BSS)

基站系統(tǒng)負(fù)責(zé)在一定區(qū)域內(nèi)與移動(dòng)臺(tái)之間的無線通信。一個(gè)BSS包括一個(gè)基站控制器(BaseStationController，BSC)和一個(gè)或多個(gè)基站收發(fā)臺(tái)(BaseTransceiverStation，BTS)兩部分組成。

(1)基站收發(fā)臺(tái)(BTS)。BTS是BSS的無線部分，它完成BSC與無線信道之間的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)BTS與MS(移動(dòng)臺(tái))之間通過空中接口的無線傳輸及相關(guān)的控制功能。

(2)基站控制器(BSC)。BSC是BSS的控制部分，處于基站收發(fā)臺(tái)BTS和移動(dòng)交換中心MSC之間。一個(gè)基站控制器通?？刂茙讉€(gè)基站收發(fā)臺(tái)，主要功能是進(jìn)行無線信道管理，實(shí)施呼叫和通信鏈路的建立和拆除，并對本控制區(qū)內(nèi)移動(dòng)臺(tái)越區(qū)切換進(jìn)行控制等。

3)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)

網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)對GSM移動(dòng)用戶之間通信和GSM移動(dòng)用戶與其他通信網(wǎng)用戶之間通信起著管理作用。NSS由一系列功能實(shí)體構(gòu)成，各功能實(shí)體之間和NSS與BSS之間都通過No.7信令系統(tǒng)互相通信。

(1)移動(dòng)交換中心(MSC)：蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的核心，它為本MSC區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)提供所有的交換和信令功能。

(2)網(wǎng)關(guān)MSC(GatewayMSC，GMSC)：完成路由功能的MSC，它在MSC之間完成路由功能，并實(shí)現(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)與其他網(wǎng)的互連。

(3)歸屬位置寄存器(HLR)：一種用來存儲(chǔ)本地用戶位置信息的數(shù)據(jù)庫。在移動(dòng)通信網(wǎng)中，可以設(shè)置一個(gè)或若干個(gè)HLR，這取決于用戶數(shù)量、設(shè)備容量和網(wǎng)絡(luò)的組織結(jié)構(gòu)等因素。每個(gè)用戶都必須在某個(gè)HLR(相當(dāng)于該用戶的原籍)中登記。登記的內(nèi)容主要包括：

①用戶信息：如用戶號碼、移動(dòng)設(shè)備號碼等。

②位置信息：如用戶的漫游號碼、VLR號碼、MSC號碼等，這些信息用于計(jì)費(fèi)和用戶漫游時(shí)的接續(xù)。這樣可以保證當(dāng)呼叫任一個(gè)不知處于哪一個(gè)地區(qū)的移動(dòng)用戶時(shí)，均可由該移動(dòng)用戶的HLR獲知它當(dāng)時(shí)處于哪一個(gè)地區(qū)，進(jìn)而建立起通信鏈路。

③業(yè)務(wù)信息：用戶的終端業(yè)務(wù)和承載業(yè)務(wù)信息、業(yè)務(wù)限制情況、補(bǔ)充業(yè)務(wù)情況等。

(4)訪問位置寄存器(VLR)：用于存儲(chǔ)進(jìn)入其覆蓋區(qū)的用戶位置信息的數(shù)據(jù)庫。當(dāng)移動(dòng)用戶漫游到新的MSC控制區(qū)時(shí)，由該區(qū)的VLR來控制。一般地，一個(gè)MSC對應(yīng)一個(gè)VLR，記作MSC/VLR。

當(dāng)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)入一個(gè)新的區(qū)域時(shí)，首先向該地區(qū)的VLR申請登記，VLR要從該用戶的HLR中查詢，存儲(chǔ)其有關(guān)的參數(shù)，并要給該用戶分配一個(gè)新的漫游號碼(MSRN)，然后通知其HLR修改該用戶的位置信息，準(zhǔn)備為其他用戶呼叫此移動(dòng)用戶時(shí)提供路由信息。

移動(dòng)用戶一旦由一個(gè)VLR服務(wù)區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)VLR服務(wù)區(qū)時(shí)，移動(dòng)用戶則重新在新的VLR上登記，原VLR將取消臨時(shí)記錄的該移動(dòng)用戶數(shù)據(jù)。

(5)鑒權(quán)認(rèn)證中心(AUC)：AUC與HLR相關(guān)聯(lián)，是為了防止非法用戶接入GSM系統(tǒng)而設(shè)置的安全措施。AUC可以不斷為用戶提供一組參數(shù)(包括隨機(jī)數(shù)RAND、符號響應(yīng)SRES和加密鍵Kc三個(gè)參數(shù))，該參數(shù)組可視為與每個(gè)用戶相關(guān)的數(shù)據(jù)，在每次呼叫的過程中可以檢查系統(tǒng)提供的和用戶響應(yīng)的該組參數(shù)是否一致，以此來鑒別用戶身份的合法性，從而只允許有權(quán)用戶接入網(wǎng)絡(luò)并獲得服務(wù)。

(6)設(shè)備識(shí)別寄存器EIR：存儲(chǔ)移動(dòng)臺(tái)設(shè)備參數(shù)的數(shù)據(jù)庫，用于對移動(dòng)設(shè)備的鑒別和監(jiān)視，并拒絕非法移動(dòng)臺(tái)入網(wǎng)。

4)接口

移動(dòng)業(yè)務(wù)的國際漫游要求各個(gè)廠家生產(chǎn)的移動(dòng)設(shè)備之間必須能夠進(jìn)行互通。因此，GSM系統(tǒng)在制定技術(shù)規(guī)范時(shí)就對其子系統(tǒng)之間及各功能實(shí)體之間的接口和協(xié)議作了比較具體的定義，使不同供應(yīng)商提供的GSM系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)備能夠符合統(tǒng)一的GSM技術(shù)規(guī)范而達(dá)到互通、組網(wǎng)的目的。

GSM系統(tǒng)的主要接口有A接口、A-bis接口和Um接口等。

(1)?A接口：定義為網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)與基站系統(tǒng)(BSS)之間的通信接口，從系統(tǒng)的功能實(shí)體來說，就是移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心(MSC)與基站控制器(BSC)之間的互連接口，其物理鏈接通過采用標(biāo)準(zhǔn)的2.048?Mb/s的PCM數(shù)字傳輸鏈路來實(shí)現(xiàn)。此接口傳遞的信息包括移動(dòng)臺(tái)管理、基站管理、移動(dòng)性管理和接續(xù)管理等。

(2)?A-bis接口：定義為基站系統(tǒng)的兩個(gè)功能實(shí)體基站控制器(BSC)和基站收發(fā)臺(tái)(BTS)之間的通信接口，用于BTS與BSC之間的遠(yuǎn)端互連，物理鏈接通過采用標(biāo)準(zhǔn)的2.048Mb/s或64kb/s的PCM數(shù)字傳輸鏈路來實(shí)現(xiàn)。

(3)?Um接口(空中接口)：定義為移動(dòng)臺(tái)(MS)與基站收發(fā)臺(tái)(BTS)之間的通信接口，用于移動(dòng)臺(tái)與GSM系統(tǒng)的固定部分之間的互通，其物理鏈接通過無線方式實(shí)現(xiàn)。此接口傳遞的信息包括無線資源管理，移動(dòng)性管理和接續(xù)管理等。

(4)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)部接口包括：

B接口：MSC和與它相關(guān)的VLR之間的接口。

C接口：MSC和HLR之間的接口。

D接口：HLR和VLR之間的接口。

E接口：MSC之間的接口。

2．GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1)移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)結(jié)構(gòu)

將全國劃分為若干移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)，建網(wǎng)的原則為長途區(qū)號為2位或3位的地區(qū)可建移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)。每個(gè)移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)中應(yīng)設(shè)立一個(gè)HLR，必要時(shí)可以增設(shè)HLR，用于存儲(chǔ)歸屬移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)的所有用戶有關(guān)數(shù)據(jù)。還可以幾個(gè)移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)共用一個(gè)MSC，每個(gè)移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)中可設(shè)立一個(gè)或多個(gè)MSC。

在移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)中，每個(gè)MSC與所在本地的長途局相連，并與所在地的市話匯接局相連。在長途局為多局制地區(qū)，MSC應(yīng)與該地區(qū)的高一級長途局相連。如沒有市話匯接局，可與本地市話端局相連，如圖5.4所示。圖5.4移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)組成示意圖

2)省內(nèi)GSM數(shù)字公用陸地蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

省內(nèi)GSM移動(dòng)通信網(wǎng)由省內(nèi)的各移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)構(gòu)成。省內(nèi)設(shè)立若干個(gè)移動(dòng)業(yè)務(wù)匯接中心，二級匯接中心可以只作匯接中心(即不帶用戶)，也可以兼作移動(dòng)端局(與基站相連，可帶用戶)。省內(nèi)GSM蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)中的每一個(gè)移動(dòng)端局，至少應(yīng)與省內(nèi)兩個(gè)二級匯接中心相連，二級匯接中心之間為網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如圖5.5所示。圖5.5省內(nèi)GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

3)全國GSM移動(dòng)通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

全國GSM移動(dòng)電話網(wǎng)按大區(qū)設(shè)立一級匯接中心，省內(nèi)設(shè)立二級匯接中心，移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)設(shè)立端局組成三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一級匯接中心之間為網(wǎng)狀網(wǎng)，如圖5.6所示。圖5.6全國GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

4)聯(lián)通GSM、移動(dòng)GSM與PSTN網(wǎng)絡(luò)間的互通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

中國聯(lián)通的GSM移動(dòng)通信網(wǎng)與中國移動(dòng)的GSM移動(dòng)通信網(wǎng)和PSTN網(wǎng)絡(luò)間的互通組網(wǎng)方式如圖5.7所示。

在中國聯(lián)通GSM移動(dòng)交換局所在地，聯(lián)通網(wǎng)和PSTN網(wǎng)之間各設(shè)一個(gè)網(wǎng)間接口局，雙方接口局按一對一的方式成對互連。聯(lián)通GSM用戶與移動(dòng)GSM、PSTN用戶間的各種業(yè)務(wù)互通(含本地、自動(dòng)長途、移動(dòng)及國際業(yè)務(wù)等)所需的話路接續(xù)和信號，均經(jīng)過網(wǎng)間接口局連接。圖5.7聯(lián)通GSM、移動(dòng)GSM與PSTN網(wǎng)絡(luò)間的互通組網(wǎng)示意圖5.2.2GSM的區(qū)域、號碼與識(shí)別

1．區(qū)域定義

GSM系統(tǒng)屬于小區(qū)制大容量移動(dòng)通信網(wǎng)，其相應(yīng)的區(qū)域定義如圖5.8所示。圖5.8GSM區(qū)域定義

(1)?GSM服務(wù)區(qū)。GSM服務(wù)區(qū)是指移動(dòng)臺(tái)可獲得服務(wù)的區(qū)域，即不同通信網(wǎng)(如PSTN或ISDN)用戶無需知道移動(dòng)臺(tái)的實(shí)際位置而可與之通信的區(qū)域。

一個(gè)服務(wù)區(qū)可由一個(gè)或若干個(gè)公用陸地移動(dòng)通信網(wǎng)(PLMN)組成。從地域而言，可以是一個(gè)國家或是一個(gè)國家的一部分，也可以是若干個(gè)國家。

(2)公用陸地移動(dòng)通信網(wǎng)(PLMN)。一個(gè)PLMN可由一個(gè)或若干個(gè)移動(dòng)交換中心組成，在該區(qū)內(nèi)具有共同的編號制度和共同的路由計(jì)劃。PLMN與各種固定通信網(wǎng)之間的接口是MSC，由MSC完成呼叫接續(xù)。

(3)?MSC區(qū)。MSC區(qū)系指一個(gè)移動(dòng)交換中心所控制的區(qū)域，通常它連接一個(gè)或若干個(gè)基站控制器，每個(gè)基站控制器控制多個(gè)基站收發(fā)信機(jī)。從地理位置來看，MSC包含多個(gè)位置區(qū)。

(4)位置區(qū)。位置區(qū)一般由若干個(gè)小區(qū)(或基站區(qū))組成，移動(dòng)臺(tái)在位置區(qū)內(nèi)移動(dòng)無需進(jìn)行位置更新。通常呼叫移動(dòng)臺(tái)時(shí)，向一個(gè)位置區(qū)內(nèi)的所有基站同時(shí)發(fā)尋呼信號。位置區(qū)標(biāo)識(shí)LAI是在廣播控制信道BCCH中廣播的。

(5)基站區(qū)。基站區(qū)系指基站收、發(fā)信機(jī)有效的無線覆蓋區(qū)，簡稱小區(qū)。

(6)扇區(qū)。當(dāng)基站收發(fā)信天線采用定向天線時(shí)，基站區(qū)分為若干個(gè)扇區(qū)。采用120°定向天線時(shí)，一個(gè)小區(qū)分為3個(gè)扇區(qū)；采用60°定向天線時(shí)，一個(gè)小區(qū)分為6個(gè)扇區(qū)。

2．號碼與識(shí)別

GSM網(wǎng)絡(luò)包含無線、有線信道，并與其他網(wǎng)絡(luò)(如PSTN、ISDN、公用數(shù)據(jù)網(wǎng))或其他PLMN網(wǎng)互相連接。為了將一次呼叫接續(xù)傳至某個(gè)移動(dòng)用戶，需要調(diào)用相應(yīng)的實(shí)體。因此，正確地尋址就非常重要，各種號碼就是用于識(shí)別不同的移動(dòng)用戶、不同的移動(dòng)設(shè)備以及不同的網(wǎng)絡(luò)。

(1)移動(dòng)臺(tái)號簿號碼(MSISDN)。MSISDN即通常人們所說的呼叫某一用戶時(shí)所使用的手機(jī)號碼，其編號計(jì)劃獨(dú)立于PSTN/ISDN編號計(jì)劃，編號結(jié)構(gòu)為

CC+NDC+SN

其中，CC為國家碼(如中國為86)，NDC為國內(nèi)地區(qū)碼，SN為用戶號碼。

(2)國際移動(dòng)用戶標(biāo)識(shí)號(IMSI)。這是網(wǎng)絡(luò)唯一識(shí)別一個(gè)移動(dòng)用戶的國際通用號碼，對所有的GSM網(wǎng)來說它是惟一的，并盡可能保密。移動(dòng)用戶以此號碼發(fā)出入網(wǎng)請求或位置登記，移動(dòng)網(wǎng)據(jù)此查詢用戶數(shù)據(jù)。此號碼也是HLR和VLR的主要檢索參數(shù)。根據(jù)GSM建議，IMSI最大長度為15位十進(jìn)制數(shù)字，具體分配如下：

MCC+MNC+MSIN/NMSI

其中，MCC為移動(dòng)國家碼，MNC為移動(dòng)網(wǎng)號，MSIN為移動(dòng)用戶識(shí)別碼，NMSI為國內(nèi)移動(dòng)用戶識(shí)別碼。

IMSI編號計(jì)劃實(shí)現(xiàn)國際統(tǒng)一，由ITU-TE.212建議規(guī)定，以適應(yīng)國際漫游的需要。

IMSI由電信經(jīng)營部門在用戶開戶時(shí)寫入移動(dòng)臺(tái)的EPROM。當(dāng)任一主叫按MSISDN撥叫某移動(dòng)用戶時(shí)，終接MSC將請求HLR或VLR將其翻譯成IMSI，然后用IMSI在無線信道上尋呼該移動(dòng)用戶。

(3)臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼(TMSI)。為了對IMSI保密，在空中傳送用戶識(shí)別碼時(shí)用TMSI來代替IMSI。TMSI是由VLR給用戶臨時(shí)分配的，只在本地有效(即在該MSC/VLR區(qū)域內(nèi)有效)。

(4)國際移動(dòng)臺(tái)設(shè)備標(biāo)識(shí)號(IMEI)。IMEI是惟一標(biāo)識(shí)移動(dòng)臺(tái)設(shè)備的號碼，又稱移動(dòng)臺(tái)電子串號。該號碼由制造廠家永久性地置入移動(dòng)臺(tái)，用戶和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營部門均不能改變它。

根據(jù)需要，MSC可以發(fā)指令要求所有的移動(dòng)臺(tái)在發(fā)送IMSI的同時(shí)發(fā)送其IMEI，如果發(fā)現(xiàn)兩者不匹配，則確定該移動(dòng)臺(tái)非法，應(yīng)禁止使用。在EIR中建有一張“非法IMEI號碼表”，俗稱“黑表”，用以禁止被盜移動(dòng)臺(tái)的使用。

(5)移動(dòng)臺(tái)漫游號碼(MSRN)。這是系統(tǒng)分配給來訪用戶的一個(gè)臨時(shí)號碼，供移動(dòng)交換機(jī)路由選擇使用。移動(dòng)臺(tái)漫游進(jìn)入另一個(gè)移動(dòng)交換中心業(yè)務(wù)區(qū)時(shí)，該地區(qū)的移動(dòng)系統(tǒng)賦予它一個(gè)MSRN，經(jīng)由HLR告知MSC，MSC據(jù)此才能建立至該用戶的路由。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)離開該區(qū)后，訪問位置寄存器(VLR)和歸屬位置寄存器(HLR)都要?jiǎng)h除該漫游號碼，以便再分配給其他移動(dòng)臺(tái)使用。

(6)位置區(qū)和基站的識(shí)別碼。在檢測位置更新和信道切換時(shí)，要使用位置區(qū)識(shí)別標(biāo)志(LAI)，LAI的組成格式如下：

MCC+MNC+LAC

其中，MCC和MNC均與IMSI的MCC和MNC相同。

位置區(qū)碼(LAC)用于識(shí)別GSM移動(dòng)通信網(wǎng)中的一個(gè)位置區(qū)，最多不超過兩個(gè)字節(jié)，采用十六進(jìn)制編碼，由各運(yùn)營部門自定。在LAI后面加上小區(qū)的標(biāo)志號(CI)，還可以組成小區(qū)識(shí)別碼。

(7)基站識(shí)別色碼(BSIC)。BSIC用于移動(dòng)臺(tái)識(shí)別相同載頻的不同基站，特別用于區(qū)別在不同國家的邊界地區(qū)采用相同載頻且相鄰的基站。BSIC為一個(gè)6比特編碼，其格式如下所示：

MCC+BCC

其中，MCC為PLMN色碼，用來識(shí)別相鄰的PLMN網(wǎng)；BCC為BTS色碼，用來識(shí)別相同載頻的不同基站。5.2.3信道類型及時(shí)隙結(jié)構(gòu)

1．邏輯信道

GSM通信系統(tǒng)中，根據(jù)所傳輸?shù)男畔⒉煌?，將邏輯信道分為業(yè)務(wù)信道(TrafficChannel，TCH)和控制信道(ControlChannel，CCH)。

1)業(yè)務(wù)信道(TCH)

業(yè)務(wù)信道傳輸編碼的語音或用戶數(shù)據(jù)，按速率的不同分為全速率業(yè)務(wù)信道(TCH/F)和半速率業(yè)務(wù)信道(TCH/H)。

2)控制信道(CCH)

CCH用于控制信道傳輸?shù)母鞣N信令信息?？刂菩诺婪譃橐韵氯悾?/p>

(1)廣播信道(BCCH)：一種一點(diǎn)到多點(diǎn)的單方向控制信道，用于基站向移動(dòng)臺(tái)的下行方向。BS在BCCH中向所有MS廣播一系列的信息，用于移動(dòng)臺(tái)入網(wǎng)、位置登記和呼叫建立(如同步信息)。

(2)公共控制信道(CCCH)：一種一點(diǎn)對多點(diǎn)的雙向控制信道，用于傳送呼叫接續(xù)階段所必需的各種信令信息。其中，CCCH又可以分為以下三種：①隨機(jī)接入信道(RACH)：上行信道，用于移動(dòng)臺(tái)在申請入網(wǎng)時(shí)，向基站發(fā)送入網(wǎng)請求信息。

②接入允許信道(AGCH)：下行信道，用于基站向移動(dòng)臺(tái)發(fā)送指配專用控制信道DCCH的信息。

③尋呼信道(PCH)：下行信道，傳送基站對移動(dòng)臺(tái)的尋呼信息。

(3)專用控制信道(DCCH)：一種點(diǎn)對點(diǎn)的雙向控制信道，其用途是在呼叫接續(xù)階段和在通信進(jìn)行當(dāng)中，在移動(dòng)臺(tái)和基站之間傳輸必需的控制信息。

2．物理信道

GSM系統(tǒng)采用時(shí)分多址、頻分多址、頻分雙工方式(TDMA、FDMA、FDD)。采用頻段為：上行890～915?MHz，下行935～960MHz；雙工間隔45MHz。首先在25MHz的頻段內(nèi)進(jìn)行頻分復(fù)用，分為125個(gè)載頻，載頻間隔為200kHz；再在每個(gè)載頻上進(jìn)行時(shí)分復(fù)用，分為8個(gè)時(shí)隙。這樣，共有1000個(gè)物理信道，根據(jù)需要分給不同的用戶使用，移動(dòng)臺(tái)在特定的頻率上和時(shí)隙內(nèi)，向基站傳輸信息，基站也在相應(yīng)的頻率上和相應(yīng)的時(shí)隙內(nèi)，以時(shí)分復(fù)用方式向各個(gè)移動(dòng)臺(tái)傳輸信息。

GSM系統(tǒng)的時(shí)隙結(jié)構(gòu)如圖5.9所示。GSM的幀結(jié)構(gòu)分為幀、復(fù)幀、超幀、超高幀。圖5.9GSM系統(tǒng)的時(shí)隙結(jié)構(gòu)示意圖在GSM中，基本的無線資源單位是一個(gè)時(shí)隙(Slot)，每個(gè)時(shí)隙含156.25個(gè)碼元，占15/26ms(576.9μs)，傳輸速率為1625/6≈270.833kb/s。

每一個(gè)TDMA基本幀(Frame)含8個(gè)時(shí)隙，共占60/13≈4.615ms。

多個(gè)TDMA基本幀構(gòu)成復(fù)幀(Multiframe)，其結(jié)構(gòu)有如下兩種：

(1)?26幀的復(fù)幀即含26幀的復(fù)幀，其周期為120ms，這種復(fù)幀主要用于承載TCH業(yè)務(wù)信道。

(2)?51幀的復(fù)幀即含51幀的復(fù)幀，其周期為3060/13≈235.385ms，用于承載控制信道、BCCH、CCCH和DCCH等。多個(gè)復(fù)幀又構(gòu)成超幀(SuperFrame)，它是一個(gè)連貫的51×26TDMA幀，即一個(gè)超幀可以是包括51個(gè)26幀的復(fù)幀，也可以是包括26個(gè)51幀的復(fù)幀。超幀的周期均為1326個(gè)TDMA幀，即6.12?s。

多個(gè)超幀構(gòu)成超高幀(HyperFrame)，它是幀結(jié)構(gòu)最長的重復(fù)周期，包括2048個(gè)超幀，周期為12533.76s，即3小時(shí)28分53秒760毫秒。用于加密的語音和數(shù)據(jù)，超高幀每一周期包含2715648個(gè)TDMA幀，這些TDMA幀按序編號，依次為0～2715647。5.2.4呼叫接續(xù)與移動(dòng)性管理

1．位置登記

位置登記過程是指移動(dòng)通信網(wǎng)對系統(tǒng)中的移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行位置信息的更新過程，它包括舊位置區(qū)的刪除和新位置區(qū)的注冊兩個(gè)過程。

移動(dòng)臺(tái)的信息存儲(chǔ)在HLR、VLR兩個(gè)存儲(chǔ)器中。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)位置區(qū)進(jìn)入另一個(gè)位置區(qū)時(shí)，就要向網(wǎng)絡(luò)報(bào)告其位置的移動(dòng)，使網(wǎng)絡(luò)能隨時(shí)登記移動(dòng)用戶的當(dāng)前位置。利用位置信息，網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)對漫游用戶的自動(dòng)接續(xù)，將用戶的通話、分組數(shù)據(jù)、短消息和其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)送達(dá)漫游用戶。為了減少對HLR的更新過程，HLR中只保存了用戶所在的MSC/VLR的信息，而VLR中則保存了用戶更詳細(xì)的信息(如位置區(qū)的信息)。因此，在每一次位置變化時(shí)VLR都要進(jìn)行更新，而只有在MSC/VLR發(fā)生變化時(shí)(用戶進(jìn)入新的MSC/VLR服務(wù)區(qū)時(shí))才更新HLR中的信息。

移動(dòng)臺(tái)一旦加電開機(jī)后，就搜尋BCCH信道，從中提取所在位置區(qū)標(biāo)識(shí)(LAI)。如果該LAI與原來的LAI相同，則意味著移動(dòng)臺(tái)還在原來的位置區(qū)，不需要進(jìn)行位置更新；若不同，意味著移動(dòng)臺(tái)已離開原來的位置區(qū)，則必須進(jìn)行位置登記。位置登記可能在同一個(gè)MSC/VLR中進(jìn)行，也可能在不同MSC/VLR之間進(jìn)行。這兩種情況下進(jìn)行位置登記的具體過程會(huì)有所不同，但基本方法都是一樣的。如圖5.10所示，給出的是涉及兩個(gè)MSC/VLR的位置更新過程，其他情況可依此類推。圖5.10GSM位置更新流程

1)移動(dòng)臺(tái)用IMSI來標(biāo)識(shí)自己時(shí)的位置登記和刪除

●?1表示MS從一個(gè)位置區(qū)(屬于MSC-A)移動(dòng)到另一個(gè)位置區(qū)(屬于MSC-B)。

●?2表示通過檢測BS的廣播信息，MS發(fā)現(xiàn)新收到的位置區(qū)識(shí)別與其存儲(chǔ)的位置區(qū)識(shí)別不同。

●?3和4表示MS通過新基站向MSC-B發(fā)送“我在這里”的信息，請求位置更新。●?5表示MSC-B把含有其標(biāo)識(shí)和MS識(shí)別碼的位置更新信息送給HLR(鑒權(quán)與加密運(yùn)算從此時(shí)開始)。

●?6表示HLR發(fā)回響應(yīng)消息，其中包括全部相關(guān)用戶數(shù)據(jù)。

●?7和8表示在被訪VLR中進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)登記(包括分配臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別號碼(TMSI)和移動(dòng)臺(tái)漫游號碼(MSRN)，并向HLR匯報(bào))。

●?9表示把有關(guān)用戶位置更新響應(yīng)的信息(包括TMSI和MSRN)通過BS4送給MS。

●?10表示HLR通知原VLR刪除與此MS有關(guān)的用戶數(shù)據(jù)。

2)移動(dòng)臺(tái)用TMSI來標(biāo)識(shí)自己時(shí)的位置登記和刪除

當(dāng)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)入一個(gè)新的MSC/VLR區(qū)域時(shí)，若MS用原來的VLR(PVLR)分配給它的臨時(shí)號碼TMSI來標(biāo)識(shí)自己，則新的VLR在收到MSC“更新位置區(qū)”的消息后，不能直接判斷出該MS的HLR，而是向原來的PVLR“發(fā)送身份識(shí)別信息”消息，要求得到該用戶的IMSI，PVLR用“身份識(shí)別信息響應(yīng)”消息將該用戶的IMSI送給新的VLR，VLR再給該用戶分配一個(gè)新的TMSI，其后的過程與用IMSI標(biāo)識(shí)進(jìn)行位置更新一樣。

如果MS因故未收到“確認(rèn)”信息，則此次位置更新申請失敗，可以重復(fù)發(fā)送三次申請，每次間隔至少是10?s。

3)分離與附著

移動(dòng)臺(tái)可能處于激活(開機(jī))狀態(tài)，也可能處于非激活(關(guān)機(jī))狀態(tài)。

當(dāng)MS關(guān)機(jī)后，發(fā)送最后一次消息，要求進(jìn)行分離操作，MSC/VLR收到消息后要在有關(guān)的VLR和HLR中設(shè)置一特定的標(biāo)志，使網(wǎng)絡(luò)拒絕對向該用戶呼叫，以免在無線鏈路上發(fā)送無效的尋呼信號，這種功能稱之為“IMSI分離”。

當(dāng)MS開機(jī)后，若此時(shí)MS處于分離前相同的位置區(qū)，則將取消上述分離標(biāo)志，恢復(fù)正常工作，這種功能稱為“IMSI附著”。若位置區(qū)已變，則要進(jìn)行新的常規(guī)位置更新。

4)周期性登記

當(dāng)MS向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送“IMSI附著”消息時(shí)，因無線鏈路質(zhì)量很差，有可能造成錯(cuò)誤，即網(wǎng)絡(luò)認(rèn)為MS仍然為分離狀態(tài)；反之，當(dāng)MS發(fā)送“IMSI分離”消息時(shí)，因收不到信號，網(wǎng)絡(luò)也會(huì)錯(cuò)認(rèn)為該MS處于“附著”狀態(tài)。

為了解決上述問題，系統(tǒng)還采取周期性登記方式，例如要求MS每30分鐘登記一次。這時(shí)，若系統(tǒng)沒有接收到MS的周期性登記信息，VLR就以“分離”作標(biāo)記，稱做“隱分離”。

網(wǎng)絡(luò)通過BCCH通知MS其周期性登記的時(shí)間周期。周期性登記程序中有證實(shí)消息，MS只有接收到此消息后才停止發(fā)送登記消息。

2．呼叫接續(xù)

移動(dòng)用戶做主叫和做被叫的接續(xù)過程是不同的，下面分別討論移動(dòng)用戶向固定用戶發(fā)起呼叫(即移動(dòng)用戶做主叫)和固定用戶呼叫移動(dòng)用戶(即移動(dòng)用戶做被叫)的接續(xù)過程。移動(dòng)用戶呼叫移動(dòng)用戶的接續(xù)過程可從兩個(gè)過程進(jìn)行類推。

1)移動(dòng)用戶呼叫固定用戶

移動(dòng)用戶(MS)呼叫固定用戶(FS)如圖5.11所示。圖5.11移動(dòng)用戶呼叫固定用戶過程●?1表示MS用戶撥號、發(fā)送，MS通過公共信道RACH向BS提出接入申請，請求分配SDCCH。

●?2表示BS將MS的接入申請向MSC匯報(bào)。

●?3表示MSC對MS進(jìn)行鑒權(quán)與加密模式設(shè)置。

●?4表示鑒權(quán)通過后，MSC指示BS通過AGCH為MS分配SDCCH。

●?5表示MS通過SDCCH請求呼叫建立(即傳送申請、分配業(yè)務(wù)信道TCH的有關(guān)信令)。

●?6表示MSC通過PSTN的交換機(jī)向被叫振鈴，同時(shí)通過TCH向主叫送回鈴音。

●?7表示被叫摘機(jī)，MSC即停送振鈴與回鈴音，雙方開始通話。

2)固定用戶呼叫移動(dòng)用戶

固定用戶(FS)呼叫移動(dòng)用戶(MS)如圖5.12所示。

●?1表示由FS來的呼叫被接至GMSC。GMSC稱為信關(guān)移動(dòng)交換中心，它是PLMN與PSTN接口的MSC。設(shè)置GMSC的目的是為了防止當(dāng)移動(dòng)用戶處于漫游狀態(tài)時(shí)，出現(xiàn)長途兜圈子的情況。假如不設(shè)GMSC，則呼叫接續(xù)會(huì)出現(xiàn)下列長途兜圈子的情況。例如，呼叫(發(fā)自太原)→歸屬局(西安)→訪問局(太原)→MS(通話)。設(shè)置GMSC后，GMSC可將呼叫直接接到訪問局，從而防止了上述長途兜圈子的情況。例如，呼叫(發(fā)自太原)→訪問局(太原)→MS(通話)。圖5.12固定用戶呼叫移動(dòng)用戶過程●?2表示GMSC用MSISDN通過HLR查詢MS的位置，獲得MSRN。

●?3表示HLR向GMSC報(bào)告MS的MSRN。

●?4表示GMSC將呼叫路由轉(zhuǎn)至MS所在的MSC。

●?5表示MSC由VLR取得MS的相關(guān)數(shù)據(jù)。

●?6表示MSC通過MS所在位置區(qū)內(nèi)的所有BS對其進(jìn)行尋呼。

●?7表示MS響應(yīng)尋呼，向所在小區(qū)BS作出應(yīng)答。

●?8表示BS將尋呼應(yīng)答報(bào)告MSC。

●?9表示MSC對MS進(jìn)行鑒權(quán)和加密設(shè)置。鑒權(quán)通過后，MSC一方面指示BS通過AGCH給MS分配TCH，BS與MS的聯(lián)系隨即切換到分配的TCH上，MSC通過TCH向MS送振鈴音；另一方面向主叫送回鈴音。

●?10表示MS用戶摘機(jī)，MSC即撤消振鈴與回鈴音，雙方開始通話。

3．切換管理

切換的目的是使正在進(jìn)行的通信不中斷，將通信連接從一個(gè)無線信道切換到另一無線信道。切換分為內(nèi)部切換與外部切換兩類。

(1)內(nèi)部切換。

①同一小區(qū)內(nèi)不同物理信道之間的切換。這種切換發(fā)生在下列情況下：正在通信的物理信道受到干擾；為了進(jìn)行維護(hù)，正在通信的物理信道或載頻單元必須退出服務(wù)；為了平衡系統(tǒng)負(fù)荷。

②同一BSC控制的不同小區(qū)之間的切換。

(2)外部切換。

①不同BSC之間的切換，由MSC和相關(guān)BSC處理。

②不同MSC之間的切換，由HLR和相關(guān)MSC處理。

③不同PLMN之間的切換，由相關(guān)PLMN的HLR處理。

圖5.13為不同MSC之間的越局切換過程。圖5.13不同MSC之間的越局切換過程示意圖●?1表示穩(wěn)定的呼叫連接。

●?2表示MS對鄰近BS發(fā)出的無線信號(其中包括功率、距離和信號質(zhì)量，這三項(xiàng)指標(biāo)決定切換門限)進(jìn)行監(jiān)測，并將監(jiān)測結(jié)果向BSS1中的BTS報(bào)告。

●?3表示BTS對收到的匯報(bào)信號進(jìn)行預(yù)處理，然后向BSC匯報(bào)。

●?4表示BSC將匯報(bào)信號與切換門限進(jìn)行比較，做出切換決定。若需切換則向MSC-A發(fā)出切換請求。

●?5表示MSC-A根據(jù)收到的切換請求，向MSC-B申請無線信道，并將其VLR存儲(chǔ)的相關(guān)用戶數(shù)據(jù)告訴MSC-B。●?6表示MSC-B向MSC-A應(yīng)答，如有空閑信道，即告訴MSC-A允許切換，同時(shí)，命令新的BSS2為該MS準(zhǔn)備無線和陸上有線信道(包括其所屬VLR為MS分配新的MSRN和TMSI，并向HLR匯報(bào)等)。

●?7表示MSC-A根據(jù)MSC-B的應(yīng)答決定是否發(fā)出切換命令。如MSC-B報(bào)告有空閑信道，則向所屬BSC發(fā)出切換命令，并將MSC-B報(bào)告的空閑信道號通過所屬BSC告訴MS。

●?8表示MS切換到MSC-B指定的無線信道上，并將切換成功的消息告訴MSC-A。

●?9表示MSC-A指示VLR刪除此MS的用戶數(shù)據(jù)，并通知BSS1釋放原信道資源。在連接切換中有以下幾點(diǎn)需要引起注意：

①切換申請既可由MS提出，也可由BTS提出(這一點(diǎn)與模擬蜂窩電話不同，在模擬蜂窩中，切換申請總是由BTS提出的)。

②為了維護(hù)或平衡負(fù)荷，切換申請還可由BSC或MSC提出。

③切換的決定權(quán)總是由BSC或MSC做出的。5.2.5GSM系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能

1．概述

GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)是一種多業(yè)務(wù)系統(tǒng)，能提供許多種不同類型的業(yè)務(wù)，除可以為用戶提供傳統(tǒng)的電話業(yè)務(wù)外，還可為用戶提供非傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)，如短消息業(yè)務(wù)。它能提供的業(yè)務(wù)主要有三類，即電信業(yè)務(wù)、承載業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù)。這三類業(yè)務(wù)的關(guān)系如圖5.14所示。圖5.14GSM三類業(yè)務(wù)的關(guān)系

1)電信業(yè)務(wù)

電信業(yè)務(wù)是指端到端業(yè)務(wù)，主要包括電話、緊急呼叫、短消息業(yè)務(wù)和第三類傳真等。

(1)電話。電話業(yè)務(wù)是GSM系統(tǒng)提供的最重要的業(yè)務(wù)，經(jīng)過GSM網(wǎng)與固定網(wǎng)，為移動(dòng)用戶與移動(dòng)用戶之間或移動(dòng)用戶與固定網(wǎng)電話用戶之間提供實(shí)時(shí)雙向通話。

(2)緊急呼叫。緊急呼叫業(yè)務(wù)來源于電話業(yè)務(wù)，它允許移動(dòng)用戶在緊急情況下，通過一種簡單的撥號方式，即時(shí)將緊急呼叫接至離移動(dòng)用戶當(dāng)時(shí)所處基站最近的緊急服務(wù)中心。這種簡單的撥號方式可以按動(dòng)某一個(gè)緊急服務(wù)中心號碼來進(jìn)行。在歐洲統(tǒng)一使用112，在我國統(tǒng)一使用火警中心特服號119。有些GSM移動(dòng)話機(jī)具備SOS鍵，一按此鍵就可接通緊急服務(wù)中心。此業(yè)務(wù)優(yōu)先于其他業(yè)務(wù)，在移動(dòng)臺(tái)沒有插入用戶識(shí)別卡(SIM)或移動(dòng)用戶處于鎖定狀態(tài)時(shí)也可按鍵后接通緊急服務(wù)中心。

(3)短消息業(yè)務(wù)。短消息業(yè)務(wù)按其實(shí)現(xiàn)的方式可以分為兩類，即點(diǎn)到點(diǎn)短消息業(yè)務(wù)(包括移動(dòng)臺(tái)起始的短消息業(yè)務(wù)和移動(dòng)臺(tái)終止的短消息業(yè)務(wù))和小區(qū)廣播短消息業(yè)務(wù)。

(4)第三類傳真。第三類傳真是指能使用戶經(jīng)PLMN網(wǎng)以傳真編碼信息文件的形式，自動(dòng)交換各種函件的業(yè)務(wù)。

2)承載業(yè)務(wù)

承載業(yè)務(wù)是在兩個(gè)終端/網(wǎng)路接口處(接入點(diǎn)R/S)提供的業(yè)務(wù)，GSM所能提供的主要承載業(yè)務(wù)如表5.2所示。表5.2GSM提供的主要承載業(yè)務(wù)

3)補(bǔ)充業(yè)務(wù)

補(bǔ)充業(yè)務(wù)修改和增添了基本業(yè)務(wù)，主要是允許用戶能按照自己的需要改變網(wǎng)絡(luò)對其呼入呼出的處理，或者通過網(wǎng)絡(luò)向用戶提供某種信息，讓用戶能夠智能化地利用一些常規(guī)的業(yè)務(wù)。絕大部分移動(dòng)通信網(wǎng)的補(bǔ)充業(yè)務(wù)是直接從固定電信網(wǎng)中繼承過來的，因此這些業(yè)務(wù)并不是專門為GSM數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)或其他蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)設(shè)置的。目前提供的主要補(bǔ)充業(yè)務(wù)如表5.3所示。表5.3GSM提供的主要補(bǔ)充業(yè)務(wù)

2．短消息業(yè)務(wù)

1)概述

所謂短消息業(yè)務(wù)(SMS)，是指將語言、文字、數(shù)據(jù)、圖片等簡短文本消息通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)或用手機(jī)進(jìn)行收發(fā)的一種通信機(jī)制。短消息業(yè)務(wù)按其實(shí)現(xiàn)的方式可以分為兩類，即點(diǎn)到點(diǎn)短消息業(yè)務(wù)(包括移動(dòng)臺(tái)起始的短消息業(yè)務(wù)和移動(dòng)臺(tái)終止的短消息業(yè)務(wù))和小區(qū)廣播短消息業(yè)務(wù)。

MS起始的短消息業(yè)務(wù)，能使GSM用戶發(fā)送短消息給其他GSM點(diǎn)對點(diǎn)用戶。點(diǎn)對點(diǎn)MS終止的短消息業(yè)務(wù)則可使GSM用戶接收由其他GSM用戶發(fā)送的短消息。但是，點(diǎn)對點(diǎn)短消息業(yè)務(wù)是由短消息業(yè)務(wù)中心完成存儲(chǔ)和前轉(zhuǎn)功能的，而MS至MS的消息傳送是將上述兩種短消息業(yè)務(wù)通過短消息業(yè)務(wù)中心連接完成。點(diǎn)對點(diǎn)消息的發(fā)送或接收應(yīng)該在處于呼叫狀態(tài)或空閑狀態(tài)下進(jìn)行，由控制信道傳送短消息業(yè)務(wù)的消息，其信息量限制為160個(gè)字符。

小區(qū)廣播式短消息業(yè)務(wù)是在GSM陸地移動(dòng)通信網(wǎng)某一特定區(qū)域內(nèi)，以有規(guī)則的間隔向移動(dòng)臺(tái)MS重復(fù)廣播具有通用意義的短消息。移動(dòng)臺(tái)連續(xù)不斷地監(jiān)視廣播消息，并在移動(dòng)臺(tái)上向用戶顯示廣播消息。此短消息也是在控制信道上傳送，移動(dòng)臺(tái)只有在空閑狀態(tài)下才可接收廣播消息，其信息量限制為93個(gè)字符。

SMS有兩大特點(diǎn)：第一是存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，即傳送數(shù)據(jù)包的工作由移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的短消息中心而不是終端用戶來完成，如果用戶不在服務(wù)區(qū)內(nèi)，短消息就被存儲(chǔ)在短消息中心。第二是傳遞確認(rèn)機(jī)制，在電路交換數(shù)據(jù)環(huán)境中，連接是端到端的，所以用戶能夠知道連接是否完成以及數(shù)據(jù)傳遞的情況。

2)?GSM短消息實(shí)現(xiàn)原理

目前國內(nèi)廣泛應(yīng)用的各廠商的平臺(tái)結(jié)構(gòu)和基本原理大同小異，一般來說，一個(gè)短消息網(wǎng)絡(luò)可以分為三層結(jié)構(gòu)，如圖5.15所示。圖5.15短消息網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)短消息網(wǎng)關(guān)是與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信令交換和接續(xù)處理的部分；短消息調(diào)度平臺(tái)是對短消息進(jìn)行調(diào)度和管理的部分；短消息應(yīng)用平臺(tái)是對基于短消息的各種應(yīng)用進(jìn)行管理和控制的部分。具體牽涉到的實(shí)體可進(jìn)一步由圖5.16表示。圖5.16GSM短信息業(yè)務(wù)基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

(1)短消息業(yè)務(wù)中心(SMSC)功能。SMSC能向一個(gè)MS遞交短消息直到報(bào)告已經(jīng)接收或有效期已過；從MS接收短消息；從PLMN接收報(bào)告；就先前接收的短消息向PLMN返回一個(gè)報(bào)告。

(2)?MS功能。MS負(fù)責(zé)以下操作：向SMSC提交一個(gè)短消息TPDU，直到報(bào)告到達(dá)或時(shí)間超過；從SMSC接收短消息TPDU；就先前接收的短消息向網(wǎng)絡(luò)返回一個(gè)發(fā)送報(bào)告；從網(wǎng)絡(luò)接收報(bào)告；通知網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)器現(xiàn)在有能力接收一個(gè)或多個(gè)短消息；當(dāng)一個(gè)先前由MS發(fā)往相同目的地地址的短消息被另一個(gè)短消息置換時(shí)通知SMSC。

(3)?MSC功能。當(dāng)從MS接收短消息TPDU時(shí)，MSC負(fù)責(zé)以下操作：短消息TPDU的接收；從VLR獲取MS的MSISDN或出錯(cuò)信息；在向MS的故障報(bào)告里返回適當(dāng)?shù)腻e(cuò)誤信息(如果VLR指示有錯(cuò)誤)；檢查TPDU參數(shù)(如果VLR指示無錯(cuò))；在向MS的故障報(bào)告里返回適當(dāng)?shù)腻e(cuò)誤信息(如果參數(shù)不正確)；檢查目的地地址(如果參數(shù)沒有錯(cuò)誤)；向SMS-IWMSC轉(zhuǎn)發(fā)短消息TPDU；MSC向MS繼續(xù)發(fā)報(bào)告(當(dāng)從SMS-IWMSC接收到短消息報(bào)告時(shí))。

(4)?SMS-GMSC功能。當(dāng)從SC接收短消息TPDU時(shí)，SMS-GMSC負(fù)責(zé)以下操作：接收短消息TPDU；檢查參數(shù)；在錯(cuò)誤報(bào)告中返回適當(dāng)?shù)腻e(cuò)誤信息給SMSC(如果參數(shù)有錯(cuò))；詢問HLR，找回路由信息或錯(cuò)誤信息(如果參數(shù)中沒找到錯(cuò)誤)；用從HLR處獲得的路由信息將短消息TPDU轉(zhuǎn)送到MSC(如果HLR沒有指示任何錯(cuò)誤)；通知HLR成功發(fā)送或當(dāng)從MSC收到錯(cuò)誤的報(bào)告時(shí)通知HLR，并告訴其原因。

(5)?SMS-IWMSC功能。當(dāng)從MSC接收到TPDU時(shí)，SMS-IWMSC負(fù)責(zé)以下操作：短消息TPDU的接收；當(dāng)需要時(shí)和SMSC建立連接；傳送短消息TPDU到SMSC(當(dāng)SMSC的地址有效)；當(dāng)從SMSC接收到有關(guān)傳送短消息TPDU的報(bào)告時(shí)，SMS-IWMSC負(fù)責(zé)繼續(xù)把該報(bào)告?zhèn)飨騇SC。當(dāng)在期望時(shí)間以前沒有從SMSC接收到有關(guān)傳送短消息TPDU的報(bào)告或SMSC地址無效時(shí)，SMS-IWMSC負(fù)責(zé)以下操作：在故障報(bào)告里向MSC返回適當(dāng)?shù)腻e(cuò)誤信息，定時(shí)器的值依賴于SMSC和SMS-IWMSC之間的協(xié)議。

3)點(diǎn)對點(diǎn)短消息業(yè)務(wù)過程

移動(dòng)臺(tái)終結(jié)短消息業(yè)務(wù)過程包含兩個(gè)操作：①SMSC到MS的信息或狀態(tài)報(bào)告的傳送；②向SMSC返回報(bào)道，包含打算傳送信息的結(jié)果。

移動(dòng)臺(tái)發(fā)起短消息業(yè)務(wù)過程包含兩個(gè)操作：①M(fèi)S到SMSC的信息傳送；②向MS返回報(bào)道，包含打算傳送信息的結(jié)果。

報(bào)警的傳送過程包含HLR或VLR發(fā)起到SMSC提醒業(yè)務(wù)所有的必要操作，告知SMSC說明MS已恢復(fù)了操作。5.3.1CDMA系統(tǒng)概述

1.CDMA技術(shù)的發(fā)展歷程及標(biāo)準(zhǔn)

CDMA是“CodeDivisonMultipleAccess”的縮寫，譯為“碼分多址”。CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)(以下簡稱為CDMA系統(tǒng))是一種以擴(kuò)頻通信為基礎(chǔ)、載波調(diào)制和碼分多址技術(shù)相結(jié)合的移動(dòng)通信系統(tǒng)。

由于擴(kuò)頻技術(shù)具有抗干擾能力強(qiáng)、保密性能好的特點(diǎn)，20世紀(jì)80年代就在軍事通信領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。為了提高頻率利用率，在擴(kuò)頻的基礎(chǔ)上，人們又提出了碼分多址的概念，利用不同的地址碼來區(qū)分無線信道。5.3CDMA系統(tǒng)

2．CDMA蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)的特點(diǎn)

1)系統(tǒng)容量大

如果考慮總頻帶為1.25?MHz，F(xiàn)DMA(如AMPS)系統(tǒng)每小區(qū)的可用信道數(shù)為7；TDMA(GSM)系統(tǒng)每個(gè)小區(qū)的可用信道數(shù)為12.5；CDMA(IS-95)系統(tǒng)每小區(qū)的可用信道數(shù)為120。同時(shí)，在CDMA系統(tǒng)中，還可以通過語音激活檢測技術(shù)進(jìn)一步提高容量。理論上CDMA移動(dòng)網(wǎng)容量比模擬網(wǎng)大20倍，實(shí)際上要比模擬網(wǎng)大10倍，比GSM要大4～5倍。

2)保密性好

CDMA系統(tǒng)采用了擴(kuò)頻技術(shù)，可以使通信系統(tǒng)具有抗干擾、抗多徑傳播、隱蔽、保密的能力。

3)軟切換

CDMA系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)軟切換。所謂軟切換，是指先與新基站建立好無線鏈路之后才斷開與原基站的無線鏈路。因此，軟切換中沒有通信中斷的現(xiàn)象，從而提高了通信質(zhì)量。

4)軟容量

CDMA系統(tǒng)中容量與系統(tǒng)中的載噪比有關(guān)，當(dāng)用戶數(shù)增加時(shí)，僅僅會(huì)使通話質(zhì)量下降，而不會(huì)出現(xiàn)信道阻塞現(xiàn)象。因此，系統(tǒng)容量不是定值，而是可以變動(dòng)的，這與CDMA的機(jī)理有關(guān)。因?yàn)樵贑DMA系統(tǒng)中，所有移動(dòng)用戶都占用相同帶寬和頻率。我們打個(gè)比方，將帶寬想象成一個(gè)大房子，所有的人將進(jìn)入惟一的一個(gè)大房子。如果他們使用完全不同的語言，就可以清楚地聽到同伴的聲音，而只受到一些來自別人談話的干擾。在這里，屋里的空氣可以被想象成寬帶的載波，而不同的語言即被當(dāng)作編碼，我們可以不斷地增加用戶，直到整個(gè)背景噪音限制住了我們。如果能控制住每個(gè)用戶的信號強(qiáng)度，在保持高質(zhì)量通話的同時(shí)，我們就可以容納更多的用戶了。

5)頻率規(guī)劃簡單

用戶按不同的序列碼區(qū)分，所以相同的CDMA載波可在相鄰的小區(qū)內(nèi)使用，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃靈活，擴(kuò)展簡單。5.3.2CDMA技術(shù)的基本原理

碼分多址的基礎(chǔ)是要有足夠的周期性碼序列作為地址碼，該序列碼應(yīng)具有很強(qiáng)的自相關(guān)性和互相關(guān)性。即碼組內(nèi)只有本身碼相乘疊加后為1(自相關(guān)值為1)，任意兩個(gè)不同的碼相乘疊加后為0(互相關(guān)值為0)，如沃爾什碼、m序列偽隨機(jī)碼及戈?duì)柕麓a等。碼分多址通信系統(tǒng)中，在發(fā)送端，利用地址碼與用戶信息數(shù)據(jù)相乘(或模2加)，經(jīng)過調(diào)制發(fā)送出去，在接收端以本地產(chǎn)生的已知地址碼做參考，對解調(diào)的信號，根據(jù)相關(guān)性差異對收到的所有信號進(jìn)行鑒別，從中將地址碼與本地地址碼一致的信號選出，把不一致的信號除掉(稱為相關(guān)檢測)。其工作原理簡要敘述如下：碼分多址收、發(fā)系統(tǒng)示意圖如圖5.17所示，其中，d1～dN分別是N個(gè)用戶的信息數(shù)據(jù)，W1～WN分別是相對應(yīng)的地址碼。為簡明起見，假定系統(tǒng)內(nèi)只有4個(gè)用戶(即N=4)，各自的地址碼分別為

W1?=?[1111]、W2?=?[1-11-1]、W3?=?[11-1-1]、W4?=?[1-1-11]，對應(yīng)的波形如圖5.18(a)所示。若在某一時(shí)刻用戶信息數(shù)據(jù)分別為：d1?=?[1]、d2?=?[-1]、d3?=?[1]、d4?=?[-1]，對應(yīng)的波形如圖5.18(b)所示。與各自對應(yīng)的地址碼相乘后的波形S1～S4如圖5.18(c)所示。圖5.17碼分多址收、發(fā)系統(tǒng)示意圖圖5.18碼分多址原理波形示意圖實(shí)際的碼分多址移動(dòng)通信系統(tǒng)要復(fù)雜得多。

第一，要達(dá)到多路多用戶的目的，就要有足夠多的地址碼，而這些地址碼又要有良好的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性，這是“碼分”的基礎(chǔ)。

第二，在碼分多址通信系統(tǒng)中的各接收端，必須產(chǎn)生本地地址碼(簡稱本地碼)，該本地碼不但在碼型結(jié)構(gòu)與對端發(fā)來的地址碼一致，而且在相位上也要完全同步。用本地碼對收到的全部信號進(jìn)行相關(guān)檢測，從中選出所需要的信號，這是碼分多址最主要的環(huán)節(jié)。

第三，由碼分多址通信系統(tǒng)的特點(diǎn)，即網(wǎng)內(nèi)所有用戶使用同一載波，各個(gè)用戶可以同時(shí)發(fā)送或接收信號。這樣，接收的輸入信號干擾比將遠(yuǎn)小于1(負(fù)的若干dB)，這是傳統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)方式所無能為力的。為了把各用戶之間的相互干擾降到最低限度，并且使各個(gè)用戶的信號占用相同的帶寬，碼分系統(tǒng)必須與擴(kuò)展頻譜(簡稱擴(kuò)頻)技術(shù)相結(jié)合，使在信道傳輸?shù)男盘査碱l帶極大地展寬(一般達(dá)百倍以上)，為接收端分離信號完成實(shí)際性的準(zhǔn)備。5.3.3CDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1．CDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

CDMA網(wǎng)中的功能實(shí)體和相互間的接口見圖5.19。從圖中可看出CDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與GSM網(wǎng)相似。圖5.19CDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2．CDMA系統(tǒng)的邏輯信道

CDMA系統(tǒng)采用的是頻分雙工(FDD)方式，即收發(fā)采用不同的載頻。從基站到移動(dòng)臺(tái)方向的鏈路稱為正向鏈路或下行鏈路，從移動(dòng)臺(tái)到基站方向的信道稱為反向鏈路或上行鏈路。由于上下行鏈路傳輸?shù)囊蟛煌?，因此上下行鏈路上信道的種類及作用也不同。

1)正向鏈路邏輯信道

正向鏈路中的邏輯信道包括正向業(yè)務(wù)信道(FTCH)、導(dǎo)頻信道(PiCH)、同步信道(SyCH)和尋呼信道(PaCH)等。

(1)導(dǎo)頻信道(PilotChannel，PiCH)：基站在此信道發(fā)送導(dǎo)頻信號(其信號功率比其他信道高20dB)，供移動(dòng)臺(tái)識(shí)別基站并引導(dǎo)移動(dòng)臺(tái)入網(wǎng)。

(2)同步信道(SynchronizationChannel，SyCH)：基站在此信道發(fā)送同步信息供移動(dòng)臺(tái)建立與系統(tǒng)的定時(shí)和同步。一旦同步建立，移動(dòng)臺(tái)就不再使用同步信道。

(3)尋呼信道(PagingChannel，PaCH)：基站在此信道尋呼移動(dòng)臺(tái)，發(fā)送有關(guān)尋呼指令及業(yè)務(wù)信道指配信息。當(dāng)有用戶呼入移動(dòng)臺(tái)時(shí)，基站就利用此信道來尋呼移動(dòng)臺(tái)，以建立呼叫。

(4)正向業(yè)務(wù)信道(ForwardTrafficChannel，F(xiàn)TCH)：用于基站到移動(dòng)臺(tái)之間的通信，主要傳送用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，同時(shí)也傳送隨路信令。例如功率控制信令信息、切換指令等就是插入在此信道中傳送的。

2)反向鏈路邏輯信道

反向鏈路中的邏輯信道由反向業(yè)務(wù)信道(BTCH)和接入信道(AcCH)等組成。

(1)反向業(yè)務(wù)信道(BackwardTrafficChannel，BTCH)：供移動(dòng)臺(tái)到基站之間通信，它與正向業(yè)務(wù)信道一樣，用于傳送用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，同時(shí)也傳送信令信息，如功率控制信息等。

(2)接入信道(AccessChannel，AcCH)：一個(gè)隨機(jī)接入信道，供網(wǎng)內(nèi)移動(dòng)臺(tái)隨機(jī)占用，移動(dòng)臺(tái)在此信道發(fā)起呼叫或?qū)镜膶ず粜畔⑦M(jìn)行應(yīng)答。5.3.4CDMA關(guān)鍵技術(shù)

1．直擴(kuò)通信的同步問題

同步技術(shù)是擴(kuò)頻的關(guān)鍵技術(shù)，在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，在發(fā)端的偽隨機(jī)碼(PN碼)對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻，在收端首先是利用本地產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼(本地碼)解除接收到的頻譜擴(kuò)展(即解擴(kuò))，然后，才能進(jìn)行信息解調(diào)。要實(shí)現(xiàn)解擴(kuò)，就必須使本地碼的頻率和相位與接到的偽隨機(jī)碼完全一致。所以，在數(shù)字通信中除了載波同步、位同步、幀同步外，偽碼序列同步是它特有的。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的同步問題比一般數(shù)字通信系統(tǒng)更復(fù)雜。

在擴(kuò)頻通信中，同步過程包括兩個(gè)階段，第一階段是捕獲階段，接收機(jī)首先搜索對方的發(fā)送信號，把對方發(fā)來的偽隨機(jī)碼與本地碼在相位上納入可同步保持(可跟蹤)的范圍中，即在一個(gè)偽隨機(jī)碼碼元之內(nèi)。然后，就進(jìn)入跟蹤階段，同步系統(tǒng)能自動(dòng)地加以調(diào)整，使收端的本地碼與接收到的偽隨機(jī)碼保持精確同步。

2．Rake接收技術(shù)

移動(dòng)通信信道是一種多徑衰落信道，Rake接收技術(shù)就是分別接收每一路的信號進(jìn)行解調(diào)，然后疊加輸出達(dá)到增強(qiáng)接收效果的目的，這里多徑信號不僅不是一個(gè)不利因素，反而在CDMA系統(tǒng)中變成了一個(gè)可供利用的有利因素。

3．功率控制

功率控制技術(shù)是CDMA系統(tǒng)的核心技術(shù)。CDMA系統(tǒng)是一個(gè)自擾系統(tǒng)，所有移動(dòng)用戶都占用相同的帶寬和頻率，“遠(yuǎn)近效用”問題特別突出。CDMA功率控制的目的就是克服“遠(yuǎn)近效用”，使系統(tǒng)既能維持高質(zhì)量通