第7章 時分多址(tdma)數字蜂窩網

1、第7章 時分多址(TDMA) 數字蜂窩網,7.1 GSM系統(tǒng)總體 7.2 GSM系統(tǒng)的無線接口 7.3 GSM系統(tǒng)的控制與管理 7.4 三種TDMA蜂窩系統(tǒng)分析比較 7.5 GPRS——通用分組無線業(yè)務 思考題與習題,7.1 GSM系統(tǒng)總體,GSM的歷史可以追溯到 1982 年， 當時， 北歐四國向歐洲郵電行政大會CEPT(Conference Europe of Post and Telecommunications)提交了

2、一份建議書， 要求制定 900 MHz頻段的歐洲公共電信業(yè)務規(guī)范， 建立全歐統(tǒng)一的蜂窩網移動通信系統(tǒng)， 以解決歐洲各國由于采用多種不同模擬蜂窩系統(tǒng)造成的互不兼容， 無法提供漫游服務的問題。,同年成立了歐洲移動通信特別小組， 簡稱GSM(Group Special Mobile)。 在1982～1985年期間， 討論焦點是制定模擬蜂窩網還是數字蜂窩網的標準， 直到 1985年才決定制定數字蜂窩網標準。 1986 年， 在巴黎對歐洲各國經大

3、量研究和實驗后所提出的8個數字蜂窩系統(tǒng)進行了現場試驗。 1987年 5月， GSM成員國經現場測試和論證比較， 選定窄帶TDMA方案。,1988 年， 18 個歐洲國家達成GSM諒解備忘錄， 頒布了GSM標準， 即泛歐數字蜂窩網通信標準。 它包括兩個并行的系統(tǒng)： GSM 900 和DCS 1800， 這兩個系統(tǒng)功能相同， 主要的差異是頻段不同。 在GSM標準中， 未對硬件作出規(guī)定， 只對功能、 接口等作了詳細規(guī)定， 便于不同公司的產品可

4、以互連互通。 GSM標準共有 12 項內容， 如表 7 - 1 所示。,表 7 - 1 GSM 標 準,7.1.1 網絡結構 數字蜂窩移動通信是在模擬蜂窩移動通信的基礎上發(fā)展起來的， 在網絡組成、 設備配置、網絡功能和工作方式上， 二者都有相同之處。 但因數字蜂窩網采用全數字傳輸， 因而在實現技術和管理控制等方面， 均與模擬蜂窩網有較大的差異。 簡單說來， 數字蜂窩網技術更先進， 功能更完備且通信更可靠， 并能適

5、應方便地與其它數字通信網(如綜合業(yè)務數字網ISDN、 公用數據網PDN)的互連。,GSM蜂窩系統(tǒng)的網絡結構如圖 7 - 1 所示。 由圖可見， GSM蜂窩系統(tǒng)的主要組成部分可分為移動臺、 基站子系統(tǒng)和網絡子系統(tǒng)。 基站子系統(tǒng)(簡稱基站BS)由基站收發(fā)臺(BTS)和基站控制器(BSC)組成； 網絡子系統(tǒng)由移動交換中心(MSC)、 操作維護中心(OMC)、 原籍位置寄存器(HLR)、 訪問位置寄存器(VLR)、 鑒權中心(AUC)和移動設備

6、識別寄存器(EIR)等組成。 一個MSC可管理多達幾十個基站控制器， 一個基站控制器最多可控制256個BTS。 由MS、 BS和網絡子系統(tǒng)構成公用陸地移動通信網， 該網絡由MSC與公用交換電話網(PSTN)、 綜合業(yè)務數字網(ISDN)和公用數據網(PDN)進行互連。,圖 7 - 1 GSM蜂窩系統(tǒng)的網絡結構,1. 移動臺(MS) 移動臺是GSM移動通信網中用戶使用的設備。 移動臺類型可分為車載臺、 便攜臺和手

7、機。 其中， 手機小巧、 輕便， 而且功能也較強， 因此使用手機的用戶占移動用戶的絕大多數。,移動臺通過無線接口接入GSM系統(tǒng)， 具有無線傳輸與處理功能。 此外， 移動臺必須提供與使用者之間的接口， 比如， 為完成通話呼叫所需要的話筒、 揚聲器、 顯示屏和各種按鍵； 或者提供與其它一些終端設備(TE)之間的接口， 如與個人計算機或傳真機之間的接口。,移動臺的另外一個重要組成部分是用戶識別模塊(SIM)， 亦稱SIM卡。 它基本上是一張符

8、合ISO(開放系統(tǒng)互連)標準的“智慧”磁卡， 其中包含與用戶有關的無線接口的信息， 也包括鑒權和加密的信息。 使用GSM標準的移動臺都需要插入SIM卡， 只有當處理異常的緊急呼叫時， 才可以在不用SIM卡的情況下操作移動臺。 SIM卡的應用使一部移動臺可以為不同用戶服務， 因為GSM系統(tǒng)是通過SIM卡來識別移動用戶的， 這為今后發(fā)展個人通信打下了基礎。,2. 基站子系統(tǒng)(BSS) 基站子系統(tǒng)(BSS)是GSM系

9、統(tǒng)的基本組成部分。 它通過無線接口與移動臺相接， 進行無線發(fā)送、 接收及無線資源管理。 另一方面， 基站子系統(tǒng)與網絡子系統(tǒng)(NSS)中的移動交換中心(MSC)相連， 實現移動用戶與固定網絡用戶之間或移動用戶之間的通信連接。 基站子系統(tǒng)主要由基站收發(fā)信機(BTS)和基站控制器(BSC)構成。 BTS可以直接與BSC相連接， 也可以通過基站接口設備(BIE)采用遠端控制的連接方式與BSC相連接。,3. 網絡子系統(tǒng)(

10、NSS) 網絡子系統(tǒng)對GSM移動用戶之間通信和移動用戶與其它通信網用戶之間通信起著管理作用。 其主要功能包括： 交換、 移動性管理與安全性管理等。 NSS由很多功能實體構成， 它們之間的信令傳輸都符合CCITT信令系統(tǒng)7 號協(xié)議。 下面分別討論各功能實體的主要功能。,(1) 移動交換中心(MSC)。 移動交換中心(MSC)是網絡的核心，它提供交換功能并面向下列功能實體： 基站子系統(tǒng)(BSS)、 原籍位置寄存器(

11、HLR)、 訪問位置寄存器(VLR)、 鑒權中心(AUC)、 移動設備識別寄存器(EIR)、 操作維護中心(OMC)和固定網(公用電話網、綜合業(yè)務數字網等)， 從而把移動用戶與固定網用戶、 移動用戶與移動用戶之間互相連接起來。,(2) 原籍位置寄存器。 原籍位置寄存器簡稱HLR。 它可以看作是GSM系統(tǒng)的中央數據庫， 存儲該HLR管轄區(qū)的所有移動用戶的有關數據。 其中， 靜態(tài)數據有移動用戶號碼、訪問能力、 用戶類別和補充業(yè)務等。 此外，

12、 HLR還暫存移動用戶漫游時的有關動態(tài)信息數據。,(3) 訪問位置寄存器。 訪問位置寄存器簡稱VLR。 它存儲進入其控制區(qū)域內來訪移動用戶的有關數據， 這些數據是從該移動用戶的原籍位置寄存器獲取并進行暫存的，一旦移動用戶離開該VLR的控制區(qū)域， 則臨時存儲的該移動用戶的數據就會被刪除。 因此， VLR可看作是一個動態(tài)用戶的數據庫。,(4) 鑒權中心。 GSM系統(tǒng)采取了特別的通信安全措施， 包括對移動用戶鑒權， 對無線鏈路上的話音、 數據

13、和信令信息進行保密等。,(5) 移動設備識別寄存器。 移動設備識別寄存器(EIR)存儲著移動設備的國際移動設備識別碼(IMEI)， 通過核查白色、 黑色和灰色三種清單， 運營部門就可判斷出移動設備是屬于準許使用的， 還是失竊而不準使用的， 還是由于技術故障或誤操作而危及網絡正常運行的MS設備， 以確保網絡內所使用的移動設備的惟一性和安全性。 (6) 操作維護中心。 網絡操作維護中心(OMC)負責對全網進行監(jiān)控與操

14、作。,7.1.2 GSM的區(qū)域、 號碼、 地址與識別 1. 區(qū)域定義 GSM系統(tǒng)屬于小區(qū)制大容量移動通信網， 在它的服務區(qū)內設置有很多基站， 移動通信網在此服務區(qū)內， 具有控制、 交換功能， 以實現位置更新、 呼叫接續(xù)、 越區(qū)切換及漫游服務等功能。 在由GSM系統(tǒng)組成的移動通信網絡結構中， 其相應的區(qū)域定義如圖 7 - 3 所示。,圖 7 - 3 GSM的區(qū)域定義,

15、(1) GSM服務區(qū)。 服務區(qū)是指移動臺可獲得服務的區(qū)域， 即不同通信網(如PSTN或ISDN)用戶無需知道移動臺的實際位置而可與之通信的區(qū)域。 (2) 公用陸地移動通信網(PLMN)。 一個公用陸地移動通信網(PLMN)可由一個或若干個移動交換中心組成。 (3) MSC區(qū)。 MSC區(qū)系指一個移動交換中心所控制的區(qū)域， 通常它連接一個或若干個基站控制器， 每個基站控制器控制多個基站收發(fā)信

16、機。,(4) 位置區(qū)。 位置區(qū)一般由若干個小區(qū)(或基站區(qū))組成，移動臺在位置區(qū)內移動無需進行位置更新。通常呼叫移動臺時，向一個位置區(qū)內的所有基站同時發(fā)尋呼信號。 (5) 基站區(qū)?；緟^(qū)系指基站收發(fā)信機有效的無線覆蓋區(qū)，簡稱小區(qū)。 (6) 扇區(qū)。當基站收發(fā)信天線采用定向天線時，基站區(qū)分為若干個扇區(qū)。,2. 號碼與識別 各種號碼的定義及用途如下： (

17、1) 移動用戶識別碼。 在GSM系統(tǒng)中，每個用戶均分配一個惟一的國際移動用戶識別碼(IMSI)。此碼在所有位置(包括在漫游區(qū))都是有效的。通常在呼叫建立和位置更新時， 需要使用IMSI。 IMSI的組成如圖 7 - 4 所示。,IMSI的總長不超過 15 位數字， 每位數字僅使用 0～9 的數字。 圖中： MCC: 移動用戶所屬國家代號， 占 3 位數字， 中國的MCC規(guī)定為 460。

18、 MNC： 移動網號碼， 最多由兩位數字組成， 用于識別移動用戶所歸屬的移動通信網。  MSIN: 移動用戶識別碼， 用以識別某一移動通信網(PLMN)中的移動用戶。  由MNC和MSIN兩部分組成國內移動用戶識別碼(NMSI)。,圖 7 - 4 國際移動用戶識別碼(IMSI)的格式,(2) 臨時移動用戶識別碼。 考慮到移動用戶識別碼的安全性， GSM系統(tǒng)能提供安全保密措施，

19、 即空中接口無線傳輸的識別碼采用臨時移動用戶識別碼(TMSI)代替IMSI。 兩者之間可按一定的算法互相轉換。 訪問位置寄存器(VLR)可給來訪的移動用戶分配一個TMSI(只限于在該訪問服務區(qū)使用)。,圖 7 - 5 國際移動設備識別碼(IMEI)的格式,(3) 國際移動設備識別碼。 國際移動設備識別碼(IMEI)是區(qū)別移動臺設備的標志， 可用于監(jiān)控被竊或無效的移動設備。 IMEI的格式如圖 7 - 5 所示。 圖中：

20、 TAC: 型號批準碼， 由歐洲型號標準中心分配。 FAC: 裝配廠家號碼。 SNR: 產品序號， 用于區(qū)別同一個TAC和FAC中的每臺移動設備。 SP: 備用。,(4) 移動臺的號碼。 移動臺的號碼類似于PSTN中的電話號碼， 是在呼叫接續(xù)時所需撥的號碼， 其編號規(guī)則應與各國的編號規(guī)則相一致。 移動臺的號碼有下列兩種：  ① 移動臺

21、國際ISDN號碼(MSISDN)。 MSISDN為呼叫GSM系統(tǒng)中的某個移動用戶所需撥的號碼。 一個移動臺可分配一個或幾個MSISDN號碼， 其組成格式如圖 7 - 6 所示。 圖中：,圖 7 - 6 移動臺國際ISDN的格式,CC: 國家代號， 即移動臺注冊登記的國家代號， 中國為 86。 NDC: 國內地區(qū)碼， 每個PLMN有一個NDC。 SN: 移動用戶號碼。

22、 由NDC和SN兩部分組成國內ISDN號碼， 其長度不超過 13 位數。 國際ISDN號碼長度不超過 15 位數字。,② 移動臺漫游號碼(MSRN)。 當移動臺漫游到一個新的服務區(qū)時， 由VLR給它分配一個臨時性的漫游號碼， 并通知該移動臺的HLR， 用于建立通信路由。 一旦該移動臺離開該服務區(qū)， 此漫游號碼即被收回， 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臺國際(或國內)ISDN號碼相同。

23、,(5) 位置區(qū)和基站的識別碼。 ① 位置區(qū)識別碼(LAI)。 在檢測位置更新和信道切換時，要使用位置區(qū)識別碼(LAI)。 LAI的組成格式如圖 7 - 7 所示。,② 基站識別色碼(BSIC)。 基站識別色碼(BSIC)用于移動臺識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 6 比特編碼， 其格式如圖 7 - 8 所示。 NCC: PL

24、MN色碼， 用來識別相鄰的PLMN網。 BCC：BTS色碼，用來識別相同載頻的不同的基站。,圖 7 - 8 基站識別色碼(BSIC)的格式,7.1.3 主要業(yè)務 1. 通信業(yè)務分類 GSM系統(tǒng)能提供 6 類 10 種電信業(yè)務， 其編號、 名稱、 業(yè)務類型及實現階段見表 7 - 2。,表 7 - 2 GSM電信業(yè)務分類,2. 業(yè)務定義 (1)

25、 電話業(yè)務。 電話業(yè)務是GSM系統(tǒng)提供的最主要業(yè)務。 (2) 緊急呼叫業(yè)務。 在緊急情況下, 移動用戶通過一種簡單的撥號方式即可撥通緊急服務中心。 (3) 短消息業(yè)務。 短消息業(yè)務包括移動臺之間點對點短消息業(yè)務以及小區(qū)廣播短消息業(yè)務。,(4) 可視圖文接入。 可視圖文接入是一種通過網絡完成文本、 圖形信息檢索和電子函件功能的業(yè)務。 (5) 智能用戶電報傳送。

26、智能用戶電報傳送能夠提供智能用戶電報終端間的文本通信業(yè)務。 此類終端具有文本信息的編輯、 存儲和處理等能力。 (6) 傳真。 語言和3類傳真交替?zhèn)魉偷臉I(yè)務。,7.2 GSM系統(tǒng)的無線接口,7.2.1 GSM系統(tǒng)無線傳輸特征 表 7 - 3 給出了GSM系統(tǒng)的主要參數， 為便于比較， 表中還列出了另外兩種時分多址數字蜂窩網的對應參數。,表 7 - 3 GSM等三種數字蜂窩網主要參數,1. T

27、DMA/FDMA接入方式 GSM系統(tǒng)中， 由若干個小區(qū)(3 個、 4 個或 7 個)構成一個區(qū)群， 區(qū)群內不能使用相同的頻道， 同頻道距離保持相等， 每個小區(qū)含有多個載頻， 每個載頻上含有 8 個時隙， 即每個載頻有 8 個物理信道， 因此， GSM系統(tǒng)是時分多址/頻分多址的接入方式， 參見圖 7 - 9 所示。,圖 7 - 9 TDMA/FDMA接入方式,2. 頻率與頻道序號GSM系統(tǒng)工作在以下射頻頻段：

28、上行(移動臺發(fā)、 基站收) 890～915 MHz下行(基站發(fā)、 移動臺收) 935～960 MHz收、 發(fā)頻率間隔為 45 MHz。,移動臺采用較低頻段發(fā)射， 傳播損耗較低， 有利于補償上、 下行功率不平衡的問題。 由于載頻間隔是 0.2 MHz， 因此GSM系統(tǒng)整個工作頻段分為 124 對載頻， 其頻道序號用n表示， 則上、 下兩頻段中序號為n的載頻可用下式計算： 下頻段 f

29、l(n)=(890+0.2 n) MHz (7 - 1) 上頻段 fh(n)=(935+0.2 n) MHz (7 - 2),3. 調制方式 GSM的調制方式是高斯型最小移頻鍵控(GMSK)方式， 矩形脈沖在調制器之前先通過一個高斯濾波器。 這一調制方案由于改善了頻譜特性， 從而能滿足CCIR提出的鄰信道功率電平小于-60 dBW的要求。

30、高斯濾波器的歸一化帶寬 Bt=0.3， 基于200 kHz的載頻間隔及 270.833 kb/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(qū)群結構 GSM系統(tǒng)中， 基站發(fā)射功率為500 W每載波， 每時隙平均為 500/8=62.5 W。 移動臺發(fā)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(qū)覆蓋半徑最大為 35 km， 最小為 50

31、0 m， 前者適用于農村地區(qū)， 后者適用于市區(qū)。,7.2.2 信道類型及其組合 1. 幀結構 圖 7 - 10 給出了GSM系統(tǒng)各種幀及時隙的格式。 每一個TDMA幀分 0～7 共 8 個時隙， 幀長度為 120/26≈4.615 ms。 每個時隙含 156.25 個碼元， 占 15/26≈0.577 ms。,圖 7 - 10 GSM系統(tǒng)各種幀及時隙的格式,2. 信

32、道分類 圖 7 - 12 示出了GSM系統(tǒng)的信道分類。 (1) 業(yè)務信道。 業(yè)務信道TCH主要傳輸數字話音或數據， 其次還有少量的隨路控制信令。 ① 話音業(yè)務信道。 載有編碼話音的業(yè)務信道分為全速率話音業(yè)務信道(TCH/FS)和半速率話音業(yè)務信道(TCH/HS)， 兩者的總速率分別為 22.8 kb/s和11.4 kb/s。,圖 7 - 12 GSM系統(tǒng)的信道

33、分類,② 數據業(yè)務信道。 在全速率或半速率信道上， 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數據業(yè)務： 9.6 kb/s, 全速率數據業(yè)務信道 (TCH/F9.6) 4.8 kb/s, 全速率數據業(yè)務信道 (TCH/F4.8) 4.8 kb/s, 半速率數據業(yè)務信道 (TCH/H4.8) ≤2.4 kb/s, 全速率數據業(yè)務信道 (T

34、CH/F2.4) ≤2.4 kb/s, 半速率數據業(yè)務信道 (TCH/H2.4),(2) 控制信道。 控制信道(CCH)用于傳送信令和同步信號， 主要分為三種： 廣播信道(BCH)、 公共控制信道(CCCH)和專用控制信道(DCCH)。 ① 廣播信道(BCH)。 廣播信道是一種“一點對多點”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

35、信息。 廣播信道又分為：,·頻率校正信道(FCCH)： 傳輸供移動臺校正其工作頻率的信息； ·同步信道(SCH)： 傳輸供移動臺進行同步和對基站進行識別的信息， 因為基站識別碼是在同步信道上傳輸的； ·廣播控制信道(BCCH)： 傳輸系統(tǒng)公用控制信息， 例如公共控制信道(CCCH)號碼以及是否與獨立專用控制信道(SDCCH)相組合等信息。,② 公用控制信道(C

36、CCH)。 CCCH是一種雙向控制信道， 用于呼叫接續(xù)階段傳輸鏈路連接所需要的控制信令。 公用控制信道又分為： ·尋呼信道(PCH)： 傳輸基站尋呼移動臺的信息； ·隨機接入信道(RACH)： 這是一個上行信道， 用于移動臺隨機提出入網申請， 即請求分配一個獨立專用控制信道(SDCCH)； ·準許接入信道(AGCH)： 這是一個下行信道，

37、用于基站對移動臺的入網申請作出應答， 即分配一個獨立專用控制信道。,③ 專用控制信道(DCCH)： 這是一種“點對點”的雙向控制信道， 其用途是在呼叫接續(xù)階段以及在通信進行當中， 在移動臺和基站之間傳輸必需的控制信息。 專用控制信道又分為： ·獨立專用控制信道(SDCCH)： 用于在分配業(yè)務信道之前傳送有關信令。 ·慢速輔助控制信道(SACCH)： 在移動臺和基站之間

38、， 需要周期性地傳輸一些信息。,·快速輔助控制信道(FACCH)： 傳送與SDCCH相同的信息， 只有在沒有分配SDCCH的情況下， 才使用這種控制信道。,7.2.4 跳頻和間斷傳輸技術 1. 跳頻 前已指出， 在GSM系統(tǒng)中， 采用自適應均衡抵抗多徑效應造成的時散現象， 采用卷積編碼糾隨機干擾， 采用交織編碼抗突發(fā)干擾， 此外， 還可采用跳頻技術進一步提高系統(tǒng)的抗干擾性能。

39、 跳頻是指載波頻率在很寬頻率范圍內按某種圖案(序列)進行跳變。 圖 7 - 23 為GSM系統(tǒng)的跳頻示意圖。 采用每幀改變頻率的方法， 即每隔 4.615 ms改變載波頻率， 亦即跳頻速率為 1/4.615 ms=217 跳/秒。,圖 7 - 23 GSM系統(tǒng)的跳頻示意圖,跳頻系統(tǒng)的抗干擾原理與直接序列擴頻系統(tǒng)是不同的。 直擴是靠頻譜的擴展和解擴處理來提高抗干擾能力的， 而跳頻是靠躲避干擾來獲得抗干擾能力的。 抗干擾

40、性能用處理增益GP表征， GP的表達式為,(7 - 3),式中：BW——跳頻系統(tǒng)的跳變頻率范圍； BC——跳頻系統(tǒng)的最小跳變的頻率間隔 (GSM的BC=200 kHz)。,2. 間斷傳輸 為了提高頻譜利用率， GSM系統(tǒng)還采用了話音激活技術。 此技術也被稱為間斷傳輸(DTx)技術， 其基本原則是只在有話音時才打開發(fā)射機， 這樣可以減小干

41、擾， 提高系統(tǒng)容量。 采用DTx技術， 對移動臺來說更有意義， 因為在無信息傳輸時立即關閉發(fā)射機， 可以減少電源消耗。 GSM中， 話音激活技術采用一種自適應門限話音檢測算法。,7.3 GSM系統(tǒng)的控制與管理,7.3.1 位置登記 所謂位置登記(或稱注冊)， 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、 刪除和更新的過程。 由于數字蜂窩網的用戶密度大于模擬蜂窩網， 因而位置

42、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(HLR)和訪問位置寄存器(VLR)中。GSM蜂窩通信系統(tǒng)把整個網絡的覆蓋區(qū)域劃分為許多位置區(qū)， 并以不同的位置區(qū)標志進行區(qū)別， 如圖 7 - 24 中的LA1, LA2, LA3, …。,圖 7 - 24 位置區(qū)劃分的示意,當一個移動用戶首次入網時， 它必須通過移動交換中心(MSC)， 在相應的位置寄存器(HLR)中登記注冊， 把其有關的參數(如移動用戶識別碼、 移動臺編號及業(yè)

43、務類型等)全部存放在這個位置寄存器中， 于是網絡就把這個位置寄存器稱為原籍位置寄存器。 移動臺的不斷運動將導致其位置的不斷變化。 這種變動的位置信息由另一種位置寄存器， 即訪問位置寄存器(VLR)進行登記。,位置區(qū)的標志在廣播控制信道(BCCH)中播送， 移動臺開機后， 就可以搜索此BCCH， 從中提取所在位置區(qū)的標志。 移動臺可能在不同情況下申請位置更新。 比如， 在任一個地區(qū)中進行初始

44、位置登記， 在同一個VLR服務區(qū)中進行過區(qū)位置登記， 或者在不同的VLR服務區(qū)中進行過區(qū)位置登記等。 不同情況下進行位置登記的具體過程會有所不同， 但基本方法都是一樣的。,7.3.2 鑒權與加密 由于空中接口極易受到侵犯， GSM系統(tǒng)為了保證通信安全， 采取了特別的鑒權與加密措施。 鑒權是為了確認移動臺的合法性， 而加密是為了防止第三者竊聽。 鑒權中心(AUC)為鑒權與加密提供了三參數

45、組(RAND、 SRES和Kc)， 在用戶入網簽約時， 用戶鑒權密鑰Ki連同IMSI一起分配給用戶， 這樣每一個用戶均有惟一的Ki和IMSI， 它們存儲于AUC數據庫和SIM(用戶識別)卡中。 根據HLR的請求， AUC按下列步驟產生一個三參數組， 參見圖 7 - 26。,首先， 產生一個隨機數(RAND)； 通過加密算法(A8)和鑒權算法(A3), 用RAND和Ki分別計算出加密密鑰(Kc)和符號響應(SRES

46、)；RAND、 SRES和Kc作為一個三參數組一起送給HLR。 1. 鑒權 無論是移動臺主呼或被呼， 都有鑒權過程， 鑒權程序如圖 7 - 27 所示。,圖 7 - 27 鑒權程序,鑒權過程主要涉及到AUC、 HLR、 MSC/VLR和MS， 它們均各自存儲著與用戶有關的信息或參數。 當MS發(fā)出入網請求時， MSC/VLR就向MS發(fā)送RAND， MS使用該RAND

47、以及與AUC內相同的鑒權密鑰Ki和鑒權算法A3, 計算出符號響應SRES， 然后把SRES回送給MSC/VLR, 驗證其合法性。,2. 加密 GSM系統(tǒng)為確保用戶信息(話音或非話音業(yè)務)以及與用戶有關的信令信息的私密性， 在BTS與MS之間交換信息時專門采用了一個加密程序。,3. 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(IMEI)。 在EIR中存儲了所有移動臺的設備識別

48、碼， 每一個移動臺只存儲本身的IMEI。 設備識別的目的是確保系統(tǒng)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： 白名單： 合法的移動設備識別號； 黑名單： 禁止使用的移動設備識別號； 灰名單： 是否允許使用由運營者決定， 例如有故障的或未經型號認證的移動設備識別號。,4. 用戶識別碼(IMSI)保密 為了防

49、止非法監(jiān)聽進而盜用IMSI， 當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， 僅在位置更新失敗或MS得不到TMSI時才使用IMSI。 MS每次向系統(tǒng)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。,7.3.3 呼叫接續(xù) 1. 移動用戶主呼 移動用戶向固定用戶發(fā)起呼叫的接續(xù)過程如圖 7

50、- 31 所示。 移動臺(MS)在隨機接入信道(RACH)上， 向基站(BS)發(fā)出“信道請求”信息， 若BS接收成功， 就給這個MS分配一個專用控制信道， 即在準許接入信道(AGCH)上向MS發(fā)出“立即分配”指令。 MS在發(fā)起呼叫的同時， 設置一定時器， 在規(guī)定的時間內可重復呼叫， 如果按預定的次數重復呼叫后， 仍收不到BS的應答， 則放棄這次呼叫。,MS收到“立即分配”指令后， 利用分配的專用控制信道(DCC

51、H)與BS建立起信令鏈路， 經BS向MSC發(fā)送“業(yè)務請求”信息。 MSC向VLR發(fā)送“開始接入請求”應答信令。 VLR收到后， 經MSC和BS向MS發(fā)出“鑒權請求”， 其中包含一隨機數(RAND)， MS按鑒權算法A3進行處理后， 向MSC發(fā)回“鑒權”響應信息。,2. 移動用戶被呼 固定用戶向移動用戶發(fā)起呼叫的接續(xù)過程如圖 7 - 32 所示。 固定用戶向移動用戶撥出呼叫號碼后， 固定網

52、絡把呼叫接續(xù)到就近的移動交換中心， 此移動交換中心在網絡中起到入口(Gate Way)的作用， 記作GMSC。 GMSC即向相應的HLR查詢路由信息， HLR在其保存的用戶位置數據庫中查出被呼MS所在的地區(qū)， 并向該區(qū)的VLR查詢該MS的漫游號碼(MSRN)。,VLR把該MS的(MSRN)送到HLR， 并轉發(fā)給查詢路由信息的GMSC。 GMSC即把呼叫接續(xù)到被呼MS所在地區(qū)的移動交換中心， 記作VMSC。 由VMSC向該VLR查詢有關的

53、“呼叫參數”， 獲得成功后， 再向相關的基站(BS)發(fā)出“尋呼請求”。 基站控制器(BSC)根據MS所在的小區(qū)， 確定所用的收發(fā)臺(BTS)， 在尋呼信道(PCH)上發(fā)送此“尋呼請求”信息。,MS收到尋呼請求信息后， 在隨機接入信道(RACH)向BS發(fā)送“信道請求”， 由BS分配專用控制信道(DCCH)， 即在公用控制信道(CCCH)上給MS發(fā)送“立即指配”指令。 MS利用分配到的DCCH與BS建立起信令鏈路， 然后向VMSC發(fā)回“尋呼

54、”響應。 VMSC接到MS的“尋呼”響應后， 向VLR發(fā)送“開始接入請求”， 接著啟動常規(guī)的“鑒權”和“置密模式”過程。,VMSC收到MS的“呼叫證實”信息后， 向BS發(fā)出信道“指配請求”， 要求BS給MS分配無線業(yè)務信道(TCH)。,7.3.4 過區(qū)切換 所謂過區(qū)切換， 是指在通話期間， 當移動臺從一個小區(qū)進入另一個小區(qū)時， 網絡能進行實時控制， 把移動臺從原小區(qū)所用的信道切換到新小區(qū)

55、的某一信道， 并保證通話不間斷(用戶無感覺)。 如果小區(qū)采用扇區(qū)定向天線， 當移動臺在小區(qū)內從一個扇區(qū)進入另一扇區(qū)時， 也要進行類似的切換。,GSM系統(tǒng)采用的過區(qū)切換辦法稱之為移動臺輔助切換(MAHO)法。 其主要指導思想是把過區(qū)切換的檢測和處理等功能部分地分散到各個移動臺， 即由移動臺來測量本基站和周圍基站的信號強度， 把測得結果送給MSC進行分析和處理， 從而作出有關過區(qū)切換的決策。,圖 7 - 33 同一個BSC的過區(qū)切換示意,(

56、1) 同一個BSC控制區(qū)內不同小區(qū)之間的切換， 也包括不同扇區(qū)之間的切換。 這種切換是最簡單的情況， 如圖 7 - 33 所示。 (2) 同一個MSC/VLR業(yè)務區(qū)內， 不同BSC控制區(qū)的小區(qū)之間的切換， 如圖 7 - 34 所示。,圖 7 - 34 同一個MSC/VLR區(qū)內， 不同BSC間的切換示意,圖 7 - 35 同一MSC的BSC間的切換流程,(3) 不同MSC/VLR控制區(qū)的小區(qū)之間的切換。 這是一

57、種最復雜的切換， 切換中需進行很多次信息傳遞。 圖 7 - 36 給出了不同MSC/VLR的小區(qū)切換示意圖。 圖 7 - 37 為切換流程， 即由MSC1 的小區(qū)向MSC2的小區(qū)進行切換的過程。,圖 7 - 36 不同MSC/VLR的切換示意圖,圖 7 - 37 不同MSC/VLR的小區(qū)切換流程,7.5 GPRS——通用分組無線業(yè)務,7.5.1 GPRS的網絡結構 將現有GSM網絡改

58、造為能提供GPRS業(yè)務的網絡需要增加兩個主要單元： SGSN(GPRS服務支持節(jié)點)和GGSN(GPRS網關支持節(jié)點)。 SGSN的工作是對移動終端進行定位和跟蹤， 并發(fā)送和接收移動終端的分組。 GGSN將SGSN發(fā)送和接收的GSM分組按照其他分組協(xié)議(如IP)發(fā)送到其他網絡。 GPRS網絡的邏輯結構如圖7-43所示。,圖7-43 GPRS網絡的邏輯結構,SGSN是GPRS網的主要成分， 它負責分組的路由選擇和傳輸， 在其服務區(qū)負責將分

59、組遞送給移動臺， 它是為GPRS移動臺構建的GPRS網的服務訪問點。 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。 GGSN像互聯網和X.25一樣， 用于和外部網絡的連接。 從外部網絡的角度看， GGSN是到子網的路由器， 因為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(tài)。