第5章GSM數字蜂窩移動通信系統與GPRS5.1引言5.2GSM的電信業務5.3GSM結構5.4GSM較模擬網的優勢5.5GSM網絡接口5.6GSM的編號、鑒權與加密5.7GSM無線信道5.8GSM呼叫方案5.9GSM通向3G的一個重要里程碑——GPRS5.1引言GSM數字移動通信系統是基于TDMA的數字移動通信系統。GSM系統是世界上第一個對數字調制、網絡層結構和業務做了明確規定，而且技術標準透明化的蜂窩系統。如今，GSM系統已遍及全世界——“全球通”。GPRS是GSM網絡向3G演進的重要一步，被稱為2.5G技術。GPRS是基于GSM網無線接口所開發的分組數據傳輸業務；是按需分配占用信道資源，頻譜利用率高。理論上數據傳輸速率最高可達到171.2kbit/s，適合各種突發性強的數據傳輸。GSM歷史：1982年北歐國家為了方便全歐洲統一使用移動電話，需要一種公共的系統，向CEPT（歐洲郵電行政大會）提交了一份建議書，要求制定900MHz頻段的公共歐洲電信業務規范。在這次大會上就成立了一個在歐洲電信標準學會（ETSI）技術委員會下的“移動特別小組GroupofSpecialMobile）簡稱“GSM”，來制定有關的標準和建議書。1987年5月GSM成員國就數字系統采用窄帶時分多址TDMA、規則脈沖激勵線性預測RPE一LTP話音編碼和高斯濾波最小移頻鍵控GMSK調制方式達成一致意見。1988年，正式公布GSM標準。1991年歐洲開通了第一個系統，將GSM更名為全球移動通信系統（Globa1systemforMobilecommunications）。移動特別小組還完成了制定1800MHz頻段的公共歐洲電信業務的規范，名為DCS1800系統。1994-95年，GSM技術開始成熟，并大規模商用1996-98年，取得巨大的商業成功1993年我國開通了第一個數字蜂窩移動通信網。

全世界已有歐洲、亞洲、非洲、美洲、大洋州的130多個國家和地區建立了GSM網絡，實現全球漫游；移動通信用戶的40％采用GSM，僅中國的用戶數就超過了1億。GSM的性能特征通信：無線移動通信，支持話音和數據業務。移動性：國際接入，采用chip-card可接入不同運營商的GSM網絡。連通世界各地，一個號碼，網絡處理本地化。容量大：頻譜效率較高、小區覆蓋較小、每小區用戶數較多。傳輸質量高：就無線通信而言，話音質量高，可靠性高，高速運動場合（如汽車和火車上）也不會發生電話呼叫中斷。安全功能：接入控制、通過chip-card和PIN鑒權。使用數個載波頻點。相鄰小區使用不同頻率。小區覆蓋半徑從數百米到35km，取決于用戶密度、地理條件和發射機功率等。六角形小區覆蓋是理想化的(小區重疊和狀取決于地理條件)。若用戶從一個小區運動到另一個小區將發生呼叫連接的越區切換。GSM的缺點沒有端到端的用戶加密。沒有給用戶提供完全的64kbit/s的ISDN帶寬。產生電磁輻射。系統復雜。GSM標準的內容在GSM標準中，未對硬件進行規定，只對功能和接口等進行了詳細規定，便于不同公司產品的互聯互通。它包括GSM900和DCS1800兩個并行的系統。這兩個系統功能相同，其差別只是工作頻段不同。兩個系統均采用TDMA接入方式。美國的數字蜂窩系統研制較歐洲稍晚一些。雙方研制的大目標不盡相同，泛歐GSM系統是為了打破國界，實現漫游通話；美國的D-AMPS系統是為了擴大容量，實現與模擬系統兼容。D-AMPS系統即IS-54標準。另外，還有日本的PDC系統也采用TDMA多址方式。表5-1全球移動通信系統GSM的發展里程碑日期成果1982年“移動通信特別組”在歐洲郵政與電信大會(CEPT)內成立1986年建立一永久核心1987年在1986年圓形系統評價的基礎上,選擇了主要無線傳輸技術1988年18個國家簽署諒解備忘錄,并決定將GSM正式定名為“全球移動通信系統”(Global

SystemforMobileCommunications)1989年GSM成立歐洲電信標準協會的一個技術委員會1990年第一階段GSM900規范(1987-1990年制定)被凍結,開始DCS1800的修改1991年第一個系統在Telecom91展示會上運行DCS1800規范被凍結1992年歐洲各大GSM900營運者開始商業營運5.2GSM的電信業務由GSM網絡支持的電信業務是由網絡營運者提供給用戶的通信能力。GSM支持的電信業務包含有線ISDN及現有模擬蜂窩系統和無線尋呼系統提供的一切業務?；緲I務分類功能電信業務（Teleservices）又稱用戶終端業務

為用戶通信提供包括終端設備功能在內的完整能力承載業務（BearerServices）提供用戶接入點（也稱“用戶/網絡”接口

）間信號傳輸的能力圖5-1電信業務和承載業務5.2.1承載業務為了提供各種承載業務(BearerServices)，GSM用戶應能夠發送和接收速率高達9600b/s的數據。由于GSM是數字網，在用戶和GSM網絡之間不需Modem，但在GSM和PSTN接口方面仍然需要話音Modem。表5-2列出了GSM的承載業務。

表5-2承載業務業務內容異步數據300~9600b/s同步數據1200~9600b/sPAD接入300~9600b/s,分組打包和拆包，為GSM用戶接入分組網提供一個異步連接。該業務只能由移動臺主叫發起分組接入2400~9600b/s，為GSM用戶接入分組網提供一個同步連接。該業務只能由移動臺主叫發起話音/數據交替在呼叫過程中,提供話音和數據的交替話音后數據先話音連接,而后進入數據連接5.2.2電信業務1.電話和緊急呼叫

話音編碼可以以64kb/s速率進行傳輸，但頻率利用率低。為提高頻率利用率，GSM采用13kb/s（全速）話音編碼器來進行話音編碼傳輸。GSM還可采用接近6.5kb/s（半速）進行話音編碼，使頻率利用率更高。2.短信息業務（SMS）雙向短消息業務。對于MO/PP和MT/PP兩類短消息業務業務中心是作為存儲轉發中心，該業務中心在功能上與GSM網絡分開。所有GSM點對點短消息都來自或去向該業務中心。GSM允許短消息在一次呼叫中發送或空閑時發送。表5-3電信業務業務內容話音服務全速（13kb/s），半速（6.5kb/s）。這項服務提供語音信息和語音信號到網絡的傳輸緊急呼叫典型的是，緊急電話在一些受限的情況下，更具有優先權。一般只提供移動用戶主叫發起短消息服務（到移動電話終端，MT/PP）短字符消息，小于160個字符。這項服務用于消息處理系統（服務中心）提供短消息給移動用戶

短消息服務（移動電話發起，MO/PP）短字符消息，小于160個字符。這項服務用于移動用戶給消息處理系統（服務中心）提供短消息。以下由移動用戶發起的呼叫可以進行傳輸：一個在存儲器中預先存儲的消息；從撥號盤上發起的一串數字；從另外的鍵盤或設備終端與移動臺相連的信息短消息傳輸（小區廣播）短字符消息，小于93個字符。這項服務用于傳輸對小區范圍內的所有的移動用戶。這是一點對多點的服務自動傳真第3類傳真。這項服務自動提供第3類呼叫和被呼模式傳真5.2.3補充業務補充業務(SupplementaryServices)是在承載業務和電信業務基礎上獲得的。一項補充業務是在聯合一項或多項承載業務中使用的，它不能單獨使用，它必須和基本電信業務一起提供給用戶。前向呼叫是補充業務的一個例子，對于該業務的預要求是電話或傳真業務。如果用戶要求，前向呼叫業務能在電話和傳真呼叫中應用。表5-4GSM支持的補充業務業務內容號碼識別主叫號碼顯示(CLIP)主叫線號碼限制(CLIR)連接線顯示(CoLP)連接線限制(CoLR)呼叫服務前向呼叫無條件轉移（CFU）移動臺忙時前向呼叫（CFB）無應答前向呼叫（CFNRy）移動用戶未能達到前向呼叫呼叫完成呼叫保持（HOLD）呼叫等待（CW）表5-4GSM支持的補充業務業務內容多方多方業務(MPTY)興趣群體密切用戶群計費計費信息提示(AoCI)計費費用提示(AoCC)呼叫限制所有呼叫禁止(BAOC)國際呼出禁止(BOIC)除撥向歸屬國家的國際呼出禁止(BOIC-exHC)所有呼入禁止(BAIC)漫游出歸屬國家呼入禁止(BIC-Roam)無結構化無結構化補充業務數據營運者確定限制由營運者確定的不同呼叫/業務限制5.3GSM結構圖5-2GSM網絡結構5.3.1移動臺（MS）表5-5GSM900系統的移動臺功率等級功率級移動臺最大功率120W28W35W42W50.8W表5-6DCS1800系統的移動臺功率等級功率級移動臺最大功率11W20.25WGSM移動臺分成兩部分：一部分包括與無線電接口有關的硬件和軟件，如人機接口（話筒、揚聲器、顯示屏、按鍵）以及與其他終端TE的接口(如計算機,傳真機)；另一部分包括用戶特有的數據：用戶識別模塊（SIM）。SIM卡支持用個人移動性。SIM卡包括有關移動用戶指定的GSM業務和網絡信息。存儲有用戶識別號、位置信息和有關保密數據（如密鑰）、禁止GSM網絡和參考語言。SIM卡支持用個人身份碼（PIN）來鑒別卡的用戶，以防非法卡的使用。PIN由4到8位數字組成，在SIM卡出售時寫入。移動臺如無SIM卡只能進行緊急呼叫。5.3.2基站(BS)及基站收發信機（BTS）移動臺到網絡的接口是基站收發信機（BTS）。一個BTS由無線收/發信機及多塊用于無線電接口的信號處理模塊組成。在朝基站控制器BSC側，BTS區分與移動臺有關的話音和控制信令，并通過各自信道傳給BSC。在朝MS側，BTS將信令和語音合在一個載波上。BTS位置通常在小區中心。BTS的發射功率決定小區的尺寸。一個典型的BTS通常具有1~24個收/發信機（TRX），每個TRX代表一個單獨的RF信道。表5-7基站的功率等級功率級GSM900基站的最大功率DCS1800基站的最大功率1320W20W2160W10W380W5W440W2.5W520W610W75W82.5W5.3.3基站控制器（BSC）一個基站控制器（BSC）監視和控制幾個基站。BSC的主要任務是實現頻率管理以及BTS的控制和交換功能。BSC通過BTS和MS的遠程命令對無線電接口進行管理，主要有無線信道安排和釋放，切換的安排。BSC向下連接一系列BTS，向上連接移動交換中心（MSC）。一個BSC和與它相應的BTS可看成是一基站子系統（BSS）。BSC主要由下列部分構成：朝向與MSC相接的A接口或與碼變換器相接的Ater接口的數字中繼控制部分；朝向與BTS相接的Abis接口或BS接口的BTS控制部分；公共處理部分，包括與操作維護中心相接的接口控制。一種典型BSS組成方式5.3.4發送編碼器和速率適配器單元（TRAU）TRAU網絡單元負責對16kb/s到64kb/s的用戶數據進行發送編碼及速率適配。TRAU通常在BSC和MSC的BSC邊。5.3.5移動業務交換中心（MSC）主要由交換機及支持呼叫建立所需的幾個數據庫組成。MSC的主要功能是協調去GSM或來自GSM用戶的呼叫。還是GSM網和PSTN之間的接口。MSC完成其負責區域移動用戶所有的交換和信令功能。MSC處理BSC/MSC內部的切換及相互之間的呼叫。一個MSC可以連接數個BSC。MSC具有無線資源管理和移動性管理等功能，例如移動臺位置登記與更新、越區切換等。為了建立從固定網至某個移動臺的呼叫路由，進入關口MSC（GMSC），由該GMSC查詢有關的HLR，并建立至移動臺當前所屬的MSC的呼叫路由。5.3.6歸屬位置寄存器（HLR）1)用戶數據的存儲HLR必須存儲其歸屬用戶的有關數據。HLR還必須存儲由營運者選擇的不同用戶提供的業務數據，并能隨著業務的發展，增改相應存儲內容。2)用戶數據的檢索任何時候當訪問者位置寄存器VLR請求（例如登記時），HLR應能依據要求向VLR提供有關的用戶數據。當某些用戶數據有變化時（例如簽約的變化，服務項目清單的變化），HLR要能夠將這些數據信息通知VLR。3)提供移動用戶漫游號(MSRN)MSRN是在MS進行位置更新時，由當地的VLR負責產生的。MS被叫時，HLR應能根據GMSC（關口MSC）或始發MSC的請求，將MSRN發往請求的MSC。請求的MSC從而得到MS目前所在的MSC和位置區域LA。4)鑒權HLR應能支持用戶的鑒權操作。5)登記HLR應能配合訪問者位置寄存器VLR完成登記功能和向前一個VLR發起取消登記功能。6)移動臺去話當HLR接收到VLR發來的移動臺去話通知后，HLR應能設置此移動臺為去話狀態。7)HLR的恢復應能周期性地拷貝HLR中的數據（一般在24小時內），拷貝可存儲在磁盤或磁帶中。當HLR重新啟動后，在前一次拷貝的基礎上，執行HLR恢復程序，盡量得到正確的移動用戶位置與補充業務有關的信息。為避免錯誤數據的擴散，HLR應通知相關的VLR，使VLR刪除與HLR有關的數據，同時HLR應能夠撤消MS的登記，等待MS的重新登記。5.3.7訪問者位置寄存器（VLR）1)用戶數據的存儲VLR必須存儲其歸屬用戶的有關數據。VLR還必須存儲由營運者選擇的不同用戶提供的業務數據，并能隨著業務的發展，增改相應存儲內容。2)用戶數據的檢索當呼叫建立時，根據MSC的請求，VLR應能夠依據TMSI、MSRN向MSC提供用戶的信息。通常在移動臺呼叫時，依據國際移動用戶識別碼TMSI；移動臺被叫時,依據移動用戶漫游號MSRN。3)登記VLR應能完成登記、取消登記的功能，并能向HLR檢索用戶的信息。根據HLR的請求或當用戶在24小時內沒有在MSC/VLR區域中出現時，VLR應能刪除該用戶的有關信。4)移動臺去話當VLR收到MSC發來的移動臺去話通知后，VLR應能刪除此用戶的數據，并能通知相應的HLR。5)

鑒權VLR應能向鑒權中心(AUC)索取并存儲鑒權參數。VLR通過MSC要求移動臺進行鑒權，并比較從移動臺返回的和自己存儲的鑒權參數。6)提供MSRN當MS位置更新時，當地的VLR應能夠根據HLR請求，要求MSC分配MSRN，并將MSRN發往請求的HLR，即支持每次MS被呼叫時進行的MSRN分配。7)VLR的恢復當VLR發生數據錯誤時，VLR應能夠通知相應的HLR，刪除與其相應的數據。5.3.8鑒權中心（AUC）AUC鑒權中心是認證移動用戶的身份以及產生相應認證參數的功能實體。AUC對任何試圖入網的用戶進行身份認證，只有合法用戶才能接入網中并得到服務。AUC給每一個在相關HLR登記的移動用戶安排了一個識別字,該識別字用來產生用于鑒別移動用戶身份的數據及用來產生用于對移動臺與網絡之間無線信道加密的另一個密鑰。AUC存儲鑒權(A3)和加密(A8)算法。AUC只與HLR通信。5.3.9設備識別寄存器（EIR）EIR是存儲有關移動臺設備參數的數據庫。EIR實現對移動設備的識別、監視、閉鎖等功能，以防止非法移動臺使用。5.3.10操作和維護中心（OMC）OMC操作維護中心是網絡操作維護人員對全網進行監控和操作的功能實體。接入MSC和BSC,處理來自網絡的錯誤報告,控制BSC和BTS的業務負載。OMC通過BSC對BTS進行設置并允許操作者檢查系統的相連部分。包括系統自檢,報警,備用設備激活,系統故障診斷與處理;話務量的統計與計費,網絡參數管理等。在實際蜂窩網絡中，根據網絡規模、所在地域以及其他因素，上述實體可有各種配置方式。通常將MSC和VLR設置在一起，而將HLR、EIR和AC合設于另一個物理實體中。我國GSM通信網結構：全國GSM移動電話網按大區設立一級匯接中心、省內設立二級匯接中心、移動業務本地網設立端局構成三級網路結構。三級網路結構組成了一個完全獨立的數字移動通信網路。GSM數字移動通信網與PSTN網相重疊。在“中國聯通”GSM移動交換局所在地，聯通網和移動GSM網以及PSTN網之間各設一個網間接口局。5.4GSM較模擬網的優勢5.4.1GSM系統在抗瑞利衰落及干擾方面均優于TACS系統1.GSM系統具有較為完善的對抗瑞利衰落和符號間干擾的措施（1）天線（空間）分集。當分集天線間距5~6m時，最大可獲得約6dB的分集增益。（2）跳頻。使載頻在幾個頻率點上變化（跳頻），可減少信息損失，然后通過復雜的信息處理過程重新恢復全部信息。跳頻只對慢速移動用戶有好處，其得益約為1~4dB。但是，當一個基站或小區只有2個載波時，不能獲得跳頻增益。（3）均衡。是消除時間色散引起的符號間干擾的有效措施。2.要求干擾保護比低TACS系統要求同頻道干擾C/I大于17~18dB，GSM系統在無跳頻時要求C/I≥12dB，有跳頻時要求C/I≥9dB。GSM系統對鄰道干擾保護比只要求C/I≥-9dB，載波偏離400kHz時，要求C/I≥-4dB。由于同頻干擾保護比只要求大于等于9~12dB，因此在GSM系統中可以采用頻率復用方式，如4×3方式，如果有跳頻功能而且網絡規劃考慮周全，也可采用3×3或2×6方式。應避免相鄰載波在相鄰基站或小區使用。5.4.2GSM系統與TACS系統的性能比較1.GSM系統頻率利用率高、系統容量高例：(1)TACS系統。10MHz共有400個頻道，按7×3復用方式計算，每個小區只有18個話音頻道可用。按5%的頻道呼損率和每個用戶忙時話務量0.027erl計算，一個3小區的基站可負荷13.385×3=40.155erl的話務量或可容1487個用戶。(2)GSM系統。10MHz共有50個載波400個頻道，按4×3復用方式計算，每個小區有31或32個話音信道，一個3小區的基站可負荷78.292erl的話務量或可容2899個用戶。如果按3×3復用方式，則每個小區有42或43個話音信道，一個3小區的基站可負荷110.713erl的話務量或可容4100個用戶。表5-8GSM與TACS的頻譜利用率及容量比較頻率復用方式頻譜利用率系統容量GSM（FR）/TACS

GSM（HR）/TACSGSM（FR）/TACSGSM（HR）/TACSGSM4×31.743.591.954.43TACS7×3GSM3×32.354.812.766.1TACS7×32.GSM系統具有開放的接口和通用的接口標準3.GSM系統支持電信業務、承載業務和補充業務4.GSM系統的保密性和安全性大大提高由于采用數字傳輸，因此可以對全部消息進行加密，防止截聽。利用用戶識別鑒權可以防止無權用戶使用GSM系統。利用用戶識別保密，則可使竊聽者不能確定在無線路徑上使用資源的是哪一個用戶。5.5GSM網絡接口5.5.1空中接口（Um）圖5-3空中接口的協議堆棧圖5-4A-bis的接口協議堆棧5.5.2A-bis接口5.5.3A接口圖5-5A接口協議堆棧5.5.4PSTN接口GSM結構是建立在ISDN接入的基礎上的。MSC通過以CCS7為基礎的協議如ISUP連接公共交換電話網PSTN。在GSM中，無ISUP信令方案連接，PSTN就無法支持基本呼叫。5.5.5移動應用部分（MAP）圖5-6MAP界面協議堆棧1.MAP-BMAP-B是MSC和與它相關的VLR的接口。一旦MSC需要當前在其區域移動臺的有關數據，它就詢問VLR。當用戶激活一個特殊的補充業務或修改與該業務有關的數據時，MSC（通過VLR）通知HLR存儲這些修改的數據；如果需要，就更新VLR。有些制造商將VLR的功能集成在MSC中。2.MAP-C

MAP-C是MSC和HLR之間的接口。所有到移動臺的呼叫的編號和路由方案首先由GMSC（關口MSC）處理，GMSC然后查詢相應用戶的HLR,以決定一個呼叫或一條短消息的路由信息，這些信息由MAP-C協議處理。附加SMS和計費信息來自該接口信息組的部分。3.MAP-DMAP-D是HLR和VLR之間的接口。交換有關移動臺的位置和用戶管理的數據。VLR通知HLR有關由該HLR管理的移動臺位置，并提供該用戶漫游的信息。4.MAP-E

接口支持完成切換功能所需的信令，當移動臺和短消息服務中心之間要傳送短消息時，該接口用來在該移動用戶所在的MSC和與短消息中心接口的MSC之間傳送信息。5.MAP-FMAP-F是MSC和設備識別寄存器（EIR）之間的接口，它用于交換保證EIR識別移動用戶設備的數據。5.6GSM的編號、鑒權與加密5.6.1編號和路由1.移動用戶ISDN號（MSISDN）MSISDN是用戶為找到GSM用戶所撥的號碼。公共交換電話網PSTN在MSISDN基礎上將該呼叫路由到關口MSC（GMSC），GMSC在內部一張MSISDN與HLR對應表的基礎上，去對應HLR查詢以獲得用戶信息。HLR應答有關移動用戶當前所在的MSC身份等特殊信息，并提供一個可到達被叫用戶的號碼，該號碼就是所謂的移動用戶漫游號（MSRN）。號碼的結構為：CCNDCSN|---------國際移動用戶ISDN號碼---------||--國內有效移動用戶ISDN號碼--|CC：國家代號，美國是1，英國為44，中國為86。國家代碼由ITU-T管理。NDC：國內地區碼或國內目的地碼，用于識別目的網或識別用戶所屬的地理區域。即網路接入號。中國移動：139－134（0-8），150151152158159；中國聯通：130－132，155，156；1349：衛星手機SN：移動用戶號碼2.國際移動用戶識別碼（IMSI）為了在無線路徑和整個GSM移動通信網上正確地識別某個移動客戶，就必須給移動客戶分配一個特定的識別碼。這個識別碼稱為國際移動客戶識別碼(IMSI)，用于GSM移動通信網所有信令中，存儲在客戶識別模塊(SIM)、HLR、VLR中。2.國際移動用戶識別碼（IMSI）圖5-7IMSI結構IMSI由三部分組成：（1）由三位數字組成的移動國家代碼（MCC）；（2）由兩位數字組成的移動網絡代碼（MNC）；（3）移動用戶識別號（MSIN）。MCC惟一表示移動用戶的所屬國家，MCC與MSISDN中的CC不同在于它只有固定長度（即3位數字），而CC字位是可變的同樣，在每一個國家MCC不同于CC。例如，美國的CC是1，而MCC是310~316；我國的CC是86，而MCC為460。移動網號，由2位數字組成，“中國移動”GSMPLMN網為00，“中國聯通”GSMPLMN網為0l。MSIN:移動客戶識別碼，采用等長11位數字構成。

3.臨時移動用戶識別號為了對IMSI保密，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。MSC／VLR可給來訪移動客戶分配一個唯一的TMSI號碼，僅限在本MSC業務區內使用4.國際移動臺設備識別碼(IMEI)唯一地識別一個移動臺設備的編碼，為一個15位的十進制數數字，其結構是：

6位數字2位數字6位數字l位數字TACFACSNRSP

TAC:型號批準碼。FAC:工廠裝配碼，表示生產廠家及其裝配地。SNR:產品序號，獨立、唯一的識別每臺移動設備。SP:備用，備作將來使用，通常為0。5.移動客戶漫游號碼(MSRN)(與MSISDN結構相同）

移動客戶漫游號碼(MSRN)結構是：CCNDCSN|---------國際移動客戶ISDN號---------------||--國內有效移動客戶ISDN號碼|縮寫全名解釋IMSI國際移動用戶識別碼它是作為惟一的用戶識別碼，但不是可撥打的號碼TMSI臨時移動用戶識別號由VLR分配使用在空中接口，是出于安全意圖。它確保用戶的保密性IMEI國際移動設備識別碼用于空中接口，提供設備識別號。手機的惟一識別號表5-9GSM中不同的編號方式和識別參數

縮寫全名解釋MSISDN移動用戶ISDN號可撥打的移動用戶電話號MSRN移動臺漫游號GSM網絡內部使用，提供被訪的MSC路由網絡使用的路由信息位置區域(locationareas)無線和有線最主要的不同在于它的移動性和移動臺當前位置的確定。有以下兩種方法：網絡在全網上呼叫移動用戶，一旦有應答返回，網絡將呼叫連接上即可。但這種方案對公網不可行，因為公網需支持國內、國際漫游。網絡對用戶的位置已預先有了解，當呼叫到來后，只在某一位置區發起尋呼。

最簡單的位置區只包含一個小區。網絡負荷增加；把一些小區集成為一個位置區域(LA)，每個小區發送位置區識別號給所屬移動臺。一旦移動臺發現由于小區變化造成位置區變化，它就發一個位置更新(LocationUpdating)給網絡，這就是在GSM使用的方案。位置區在工程上需較好地規劃，既要減少尋呼業務量又要減少位置更新業務量。如果位置區很大，那么尋呼業務量很重；如果位置區很小，位置更新業務量將很高。

圖5-8定位區域和小區識別參數(1)位置識別碼（LAI）LAI的結構與IMSI結構相同，有MCC、MNC和LAC（LocationAreaCode）。在檢測位置更新和信道切換時，要使用位置區識別標志。號碼結構為：

3位數字2位數字最大16bitMCCMNCLAC|------------LAI-------------|

MCC：移動客戶國家碼，同IMSI中的前三位數字。MNC：移動網號，同IMSI中的MNC。LAC：位置區號碼，用于識別GSM網絡中的位置區域的固定長度的碼字，最多不超過2個字節，采用十六進制編碼，由各營運部門自定。在一個GSMPLMN網中可定義65536個不同的位置區。小區識別碼(CGI)

用來識別一個位置區內的小區，它是在位置區識別碼(LAI)后加上一個小區識別碼(CI)，其結構是：3位數字 2位數字最大16bit最大16bitMCC MNC LACCI|------------------LAI-----||----------------------------CGI-------|

CI是一個2字節BCD編碼，由各MSC自定。(2)基站識別碼(BSIC)

BSIC用于移動臺識別相同載波的不同基站，特別用于區別在不同國家的邊界地區采用相同載波且相鄰的基站。BSIC為一個6bit編碼，結構為：3bit3bitNCCBCCNCC為網絡色碼，用來識別相鄰的移動通信網，為XY1Y2。其中，X：運營者(移動X＝1，聯通＝0)。Y1Y2：國內區別不同的省。BCC為BTS色碼，用來識別相同載波的不同基站。Y2Y1010吉林、甘肅、西藏、廣西、福建、湖北、北京、江蘇黑龍江、遼寧、寧夏、四川、海南、江西、天津、山西、山東1新疆、廣東、河北、安徽、上海、貴州、陜西內蒙古、青海、云南、河南、浙江、湖南各種號碼使用圖示5.6.2鑒權與加密(AuthenticationandCiphering)圖5-9GSM的鑒權過程1.鑒權鑒權的目的是為了確認移動臺的合法性。作用是保護網路，防止非法盜用。同時通過拒絕假冒合法客戶的“入侵”而保護GSM移動網路的客戶。

網絡為了對移動臺鑒權，從一張與該用戶有關的表中取出一個隨機數（RAND）送給移動臺。移動臺在收到隨機數（詢問）后，計算簽名響應值（SRES），并送給網絡。網絡用計算的SRES與收到的SRES進行比較，如果它們匹配就允許提供業務給用戶，否則予以拒絕。這樣，即使隨機數和SRES在空中被攔截,A3算法是恒定的。Ki以嚴格保護方式存儲在SIM卡中，移動用戶不知道它是什么，運營者在選擇A3算法有很大靈活性。由于鑒權計算使處理機增加負擔，AUC為每個用戶計算了詢問響應對，并把它送到存儲它們的HLR，到需要時再用它，表5-10IS-41C與GSM鑒權過程比較GSMIS-41RevC密鑰的提供128位的鑒權密鑰Ki存在于SIM卡中64位鑒權密鑰（A密鑰）通過郵件傳輸給用戶。用戶接收到密鑰后把它輸入電話中。也可以選擇空中接口程序輸入密鑰。這不需要用戶進行任何干預。共享或保密的數據都是從A密鑰中得到的鑒權機理獨一無二的競爭過程，鑒權中心給每一個移動用戶提供不同的隨機數RAND

如果用戶在同一個小區內使用同樣的RAND就會進行全局競爭程序。程序支持惟一性，但它不是主要的鑒權過程

GSMIS-41RevC鑒權過程獨一無二的RAND和Ki作為A3算法的輸入，生成SRES通過網絡傳輸進行鑒別。A3算法的輸入參數和接入方式無關廣播的RAND、ESN、MIN1和SSD-A作為CAVE算法的輸入產生AUTHR。通過網絡傳輸進行鑒別。CAVE算法的輸入參數隨著接入方式的不同而不同。（例如：登記或主呼發起等等）漫游用戶的鑒權給VLR提供一組參數。每組參數包括RAND、SRES和密鑰Kc。VLR選擇一個RAND要求移動用戶進行鑒權。將MS送來的SRES與網絡生成的SRES進行比較。一般來說，一次傳輸5個數據。一旦VLR全部用完，就需要向LR/AUC申請附加的組參數。Ａ3算法駐留在AUC中給VLR提供SSD。VLR中有CAVE算法。從MS接收到RAND、ESN和MINI信號后，VLR能夠通過存儲的SSD-A作為CAVE算法的輸入，用于對MS自動鑒權GSMIS-41RevC鑒權參數的傳輸一旦信道已經建立起來，鑒權信息就被發送。這樣帶寬效率較高鑒權參數可以作為初始接入信息的一部分鑒權數據抗截獲保護如果這組參數在網絡中被截獲，用戶會遭損害直到這組參數全部用完。之后，又可以要求新的一組參數SSD在網絡中被攔截，用戶因此會受很長時間的牽連?？梢酝ㄟ^歷史記錄（COUNT）參數來防范這一點2.加密

GSM系統中的加密是指無線路徑上的加密，即在空中接口對用戶信息數據流加密，在無線路徑上傳輸，是指BTS和MS之間交換客戶信息和客戶參數時不被非法個人或團體所得或監聽。加密開始時，根據MSC/VLR發出的加密指令，BTS側和MS側均開始使用Kc。在MS側，由Kc、TDMA幀號一起經過A5算法，對用戶信息數據流加密，在無線路徑上傳。在BTS側，把從無線信道上收到的加密信息流、TDMA幀號和Kc，再經過A5算法解密后，傳送給BSC和MSC。上述過程反之亦然。圖5-10GSM的加密過程GSM支持MS和BTS之間空中接口上的加密。用于鑒權的RAND用在與Ki一起作為A8算法的輸入。輸出Kc和幀數一起作為另一個A5算法的輸入。輸出被認為是加密序列和對數據加密。密鑰的管理與鑒權密鑰相同，在網絡側BTS使用密鑰，對每次傳輸進行加密并將數據送給BSC。

5.7GSM無線信道5.7.1頻域分析GSM是TDMA/FDMA系統。GSM900系統使用900MHz頻段,收發頻差為45MHz。每個射頻（RF）信道頻道寬度為200kHz。每個RF信道由一個上行（uplink）和一個下行（downlink）頻率對組成，這種方式稱為頻分雙工（FDD）。由于各基站(BTS)會占用頻段中任何一組頻率,移動臺必須有在整個頻段上發送和接收信號的能力。5.7.2時域分析GSM將每一個無線信道分成8個不同時隙，每個時隙支持一個用戶，一個無線信道能夠支持8個用戶。每個用戶被安排在無線信道的一個時隙中并只能在該時隙發送。時隙從0~7編號，稱為一個TDMA幀。用戶在某一時隙發送被稱為突發時隙(burst)。一個突發時隙長度為577μs，一幀為4.615ms。若用戶在上行頻率的0時隙發送，則將在下行頻率的0時隙接收。時隙0的上行發射出現在接收下行時隙的三個時隙之后。好處是移動臺不需要雙工器，使GSM手機更輕，功耗更小，價格更便宜。但它需要同步發射和接收。頻率與頻道序號(1)歐洲GSM通信系統在以下的射頻頻段：上行:890～915MHz（移動臺發、基站收）下行:935～960MHz（基站發、移動臺收）收發頻率間隔為45MHz。載頻間隔：0.2MHz系統載頻數:(915-890)/0.2-1=124(對)；下頻段:fl(n)=(890+0.2n)MHz；上頻段:fh(n)=(935+0.2n)MHz；n=1-124每個載頻有8個時隙，系統共有物理信道1248=992(個)(2)我國GSM網也采用900MHz頻段：上行：905～915（移動臺發、基站收）下行：950～960（基站發、移動臺收）下頻段:fl(n)=[890.2＋(n-1)0.2]MHz;上頻段:fh(n)=[fl(n)＋45]MHz;n=76～124頻道每個載頻有8個時隙，系統共有物理信道498=392(個）隨著業務的發展，可向下擴展，或向1.8GHz頻段的DCSI800過渡，即1800MHz頻段：

上行：1710～1785（移動臺發、基站收）

下行：1805～1880（基站發、移動臺收）中國移動：900M：890～909；935～954；n=76～951800M：1710～1720；1805～18155.7.3語音編碼(SpeechCoding)

語音編解碼器將人的語音變成一組適合無線接口傳輸的數據信號,接收端的解碼器將接收的數字還原成人的語音，每一個移動臺都有一個語音編解碼器。移動通信對語音編碼的要求：編碼速率低，語音質量好；較強的抗干擾、抗誤碼的性能；編譯碼延時??；編譯碼器復雜度低，便于大規模集成化；功耗小，便于應用于手持機。語音編碼：RPE-LTP，每20秒取樣一次，輸出260bit，這樣編碼速率為13kb/s。在GSM的第1階段定義支持全速語音編解碼，所謂全速編碼是指該編譯碼器在語音傳送時每幀均占有一個時隙。該編譯器使用RPELTP——長期預測的規律脈沖激勵。GSM的第二階段定義支持半速編解碼。半速編解碼器每隔兩幀使用一個TDMA時隙。半速編碼輸出6.5kb/s，采用半速編碼可以支持兩倍的全速編碼用戶，語音質量差一些。圖5-11不同GSM接口的語音傳輸示意波形編碼：將時域模擬話音的波形信號經過采樣、量化和編碼，形成數字語音信號。速率高，帶寬寬，適合有線。參量編碼：基于人類語音的產生機理建立數學模型，根據輸入語音得出模型參數并傳輸，在收端恢復。速率低，質量差，適用于軍事和保密通信?；旌暇幋a：如GSM中的RPE-LTP，質量中等，適用于移動通信。5.7.4信道編碼(ChannelCoding)從語音編解碼器來的260bit數據塊按照重要性和作用被分成三類。分別分為Ia、Ib和II。Ia類是最重要的，包含50bit，首先進行提供檢錯的分組編碼，該過程增加3bit;然后進行具有檢錯糾錯能力的半速卷積編碼,半速卷積編碼使比特數加倍。Ib類第二重要，也受到一些保護，132bit與Ia類相同被卷積編碼。II類不重要（78bit）未受到任何保護。信道編碼增加了數據速率，使其從13kb/s增加到22.8kb/s。

圖5-12語音編解碼的前向糾錯（全速業務信道）5.7.5交織（Interleaving）在陸地移動通信這種變參信道上，比特差錯經常是成串發生的。信道編碼僅在檢測和校正單個差錯和不太長的差錯串時才有效。希望能找到把一條消息中的相繼比特分散開的方法，再用信道編碼糾錯功能糾正差錯，恢復原消息，這種方法就是交織技術。交織的實質是將突發的連續錯誤分散開來。交織的主要作用是抗快衰落。GSM系統采用的交織深度是8。GSM所采用的交織是一種既有塊交織又有比特交織的交織技術。全速語音的時塊被交織成8個突發時隙，即，從語音編碼器來的456bit輸出被分裂成8個時塊，每個子塊57個比特，再將每57個比特進行比特交織，然后再根據奇偶原則分配到不同的突發塊口，交織造成65個突發周期或37.5ms滯后。GSM交織的方式5.7.6調制GMSK：高斯最小頻移鍵控，BT=0.3(由標準定義)原因：鄰道干擾小于-60dB信道傳輸速率：270.833kbps頻譜利用率為1.35bps/Hz5.7.7信道組成(ChannelOrganization)TDMA的幀結構每一個TDMA幀分0～7共8個時隙，幀長度為120/26≈4.615ms。每個時隙含156.25個碼元，占15/26≈0.577ms。復幀有兩種類型：一種是由26幀組成的復幀，這種復幀長120ms，主要用于業務信息的傳輸，也稱作業務復幀；另一種是由51幀組成的復幀，這種復幀長235.385ms，專用于傳輸控制信息，也稱作控制復幀。超幀由51個業務復幀或26個控制復幀組成，周期為1326個TDMA幀，超幀長51×26×4.615×10-3≈6.12s。超高幀由2048個超幀組成，周期為2048×1326=2715648個TDMA幀，即12533.76秒，即3小時28分53秒760毫秒。幀的編號(FN)以超高幀為周期，從0到2715647。在GSM系統中，超高幀的周期與加密和跳頻有關，每經過一個超高幀的周期，系統將重新啟動密碼和跳頻算法。上行傳輸幀號和下行傳輸幀號相同，但是，上行幀相對于下行幀在時間上推后3個時隙。分類：物理信道：TDMA幀的每一個時隙(TS)。邏輯信道：在物理信道上所傳輸的內容。是指依據移動網通信的需要，為傳送的各種控制信令和語音或數據業務在TDMA的8個時隙所分配的控制邏輯信道或語音、數據邏輯信道。1.控制信道(CCH)：用于傳送信令或同步數據。根據所需完成的功能又把控制信道分為廣播、公共及專用三種控制信道。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CCH邏輯信道分類（下行）（下行）（下行）（下行）（下行）（上行）（上/下行）（上/下行）（上/下行）廣播信道(BCH)：是“一點對多點”的單向控制信道，用于基站向移動臺廣播公用的信息。廣播信道又分為：廣播控制信道(BCCH)：廣播本小區和相鄰小區的信息以及同步信息(頻率和時間信息)。移動臺周期的監聽BCCH以獲取如下信息：本地區識別、相鄰小區列表、本小區使用的頻率表、小區識別、功率控制指示、間斷傳輸允許、接入控制（如緊急呼叫）、CBCH（CellBroadcastControlChannel）的說明。CBCH載波是由基站以固定功率發射，其信號強度被所有移動臺測量。頻率校正信道(FCCH)：傳送校正移動臺頻率的信息。同步信道(SCH)：傳送幀同步信息(TDMA幀號)和BTS識別碼(BSIC)給移動臺。公用控制信道(CCCH)：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。又分為：隨機接入信道(RACH)：上行，用于移動臺隨機接入網絡時向基站發送消息，包括：對基站尋呼消息的應答、移動臺始呼時的接入、向基站申請指配一獨立專用控制信道（SDCCH)。尋呼信道(PCH)：廣播基站尋呼移動臺的消息，下行；GSM允許多至四個MS在一次尋呼信息中被呼叫；可以用MS的TMSI或IMSI來尋呼；支持有關不連續接收（DRX）；GSM允許尋呼子信道，節省功耗；MS通過用戶IMSI的最后三位來預先確定呼叫子信道。準許接入信道(AGCH)：下行信道，用于基站向隨機接入成功的移動臺發送指配了的SDCCH。專用控制信道(DCCH)：實施“點對點”的雙向控制信道。用于呼叫接續階段及通信進行當中，在移動臺與基站之間傳輸必要的控制信息，如信道管理移動收費管理和無線資源管理。又分為：獨立專用控制信道(SDCCH)：用于傳送基站和移動臺間的指令與信道指配信息，如鑒權、登記信令消息等。此信道在呼叫建立期間支持雙向數據傳輸，以及短消息業務信息的傳送。慢相關控制信道（SACCH）：與SDCCH或者業務信道公用在一個物理信道上傳送指令消息?；鞠蛞苿优_傳送功率控制信息、幀調整信息；接收移動臺發來的信號強度報告和鏈路質量報告?？煜嚓P控制信道（FACCH）：主要傳送基站與移動臺間的越區切換的信令信息。2.業務信道（TCH）：用于傳送編碼后的話音或數據和少量的隨路控制信令。雙向。

話音業務信道：全速率話音業務信道(TCH/F)，凈速率為13Kb/s；半速率話音業務信道(TCH/H)，6.5Kb/s，所用時隙是全速率所用時隙的一半。數據業務信道：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，用戶可使用各種不同的數據業務。電路交換信道和數據交換信道。表5-11GSM的邏輯信道和它們的特征邏輯信道只有上行只有下行既有上行又有下行點到點廣播可出讓的共享的BCCH√√√FCCH√√√SCH√√√RACH√√PCH√√AGCH√√√SDCCH√√√SACCH√√√FACCH√√√TCAH√√√圖5-13用于GSM的各類突發時隙3.時隙格式突發脈沖序列：TDMA信道上一個時隙中的信息格式。以不同的信息格式攜帶不同的邏輯信道。每個時隙有156.25bit，共有五種類型：（1）常規(普通)突發脈沖(NB,NornalBurst)序列：用于傳輸業務信道TCH和除了FCCH、SCH、RACH以及空閑突發脈沖之外的所有控制信道信息?？傆?56.25bit，因為每個bit的持續時間為3.6923us，所以一個NB所占用的時間為0.577ms。57個加密比特：加密語音、數據或控制信息借用標志F：表明借用一半業務信道資源給FACCH訓練序列：一串已知比特，供信道均衡用尾位TB：總是000，是突發脈沖開始與結尾的標志保護時間GP：防止由于定時誤差而造成突發脈沖間的重疊（2）頻率校正突發(FB,FrequencyCorrectionBurst)脈沖序列：用于校正移動臺的載波頻率。它相當于一個帶頻移的未調載波。142個全0，使調制器發送一個未調載波。（3）同步突發(SB,SynchronisationBurst)脈沖序列：用于構成SCH，攜帶有系統的同步信息。39個加密比特：TDMA幀號（TN）以及基站識別碼（BSIC）信息長同步序列：易被檢測（4）接入突發(AB,AccessBurst)脈沖序列：用于構成移動臺的RACH，攜帶隨機接入信息，用于移動用戶向基站提出入網申請。為了彌補時延的影響，保護時間長達250us，允許小區半徑為35km，適應移動臺首次接入或切換到新基站時不知時間的提前量（5）空閑突發脈沖序列（DB）：由BTS發出，不攜帶任何信息。它的格式與普通突發脈沖序列相同，其中加密比特改為具有一定比恃模型的固定混合比特。當無用戶信息傳輸時，用空閑突發脈沖替代普通突發脈沖在TDMA時隙中傳送。類型邏輯信道攜帶信息普通突發脈沖TCH及除RACH、SCH、FCCH和空閑突發脈沖以外的控制信道業務信息和控制信息頻率校正突發脈沖頻率校正信道（FCCH）頻率校正信息同步突發脈沖同步信道（SCH）系統同步信息接入突發脈沖隨機接入信道（RACH）隨機接入信息空閑突發脈沖控制信道無4.信道的組合方式(邏輯信道到物理信道的映射)邏輯信道數已經超過了GSM一個載頻所提供的物理信道數，不能給每一個邏輯信道都配置一個物理信道。(1)業務信道的組合C0，C1，，Cn-1表示每個基站的n個載頻，其中，C0為主載頻。TS0，TS1，…，TS7表示每個載頻的8個時隙。C0上的TS2～TS7用于業務信道，而C0上的TS0用于廣播信道和公共控制信道，C0上的TS1用于專用控制信道。其余C1～Cn-1載頻上8個時隙均用于業務信道。上、下行業務信道具有相同的組合方式，只是有一個時間偏移。表明移動臺的收發不必同時進行。業務信道的復幀(26幀)與物理信道(一個時隙)的映射關系:T（TCH業務信道）：用于傳送語音或數據A（SACCH慢速隨路信道）：用于傳送控制命令，如命令改變輸出功率等I（IDEL）：空閑幀，它不含任何信息，用于配合測量（2）控制信道的組合方式BCH和CCCH在C0：TS0上的復用：下行鏈路：F（FCCH）：移動臺據此校正同步頻率S（SCH）：移動臺據此讀TDMA幀號和基站識別碼（BSIC）B（BCCH）：移動臺據此讀有關小區的通用信息I（IDEL）：空閑幀，不含任何信息，僅作為復幀的結束標志C（CCCH）：移動臺依此接受尋呼和接入上行鏈路：SDCCH和SACCH在C0：TS1上的復用：重復周期為102個TSSDCCH的DX（D0、D1、…、D7）只用于MS建立呼叫的開始時使用，當移動臺轉移到業務信道TCH上，DX就用于其它的移動臺。SACCH的AX（A0、A1、…、A7）主要用于傳送不緊要的控制信息，如無線測量數據。上下行鏈路有相同結構，只是在時間上有一個偏移。廣播信道、公用控制信道和專用控制信道均在C0：TS0上的復用：5.7.8不連續發送和話音激活檢測當GSM的話音編解碼器檢測到話音的間隙后，在間隙期不發送，這就是所謂的GSM不連續發送（DTX）。DTX能在通話期對話音進行13kb/s編碼，在停頓期用500b/s編碼。停頓時發送舒適的噪聲，對講話者的背景噪聲進行編碼。使用戶在通話時有連續感。5.7.9定時前置和功率控制1.定時前置（TimingAdvance）GSM考慮可能的最大傳輸時延,在每個時隙片的結尾要留有足夠的保護時間作補償。MS在保護期內不能發送用戶數據，即使兩個時間出現重疊只能在保護時間內重疊,無數據丟失。方法簡單及信令要求最小，但降低了系統的頻譜利用率。定時前置允許對每個時隙的上行發送時間獨立控制，遠離BTS的MS要求比離BTS近的MS發射早。在GSM中最大的定時前置限制小區尺寸在35km左右。2.功率控制在GSM中，功率電平每60ms變化臺階為2dB（步長）。上行功率控制范圍是20~30dB，步長2dB；下行功率控制范圍一般可達30dB，步長也是2dB。BSS是功率控制的管理者，通過指令規定BTS和MS的功率。BSS通過評估BTS對MS測量的結果，調整MS的傳輸功率。同樣，BSS也通過評估MS報告的BTS下行傳輸功率，調整BTS的發射功率。5.7.10移動臺接入MS從GSM網絡中得到服務的第一步就是把它接入系統。接入的原因有以下幾種：試圖發起呼叫，對網絡請求的響應（如被呼），MS作周期性的位置更新。在GSM中有單獨一個信道用于MS在該小區的接入。GSM的接入模型可用著名的ALOHA模型來代替。ALOHA系統是不相關用戶同搶一個共享信道。5.8GSM呼叫方案5.8.1移動臺開機后的工作：初始化。首先確定BCCH頻率，以獲得操作必需的系統參數。GSM允許在SIM中存儲一張頻率表，這些頻率是前一次小區登錄上的BCCH頻率，以及在該BCCH廣播的鄰近小區的頻點，MS上電后就開始搜索這些頻率，查找一個比其他功率大的頻率。下一步確定FCCH。找到FCCH之后，MS通過解碼使自身與系統的主頻同步。MS知道在相同的頻率上FCCH的第8個時隙后是同步信道SCH，它只需簡單等待8個時隙，便可對SCH解碼獲得時間同步。至此，MS已可對BCCH上的其他數據進行解碼了。5.8.2小區選擇（CellSelection）在選擇MS所在的小區之前，MS可以確定有效GSM網。如果當前小區不是有效GSM網絡部分，MS只能尋找其他BCCH。一旦選擇了有效的GSM網，MS就可選擇登錄的小區，MS有一個小區選擇算法，用于確定最好的有效小區。MS收到的信號強度、位置區域和MS的功率等級等都可用于小區選擇的確定。5.8.3位置登記和位置更新位置登記：MS以它的IMSI等數據向GSM網絡請求位置登記，網絡經過驗證后會分派一個TMSI代碼給MS。MS得到TMSI后，會將TMSI代碼存儲在SIM卡中。位置更新：MS首先確定當前位置區是否是以前登記過的。即從BCCH獲得位置區信息并與存儲在SIM卡原先登記的位置區進行比較，如果位置區不一致，那么MS應立即進行位置更新。在位置登記中，MS是以IMSI向網絡更新位置；而在位置更新中，MS是以TMSI向網絡匯報信息的。

MS“位置登記請求”“更新位置登記”詢問“MS的IMSI”MSC（VLR）n（VLR）o“詢問IMSI”響應查詢“MS的有關參數”“查詢有關參數”響應位置信息注銷”“更新位置登記”確認“位置登記請求”確認（LR）HLR5.8.4建立通信鏈路(EstablishingCommunicationLink)MS調諧到隨機接入信道RACH上發出信道請求信息。MS送出信道請求信息，有一個長的保護周期，可以保證即使該信息與下一個時隙的信息重疊，在BTS接收時，信息內容也不會丟失。轉到接入許可信道AGCH，等待來自網絡的響應。BTS收到信道請求后，便增加有關傳輸時延的信息一起傳輸給BSC。BSC能夠通過比較時延進行定時前置參數的賦值。選擇一個SDCCH信道，通知BTS激活信道，然后給BTS發送信道分配信息。5.8.5起初信息過程(InitialMessageProcedure)MS接收到信道分配信息后，調諧到該分配信道上發送一個業務請求信息（在獨立專用控制信道SDCCH上送出）。這信息指明MS從網絡請求什么業務，同時包括有關移動識別碼（如TMSI）的信息、功率級、頻率容量、MS支持的保密算法（如A5）等等。這些信息由BSC送給MSC通過A接口作進一步處理，MSC然后通過MAP-B接口將信息傳給VLR。5.8.6鑒權(Authentication)當前的VLR成功地接收到適當原因（位置更新，呼叫建立等）的起始信息后，將啟動鑒權和保密程序。鑒權過程總是由網絡發起。鑒權算法駐留在網絡側的鑒權中心AUC和MS側的SIM用戶識別卡中，AUC對應各用戶，選擇一個隨機數并連同用戶的惟一碼將它輸入A3/A8算法，輸出就是在GSM術語中稱為三體聯合（triplet），即RAND、SRES和Kc。AUC計算幾個triplets并提供給歸屬位置寄存器HLR。VLR從HLR獲得他們。鑒權過程：VLR通過SDCCH送一個鑒權請求給MS。這一信息包含隨機詢問（即RAND）。SIM卡產生一個符號響應SRES，把它送給VLR，它同時產生一個新的保密密鑰Kc，VLR收到SRES與內部存儲的SRES值進行比較，如果匹配，用戶被認為是合法的。5.8.7加密(Ciphering)VLR開始加密過程，它通知MSC，MSC接著按所使用的密鑰送一個信息給BSC。BSC通過BTS通知MS在以后的傳輸過程中開始加密。BTS同樣被通知使用加密的信息并得到密鑰，這樣它能對信息進行解密。BTS將信息進行解密后送給BSC，并送一個指令通知VLR加密過程已經開始。在MS側，由Kc、TDMA幀號一起經過A5算法，對用戶信息數據流加密，在無線路徑上傳。在BTS側，把從無線信道上收到的加密信息流、TDMA幀號和Kc，再經過A5算法解密后，傳送給BSC和MSC。上述過程反之亦然。5.8.8位置更新過程圖5-14位置更新呼叫流程5.8.9通信鏈路的釋放(ReleaseofCommunicationLink)一旦位置更新過程成功完成，移動臺BTS、BSC和MSC的通信鏈路也結束了。移動臺返回空閑模式等待用戶發生主叫及等待來自網絡的尋呼。5.8.10移動臺主叫(MobileOrigination)①先有通信鏈路建立過程、原始信息過程、鑒權和加密過程。然后移動臺在建立的鏈路上（SDCCH）發送啟動信息。這一信息有被叫號碼和建立與PSTN聯系所需的信息。②如果用戶要求進行話音連接，系統安排業務信道（TCH）。BSC通知BTS新的信道，BTS激活新的信道；BSC為話音編碼分配TRAU(發送編碼器和速率適配器單元)資源；BSC送一個分配命令信息給MS，通知它在下一步傳輸中使用的新信道；MS調諧到新無線信道上并在該信道上開始發送，并發送一個分配結束信號，指示它已成功調諧到新信道上，BSC即可釋放舊信道。MSC通過網絡啟動呼叫建立過程：如果連接到PSTN的交換是通過ISUP（ISDN用戶部分）進行的，則送一個IAM（原始地址信息）給PSTN(公共交換電話網)③；接入交換機返回一個ACM(地址完成信息)給MSC，表明被叫正在振鈴④；當MSC收到ACM，送一個振鈴信息給MS，MS在收到這一信息后就產生一個提示音通知用戶已經聯絡被叫，電話正在振鈴⑤；當被叫應答（摘機），ANM（應答信息）通過網絡送給MSC通知MS已連接⑥；至此，兩部分呼叫已連接可以交換信息了⑦。圖5-15移動用戶向固定電話發起的呼叫5.8.11移動臺被呼(MobileTermination)輸入GSM手機用戶的MSISDN號碼，GSM網絡詢問HLR有關手機的MSRN代碼，得知手機用戶目前所在的LA區域與負責該區域的交換機MSC。當撥號者輸入手機的MSISDN號碼時，有線電話PSTN的交換機依照MSISDN上的CC及NDC將信號傳遞到負責該手機服務區域內的關口MSC(GMSC)。

圖5-16由固定電話發往移動用戶的呼叫5.8.12切換（Handover）切換是當MS變換小區時保持呼叫的過程。在MS變換小區時，切換是避免呼叫損失所必不可少的步驟。如果一個MS打算變換小區，它已處于小區的邊緣，此時無線信號電平必然不十分好，這是要切換的另外一個原因。1.預切換過程（Pre-handover

Processing）在GSM中的切換過程是移動臺協助的切換（MAHO）。MS為切換算法提供有關輸入的信息，描述MS和BTS能力的參數和測量項目有：為MS服務的服務BTS、鄰近BTS的最大的發射功率、小區容量和負荷；上行信道質量和接收電平下行信道質量和接收電平；來自鄰近小區的下行接收電平。2.移動測量（MobileMeasurements）

MS對當前服務小區進行質量和接收信號強度的測量，對相鄰小區進行接收信號強度測量，并將它們報告給服務BTS。質量測量是將當前服務下行信道的低比特誤碼率轉換成0~7中的一個值。這種測量是在上行發送和下行接收時隙中完成的。由MS完成的下行信道測量報告給BTS。SACCH攜帶這一信息。一個SACCH幀每120ms發送一次，但由于交織，在BTS收到的一個完整的幀要有480ms延時。由服務BTS完成上行信道測量，它包括質量和接收信號強度測量。服務BTS把以上測量量和接收到的MS測量結果一起送給BSC。3.切換執行(HandoverExecution)與當前服務的BTS連接中斷，在新的小區與新的BTS建立新的連接。切換執行過程和所包含的信令一起依賴于新小區的選擇。如果新的小區由同一個BSC控制，那么切換被認為是BSC內部切換，信令限制在BSC內部而不用包含MSC。如果新的BTS屬同一MSC內不同的BSC，我們稱之為MSC內部切換。如果這兩個BSC由不同的MSC控制，我們稱之為MSC之間切換。

圖5-17MSC之間的切換

4.切換后處理(PosthandoverProcessing)一旦MS與新網絡同步上以后，它送出一個切換完成消息給新的BTS。這消息通過網絡送給老BSC。該BSC釋放原來占用無線資源，以及所有在A-bis和A接口安排給該MS的資源。5.9GSM的跳頻技術5.9.1跳頻系統工作原理

跳頻是指載波頻率在很寬的頻帶范圍內按某種圖案（序列）進行跳變。信息數據D經信息調制成帶寬為Bd的基帶信號后，進入載波調制。載波頻率受偽隨機碼發生器控制，在帶寬為Bss（Bss>>Bd）的頻帶內隨機跳變，實現基帶信號帶寬Bd到發射信號使用的帶寬Bss的頻譜擴展。可變頻率合成器受偽隨機序列（跳頻序列）控制，使載波頻率隨跳頻序列的序列值改變而改變，因此載波調制又被稱為擴頻調制。5.9.2跳頻系統的特點：(1)跳頻系統大大提高了通信系統抗干擾、抗衰落