第七章時分多址（TDMA）數(shù)字蜂窩網(wǎng)目錄7.1GSM系統(tǒng)總體7.2GSM系統(tǒng)的無線接口7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理7.4FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量7.5GPRS系統(tǒng)7.1GSM系統(tǒng)總體7.1GSM系統(tǒng)總體7.1GSM系統(tǒng)總體圖9–1GSM蜂窩系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)7.1GSM系統(tǒng)總體

1.移動臺(MS)2.基站子系統(tǒng)(BSS)3.網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)4.GSM網(wǎng)絡(luò)接口VLRVLRHLREIRMSCBTSBSCAbisMSCMSUmAEFCBDG

Um接口(空中接口)定義為移動臺(MS)與基站收發(fā)信機(BTS)之間的無線通信接口，它是GSM系統(tǒng)中最重要、最復(fù)雜的接口用于BTS(不與BSC放在一處)與BSC之間的遠(yuǎn)端互連方式，它是通過采用標(biāo)準(zhǔn)的2.048Mb/s或64kb/sPCM數(shù)字傳輸鏈路來實現(xiàn)的。此接口支持所有向用戶提供的服務(wù)，并支持對BTS無線設(shè)備的控制和無線頻率的分配移動交換中心(MSC)與基站控制器(BSC)之間的互連接口，其物理連接是通過采用標(biāo)準(zhǔn)的2.048Mb/sPCM數(shù)字傳輸鏈路來實現(xiàn)的。此接口傳送的信息包括對移動臺及基站管理、移動性及呼叫接續(xù)管理等B接口定義為移動交換中心(MSC)與訪問用戶位置寄存器(VLR)之間的內(nèi)部接口。用于MSC向VLR詢問有關(guān)移動臺(MS)當(dāng)前位置信息或者通知VLR有關(guān)MS的位置更新信息等C接口定義為MSC與HLR之間的接口，用于傳遞路由選擇和管理信息。兩者之間是采用標(biāo)準(zhǔn)的2.048Mb/sPCM數(shù)字傳輸鏈路實現(xiàn)的用于交換移動臺位置和用戶管理的信息，保證移動臺在整個服務(wù)區(qū)內(nèi)能建立和接受呼叫。由于VLR綜合于MSC中，因此D接口的物理鏈路與C接口相同c用于移動臺從一個MSC控制區(qū)到另一個MSC控制區(qū)時交換有關(guān)信息，以完成越區(qū)切換。此接口的物理鏈接方式是采用標(biāo)準(zhǔn)的2.048Mb/sPCM數(shù)字傳輸鏈路實現(xiàn)的用于交換相關(guān)的管理信息。此接口的物理鏈接方式也是采用標(biāo)準(zhǔn)的2.048Mb/sPCM數(shù)字傳輸鏈路實現(xiàn)的當(dāng)采用臨時移動用戶識別碼(TMSI)時，此接口用于向分配TMSI的VLR詢問此移動用戶的國際移動用戶識別碼(IMSI)的信息。G接口的物理鏈接方式與E接口相同。7.1GSM系統(tǒng)總體二.GSM的區(qū)域、號碼、地址與識別1.區(qū)域定義7.1GSM系統(tǒng)總體2.號碼與識別(1)移動用戶識別碼（IMSI）：在GSM系統(tǒng)中，每個用戶分配一個唯一的國際移動用戶識別碼，此碼在所有位置（包括漫游區(qū)）都有效。MCC：移動用戶所屬國家代號，占3位數(shù)字，中國為460。MNC：移動網(wǎng)號碼，最多兩位數(shù)字組成，用于識別移動用戶歸屬的移動通信網(wǎng)。MSIN：移動用戶識別碼，用以識別某一PLMN中的移動用戶。7.1GSM系統(tǒng)總體(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，即空中接口無線傳輸?shù)淖R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(zhuǎn)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(wù)區(qū)使用)。總之，IMSI只在起始入網(wǎng)登記時使用，在后續(xù)的呼叫中，使用TMSI，以避免通過無線信道發(fā)送其IMSI，從而防止竊聽者檢測用戶的通信內(nèi)容，或者非法盜用合法用戶的IMSI。TMSI總長不超過4個字節(jié)，其格式可由各運營部門決定。7.1GSM系統(tǒng)總體(3)國際移動設(shè)備識別碼。國際移動設(shè)備識別碼(IMEI)是區(qū)別移動臺設(shè)備的標(biāo)志，可用于監(jiān)控被竊或無效的移動設(shè)備。TAC:型號批準(zhǔn)碼，由歐洲型號標(biāo)準(zhǔn)中心分配。FAC:裝配廠家號碼。SNR:產(chǎn)品序號，用于區(qū)別同一個TAC和FAC中的每臺移動設(shè)備。SP:備用。7.1GSM系統(tǒng)總體(4)移動臺的號碼。①移動臺國際ISDN號碼(MSISDN)。CCNDCSN移動臺國內(nèi)有效ISDN號碼移動臺國ISDN號碼CC：國家代碼，即移動臺注冊登記的國家代號，中國為86NDC：國內(nèi)地區(qū)碼，每個PLMN有一個NDCSN：移動用戶號碼由NDC和SN兩部分組成國內(nèi)ISDN號碼，其長度不超過13位數(shù)。國際ISDN號碼長度不超過15位數(shù)字。7.1GSM系統(tǒng)總體②移動臺漫游號碼(MSRN)。當(dāng)移動臺漫游到一個新的服務(wù)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(wù)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國際(或國內(nèi))ISDN號碼相同。7.1GSM系統(tǒng)總體(5)位置區(qū)和基站的識別碼①位置區(qū)識別(LAI)碼：在檢測位置更新和信道切換時，要使用位置識別碼。MCCMNCLAC位置區(qū)識別碼（LAI）MCC：移動用戶所屬國家代號，占3位數(shù)字，中國為460。MNC：移動網(wǎng)號碼，最多兩位數(shù)字組成，用于識別移動用戶歸屬的移動通信網(wǎng)。LAC：用于識別GSM網(wǎng)中的一個位置區(qū)，最多不超過兩字節(jié)，采用16進(jìn)制編碼，由各運營部門制定。在LAI后面加上CI，還可組成小區(qū)識別碼。7.1GSM系統(tǒng)總體②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。NCCBCC基站識別色碼(BSIC)3bit3bitNCC：PLMN色碼，用來識別相鄰的PLMN網(wǎng)。BCC：BTS色碼，用來識別相同載頻的不同基站。7.1GSM系統(tǒng)總體三.主要業(yè)務(wù)1.通信業(yè)務(wù)分類7.1GSM系統(tǒng)總體2.業(yè)務(wù)定義電話業(yè)務(wù)。(2)緊急呼叫業(yè)務(wù)。(3)短消息業(yè)務(wù)。(4)可視圖文接入。(5)智能用戶電報傳送。(6)傳真。7.2GSM系統(tǒng)的無線接口7.2GSM系統(tǒng)的無線接口一.GSM系統(tǒng)無線的傳輸特征GSM等三種數(shù)字蜂窩網(wǎng)主要參數(shù)7.2GSM系統(tǒng)的無線接口1.TDMA/FDMA接入方式TDMA/FDMA接入方式7.2GSM系統(tǒng)的無線接口2.頻率與頻道序號GSM系統(tǒng)工作在以下射頻頻段：

上行(移動臺發(fā)、基站收)890～915MHz下行(基站發(fā)、移動臺收)935～960MHz收、發(fā)頻率間隔為45MHz。

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。

7.2GSM系統(tǒng)的無線接口由于載頻間隔是0.2MHz，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fl(n)=(890+0.2n)MHz上頻段fh(n)=(935+0.2n)MHz

式中，n=1～124。例如n=1,fl(1)=890.2MHz,fh(1)=935.2MHz，其它序號的載頻依次類推。每個載頻有8個時隙，因此GSM系統(tǒng)總共有:

124×8=992個物理信道

有的書籍中簡稱GSM系統(tǒng)有1000個物理信道。

7.2GSM系統(tǒng)的無線接口3.調(diào)制方式

高斯型最小移頻鍵控(GMSK)方式。高斯濾波器的歸一化帶寬BT=0.3，基于200kHz的載頻間隔及270.833kb/s的信道傳輸速率，其頻譜利用率為1.35b/s/Hz。4.載頻復(fù)用與區(qū)群結(jié)構(gòu)

GSM系統(tǒng)中，基站發(fā)射功率為每載波500W，每時隙平均為500/8=62.5W。移動臺發(fā)射功率分為0.8W,2W,5W,8W和20W五種，可供用戶選擇。小區(qū)覆蓋半徑最大為35km，最小為500m，前者適用于農(nóng)村地區(qū)，后者適用于市區(qū)。由于系統(tǒng)采取了多種抗干擾措施(如自適應(yīng)均衡、跳頻和糾錯編碼等)，同頻道射頻防護(hù)比可降到C/I=9dB，因此在業(yè)務(wù)密集區(qū)，可采用3小區(qū)9扇區(qū)的區(qū)群結(jié)構(gòu)。7.2GSM系統(tǒng)的無線接口二.信道類型及其組合1.幀結(jié)構(gòu)7.2GSM系統(tǒng)的無線接口上行幀號和下行幀號所對應(yīng)的時間關(guān)系7.2GSM系統(tǒng)的無線接口2.信道分類在同一物理信道（相當(dāng)于專用呼叫信道）上復(fù)用7.2GSM系統(tǒng)的無線接口(1)業(yè)務(wù)信道。業(yè)務(wù)信道TCH主要傳輸數(shù)字話或數(shù)據(jù)，其次還有少量的隨路控制信令。業(yè)務(wù)信道有全速率業(yè)務(wù)信道(TCH/F)和半速率業(yè)務(wù)信道(TCH/H)之分。半速率業(yè)務(wù)信道所用時隙是全速率業(yè)務(wù)信道所用時隙的一半。①話音業(yè)務(wù)信道。載有編碼話音的業(yè)務(wù)信道分為全速率話音業(yè)務(wù)信道(TCH/FS)和半速率話音業(yè)務(wù)信道(TCH/HS)，兩者的總速率分別為22.8kb/s和11.4kb/s。對于全速率話音編碼，話音幀長20ms，每幀含260bit話音信息，提供的凈速率為13kb/s。7.2GSM系統(tǒng)的無線接口②數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)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(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：9.6kb/s,全速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道(TCH/F9.6)4.8kb/s,全速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道(TCH/F4.8)4.8kb/s,半速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道(TCH/H4.8)≤2.4kb/s,全速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道(TCH/F2.4)≤2.4kb/s,半速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道(TCH/H2.4)7.2GSM系統(tǒng)的無線接口(2)控制信道。控制信道(CCH)用于傳送信令和同步信號。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?shù)膬?nèi)容主要是移動臺入網(wǎng)和呼叫建立所需要的有關(guān)信息。其中又分為：·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(jìn)行同步和對基站進(jìn)行識別的信息，即基站識別碼是在同步信道上傳輸?shù)模弧V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。7.2GSM系統(tǒng)的無線接口②公用控制信道(CCCH)。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。其中又分為：·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的入網(wǎng)申請，即請求分配一個獨立專用控制信道(SDCCH)；·準(zhǔn)許接入信道(AGCH)：這是一個下行信道，用于基站對移動臺的入網(wǎng)申請作出應(yīng)答，即分配一個獨立專用控制信道。7.2GSM系統(tǒng)的無線接口③專用控制信道(DCCH)。DCCH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(jìn)行當(dāng)中，在移動臺和基站之間傳輸必需的控制信息。其中又分為：·獨立專用控制信道(SDCCH)：用于在分配業(yè)務(wù)信道之前傳送有關(guān)信令。例如，登記、鑒權(quán)等信令均在此信道上傳輸，經(jīng)鑒權(quán)確認(rèn)后，再分配業(yè)務(wù)信道(TCH)；7.2GSM系統(tǒng)的無線接口·慢速輔助控制信道(SACCH)：在移動臺和基站之間，需要周期性地傳輸一些信息。例如,移動臺要不斷地報告正在服務(wù)的基站和鄰近基站的信號強度，以實現(xiàn)“移動臺輔助切換功能”。此外，基站對移動臺的功率調(diào)整、時間調(diào)整命令也在此信道上傳輸，因此SACCH是雙向的點對點控制信道。SACCH可與一個業(yè)務(wù)信道或一個獨立專用控制信道聯(lián)用。SACCH安排在業(yè)務(wù)信道時，以SACCH/T表示；安排在控制信道時，以SACCH/C表示。7.2GSM系統(tǒng)的無線接口·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。使用時要中斷業(yè)務(wù)信息，把FACCH插入業(yè)務(wù)信道，每次占用的時間很短，約18.5ms。7.2GSM系統(tǒng)的無線接口3.時隙的格式

在GSM系統(tǒng)中，每幀含8個時隙，時隙的寬度為0.577ms，其中包含157.25bit。TDMA信道上一個時隙中的信息格式稱為突發(fā)脈沖序列。BSMS157.25bit(1)常規(guī)突發(fā)(NB,NormalBurst)脈沖序列。(2)頻率校正突發(fā)(FB,FrequencyCorrectionBurst)脈沖序列。(3)同步突發(fā)(SB，SynchronisationBurst)脈沖序列。(4)接入突發(fā)(AB,AccessBurst)脈沖序列。7.2GSM系統(tǒng)的無線接口根據(jù)時隙所含的具體內(nèi)容及其組成格式，可以分為：7.2GSM系統(tǒng)的無線接口尾比特信息比特571訓(xùn)練序列261信息比特573尾比特3保護(hù)期8.25156.25bit=0.577ms常規(guī)突發(fā)序列(1)常規(guī)突發(fā)(NB,NormalBurst)脈沖序列。BSMS0MS1MS2MS7TS0TS1TS2TS7TS0TS7TS1TS27.2GSM系統(tǒng)的無線接口(2)頻率校正突發(fā)(FB,FrequencyCorrectionBurst)脈沖序列。頻率校正突發(fā)脈沖序列用于校正移動臺的載波頻率，其格式比較簡單，參見圖9-13所示。起始和結(jié)束的尾比特各占3bit，保護(hù)時間8.25bit，它們均與普通突發(fā)脈沖序列相同，其余的142bit，均置成“0”，相應(yīng)發(fā)送的射頻是一個與載頻有固定偏移(頻編)的純正弦波，以便于調(diào)整移動臺的載頻。尾比特3固定比特尾比特3保護(hù)期8.25142頻率校正突發(fā)序列7.2GSM系統(tǒng)的無線接口(3)同步突發(fā)(SB，SynchronisationBurst)脈沖序列。同步突發(fā)脈沖序列用于移動臺的時間同步。主要組成包括64bit的位同步信號，以及兩段各39bit數(shù)據(jù)，用于傳輸TDMA幀號和基站識別碼(BSIC)。基站識別碼(BSIC)用于移動臺進(jìn)行信號強度測量時區(qū)分同一個載頻而不同的基站。尾比特3加密比特39擴展的訓(xùn)練序列64尾比特3保護(hù)期8.25加密比特39同步突發(fā)序列7.2GSM系統(tǒng)的無線接口(4)接入突發(fā)(AB,AccessBurst)脈沖序列。接入突發(fā)脈沖序列用于上行傳輸方向，在隨機接入信道(RACH)上傳送，用于移動用戶向基站提出入網(wǎng)申請。BSMS0MS1TS0TS0TS1TS1時間超前量7.2GSM系統(tǒng)的無線接口4.信道的組合方式(1)業(yè)務(wù)信道的組合方式7.2GSM系統(tǒng)的無線接口(2)控制信道的組合方式。控制信道的復(fù)幀含51幀，其組合方式類型較多，而且上行傳輸和下行傳輸?shù)慕M合方式也是不相同的。1）BCCH和CCCH在TS0上的復(fù)用。BCCH和CCCH在TS0上的復(fù)用7.2GSM系統(tǒng)的無線接口TS0上RACH的復(fù)用7.2GSM系統(tǒng)的無線接口SDCCH和SACCH(下行)在TS1上的復(fù)用2）公用控制信道和專用控制信道均在TS0上的復(fù)用。7.2GSM系統(tǒng)的無線接口3）公用控制信道和專用控制信道均在TS0上的復(fù)用。TS0上控制信道綜合復(fù)用7.2GSM系統(tǒng)的無線接口三.話音和信道編碼數(shù)字化話音信號在無線傳輸時主要面臨三個問題：一是選擇低速率的編碼方式，以適應(yīng)有限帶寬的要求；二是選擇有效的方法減少誤碼率，即信道編碼問題；三是選用有效的調(diào)制方法，減小雜波輻射，降低干擾。7.2GSM系統(tǒng)的無線接口7.2GSM系統(tǒng)的無線接口7.2GSM系統(tǒng)的無線接口GSM的交織方式：7.2GSM系統(tǒng)的無線接口四.跳頻和間斷傳輸技術(shù)1.跳頻GSM系統(tǒng)的跳頻示意圖7.2GSM系統(tǒng)的無線接口跳頻系統(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達(dá)到抗干擾能力的。抗干擾性能用處理增益GP表征，GＰ的表達(dá)式為式中：BW是跳頻系統(tǒng)的跳變頻率范圍；BC是跳頻系統(tǒng)的最小跳變的頻率間隔(GSM的BC=200kHz)。若BW取15MHz，則GP=18dB。

7.2GSM系統(tǒng)的無線接口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(shù)。這個被稱為間斷傳輸(DTx)技術(shù)的基本原則是：只在有話音時才打開發(fā)射機，這樣可以減小干擾，使頻率復(fù)用面積減小，提高系統(tǒng)容量。采用DTx技術(shù)，對移動臺來說是更有意義，因為在無信息傳輸時立即關(guān)閉發(fā)射機，可以減少電源消耗。GSM中，話音激活技術(shù)是采用一種自適應(yīng)門限話音檢測算法。當(dāng)發(fā)端判斷出通話者暫停通話時，立即關(guān)閉發(fā)射機，暫停傳輸;在接收端檢測出無話音時，在相應(yīng)空閑幀中填上輕微的“舒適噪聲”，以免收聽者造成通信中斷的錯覺。7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理一.位置登記7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理所謂位置登記(或稱注冊)是通信網(wǎng)為了跟蹤移動臺的位置變化，而對其位置信息進(jìn)行登記、刪除和更新的過程。由于數(shù)字蜂窩網(wǎng)的用戶密度大于模擬蜂窩網(wǎng)，因而位置登記過程必須更快、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。7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理圖9-25位置登記過程舉例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(yīng)查詢“MS的有關(guān)參數(shù)”“查詢有關(guān)參數(shù)”響應(yīng)“位置信息注銷”“更新位置登記”確認(rèn)“位置登記請求”確認(rèn)（LR）HLR7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理二.鑒權(quán)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(quán)與加密措施。鑒權(quán)是為了確認(rèn)移動臺的合法性，而加密是了為防止第三者竊聽。鑒權(quán)中心(AUC)為鑒權(quán)與加密提供了三參數(shù)組(RAND#,SRES和Kc)，在用戶入網(wǎng)簽約時，用戶鑒權(quán)鍵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(shù)據(jù)庫和SIM卡中。根據(jù)HLR的請求，AUC按下列步驟產(chǎn)生一個三參數(shù)組，參見圖9-26。7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理圖9-26AUC產(chǎn)生三參數(shù)組IMSI1KiIMSI2Ki數(shù)據(jù)庫IMSI和鑒權(quán)RAND產(chǎn)生隨機數(shù)加密算法A8鑒權(quán)算法A3結(jié)果結(jié)果KcSRESRANDKcSRESRANDIMSI：國際移動用戶識別Kc：密鑰Ki：用戶鑒權(quán)鍵SRES：符號響應(yīng)RAND：隨機數(shù)將三參數(shù)組傳送給HLR三參數(shù)組7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理AUC存儲HLR中所有用戶的鑒權(quán)鍵KiHLRMSC/VLRMS存儲有關(guān)的用戶信息對所有用戶產(chǎn)生三參數(shù)組RAND/Kc/SRES臨時存儲所有用戶的三參數(shù)組(每用戶1至10個三參數(shù)組)依請求發(fā)給VLR存儲所有訪問用戶的三參數(shù)組RAND/Kc/SRES（每用戶1至7個三參數(shù)組）接入請求RAND算法A3RANDKiSRESSRESAUCSRESMS=否不能接入是接入？RAND/Kc/SRES1.鑒權(quán)7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理AUC存儲HLR中所有用戶的鑒權(quán)鍵KiHLRMSC/VLRBTS存儲所有與網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的用戶信息對所有用戶產(chǎn)生三參數(shù)組RAND/Kc/SRES臨時存儲所有用戶的三參數(shù)組(每用戶1～10個）并依請求發(fā)給VLR存儲所有訪問用戶的三參數(shù)組(每用戶1～7個)RAND/Kc/SRES臨時存儲Kc用于與MS通話中的加密鑒權(quán)程序啟動加密加密模式命令MMSRANDRANDA8(Kc)KcA5(加密)TDMA帳號加密消息“加密模式完成”A5TDMA幀號Kc解密消息“加密模式完成”成功否是加密模式完成2.加密7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理3.設(shè)備識別每一個移動臺設(shè)備均有一個惟一的移動臺設(shè)備識別碼(IMEI)。在EIR中存儲了所有移動臺的設(shè)備識別碼，每一個移動臺只存儲本身的IMEI。設(shè)備識別的目的是確保系統(tǒng)中使用的設(shè)備不是盜用的或非法的設(shè)備。為此，EIR中使用三種設(shè)備清單：白名單：合法的移動設(shè)備識別號；黑名單：禁止使用的移動設(shè)備識別號；灰名單：由運營者決定，例如有故障的或未經(jīng)型號認(rèn)證的移動設(shè)備識別號。7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理存儲所有用戶的移動設(shè)備識別碼存儲所有被列入灰/黑名單的設(shè)備EIRMSC/VLRIMEI請求MS存儲本設(shè)備識別IMEI呼叫建立發(fā)送IMEI檢查IMEI接入/禁止信息繼續(xù)/停止呼叫建立程序7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理4.用戶識別碼為了防止非法監(jiān)聽進(jìn)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。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。7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理HLR存儲路徑所有歸屬PLMN的用戶數(shù)據(jù)MSC/VLR存儲路徑所有訪問用戶的數(shù)據(jù)BSC/BTS存儲與無線路徑有關(guān)的數(shù)據(jù)MS存儲所有與網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的用戶信息更新更新位置區(qū)請求位置更新請求鑒權(quán)產(chǎn)生新的TMSIVLR存儲新TMSI新TMSI啟動加密位置區(qū)更新位置區(qū)更新新TMSI存儲新TMSI位置區(qū)更新證實VLR刪除舊TMSI位置區(qū)更新完成IMSI在無線路徑上使用保密碼新TMSI新TMSIIMSI7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理三.呼叫接續(xù)1.移動用戶主呼MS“信道請求”“立即分配”指令“業(yè)務(wù)請求”BS“置密模式”指令“業(yè)務(wù)請求”“鑒權(quán)請求”“鑒權(quán)請求”“鑒權(quán)”響應(yīng)“鑒權(quán)”響應(yīng)MSC“置密模式”指令“置密模式完成”“置密模式完成”“TMSI”指令“TMSI”指令“TMSI”響應(yīng)“TMSI”響應(yīng)“建立呼叫請求”“建立呼叫請求”“呼叫開始”指令“呼叫開始”指令“信道指配”指令“信道指配”指令“信道指配完成”“信道指配完成”“回鈴音”“回鈴音”“連接”指令“連接”指令“連接”確認(rèn)“連接”確認(rèn)“開始接入請求”應(yīng)答VLR“鑒權(quán)”“鑒權(quán)”確認(rèn)“置密模式”“開始接入請求”應(yīng)答分配新的“TMSI”對分配新的“TMSI”的應(yīng)答要求“傳送建立呼叫所需信息”“傳送建立呼叫所需信息”與固定用戶接續(xù)7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理2.移動用戶被呼GMSC固定用戶撥號詢問“路由信息”HLR“MSRN”“撥號信息”詢問“路由信息”VLR詢問“呼叫參數(shù)”“呼叫參數(shù)”“尋呼請求”“尋呼請求”VMSCBSMS“信道請求”“立即指配”指令“尋呼”響應(yīng)“尋呼”響應(yīng)“開始接入請求”“鑒權(quán)”“鑒權(quán)”確認(rèn)“鑒權(quán)請求”“鑒權(quán)請求”“鑒權(quán)”響應(yīng)“鑒權(quán)”響應(yīng)“置密模式”“置密”指令“置密”指令“置密完成”“置密完成”“開始接入應(yīng)答”請求“完成呼叫”“呼叫建立”“呼叫建立”“呼叫證實”“呼叫證實”“信道指配”信道“指配請求”“指配完成”“指配完成”回鈴音回鈴音“連接完成”“撥號應(yīng)答”“連接”“連接”“連接”確認(rèn)“連接”確認(rèn)“MSRN”7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理四.過區(qū)切換所謂過區(qū)切換是在通話期間，當(dāng)移動臺從一個小區(qū)進(jìn)入另一個小區(qū)時，網(wǎng)絡(luò)能進(jìn)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)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(dāng)移動臺在小區(qū)內(nèi)從一個扇區(qū)進(jìn)入另一扇區(qū)時，也要進(jìn)行類似的切換。7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理(1)同一個BSC控制區(qū)內(nèi)不同小區(qū)之間的切換，也包括不同扇區(qū)之間的切換。同一個BSC的過區(qū)7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理（2）同一個MSC/VLR區(qū)，不同BSC間切換7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理同一MSC的BSC間的切換流程7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理(3)不同MSC/VLR的區(qū)間切換。7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理MS“過區(qū)切換請求”“過區(qū)切換請求”轉(zhuǎn)發(fā)“過區(qū)切換請求”請求“分配切換號碼”“分配切換號碼”應(yīng)答“分配無線信道”“分配無線信道”響應(yīng)“切換號碼”“建立地面鏈路”“建立地面鏈路證實”“切換指令”(HB)“切換證實”(HB)“結(jié)束”“切換指令”（HA）BS1MSC1MSC2BS2VLR27.3GSM系統(tǒng)的控制與管理7.4FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量-0一.FDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量7.4FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量蜂窩通信系統(tǒng)由若干個小區(qū)構(gòu)成一個區(qū)群，區(qū)群之間實現(xiàn)頻率再用，使用相同頻率的小區(qū)稱為共道小區(qū)，共道小區(qū)之間存在相互干擾稱為共道干擾。7.4FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量若蜂窩網(wǎng)的每個區(qū)群含7個小區(qū)和各基站采用全向天線時，令小區(qū)半徑為r，兩個相鄰共道之間的距離為。把共道干擾控制在允許的數(shù)量而需要的值稱為共道干擾抑制因子(或稱共道再用因子)，即共道再用因子α為7.4FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量可得載干比的表示式為式中，C是信號功率；n0是背景噪聲功率(這里可忽略不計)；Ii是來自第i個共道小區(qū)的干擾功率。假如傳播損耗與傳播距離的4次方成比例，接收機收到的信號功率與第i個共道小區(qū)的干擾功率可分別寫成：7.4FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量式中，A為比例常數(shù)。因此式中，取信號的傳播距離等于小區(qū)半徑r(移動臺處于小區(qū)邊緣)，是考慮到載干比在最不利的情況下也要達(dá)到預(yù)定的門限值。此外，由圖9-42可見，共道干擾的傳播距離Di在i的取值不同時不會完全相等，但其差異并不太大，因而為了分析方便，可以令Di=D，于是有7.4FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量假如規(guī)定的載干比門限值為(C/I)S,則當(dāng)蜂窩系統(tǒng)的總頻道數(shù)M=W/B(W為頻段寬度，B為頻道間隔)和區(qū)群小區(qū)數(shù)N確定后，每一小區(qū)的可用頻道數(shù)n可以求出為由式(9-4)可知7.4FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量可得上式說明：蜂窩系統(tǒng)可以分配給每個小區(qū)的信道數(shù)除了取決于總信道數(shù)之外，還取決于要求的載干比。換句話說，為了保證某一載干比，需要通過選擇合適的共道再用因子或區(qū)群小區(qū)數(shù)。7.4FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量基站若采用定向天線把小區(qū)分成多扇區(qū)進(jìn)行工作，可以減小系統(tǒng)中的共道干擾。因為定向天線具有方向性，共道干擾只能在一定位置上和一定范圍內(nèi)才能產(chǎn)生干擾作用，因而共道小區(qū)的有效數(shù)目要減小。由圖9-43可見，采用120°定向天線的三扇區(qū)，其共道干擾源將由原來的6個減少到2個，六扇區(qū)的共道干擾源由原來的6個減少到1個。干擾源的減少意味著實際的載干比得以提高，如果保持要求的載干比(C/I)S不變，則可以減小共道再用因子α，即減少每個區(qū)群的小區(qū)數(shù)N，從而增加每小區(qū)的可用信道數(shù)目，即提高系統(tǒng)的通信容量。7.4FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量也可以用式(9-10)進(jìn)行計算，但是式中的信道寬度，在FDMA中即為頻道寬度。在TDMA中，一個頻道包含若干信道，為此采用等效信道寬度概念。TDMA系統(tǒng)劃分信道的辦法是首先把頻段W劃分成若干頻道，然后在每一頻道上再劃分成若干時隙。用戶使用的信道是在某一頻道上的某一時隙。若TDMA系統(tǒng)的頻道寬度為B0，而每一頻道包含m個時隙，則等效信道寬度為B0/m,相應(yīng)的信道總數(shù)為M=mW/B0。二.TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量7.4FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量盡管TDMA系統(tǒng)在每一頻道上可以分成m個時隙作為m個信道使用，但是不能由此而說其等效信道總數(shù)比FDMA系統(tǒng)的信道總數(shù)增大m倍。因為，話音編碼速率確定后，傳輸一路話音所需要的頻帶也是確定的。TDMA系統(tǒng)在一個頻道上用m個時隙傳輸m路話音，它所占用的頻道寬度必然比FDMA系統(tǒng)傳輸一路話音所需要的頻道寬度大m倍。從原理上說，在系統(tǒng)總頻段相同的條件下，數(shù)字TDMA系統(tǒng)的等效信道總數(shù)和數(shù)字FDMA系統(tǒng)的信道總數(shù)是一樣的。如果二者所要求的載干比(C/I)S也是相同的話，則二者的通信容量也是一樣的。例如，設(shè)通信系統(tǒng)的總頻段為96kHz，各路數(shù)字話音速率為16kb/s，傳輸一路話音需要的帶寬為16kHz。采用FDMA方式時，可劃分的頻道(即信道)總數(shù)為96/16=6。采用TDMA方式時，如每個頻道分3個時隙，則所需頻道寬度為3×16=48kHz，因而只能把總頻段劃分為2個頻道，即等效信道總數(shù)也是2×3=6。7.4FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量要提高數(shù)字蜂窩系統(tǒng)的通信容量，必須采用先進(jìn)的技術(shù)措施。其中，最基本的辦法是采用先進(jìn)的話音編碼技術(shù)。這種編碼技術(shù)不僅要降低話音編碼的數(shù)據(jù)率，而且要有效地進(jìn)行差錯保護(hù)。比如，在一個話音幀中，根據(jù)各類比特對差錯敏感程度的不同分類進(jìn)行編碼保護(hù)，對差錯敏感的比特(這些比特發(fā)生錯誤后會明顯降低話音質(zhì)量)要采用糾錯能力較強的編碼，而對差錯不敏感的比特可以不進(jìn)行編碼保護(hù)。這樣，采用先進(jìn)話音編碼的數(shù)字通信系統(tǒng)與模擬通信系統(tǒng)相比，在話音質(zhì)量要求相同的情況下，所需的載干比(C/I)S值可以降低，比如從18dB降低到10～12dB，因而其共道再用因子可以減小，從而提高了通信系統(tǒng)的通信容量。7.4FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量一般來說，在系統(tǒng)的總信道數(shù)目不變和每小區(qū)的可用信道數(shù)目不變的條件下，小區(qū)的半徑越小，則單位面積的通信容量越大。但是小區(qū)半徑的減小是以增加基站數(shù)目和以縮短移動臺過區(qū)切換時間為前提的。例如，小區(qū)半徑減小到原來的1/5，每小區(qū)覆蓋面積要減小到原來的1/25,原來由一個小區(qū)覆蓋的地區(qū)必須由25個小區(qū)進(jìn)行覆蓋。這樣，當(dāng)移動臺在快速移動中通信時，其過境切換的頻度必然增大，這就要求通信網(wǎng)絡(luò)以更快的速度進(jìn)行信號強度測量以及進(jìn)行切換信令的傳輸、處理和操作。TDMA蜂窩網(wǎng)絡(luò)由于采用了移動臺輔助切換技術(shù)(MAHO)，能明顯加快移動臺的過區(qū)切換速度，其小區(qū)半徑可以減小到0.5km，因而其單位面積的通信容量或者說通信系統(tǒng)的總?cè)萘靠梢蕴岣?.4FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量要對任何蜂窩通信系統(tǒng)容量進(jìn)行評估，重要而可靠的辦法是對通信和話音質(zhì)量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的主觀測試，從而準(zhǔn)確地確定這種通信系統(tǒng)所需要的載干比(C/I)S。根據(jù)(C/I)S不難求出區(qū)群的小區(qū)數(shù)N。三種TDMA蜂窩系統(tǒng)的(C/I)S及N如表9-5所示。三.三種TDMA蜂窩系統(tǒng)的容量比較三種TDMA系統(tǒng)的