第4章GSM（全球數字移動通信）系統

GSM系統概述

GSM的無線接口頻率復用技術

GSM的控制與管理學習目標熟練掌握GSM的概念、系統結構和特點，能用自己的語言陳述GSM系統發展、業務與應用。熟練掌握GSM系統的信道結構、幀結構和GSM系統的基帶處理流程。掌握頻率復用的原理和方法。初步能用自己的語言陳述一些GSM的控制與管理工作流程如位置更新、切換等。4.1什么是GSM系統GSM的發展GSM的業務與應用1．GSM系統概述

GSM數字移動通信系統源于歐洲。1982年，歐洲已開始了模擬蜂窩移動系統的運營。4.1.1GSM的發展1987年GSM成員國就以下問題達成一致意見：數字系統采用窄帶時分多址TDMA

規則脈沖激勵線性預測RPE-LTP話音編碼高斯濾波最小移頻鍵控GMSK調制方式

1990年完成了GSM900的規范，1991年在歐洲開通了第一個系統，從此移動通信跨入了第二代數字移動通信系統。同年，移動特別小組還完成了制定1800MHz頻段的規范，名為DCS1800系統。兩系統均可通稱為GSM系統。1992年大多數歐洲GSM運營者開始商用業務。2008年，全球GSM手機用戶已達30億，占全球移動無線用戶總數的88%。在這之后，GSM用戶逐漸轉網為3G用戶。GSM系統有如下的特點：GSM有越區切換和漫游功能，可以實現國際漫游；GSM有較好的保密功能；GSM還有一些其它的特點，如容量大、通話質量較好等。2．GSM的系統構成及其特點GSM系統的主要參數包括頻段、頻段寬度等，具體參數如下：頻段：上行鏈路：890MHz~915MHz為移動臺發、基站收的頻段；下行鏈路：935MHz~960MHz為基站發、移動臺收的頻段；頻段寬度：25MHz；通信方式：全雙工；載波間隔：200kHz；信道分配：TDMA每載波8時隙，全速率信道8個，半速率信道16個；3．GSM系統的主要參數信道總速率：270.83kbit/s；調制方式：GMSK，調制指數為0.3；語音編碼：RPE-LPT13kbit/s規則脈沖激勵線性預測編碼；數據速率：9.6kbit/s。4.1.2GSM的業務與應用（可不講）GSM業務按照ISDN的原則主要分為電信業務和數據業務。我們一般所說的GSM業務主要是指其用戶業務，用戶業務可分為三大類：

（1）電信業務電信業務是GSM系統提供的最重要業務。經過GSM網與固定網，為移動用戶與移動用戶之間或移動用戶與固定網電話用戶之間提供實時雙向會話。（2）承載業務或數據業務該類業務所支持的業務數據速率從300bps到9.6kbps。GSM可以為用戶數據提供標準信道編碼。（3）補充ISDN業務（自己看）

本質上是數字業務，又分為如下幾種：號碼識別類補充業務，主要包括主叫號碼識別顯示、主叫號碼識別限制、被叫號碼識別顯示、被叫號碼識別限制和惡意呼叫識別等；呼叫提供類補充業務，主要包括無條件呼叫前轉、遇用戶忙呼叫前轉、遇無應答呼叫前轉、遇移動用戶不可及呼叫前轉、呼叫轉移和移動接入搜索等；呼叫完成類補充業務，主要包括呼叫等待、呼叫保持等；計費類補充業務，主要包括計費通知、免費業務和對方付費等；呼叫限制類補充業務。4.2GSM的無線接口GSM的幀結構GSM的信道結構GSM的基帶處理移動終端與網絡之間的接口為無線接口，它是保證移動臺與系統設備之間互通的主要接口。無線接口自下而上分為三層：物理層、數據鏈路層和第三層。第三層又分為三個子層：無線資源管理層（RR）、移動性管理層（MM）和連接管理層（CM）。其中：RR（無線資源管理層）完成專用無線信道連接的建立、操作和釋放等，它是在移動臺與基站子系統間進行的；MM（移動性管理層）完成位置更新、鑒權和臨時移動用戶號碼的分配等工作；CM（連接管理層）完成電路交換的呼叫建立、維持和結束。4.2.1GSM的幀結構

GSM系統采用時分多址、頻分多址和頻分雙工的制式，每個TDMA信道上的一個時隙中的信息格式稱為突發脈沖序列(Burst)，簡稱突發序列。突發脈沖序列占有一個限定的持續時間和無線頻譜，它們在時間和頻率窗上輸出，而這個窗被人們稱為隙縫（Slot）。確切地說，在系統頻段內，每200KHz設置時隙縫的中心頻率，每隙縫在時間上循環地發生，每次占15/26ms，即近似為0.577ms。這樣，我們可用時間/頻率圖把隙縫畫為一個小矩形，其長為15/26ms，寬為200KHz，如圖4-1所示。

圖4-1GSM中的頻隙與時隙

在給定的小區內，所有隙縫的時間范圍是同時存在的。這些隙縫的時間間隔稱為時隙（TimeSlot），而它的持續時間被用于作為時間單元，記為BP，意為突發脈沖序列周期（BurstPeriod）。使用一個給定的信道就意味著在特定的時刻和特定的頻率，也就是說在特定的隙縫中傳送突發脈沖序列。通常，一個信道的隙縫在時間上不是鄰接的。信道對于每個時隙具有給定的時間限界和時隙號碼TN（TimeSlotNumber）。一個信道的時間限界是循環重復的。與時間限界類似，信道的頻率限界給出了屬于信道的各隙縫的頻率。它把頻率配置給各時隙，而信道帶有一個隙縫。對于固定的頻道，頻率對每個隙縫是相同的。1．幀幀（Frame）通常被表示為接連發生的i個時隙。在GSM系統圖4-1中，目前采用全速率業務信道，i取為8。一個TDMA幀包含8個時隙，這其實就是8個基本的物理信道，可用來傳輸控制數據與不同的用戶數據，如下圖4-2所示。圖4-2一個TDMA幀包含8個時隙

BroadcastControlChannel廣播控制信道2．復幀圖4-3示出了TDMA幀的完整結構，還包括了時隙和突發脈沖序列，必須記住TDMA幀是在無線鏈路上重復的物理幀。每一個TDMA幀含8個時隙，共占4.615ms。每個時隙含156.25個碼元，占0.557ms。多個TDMA幀構成復幀（Multiframe），其結構有兩種，如圖4-3中(c)所示，分別含連貫的26個或51個TDMA幀。當不同的邏輯信道復用到一個物理信道時，需要使用這些復幀。含26幀的復合幀其周期為120ms，用于業務信道及其隨路控制信道。其中24個突發序列用于業務，2個突發序列用于信令。含51幀的復合幀其周期為3060/13≈235.385ms，專用于控制信道。控制信道用于傳送信令或同步數據。圖4-3GSM幀、時隙和突發脈沖序列3．超幀多個復幀又構成超幀（Superframe），它是一個連貫的51×26TDMA幀。即一個超幀可以是包括51個26TDMA復幀，也可以是包括26個51TDMA復幀，如圖4-3中(b)所示。超幀的周期均為1326個TDMA幀，即6.12秒。4．超高幀多個超幀構成超高幀（Hyperframe）。它包括2048個超幀，如圖4-3中(a)所示，周期為12533.76秒，即3小時28分53秒760毫秒，用于加密的話音和數據。超高幀每一周期包含2715648個TDMA幀，這些TDMA幀按序編號，依次從0至2715647，幀號在同步信道中傳送。幀號在跳頻算法中是必需的。時分數字系統的無線載波發送用間歇方式。突發開始時，載波電平從最低值迅速升到預定值并保持一段時間，此時發送突發中的有用信息，然后又迅速降到最低值，結束一個突發的發送。突發的開始和結束階段傳送的是保護部分。5．突發脈沖序列（BP）從圖4-3中我們可看出，GSM建議中對不同的邏輯信道規定了五種不同類型的突發脈沖序列幀結構：（1）常規突發脈沖序列（NB,normalburst）NB：它用于TCH（業務信道）和控制信道。業務信道要傳送話音的1/4段，即57*2=114bit，中間為26bit的訓練比特，它用于收端均衡，在26bit兩端的各1bit為“借用比特”，用它標明是否為FACCH(快速輔助控制信道)偷幀。尾比特總是3個“0”，以幫助均衡器知道起始位和停止位。最后是8.25bit的空白空間，作為保護間隔。這個突發總共有156.25bit，時長為576.9μs，每個碼元時長為3.69μs，所以速率為270kb/s。（2）頻率校正突發脈沖序列（FB,frequencyburst）（3）同步突發脈沖序列（SB,synchronizationburst）（4）接入突發脈沖序列（AB,accessburst）（5）空閑突發脈沖序列（DB）4.2.2GSM的信道結構物理信道：采用頻分和時分復用的組合，它由用于基站（BS）和移動臺（MS）之間連接的時隙流構成。這些時隙在TDMA幀中的位置，從幀到幀是不變的，參見圖4-1。邏輯信道：是在一個物理信道中作時間復用的。不同邏輯信道用于BS和MS間傳送不同類型的信息，例如信令或數據業務。而邏輯信道是根據BTS與MS之間傳播的消息種類不同而定義的不同邏輯信道。

GSM的邏輯信道又分為兩類：

●一類是業務信道（TCH），用于傳輸話音和數據；

●另一類是控制信道（CCH），用于傳輸各種信令信息，跟蹤整個通信過程。邏輯信道類型如圖4-4示。圖4-4邏輯信道類型慢速輔助控制信道頻率校正信道同步信道尋呼信道準許接入信道隨機接入信道

1業務信道業務信道又分為話音業務信道和數據業務信道，如圖4-5所示。（1）話音業務信道按速率的不同，可分為全速率話音業務信道（TCH/FS）和半速率話音業務信道（TCH/HS）。對于全速率話音編碼，話音幀長20ms，每幀含260bit話音信息。（2）數據業務信道按速率的不同，也分為全速率數據業務信道和半速率數據業務信道。圖4-5TCH信道示意圖2控制信道

控制信道用于傳送信令和同步信號。又分為廣播信息信道、公共控制信道和專用控制信道。（1）廣播信息（BCH）：是“一點對多點”的單方向控制信道，用于基站向所有移動臺廣播公用信息。傳輸的內容是移動臺入網和呼叫建立所需要的各種信息，它又分為以下信道：頻率校正信道（FCCH）：傳輸供移動臺校正其工作頻率的信息，使手機工作在合適的頻率；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；廣播控制信道（BCCH）：傳輸通用信息，用于移動臺測量信號強度和識別小區標志等。（2）公共控制信道（CCCH）：是“一點對多點”的雙向控制信道，其用途是在呼叫接續階段，傳輸鏈路連接所需要的控制信令與信息，它又分為以下信道：尋呼信道（PCH）：傳輸基站尋呼移動臺的信息；隨機接入信道（RACH）：上行信道。移動臺申請入網時，向基站發送入網請求信息；準許接入信道（AGCH）：下行信道。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）：是一種“點對點”的雙向控制信道，其用途是在呼叫接續階段和在通信進行當中，在移動臺和基站之間傳輸必需的控制信息。其中又分為：①獨立專用控制信道（SDCCH）：傳輸移動臺和基站連接和信道分配的信令。例如，登記、鑒權等信令均在此信道上傳輸，經鑒權確認后，再分配業務信道。②慢速輔助控制信道（SACCH）：在移動臺和基站之間，需要周期地傳輸一些特定的信息，例如，移動臺要不斷地報告正在服務的基站的信號強度。此外，基站對移動臺的功率調整也在此信道上傳輸。SACCH是安排在業務信道和有關的控制信道中，以復接方式傳輸信息。安排在業務信道時，以SACCH/T表示，安排在控制信道時，以SACCH/C表示。

③快速輔助控制信道（FACCH）：傳送與SDCCH(獨立專用控制信道)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。使用時要中斷業務信息（4幀），把FACCH(快速輔助控制信道)插入。4.2.3GSM的基帶處理話音信號在發送端無線接口的基帶處理過程如下圖4-6所示，接收端的處理過程相反。圖4-6語音在MS中的處理過程語音編碼:P151信道編碼:P151

信道編碼過程交織

456比特交織、三個語音幀、突發脈沖的結構、塊間交織突發脈沖的形成加密調制和解調跳頻

GSM簡化發送過程(可不講)語音信號為模擬量，通過話筒送入手機，對它進行抽樣模數轉換及語音編碼，變成13kbit/s的數據流；編碼輸入為每20ms一段，將2080bit經編碼壓縮后變為260bit，語音編碼后再進入信道編碼，編碼完成后再與控制器產生的信令信號經編碼后混合，形成傳輸速率為22.8kbit/s。編碼后的語音和信令再進入交織及加密單元。交織單元分兩步交織:一為3組8個57bit塊交織組合為2組114bit塊，二為此114bit塊再內自行交織，然后這些塊進入加密單元與加密數據的114bit進行異或形成加密后的比特流。加入其它變成156.25bit的Burst。然后組合到TDMA幀和時隙中去，形成復幀、超幀及超高幀，最后形成270.833kbit/s的TDMA幀數據流送到調制解調器發送。4.3頻率復用技術頻率復用原理常規頻率復用技術緊密頻率復用技術蜂窩系統的擴容4.3.1頻率復用原理

蜂窩通信網絡把整個服務區域劃分為若干個小區，各小區均用小功率的發射機進行覆蓋，許多小區像蜂窩一樣能布滿任意形狀的服務地區。

蜂窩系統的基本原理是頻率復用。通常，相鄰小區不允許使用相同的頻道，否則會發生相互干擾，但由于各小區在通信時所使用的功率較小，因而任意兩個小區只要相互之間的空間距離大于某一數值，即使使用相同的頻道，也不會產生顯著的同道干擾。f1f3f2f1相鄰小區不能使用同樣的頻率兩個小區間隔一定的距離，可以使用相同的頻率。為此，把若干相鄰的小區按一定數目劃分成區群，并把可供使用的無線頻道分成若干個頻率組，區群內小區均使用不同的頻率組。而任意小區使用的頻率組，在其它區群相應的小區中還可以再用，這就是頻率復用，如圖4-13所示。圖4-13蜂窩系統頻率復用示意圖使用7組頻率，小區1和小區8的頻率相同，此即頻率復用。

一般說，小區越小，單位面積可容納的用戶越多，即系統的頻率復用率越高。當用戶數增多并達到小區所能服務的最大限度時，若把小區分成更小的區域，那么分裂后的新小區能支持和原小區同樣數量的用戶，也就提高了系統單位面積可服務的面積數，這種過程稱為小區分裂。但是不能無限制地減小小區面積從而增加用戶數量，因為小區半徑減小到原小區半徑的1/10時，可容納的用戶數可增加100倍，而小區數也需要增加100倍，但也要增加100倍的基站，但這會增加費用，所以小區面積要折衷才行。DDD的距離太小，則同頻干擾就大，所以D也不能太小。

4.3.2常規頻率復用技術

頻譜利用效率可以用頻率復用度來表征，它反映了頻率復用的緊密程度。對于n×m頻率復用方式，n表示有n個基站，m表示每個基站有m個小區，那么它的頻率復用度為freuse=n×m頻率復用度越小，其頻率復用越緊密，頻率的利用率越高，如圖4-14所示。

圖4-14頻率復用度示意圖用的頻率多，則用的設備多，不經濟用的頻率少，則用的設備少，較經濟在GSM系統中，最基本的頻率復用方式為4×3頻率復用方式，“4”表示4個基站，“3”表示每基站3個小區，即將一個蜂窩等分成三份，共有12個頻率，它的頻率復用度為12，能滿足要求。

圖4-154*3頻率復用方式4.3.3緊密頻率復用技術隨著用戶的增多，分配給每個小區的信道數逐漸不夠用了。因此需要給單位覆蓋區域提供更多的信道。在實際應用中小區分裂等是增大蜂窩系統容量的有效方法。另外也可以采用緊密頻率復用技術來提高網絡容量。比較典型的頻率緊密復用技術主要有:3x3,2x6,2x3,MRP,1x3,1x1復用技術以及同心圓技術。MRP(MultipleReusePattern)即多重復用技術，其實質是將載波分層，各層采用不同的復用模式，以達到擴容的目的。多重復用就是把所有頻帶分為幾部分,每部分采用不同的頻率復用系數,就是說同一網絡采用不同的頻率復用方式。例如共有37個信道,其中控制信道載頻以12扇區為一復用群,業務信道載頻分別以9、6、4扇區為復用群。在多重復用方式中,同一小區的業務載頻的復用度之所以能一個比一個高,是因為采用跳頻技術。MRP技術可逐步提高網絡容量，比僅使用3x3復用方式網絡容量高，與2x3,1x3相比對網絡質量影響小。下面介紹1x3頻率復用方式，采用1x3頻率復用方式時，每個基站的三個小區組成一個簇，按簇進行頻率復用，即每個基站的1,2,3小區分別使用相同的頻率集，如圖4-16所示。圖4-161x3頻率復用方式1，2，3小區使用射頻跳頻。

1x3緊密復用方式的復用度比3x3復用方式和MRP技術更加緊密，能提高更多的容量。采用射頻跳頻，獲取比基帶跳頻更大的跳頻增益。當然，隨著復用距離的減小，同頻和鄰頻干擾也顯著增加。為此，研究人員開發出了同心圓技術，如圖4-17所示。

圖4-17同心圓復用方式外層,4×3復用方式內層，密化的復用方式同心圓技術就是在GSM網中，將小區分為兩層，外層和內層。外層的覆蓋范圍是傳統的蜂窩小區，而內層的覆蓋范圍主要集中在基站附近；外層一般采用常規的4x3復用方式，而內層則采用密化的復用方式，如3x3,2x3或1x3等。因而，所有的載頻被分為兩組，一組用于外層，一組用于內層。外層和內層是共站址的，而且共用一套天線系統。共用同一個廣播控制信道（BCCH），但公共控制信道(CCCH)必須設置在外層載頻信道上，這就意味著通話的建立必須在外層信道上進行。

使用同心圓技術，我們將把一個小區的載頻根據頻率復用情況分為內圓載頻和外圓載頻。頻率復用度低（頻率數多）的載頻，其干擾也低，因此配置為外圓載頻；頻率復用度高（頻率數少）的載頻干擾大，配置為內圓載頻。對于離基站近的地區，呼叫的上下行電平高，抗干擾能力強，因此我們希望能將這種呼叫分配到內圓載頻上。而在離基站遠的地區，其電平相對較低，抗干擾能力弱。將這種呼叫分配到外圓載頻上，這樣該呼叫受到的干擾小，話音質量好。這樣，對于大面積開通的同心圓小區來說，可以降低整網的干擾效應；反過來說，要降低整網的干擾，只開通少數同心圓小區是不起作用的。例如，只開通了一個同心圓小區，對于這個同心圓小區來說，它根據同心圓的信道分配技術，減少了對其他臨近小區的干擾，但是其他小區對該同心圓小區的干擾并沒有減少，網絡質量沒有明顯改善。

4.3.4蜂窩系統的擴容若要進一步提高系統容量，還可以使用小區分裂和裂向。（1）小區分裂技術小區分裂是將擁塞的小區分成更小的小區的方法。由于小區分裂提高了信道的復用次數，因而能提高系統容量。如圖4-18所示。圖4-18小區分裂示意圖圖2-28小區的分裂（2）小區裂向技術

另一種增大系統容量的辦法就是保持小區半徑不變，而設法減小D/R的比值。下面介紹裂向（劃分扇區技術）。

蜂窩系統中的同頻干擾能通過用定向天線來代替基站中單獨的一根全向天線而減小，其中每個定向天線輻射某一特定的扇區。使用定向天線來減小同頻干擾，從而提高系統容量的技術稱為裂向。同頻干擾減小的因素取決于使用扇區的數目。通常一個小區劃分為3個120°的扇區或是6個60°的扇區。如圖4-19（a）和（b）所示。圖4-19（a）120度裂向；（b）60度裂向假設為7小區復用，對120°扇區，第一層的干擾源數目由6個下降到2個。這是因為6個同頻小區中只有2個能接收到相應信道組的干擾。這樣就可以提高SIR（信干比），從而提高系統容量。

作業：P1454.1.2①③P1544.2.1②，4.2.2②,4.2.4②P1604.3.1①②,4.3.2①②4.3.3小區分裂技術4.3.4①*4.4GSM的控制與管理MS開機，網絡對它作“附著”標記MS關機，從網絡中“分離”MS忙周期性登記位置更新切換保密處理主叫1MS開機，網絡對它作“附著”標記

MS開機，首先要進行IMSI附著，又分以下三種情況：（1）若MS是第一次開機：在SIM卡中沒有位置區識別碼（LAI），MS向MSC發送“位置更新請求”消息，通知GSM系統這是一個此位置區的新用戶。MSC根據該用戶發送的IMSI號，向HLR發送“位置更新請求”，HLR記錄發請求的MSC號以及相應的VLR號，并向MSC回送“位置更新接受”消息。至此MSC認為MS已被激活，在VLR中對該用戶對應的IMSI上作“附著”標記，再向MS發送“位置更新證實”消息，MS的SIM卡記錄此位置區識別碼。（2）若MS不是第一次開機，而是關機后再開機的，MS接受到的LAI與它SIM卡中原來存儲的LAI不一致，則MS立即向MSC發送“位置更新請求”，VLR要判斷原有的LAI是否是自己服務區的位置：如判斷為肯定，MSC只需要將該用戶的SIM卡中原來的LAI碼改成新的LAI碼即可；若為否定，MSC根據該用戶的IMSI號中的信息，向HLR發送“位置更新請求”，HLR在數據庫中記錄發請求的MSC號，再回送“位置更新接受”，MSC再對用戶的IMSI作“附著”標記，并向MS回送“位置更新證實”消息，MS將SIM卡原來的LAI碼改成新的LAI碼。（3）MS再開機時，所接收到的LAI與它SIM卡中原來存儲的LAI相一致：此時VLR只對該用戶作“附著”標記。2MS關機，從網絡中“分離”MS切斷電源后，MS向MSC發送分離處理請求，MSC接收后，通知VLR對該MS對應的IMSI上作“分離”標記，此時HLR并沒有得到該用戶已脫離網絡的通知。當該用戶被尋呼后，HLR向拜訪地MSC/VLR要漫游號碼（MSRN）時，VLR通知HLR該用戶已關機。3MS忙此時，給MS分配一個業務信道傳送話音或數據，并在用戶ISDN上標注用戶“忙”。4周期性登記當MS向網絡發送“IMSI分離”消息時，有可能因為此時無線質量差或其他原因，GSM系統無法正確譯碼而仍認為MS處于附著狀態。或者MS開著機，卻移動到覆蓋區以外的地方，即盲區，GSM系統也不知道。在這兩種情況下，該用戶若被尋呼，系統就會不斷地發出尋呼消息，無效占用無線資源。為了解決上述問題，GSM系統采用了強制登記的措施。要求MS每過一定時間登記一次，這就是周期性登記。若GSM系統沒有接收到MS的周期性登記信息，它所處的VLR就以“隱分離”狀態在該MS上做記錄，只有當再次接收到正確的周期性登記信息后，才將它改寫成“附著”狀態。5位置更新當移動臺更換位置區時，移動臺發現其存儲器中的LAI與接收到的LAI發生了變化，便執行登記，這個過程就叫“位置更新”。位置更新是移動臺主動發起的，共有兩種情況：同一MSC局內的位置區更新和越局位置區更新。（1）同一MSC局內的位置更新：這時HLR并不參與位置更新過程，如圖4-20所示：①移動臺漫游到新位置區時，分析出接收到的位置區號碼和存儲在SIM卡中的位置區號碼不一致，就向當前的基站控制器（BSC）發一個位置更新請求。②BSC接收到MS的位置更新請求，就向MSC/VLR發一個位置更新請求。③VLR修改這個MS的數據，將位置區號碼改成當前的位置區號碼，然后向BSC發一個應答消息。④BSC向MS發一個應答消息，MS將自己SIM卡中存儲的位置區號碼改成當前的位置區號碼。這樣，一個同一MSC局內的位置更新過程就結束了。圖4-20同一MSC局內的位置更新（2）越局位置更新當移動用戶從一個MSC局漫游到另一個MSC局時，就要進行越局位置更新。這時HLR就要參與位置更新過程，如圖4-21所示。不同MSC之間的位置更新比同一MSC內的位置更新稍復雜一些，在這里為了描述方便，稱用戶原來所在的MSC局為MSC1，漫游到的MSC局為MSC2，在圖中基站控制器（BSC）已省略，但描述時仍將提到BSC，將BSC和MSC一樣稱為BSC1和BSC2，具體步驟如下：①移動用戶漫游到另一個MSC局時，移動臺（MS）發現當前的位置區號碼和SIM卡中存儲的位置區號碼不一致，就向BSC2發位置更新請求，BSC2向MSC2發一個位置更新請求。②MSC/VLR2接到位置更新請求，發現當前MSC中不存在該用戶信息（從其他MSC漫游過來的用戶），就向用戶登記的HLR發一個位置更新請求。③HLR向MSC/VLR2發一個位置更新證實，并將此用戶的一些數據傳送給MSC/VLR2。④MSC/VLR2通過BSC2給MS發一個位置更新證實消息，MS接到后，將SIM卡中位置區號碼改成當前的位置區碼。⑤HLR負責向MSC/VLR1發消息，通知VLR1將該用戶的數據刪除。這里要特別提出的是：在每次位置更新之前，都將對這個用戶進行鑒權。總之，位置更新總是由新BTS發起的；總要修改VLR數據；相同MSC不修改HLR數據，不同MSC要修改HLR數據。圖4-21不同MSC之間的位置更新

6切換切換首先是BTS要通知MS將其周圍小區BTS的有關信息及BCCH載頻信號強度進行測量，同時還要測量它所占用的TCH的信號強度和傳輸質量，再將測量結果發送給基站控制器(BSC)，BSC根據這些信息對周圍小區進行比較排隊(這就是“定位”)，最后由BSC做出是否需要切換的決定(見圖4-22所示)。另外，BSC還需判別在什么時候進行切換，切換到哪個BTS。圖4-22BSC決定是否要切換（1）BSC內切換在這種情況下，BSC需要建立與新BTS間的鏈路，并在新小區內分配一個TCH供MS切換到此小區后使用，而網絡MSC對這種切換不做進一步了解。由于切換后鄰近小區發生了變化，MS必須接收了解有關新的鄰近小區的信息。若MS所在的位置區也變了，那么在呼叫完成后還需進行位置更新。其具體的工作流程見圖4-23所示。①BSC預訂新的BTS激活一個TCH；②BSC通過舊BTS發送一個包括頻率、時隙及發射功率參數的信息至MS，此信息在FACCH上傳送；③MS在規定新頻率上發送一個切換接入突發脈沖，通過FACCH發送；④新BTS收到此突發脈沖后，將時間提前量信息通過FACCH回送MS；⑤MS通過新BTS向BSC發送一切換成功信息；⑥BSC要求舊BTS釋放TCH。圖4-23相同BSC控制小區間的切換（2）相同MSC／VLR業務區，不同BSC間的切換。在這種情況下，網絡很大程度地參與了切換過程。BSC需向MSC請求切換，然后再建立MSC與新的BSC、新的BTS的鏈路，選擇并保留新小區內空閑TCH供MS切換后使用，然后命令MS切換到新頻率的新TCH上。切換成功后MS同樣需要接收了解周圍小區信息，由于位置區發生了變化，在呼叫完成后還須進行位置更新。其具體的工作流程見圖4-24所示。①舊BSC把切換請求及切換目的小區標識一起發給MSC；②MSC判斷是哪個BSC控制的BTS，并向新BSC發送切換請求；③新BSC預訂目標BTS激活一個TCH；④新BSC把包含有頻率時隙及發射功率的參數通過MSC，舊BSC和舊BTS傳到MS；⑤MS在新頻率上通過FACCH發送接入突發脈沖；⑥新BTS收到此脈沖后回送時間提前量信息至MS；⑦MS發送切換成功信息通過新BSC傳至MSC；⑧MSC命令舊BSC去釋放TCH；⑨BSC轉發MSC命令至BTS并執行圖4-24同MSC下不同BSC控制小區間的切換（3）不同MSC間的切換這是一種最復雜的情況，切換前需進行大量的信息傳遞。這種切換由于涉及兩個MSC，我們稱切換前MS所處的MSC為服務交換機（舊MSC），切換后MS所處的MSC為目標交換機（新MSCB）。MS原所處的BSC根據MS送來的測量信息作決定需要切換，就向舊MSC發送切換請求，舊MSC再向新MSC發送切換請求，新MSC負責建立與新BSC和BTS的鏈路連接，新MSC向舊MSC回送無線信道確認。根據越局切換號碼（HON），兩交換機之間建立通信鏈路，由舊MSC向MS發送切換命令，MS切換到新的TCH頻率上，由新的BSC向新MSC，新MSC向舊MSC發送切換完成指令。舊MSC控制原BSC和BTS釋放原TCH。其具體的工作流程見圖4-25所示。①舊BSC把切換目標小區標志和切換請求發至舊MSC；②舊MSC判斷出小區屬另一MSC管轄；③新MSC分配一個切換號（路由呼叫用）并向新BSC發送切換請求；④新BSC激活BTS的一個TCH；⑤新MSC收到BSC回送信息并與切換號一起轉至舊MSC；⑥一個連接在MSC間被建立也許會通過PSTN網；⑦舊MSC通過舊BSC向MS發送切換命令其中包含頻率時隙和發射功率；⑧MS在新頻率上發一接入突發脈沖通過FACCH；⑨新BTS收到后回送時間提前量信息通過FACCH；⑩MS通過新BSC和新MSC向舊SCM發送切換成功信息；圖4-25不同MSC下控制小區間的切換7保密處理在GSM數字移動通信系統中，為了保密與安全起見，用戶接入網絡系統（開機、起呼、尋呼等），需要對用戶合法性進行檢查，如圖4-26所示。具體包括兩部分：（1）用戶終端的合法性（2）用戶身份的合法性密碼參數Ki：同時存貯在用戶SIM卡和鑒權中心AUC中；算法：鑒權算法A3、加密算法A8等；鑒權參數組：隨機數RAND、應答信號（殘留結果）SRES、密鑰Kc。圖4-26用戶合法性檢測實現GSM系統的保密與安全，主要的方法有以下幾種：（1）PIN碼：這是一種簡單的鑒權方法。（2）鑒權：鑒權的計算如下圖4-27所示。圖4-27鑒權的計算（3）加密在GSM中為確保用戶信息以及與用戶有關的信令信息的私密性，采用了加密算法，加密對象可以是用戶信息（語音、數據……），也可以是與用戶相關的信令（例如攜帶被呼號碼的消息），甚至是與系統相關信令（例如攜帶著準備切換的無線測量結果的消息）等。加密和解密是對114個無線突發脈沖編碼比特與一個由特殊算法產生的114比特加密序列進行異或運算（A5算法）完成的。為獲得每個突發加密序列，A5對兩個輸入進行計算：一個是幀號碼，另一個是移動臺與網絡之間同意的密鑰（稱為Kc），見圖4-28。上行鏈路和下行鏈路上使用兩個不同的序列：對每一個突發，一個序列用于移動臺內的加密，并作為BTS中的解密序列；而另一個序列用于BTS的加密，并作為移動臺的解密序列。圖4-28加密和解密幀號：幀號編碼成一連串的三個值，總共加起來22比特。對于各種無線信道，每個突發的幀號都不同，所有同一方向上給定通信的每個突發使用不同的加密序列。A5算法：必須在國際范圍內規定，該算法可以描述成由22比特長的參數（幀號碼）和64比特長參數（Kc）生成兩個114比特長的序列的黑盒子。密鑰Kc：開始加密之前，密鑰Kc必須是移動臺和網絡同意的。GSM中選擇在鑒權期間計算密鑰Kc；然后把密鑰存貯于SIM卡的永久內存中。在網絡一側，這個“潛在”的密鑰也存貯于拜訪MSC/VLR中，以備加密開始時使用。由RAND（與用于鑒權的相同）和Ki計算Kc的算法為A8算法。與A3算法（由RAND和Ki計算SRES的鑒權算法）類似，可由運營者選擇決定。Kc的計算如下圖4-29所示：圖4-29Kc的計算（4）用戶身份保護加密方法雖然有效，但不能用來在無線路徑上保護每一次的信息交換。首先，加密不能應用于公共信道；其次，當移動臺轉到專用信道，網絡還不知道用戶身份時，也不能加密。第三方就有可能在這兩種情況下偵聽到用戶身份，從而得知該用戶此時漫游到的地點。這對于用戶的隱私性來說是有害的，GSM中為確保這種機密性引入了一個特殊的功能，即在可能的情況下通過使用臨時移動用戶身份號TMSI替代用戶身份IMSI，以保護用戶信息。TMSI由MSC/VLR分配，并不斷地進行更換，更換周期由網絡運營者設置。8主叫

以移動用戶呼叫移動用戶為例子，我們來看一下主叫的工作流程，如圖4-30所示。MS1在MSC1/VLR1的服務區、MS2在MSC2/VLR2的服務區，MS2歸屬于HLR/AUC。圖4-30移動用戶主叫移動用戶主叫用戶MS1撥叫MS2電話號碼，經過基站系統通知MSC1；MSC1分析被叫用戶MS2的電話號碼，找到MS2所屬的HLR，向HLR發送路由申請；HLR查詢MS2的當前位置信息，獲得MS2在MSC2/VLR2的服務區，HLR向MSC2/VLR2請求路由信息。MSC2/VLR2分配路由信息，即漫游號碼；MSRN，將MSRN提交給HLR；HLR將MSRN送給主叫MSC