移动通信实训室实训项目.docx

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1、第二部分 系统实验系统实验部分包括RZ6001型移动终端实验箱自环系统通信实验、移动系统信令交换实验和移动系统通信实验。RZ6001型移动终端实验箱可以自己构成一个自环系统，完成语音、数据（短信）的自环通信。同时数据还可以通过PC机接入RZ6001实验箱，在RZ6001实验箱完成自环以后又送回PC机。对于语音的自环通信，实际上完成了对输入的语音进行A/D变换，压缩编码，扩频，无线发送，传播，无线接受，解压缩，D/A变换，然后输出语音信号。对于数据的自环通信，实际上完成了对输入的数据，压缩编码，扩频，无线发送，传播，无线接受，解压缩，然后输出数据。两台RZ6001型移动终端实验箱之间也能完成相应

2、的语音何数据的传输。多台RZ6001型移动终端实验箱与配套的基站RZ6002，交换机RZ6003组成一个移动通信系统之后，其中每台RZ6001型移动终端实验箱都可以和PC机上配套的“移动系统信令实验平台”软件一起完成对移动台开机，关机，主叫，被叫，挂机的信令交互实验。通过信令交互实验，可以清晰地观察到每种情况下移动台与基站和交换机之间的信令交互过程，加深对移动通信系统的认识。多台RZ6001型移动终端实验箱与配套的基站RZ6002，交换机RZ6003组成一个移动通信系统，可以完成移动台之间的语音和数据通信。RZ6001型移动终端实验箱完成语音、数据的处理，和基站的信令交互；基站完成各终端的频率

3、分配和信令分析、处理，以及和交换机之间一起完成跨基站的移动终端实验箱之间的通信，同时将本基站管理移动终端实验箱的状态送往交换机。交换机终端完成跨基站之间的移动终端实验箱之间的通信管理，同时将各移动终端实验箱的状态送往PC机，PC机上配套移动系统软件对各移动终端实验箱的状态和数据进行显示、分类、存储和分析。同时实验箱上还配置了一个GSM模块，利用它还可以和GSM公网的普通手机进行短消息收发和语音呼叫等实验。第1章完成RZ6001型移动终端数据和语音自环系统通信实验第2章完成移动系统的信令交互实验第3章完成移动系统的通信实验第4章完成GSM模块通信实验第1章 数据和话音业务通信实验RZ6001型移

4、动终端实验箱可以自己构成一个自环系统，完成语音、数据（短信）的自环通信。同时数据还可以通过PC机接入RZ6001实验箱，在RZ6001实验箱完成自环以后又送回PC机。对于语音的自环通信，实际上完成了对输入的语音进行A/D变换，压缩编码，扩频，无线发送，传播，无线接收，解压缩，D/A变换，然后输出语音信号。对于数据的自环通信，实际上完成了对输入的数据，压缩编码，扩频，无线发送，传播，无线接受，解压缩，然后输出数据。实验一 短信收发实验一、实验目的1. 了解终端短信和数据通信的结构框图；2了解移动通信终端的短信收发过程。二、实验内容1通过键盘和液晶选择和发送短信，观测接收结果。三、实验原理通讯发达

5、的今天短信已经成为人们交流的重要手段，其中也蕴含着巨大的市场和经济利益。主要过程就是用户将编制好的短信，通过移动信道，发送给接收方，接收方收到短信，再显示出来。短信收发的结构框图如图1-1-1所示。图1-1-1 短信收发的结构框图工作过程如下：开机，DSP从FLASH加载程序代码。（1）发送方：1） 通过键盘选择短信，由单片机通过中断通知DSP；2） DSP将短信数据处理后通过串口MCBSP发送给D/A转换单元；3） D/A转换单元将数字信号变换为模拟信号，然后上变频单元通过射频将语音信号发射出去。（2）接收方1） 接收方的下变频单元，将接收的信号下变频给接收方的A/D单元；2） A/D单元将

6、模拟信号转换为数字信号，交给DSP的MCBSP；3） DSP对短信处理后，通过中断通知单片机，单片机将接收的短信内容在液晶屏上显示出来。四、实验步骤及任务1打开实验箱电源，等待实验箱初始化。初始化结束后显示“初始化完成，请使用”，此时可以进行下面操作。2先按下键盘上“菜单”键，再按下数字键“6”选择“六. 短信收发”，进入短信编辑方式选择状态；按下“1”键进入“选择短信序号”方式，显示屏显示短信编号和内容：可以通过“/确认”键和“/取消”键查看更多的短信。按下相应的数字编号选择要发送的短信内容，并启动短信发送程序；按下“2”键进入“编辑数字短信”方式，可以用键盘输入数字，输入完毕后按下“/确认

7、”键，启动短信发送程序；按下“3”键进入“编辑数字短信”方式，此时数字19分别代表字母AI，可以用键盘输入字母，输入完毕后按下“/确认”键，启动短信发送程序；3在液晶的上方显示发送的短信内容。如果接收到短信，在液晶的下方将显示收到的短信内容。4通过菜单选择短信收发实验，选择其他的短信内容，观测接收到的短信内容。实验二 数据接入CDMA信道的收发实验一、实验目的1.了解本实验箱和计算机的接口；2熟悉通过计算机来发送和接收短信的过程。二、实验内容1掌握计算机和实验箱的连接方法；2了解计算机和实验箱通信过程；3通过计算机来发送和接收短信。三、实验原理PC机发送数据的结构框图如图1-2-1所示。键盘及

8、液晶显示图1-2-1 计算机和实验箱的连接框图工作过程如下：1发送方（1）PC机和RZ6001实验箱通过RS232串口连接；（2）通过PC机端编写要发送的信息，通过串口传输给RZ6001实验箱；（3）实验箱的单片机接收到信息，通知DSP，DSP通过CDMA编码，再通过射频发送。2接收方（1）接收射频信号，下变频后，传递给DSP；（2）DSP收到数据，进行CDMA译码，并传送给单片机；（3）单片机将接收到的数据，传送给PC机，在PC机端显示处理。3. 移动GSM短信软件移动GSM短信软件是与本实验箱配套的软件，用它可以实现在 PC机编辑短消息并通过移动实验箱上的CDMA系统进行自环传输。在做本实

9、验时，软件界面如图1-2-2所示，在消息输入区编写要发送的短信内容，然后点击发送按钮。图1-2-2 移动GSM短信软件（PC短信发发送）四、实验步骤与任务1. 将实验箱关机，在实验箱右下的A扩展接口安插上“GSM开发模块”。 用配套的RS232连接线连接“GSM开发模块”和计算机。再打开移动实验箱电源，等待初始化完成；2. 按“GSM开发模块”左下角的“工作方式选择”按钮，使模块右上角“PC-SYS”对应的指示灯亮，此时计算机和实验箱上的主单片机连接；3. 先按下“菜单”键，再按下数字键“7”选择“七. PC短信收发”；4. 运行计算机上的“移动GSM短信软件”，得到如图1-2-2界面；否则在

10、“仪器”菜单中选择“PCSYS” 或者点击“切换到PCSYS”按钮；5. 在输入区编辑发送短信的内容，可以是中文或英文或数字，也可以是中英文混合；6. 观测实验箱液晶显示区发送和接收显示内容；7. 观测在计算机端的返回消息区中收到的短信，并与发送的短信比较。注意：1、输入的短信内容长度最长为8个汉字或16个英文字母与数字。2、当输入中英文数字混合的短信时，在中文之间的英文或数字必须为偶数个，否则实验箱液晶显示区会出现乱码，但不会影响计算机的显示。实验三 移动终端语音自环通信实验一、实验目的1. 了解移动通信终端的结构框图；2了解移动通信终端的语音通信过程；3了解各测试点的波形。二、实验内容1.

11、 测试移动终端实验箱语音通信各点的波形；三、实验原理移动通信终端的组成框图如图1-3-1所示。图1-3-1 移动通信终端的组成框图 工作过程如下：加电后AMBE2000复位，配置AD73311，根据SW601拨动开关的位置，设置语音压缩速率及其他参数。（1）发送方：1）根据K501选择2K的正弦波或从麦克风输入的话音信号，可以通过W501调节发送的音量；2）模拟信号通过A/D转换芯片AD73311转换为数字信号，并传递给AMBE2000；3）AMBE2000根据预先的参数配置，进行语音压缩编码，并每20ms间隔发送24个字给DSP；4）DSP接收到语音压缩数据，通过Walsh序列进行扩频和BP

12、SK调制；5）调制后的数据经过D/A转换，然后上变频，通过射频将语音信号发射出去。（2）接收方1）接收方将接收的信号下变频给接收方的A/D单元；2）A/D单元将模拟信号转换为数字信号，交给DSP；3）DSP对接收的数据进行解调和解扩，并传输给AMBE2000；4）AMBE2000将接收的语音压缩数据做解压，并传递给AD73311；5）AD73311将数字语音信号转换为模拟信号，并送到喇叭或耳机。可以通过W502调节接收的音量。四、实验步骤1打开实验箱电源，等待实验箱初始化。初始化结束后显示“初始化完成，请使用”，此时可以进行下面操作；2先按下“菜单”键，再按下数字键“8”选择“八. 本地语音通

13、信”实验，进行移动终端实验箱的语音自环通信实验；3输入本机号码，可以听到拨号音和回铃音。在振铃两次后，电话自动接通；4将K501拨到“SIN”， 此时输入的模拟信号为2KHZ的正弦信号；在下述测试点观测发送信号的波形：（1）通过测试点TP501可以观测输入模拟信号。调节面板上的W501，可以改变输入信号的幅度；（2）通过测试点TP504观测A/D转换后的信号；（3）通过测试点TP603观测语音压缩后的信号；（4）通过测试点TP307观测扩频后的信号；5在下述测试点观测接收信号的波形：（1）通过测试点TP304观测接收端待解扩信号；（2）通过测试点TP604观测接收端待解压缩信号；（3）通过测试

14、点TP505观测接收端解压缩后的数字信号；（4）通过测试点TP506观测接收端D/A转换后的模拟信号，调节面板上的W502可以改变输出信号的幅度；6将K501拨到“MIC”， 将输入的模拟信号设置为麦克风输入的话音信号，插入麦克风，对着麦克风说话，观测上述各测试点的信号，同时可以听到接收的语音信号。注意：在该实验中，SW601拨码开关必须设置为（2.4kbs）：ONDIP12345678五、实验任务1描述移动终端实验箱语音自环通信的整个过程；2测试从语音输入、语音模数转换、语音压缩、扩频等一系列测试点的波形。实验四 移动终端双机通信实验不配置交换机和基站的系统才有本该实验。如果配置基站和交换机

15、，则对应实验九一、实验目的1. 了解移动通信终端双机通信的结构框图；2了解移动通信终端双机通信中主被叫通信过程。二、实验内容1用麦克风和耳机来测试移动双机通信中语音通信的性能；2通过键盘和液晶选择和发送短信，观测接收结果。三、实验原理实验一、实验二和实验三的语音和短信实验都是在一个实验箱之间进行的数据的自发自收。实际上任意两个移动实验箱之间可以进行全双工通信，包括语音通信和短信通信，这类似于常见的对讲机功能。如下图所示：图1-4-1 移动终端双机通信结构框图在移动终端双机通信中，每个实验箱都分配一个固定的号码，该号码对应着相应的无线发射频道和无线接收频道。本实验中，根据分配的号码，每个实验箱的

16、接收频道是固定不变。而发射频道则要在呼叫时根据接收信号实验箱的号码来确定的。例如号码为X1的实验箱作为主叫和号码为Y1的实验箱进行通信，则X1的实验箱首先主动将自己的发射频道调整到Y1的接收频道，Y1接收到X1的呼叫信息后，也将Y1的发射频道调整到X1的接收频道。这样X1和Y1两个实验箱就可以有两个信道进行语音和数据传输，因此就可以实现全双工通信。在本实验中，SW601拨码开关必须设置为（2.4kbs）：ONDIP12345678设置完成后启动移动终端实验箱等待初始化完成。之后主叫和被叫移动终端实验箱均进入系统双机通信实验。1语音通信（1） 主叫方和被叫方移动终端实验箱都选择双机通信实验并处于

17、空闲状态；（2） 如有拨号则该移动终端实验箱成为主叫方，拨号完成后将主叫方的发射频道调整到被叫方的接收频道；（3） 被叫移动终端实验箱收到主叫号码后进行显示并振铃；（4） 被叫移动终端实验箱根据被叫用户选择接通或拒绝；（5） 如被叫用户选择接通，被叫也将自已的发射频道调整到主叫的接收频道，主叫和被叫建立通信链路；（6） 主叫和被叫用户可以通过麦克风进行全双工的语音通信；（7） 主叫和被叫用户在进行语音通信过程中可以选择结束语音通信，主叫和被叫撤消通信链路；（8） 通信链路撤消后原主叫和被叫移动终端实验箱均进入空闲状态，可以再次进行语音或数据通信；（9） 主叫和被叫语音数据的处理与“实验三 移动

18、终端语音自环通信实验”相同。2数据通信（短信收发）（1） 发送方和接收方均处于空闲状态；（2） 如有拨号则该移动终端实验箱成为发送方，拨号完成后发送方根据接收方设置发射频道；（3） 拨号完成后进行短信选择，短信选择完成后发送方根据设置的发送频道发送数据。（4） 接收方移动终端实验箱收到主叫号码和短信内容后分别显示，完成一次数据通信。（5） 完成一次数据通信后，发送方和接收方均回到空闲状态，可以再次进行语音或数据通信。四、实验步骤1打开移动实验箱电源，等待实验箱初始化。初始化结束后显示“初始化完成，请使用”，此时可以进行下面操作；2先按下键盘上“菜单”键再按下数字键“9”，进入“九 双机综合通信

19、”实验，显示屏上将显示2位数的本机号码，例如11；3输入2位被叫号码，例如12，可以听到拨号音和回铃音；4语音通信时：（1）拨号完毕后按“电话”键表示请求与被叫进行语音通信；（2）如果被叫移动终端实验箱也进入双机通信实验，则被叫移动终端实验箱会收到主叫号码并振铃；（3）可以按下被叫移动终端实验箱的“/确认”键选择接通，此时主叫方移动终端实验箱和被叫方移动终端实验箱显示“通信中”，之后主叫和被叫可以通过麦克风进行语音通信；（4）如果按下被叫移动终端实验箱的“/取消”键则选择拒绝接通，此时主叫移动终端实验箱显示“被叫拒绝”；（5）如果被叫移动终端实验箱的长时间（30秒）没有按键，则主叫移动终端实验

20、箱显示“被叫无应答”；（6）在主叫和被叫通过麦克风进行语音通信时，双方均可主动按下“/取消”键挂机并进入空闲状态，此时另一方显示“对方挂机”，之后也进入空闲状态；（7）进入空闲状态后可以和其它移动实验箱进行通信。5短信通信时（1）拨号完毕后按“短信”键表示将进行短信通信，并进入短信编辑方式选择状态；（2）按下“1”键进入“选择短信序号”方式，显示屏显示短信编号和内容，可以通过“/确认”键和“/取消”键查看更多的短信。按下相应的数字编号选择要发送的短信内容，并启动短信发送程序；按下“2”键进入“编辑数字短信”方式，可以用键盘输入数字，输入完毕后按下“/确认”键，启动短信发送程序；按下“3”键进入

21、“编辑数字短信”方式，此时数字19分别代表字母AI，可以用键盘输入字母，输入完毕后按下“/确认”键，启动短信发送程序；（3）如果接收方移动终端实验箱进入双机通信实验，此时显示（以12发短信，13收短信为例）：0双机综合通信本机号码：13接收短信：12按下“/确认”键，则接收方移动终端实验箱会收到短信内容并显示；此时发送方显示“发送成功”；（4）如果接收方移动终端实验箱不在双机通信实验状态，发送方短信发送不成功。五、实验任务1描述移动终端实验箱双机通信系统的频道分配原理；2描述移动终端实验箱双机通信系统中主被叫语音通信过程；3描述移动终端实验箱双机通信系统中短信通信过程。第2章 移动系统信令交互

22、实验2.1 预备知识在系统实验部分将围绕GSM移动通信系统的主要呼叫流程和主要信令流程开设四个实验：移动台开机和关机信令交换实验；移动台主叫信令交换实验、移动台被叫信令交换实验、移动台移动性管理信令交换实验。本节中将对GSM系统结构、GSM的接口信令协议栈、典型的呼叫处理过程及其涉及到的信令做简要的介绍，以利于顺利完成本部分的实验。通过本部分的四个实验，学生将对GSM系统主要的信令流程有个全面的了解。2.1 GSM 系统结构蜂窝移动通信系统主要是由交换网路子系统（NSS）、无线基站子系统(BSS)和移动台（MS）三大部分组成。GSM系统框图如图2-1所示，A接口往右是NSS系统，它包括有移动业

23、务交换中心（MSC）、拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AUC）和移动设备识别寄存器（EIR）。网络子系统是对通信业务进行管理，负责建立移动台和相关固定电话网络之间，以及移动台和移动台之间的通信。基站子系统为移动台和网络子系统提供了进行信息传输的通路，并对该通路进行管理，它包括有基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）。移动台和基站子系统之间的接口为Um接口。移动台部分（MS）包括移动终端（MS）和客户识别卡（SIM）。图2-1 GSM 系统框图下面简要介绍各实体的功能：一、GSM 移动台GSM移动台包括移动台物理设备（即手机的裸机）和SIM卡两部分。移动台的类

24、型很多，除了人们最熟悉的手机之外还包括车载台、便携式移动台。任何类型的GSM移动台都具备以下的基本功能：u 无线接入GSM数字移动通信网，完成各种控制功能；u 支持各种基本业务（电信业务和承载业务）和附加业务；u 加密功能，可对用户数据及信令进行加密；u 话音编解码和信道编解码功能；u 辅助基站子系统完成APC（自动功率控制）、跳频及各种切换；u 无线信道速率和用户数据速率之间的适配；u 实现人机接口（MMI）所需的各种功能。移动台的一个重要组成部分是用户识别模块，即人们常说的SIM卡。SIM卡中存放着所有和用户有关的用户无线接口侧的信息，包括鉴权、加密信息。使用GSM系统进行呼入和呼出的移动

25、台必须插入SIM卡，只有在处理紧急呼叫时（如呼110和119），才可以在不插入SIM卡的情况下使用移动台。SIM卡其实是一张符合ISO标准的IC卡，由CPU和存储器以及串行通信单元组成。SIM卡中存放的主要有三类信息：u 与SIM卡本身以及和持卡者有关的信息；u 进行GSM网络操作所需的信息，如IMSI，TMSI，LAI，加密键Koch，用户密钥Kid，鉴权算法A3和加密算法A5和密钥生成算法A8等；u 缩位拨号码、网络承载性能、移动台设备参数、短消息业务信息等。二基站子系统（BSS）BSS系统是在一定的无线覆盖区中由MSC控制，与MS进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送接收和无线资源管

26、理等功能。功能实体可分为基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）。基站子系统一方面通过BTS利用无线接口与移动台相连，负责信息的无线发送/接收和无线资源的管理；另一方面，通过BSC和网络子系统（NSS）中的移动业务交换中心（MSC）相连，实现移动用户之间以及移动用户和固定电话网络用户之间的通信连接。三网络子系统（NSS）网络子系统（NSS）由六个功能单元组成：移动业务控制中心（MSC）、访问用户位置寄存器（VLR）、归属用户位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AUC）、移动设备标识寄存器（EIR）和操作维护中心（OMC）。（1）移动业务控制中心（MSC）MSC是整个网络子系统的核心。首先，MS

27、C是交换机，MSC通过A接口和其他MSC或PSTN建立连接、进行呼叫控制和计费。MSC具有号码存储、呼叫处理、路由选择、回波抵消和超负荷控制等功能。MSC可以从HLR，VLR和鉴权中心（AUC）获取处理用户位置登记和呼叫请求所需要的全部数据。反之，MSC也根据其获取的最新信息请求更新数据库的部分数据。MSC中的移动电话子系统（MTS）可用于实现用户的移动性，包括移动用户的呼叫建立与控制、位置更新、切换、VLR/HLR数据查询、移动应用协议（MAP）实现、信令连接、用户鉴权和话音加密等。一个容量较大的移动通信系统中，其网络子系统中可能包含若干个MSC，VLR和HLR。同时和移动网络以及固定网络连

28、接，负责移动网至固定网，以及固定网到移动网呼叫转接功能的MSC叫做网关MSC（即GMSC）。GMSC是移动通信网和其他网络互联的接口，是其他网络呼叫区域内移动用户的固定入口点。（2）访问用户位置寄存器（VLR）MSC通常和VLR集成在一起，VLR中存放的就是和其集成在一起的MSC管辖范围内的用户的相关信息。VLR负责用户的位置登记和位置信息的更新，MSC根据用户在VLR中登记的位置，对其发起寻呼。VLR中的数据是临时的（只有用户在其服务区内时，VLR中才保留该用户的数据），HLR中的数据则是相对固定不变的，但HLR中也有一个临时的数据库，用于存放用户的当前位置信息，在HLR中存放用户位置信息的

29、目的是为了方便呼叫的转接。（3）归属用户位置寄存器（HLR）HLR是GSM系统的中央数据库，存储着该HLR控制区内所有用户的相关数据。一个MSC/VLR只能对应一个HLR，但一个HLR可以控制一个或者若干个MSC/VLR。HLR中存储着该HLR控制区内所有移动用户的静态和动态数据，静态数据包括：移动用户识别号码、访问能力、用户类别和补充业务等数据；动态数据包括：用户位置更新信息、漫游用户所在的MSC/VLR地址等，保证每个入局呼叫都能按最新的路径信息接续至被叫用户。HLR为每个归属用户至少存储一个可用的三参数组（RAND，SRES，Koch）。（4）鉴权中心（AUC）GSM系统采取了许多特殊的

30、安全措施，如用户鉴权、对无线接口上的话音、数据和信号信息进行加密等。AUC中存储着鉴权算法和加密密钥，用来防止非法用户接入系统，并保证通过无线接口进行通信的用户数据的安全。鉴权中心可以保证各种加密参数的安全性，并以加密形式在AUC和管理中心（OMC）之间传输这些参数。鉴权中心可以根据HLR的请求，一次向HLR提供5组鉴权三参数组。鉴权三参数组（RAND，SRES，Koch）是根据随机数RAND及Kid，再利用相应算法计算产生的，鉴权三参数组存储在HLR中，支持鉴权、保密功能。（5）移动设备识别寄存器（EIR）EIR中存储着移动设备的国际移动设备识别码（IMEI）。EIR中有三种清单：白名单、黑

31、名单和灰名单，分别列出准许使用的，失窃不准使用的、出现异常需要监视的移动设备的IMEI号码。AUC根据MSC的要求，检查IMEI及其状态，并将结果报告MSC，确保入网设备不是被盗用的或者故障设备，确保注册用户的安全。但这一设备在真正的运营的网络中未使用。（6）运营与维护中心（OMC）OMC用于对GSM系统进行集中操作与维护，允许远程接入对系统进行运行维护和管理，并提供和高层网络管理中心（NMC）之间通信的接口。以上介绍了GSM系统结构。为了真实再现GSM系统的主要呼叫流程和信令流程，本套实验设备将模拟移动台、基站子系统和网络子系统。2.2 GSM 无线接口一信道的定义在GSM中的信道可以分为物

32、理信道和逻辑信道。1物理信道的定义多址技术就是要使众多的客户共用公共信道所采用的一种技术，实现多址的方法基本有三种，频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)。我国模拟移动通信网TACS就是采取的FDMA技术。CDMA是以不同的代码序列实现通信的，它可重复使用所有小区的频谱，它是目前是最有效的频率复用技术。GSM的多址方式为时分多址TDMA和频分多址FDMA相结合。GSM将900MHz和1800MHz频段按FDMA（频分复用）方式划分成许多载频，载波间隔为200KHz，再对每个载频进行时分复用，将一个载频划分为8个时隙，其中的每一个时隙就是一个基本的物理信道。它相当于FD

33、MA（频分复用）系统中的一个频道。因此，GSM系统中的每个载频有8个物理信道，即信道07，在一个时隙中发出的信息叫做一个突发脉冲序列。2 逻辑信道的定义BTS和MS之间传递着大量的信息，根据传送的信息种类的不同，我们将信道定义为不同的逻辑信道。这些逻辑信道根据一定的规则映射到不同的物理信道进行传输。逻辑信道可分为两类：业务信道（TCH）和控制信道（CCH）。业务信道用于传输用户的话音或数据。控制信道用于传输信令或同步信息。控制信道又分为三大类：（1） 广播信道（BCH）u 频率校正信道（FCCH）：此信道用于给用户传送校正移动台频率的信息。u 同步信道（SCH）：此信道用于传送移动台的帧同步（

34、TDMA帧号）和BTS的识别码（BSIC）的信息。u 广播控制信道（BCCH）：用于传输寻呼移动台分组，寻呼信息复帧号和公共控制信道时隙号等。（2）公共控制信道（CCCH）u 寻呼信道（PCH）：此信道用于寻呼（搜索）移动台。u 随机接入信道（RACH）：移动台通过此信道申请一个独立专用控制信道（SDCCH），可作为对寻呼的响应或移动台主叫登记时的接入。u 允许接入信道（AGCH）：此信道用于为移动台分配一个独立专用控制信道（SDCCH）。u 小区广播控制信道（CBCH）：下行信道，从SDCCH中借用时隙来传输短消息和广播信息。（3）专用控制信道（DCCH）u 独立专用控制信道（SDCCH）：

35、此信道用于在分配业务信道之前的呼叫建立过程中传送系统信息。如移动台接入系统时的登记和授权都在此信道上进行。u 慢速随路控制信道（SACCH）：该信道和一个业务信道（TCH）或一个独立专用控制信道（SDCCH）相关，它是一个传送连续信息的数据信道，如传送移动台接收的服务小区及邻近小区的信号强度的测试报告。用于实现移动台参与的切换，此外，该信道还可用于移动台的功率管理和时间调整。是上下行双向信道。u 快速随路控制信道（FACCH）：该信道和一个业务信道相关。FACCH在话音传输过程中如果突然需要用比慢速随路控制信道（SACCH）所能处理的高得度的速度传送信令消息，则需借用20ms话音（数据）突发脉

36、冲序列来传送信令，这种情况通常在切换时使用。因为话音译码器会重复最后20ms的话音，因此这种中断是不会被用户察觉的。二GSM的帧结构在GSM中，每一个载频被定义为一个TDMA帧。TDMA帧无限重复构成数字基带信号，经GMSK调制后占频道宽带200KHz。每帧包括8个时隙(TS0TS7)，并都有一个帧号，这是因为在计算加密序列的A5算法中是以TDMA帧号为一个输入参数。当有了TDMA帧号后，移动台就可以判断控制信道TS0上传送的为哪一类逻辑信道了。TDMA的帧号是以3h 28min 53s 760ms(个TDMA帧)为周期循环编号的。每个TDMA帧为一个超高帧；每一个超高帧又由2048个超帧组成

37、，一个超帧的持续时间为612s；而每个超帧又是由51个26复帧或26个51复帧组成。这两种复帧是为满足不同速率的信息传输而设定的，区别是：（1）26帧的复帧：包含26个TDMA帧，时间间隔为120ms，它主要用于TCH（SACCH/T）和FACCH等业务信道。（2）51帧的复帧：包含51个TDMA帧，时间间隔为235ms，它主要用于BCCH、CCCH、SDCCH等控制信道。TDMA帧结构如图2-2所示：前面提到的逻辑信道就要按照一定的规律映射到帧结构中的某些时隙上进行传输。图2-2 GSM 帧结构图2.3 GSM 信令接口及其协议分层GSM系统通过MSC建立与公众电信网的接口，其内部各功能实体

38、的互连也是由接口标志，并由相应的接口协议予以定义的。协议是各功能实体之间的“语言”，接口表示相邻实体之间的接触点，协议通过接口传递有关信息，例如各种通信与管理功能信息。GSM的接口协议是统一且明确的。GSM系统各接口采用的分层协议结构是符合开发系统互连（OSI）参考模型的。分层的目的是允许隔离各组信令协议功能，按连续的独立层描述协议功能，优点是任何一个功能块的扩充或修改具有独立性、灵活性，有利于新业务、新技术的引入和未来发展。一、GSM 系统中的主要接口1A接口A接口定义为网络子系统与基站子系统之间的通信接口，从系统的功能实体来说，就是移动业务交换中心MSC与基站控制器BSC之间的互连接口。其

39、物理链路通过采用标准的2.048Mbit/s的PCM数字传输链路来实现。此接口传递的信息包括移动台管理、基站管理、移动性管理、接续管理等。2Um接口（空中接口）Um接口定义为移动台与基站收发信台（BTS）之间的通信接口，用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通，其物理链路通过无线链路实现。此接口传递的信息包括无线资源管理，移动性管理和接续管理等。二、分层协议图2-3 画出了GSM系统主要接口协议分层示意图。图2-3 GSM 系统主要接口协议分层1信令层l (L1)信令层l也称物理层，为信令传输提供物理链路，为高层协议建立相应的控制逻辑信道。A接口的物理层是基于PCM 30/32路，2.048

40、Mbit/s的A律13折线编码的PCM一次群通道，有32个时隙，每个时隙传输64khit/s的信令或业务信息。A接口在BSS与MSC之间主要传递呼叫处理、移动性管理、基站管理、移动台管理等信息。Um接口为空中无线接口，采用TDMAFDMA混合多址接入方式，射频调制方式为GMSK。Um接口支持一系列逻辑信道，其中控制逻辑信道统称Dm(移动D信道)信道。各种逻辑信道将在下节详细阐述。2信令层2 (L2)信令层2称数据链路层，包括Um接口的Lad和A接口的LAPD两种协议。Lad是连接MS与BTS，使用Dm信道传输信令信息的协议。按Lad协议的数据链路有确定的帧格式、编址格式、纠错检错码和交织要求。

41、Lad将L3信息转换成帧，并处理L1来的应答帧。LAPD是A接口第2层协议，其帧格式符合固定网ISDN标准，将高层信息组装成LAPD帧经D通道传输，信令消息使用64kbit/s速率传输。3信令层3 (L3)信令层3是信令功能层，执行控制和管理协议，是收发信令信息的实体。信令层3分成CC、MM和RM三个子层，其中MM和RM子层包括与业务信息有关的附加功能。下面说明子层的通信功能。（1）RM(无线资源管理)RM在公共信道上的信令过程有：寻呼、随机接入、分配专用控制信道、系统信息广播；RM在专用控制信道上的信令过程有：信道分配和释放、加密操作、定期测量无线链路性能、切换处理。（2）MM(移动性管理)

42、MM提供下述控制：TMSI重新分配、用户鉴权、位置登记、IMSI的附着分离、周期更新。（3）CC(呼叫控制管理)呼叫控制管理包括几个独立的协议实体，如CC、SMS（短消息业务）。CC协议实体负责呼叫建立、呼叫释放等交换控制，其它控制程序提供补充业务及SMS。三、信令功能的互通信令层3各子层功能的互通主要是由BSSAP提供。无线资源管理(RM)由BSS完成，或者由BSS和MSC共同完成。RM协议在BSS终止或者由BSS转译成BSSMAP协议在A接口传输。因此，BSSMAP等同于MSC节点的RM功能。MM和CC(包括CC和SMS)信令信息在MS和MSC之间传送，BSS提供透明传递而对MM和CC消息

43、不进行任何分析，仅对信息的帧格式及信道编码进行调整，以适应无线和有线接口低层协议的不同要求，保证信令(功能)信息在接口间互通。2.4GSM 主要的呼叫流程和信令流程GSM系统呼叫过程中的信令过程包括移动台主叫信令流程、移动台被叫信令流程和释放信令流程。这些过程都是由协议栈中的CC层负责处理。与移动性管理相关的位置更新过程以及与安全相关的鉴权过程等由MM层负责处理。MM层和CC层这些信令流程的完成是以RR连接建立为前提条件的。RR层涉及到的信令流程包括寻呼、随机接入、分配专用控制信道、系统信息广播等。GSM系统呼叫过程中的具体信令以及位置更新过程的信令将在下面的实验内容中具体介绍。下面对所有的C

44、C层和MM层的信令流程都要涉及到的公共信令过程做具体的介绍。如RR层连接建立的信令过程。这部分的内容在后面的具体实验中将不再做介绍。RR层连接建立的信令过程包括信道申请、初始信道的分配、初始化报文等三个过程。每个过程对应一条信令消息的发送。下面具体介绍这三个过程。一、信道申请初始化过程就是一个随机接入的过程。在任何情况下，如移动台需要同网络建立通信，都需通过RACH(随机接入信道)向网络发送一个报文来向系统申请一条信令信道，网络将根据信道请求需要来决定所分配的信道类型。这个在RACH上发送的报文被称做“信道申请”（CHANNEL REQUEST），它其中的有用信令消息只有8bit，其中有3bi

45、t用来提供接入网络原因的最少指示(3个比特)，如紧急呼叫、位置更新、响应寻呼或是主叫请求等，在网络拥塞的情况下，系统可根据这一粗略的指示来分别对待不同接入目的的信道申请(哪些类型的呼叫可接入网络、哪些类型的呼叫将被拒绝)，并为它们选择分配最佳类型的信道。在这一指示中，由于信道容量的限制，显然不能将移动台想传送的所有信息全部发送给网络，如申请信道的具体原因、用户身份及移动设备的特性(这些消息在SABM消息中发送)。另外5bit是移动台随机选择的鉴别符，它并不用来向网络提供信息，其目的是使网络能区别不同MS所发起的请求，网络此后将向移动台发送的“立即指配命令”(含有所分配信道的信息)中会再将该鉴别

46、符发还给移动台，移动台通过网络返回的鉴别符和本身所发送的鉴别符相比较来判断该信息是否是网络发送给自己的。但它只有5bit，最多只能同时区分32个MS，不保证两个同时发起呼叫的MS的随机鉴别符一定不同。要进一步区别同时发起请求的MS，还要根据Um接口上的应答消息。信道请求消息只在BSS内部进行处理。当用户在进行一个随机接入过程的时候，发送完初始的信道请求消息后，MS启动定时器T3120并守候在全下行CCCH信道（准备接收应答）和BCCH信道上。当定时器T3120逾时而且RACH重发次数未超过“最大重传次数”（由BCCH上的系统消息中获得）时，MS将重复发送信道请求消息。二、初始信道的分配BTS对

47、移动台的“信道申请”(CHANNEL REQUEST)正确解码后，它将把“信道请求”(CHANNEL REQUEST)的报文发送给BSC。BSC收到此消息后，则根据对现有系统中无线资源的判断，为该次请求选择一条相应的空闲信道供MS使用。但所分配的信道及其相关的地面资源是否可用，还需BTS作应答证实，在收到BTS对所分配信道资源的证实后，BSC将在CCCH信道上以无证实方式向MS发送一条“立即指配”（IMMEDIATE ASSIGNMENT）消息，来向MS分配专用信令信道。“立即指配”消息中包含对指配信道的描述。在接收到“立即指配”消息后，MS停止相应的定时器，同时停止发送“信道请求”消息并转换到网络指配的信道上，并在系统指配的信道上通过发送带有信息字段的SABM来建立信令链路。三、初始化报文