GSM理论基础知识.ppt
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1、课程内容小区选择与小区重选小区选择与小区重选立即指配、鉴权加密立即指配、鉴权加密位置更新位置更新MS主叫、主叫、MS被叫流程被叫流程切换切换短消息短消息小区选择和重选程序都是为了保证MS选择一个合适的小区且在该小区上能可靠的解译BCCH信道的下行链路数据，并在上行链路上具有较高的通信率，一旦MS选择了某个小区作为服务小区，就可以在该小区上与网络进行通信。小区选择与小区重选当移动台开机或从盲区进入覆盖区后，它将寻找PLMN允许的所有频点，并选择合适的小区驻留，这个过程被称为“小区选择”。在移动台无存储BCCH信息情况下的小区选择过程在移动台无存储BCCH信息情况下的小区选择过程小区选择与小区重选
2、小区选择小区选择 满足下述标准的小区称为满足下述标准的小区称为“合格的小区合格的小区”小区属于选择的PLMN 小区没有被禁止 小区不属于“禁止漫游的位置区”C10 在没有合格的正常优先级的小区时，在没有合格的正常优先级的小区时，低优先级的小区才是合格的小区低优先级的小区才是合格的小区当移动台作位置更新被拒绝时，该位置区被移动台记录为“禁止漫游的位置区”，当移动台关机时，这些记录被清除小区选择与小区重选小区选择小区选择124 GSM 900频点374 GSM1800频点存储在SIM的BA表（最大32个）3-5秒为一个周期，每个频点均匀采样至少5次，对采样信号强度进行平均按照信号强度平均的结果，从
3、强到弱，检查是否为FCCH，如果是，从SCH中读取BSIC，从系统消息中读取BA表是否为合格的小区？驻留并注册登记，在SIM卡中存储新的BA表PLMN选择使用不合格小区的BA表GSM90030次尝试或GSM180040次尝试合格不合格小区选择与小区重选小区选择小区选择 小区优先级 只有在小区选择时才存在小区优先级小区选择与小区重选小区选择小区选择参数C1为供小区选择和重选的路径损耗准则，服务小区的C1必须大于0，其公式如下：C1C1C1C1=RXLEV-RXLEV_ACCESS_MIN-MAX=RXLEV-RXLEV_ACCESS_MIN-MAX(MS_TXPWR_MAX_CCH MS_TXP
4、WR_MAX_CCH-P-P),0,0)单位：dBmRXLEVRXLEV：为移动台接收的平均电平;RXLEV_ACCESS_MINRXLEV_ACCESS_MIN：为允许移动台接入的最小接收电平;MS_TXPWR_MAX_CCHMS_TXPWR_MAX_CCH：为移动台接入系统时可使用的最大发射功率电平;P P：移动台的最大输出功率。小区选择与小区重选小区选择小区选择当移动台选择某小区为当前服务小区后，在各种条件变化不大的情况下，移动台将驻留在所选的小区中，并根据服务小区的BCCH系统消息所指示的小区重选邻小区频点配置表，开始监测该表中所有BCCH载波的接收电平和同步消息，并记录下接收电平最高
5、的6个邻小区，并从中提取每个邻小区的的各类系统消息和控制消息，当满足一定条件时移动台将重新选择其中一个邻小区作为服务小区，这个过程被称为小区重选。所谓一定的条件包含多方面的因素，如小区的优先级、小区是否被禁止接入等，其中最重要的因素是无线信号强度。小区选择与小区重选小区重选择小区重选择邻区为BA表中所列邻区，服务小区和6个邻区的信号在每30秒中至少采样5次并作滑动平均若解BSIC时发现NCC不是允许的NCC（NCCPERM），该小区将被跳过服务小区服务小区六个信号最强的邻区六个信号最强的邻区BSIC系统消息系统消息至少每30秒至少每30秒至少每5分钟小区选择与小区重选小区重选择小区重选择小区重
6、选采用的算法为C2算法，计算公式如下：当PENALTY_TIME不等于11111时：C2=C1+CELL_RESELECT_OFFSET-C2=C1+CELL_RESELECT_OFFSET-TEMPORARY_OFFSETH(PENALTY_TIMET)TEMPORARY_OFFSETH(PENALTY_TIMET)；当PENALTY_TIME等于11111时：C2=C1-CELL_RESELECT_OFFSETC2=C1-CELL_RESELECT_OFFSET；其中当X0时,函数H(x)=0;当XO,函数H(x)=1；CELL_RESELECT_OFFSETCELL_RESELECT_O
7、FFSET（CROCRO）：小区重选偏移量 TEMPORARY_OFFSETTEMPORARY_OFFSET（TOTO）：临时偏移量 PENALTY_TIMEPENALTY_TIME（PTPT）：惩罚时间 T T ：计时器小区选择与小区重选小区重选择小区重选择若移动台计算某邻区（与当前小区位于同一位置区）的C2值超过移动台当前停留小区的C2值，且维持5秒钟以上，则移动台将启动小区重选而进入该小区。若移动台测量到一个与当前小区不在同一个位置区的小区，其计算得到的C2值大于当前小区C2及小区重选滞后参数的和，且维持5秒钟以上，则移动台将进入该小区并进行位置更新。但必须注意，由参数C2引起的小区重选
8、至少间隔15秒，这是为了避免移动台频繁的小区重选过程。服务小区C1连续5秒小于0，触发重选小区选择与小区重选触发小区重选择条件触发小区重选择条件如果当前服务小区被禁止，触发重选MS检测出下行链路故障，触发重选。这里的下行链路故障准则是基于下行信令故障计数器DSC，当MS选择了某小区时，DCS置为 90/BS PA MFRMS取整值，当MS成功译码一个寻呼子组时，DCS加1，否则减4，当DCS为0时，判定下行信令故障。另外对于重选目标小区，C1必须大于0，否则，无论C2多大，手机也不会重选过去。当手机在服务小区随机接入时，如在最大重发次数过后仍不能成功接入，也触发重选。小区选择与小区重选触发小区
9、重选择条件触发小区重选择条件 CRH:小区重选滞后，为防止在位置区交界处作乒乓位置更新，增加网络信令小区重选滞后，为防止在位置区交界处作乒乓位置更新，增加网络信令负荷，增加负荷，增加MS寻呼不到的概率，因此规定在此情况下重选目标小区必须比服寻呼不到的概率，因此规定在此情况下重选目标小区必须比服务小区的务小区的C2高出高出CRH，才可以重选至该小区，才可以重选至该小区 C2=5dBmC2=4dBmC2=7dBm实际的LA边界正常的LA边界当前LA不同的LA当前驻留小区推荐值：CRH=4dB小区选择与小区重选 服务受限状态服务受限状态 PLMN不允许未插SIM卡非法移动台HLR中未知IMSI.服务
10、受限状态只能作紧急呼叫小区重选正常，但CRH=0不允许作位置更新小区选择与小区重选立即指配的目的是在Um接口建立MS与系统间的无线连接，即RR连接。立即指配程序当移动台需要同网络建立通信时，就需通过RACH信道来向网络发送一个报文以申请接入。这个在RACH上发送的报文被称做信道申请（channel request）信道申请。信道申请报文中有用信令消息只有8比特，3比特用来提供接入网络原因的最少指示，另外5比特是移动台随机选择的鉴别符，它并不用来向网络提供信息，而是用来区分两个移动台在同一时隙内发送信息时被网络所识别。信道申请信道申请立即指配程序网络无法控制移动台接入时间，因而话务较繁忙的地区不
11、可避免地发生两个移动台会同时占用同一个RACH时隙来申请接入的现象，这时不可避免的要发生碰撞现象。后果有两个，一是网络收到在此时隙上的一个突发脉冲的电平，要明显的比另一个高，这样网络就会处理电平较高的这个随机接入请求。另一后果是，网络什么也不能正确的接收到。因而随着业务量的增长，报文因碰撞而丢失的几率也就越大，这必将是对网络容量的一个重要的制约因素。系统对系统对RACHRACH的控制功能的控制功能立即指配程序系统对系统对RACHRACH的控制功能的控制功能立即指配程序Max retrans（M）：移动台离开空闲模式后，允许最多发送M+1个信道请求。发起指配程序和一个信道申请之间的时隙数目是以相
12、同的概率随机地在 0，1，MAX（T，8）-1 中选。MS两个连续信道申请之间的时隙数是以相同的概率随机地在S,S+1,.,S+T-1中选取。TX-integer（T）：根据该参数及CCCH-CONFIG可得到参数S。移动台发送的相邻的信道请求的间隔应为中随机选取时隙数。最大重发次数（MAX retrans）M最大重发次数001012104117立即指配程序系统对系统对RACHRACH的控制功能的控制功能 发送整数 Tx integer立即指配程序系统对系统对RACHRACH的控制功能的控制功能 发送整数 Tx integer立即指配程序系统对系统对RACHRACH的控制功能的控制功能在发送完
13、信道请求消息后，MS启动定时器T3120，并守候在区下行CCCH信道和BCCH信道上准备接受应答。当定时器T3120超时，且RACH重发次数 未超过最大重传次数”时，MS将重复发送信道请求消息，其中包括新的随机参考，并启动T3120为一个新值。当定时器T3120超时，且达到“最大重传次数”时，MS启动T3126，此后等待一段时间。在T3126逾时后仍未收到网络应答时，则放弃请求尝试，并进行小区重选。立即指配程序系统对系统对RACHRACH的控制功能的控制功能当BTS对移动台的信道申请正确的译码后，它将通过一条信道需求（channel required）的报文来发送给BSC，该报文包含重要的附加
14、信息和由BTS对传输延时（TA）的估计（这一指示对启动定时提前控制很重要）。BSC收到此消息时，将为该次请求选择一条相应的空闲信道，并通过向BTS发送一条信道激活（channel active）的报文来将相应的地面资源（传输电路等）激活，BTS侧在准备好后将返回一条信道激活响应（channel active ack）的报文来答复BSC 。立即指配程序初始信道的分配初始信道的分配 如BSC收到BTS的激活响应后，将会在AGCH信道上以无证实的方式发送一条“立即指派”或“立即指配扩展”消息来向移动用户分配专用信令信道；同时启动定时器T3101。“立即指派”或“立即指配扩展”消息包含：对已分配信道的
15、描述、初始的时间提前量TA及初始的允许发射最大功率及移动台在随机接入时信道请求消息的消息字段、及BTS收到信道请求时的TDMA帧号和跳频表等消息。如BSC发现无可激活的信道时，就会发送以上提到的一条立即分配拒绝消息来答复移动台，拒绝的原因有如MSC话务关闭、无线资源缺乏、TA值超出界限、信道激活无应答、BSC话务超载等。立即指配拒绝消息中包括请求参考和等待指示。立即指配程序初始信道的分配初始信道的分配 移动台收到立即指派消息后，MS将收到的分配指令与自身发出的信道请求的所存储的消息字段相比较看是否是分配给自己的，移动台将停止T3120的计时，并切换到所分配的信道上，然后它使用包含信息字段的SA
16、BM（设置异步平衡模式），来建立主信令链路。当收到立即指派拒绝消息后，移动台将停止T3120的计时，并启动T3122（在它所指定的时间内，MS不许接入网络），并返回空闲模式守侯在寻呼信道上，直到T3122逾时，移动台方可进行新的连接尝试。立即指配程序初始信道的分配初始信道的分配 当MS收到立即指派命令后，就将它的收发配置调整到指定信道上来，按照BSC指定的TA值和初始化最大发射功率（为BCCH系统广播消息中的参数ms Tx Pwr MaxCCH所定义的）开始传输信令。MS在所分配上的新的SDCCH/TCH信道上所做的第一件事情是发送一个SABM帧建立异步平衡模式（服务接入点类别SAPI=0），
17、用于建立证实模式下的信令消息连路层连接。在GSM规范中SABM带有一条信令报文即“初始化报文”，该消息中包含着第三层业务请求消息。立即指配程序初始初始化报文初始初始化报文 争抢机制 当两个MS同时发送报文内容完全一样的信道请求时（这种概率在高负载时是存在的）此时BSS只会应答其中之一，而此时两个MS却都可响应到同一专用信道上，BTS在收到SABM帧后就会不经过任何修改向MS发一个内容与初始化报文完全一样的UA帧（无编号证实），如MS收到的UA帧的信息与SABM帧发出的不一样，它就放弃这个信道，开始重新接入过程，只有核对一致的MS留在这个信道上。立即指配程序初始初始化报文初始初始化报文 立即指配
18、程序初始初始化报文初始初始化报文 一旦BTS收到了一条初始化报文它会同时向BSC发出一条建立指示（establish indication）的报文。BSC收到建立指示消息后,就会向MSC发出三层业务请求消息（complete layer3 info.）的报文，用来申请与MSC建SCCP 层连接。停止T3101计时。在MSC收到此消息后，即向BSC发出connection confirmed消息，若无资源则发出SCCP refused消息，至此接入过程结束，MS与MSC 之间的信令链路已经建立，MSC已经能够控制RR管理的传输特性，BSS处于监视传输质量和随时准备切换的运行状态。在下面的信令流程
19、中网络就可以根据需要来判断是否触发鉴权加密过程了。若主信令链路成功建立之前新信道上MS侧低层出现故障，则网络将以给MS分配的信道释放掉，且MS返回空闲模式下。接下来MS的动作取决于故障类型和以前的动作：如果发生的故障是由于在争抢判决程序中信息字段不匹配，则重复进行立即指配程序。如果故障发生是由于在其他原因或由于争抢判决而重复激发，MS回到空闲模式（RR连接建立失败），中断进行中的处理并进行小区重选。如果接收到“立即指配”后，MS的可用信息不足以接入一个信道，则会发生RR连接建立失败。在网络侧，如果在主信令信道建立起来之前T3101超时，则释放新分配的信道并忘记原有请求。立即指配程序立即指配程序
20、中遇到的异常情况立即指配程序中遇到的异常情况在系统发生轻微拥塞的情况，我们就可以利用三种不同的方法来控制三种不同的RACH的业务量负载：1.第一种办法是通过减少RACH的重发次数和尽量使重发间隔较远，这种控制模式只能处理短暂的业务高峰或超载的边缘。2.第二是当目前网络无可指派的信道时，就可以通过发送给移动台一条立即指派拒绝（immediate assignment reject）的报文来拒绝移动台的信道申请，从而在系统规定的时间内（T3122）禁止移动台接入网络，通过这种机制可防止在系统无资源的情况下用户频繁的发送信道请求的消息来无谓的增大网络RACH和PAGCH信道的负荷（一般T3122设为
21、10s，SDCCH信道的业务量很大时可设为30s）。3.第三种办法是利用限制用户接入类别来控制网络的拥塞，这是最有效但也是一种损害用户权益的办法，因而不建议使用。立即指配程序GSM系统一个显著的优点就是它在安全性方面比模拟系统有了显著的改进，它主要是在以下部分加强了保护：在接入网络方面通过AUC鉴权中心采取了对客户鉴权；在无线路径上采取了对通信信息的保密；对移动设备通过EIR设备识别中心采用了设备识别；对客户身份识别码IMSI用临时识别码TMSI保护；SIM卡用PIN码保护。鉴权加密过程鉴权属于移动性管理程序的公共部分，MM的公共程序包括鉴权程序、识别程序、TMSI在分配程序及由MS启动的IM
22、SI分离程序鉴权加密过程MAP_AUTHENTICATEAUTH REQUEST(DTI)T3260+DTAP-MM(CKSN,RAND)DATA REQ AUTH REQUESTAUTH RESPONSEDATA INDAUTH RESPONSE(DTI)T3260-(SRES)DATP-MMMAP AUTHENTICATE ACKMAP SET CIPHERING MODEBSSMAPCIPHERMOD COM(DTI)(algo nd,key)ENCR CMDCIPHERMOD CMDCIPHERMOD CMDDATA INDCIPHERMOD CMD(DTI)BSSMAPMM(SDCC
23、H)MM(SDCCH)RR(SDCCH)RR(SDCCH)VLRMSCBSCBTSMS鉴权加密过程鉴权加密过程的三参数组鉴权加密过程的三参数组鉴权加密过程鉴权过程鉴权过程鉴权加密过程加密过程加密过程不成功的鉴权若鉴权失败，网络可根据用户识别来进行区分：1.MS使用TMSI 若MS使用TMSI，网络可以启动识别程序。网络判断MS给出的TMSI和与 此对 应的IMSI不相同，则重新开始鉴权。2.MS使用IMSI 若MS使用IMSI或网络决定不使用识别程序，则将“鉴权拒绝”发往MS。在发该消息之后，所有在进程中的MM连接释放，随后网络启动RR连接释放程序。在收到“鉴权拒绝”后，MS将SIM的状态设置
24、为“漫游不允许”，删除存在的TMSI、LAI、密钥序列号，一直到关机或拔出SIM之前都认为SIM无效。鉴权加密过程RR连接故障 在收到“鉴权响应”前检测到RR连接故障，网络将释放所有MM连接并废止任何正执行的MM特定程序。T3260超时 若T3260超时，网络中断鉴权程序和任何正执行的MM特定程序，释放MM连接，启动RR连接释放程序。鉴权程序中的异常情况鉴权程序中的异常情况鉴权加密过程网络使用识别程序的目的是请求MS提供特定的识别参数：如IMSI或IMEI。若在网络中有移动台提供的TMSI无法被系统识别（如此时数据库发生故障），则移动台需提供其IMSI或IMEI号。在TMSI在分配启动之前，网
25、络应先启动识别程序向移动台请求提供其IMSI或IMEI号。识别程序出发后，网络向移动台发起“识别请求”（IDENTIFY REQUEST）消息并启动3270。当存在连接时，随时响应识别请求消息，通过“识别响应”（IDENTIFY RESPONSE）消息向网络提供其识别号码。网络收到识别响应将停止3270。识别程序识别程序鉴权加密过程1.RR连接故障 在收到“识别响应”前检测到RR连接故障，网络将释放所有的连接程序和任何正在执行的特定程序。2.3260超时若3260超时，网络将释放RR连接。中断识别程序和任何正在执行的特定程序，释放所有连接，启动连接释放程序。识别程序中的异常情况识别程序中的异常
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