CDMA信令专题一.ppt
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1、CDMA移动通信系统移动通信系统RF优化培训讲义优化培训讲义第二讲第二讲:CDMA信令专题(一)信令专题(一)内容nCDMA信令集合n保密与识别n保密和识别相关参数nCDMA鉴权机制n与鉴权相关的信令消息nCDMA加密机制n与加密相关的信令消息n登记n登记机制n相关参数n与登记相关的信令消息2CDMA信令集合n前向链路n同步信道n寻呼信道n前向业务信道n指令n信息记录n反向链路n接入信道n反向业务信道n指令n信息记录3同步信道n同步信道用于给移动台提供时间和帧同步。只有一条消息,即同步信道消息。同步信道分成每80ms一个超帧,每个超帧又分成3个以26.666ms为一帧的帧。n同步信道消息结构M
2、SG_LENGTH(8bit)消息体消息体(21146bit)CRC(30bit)93*N比特比特8*MSG_LENGTH同步信道消息同步信道消息填充填充n同步信道消息长度(MSG_LENGTH)字段n同步信道消息的长度,以8比特组为单位,包含消息长度字段本身、同步信道消息体和CRC。最大值为148。4同步信道同步信道消息体格式5寻呼信道n寻呼信道用于在移动台未被指配到业务信道时基站向移动台发送控制信息。n寻呼信道时隙结构n寻呼信道被分成80ms的时隙,2048个时隙又组成一个最大时隙周期(163.8s),每个最大时隙周期开始于系统时间开始的帧。工作于分时隙模式的移动台采用最大时隙周期长度的约
3、数作为时隙周期来监听寻呼信道。n寻呼信道消息包结构n每个80ms的时隙由4哥寻呼信道组成,每帧20ms。一个20 ms的帧被分成10ms长的半帧。任何一个寻呼信道半帧的第一个比特为SCI(同步包指示)比特n寻呼信道消息结构nMSG_LENGTH(8比特,最大值148),消息体,CRC6寻呼信道消息汇总7寻呼信道消息汇总各消息的使用场合及消息各字段含义见后续相关内容各消息的使用场合及消息各字段含义见后续相关内容8前向业务信道n在业务信道工作时,基站通过前向业务信道将信令消息发送给移动台。n前向业务信道帧结构n前向业务信道消息结构n长度字段(MSG_LENGTH,8比特,最小值5、最大值148)、
4、消息体(162016比特)、CRC(16比特)9前向业务信道消息汇总10前向业务信道消息汇总11指令n基站在寻呼信道和前向业务信道上发送指令消息,具体消息类型参看下表(“Y”表示允许发送)。n一个指令由8比特指令码和0到多个指令特定字段组成n基站需将在指令消息里的ORDER字段置为下表所示指令码,与将要发送的指令类型相一致n如果对应指令的指令鉴定码为“00000000”,并且没有其它附加字段,基站在指令消息里不应包含指令鉴定码和其它指令特定字段n如果对应指令的指令鉴定码不为“00000000”,并且没有其它附加字段,基站在指令消息里应包含指令鉴定码将其作为唯一的指令特定字段12用于寻呼和前向业
5、务信道的指令13用于寻呼和前向业务信道的指令14信息记录n在IS-95中存在很多的“记录”,用来描述各种特定的信息。基站与移动台之间传递特定的信息通常会以“记录”的形式,例如状态查询、信息提示等。n具体每个记录的内容和属性,请参见“IS-95B标准”。n具体的记录类型及其属性以及可以调用它的相关信令,请参见CDMA信令专题四。15接入信道n接入信道结构n一个接入信道时隙的长度为(3+MAX_CAP_SZ)+(1+PAM_SZ)个接入信道帧。n对应与某一个寻呼信道的所有接入信道有着相同的时隙长度,而且所有这些时隙开始于相同的时间n各基站之间接入信道时隙可能不同n在每个接入信道上移动台传输一个开始
6、于时隙起始处的96个零以及长度为1+PAM_SZ的接入信道帧组成的前缀。移动台在前缀之后立即发送一个接入信道消息包。n接入信道消息结构n一个接入信道消息包由接入信道消息和填充比特组成;n接入信道消息包的长度应为由下式给出的接入信道帧的整数倍:nCAP_SZ=(8+消息体长度+30)/88n每条接入信道消息依次包含一个长度字段(MSG_LENGTH,8比特,最大值为110)、消息体和一个CRC。16接入信道消息17反向业务信道消息18反向业务信道消息19反向链路指令20反向链路指令21关于信令版本级别的说明关于信令版本级别的说明u协议级为5的移动台可以完成IS-95B标准的中所有使用“shall
7、”字眼的功能;u协议级为4的移动台可以完成IS-95B标准的绝大部分功能,除了PACA,Power Up Function,Mobile-Assisted Hard Handoff 和 analog TIA/EIA-553-A compatibility。u协议级小于4的移动台还不支持BYPASS ALERT ANSERTu基站所支持的协议级和可以支持的最低移动台协议级在“Sync Channel Message”中 有 说 明。移 动 台 的 协 议 级 在“Registration Message”、“Origination Message”、“Page Response Message”
8、中均有说明,其他一些状态消息里也有说明。如果移动台的协议级比基站所能支持的最低的协议级还低,基站将不支持移动台,因此“协议级太低”也有可能是移动台接入失败的原因。u关于不同协议级的基站和移动台的能力的详细说明请看TIA/EIA-553-A。n在做“信令采集”的时候,尽量选择协议级高的移动台(当然应当在基站支持范围内),最好与基站的协议级一致,这样获得的基站的信令的字段才能充分,而不会被移动台做一些忽略处理。22保密与识别参数n移动台识别码nCDMA数字移动台识别由国际移动台识别号(IMSI)识别nIMSI由15个数字符号组成(0-9)。开始3位数字为移动台国家码(MCC),其余数字是国内移动台
9、识别码(NMSI),NMSI由移动台网号(MNC)和移动台识别号(MSIN)组成。nIMSI_S,IMSI_S1,IMSI_S2,IMSI_11_12nIMSI_11_12编码nIMSI_11_12二进制编码如下:n1)用D11代表第11位数,D12代表第12位数,如果值为0用10代替;n2)计算10*D12+D11-11n3)将第二步所计算结果按BCD转换规则转换为10位二进制数nMCC编码nMCC编码定义如下:n1)用D1、D2、D3代表3位数国家码,如果值为0用10代替;n2)计算100*D1+10*D2+D3-111n3)将第二步所计算结果按BCD转换规则转换为7位二进制数23保密与识
10、别参数n移动台识别码(续)nIMSI_S编码n1)IMSI_S开始3个数通过以下编码算法编成10比特(对应于IMSI_S2p)n用D1、D2、D3代表开始3个数,0值为10n计算100*D1+10*D2+D3-111n按BCD转换规则把此十进制数转换为10位二进制数n2)接下来的3个数字编码成IMSI_S1p的最高10位有效位比特,编码方式如1所述n3)IMSI_S 的最后四位按下述方式映射成IMSI_S1p的最低14位有效比特:nIMSI_S的千位数字根据BCD转换规则映射成4个比特n最后3位数字编码成IMSI_S1p的最低10位有效位比特,编码方式如1所述24保密与识别参数n电子串号(ES
11、N)n序号码是一个32比特的二进制数,用以唯一识别一个蜂窝系统中的移动台。由厂家设定。nESN的比特分配如下:n32比特序号中的8个最高有效比特(比特31比特24)为FCC为厂商分配的厂家(MFR))码n比特2318为备用n比特170由厂家进行唯一分配n移动台等级标志(SCM)n移动台的等级信息称为移动台等级标志(SCMp),必须储存在移动台内。此等级标志见下页表。n当采用双模方式时,使用双模SCM的5个最低有效比特;当使用CDMA方式操作时使用所有的比特。25保密与识别参数26保密与识别参数n登记存储器登记存储器n移动台将有单独存储单元存储如下参数:移动台将有单独存储单元存储如下参数:n移动
12、台所登记的区域表ZONE_LISTs-pn该存储单元将包括REG_ZONE和对应的(SID、NID)对。n系统/网络登记表(SID_NID_LIST)n按距离登记的变量nBASE_LAT_REG:移动台上次登记的基站纬度nBASE_LONG_REG:移动台上次登记的基站经度nBASE_DIST_REG:登记距离n在关机状态下以上数据的保留时间至少为在关机状态下以上数据的保留时间至少为48h,48h后若不能保证数据的完整性,则在开机后将后若不能保证数据的完整性,则在开机后将被删除被删除27保密与识别参数n接入过荷等级接入过荷等级n移动台必须储存一个4比特的过荷等级指示(ACCOLCp),用于:n
13、识别通过移动台尝试的过荷等级控制接入;n识别在总体业务重指示中的重指示过荷等级n普通移动台分为ACCOLC0至ACCOLC9n移动台的4比特接入级指示(ACCOLCp)将自动从IMSI最后一位数按照BCD转换规则转换为二进制数;n当相应的数字移动台IMSI更新时,它的4比特字段ACCOLCp会自动复位为新的最后一位数的二进制数。n用于测试的移动台指配为ACCOLC10,用于紧急情况的移动台指配为ACCOLC11,ACCOLC12 ACCOLC15为备用28保密与识别参数n归属系统、网路识别n移动台必须存储一个15比特的系统识别指示(HOME_SIDp)用以识别它的归属系统;n移动台还将提供给存
14、储器至少一个归属(SIDp,NIDp)对;n移动台也将提供给存储器3个1比特参数MOB_TERM_HOMEp、MOB_TERM_FOR_SIDp、MOB_TERM_FOR_NIDpn移动台版本识别码n移动台提供存储器来存储在状态消息中发送的下列参数:n协议版本号:MOB_P_REVpn厂商码:MOB_MFG_CODEn型号:MOB_P_MODELpn硬件版本号:MOB_FIRM_REVp29保密与识别操作n本地控制选择n必须为移动台提供一种手段使其能“允许”或“禁止”本地控制n优选操作的选择n优选系统n必须提供一种手段,使其决定优选的系统是系统A或系统B;另外,还可向移动台提供一种手段,使其仅
15、能工作在系统A或系统B。n优选CDMA或模拟操作n可向移动台提供一种手段,使其决定优选的操作方式是CDMA模式或模拟模式;另外,也可向移动台提供一种手段,使其仅允许CDMA模式或模拟模式操作n非连续发射n移动台将把优先的时隙周期指数SLOT_CYCLE_INDEXp提供给存储器存储。3031鉴权n鉴权是一种移动台与基站之间的信息交换过程,证实移动台的识别。n鉴权采用的是“公钥密钥机制”。n移动台与基站各有一个密钥(SSD:共用加密数据),移动台的密钥保存在半永久存储器中,基站的密钥保存在HLR/AC中。密钥只有移动台和HLR/AC知道,是不可以在空中传递的,是严格对外保密的。n公钥是由移动台或
16、者基站产生的一个随机数,可以在两者之间传递,是非保密的。移动台和对应基站的公钥是一样的。n移动台和基站分别利用各自的公钥和密钥通过“鉴权特征程序”产生各自的“鉴权码”,然后比较两者的鉴权码,如果鉴权码相同,表明鉴权通过;否则鉴权不通过。32鉴权特征程序输入参数33鉴权特征程序输入参数(续)n共享加密数据(SSD)nSSD是存储于移动台半永久存储器中的一个128比特数据,基站可以随时得到它。SSD分成两部分,每一部份支持不同的处理,规定:nSSD_A用于支持鉴权nSSD_B用于支持CDMA话音保密和CDMA与模拟系统的消息加密n随机查询存储(RAND)n保存于移动台的32比特值。当MS在CDMA
17、模式时,RAND取最后收到的接入参数参数消息中收到的RAND值n呼叫历史参数(COUNTs-p)n保存于移动台的一个模64的数。当移动台在前向业务信道上收到参数更新指令时,移动台需要更新COUNTs-p34更新共用加密数据(SSD)SSD更新消息基站移动台n1、基站发送SSD更新消息,其中RANDSSD字段包含与HLR/AC计算出的SSD同样的值。n2、双方设置SSD生成程序的输入参数,并运行SSD生成程序。n3、移动台选择32比特的随机数,RANDBS,并通过基站查询指令消息发往基站。n4、双方设置并运行鉴权特征程序。AUTHBS 为18比特的输出结果,基站通过基站查询证实指令把此值发往移动
18、台。n若移动台收到基站查询证实指令前没有收到SSD更新消息,则以SSD更新拒绝指令消息响应n5、移动台进行比较:n成功,更新SSD_A,SSD_B,向基站发送SSD更新证实指令消息n失败,向基站发送SSD更新拒绝指令消息n6、基站收到SSD更新证实指令后,基站将SSD_A,SSD_B设置为从HLR/AC中收到的值12345635鉴权机制鉴权机制n通常由基站发起鉴权要求,并产生一个随机数RAND作为公钥发给移动台。n移动台利用这个公钥和自己存储的密钥,通过“鉴权特征程序”计算出鉴权码AUTHU,然后发给基站。n基站将收到的AUTHU与自己计算出的AUTHU比较,如果相同,鉴权通过,否则鉴权失败。
19、n如果鉴权失败,首先怀疑是否公钥RAND传递时出错,基站会重新生成一个公钥RAND发给移动台,要求其再进行一次鉴权操作。n如果鉴权还是失败,怀疑可能是移动台和基站各自存储的密钥SSD不一致,基站会产生一个随机数RANDSSD发给移动台,由移动台和基站用特定程序在本地各自生成一个新的密钥SSD。并改由移动台(而不是基站)产生公钥RAND发给基站。然后各自计算AUTHU,再由基站把它的AUTHU发给移动台,在移动台处进行AUTHU的比较,如果还是不相同,鉴权便彻底失败,基站会拒绝为移动台提供服务。如果相同,鉴权成功,同时更新移动台和基站的密钥SSD。36鉴权场合n移动台登记时n当接入参数消息中的A
20、UTH字段为“01”(标准鉴权模式)且移动台试图登记时(在接入信道上发送登记消息)。n独特查询响应n独特查询响应程序由基站启动,可以在寻呼和接入信道上或在前向和反向业务信道上执行。n移动台始呼时n当在寻呼信道上发送的接入参数消息中的AUTH字段为“01”且移动台响应寻呼时(在接入信道上发送寻呼响应消息)。n移动台接听电话n当在寻呼信道上发送的接入参数消息中的AUTH字段为“01”且移动台响应寻呼时(在接入信道上发送寻呼响应消息)。n移动台数据突发时n当AUTHs设置为“01”移动台尝试在接入信道上发送数据突发消息时。37移动台登记的鉴权n当接入参数消息中的AUTH字段为“01”(标准鉴权模式)
21、且移动台试图登记时(在接入信道上发送登记消息),则移动台将完成如下鉴权程序:n1)移动台设置鉴权程序的输入参数,参数组内容见表四;n2)移动台运行鉴权特征程序,18比特的输出AUTH_SIGNATURE将用于填充登记消息的AUTHR字段。消息中的RANDC(RAND中的8比特的最高有效位)和COUNT字段将由移动台目前存储的值替代;n3)基站将所收到的RANDC值与内部存储的RAND的高8比特有效位比较;基站也可以将收到的COUNT值和其内部存储的与所收MIN/ESN有关的值进行比较;n4)基站用与移动台同样的方式计算AUTHR之值,但使用其内部存储的SSD_A值;基站将其计算的结果与从移动台
22、收到的值进行比较;n5)若任何比较失败,则基站认定登记尝试不成功,将启动独特查询响应程序或启动更新SSD的过程;38独特查询响应程序n独特查询响应程序由基站启动,可以在寻呼和接入信道上或在前向和反向业务信道上执行。程序如下:n1)基站产生24比特的RANDU值,在寻呼信道或前向业务信道上向移动台发送鉴权查询消息;n2)移动台在收到鉴权查询消息后,将按照表四所示来设置鉴权特征程序的输入参数(RAND_CHALLENCE输入参数的高24位有效比特由RANDU填充,低8位有效比特由IMSI_S2的低8位有效比特填充)并执行鉴权特征程序,18比特的输出18比特的输出AUTH _SIGNATURE将用于
23、填充鉴权查询响应消息的AUTHU字段,该消息发往基站;n3)基站用与移动台同样的方法计算AUTHU值,但使用其内部存储的SSD_A值。n4)基站将计算出来的AUTHU值与从移动台收到的AUTHU值进行比较。若比较失败,基站则否认移动台的进一步接入尝试,在进展过程中断呼或启动更新SSD的过程39移动台始发呼叫时的鉴权n当接入参数消息中的AUTH字段为“01”(标准鉴权模式)且移动台试图始呼时(在接入信道上发送始呼消息),则移动台完成以下鉴权程序:n1)移动台设置鉴权程序的输入参数,参数组内容见表四;n2)移动台运行鉴权特征程序,18比特的输出AUTH_SIGNATURE将用于填充始呼消息的AUT
24、HR字段。n3)基站将所收到的RANDC值与内部存储的RAND的高8比特有效位比较;基站也可以将收到的COUNT值和其内部存储的与所收MIN/ESN有关的值进行比较;n4)基站用与移动台同样的方式计算AUTHR之值,但使用其内部存储的SSD_A值;基站将其计算的结果与从移动台收到的值进行比较;n5)若任何比较失败,则基站拒绝服务,启动独特查询响应程序或启动更新SSD的过程;若比较成功,则可以发起适当的信道指配程序,在信道指配后,基站可以在前向业务信道上发送一个参数更新指令,更新移动台的COUNTs-p值40移动台终呼时的鉴权n当在寻呼信道上发送的接入参数消息中的AUTH字段为“01”(标准鉴权
25、模式)且移动台响应寻呼时(在接入信道上发送寻呼响应消息),将应用以下鉴权程序:n1)移动台设置鉴权程序的输入参数,参数组内容见表四;n2)移动台运行鉴权特征程序,18比特的输出AUTH_SIGNATURE将用于填充寻呼响应消息的AUTHR字段。n3)基站将所收到的RANDC值与内部存储的RAND的高8比特有效位比较;基站也可以将收到的COUNT值和其内部存储的与所收MIN/ESN有关的值进行比较;n4)基站用与移动台同样的方式计算AUTHR之值,但使用其内部存储的SSD_A值;基站将其计算的结果与从移动台收到的值进行比较;n5)若任何比较失败,则基站拒绝服务,启动独特查询响应程序或启动更新SS
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