第7章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网.ppt

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1、第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 第第7章章 时分多址时分多址(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 7.1 GSM系统总体系统总体 7.2 GSM系统的无线接口系统的无线接口 7.3 GSM系统的控制与管理系统的控制与管理 7.4 三种三种TDMA蜂窝系统分析比较蜂窝系统分析比较 7.5 GPRS通用分组无线业务通用分组无线业务 思考题与习题思考题与习题 第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 7.1 GSM系统总体系统总体GSM的历史可以追溯到1982年，当时，北欧四国向欧洲邮电行政大会CEPT(Conferenc

2、eEuropeofPostandTelecommunications)提交了一份建议书，要求制定900MHz频段的欧洲公共电信业务规范，建立全欧统一的蜂窝网移动通信系统，以解决欧洲各国由于采用多种不同模拟蜂窝系统造成的互不兼容，无法提供漫游服务的问题。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 同年成立了欧洲移动通信特别小组，简称GSM(GroupSpecialMobile)。在19821985年期间，讨论焦点是制定模拟蜂窝网还是数字蜂窝网的标准，直到1985年才决定制定数字蜂窝网标准。1986年，在巴黎对欧洲各国经大量研究和实验后所提出的8个数字蜂窝系统进行

3、了现场试验。1987年5月，GSM成员国经现场测试和论证比较，选定窄带TDMA方案。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 1988年，18个欧洲国家达成GSM谅解备忘录，颁布了GSM标准，即泛欧数字蜂窝网通信标准。它包括两个并行的系统：GSM900和DCS1800，这两个系统功能相同，主要的差异是频段不同。在GSM标准中，未对硬件作出规定，只对功能、接口等作了详细规定，便于不同公司的产品可以互连互通。GSM标准共有12项内容，如表7-1所示。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 表7-1GSM标准第第7 7章章 时

4、分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 7.1.1网络结构数字蜂窝移动通信是在模拟蜂窝移动通信的基础上发展起来的，在网络组成、设备配置、网络功能和工作方式上，二者都有相同之处。但因数字蜂窝网采用全数字传输，因而在实现技术和管理控制等方面，均与模拟蜂窝网有较大的差异。简单说来，数字蜂窝网技术更先进，功能更完备且通信更可靠，并能适应方便地与其它数字通信网(如综合业务数字网ISDN、公用数据网PDN)的互连。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 GSM蜂窝系统的网络结构如图7-1所示。由图可见，GSM蜂窝系统的主要组成部分可分为移动台、基站

5、子系统和网络子系统。基站子系统(简称基站BS)由基站收发台(BTS)和基站控制器(BSC)组成；网络子系统由移动交换中心(MSC)、操作维护中心(OMC)、原籍位置寄存器(HLR)、访问位置寄存器(VLR)、鉴权中心(AUC)和移动设备识别寄存器(EIR)等组成。一个MSC可管理多达几十个基站控制器，一个基站控制器最多可控制256个BTS。由MS、BS和网络子系统构成公用陆地移动通信网，该网络由MSC与公用交换电话网(PSTN)、综合业务数字网(ISDN)和公用数据网(PDN)进行互连。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 图7-1GSM蜂窝系统的网络结

6、构第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 1.移动台(MS)移动台是GSM移动通信网中用户使用的设备。移动台类型可分为车载台、便携台和手机。其中，手机小巧、轻便，而且功能也较强，因此使用手机的用户占移动用户的绝大多数。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 移动台通过无线接口接入GSM系统，具有无线传输与处理功能。此外，移动台必须提供与使用者之间的接口，比如，为完成通话呼叫所需要的话筒、扬声器、显示屏和各种按键；或者提供与其它一些终端设备(TE)之间的接口，如与个人计算机或传真机之间的接口。第第7 7章章 时分多址时分

7、多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 移动台的另外一个重要组成部分是用户识别模块(SIM)，亦称SIM卡。它基本上是一张符合ISO(开放系统互连)标准的“智慧”磁卡，其中包含与用户有关的无线接口的信息，也包括鉴权和加密的信息。使用GSM标准的移动台都需要插入SIM卡，只有当处理异常的紧急呼叫时，才可以在不用SIM卡的情况下操作移动台。SIM卡的应用使一部移动台可以为不同用户服务，因为GSM系统是通过SIM卡来识别移动用户的，这为今后发展个人通信打下了基础。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 2.基站子系统(BSS)基站子系统(BSS)是GS

8、M系统的基本组成部分。它通过无线接口与移动台相接，进行无线发送、接收及无线资源管理。另一方面，基站子系统与网络子系统(NSS)中的移动交换中心(MSC)相连，实现移动用户与固定网络用户之间或移动用户之间的通信连接。基站子系统主要由基站收发信机(BTS)和基站控制器(BSC)构成。BTS可以直接与BSC相连接，也可以通过基站接口设备(BIE)采用远端控制的连接方式与BSC相连接。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 3.网络子系统(NSS)网络子系统对GSM移动用户之间通信和移动用户与其它通信网用户之间通信起着管理作用。其主要功能包括：交换、移动性管理与安

9、全性管理等。NSS由很多功能实体构成，它们之间的信令传输都符合CCITT信令系统7号协议。下面分别讨论各功能实体的主要功能。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 (1)移动交换中心(MSC)。移动交换中心(MSC)是网络的核心，它提供交换功能并面向下列功能实体：基站子系统(BSS)、原籍位置寄存器(HLR)、访问位置寄存器(VLR)、鉴权中心(AUC)、移动设备识别寄存器(EIR)、操作维护中心(OMC)和固定网(公用电话网、综合业务数字网等)，从而把移动用户与固定网用户、移动用户与移动用户之间互相连接起来。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(

10、TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 (2)原籍位置寄存器。原籍位置寄存器简称HLR。它可以看作是GSM系统的中央数据库，存储该HLR管辖区的所有移动用户的有关数据。其中，静态数据有移动用户号码、访问能力、用户类别和补充业务等。此外，HLR还暂存移动用户漫游时的有关动态信息数据。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 (3)访问位置寄存器。访问位置寄存器简称VLR。它存储进入其控制区域内来访移动用户的有关数据，这些数据是从该移动用户的原籍位置寄存器获取并进行暂存的，一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则临时存储的该移动用户的数据就会被删除。因此，VLR可看作是一

11、个动态用户的数据库。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 (4)鉴权中心。GSM系统采取了特别的通信安全措施，包括对移动用户鉴权，对无线链路上的话音、数据和信令信息进行保密等。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 (5)移动设备识别寄存器。移动设备识别寄存器(EIR)存储着移动设备的国际移动设备识别码(IMEI)，通过核查白色、黑色和灰色三种清单，运营部门就可判断出移动设备是属于准许使用的，还是失窃而不准使用的，还是由于技术故障或误操作而危及网络正常运行的MS设备，以确保网络内所使用的移动设备的惟一性和安全性。(6

12、)操作维护中心。网络操作维护中心(OMC)负责对全网进行监控与操作。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 7.1.2GSM的区域、号码、地址与识别1.区域定义GSM系统属于小区制大容量移动通信网，在它的服务区内设置有很多基站，移动通信网在此服务区内，具有控制、交换功能，以实现位置更新、呼叫接续、越区切换及漫游服务等功能。在由GSM系统组成的移动通信网络结构中，其相应的区域定义如图7-3所示。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 图7-3GSM的区域定义第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝

13、网数字蜂窝网 (1)GSM服务区。服务区是指移动台可获得服务的区域，即不同通信网(如PSTN或ISDN)用户无需知道移动台的实际位置而可与之通信的区域。(2)公用陆地移动通信网(PLMN)。一个公用陆地移动通信网(PLMN)可由一个或若干个移动交换中心组成。(3)MSC区。MSC区系指一个移动交换中心所控制的区域，通常它连接一个或若干个基站控制器，每个基站控制器控制多个基站收发信机。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 (4)位置区。位置区一般由若干个小区(或基站区)组成，移动台在位置区内移动无需进行位置更新。通常呼叫移动台时，向一个位置区内的所有基站同

14、时发寻呼信号。(5)基站区。基站区系指基站收发信机有效的无线覆盖区，简称小区。(6)扇区。当基站收发信天线采用定向天线时，基站区分为若干个扇区。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 2.号码与识别各种号码的定义及用途如下：(1)移动用户识别码。在GSM系统中，每个用户均分配一个惟一的国际移动用户识别码(IMSI)。此码在所有位置(包括在漫游区)都是有效的。通常在呼叫建立和位置更新时，需要使用IMSI。IMSI的组成如图7-4所示。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 IMSI的总长不超过15位数字，每位数字仅使用0

15、9的数字。图中：MCC:移动用户所属国家代号，占3位数字，中国的MCC规定为460。MNC：移动网号码，最多由两位数字组成，用于识别移动用户所归属的移动通信网。MSIN:移动用户识别码，用以识别某一移动通信网(PLMN)中的移动用户。由MNC和MSIN两部分组成国内移动用户识别码(NMSI)。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 图7-4国际移动用户识别码(IMSI)的格式第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 (2)临时移动用户识别码。考虑到移动用户识别码的安全性，GSM系统能提供安全保密措施，即空中接口无线传输的

16、识别码采用临时移动用户识别码(TMSI)代替IMSI。两者之间可按一定的算法互相转换。访问位置寄存器(VLR)可给来访的移动用户分配一个TMSI(只限于在该访问服务区使用)。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 图7-5国际移动设备识别码(IMEI)的格式第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 (3)国际移动设备识别码。国际移动设备识别码(IMEI)是区别移动台设备的标志，可用于监控被窃或无效的移动设备。IMEI的格式如图7-5所示。图中：TAC:型号批准码，由欧洲型号标准中心分配。FAC:装配厂家号码。SNR:产品

17、序号，用于区别同一个TAC和FAC中的每台移动设备。SP:备用。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 (4)移动台的号码。移动台的号码类似于PSTN中的电话号码，是在呼叫接续时所需拨的号码，其编号规则应与各国的编号规则相一致。移动台的号码有下列两种：移动台国际ISDN号码(MSISDN)。MSISDN为呼叫GSM系统中的某个移动用户所需拨的号码。一个移动台可分配一个或几个MSISDN号码，其组成格式如图7-6所示。图中：第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 图7-6移动台国际ISDN的格式第第7 7章章 时分多址时

18、分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 CC:国家代号，即移动台注册登记的国家代号，中国为86。NDC:国内地区码，每个PLMN有一个NDC。SN:移动用户号码。由NDC和SN两部分组成国内ISDN号码，其长度不超过13位数。国际ISDN号码长度不超过15位数字。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 移动台漫游号码(MSRN)。当移动台漫游到一个新的服务区时，由VLR给它分配一个临时性的漫游号码，并通知该移动台的HLR，用于建立通信路由。一旦该移动台离开该服务区，此漫游号码即被收回，并可分配给其它来访的移动台使用。漫游号码的组成格式与移动台国

19、际(或国内)ISDN号码相同。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 (5)位置区和基站的识别码。位置区识别码(LAI)。在检测位置更新和信道切换时，要使用位置区识别码(LAI)。LAI的组成格式如图7-7所示。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 基站识别色码(BSIC)。基站识别色码(BSIC)用于移动台识别相同载频的不同基站，特别用于区别在不同国家的边界地区采用相同载频且相邻的基站。BSIC为一个6比特编码，其格式如图7-8所示。NCC:PLMN色码，用来识别相邻的PLMN网。BCC：BTS色码，用来识别相同载

20、频的不同的基站。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 图7-8基站识别色码(BSIC)的格式第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 7.1.3主要业务1.通信业务分类GSM系统能提供6类10种电信业务，其编号、名称、业务类型及实现阶段见表7-2。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 表7-2GSM电信业务分类第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 2.业务定义(1)电话业务。电话业务是GSM系统提供的最主要业务。(2)紧急呼叫业务。在紧急情

21、况下,移动用户通过一种简单的拨号方式即可拨通紧急服务中心。(3)短消息业务。短消息业务包括移动台之间点对点短消息业务以及小区广播短消息业务。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 (4)可视图文接入。可视图文接入是一种通过网络完成文本、图形信息检索和电子函件功能的业务。(5)智能用户电报传送。智能用户电报传送能够提供智能用户电报终端间的文本通信业务。此类终端具有文本信息的编辑、存储和处理等能力。(6)传真。语言和3类传真交替传送的业务。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 7.2 GSM系统的无线接口系统的无线接口

22、7.2.1GSM系统无线传输特征表7-3给出了GSM系统的主要参数，为便于比较，表中还列出了另外两种时分多址数字蜂窝网的对应参数。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 表7-3GSM等三种数字蜂窝网主要参数第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 1.TDMA/FDMA接入方式GSM系统中，由若干个小区(3个、4个或7个)构成一个区群，区群内不能使用相同的频道，同频道距离保持相等，每个小区含有多个载频，每个载频上含有8个时隙，即每个载频有8个物理信道，因此，GSM系统是时分多址/频分多址的接入方式，参见图7-9所示。第

23、第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 图7-9TDMA/FDMA接入方式第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 2.频率与频道序号GSM系统工作在以下射频频段：上行(移动台发、基站收)890915MHz下行(基站发、移动台收)935960MHz收、发频率间隔为45MHz。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 移动台采用较低频段发射，传播损耗较低，有利于补偿上、下行功率不平衡的问题。由于载频间隔是0.2MHz，因此GSM系统整个工作频段分为124对载频，其频道序号用n表示，则上、下

24、两频段中序号为n的载频可用下式计算：下频段fl(n)=(890+0.2n)MHz(7-1)上频段fh(n)=(935+0.2n)MHz(7-2)第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 3.调制方式GSM的调制方式是高斯型最小移频键控(GMSK)方式，矩形脉冲在调制器之前先通过一个高斯滤波器。这一调制方案由于改善了频谱特性，从而能满足CCIR提出的邻信道功率电平小于-60dBW的要求。高斯滤波器的归一化带宽Bt=0.3，基于200kHz的载频间隔及270.833kb/s的信道传输速率，其频谱利用率为(1.35b/s)/Hz。第第7 7章章 时分多址时分多址(

25、TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 4.载频复用与区群结构GSM系统中，基站发射功率为500W每载波，每时隙平均为500/8=62.5W。移动台发射功率分为0.8W、2W、5W、8W和20W五种，可供用户选择。小区覆盖半径最大为35km，最小为500m，前者适用于农村地区，后者适用于市区。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 7.2.2信道类型及其组合1.帧结构图7-10给出了GSM系统各种帧及时隙的格式。每一个TDMA帧分07共8个时隙，帧长度为120/264.615ms。每个时隙含156.25个码元，占15/260.577ms。第第7 7章章

26、 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 图7-10GSM系统各种帧及时隙的格式第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 2.信道分类图7-12示出了GSM系统的信道分类。(1)业务信道。业务信道TCH主要传输数字话音或数据，其次还有少量的随路控制信令。话音业务信道。载有编码话音的业务信道分为全速率话音业务信道(TCH/FS)和半速率话音业务信道(TCH/HS)，两者的总速率分别为22.8kb/s和11.4kb/s。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 图7-12GSM系统的信道分类第第7 7章章

27、 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 数据业务信道。在全速率或半速率信道上，通过不同的速率适配和信道编码，用户可使用下列各种不同的数据业务：9.6kb/s,全速率数据业务信道(TCH/F9.6)4.8kb/s,全速率数据业务信道(TCH/F4.8)4.8kb/s,半速率数据业务信道(TCH/H4.8)2.4kb/s,全速率数据业务信道(TCH/F2.4)2.4kb/s,半速率数据业务信道(TCH/H2.4)第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 (2)控制信道。控制信道(CCH)用于传送信令和同步信号，主要分为三种：广播信道(BC

28、H)、公共控制信道(CCCH)和专用控制信道(DCCH)。广播信道(BCH)。广播信道是一种“一点对多点”的单方向控制信道，用于基站向移动台广播公用的信息，传输的内容主要是移动台入网和呼叫建立所需要的有关信息。广播信道又分为：第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 频率校正信道(FCCH)：传输供移动台校正其工作频率的信息；同步信道(SCH)：传输供移动台进行同步和对基站进行识别的信息，因为基站识别码是在同步信道上传输的；广播控制信道(BCCH)：传输系统公用控制信息，例如公共控制信道(CCCH)号码以及是否与独立专用控制信道(SDCCH)相组合等信息。第

29、第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 公用控制信道(CCCH)。CCCH是一种双向控制信道，用于呼叫接续阶段传输链路连接所需要的控制信令。公用控制信道又分为：寻呼信道(PCH)：传输基站寻呼移动台的信息；随机接入信道(RACH)：这是一个上行信道，用于移动台随机提出入网申请，即请求分配一个独立专用控制信道(SDCCH)；准许接入信道(AGCH)：这是一个下行信道，用于基站对移动台的入网申请作出应答，即分配一个独立专用控制信道。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 专用控制信道(DCCH)：这是一种“点对点”的双向控制

30、信道，其用途是在呼叫接续阶段以及在通信进行当中，在移动台和基站之间传输必需的控制信息。专用控制信道又分为：独立专用控制信道(SDCCH)：用于在分配业务信道之前传送有关信令。慢速辅助控制信道(SACCH)：在移动台和基站之间，需要周期性地传输一些信息。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 快速辅助控制信道(FACCH)：传送与SDCCH相同的信息，只有在没有分配SDCCH的情况下，才使用这种控制信道。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 7.2.4跳频和间断传输技术1.跳频前已指出，在GSM系统中，采用自适应均衡抵

31、抗多径效应造成的时散现象，采用卷积编码纠随机干扰，采用交织编码抗突发干扰，此外，还可采用跳频技术进一步提高系统的抗干扰性能。跳频是指载波频率在很宽频率范围内按某种图案(序列)进行跳变。图7-23为GSM系统的跳频示意图。采用每帧改变频率的方法，即每隔4.615ms改变载波频率，亦即跳频速率为1/4.615ms=217跳/秒。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 图7-23GSM系统的跳频示意图第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 跳频系统的抗干扰原理与直接序列扩频系统是不同的。直扩是靠频谱的扩展和解扩处理来提高抗干

32、扰能力的，而跳频是靠躲避干扰来获得抗干扰能力的。抗干扰性能用处理增益GP表征，GP的表达式为(7-3)式中：BW跳频系统的跳变频率范围；BC跳频系统的最小跳变的频率间隔(GSM的BC=200kHz)。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 2.间断传输为了提高频谱利用率，GSM系统还采用了话音激活技术。此技术也被称为间断传输(DTx)技术，其基本原则是只在有话音时才打开发射机，这样可以减小干扰，提高系统容量。采用DTx技术，对移动台来说更有意义，因为在无信息传输时立即关闭发射机，可以减少电源消耗。GSM中，话音激活技术采用一种自适应门限话音检测算法。第第7

33、 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 7.3 GSM系统的控制与管理系统的控制与管理 7.3.1位置登记所谓位置登记(或称注册)，是通信网为了跟踪移动台的位置变化，而对其位置信息进行登记、删除和更新的过程。由于数字蜂窝网的用户密度大于模拟蜂窝网，因而位置登记过程必须更快、更精确。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 位置信息存储在原籍位置寄存器(HLR)和访问位置寄存器(VLR)中。GSM蜂窝通信系统把整个网络的覆盖区域划分为许多位置区，并以不同的位置区标志进行区别，如图7-24中的LA1,LA2,LA3,。第第7 7章

34、章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 图7-24位置区划分的示意第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 当一个移动用户首次入网时，它必须通过移动交换中心(MSC)，在相应的位置寄存器(HLR)中登记注册，把其有关的参数(如移动用户识别码、移动台编号及业务类型等)全部存放在这个位置寄存器中，于是网络就把这个位置寄存器称为原籍位置寄存器。移动台的不断运动将导致其位置的不断变化。这种变动的位置信息由另一种位置寄存器，即访问位置寄存器(VLR)进行登记。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 位置区

35、的标志在广播控制信道(BCCH)中播送，移动台开机后，就可以搜索此BCCH，从中提取所在位置区的标志。移动台可能在不同情况下申请位置更新。比如，在任一个地区中进行初始位置登记，在同一个VLR服务区中进行过区位置登记，或者在不同的VLR服务区中进行过区位置登记等。不同情况下进行位置登记的具体过程会有所不同，但基本方法都是一样的。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 7.3.2 鉴权与加密鉴权与加密 由于空中接口极易受到侵犯，由于空中接口极易受到侵犯，GSM系统为了保证通信系统为了保证通信安全，安全，采取了特别的鉴权与加密措施。采取了特别的鉴权与加密措施。鉴

36、权是为了确认移鉴权是为了确认移动台的合法性，动台的合法性，而加密是为了防止第三者窃听。而加密是为了防止第三者窃听。鉴权中心鉴权中心(AUC)为鉴权与加密提供了三参数组为鉴权与加密提供了三参数组(RAND、SRES和和Kc)，在用户入网签约时，在用户入网签约时，用户鉴权密钥用户鉴权密钥Ki连同连同IMSI一起分配给用户，一起分配给用户，这样每一个用户均有惟一的这样每一个用户均有惟一的Ki和和IMSI，它们存储于它们存储于AUC数据库和数据库和SIM(用户识别用户识别)卡中。卡中。根根据据HLR的请求，的请求，AUC按下列步骤产生一个三参数组，按下列步骤产生一个三参数组，参见参见图图 7-26。第

37、第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 首先，首先，产生一个随机数产生一个随机数(RAND)；通通过过加加密密算算法法(A8)和和鉴鉴权权算算法法(A3),用用RAND和和Ki分分别别计计算算出出加加密密密密钥钥(Kc)和和符符号号响响应应(SRES)；RAND、SRES和和Kc作为一个三参数组一起送给作为一个三参数组一起送给HLR。1.鉴权鉴权 无无论论是是移移动动台台主主呼呼或或被被呼呼，都都有有鉴鉴权权过过程程，鉴鉴权权程序如图程序如图 7-27 所示。所示。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 图7-27鉴权程

38、序第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 鉴权过程主要涉及到鉴权过程主要涉及到AUC、HLR、MSC/VLR和和MS，它们均各自存储着与用户有关的信息或参数。它们均各自存储着与用户有关的信息或参数。当当MS发发出出入入网网请请求求时时，MSC/VLR就就向向MS发发送送RAND，MS使使用用该该RAND以以及及与与AUC内内相相同同的的鉴鉴权权密密钥钥Ki和和鉴鉴权权算算法法A3,计计算算出出符符号号响响应应SRES，然然后后把把SRES回送给回送给MSC/VLR,验证其合法性。验证其合法性。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝

39、网数字蜂窝网 2.加密加密 GSM系系统统为为确确保保用用户户信信息息(话话音音或或非非话话音音业业务务)以以及及与与用用户户有有关关的的信信令令信信息息的的私私密密性性，在在BTS与与MS之之间间交换信息时专门采用了一个加密程序。交换信息时专门采用了一个加密程序。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 3.设备识别设备识别 每每一一个个移移动动台台设设备备均均有有一一个个惟惟一一的的移移动动台台设设备备识识别别码码(IMEI)。在在EIR中中存存储储了了所所有有移移动动台台的的设设备备识识别别码码，每每一一个个移移动动台台只只存存储储本本身身的的IMEI

40、。设设备备识识别别的的目目的的是是确确保保系系统统中中使使用用的的设设备备不不是是盗盗用用的的或或非非法法的的设设备。备。为此，为此，EIR中使用三种设备清单：中使用三种设备清单：白名单：白名单：合法的移动设备识别号；合法的移动设备识别号；黑名单：黑名单：禁止使用的移动设备识别号；禁止使用的移动设备识别号；灰灰名名单单：是是否否允允许许使使用用由由运运营营者者决决定定，例例如如有有故故障的或未经型号认证的移动设备识别号。障的或未经型号认证的移动设备识别号。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 4.用户识别码用户识别码(IMSI)保密保密 为为了了防防止止

41、非非法法监监听听进进而而盗盗用用IMSI，当当在在无无线线链链路路上上需需要要传传送送IMSI时时，均均用用临临时时移移动动用用户户识识别别码码(TMSI)代代替替IMSI，仅仅在在位位置置更更新新失失败败或或MS得得不不到到TMSI时时才才使用使用IMSI。MS每每次次向向系系统统请请求求一一种种程程序序，如如位位置置更更新新、呼呼叫尝试等，叫尝试等，MSC/VLR将给将给MS分配一个新的分配一个新的TMSI。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 7.3.3 呼叫接续呼叫接续 1.移动用户主呼移动用户主呼 移移动动用用户户向向固固定定用用户户发发起起呼

42、呼叫叫的的接接续续过过程程如如图图 7-31 所示。所示。移移动动台台(MS)在在随随机机接接入入信信道道(RACH)上上，向向基基站站(BS)发发出出“信信道道请请求求”信信息息，若若BS接接收收成成功功，就就给给这这个个MS分分配配一一个个专专用用控控制制信信道道，即即在在准准许许接接入入信信道道(AGCH)上上向向MS发发出出“立立即即分分配配”指指令令。MS在在发发起起呼呼叫叫的的同同时时，设设置置一一定定时时器器，在在规规定定的的时时间间内内可可重重复复呼呼叫叫，如如果果按按预预定定的的次次数数重重复复呼呼叫叫后后，仍仍收收不不到到BS的的应应答，答，则放弃这次呼叫。则放弃这次呼叫。

43、第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 MS收收到到“立立即即分分配配”指指令令后后，利利用用分分配配的的专专用用控控制制信信道道(DCCH)与与BS建建立立起起信信令令链链路路，经经BS向向MSC发发送送“业业务务请请求求”信信息息。MSC向向VLR发发送送“开开始始接接入入请请求求”应应答答信信令令。VLR收收到到后后，经经MSC和和BS向向MS发发出出“鉴鉴权权请请求求”，其其中中包包含含一一随随机机数数(RAND)，MS按按鉴鉴权权算算法法A3进进行行处处理理后后，向向MSC发发回回“鉴鉴权权”响响应应信信息。息。第第7 7章章 时分多址时分多址(

44、TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 2.移动用户被呼移动用户被呼 固定用户向移动用户发起呼叫的接续过程如图固定用户向移动用户发起呼叫的接续过程如图 7-32 所示。所示。固固定定用用户户向向移移动动用用户户拨拨出出呼呼叫叫号号码码后后，固固定定网网络络把把呼呼叫叫接接续续到到就就近近的的移移动动交交换换中中心心，此此移移动动交交换换中中心心在在网网络络中中起起到到入入口口(Gate Way)的的作作用用，记记作作GMSC。GMSC即即向向相相应应的的HLR查查询询路路由由信信息息，HLR在在其其保保存存的的用用户户位位置置数数据据库库中中查查出出被被呼呼MS所所在在的的地地区区，并并向

45、向该该区的区的VLR查询该查询该MS的漫游号码的漫游号码(MSRN)。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 VLR把把该该MS的的(MSRN)送送到到HLR，并并转转发发给给查查询询路路由由信信息息的的GMSC。GMSC即即把把呼呼叫叫接接续续到到被被呼呼MS所所在在地地区区的的移移动动交交换换中中心心，记记作作VMSC。由由VMSC向向该该VLR查查询询有有关关的的“呼呼叫叫参参数数”，获获得得成成功功后后，再再向向相相关关的的基基站站(BS)发发出出“寻寻呼呼请请求求”。基基站站控控制制器器(BSC)根根据据MS所所在在的的小小区区，确确定定所所用用

46、的的收收发发台台(BTS)，在在寻寻呼呼信信道道(PCH)上发送此上发送此“寻呼请求寻呼请求”信息。信息。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 MS收收到到寻寻呼呼请请求求信信息息后后，在在随随机机接接入入信信道道(RACH)向向BS发发送送“信信道道请请求求”，由由BS分分配配专专用用控控制制信信道道(DCCH)，即即在在公公用用控控制制信信道道(CCCH)上上给给MS发发送送“立立即即指指配配”指指令令。MS利利用用分分配配到到的的DCCH与与BS建建立立起起信令链路，信令链路，然后向然后向VMSC发回发回“寻呼寻呼”响应。响应。VMSC接接到到MS

47、的的“寻寻呼呼”响响应应后后，向向VLR发发送送“开开始始接接入入请请求求”，接接着着启启动动常常规规的的“鉴鉴权权”和和“置置密模式密模式”过程。过程。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 VMSC收收到到MS的的“呼呼叫叫证证实实”信信息息后后，向向BS发发出出信信道道“指指配配请请求求”，要要求求BS给给MS分分配配无无线线业业务务信信道道(TCH)。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 7.3.4 过区切换过区切换 所所谓谓过过区区切切换换，是是指指在在通通话话期期间间，当当移移动动台台从从一一个个小小区区

48、进进入入另另一一个个小小区区时时，网网络络能能进进行行实实时时控控制制，把把移移动动台台从从原原小小区区所所用用的的信信道道切切换换到到新新小小区区的的某某一一信信道道，并并保保证证通通话话不不间间断断(用用户户无无感感觉觉)。如如果果小小区区采采用用扇扇区区定定向向天天线线，当当移移动动台台在在小小区区内内从从一一个个扇扇区区进进入入另另一一扇扇区时，区时，也也要进行类似的切换。要进行类似的切换。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 GSM系系统统采采用用的的过过区区切切换换办办法法称称之之为为移移动动台台辅辅助助切切换换(MAHO)法法。其其主主要要

49、指指导导思思想想是是把把过过区区切切换换的的检检测测和和处处理理等等功功能能部部分分地地分分散散到到各各个个移移动动台台，即即由由移移动动台台来来测测量量本本基基站站和和周周围围基基站站的的信信号号强强度度，把把测测得得结结果果送送给给MSC进进行行分分析析和和处处理理，从从而而作作出出有有关关过过区区切切换换的的决决策。策。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 图7-33同一个BSC的过区切换示意第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 (1)同同一一个个BSC控控制制区区内内不不同同小小区区之之间间的的切切换换，也

50、也包包括括不不同同扇扇区区之之间间的的切切换换。这这种种切切换换是是最最简简单单的的情情况，况，如图如图 7-33 所示。所示。(2)同同一一个个MSC/VLR业业务务区区内内，不不同同BSC控控制制区区的小区之间的切换，的小区之间的切换，如图如图 7-34 所示。所示。第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 图7-34同一个MSC/VLR区内，不同BSC间的切换示意第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 图7-35同一MSC的BSC间的切换流程第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝