tdma數(shù)字蜂窩網(wǎng)

1、TDMA數(shù)字蜂窩網(wǎng),TDMA數(shù)字蜂窩網(wǎng),80年代以來，世界各國加速開發(fā)數(shù)字移動通信技術(shù)，其中采用TDMA多址方式的代表性制式有： 泛歐GSM/DCS1800 美國ADC（IS-54） 日本PDC,全球移動通信系統(tǒng)GSM的發(fā)展里程碑,GSM的電信業(yè)務(wù),電信業(yè)務(wù)和承載業(yè)務(wù),GSM的承載業(yè)務(wù),電信業(yè)務(wù),1. 電話和緊急呼叫  話音編碼可以以64 kb/s速率進(jìn)行傳輸，但頻率利用率低。

2、為提高頻率利用率，GSM采用13 kb/s（全速）話音編碼器來進(jìn)行話音編碼傳輸。GSM還可采用接近6.5 kb/s（半速）進(jìn)行話音編碼，使頻率利用率更高。,2. 短信息業(yè)務(wù)（SMS） GSM可以提供給用戶的短消息業(yè)務(wù)，使GSM用戶無需同時攜帶尋呼機(jī)。GSM設(shè)計(jì)者還允許移動用戶發(fā)送短消息，即開展雙向短消息業(yè)務(wù)。,電 信 業(yè) 務(wù),GSM支持的補(bǔ)充業(yè)務(wù),GSM支持的補(bǔ)充業(yè)務(wù),一、數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)的區(qū)域結(jié)構(gòu),GSM數(shù)字蜂窩移動

3、通信網(wǎng),小區(qū)/扇區(qū)：一個基站或該基站的一部分（扇形天線）所覆蓋的區(qū)域基站區(qū)：由一個基站的所有扇區(qū)所覆蓋的區(qū)域位置區(qū)：移動臺可以任意移動不需要進(jìn)行位置更新的區(qū)域,一、數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)的區(qū)域結(jié)構(gòu),一、數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)的區(qū)域結(jié)構(gòu)（續(xù)）,MSC區(qū)：一個MSC所管轄的所有小區(qū)共同覆蓋的區(qū)域服務(wù)區(qū)：移動臺可獲得服務(wù)的區(qū)域，即PLMN、PSTN或ISDN用戶無須知道移動臺實(shí)際位置而可與之通信的區(qū)域。,,GSM結(jié)構(gòu),,,,,,fixed ne

4、twork,BSC,BSC,MSC,MSC,GMSC,OMC, EIR, AUC,VLR,HLR,NSSwith OSS,RSS,,,VLR,GSM網(wǎng)絡(luò)接口,,,,NSS,MS,MS,,BTS,BSC,GMSC,IWF,OMC,,BTS,BSC,MSC,MSC,,,Abis,,Um,EIR,HLR,VLR,VLR,,A,BSS,PDN,ISDN, PSTN,RSS,radio cell,radio cell,MS,,,AUC,,OS

5、S,signaling,,O,一個GSM移動臺可以分成兩部分：包括與無線電接口有關(guān)的硬件和軟件；包括用戶特有的數(shù)據(jù)：用戶識別模塊（SIM）.SIM是GSM最有吸引力的組成部分。SIM卡包括有關(guān)移動用戶指定的GSM業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)信息。它存儲有用戶識別號、位置信息和有關(guān)保密數(shù)據(jù)（如密鑰）、禁止GSM網(wǎng)絡(luò)和參考語言。SIM卡支持用個人身份碼（PIN）來鑒別卡的用戶，以防非法卡的使用。PIN由4到8位數(shù)字組成，在SIM卡出售時寫入。移動臺如無

6、SIM卡只能進(jìn)行緊急呼叫。,移動臺（MS）,移動臺（MS）,GSM900系統(tǒng)的移動臺功率等級,DCS1800系統(tǒng)的移動臺功率等級,移動臺（MS）,一個基站控制器（BSC）監(jiān)視和控制幾個基站。BSC的主要任務(wù):實(shí)現(xiàn)頻率管理以及BTS的控制和交換功能。BSC通過BTS和MS的遠(yuǎn)程命令對無線電接口進(jìn)行管理，主要有無線信道安排和釋放，切換的安排。BSC向下連接一系列BTS，向上連接移動交換中心（MSC）。一個BSC和與它相應(yīng)的BTS可看

7、成是一基站子系統(tǒng)（BSS）。,基站(BS)及基站收發(fā)信機(jī)（BTS）,基站(BS)及基站收發(fā)信機(jī)（BTS）,基站的功率等級,移動業(yè)務(wù)交換中心（MSC）,MSC的主要功能是協(xié)調(diào)去GSM或來自GSM用戶的呼叫。它主要由交換機(jī)及支持呼叫建立所需的幾個數(shù)據(jù)庫組成。它還是GSM網(wǎng)和公共交換電話網(wǎng)PSTN之間的接口。MSC還完成由MSC負(fù)責(zé)區(qū)域移動用戶所有的交換和信令功能。一個MSC可以連接數(shù)個BSC。 除了支持BSC之外, MSC還處理BSC/M

8、SC內(nèi)部的切換及相互之間的呼叫。 MSC具有無線資源管理和移動性管理等功能， 例如移動臺位置登記與更新、越區(qū)切換等。 為了建立從固定網(wǎng)至某個移動臺的呼叫路由，固定網(wǎng)進(jìn)入關(guān)口MSC（GMSC），由該GMSC查詢有關(guān)的歸屬位置寄存器HLR， 并建立至移動臺當(dāng)前所屬的MSC的呼叫路由。,歸屬位置寄存器（HLR）,1) 用戶數(shù)據(jù)的存儲 HLR必須存儲其歸屬用戶的有關(guān)數(shù)據(jù)。HLR還必須存儲由營運(yùn)者選擇的不同用戶提供的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，

9、并能隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，增改相應(yīng)存儲內(nèi)容。 2) 用戶數(shù)據(jù)的檢索 任何時候當(dāng)訪問者位置寄存器VLR請求（例如登記時）， HLR應(yīng)能依據(jù)要求向VLR提供有關(guān)的用戶數(shù)據(jù)。當(dāng)某些用戶數(shù)據(jù)有變化時（例如簽約的變化，服務(wù)項(xiàng)目清單的變化），HLR要能夠?qū)⑦@些數(shù)據(jù)信息通知VLR。,3) 提供移動用戶漫游號(MSRN) MSRN是在MS進(jìn)行位置更新時，由當(dāng)?shù)氐腣LR負(fù)責(zé)產(chǎn)生的。MS被叫時，HLR應(yīng)能根據(jù)GM

10、SC（關(guān)口MSC）或始發(fā)MSC的請求，將MSRN發(fā)往請求的MSC。 請求的MSC從而得到MS目前所在的MSC和位置區(qū)域LA。 4) 鑒權(quán) HLR應(yīng)能支持用戶的鑒權(quán)操作。 5) 登記 HLR應(yīng)能配合訪問者位置寄存器VLR完成登記功能和向前一個VLR發(fā)起取消登記功能。,歸屬位置寄存器（HLR）,6) 移動臺去話 當(dāng)HLR接收到VLR發(fā)來的移動臺去話通知后

11、， HLR應(yīng)能設(shè)置此移動臺為去話狀態(tài)。 7) HLR的恢復(fù) 應(yīng)能周期性地拷貝HLR中的數(shù)據(jù)（一般在24小時內(nèi)），拷貝可存儲在磁盤或磁帶中。當(dāng)HLR重新啟動后，在前一次拷貝的基礎(chǔ)上，執(zhí)行HLR恢復(fù)程序， 盡量得到正確的移動用戶位置與補(bǔ)充業(yè)務(wù)有關(guān)的信息。為避免錯誤數(shù)據(jù)的擴(kuò)散，HLR應(yīng)通知相關(guān)的VLR，使VLR刪除與HLR有關(guān)的數(shù)據(jù)，同時HLR應(yīng)能夠撤消MS的登記，等待MS的重新登記。,歸屬位置寄存器（H

12、LR）,訪問者位置寄存器（VLR）,1) 用戶數(shù)據(jù)的存儲 VLR必須存儲其歸屬用戶的有關(guān)數(shù)據(jù)。VLR還必須存儲由營運(yùn)者選擇的不同用戶提供的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并能隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展， 增改相應(yīng)存儲內(nèi)容。 2) 用戶數(shù)據(jù)的檢索 當(dāng)呼叫建立時，根據(jù)MSC的請求，VLR應(yīng)能夠依據(jù)TMSI、 MSRN向MSC提供用戶的信息。通常在移動臺呼叫時，依據(jù)國際移動用戶識別碼TMSI； 移動臺被叫時, 依據(jù)移動用戶

13、漫游號MSRN。,3) 登記 當(dāng)移動用戶出現(xiàn)在一個新的位置區(qū)域或從移動臺收到登記、 呼叫建立、補(bǔ)充業(yè)務(wù)操作消息后，若有需要，則應(yīng)能向HLR發(fā)出請求登記通知。VLR應(yīng)能完成登記、取消登記的功能，并能向HLR檢索用戶的信息。根據(jù)HLR的請求或當(dāng)用戶在24小時內(nèi)沒有在MSC/VLR區(qū)域中出現(xiàn)時，VLR應(yīng)能刪除該用戶的有關(guān)信息。 4) 移動臺去話 當(dāng)VLR收到MSC發(fā)來的移動臺去話通知后，VLR

14、應(yīng)能刪除此用戶的數(shù)據(jù)，并能通知相應(yīng)的HLR。,訪問者位置寄存器（VLR）,5) 鑒權(quán) VLR應(yīng)能向鑒權(quán)中心(AUC)索取并存儲鑒權(quán)參數(shù)。VLR通過MSC要求移動臺進(jìn)行鑒權(quán)，并比較從移動臺返回的和自己存儲的鑒權(quán)參數(shù)。當(dāng)比較不一致時，拒絕移動臺的業(yè)務(wù)請求，同時予以警告。 6) 提供MSRN 當(dāng)MS位置更新時，當(dāng)?shù)氐腣LR應(yīng)能夠根據(jù)HLR請求，要求MSC分配MSRN，并將MSRN發(fā)往請求的HLR

15、，即支持每次MS被呼叫時進(jìn)行的MSRN分配。 7) VLR的恢復(fù) 當(dāng)VLR發(fā)生數(shù)據(jù)錯誤時，VLR應(yīng)能夠通知相應(yīng)的HLR，刪除與其相應(yīng)的數(shù)據(jù)。,訪問者位置寄存器（VLR）,鑒權(quán)中心（AUC）,AUC鑒權(quán)中心是認(rèn)證移動用戶的身份以及產(chǎn)生相應(yīng)認(rèn)證參數(shù)的功能實(shí)體。AUC對任何試圖入網(wǎng)的用戶進(jìn)行身份認(rèn)證，只有合法用戶才能接入網(wǎng)中并得到服務(wù)。它給每一個在相關(guān)HLR登記的移動用戶安排了一個識別字, 該識別字用來產(chǎn)生

16、用于鑒別移動用戶身份的數(shù)據(jù)及用來產(chǎn)生用于對移動臺與網(wǎng)絡(luò)之間無線信道加密的另一個密鑰。 AUC存儲鑒權(quán)(A3)和加密(A8)算法。 AUC只與HLR通信。,設(shè)備識別寄存器（EIR）,EIR是存儲有關(guān)移動臺設(shè)備參數(shù)的數(shù)據(jù)庫。EIR實(shí)現(xiàn)對移動設(shè)備的識別、監(jiān)視、閉鎖等功能，以防止非法移動臺使用。,操作和維護(hù)中心（OMC）,OMC操作維護(hù)中心是網(wǎng)絡(luò)操作維護(hù)人員對全網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控和操作的功能實(shí)體。接入MSC和BSC, 處理來自網(wǎng)絡(luò)的錯誤報告, 控制BS

17、C和BTS的業(yè)務(wù)負(fù)載。OMC通過BSC對BTS進(jìn)行設(shè)置并允許操作者檢查系統(tǒng)的相連部分。 在實(shí)際蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、所在地域以及其他因素，上述實(shí)體可有各種配置方式。通常將MSC和VLR設(shè)置在一起， 而將HLR、 EIR和AC合設(shè)于另一個物理實(shí)體中。,三、編號計(jì)劃,在GSM系統(tǒng)中出于識別的目的定義了如下的一些編號為了確定GSM移動用戶永久性編碼IMSI國際移動用戶識別碼MSISDN移動臺ISDN號碼臨時性

18、編碼TMSI臨時移動用戶識別碼MSRN移動用戶漫游號碼HON切換號碼,三、編號計(jì)劃,為了識別NSS網(wǎng)絡(luò)組件MSC NumberVLR NumberHLR Number為了識別位置區(qū)LAI位置區(qū)識別碼為了識別BSS網(wǎng)絡(luò)組件CGI全球小區(qū)識別碼BSIC基站識別碼為了識別移動設(shè)備IMEI國際移動臺設(shè)備識別碼,存儲在移動臺和SIM卡中的信息,網(wǎng)絡(luò)使用的路由信息,位置區(qū)域(location areas),1．移動臺ISD

19、N號碼(MSISDN),,,,,指主叫為呼叫數(shù)字公用陸地蜂窩移動通信網(wǎng)中用戶所需撥的號碼。存儲在HLR和VLR中在MAP接口上傳送.號碼的結(jié)構(gòu)為： CC NDC SN |-----------國際移動客戶ISDN號碼 -------------------| |-- 國內(nèi)有效移動客戶ISDN號碼

20、 --|   CC＝國家碼。我國為86。 NDC＝國內(nèi)目的地碼，即網(wǎng)路接入號 SN＝用戶號碼。 中國移動：SN為H1H2H3ABCD，其中HlH2H3為每個移動業(yè)務(wù)本地網(wǎng)的HLR號碼，ABCD為移動用戶碼。中國聯(lián)通：SN是H1H2ABCDE，HlH2是移動業(yè)務(wù)本地網(wǎng)的HLR號碼，ABCDE是移動用戶碼。,2．國際移動用戶識別碼(IMSI),,,,,在無線路徑和整個GSM移動通信網(wǎng)上唯一正確地識

21、別一個移動用戶的號碼。用于GSM移動通信網(wǎng)所有信令中，存儲在SIM卡,HLR和VLR中;在無線接口及MAP接口上傳送.,2．國際移動用戶識別碼(IMSI),,,,,MCC: Mobile Country Code 移動國家碼,三個數(shù)字,如中國為460.MNC: Mobile Network Code 移動網(wǎng)號,兩個數(shù)字, 如中國移動GSM

22、 PLMN網(wǎng)為00， 中國聯(lián)通GSM PLMN網(wǎng)為0l.MSIN: Mobile Subscriber Identification Number 在某一PLMN內(nèi)MS唯一的識別碼. 編碼格式為H1 H2 H3 S XXXXXXNMSI: National Mobile Subscriber Identification

23、 在某一國家內(nèi)MS唯一的識別碼.,3．移動用戶漫游號碼(MSRN),,,,CC NDC SN |---------國際移動用戶ISDN號 -----------------| |--國內(nèi)有效移動用戶ISDN號碼 | 當(dāng)呼叫一個漫游移動用戶時，為了使網(wǎng)絡(luò)再進(jìn)行路由選擇，VLR臨時分配給漫游移動用

24、戶一個號碼。MSRN的分配對MS和PSTN用戶都是保密的，它只能作為漫游呼叫轉(zhuǎn)接中的路由重選，不能用于直接撥號。,4．臨時移動用戶識別碼(TMSI),,,,為了對國際移動用戶識別碼IMSI保密，MSC／VLR可給來訪移動用戶分配一個唯一的TMSI號碼，即為一個由MSC自行分配的4字節(jié)的BCD編碼，僅限在本MSC業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)使用。在呼叫建立和位置更新時，空中接口傳輸使用的是TMSI，,,5．位置區(qū)識別碼(LAI),,,,用于移動用戶的位置

25、區(qū)識別和位置更新。 3位數(shù)字 2位數(shù)字 最大16bit MCC MNC LAC |------------LAI-------| MCC＝移動用戶國家碼,同IMSI中的前三位數(shù)字。 MNC＝移動網(wǎng)號，同IMSI中的MNC。 LAC＝位置區(qū)號碼，為一個2字節(jié)BCD編碼，表示為 X1X2X3X4。在一個GSM PLMN網(wǎng)中可定義65536個不同的位置區(qū)。,,6

26、．全球小區(qū)識別碼(CGI),,,,用來識別一個位置區(qū)內(nèi)的小區(qū)，它是在位置區(qū)識別碼 (LAI)后加上一個小區(qū)識別碼(CI)。 3位數(shù)字 2位數(shù)字 最大16bit 最大16bit MCCMNCLACCI |---------------------LAI-----| |---------------------------------------CGI-------|CI是一個2字節(jié)BC

27、D編碼，由各MSC自定。,,7. 基站識別碼(BSIC),,,,用于識別相鄰國家的相鄰基站的，為6bit編碼。主要用于移動臺進(jìn)行信號強(qiáng)度測量時區(qū)分使用同一載頻的基站。 3bit 3bit NCCBCC |--------BSIC-------------| BCC＝基站色碼，識別基站。由運(yùn)營設(shè)定 NCC＝國家色碼，主要用來區(qū)

28、分國界各側(cè)的運(yùn)營者(國內(nèi)區(qū)別不同的省)，為XY1Y2。,7. 基站識別碼(BSIC),,,,X：運(yùn)營者(移動X＝1，聯(lián)通＝0) Y1、Y2：分配見下表。,,,8．國際移動臺設(shè)備識別碼(IMEI),,,,唯一地識別一個移動臺設(shè)備的編碼，為一個15位的十進(jìn)制數(shù)數(shù)字，其結(jié)構(gòu)是： 6位數(shù)字 2位數(shù)字 6位數(shù)字 1位數(shù)字 TAC FAC SNR SP

29、 TAC＝型號批準(zhǔn)碼，由歐洲型號認(rèn)證中心分配。 FAC＝工廠裝配碼，由廠家編碼，表示生產(chǎn)廠家及其裝配地。 SNR＝序號碼，由廠家分配。識別每個TAC和FAC中的某個設(shè)備。 SP＝備用，備作將來使用。,,9．MSC／VLR號碼,,,,MSC／VLR號碼在No.7信令信息中使用，代表MSC的號碼。中國移動GSM移動通信網(wǎng)中的MSC／VLR號碼結(jié)構(gòu)為1390MlM2M3，其中MlM2的分配同HlH2的分配

30、。,10．HLR號碼,,,,切換HLR號碼在No.7信令信息中使用，代表HLR的號碼。中國移動GSM移動通信網(wǎng)中的HLR號碼結(jié)構(gòu)是用戶號碼為全零的MSISDN號碼，即139HlH2H30000。,,11.切換號碼(HON ),HON是當(dāng)進(jìn)行移動交換局間越局切換時，為選擇路由，由目標(biāo)MSC(即切換要轉(zhuǎn)移到的MSC)臨時分配給移動客戶的一個號碼。此號碼為移動臺漫游號碼MSRN的一部分。,GSM系統(tǒng)的無線接口,,,,1、工作頻段 9

31、00MHz頻段： 890～915（移動臺發(fā)、基站收） 935～960（基站發(fā)、移動臺收） DCS1800，即1800MHz頻段： 1710～1785（移動臺發(fā)、基站收）   1805～1880（基站發(fā)、移動臺收）,2、頻道,,,,頻道間隔為200kHz; 收發(fā)雙工間隔：45MHZ;共有124對載頻;每個頻道采用TDMA方式，分為8個時隙每信道占用帶寬200kHz／8=25kH

32、z。 共有124*8=992個物理信道頻道分配采用等間隔頻道配置方法,幀長4.6ms每時隙：577微秒,3、調(diào)制方式,采用GMSK方式高斯濾波器的歸一化帶寬BT=0.3載頻間隔200KHz信道傳輸速率270.833kb/s頻譜利用率為1.35b/s/Hz,4、載頻復(fù)用與區(qū)群結(jié)構(gòu),基站發(fā)射功率500W/載波，62.5W/時隙移動臺發(fā)射功率分為：0.8W,2W,5W,8W,20W小區(qū)覆蓋半徑最大為35Km,最小為500m

33、采取多種抗干擾措施，可使射頻防衛(wèi)度降到C/I=9dB采用全向天線，建議采用7小區(qū)復(fù)用方式在業(yè)務(wù)密集區(qū)，可利用定向天線，采用3小區(qū)9扇區(qū)的區(qū)群結(jié)構(gòu),5、信道概念,,,,GSM中的信道分為:物理信道一個物理信道就為一個時隙(TS)邏輯信道根據(jù)BTS與MS之間傳遞的信息種類的不同而定義的不同邏輯信道。這些邏輯信道映射到物理信道上傳送。,,,,6、邏輯信道,,,,邏輯信道又分為兩大類:① 業(yè)務(wù)信道（TCH）：用于傳送編碼后的話音或

34、用戶數(shù)據(jù)，在上行和下行信道上，點(diǎn)對點(diǎn)（BTS對一個MS，或反之）方式傳播。 ② 控制信道（CCH）：用于傳送信令或同步數(shù)據(jù)。根據(jù)所需完成的功能又把控制信道定義成廣播、公共及專用三種控制信道。,,,控制信道CCH,業(yè)務(wù)信道TCH,公共控制信道CCCH,廣播信道CCCH,專用控制信道DCCH,頻率校正信道FCCH,同步信道SCH,廣播控制信道BCCH,尋呼信道PCH,準(zhǔn)許接入信道AGH,隨機(jī)接入信道RACH,獨(dú)立專用控制信道S

35、DCCH,慢速輔助控制信道SACCH,快速輔助控制信道FACCCH,,,,,,,,,,,,,下行,下行,下行,下行,下行,上/下行,上/下行,上/下行,上行,6、邏輯信道,6、邏輯信道——控制信道,,,廣播信道（BCH）: ---頻率校正信道（FCCH）：攜帶用于校正MS頻率的消息，下行信道，點(diǎn)對多點(diǎn)（BTS對多個MS）方式傳播。 ---同步信道（SCH）：攜帶MS的幀同步（TDMA幀號）和BTS的識別碼（BSIC）的信息，下行

36、信道，點(diǎn)對多點(diǎn)方式傳播。 ---廣播控制信道（BCCH）：廣播每個BTS的通用信息（小區(qū)特定信息）。下行，點(diǎn)對多點(diǎn)方式傳播。,,6、邏輯信道——控制信道,,,公共控制信道（CCCH） : ---尋呼信道（PCH）：用于尋呼（搜索）MS。下行，點(diǎn)對多點(diǎn)方式傳播。 ---隨機(jī)接入信道（RACH）：MS通過此信道申請分配一個獨(dú)立專用控制信道（SDCCH），可作為對尋呼的響應(yīng)或MS主叫／登記時的接入。上行信道，點(diǎn)對點(diǎn)方式傳播。 ---

37、允許接入信道（AGCH）：用于為MS分配一個獨(dú)立專用控制信道（SDCCH）。下行信道，點(diǎn)對點(diǎn)方式傳播。,,6、邏輯信道——控制信道,,,專用控制信道(DCCH)： ---獨(dú)立專用控制信道（SDCCH）：用在分配TCH之前呼叫建立過程中傳送系統(tǒng)信令。例如登記和鑒權(quán)在此信道上進(jìn)行。上行和下行信道，點(diǎn)對點(diǎn)方式傳播。 ---慢速隨路控制信道（SACCH）：它與一個TCH或一個SDCCH相關(guān)，傳送連續(xù)的數(shù)據(jù)信息，如傳送移動臺接

38、收到的關(guān)于服務(wù)及鄰近小區(qū)的信號強(qiáng)度的測試報告。這對實(shí)現(xiàn)移動臺參與切換功能是必要的。它還用于MS的功率管理和時間調(diào)整。上行和下行信道，點(diǎn)對點(diǎn)方式傳播。,,6、邏輯信道——控制信道,,,專用控制信道(DCCH)： ---快速隨路控制信道（FACCH）：它與一個TCH相關(guān)。工作于借用模式，即在話音傳輸過程中如果突然需要以比SACCH所能處理的高得多的速度傳送信令信息，則借用20ms的話音（數(shù)據(jù)）來傳送。這一般在切換時發(fā)生。由于語音譯碼器會重

39、復(fù)最后20ms的話音，因此這種中斷不被用戶查覺。,,7、 TDMA幀,,,每個載頻被定義為一個TDMA幀，幀長4.615ms每幀包括8個時隙（TS0-7）每時隙含56.25個碼元，0.577ms業(yè)務(wù)復(fù)幀：26幀組成，長120ms，傳輸業(yè)務(wù)信息控制復(fù)幀：51幀組成，長235.385ms，傳輸控制信息超幀：51個業(yè)務(wù)復(fù)幀組成，或26個控制復(fù)幀組成，包含1326個TDMA幀，長6.12s超高幀：2048個超幀組成，包含271562

40、8幀,,7、 TDMA幀,,,TDMA幀號：以超高幀為周期，0~2715647上行傳輸和下行傳輸所用的幀號相同，允許有3個時隙的偏移計(jì)算加密序列的算法是以TDMA幀號為一個輸入?yún)?shù)，因此每一幀都必須有一個幀號。有了TDMA幀號，移動臺就可判斷控制信道TS0上傳送的是哪一類邏輯信道。,,7、TDMA幀,GSM系統(tǒng)上行傳輸所用的幀號和下行傳輸所用的幀號相同，但上行幀相對于下行幀來說，在時間上推后3 個時隙，這樣，允許移動臺在這三個時隙的

41、時間內(nèi)，進(jìn)行幀調(diào)整以及對收發(fā)信機(jī)的調(diào)諧和轉(zhuǎn)換。,,,,,下行,上行,8、時隙的格式,,,(1)常規(guī)突發(fā)脈沖序列: 用于業(yè)務(wù)信道和專用控制信道, 156.25bit,,功率上升時間,功率下降時間,防止因傳輸延遲不同而發(fā)生交疊,自適應(yīng)信道均衡器的訓(xùn)練序列,以消除多徑效應(yīng)產(chǎn)生的碼間干擾。,表明信息比特的性質(zhì):業(yè)務(wù)/控制信號,8、時隙的格式,,,(2)頻率校正突發(fā)脈沖序列: 用于校正移動臺的載波頻率.,,相應(yīng)發(fā)送的射頻是與載頻有

42、固定頻偏的純正弦波，便于調(diào)整移動臺的載頻。,8、時隙的格式,,,,(3)同步突發(fā)脈沖序列: 用于移動臺的時間同步. 在下行方向的SCH信道上傳送，用于給定小區(qū)中移動臺的起始同步的捕獲。是移動臺在下行方向需解調(diào)的第一個序列。 其訓(xùn)練序列較長如：B962040F2D45761B H 信息段用于傳輸TDMA幀號和基站識別碼（BSIC）,,,,TDMA幀號和基站識別碼,8、時隙的格式,,,(4)接入突發(fā)脈沖序列:用于

43、移動臺向基站提出入網(wǎng)申請.在上行方向的RACH的傳送。訓(xùn)練序列如：096FF335478H,,(5)虛擬時隙: 不發(fā)送實(shí)際信息，只發(fā)送固定的比特序列，用于填空。 格式同常規(guī)突發(fā)脈沖序列,用于GSM的各類突發(fā)時隙,9、信道的組合方式,,,組合是將各種邏輯信道裝載到物理信道上去,即邏輯信道與物理信道之間存在映射關(guān)系信道的組合形式與通信系統(tǒng)的不同階段、傳輸方向、業(yè)務(wù)量有關(guān)邏輯信道的組合是以復(fù)幀為基礎(chǔ)設(shè)每一基站有n個載頻（

44、雙工）,分別用c0,c1,…,cn-1表示，則c0上的TS2~TS7用于業(yè)務(wù)信道，TS0用于廣播信道和公共控制信道，TS1用于專用控制信道。其余載頻上的信道全部用于業(yè)務(wù)信道。,,9、信道的組合方式,,,（1）業(yè)務(wù)信道的組合方式（圖）（2）控制信道的組合方式BCH和CCCH在TS0上的復(fù)用（圖）RACH在TS0上的復(fù)用（圖）SDCCH和SACCH在TS1上的復(fù)用（圖）公用控制信道和專用控制信道均在TS0復(fù)用 （僅一對載頻的

45、小區(qū)） （圖）,,業(yè)務(wù)信道的組合方式,業(yè)務(wù)信道復(fù)幀含有26個TDMA幀,……,……,A：為隨路的慢速輔助控制信道SACCHI： 為空閑，在半速率時，也為A,0,1,2,25,TDMA幀,T: TCH 業(yè)務(wù)信道,,控制信道的組合方式,控制信道的復(fù)幀含51幀，其組合方式類型較多，且上行和下行傳輸?shù)慕M合方式不同。BCH和CCCH在主載頻C0上的TS0上的復(fù)用(下行鏈路),……,……,0,1,2~5,50,F（FCCH）：用于移動臺校正

46、頻率S（SCH）：據(jù)此讀TDMA幀號和基站識別碼BSICB（BCCH）：據(jù)此讀有關(guān)小區(qū)的通用信息，其每個代表4幀C（CCCH）：用于呼叫接續(xù)控制信令，其每個也代表4幀I（IDLE）：空閑幀,TDMA幀,6~9,,控制信道的組合方式,2、RACH在TS0上的復(fù)用(上行鏈路)對于上行鏈路，主載頻C0上的TS0只用于移動臺的接入，51個TDMA幀均用于隨機(jī)信道（RACH）,……,……,0,1,2,TDMA幀,,控制信道的組合方式,

47、3、SDCCH和SACCH在TS1上的復(fù)用C0上的102個TS1的映射：,……,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Dx（SDCCH）：只在移動臺建立呼叫時使用，在移動臺轉(zhuǎn)到TCH上開始通話或登記完畢，其轉(zhuǎn)為其它移動臺服務(wù)。Ax（SACCH）：用于傳輸控制信令如功率調(diào)整等I：空閑幀,,控制信道的組合方式,4、TS0上控制信道的綜合復(fù)用,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,BCC

48、H+CCCH+SDCCH+SACCH下行鏈路,,,,0,102,0,102,14,36,RACH+SDCCH+SACCH 上行鏈路,,,,,,,,,,,,,,,,,,,在小容量地區(qū)或建站初期，小區(qū)可能僅有一套收發(fā)單元時，TS1~TS7均用于業(yè)務(wù)信道，此時TS0既用于公用控制信道，又用于專用控制信道。,,10、數(shù)字化語音傳輸,,,在無線傳輸時面臨三個問題：（1）語音編碼：選擇低速率的編碼方式，以適應(yīng)有限帶寬的要求；（2）信道編碼：選擇

49、有效的方法減少誤碼率（3）調(diào)制技術(shù)：選用有效的調(diào)制方法，減小雜波輻射，降低干擾,,自適應(yīng)均衡——抗多徑造成的時散現(xiàn)象卷積碼——糾隨機(jī)錯誤交織——抗突發(fā)錯誤跳頻——提高抗干擾性能,10、數(shù)字化語音傳輸-語音編碼,,,,10、數(shù)字化語音傳輸-語音編碼,,,,將13bit的線性碼變成8bit的A律碼,RPE-LTP譯碼器,,,13kb/s,基站系統(tǒng),將8bit的A律碼變成13bit的線性碼,RPE-LTP編碼器,移動交換

50、中心,,,,,無線子系統(tǒng),64kb/s,10、數(shù)字化語音傳輸-無線子系統(tǒng),,,,,前向糾錯編碼FEC,,交織,無線接入和GMSK調(diào)制,,,456bit/幀,13kb/s,移動臺發(fā)送,移動臺接收,,,,前向糾錯譯碼FEC,,解交織,GMSK解調(diào),,,456bit/幀,13kb/s,,,,,,,,260bit/幀,10、數(shù)字化語音傳輸-語音編碼,,,GSM系統(tǒng)話音編碼器是采用聲碼器和波形編碼器的混合物--- 混合編碼器，全

51、稱為線性預(yù)測編碼-長期預(yù)測編碼-規(guī)則脈沖激勵編碼器（LPC-LTP-RPE編碼器），LPC+LTP為聲碼器，RPE為波形編碼器，再通過復(fù)用器混合完成模擬話音信號的數(shù)字編碼，把話音分成20ms的音段,這20ms的音段通過話音編碼器被數(shù)字化和話音編碼，產(chǎn)生260個比特流。因此每話音信道的編碼速率為13kbit／s。,,10、數(shù)字化語音傳輸-語音編碼,,,,,,每個語音幀(260bits,20ms)中所需傳輸?shù)膮?shù),10、數(shù)字化語音傳輸-信

52、道編碼,,經(jīng)話音編碼產(chǎn)生的每260個比特流被分成： ·50個最重要比特 ·132個重要比特 ·78個不重要比特 對上述50個比特添加上3個奇偶檢驗(yàn)比特(分組編碼)，這53個比特同132個重要比特與4個尾比特一起卷積編碼，比率1：2，因而得378個比特，另外78個比特不予保護(hù)。因此,經(jīng)FEC后,變?yōu)槊繋?56比特。,語音編解碼的前向糾錯（全速業(yè)務(wù)信道）,10、數(shù)字化語音傳輸-信道編碼,,,,,,控制

53、信道不同，所要求的編碼過程也不同:同步信道：將原始信息25bits，經(jīng)奇偶編碼（35,25）為35bits，再加上4個尾比特成為39bits，經(jīng)（2,1,4）卷積編碼輸出為78bits隨機(jī)接入信道：將原始信息8bits，經(jīng)奇偶編碼（14,8）為14bits，再加上4個尾比特成為18bits，經(jīng)（2,1,4）卷積編碼輸出為36bits廣播信道/尋呼信道/準(zhǔn)予接入信道/慢速隨路控制信道：將原始信息184bits，經(jīng)法爾編碼（224,1

54、84）為14bits，再加上40bits個校驗(yàn)位為224bits，再加上4個尾比特為228bits,經(jīng)（2,1,4）卷積編碼輸出為456bits 其中法爾碼和奇偶碼是循環(huán)碼的一種,用于檢錯,卷積碼用于糾錯,10、數(shù)字化語音傳輸-交織,,將突發(fā)錯誤分散開來，交織深度越深，抗突發(fā)錯誤的能力越強(qiáng)。系統(tǒng)的交織深度=8將40ms的話音比特(2*456bit)進(jìn)行交織（圖9-22，9-21）,第一個20ms輸出的比特,,第二個20ms輸出

55、的比特,,10、數(shù)字化語音傳輸-跳頻,,跳頻是指載波頻率在很寬頻率范圍內(nèi)按某種圖案（序列）進(jìn)行跳變。采用每幀改變頻率的方法，即每隔4.615ms改變載波頻率跳頻速率為1/4.615ms=217跳/秒跳頻是靠躲避干擾來提高抗干擾能力，處理增益為：Bw為跳頻系統(tǒng)的跳變頻率范圍Bc為跳頻系統(tǒng)的最小跳變的頻率間隔（GSM中的為200kHz),10、數(shù)字化語音傳輸-間斷傳輸（DTx)技術(shù),,話音激活技術(shù)：采用自適應(yīng)門限話音檢測算法，

56、當(dāng)發(fā)端判斷出通話者暫停通話，立即關(guān)閉發(fā)射機(jī)，暫停傳輸；接收端檢測出無話音時，在相應(yīng)空閑幀中填上輕微的“舒適噪音”，以免收聽者造成通信中斷的錯覺。提高頻譜利用率。減少干擾,提高系統(tǒng)容量減少電源消耗(對移動臺來講),GSM系統(tǒng)的控制與管理,,位置登記與更新鑒權(quán)與加密呼叫接續(xù)過區(qū)切換,位置登記,GSM蜂窩通信系統(tǒng)把整個網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域劃分為許多位置區(qū)，并以不同的位置區(qū)標(biāo)志進(jìn)行區(qū)別，如圖中的LA1，LA2，LA3，…。,GSM系統(tǒng)的控

57、制與管理——位置登記,,位置區(qū)的標(biāo)志在BCCH中播送，移動臺開機(jī)后，搜索此BCCH，從中提取所在位置區(qū)的標(biāo)志。如果移動臺以進(jìn)入新的位置區(qū)，則移動臺向新位置區(qū)的基站發(fā)出位置更新請求。國際移動用戶識別碼IMSI分離/附著,GSM系統(tǒng)的控制與管理——位置登記,,GSM系統(tǒng)的控制與管理——鑒權(quán)與加密,,GSM采取的安全措施：接入網(wǎng)路：對客戶鑒權(quán)無線路徑：對通信信息加密移動設(shè)備：設(shè)備識別對用戶識別碼：用臨時識別碼保護(hù)SIM卡：用PIN

58、碼保護(hù),3 algorithms specified in GSMA3 for authentication (“secret”, open interface)A5 for encryption (standardized)A8 for key generation (“secret”, open interface),GSM系統(tǒng)的控制與管理——鑒權(quán)與加密,,鑒權(quán)與加密通過三參數(shù)組（RAND,SRES,Kc)完成三參數(shù)組的產(chǎn)生

59、是在GSM系統(tǒng)的AUC(鑒權(quán)中心)中完成用戶在簽約(注冊登記)分配一個用戶電話號碼和用戶識別碼(IMSI)IMSI是通過SIM寫卡機(jī)寫入用戶SIM卡中，同時在寫卡機(jī)中又產(chǎn)生一個對應(yīng)此IMSI的唯一的客戶鑒權(quán)鍵KiIMSI和Ki被分別存儲在客戶SIM卡和AUC中。,,,,GSM系統(tǒng)的控制與管理——鑒權(quán)與加密,,產(chǎn)生一個隨機(jī)數(shù)RAND,,鑒權(quán)鍵Ki,密鑰算法A8,密鑰Kc,,,產(chǎn)生一個隨機(jī)數(shù)RAND,,鑒權(quán)鍵Ki,鑒權(quán)算法

60、A3,符號響應(yīng)SRES,,,三參數(shù)組（RAND,SRES,Kc)?HLR,AUC產(chǎn)生三參數(shù)組,GSM系統(tǒng)的控制與管理——鑒權(quán)與加密,,鑒權(quán)當(dāng)移動用戶開機(jī)請求接入網(wǎng)路時，MSC／VLR通過控制信道將三參數(shù)組的一個參數(shù)偽隨機(jī)數(shù)RAND傳送給用戶，SIM卡收到RAND后，用此RAND與SIM卡存儲的用戶鑒權(quán)鍵Ki，經(jīng)同樣的A3算法得出一個響應(yīng)數(shù)SRES，傳送給MSC／VLR。MSC／VLR將收到的SRES與三參數(shù)組中的SRES進(jìn)行比較。比較

61、的結(jié)果相同就允許接入，否則為非法用戶，網(wǎng)路拒絕為此客戶服務(wù)。 在每次登記、呼叫建立嘗試、位置更新以及在補(bǔ)充業(yè)務(wù)的激活、去活、登記或刪除之前均需要鑒權(quán)。,GSM的鑒權(quán)過程,GSM - authentication,,,,A3,,,RAND,Ki,128 bit,128 bit,,SRES* 32 bit,,A3,,,RAND,Ki,128 bit,128 bit,,SRES 32 bit,,SRES* =? SRES,SRES,

62、,RAND,SRES,32 bit,mobile network,SIM,AC,MSC,SIM,Ki: individual subscriber authentication keySRES: signed response,GSM系統(tǒng)的控制與管理——鑒權(quán)與加密,,加密在鑒權(quán)程序中，當(dāng)用戶側(cè)計(jì)算SRES時，同時用另一算法(A8算法)也計(jì)算出密鑰Kc。根據(jù)MSC／VLR發(fā)送出的加密命令，BTS側(cè)和MS側(cè)均開始使用Kc。在MS側(cè)，由K

63、c、TDAM幀號和加密命令M一起經(jīng)A5算法，對用戶信息數(shù)據(jù)流進(jìn)行加密(也叫擾碼)，在無線路徑上傳送。在BTS側(cè)，把從無線信道上收到加密信息數(shù)據(jù)流、TDMA幀號和Kc，再經(jīng)過A5算法解密后，傳送BSC和MSC。 所有的語音和數(shù)據(jù)均需加密，并且所有有關(guān)用戶參數(shù)也均需加密。,GSM - key generation and encryption,,,,A8,,,RAND,Ki,128 bit,128 bit,,Kc64 bit,,A8,,

64、,RAND,Ki,128 bit,128 bit,,SRES,RAND,encrypteddata,mobile network (BTS),MS with SIM,AC,BSS,SIM,,A5,Kc64 bit,,A5,,,MS,data,,data,,cipherkey,GSM系統(tǒng)的控制與管理——鑒權(quán)與加密,,設(shè)備識別EIR中存有三種名單： 白名單--- 包括已分配給可參與運(yùn)營的GSM各國的所有設(shè)備識別序列號碼。 黑名單

65、--- 包括所有應(yīng)被禁用的設(shè)備識別碼。 灰名單--- 包括有故障的及未經(jīng)型號認(rèn)證的移動臺設(shè)備，由網(wǎng)路運(yùn)營者決定。MSC／VLR向MS請求設(shè)備識別碼IMEI，并將其發(fā)送給EIR，EIR將收到的IMEI與白、黑、灰三種表進(jìn)行比較，把結(jié)果發(fā)送給MSC／VLR，以便MSC／VLR決定是否允許該移動臺設(shè)備進(jìn)入網(wǎng)路。,鑒權(quán)與加密－設(shè)備識別,GSM系統(tǒng)的控制與管理——鑒權(quán)與加密,,用戶識別碼的保密 為了防止非法監(jiān)聽而盜用IMSI，

66、在無線鏈路上需要傳送IMSI時，均用臨時移動用戶識別碼TMSI代替。僅在位置更新失敗或MS得不到TMSI時，才使用IMSI。 MS每次向系統(tǒng)請求一種程序，如位置更新、呼叫嘗試等，MSC/VLR將給MS分配一個新的TMSI。,鑒權(quán)與加密－用戶識別碼（IMSI）保密,GSM系統(tǒng)的控制與管理——呼叫接續(xù),,移動用戶主呼 圖9-31移動用戶被呼 圖9-32,移動用戶被呼

67、,PSTN,callingstation,GMSC,HLR,VLR,BSS,BSS,BSS,MSC,MS,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,16,10,10,11,11,11,14,15,17,1: calling a GSM subscriber2: forwarding call to GMSC3: signal call setup to HLR4, 5: request MSRN from VL

68、R6: forward responsible MSC to GMSC7: forward call to current MSC8, 9: get current status of MS10, 11: paging of MS12, 13: MS answers14, 15: security checks16, 17: set up connection,移動用戶主呼,PSTN,GMSC,VLR,