tdma數字蜂窩網

1、TDMA數字蜂窩網,TDMA數字蜂窩網,80年代以來，世界各國加速開發(fā)數字移動通信技術，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,電信業(yè)務和承載業(yè)務,GSM的承載業(yè)務,電信業(yè)務,1. 電話和緊急呼叫  話音編碼可以以64 kb/s速率進行傳輸，但頻率利用率低。

2、為提高頻率利用率，GSM采用13 kb/s（全速）話音編碼器來進行話音編碼傳輸。GSM還可采用接近6.5 kb/s（半速）進行話音編碼，使頻率利用率更高。,2. 短信息業(yè)務（SMS） GSM可以提供給用戶的短消息業(yè)務，使GSM用戶無需同時攜帶尋呼機。GSM設計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。,電 信 業(yè) 務,GSM支持的補充業(yè)務,GSM支持的補充業(yè)務,一、數字蜂窩移動通信網的區(qū)域結構,GSM數字蜂窩移動

3、通信網,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行位置更新的區(qū)域,一、數字蜂窩移動通信網的區(qū)域結構,一、數字蜂窩移動通信網的區(qū)域結構（續(xù)）,MSC區(qū)：一個MSC所管轄的所有小區(qū)共同覆蓋的區(qū)域服務區(qū)：移動臺可獲得服務的區(qū)域，即PLMN、PSTN或ISDN用戶無須知道移動臺實際位置而可與之通信的區(qū)域。,,GSM結構,,,,,,fixed ne

4、twork,BSC,BSC,MSC,MSC,GMSC,OMC, EIR, AUC,VLR,HLR,NSSwith OSS,RSS,,,VLR,GSM網絡接口,,,,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的硬件和軟件；包括用戶特有的數據：用戶識別模塊（SIM）.SIM是GSM最有吸引力的組成部分。SIM卡包括有關移動用戶指定的GSM業(yè)務和網絡信息。它存儲有用戶識別號、位置信息和有關保密數據（如密鑰）、禁止GSM網絡和參考語言。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位數字組成，在SIM卡出售時寫入。移動臺如無

6、SIM卡只能進行緊急呼叫。,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:實現頻率管理以及BTS的控制和交換功能。BSC通過BTS和MS的遠程命令對無線電接口進行管理，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（BTS）,基站(BS)及基站收發(fā)信機（BTS）,基站的功率等級,移動業(yè)務交換中心（MSC）,MSC的主要功能是協(xié)調去GSM或來自GSM用戶的呼叫。它主要由交換機及支持呼叫建立所需的幾個數據庫組成。它還是GSM網和公共交換電話網PSTN之間的接口。MSC還完成由MSC負責區(qū)域移動用戶所有的交換和信令功能。一個MSC可以連接數個BSC。 除了支持BSC之外, MSC還處理BSC/M

8、SC內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。 為了建立從固定網至某個移動臺的呼叫路由，固定網進入關口MSC（GMSC），由該GMSC查詢有關的歸屬位置寄存器HLR， 并建立至移動臺當前所屬的MSC的呼叫路由。,歸屬位置寄存器（HLR）,1) 用戶數據的存儲 HLR必須存儲其歸屬用戶的有關數據。HLR還必須存儲由營運者選擇的不同用戶提供的業(yè)務數據，

9、并能隨著業(yè)務的發(fā)展，增改相應存儲內容。 2) 用戶數據的檢索 任何時候當訪問者位置寄存器VLR請求（例如登記時）， HLR應能依據要求向VLR提供有關的用戶數據。當某些用戶數據有變化時（例如簽約的變化，服務項目清單的變化），HLR要能夠將這些數據信息通知VLR。,3) 提供移動用戶漫游號(MSRN) MSRN是在MS進行位置更新時，由當地的VLR負責產生的。MS被叫時，HLR應能根據GM

10、SC（關口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 HLR應能支持用戶的鑒權操作。 5) 登記 HLR應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HLR接收到VLR發(fā)來的移動臺去話通知后

11、， HLR應能設置此移動臺為去話狀態(tài)。 7) HLR的恢復 應能周期性地拷貝HLR中的數據（一般在24小時內），拷貝可存儲在磁盤或磁帶中。當HLR重新啟動后，在前一次拷貝的基礎上，執(zhí)行HLR恢復程序， 盡量得到正確的移動用戶位置與補充業(yè)務有關的信息。為避免錯誤數據的擴散，HLR應通知相關的VLR，使VLR刪除與HLR有關的數據，同時HLR應能夠撤消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) 用戶數據的存儲 VLR必須存儲其歸屬用戶的有關數據。VLR還必須存儲由營運者選擇的不同用戶提供的業(yè)務數據，并能隨著業(yè)務的發(fā)展， 增改相應存儲內容。 2) 用戶數據的檢索 當呼叫建立時，根據MSC的請求，VLR應能夠依據TMSI、 MSRN向MSC提供用戶的信息。通常在移動臺呼叫時，依據國際移動用戶識別碼TMSI； 移動臺被叫時, 依據移動用戶

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

14、應能刪除此用戶的數據，并能通知相應的HLR。,訪問者位置寄存器（VLR）,5) 鑒權 VLR應能向鑒權中心(AUC)索取并存儲鑒權參數。VLR通過MSC要求移動臺進行鑒權，并比較從移動臺返回的和自己存儲的鑒權參數。當比較不一致時，拒絕移動臺的業(yè)務請求，同時予以警告。 6) 提供MSRN 當MS位置更新時，當地的VLR應能夠根據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被呼叫時進行的MSRN分配。 7) VLR的恢復 當VLR發(fā)生數據錯誤時，VLR應能夠通知相應的HLR，刪除與其相應的數據。,訪問者位置寄存器（VLR）,鑒權中心（AUC）,AUC鑒權中心是認證移動用戶的身份以及產生相應認證參數的功能實體。AUC對任何試圖入網的用戶進行身份認證，只有合法用戶才能接入網中并得到服務。它給每一個在相關HLR登記的移動用戶安排了一個識別字, 該識別字用來產生

16、用于鑒別移動用戶身份的數據及用來產生用于對移動臺與網絡之間無線信道加密的另一個密鑰。 AUC存儲鑒權(A3)和加密(A8)算法。 AUC只與HLR通信。,設備識別寄存器（EIR）,EIR是存儲有關移動臺設備參數的數據庫。EIR實現對移動設備的識別、監(jiān)視、閉鎖等功能，以防止非法移動臺使用。,操作和維護中心（OMC）,OMC操作維護中心是網絡操作維護人員對全網進行監(jiān)控和操作的功能實體。接入MSC和BSC, 處理來自網絡的錯誤報告, 控制BS

17、C和BTS的業(yè)務負載。OMC通過BSC對BTS進行設置并允許操作者檢查系統(tǒng)的相連部分。 在實際蜂窩網絡中，根據網絡規(guī)模、所在地域以及其他因素，上述實體可有各種配置方式。通常將MSC和VLR設置在一起， 而將HLR、 EIR和AC合設于另一個物理實體中。,三、編號計劃,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、編號計劃,為了識別NSS網絡組件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網絡組件CGI全球小區(qū)識別碼BSIC基站識別碼為了識別移動設備IMEI國際移動臺設備識別碼,存儲在移動臺和SIM卡中的信息,網絡使用的路由信息,位置區(qū)域(location areas),1．移動臺ISD

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

20、 --|   CC＝國家碼。我國為86。 NDC＝國內目的地碼，即網路接入號 SN＝用戶號碼。 中國移動：SN為H1H2H3ABCD，其中HlH2H3為每個移動業(yè)務本地網的HLR號碼，ABCD為移動用戶碼。中國聯(lián)通：SN是H1H2ABCDE，HlH2是移動業(yè)務本地網的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,三個數字,如中國為460.MNC: Mobile Network Code 移動網號,兩個數字, 如中國移動GSM

22、 PLMN網為00， 中國聯(lián)通GSM PLMN網為0l.MSIN: Mobile Subscriber Identification Number 在某一PLMN內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 -----------------| |--國內有效移動用戶ISDN號碼 | 當呼叫一個漫游移動用戶時，為了使網絡再進行路由選擇，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)務區(qū)內使用。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位數字 2位數字 最大16bit MCC MNC LAC |------------LAI-------| MCC＝移動用戶國家碼,同IMSI中的前三位數字。 MNC＝移動網號，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位數字 2位數字 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。主要用于移動臺進行信號強度測量時區(qū)分使用同一載頻的基站。 3bit 3bit NCCBCC |--------BSIC-------------| BCC＝基站色碼，識別基站。由運營設定 NCC＝國家色碼，主要用來區(qū)

28、分國界各側的運營者(國內區(qū)別不同的省)，為XY1Y2。,7. 基站識別碼(BSIC),,,,X：運營者(移動X＝1，聯(lián)通＝0) Y1、Y2：分配見下表。,,,8．國際移動臺設備識別碼(IMEI),,,,唯一地識別一個移動臺設備的編碼，為一個15位的十進制數數字，其結構是： 6位數字 2位數字 6位數字 1位數字 TAC FAC SNR SP

29、 TAC＝型號批準碼，由歐洲型號認證中心分配。 FAC＝工廠裝配碼，由廠家編碼，表示生產廠家及其裝配地。 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移動通信網中的MSC／VLR號碼結構為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移動通信網中的HLR號碼結構是用戶號碼為全零的MSISDN號碼，即139HlH2H30000。,,11.切換號碼(HON ),HON是當進行移動交換局間越局切換時，為選擇路由，由目標MSC(即切換要轉移到的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、載頻復用與區(qū)群結構,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)復用方式在業(yè)務密集區(qū)，可利用定向天線，采用3小區(qū)9扇區(qū)的區(qū)群結構,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)務信道（TCH）：用于傳送編碼后的話音或

34、用戶數據，在上行和下行信道上，點對點（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據。根據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,準許接入信道AGH,隨機接入信道RACH,獨立專用控制信道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，點對多點（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，點對多點方式傳播。 ---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，點對多點方式傳播。,,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，點對多點方式傳播。 ---隨機接入信道（RACH）：MS通過此信道申請分配一個獨立專用控制信道（SDCCH），可作為對尋呼的響應或MS主叫／登記時的接入。上行信道，點對點方式傳播。 ---

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

38、收到的關于服務及鄰近小區(qū)的信號強度的測試報告。這對實現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整。上行和下行信道，點對點方式傳播。,,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。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（數據）來傳送。這一般在切換時發(fā)生。由于語音譯碼器會重

39、復最后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)務復幀：26幀組成，長120ms，傳輸業(yè)務信息控制復幀：51幀組成，長235.385ms，傳輸控制信息超幀：51個業(yè)務復幀組成，或26個控制復幀組成，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個時隙的偏移計算加密序列的算法是以TDMA幀號為一個輸入參數，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，進行幀調整以及對收發(fā)信機的調諧和轉換。,,,,,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,自適應信道均衡器的訓練序列,以消除多徑效應產生的碼間干擾。,表明信息比特的性質:業(yè)務/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.,,相應發(fā)送的射頻是與載頻有

42、固定頻偏的純正弦波，便于調整移動臺的載頻。,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的第一個序列。 其訓練序列較長如：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申請.在上行方向的RACH的傳送。訓練序列如：096FF335478H,,(5)虛擬時隙: 不發(fā)送實際信息，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)務量有關邏輯信道的組合是以復幀為基礎設每一基站有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)務信道。,,9、信道的組合方式,,,（1）業(yè)務信道的組合方式（圖）（2）控制信道的組合方式BCH和CCCH在TS0上的復用（圖）RACH在TS0上的復用（圖）SDCCH和SACCH在TS1上的復用（圖）公用控制信道和專用控制信道均在TS0復用 （僅一對載頻的

45、小區(qū)） （圖）,,業(yè)務信道的組合方式,業(yè)務信道復幀含有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)務信道,,控制信道的組合方式,控制信道的復幀含51幀，其組合方式類型較多，且上行和下行傳輸的組合方式不同。BCH和CCCH在主載頻C0上的TS0上的復用(下行鏈路),……,……,0,1,2~5,50,F（FCCH）：用于移動臺校正

46、頻率S（SCH）：據此讀TDMA幀號和基站識別碼BSICB（BCCH）：據此讀有關小區(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，在移動臺轉到TCH上開始通話或登記完畢，其轉為其它移動臺服務。Ax（SACCH）：用于傳輸控制信令如功率調整等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）調制技術：選用有效的調制方法，減小雜波輻射，降低干擾,,自適應均衡——抗多徑造成的時散現象卷積碼——糾隨機錯誤交織——抗突發(fā)錯誤跳頻——提高抗干擾性能,10、數字化語音傳輸-語音編碼,,,,10、數字化語音傳輸-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,,,456bit/幀,13kb/s,,,,,,,,260bit/幀,10、數字化語音傳輸-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、稱為線性預測編碼-長期預測編碼-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，再通過復用器混合完成模擬話音信號的數字編碼，把話音分成20ms的音段,這20ms的音段通過話音編碼器被數字化和話音編碼，產生260個比特流。因此每話音信道的編碼速率為13kbit／s。,,10、數字化語音傳輸-語音編碼,,,,,,每個語音幀(260bits,20ms)中所需傳輸的參數,10、數字化語音傳輸-信

52、道編碼,,經話音編碼產生的每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。因此,經FEC后,變?yōu)槊繋?56比特。,語音編解碼的前向糾錯（全速業(yè)務信道）,10、數字化語音傳輸-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，經奇偶編碼（35,25）為35bits，再加上4個尾比特成為39bits，經（2,1,4）卷積編碼輸出為78bits隨機接入信道：將原始信息8bits，經奇偶編碼（14,8）為14bits，再加上4個尾比特成為18bits，經（2,1,4）卷積編碼輸出為36bits廣播信道/尋呼信道/準予接入信道/慢速隨路控制信道：將原始信息184bits，經法爾編碼（224,1

54、84）為14bits，再加上40bits個校驗位為224bits，再加上4個尾比特為228bits,經（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。系統(tǒng)的交織深度=8將40ms的話音比特(2*456bit)進行交織（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、數字化語音傳輸-跳頻,,跳頻是指載波頻率在很寬頻率范圍內按某種圖案（序列）進行跳變。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、數字化語音傳輸-間斷傳輸（DTx)技術,,話音激活技術：采用自適應門限話音檢測算法，

56、當發(fā)端判斷出通話者暫停通話，立即關閉發(fā)射機，暫停傳輸；接收端檢測出無話音時，在相應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)把整個網絡的覆蓋區(qū)域劃分為許多位置區(qū)，并以不同的位置區(qū)標志進行區(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)的標志在BCCH中播送，移動臺開機后，搜索此BCCH，從中提取所在位置區(qū)的標志。如果移動臺以進入新的位置區(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——鑒權與加密,,GSM采取的安全措施：接入網路：對客戶鑒權無線路徑：對通信信息加密移動設備：設備識別對用戶識別碼：用臨時識別碼保護SIM卡：用PIN

58、碼保護,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——鑒權與加密,,鑒權與加密通過三參數組（RAND,SRES,Kc)完成三參數組的產生

59、是在GSM系統(tǒng)的AUC(鑒權中心)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寫卡機寫入用戶SIM卡中，同時在寫卡機中又產生一個對應此IMSI的唯一的客戶鑒權鍵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——鑒權與加密,,產生一個隨機數RAND,,鑒權鍵Ki,密鑰算法A8,密鑰Kc,,,產生一個隨機數RAND,,鑒權鍵Ki,鑒權算法

60、A3,符號響應SRES,,,三參數組（RAND,SRES,Kc)?HLR,AUC產生三參數組,GSM系統(tǒng)的控制與管理——鑒權與加密,,鑒權當移動用戶開機請求接入網路時，MSC／VLR通過控制信道將三參數組的一個參數偽隨機數RAND傳送給用戶，SIM卡收到RAND后，用此RAND與SIM卡存儲的用戶鑒權鍵Ki，經同樣的A3算法得出一個響應數SRES，傳送給MSC／VLR。MSC／VLR將收到的SRES與三參數組中的SRES進行比較。比較

61、的結果相同就允許接入，否則為非法用戶，網路拒絕為此客戶服務。 在每次登記、呼叫建立嘗試、位置更新以及在補充業(yè)務的激活、去活、登記或刪除之前均需要鑒權。,GSM的鑒權過程,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——鑒權與加密,,加密在鑒權程序中，當用戶側計算SRES時，同時用另一算法(A8算法)也計算出密鑰Kc。根據MSC／VLR發(fā)送出的加密命令，BTS側和MS側均開始使用Kc。在MS側，由K

63、c、TDAM幀號和加密命令M一起經A5算法，對用戶信息數據流進行加密(也叫擾碼)，在無線路徑上傳送。在BTS側，把從無線信道上收到加密信息數據流、TDMA幀號和Kc，再經過A5算法解密后，傳送BSC和MSC。 所有的語音和數據均需加密，并且所有有關用戶參數也均需加密。,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——鑒權與加密,,設備識別EIR中存有三種名單： 白名單--- 包括已分配給可參與運營的GSM各國的所有設備識別序列號碼。 黑名單

65、--- 包括所有應被禁用的設備識別碼。 灰名單--- 包括有故障的及未經型號認證的移動臺設備，由網路運營者決定。MSC／VLR向MS請求設備識別碼IMEI，并將其發(fā)送給EIR，EIR將收到的IMEI與白、黑、灰三種表進行比較，把結果發(fā)送給MSC／VLR，以便MSC／VLR決定是否允許該移動臺設備進入網路。,鑒權與加密－設備識別,GSM系統(tǒng)的控制與管理——鑒權與加密,,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,