CEPT，一個(gè)歐洲組織，在1982年6月開(kāi)始開(kāi)發(fā)全球移動(dòng)通信(Global System for Mobile，GSM)TDMA系統(tǒng)。17-21GSM有兩個(gè)目標(biāo)：一是泛歐漫游，對(duì)整個(gè)歐洲大陸提供兼容性；二是采用綜合數(shù)字業(yè)務(wù)網(wǎng)(Integrated Service Digital Network，ISDN)交互，即提供擴(kuò)展單用戶線到有不同服務(wù)的多業(yè)務(wù)系統(tǒng)的能力，而現(xiàn)在只能通過(guò)不同的電話通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)提供。
系統(tǒng)容量并不是GSM首要考慮的問(wèn)題，但是由于沒(méi)有預(yù)見(jiàn)到的蜂窩業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，因此GSM自從第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布以來(lái)，總共制定了35個(gè)版本。第一個(gè)商用GSM系統(tǒng)叫作D2，1992年在德國(guó)實(shí)現(xiàn)。
4.2.1GSM結(jié)構(gòu)19，20GSM由許多子系統(tǒng)組成，比如移動(dòng)臺(tái)(MS)、基站子系統(tǒng)(Base Station Subsystem，BSS)、網(wǎng)絡(luò)和交換子系統(tǒng)(Network and Switching Subsystem，NSS)和操作子系統(tǒng)(Operation Subsystem，OSS)等(參見(jiàn)圖4-20)。

圖4-20BSS的外部環(huán)境
1. 移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)臺(tái)可以是提供某項(xiàng)業(yè)務(wù)的獨(dú)立設(shè)備部件，也可以連接到外部終端，比如通過(guò)接口連接到個(gè)人電腦或傳真機(jī)。移動(dòng)臺(tái)包括移動(dòng)設(shè)備(Mobile Equipment，ME)和用戶識(shí)別模塊(Subscriber Identity Module，SIM)。ME不需要單獨(dú)地分配給某個(gè)用戶。SIM卡是一個(gè)存儲(chǔ)了所有用戶信息的用戶模塊。將一個(gè)用戶的SIM卡插入一個(gè)MS的ME之后，MS就屬于用戶了，并且呼叫(如果有)會(huì)傳遞到這個(gè)MS。ME和被呼號(hào)碼之間并沒(méi)有關(guān)聯(lián)——被呼號(hào)碼是和SIM卡連在一起的。在這種情況下，用戶可以使用任何ME，只要將SIM卡插入這個(gè)ME就可以。
2. 基站子系統(tǒng)BSS通過(guò)無(wú)線接口連接到MS，也和NSS相連。BSS由安置在天線位置的基站收發(fā)信臺(tái)(Base Transceiver Station，BTS)和可以控制幾個(gè)BTS的基站控制器(Base Station Controller，BSC)組成。BTS又包括無(wú)線發(fā)射和接收設(shè)備，這和ME屬于MS類似。碼變換器/速率適配單元(Transcoder/Rate Adaptation Unit，TRAU)實(shí)現(xiàn)編碼、語(yǔ)音譯碼以及對(duì)發(fā)射數(shù)據(jù)速率進(jìn)行適配。作為BTS的一個(gè)子模塊，TRAU可以遠(yuǎn)離BTS放置，通常放在MSC。在這種情況下，語(yǔ)音編碼信道的低傳輸率允許在BTS和放置在MSC的TRAU之間進(jìn)行更多壓縮傳輸。
GSM使用開(kāi)放系統(tǒng)互連(Open System Interconnection，OSI)。有3個(gè)基于OSI(參見(jiàn)圖4-21)的公共接口：一是公共無(wú)線接口，也叫空中接口，在MS和BTS之間；二是MSC和BSC之間的A接口；三是BTS和BSC之間的A-bis接口。基于這些公共接口標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)運(yùn)行商能購(gòu)買A公司制造的產(chǎn)品去和B公司制造的產(chǎn)品進(jìn)行接口。接口和協(xié)議的區(qū)別是，接口是鄰近實(shí)體(設(shè)備或系統(tǒng))之間的接觸點(diǎn)而協(xié)議提供通過(guò)接口的信息流。例如，GSM無(wú)線接口是和幾個(gè)協(xié)議有關(guān)的信息流的經(jīng)過(guò)點(diǎn)。

圖4-21功能結(jié)構(gòu)和主要接口
3. 網(wǎng)絡(luò)和交換子系統(tǒng)GSM中的NSS(參見(jiàn)圖4-22)使用一個(gè)智能網(wǎng)(Intelligent Network，IN)。IN的特征稍后會(huì)描述。NSS信令包括了GSM的主要交換功能。NSS管理GSM用戶與其他通信用戶間的通信。NSS管理的組成包括：
移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心(Mobile Service Switching Center，MSC)。協(xié)調(diào)GSM用戶的呼入與呼出配置。一個(gè)MSC管理數(shù)個(gè)BSC。
互通功能(Interworking Function，IWF)。MSC連接外部網(wǎng)絡(luò)(以便和GSM系統(tǒng)外的用戶通信)的網(wǎng)關(guān)，這種外部網(wǎng)絡(luò)包括：分組交換公共數(shù)據(jù)網(wǎng)(Packet-Switched Public Data Network，PSPDN)、電路交換公共數(shù)據(jù)網(wǎng)(Circuit-Switched Public Data Network，CSPDN)。IWF的作用取決于用戶數(shù)據(jù)類型和它要連接的網(wǎng)絡(luò)。
歸屬位置寄存器(Home Location Register，HLR)。它由一個(gè)沒(méi)有交換能力的獨(dú)立計(jì)算機(jī)、包含用戶信息的數(shù)據(jù)庫(kù)和用戶當(dāng)前位置相關(guān)的信息(不是指用戶的實(shí)際位置信息)等組成。HLR的一部分是鑒權(quán)中心(Authentication Center，AUC)，AUC管理用戶驗(yàn)證的安全數(shù)據(jù)。HLR的另一部分是存儲(chǔ)了移動(dòng)設(shè)備(ME)數(shù)據(jù)或ME相關(guān)數(shù)據(jù)的設(shè)備識(shí)別寄存器(Equipment Identity Register，EIR)。
訪問(wèn)者位置寄存器(Visitor Location Register，VLR)。鏈接一個(gè)或更多MSC，臨時(shí)性存儲(chǔ)關(guān)于由對(duì)應(yīng)MSC提供當(dāng)前服務(wù)的簽約數(shù)據(jù)。與HLR相比，能保存更多的數(shù)據(jù)。例如，VLR保存的當(dāng)前用戶位置信息比HLR中的位置信息要多。
MSC網(wǎng)關(guān)(GMSC)。為了建立一個(gè)被呼，呼叫首先經(jīng)過(guò)一個(gè)MSC網(wǎng)關(guān)，在這里，通過(guò)了解GSM用戶的地址號(hào)碼尋找正確的HLR。GMSC有一個(gè)連接外部網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，并且網(wǎng)絡(luò)在NSS設(shè)備之間也運(yùn)行全7號(hào)信令系統(tǒng)(Signaling System 7，SS7)。
信令傳送點(diǎn)(Signaling Transfer Point，STP)。是NSS功能的一個(gè)方面，比如一個(gè)單獨(dú)的節(jié)點(diǎn)或者類似MSC一樣的設(shè)備。STP優(yōu)化了MSC/VLR、GMSC和HLR之間的信令傳輸開(kāi)銷。
如先前提到的，NSS使用智能網(wǎng)。它將中心數(shù)據(jù)庫(kù)(HLR)從交換(MSC)中分離，使用STP在MSC和HLR間傳輸信令。

圖4-22NSS和它的環(huán)境。(a)外部環(huán)境；(b)內(nèi)部環(huán)境
4. 操作子系統(tǒng)有3個(gè)OSS任務(wù)塊(如圖4-23所示)：(1)網(wǎng)絡(luò)操作和維護(hù)功能，(2)簽約管理，包括收費(fèi)和賬單，(3)移動(dòng)設(shè)備管理。這些任務(wù)需要在部分或全部底層結(jié)構(gòu)設(shè)備之間交互。OSS已在任何已經(jīng)存在的網(wǎng)絡(luò)中被實(shí)現(xiàn)。

圖4-23OSS結(jié)構(gòu)
4.2.2層次模型(OSI模型)GSM中的開(kāi)放系統(tǒng)互連(OSI)由5層組成：傳輸(TX)層、無(wú)線資源管理(Radio Resource Management，RR)層、移動(dòng)性管理(Mobility Management，MM)層、通信管理(Communication Management，CM)層和運(yùn)營(yíng)、管理與維護(hù)層(Operation，Administration，and Maintenance，OAM)(參見(jiàn)圖4-24)。底層對(duì)應(yīng)所有短時(shí)間范圍內(nèi)的功能，而高層對(duì)應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間范圍內(nèi)的功能。

圖4-24GSM功能的平面結(jié)構(gòu)圖
TX層在MS和BTS之間建立連接。RR層引用經(jīng)無(wú)線接口傳輸?shù)墓芾韰f(xié)議并在MS和BSC之間提供一個(gè)穩(wěn)定的鏈路。BSS完成大部分RR功能。MM層則管理用戶數(shù)據(jù)庫(kù)，包括位置數(shù)據(jù)，以及管理鑒權(quán)行為、SIM、HLR和AUC。NSS(主要是MSC)是CM層最重要的部分。下面是CM層的部分功能：
1) 呼叫控制
CM層建立呼叫、維持呼叫并釋放呼叫。CM層在MSC/VLR、GMSC、IWF和HLR之間交互以便管理電路對(duì)象業(yè)務(wù)(包括語(yǔ)音和電路數(shù)據(jù))。
2) 輔助業(yè)務(wù)管理
允許用戶對(duì)他們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)中的呼叫有一定的控制，并且和基本業(yè)務(wù)相比有些特殊的變化。
3) 短消息業(yè)務(wù)(Short Message Service，SMS)
涉及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)SMS。一個(gè)短消息業(yè)務(wù)服務(wù)中心(SMS Service Center，SMS-SC)可以連接到幾個(gè)GSM網(wǎng)絡(luò)。短消息傳輸要求在移動(dòng)臺(tái)和MSC之間建立一個(gè)信令連接。SMC的兩種功能是：
(1) 主呼短消息
(2) 被呼短消息
OSS是OAM層的綜合部分。所有子系統(tǒng)，比如BSS和NSS，都要對(duì)OAM的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)功能作貢獻(xiàn)。
4.2.3傳輸1. 語(yǔ)音將一個(gè)4kHz的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成64kHz的數(shù)字信號(hào)，接下來(lái)在調(diào)制前向下轉(zhuǎn)換到13kHz。使用13kHz代替64kHz后，允許在窄帶信道中出現(xiàn)13kHz的數(shù)據(jù)速率傳輸。由于無(wú)線頻譜是一種寶貴而有限的資源，因此每信道會(huì)使用較少的帶寬，這樣對(duì)于給定的無(wú)線頻譜能提供更多的信道。
數(shù)字語(yǔ)音使用：
1) 規(guī)則脈沖激勵(lì)(RPE)：產(chǎn)生脈沖噪聲以模擬語(yǔ)音的自然性。
2) 線性預(yù)測(cè)編碼(LPC)：使用含有8傳輸系數(shù)的濾波器產(chǎn)生語(yǔ)音波形，語(yǔ)音幀長(zhǎng)20ms，而每個(gè)20ms的語(yǔ)音幀含有260比特。GSM的語(yǔ)音傳輸有兩種方式：一種是連續(xù)傳輸(正常方式)，另一種是不連續(xù)傳輸。
從約500bps碼速率的無(wú)語(yǔ)音傳輸轉(zhuǎn)到13kbps編碼語(yǔ)音傳輸時(shí)，不連續(xù)傳輸(DTX)方式降低了傳輸效率。當(dāng)語(yǔ)音激活時(shí)，幀在每20ms內(nèi)是260比特；當(dāng)語(yǔ)音處于非激活期間，幀在480ms內(nèi)(時(shí)長(zhǎng)是正常方式的24倍)是260比特。
語(yǔ)音激活設(shè)置(Voice Activity Device，VAD)偵測(cè)DTX方式。在語(yǔ)音協(xié)議中，一個(gè)靜默偵測(cè)(Silence Detection，SID)幀放在DTX啟動(dòng)之前。語(yǔ)音編碼器提供一個(gè)附加信息比特指示語(yǔ)音幀是否發(fā)送，這個(gè)附加信息比特取決于VAD算法。
SID啟動(dòng)每個(gè)非激活周期并且至少每秒重復(fù)兩遍，這與非激活持續(xù)期一樣長(zhǎng)。在VAD確認(rèn)非激活周期期間以及每個(gè)非激活周期期間，會(huì)在接收機(jī)中產(chǎn)生人工噪聲來(lái)取代背景噪聲。
2. 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)最高數(shù)據(jù)速率是9600bps并有兩種不同的模式。在透明模式(T)提供一個(gè)前向糾錯(cuò)機(jī)制。在非透明模式(NT)，當(dāng)沒(méi)有被另一端確認(rèn)時(shí)就重復(fù)發(fā)送信息，并可以申請(qǐng)反饋重傳(ARQ)。在T連接中使用3種不同的用戶數(shù)據(jù)速率：2400bps、4800bps和9600bps。在插入輔助信息比特后，中介傳碼率就變成了3.6kbps、6kbps和12kbps，分別對(duì)應(yīng)于用戶的2.4kbps、4.8kbps和9.6kbps。
在NT連接中，GSM基本數(shù)據(jù)速率也為12kbps(6kbps在半速率信道中應(yīng)用)，但有效吞吐量隨基本傳輸質(zhì)量和傳輸延遲而改變�？偟膩�(lái)說(shuō)，NT模式的傳輸錯(cuò)誤較少但吞吐量也較少�？梢钥紤]將NT模式應(yīng)用于分組數(shù)據(jù)流。將用戶數(shù)據(jù)流切分成200比特的塊，并隨冗余和輔助信息的增加，用戶數(shù)據(jù)流變成每塊240比特。當(dāng)應(yīng)用ARQ方案時(shí)，要用到這些塊。
適配功能在網(wǎng)絡(luò)里叫作互通功能(IWF)，而在終端上叫作終端適配功能(Terminal Adapting Function，TAF)，它用于適應(yīng)變化的傳輸速率(參見(jiàn)圖4-25)。無(wú)線鏈路協(xié)議(Radio Link Protocol，RLP)用于在TAF和IWF之間傳輸信令消息。
如圖4-25所示，數(shù)據(jù)能在以下平面通信：
1) 端對(duì)端傳輸——通過(guò)硬布線直接傳輸。
2) 通過(guò)用戶單元在TAF與IWF之間傳輸。
3) 通過(guò)用戶單元實(shí)現(xiàn)GSM進(jìn)行無(wú)線傳輸，就像在空中進(jìn)行語(yǔ)音通話一樣。

圖4-25數(shù)據(jù)傳輸平面
如圖4-26所示，雖然GSM和ISDN間互連語(yǔ)音沒(méi)有問(wèn)題，但數(shù)據(jù)傳輸會(huì)增加它自身的問(wèn)題。ISDN使用雙向64kbps信道，但是GSM必須通過(guò)雙向13kbps信道高效率使用無(wú)線頻譜。如圖4-26所示，若沒(méi)有速率匹配盒(Rate-Adapted，RA)，GSM和ISDN之間的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)互連是不可能的。

圖4-26和ISDN互連。(a)PSTN用戶到ISDN用戶；(b)GSM用戶到ISDN用戶
3. 調(diào)制高斯濾波最小頻移鍵控(GMSK，這里BT=0.3是高斯濾波器的歸一化帶寬)是GSM調(diào)制方案，這里的B是基帶帶寬，1/T是傳輸碼率。B=1/T×0.3=270kbps×0.3=81kbps。最小意味著最小音頻分離。GMSK使用小的頻譜帶寬發(fā)送GSM載頻信道。GSM載頻信道的調(diào)制速率是270kbps。
4.2.4GSM信道和信道模式1. 信道結(jié)構(gòu)服務(wù)給用戶提供了4種無(wú)線傳輸模式，其中有3種數(shù)據(jù)模式和1種語(yǔ)音模式。無(wú)線傳輸模式采用物理信道。
2. 物理信道有3種物理信道，也叫作業(yè)務(wù)信道(Traffic Channel，TCH)。
1) TCH/F(全速率)。傳輸13kbps的語(yǔ)音編碼速率或3種數(shù)據(jù)模式速率：12kbps、6kbps和3.6kbps。
2) TCH/H(半速率)。傳輸7kbps的語(yǔ)音編碼速率或2種數(shù)據(jù)模式：6kbps和3.6kbps。
3) TCH/8(1/8速率)。用于低速率信令信道、公共信道和數(shù)據(jù)信道。
3. 邏輯信道公共信道。所有的公共信道都被嵌入到不同的業(yè)務(wù)信道中。由相同的循環(huán)(51×8BP)將它們分組，這里的BP代表突發(fā)周期(比如時(shí)隙)，是577μs。
下行公共信道。總共有5種單向下行信道，業(yè)務(wù)信道將其共用或分組。
●頻率校正信道(Frequency Correction Channel，F(xiàn)CCH)。每51×8BP重復(fù)一次，用于識(shí)別信標(biāo)頻率。
●同步信道(Synchronization Channel，SCH)。不遲于8BP內(nèi)跟隨每個(gè)FCCH時(shí)隙。
●廣播控制信道(Broadcast Control Channel，BCCH)。在每個(gè)小區(qū)定期廣播，所有移動(dòng)臺(tái)在空閑模式時(shí)接收它。
●尋呼和準(zhǔn)許接入信道(Paging and Access Grant Channel，PAGCH)。用于移動(dòng)臺(tái)接收被呼。準(zhǔn)許接入信道傳輸來(lái)自基站的應(yīng)答，并在建立呼叫的接入過(guò)程中分配一個(gè)信道。
●呼叫廣播信道(Call Broadcast Channel，CBCH)。每個(gè)小區(qū)在空閑模式時(shí)廣播一個(gè)從網(wǎng)絡(luò)到移動(dòng)臺(tái)的短消息2s時(shí)間。使用了一個(gè)下行鏈路TCH/8的一半，并且由于需要并行發(fā)送兩個(gè)信道(CBCH和BCCH)，因此存在特殊的CBCH設(shè)計(jì)約束。
移動(dòng)臺(tái)(MS)找到FCCH突發(fā)后，在同一頻率上尋找一個(gè)SCH突發(fā)以取得同步。接下來(lái)，移動(dòng)臺(tái)在幾個(gè)時(shí)隙上接收BCCH并選擇一個(gè)合適的小區(qū)，在空閑模式中要保持一個(gè)周期。
上行公共信道。隨機(jī)接入信道(Random-Access Channel，RACH)是唯一的上行公共信道。RACH是移動(dòng)臺(tái)選擇接入呼叫的信道。共有兩種速率：RACH/F(全速率，每8BP一個(gè)時(shí)隙)和RACH/H(半速率，在51×8BP的循環(huán)中使用23個(gè)時(shí)隙，其中8BP循環(huán)(也就是幀)是4.615ms)。
信令信道。所有的信令信道都已經(jīng)選擇了物理信道中的一個(gè)，邏輯信道的命名是根據(jù)它們的邏輯功能來(lái)定的。
慢速輔助控制信道(Slow Associated Control Channel，SACCH)。慢速TCH用于信令傳輸，也用于非緊急處理，其中主要是切換決定。信道使用1/8速率�？偸怯肧ACCH配置TCH/F。這個(gè)合成的TCH和SACCH表示為TACH/F。SACCH每26幀(4.615ms×26)占用一個(gè)時(shí)隙(0.577ms)，TACH/F的時(shí)間結(jié)構(gòu)如圖4-27所示。

圖4-27一個(gè)TACH/F的時(shí)間結(jié)構(gòu)
快速輔助控制信道(Fast Associated Control Channel，F(xiàn)ACCH)。指示小區(qū)建立、識(shí)別用戶或下達(dá)一次切換。
獨(dú)立專用控制信道(Stand-alone Dedicated Control Channel，SDCCH)。有時(shí)候移動(dòng)臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)間的連接是單獨(dú)用于傳遞信令信息而不是為了呼叫。這種連接可以用于用戶的查詢或其他管理操作，比如更新移動(dòng)臺(tái)位置信息。它運(yùn)行在非常低的速率上并使用TCH/8信道。
僅僅是需要傳遞呼叫時(shí)才把無(wú)線時(shí)隙分配給用戶。因而有兩種模式：專用和空閑。使用模式取決于上行鏈路和下行鏈路。在GSM技術(shù)中，下行鏈路是將信號(hào)從基站傳輸?shù)揭苿?dòng)臺(tái)，而上行鏈路是在相反方向上傳輸信號(hào)(注意：不要把陸地通信中的術(shù)語(yǔ)“上行鏈路”和“下行鏈路”與衛(wèi)星通信中用到的同樣的術(shù)語(yǔ)搞混淆了。在很多場(chǎng)合下，因?yàn)榈匦屋喞�的因素，移�?dòng)臺(tái)可以比基站天線高。使用這個(gè)有關(guān)位置種類的術(shù)語(yǔ)很可能引起混淆，因此，有一點(diǎn)對(duì)讀者來(lái)說(shuō)很重要，也就是要記住這些術(shù)語(yǔ)的定義用在陸地通信中。同樣，在討論歐洲蜂窩通信時(shí)使用“handover(切換)”代替“handoff(切換)”(這兩個(gè)詞的中文含意是一樣的，只是讀者在看外文文獻(xiàn)時(shí)要注意其中的差別，譯者注)——只要定義本身清楚，術(shù)語(yǔ)也會(huì)被理解)。
話音/數(shù)據(jù)信道。話音信道的每個(gè)時(shí)隙包含每塊的260比特，整個(gè)塊包含316比特。數(shù)據(jù)信道的每個(gè)時(shí)隙包含每塊的120或240比特。
信道模式。由于無(wú)線頻譜的寶貴價(jià)值，因此單個(gè)用戶不能在全時(shí)段內(nèi)擁有自己的TCH。
(1) 專用模式。在專用模式里，在呼叫建立期間使用TCH，用SACCH來(lái)完成位置更新。TCH和SACCH是用于上行和下行信道的專用信道。
(2) 空閑模式。在非呼叫狀態(tài)期間，有5種下行信道處于空閑模式：FCCH、SCH、BCCH(定期)、PAGCH和CBCH(每2s發(fā)送一個(gè)消息)。在空閑模式下，移動(dòng)臺(tái)收聽(tīng)公共下行信道，也用SDCCH(上行信道)去登記一個(gè)和特定基站相連的移動(dòng)位置以進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。
4.2.5多址方案1. 基本描述GSM的多址方案是FDMA和TDMA的組合。在FDMA上總的信道數(shù)為124而每個(gè)信道帶寬為200kHz。在935～960MHz的下行和890～915MHz的上行各自分配了25MHz，總共是50MHz。上/下行頻率對(duì)間隔是45MHz。如果在200kHz信道內(nèi)使用TDMA，則要求8個(gè)時(shí)隙形成一幀，幀長(zhǎng)4.615ms，時(shí)隙持續(xù)突發(fā)周期是0.577ms。再看看DCS-1800系統(tǒng)，它和GSM有著相同的結(jié)構(gòu)，只是向上轉(zhuǎn)到了1800MHz。下行鏈路是1805～1880MHz(基站發(fā)射)，上行鏈路是1700～1785MHz(移動(dòng)臺(tái)發(fā)射)。
2. 在上行鏈路和下行鏈路間延遲一個(gè)固定時(shí)間上行鏈路時(shí)隙的編號(hào)方式是由下行鏈路時(shí)隙延遲3個(gè)時(shí)隙導(dǎo)出的。這樣就允許一個(gè)信道中的時(shí)隙在雙向具有相同的時(shí)隙號(hào)。在這種情況下，由于兩個(gè)時(shí)隙是物理性地分離的，因此移動(dòng)臺(tái)將不需要同時(shí)發(fā)送與接收。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)遠(yuǎn)離BTS時(shí)，傳播延遲是主要考慮因素。例如，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)和基站相距35km時(shí)的路徑延遲是233μs。結(jié)果是，上行鏈路和下行鏈路信道的分配時(shí)隙號(hào)可能并不相同(小于3個(gè)時(shí)隙間隔)。解決的方法是讓BTS計(jì)算一個(gè)時(shí)間超前值。關(guān)鍵是考慮BCCH僅在偶數(shù)時(shí)隙使用以提供有效保護(hù)時(shí)間。這避免了編號(hào)的不確定性引發(fā)錯(cuò)誤時(shí)隙。一旦建立專用連接，BTS就要在雙向SACCH信道上連續(xù)測(cè)量自已的突發(fā)時(shí)間表和移動(dòng)臺(tái)突發(fā)的接收時(shí)間表間的時(shí)間偏移。對(duì)傳播延遲(經(jīng)SACCH發(fā)送到移動(dòng)臺(tái))的時(shí)間補(bǔ)償是3個(gè)時(shí)隙減去超前時(shí)間。
3. 跳頻GSM有一個(gè)慢跳頻無(wú)線接口。慢跳在每跳比特?cái)?shù)里被定義。它規(guī)定的速率是217跳/秒，因此，在傳輸速率為270kbps時(shí)，其結(jié)果約為1200比特/跳。
如果PAGCH和RACH是跳頻信道，則跳頻方案能在BCCH上廣播。但禁止公共信道跳頻和采用相同的頻率。
4. 時(shí)隙的不同類型每個(gè)小區(qū)從定義時(shí)隙中提供了一個(gè)參考時(shí)鐘。每個(gè)時(shí)隙都給定了一個(gè)為基站和移動(dòng)臺(tái)所知的編號(hào)(TN)。時(shí)隙編號(hào)是循環(huán)的。在任何給定呼叫中，TN0是一個(gè)單獨(dú)設(shè)置的廣播，并且每8BP重復(fù)一次以得到所有公共信道的確認(rèn)。TN0(8個(gè)時(shí)隙中的第1個(gè))的序列結(jié)構(gòu)如下：FCCH(1)、SCH(1)、BCCH(4)、PAGCH(4)、FCCH(1)、SCH(1)、PAGCH(8)、FCCH(1)、SCH(1)、PAGCH(8)、FCCH(1)、SCH(1)、PAGCH(8)、FCCH(1)、SCH(1)、PAGCH(8)。

符號(hào)PAGCH(4)的意思是PAGCH信道信息在連貫的TN0(每8BP循環(huán)中有1個(gè))中出現(xiàn)4次。將剩余的7個(gè)TN(TN1到TN7)中的每一個(gè)分配給1個(gè)TACH/F信道。
5. 突發(fā)與訓(xùn)練序列在TDMA中，信號(hào)在突發(fā)中發(fā)射。突發(fā)的時(shí)間間隔會(huì)引起發(fā)射信號(hào)的幅度從啟動(dòng)時(shí)的零值上升到它的額定值。接著信息包通過(guò)調(diào)制信號(hào)發(fā)送。然后，幅度又降到零值。如果鄰近突發(fā)沒(méi)有發(fā)射，則這些突發(fā)僅僅出現(xiàn)在移動(dòng)臺(tái)傳輸或基站中。
在一個(gè)突發(fā)里存在尾比特和訓(xùn)練序列。尾比特是3個(gè)“0”比特加到突發(fā)的開(kāi)始和結(jié)尾，以提供保護(hù)時(shí)間。
訓(xùn)練序列是接收機(jī)所知道的序列，并用于訓(xùn)練均衡器(用來(lái)減少符號(hào)干擾的裝置)。將訓(xùn)練序列插入到時(shí)隙的中間，有時(shí)把它叫作中間碼，作為報(bào)頭也是為同樣的目的，所以均衡器能用任何有用比特最小化它的最大距離。總共有8種不同的訓(xùn)練序列，由于任意兩個(gè)序列間基本不相關(guān)，因此能在干擾信號(hào)中分辨出接收信號(hào)。
下面是幾種類型的突發(fā)：
1) TCH中使用的常規(guī)突發(fā)：

用一位二進(jìn)制信息來(lái)指示信息比特是數(shù)據(jù)或信令，這個(gè)信息指示叫作“挪用標(biāo)記”。
2) 上行方向中用于RACH的接入突發(fā)：

3) F和S突發(fā)。F突發(fā)用于FCCH并有最簡(jiǎn)的格式。所有的148個(gè)比特都是“0”，產(chǎn)生純正弦波。在每個(gè)51×8BP循環(huán)中的5個(gè)S突發(fā)用于SCH。一個(gè)S突發(fā)的序列結(jié)構(gòu)如下：

4.2.6信道編碼與交織1. 信道編碼當(dāng)遇到干擾、多徑衰落、多譜勒頻移時(shí)，信道編碼能改善傳輸質(zhì)量。結(jié)果是，雖然誤碼率和誤幀率或誤字率降低了，但吞吐量也降低了。GSM中采用4種信道編碼：
1) 卷積碼(L，K)用于糾正隨機(jī)錯(cuò)誤：K是輸入塊位數(shù)，而L是輸出塊位數(shù)。在GSM中卷積碼有3種不同碼率：1/2碼率(L/K=2)，1/3碼率(L/K=3)，以及1/6碼率(L/K=6)。
2) 將費(fèi)爾碼(L，K)作為塊碼去檢測(cè)并糾正錯(cuò)誤里的單個(gè)突發(fā)，這里K是信息比特，L是編碼比特。
3) 奇偶校驗(yàn)碼(L，K)用于錯(cuò)誤檢測(cè)。L是塊比特?cái)?shù)，K是信息比特，L－K是奇偶校驗(yàn)比特。
4) 級(jí)聯(lián)碼使用卷積碼作內(nèi)部編碼而用費(fèi)爾碼作外部編碼。外部編碼和內(nèi)部編碼都降低了錯(cuò)誤概率并糾正信道碼中的大多數(shù)錯(cuò)誤。和單個(gè)編碼操作相比，使用級(jí)聯(lián)碼的優(yōu)勢(shì)是實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性降低了。
GSM的語(yǔ)音編碼發(fā)送速率是13kbps，這表示在每20ms的語(yǔ)音塊中有260比特。經(jīng)過(guò)信道編碼之后，每塊包含456比特并且傳輸速率是22.8kbps，也就是每時(shí)隙有114比特。若增加開(kāi)銷比特，比如：尾比特(6)、訓(xùn)練比特(26)、標(biāo)記比特(2)和保護(hù)時(shí)間比特(8)，則1個(gè)時(shí)隙長(zhǎng)0.577ms的業(yè)務(wù)信道的總比特?cái)?shù)是156比特，如圖4-28所示。

圖4-28TDMA幀和常規(guī)突發(fā)
2. 交織在直接傳輸比特序列之前要對(duì)其進(jìn)行交織擾亂和/或擴(kuò)展，并在接收端恢復(fù)其序列次序。由于信號(hào)衰落的原因，會(huì)在傳輸期間出現(xiàn)錯(cuò)誤突發(fā)。在被接收后，將這些錯(cuò)誤突發(fā)轉(zhuǎn)換成隨機(jī)錯(cuò)誤并在譯碼后恢復(fù)成正確的序列。交織的主要缺點(diǎn)是在接收端存在相應(yīng)的延遲。
在GSM中，交織方案相對(duì)簡(jiǎn)單�？蓪�1個(gè)456比特的碼字排列成以下格式：
1) 4個(gè)全突發(fā)——將456比特分成4份，每份填入整個(gè)突發(fā)，這種交織格式采用4.615ms×4=18.46ms。
2) 8個(gè)半突發(fā)——將456比特分成8份，每份填入半個(gè)突發(fā)，這種交織格式采用4.615ms×8=39.92ms。4份分給先前的碼字，而另4份分給新的部分碼字。
對(duì)不同傳輸方式的交織與編碼如表4-5所示。交織是能將突發(fā)錯(cuò)誤轉(zhuǎn)換成隨機(jī)錯(cuò)誤的有效方案，盡管它對(duì)數(shù)據(jù)傳輸非常有效，而對(duì)話音傳輸不是太有效。本書(shū)將對(duì)后面這一點(diǎn)稍作解釋，原因是對(duì)于話音傳輸要求實(shí)時(shí)完成，故不能接受響應(yīng)中有長(zhǎng)時(shí)間的延遲。
表4-5對(duì)不同傳輸方式的交織與編碼

信道和傳輸 方式		輸入 速率 Kb/s	輸入塊 比特	編 碼	輸出塊 比特	交 織
TCH/FS	la	13	50	奇偶校驗(yàn)碼(3比特)，卷積碼1/2	456	8個(gè)半突發(fā)
	lb		132	卷積碼1/2
	ll		78	無(wú)
TCH/F9.6		12	240	卷積碼1/2，每輸出15比特打一個(gè)孔	456	復(fù)雜，22個(gè)不相等突發(fā)部分
TCH/H4.8		6	240	卷積碼1/2，每輸出15比特打一個(gè)孔	456	復(fù)雜，22個(gè)不相等突發(fā)部分
TCH/F4.8		6	120	附加32個(gè)空比特，卷積碼1/3	456	復(fù)雜，22個(gè)不相等突發(fā)部分
TCH/F2.4		3.6	72	卷積碼1/6	456	8個(gè)半突發(fā)
TCH/H2.4		3.6	144	卷積碼1/3	456	復(fù)雜，22個(gè)不相等突發(fā)部分
SCH			25	奇偶校驗(yàn)碼(10比特)，卷積碼1/2	78	1個(gè)S突發(fā)
RACH(+切換接入)			8	奇偶校驗(yàn)碼(6比特)，卷積碼1/2	36	1個(gè)接入突發(fā)
在TCH/F和/H上的快速輔助信令			184	費(fèi)爾碼224/184，卷積碼1/2	456	8個(gè)半突發(fā)
TCH/8、SACCH；BCCH、PAGCH			184	費(fèi)爾碼224/184，卷積碼1/2	456	4個(gè)全突發(fā)

來(lái)源：參考文獻(xiàn)19的第246頁(yè)
沒(méi)有交織和開(kāi)銷比特時(shí)，語(yǔ)音信道的傳輸速率是22.8kbps，每時(shí)隙114比特，每4個(gè)時(shí)隙456比特。
4.2.7無(wú)線資源(RR)管理在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)里，對(duì)呼叫建立、切換、釋放和在呼叫偏離上必須進(jìn)行無(wú)線信道分配。這種管理是在常規(guī)固定網(wǎng)絡(luò)呼叫處理程序的基礎(chǔ)上增加的。共有3種管理功能：位置更新、切換和漫游。RR功能的實(shí)現(xiàn)需要在移動(dòng)臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)之間有一些協(xié)議。
1. 鏈路協(xié)議在前幾節(jié)里，研究了傳輸用戶信息的方法。但是除了用戶信息以外，必須發(fā)送信令傳遞消息交換，并且每臺(tái)信令傳輸設(shè)備都要理解它。大多數(shù)的信息交換功能是散布在不同種類的設(shè)備上。下面是為提供信息交換服務(wù)的3類鏈路協(xié)議。
無(wú)線鏈路協(xié)議(RLP)。通過(guò)一個(gè)叫作LAPDm的無(wú)線鏈路在GSM鏈路接入?yún)f(xié)議中詳細(xì)說(shuō)明它。
LAPD。從ISDN D信道變形的鏈路接入?yún)f(xié)議(Link Access Protocol，LAP)。
消息傳輸部分(Message Transfer Part，MTP)。用于SS7網(wǎng)絡(luò)中傳輸信令的協(xié)議。
無(wú)線鏈路協(xié)議的信令消息速率是22.8kbps，而信令消息速率在其他鏈路協(xié)議中是64kbps。
2. 與鏈路協(xié)議相關(guān)的接口下面列表給出了與鏈路協(xié)議相關(guān)的接口：

接 口	鏈 路 協(xié) 議
MS-BTS	LAPDm(GSM特有)
BTS-BSC	LAPD(從ISDN變形得來(lái))
BSC-MSC	MTP(SS7協(xié)議)
MSC/VLR/HLR-SS7網(wǎng)絡(luò)	MTP(SS7協(xié)議)
MSC-MSC(呼叫關(guān)系信令)	TUP(電話用戶部分)
BSC-中繼MSC(非呼叫關(guān)系信令)	ISUP(ISDN用戶部分) BSS MAP(MAP/B)
MSC-MSC(非呼叫關(guān)系信令)	MAP(移動(dòng)性應(yīng)用部分)

非呼叫關(guān)系信號(hào)對(duì)應(yīng)于MSC中的協(xié)議，這些協(xié)議不同于在其他MSC或HLR中的協(xié)議，并在MAP中將這些協(xié)議一起分組。也能通過(guò)MAP/X區(qū)分這些協(xié)議，這里的X可以是B、C、D等。
MAP/B在BSC和中繼MSC之間的協(xié)議
MAP/C在GMSC和HLR之間的協(xié)議
MAP/D在另一個(gè)MSC/VLR和HLR之間的協(xié)議
MAP/E在兩個(gè)MSC之間的協(xié)議
圖4-29顯示了MAP/X協(xié)議的關(guān)系。

圖4-29MAP/C到MAP/I協(xié)議
4.2.8移動(dòng)性管理(MM)對(duì)于位置更新、切換和漫游服務(wù)，蜂窩系統(tǒng)用戶的移動(dòng)性需要移動(dòng)性管理。在一個(gè)通話期間，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)入了另一個(gè)小區(qū)并更換話音信道時(shí)，就發(fā)生了切換；漫游是這樣一種能力——在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中主呼并通過(guò)使用MM和位置更新管理將這個(gè)呼叫傳遞到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
1. 位置更新管理這個(gè)簽約總是和它的歸屬公眾陸地移動(dòng)網(wǎng)(Public Land Mobile Network，PLMN)聯(lián)系在一起。漫游用戶和被訪問(wèn)的PLMN聯(lián)系在一起。因此，能識(shí)別呼叫是發(fā)自歸屬PLMN還是發(fā)自MS位置所在的被訪問(wèn)的PLMN。
在PLMN選擇過(guò)程中，MM通常只在歸屬(服務(wù))PLMN中尋找小區(qū)。如果沒(méi)有服務(wù)的可能，則用戶要么選擇自動(dòng)模式(網(wǎng)絡(luò)搜索)要么選擇人工模式(用戶搜索)去搜索希望的PLMN。在有限服務(wù)情況下，MM僅在30個(gè)最強(qiáng)載頻上連續(xù)監(jiān)視。有限服務(wù)通常關(guān)心在外國(guó)邊境地區(qū)的覆蓋。
2. 小區(qū)選擇MS選擇最好的小區(qū)取決于3個(gè)因素：移動(dòng)臺(tái)接收的信號(hào)水平，移動(dòng)臺(tái)的最大發(fā)射功率，以及由小區(qū)指定的兩個(gè)參數(shù)p1和p2。這叫作C1準(zhǔn)則。
C1=A－max(B,O)
A=接收信號(hào)水平均值－p1
B= p2－MS的最大RF功率
p1=－110~－48dBm范圍內(nèi)的一個(gè)值
p2=13~43dBm范圍內(nèi)的一個(gè)值
p1和p2的值都來(lái)自于小區(qū)廣播。

MS最大功率=29~43dBm

小區(qū)選擇算法如下：
●必須插入一個(gè)SIM卡。
●從候選小區(qū)中獲得C1從而選擇最強(qiáng)C1，C1必須高于0。
●在服務(wù)中所有小區(qū)都不能被禁止。
3. 鑒權(quán)鑒權(quán)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)以防止非法接入。
初始階段。一個(gè)PIN(個(gè)人識(shí)別號(hào))碼保護(hù)SIM。本地SIM檢查PIN，所以SIM不會(huì)通過(guò)無(wú)線鏈路發(fā)送出去。
第二階段。GSM網(wǎng)絡(luò)通過(guò)發(fā)送一個(gè)隨機(jī)數(shù)(RAND)來(lái)進(jìn)行一次詢問(wèn)。將128位的隨機(jī)數(shù)從網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到MS，然后和MS的安全參數(shù)Ki混合在一起，再經(jīng)過(guò)一個(gè)A3處理算法后產(chǎn)生一個(gè)32位長(zhǎng)的SRES(符號(hào)響應(yīng))數(shù)。最后將SRES從MS發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)以便驗(yàn)證(參見(jiàn)圖4-30)。

圖4-30鑒權(quán)計(jì)算
4. 加密加密保護(hù)能防止被非法竊聽(tīng)。MS使用從網(wǎng)絡(luò)接收到的RAND與Ki混合，然后經(jīng)過(guò)A8算法，并產(chǎn)生Kc(64位)。加密序列是從Kc產(chǎn)生的(參見(jiàn)圖4-31)。用幀號(hào)和Kc通過(guò)加密算法A5后產(chǎn)生S2(114位)，最后在114位明文和加密序列S2之間進(jìn)行一次專門的異或操作。詳細(xì)過(guò)程請(qǐng)參閱圖4-31。

圖4-31加密和解密
5. 用戶識(shí)別保護(hù)——安全管理SIM卡(移動(dòng)臺(tái)這一方)和AUC(網(wǎng)絡(luò)這一方)是用戶簽權(quán)鍵Ki的存儲(chǔ)地。Ki永遠(yuǎn)不會(huì)通過(guò)空中發(fā)射出去。移動(dòng)臺(tái)/網(wǎng)絡(luò)雙方都進(jìn)行A3和A5算法運(yùn)算。
4.2.9通信管理如圖4-32所示，CM層經(jīng)RR和MM層給用戶提供通信業(yè)務(wù)，比如語(yǔ)音、傳真、數(shù)據(jù)。這里所指的用戶包括GSM呼叫組、GSM被呼組以及GSM呼叫組和被呼組中的用戶。CM中的管理功能有：呼叫控制、服務(wù)管理和短消息業(yè)務(wù)。

圖4-32GSM的基本協(xié)議結(jié)構(gòu)
1. 呼叫控制CC通過(guò)MSC/VLR、GMSC、IWF和HLR管理大多數(shù)的電路對(duì)象業(yè)務(wù)。CC的功能有：建立呼叫(移動(dòng)臺(tái)主呼或基站主呼)、維護(hù)呼叫和釋放呼叫。為建立呼叫，需要給MS分配號(hào)碼。MS/ISDN是一個(gè)移動(dòng)臺(tái)ISDN號(hào)碼，即和設(shè)置成ISDN號(hào)碼相同的那部分號(hào)碼。移動(dòng)臺(tái)漫游號(hào)碼(Mobile Station Roaming Number，MSRN)是一個(gè)路由選擇號(hào)碼，也就是GSM用戶或第三方會(huì)話組的另一個(gè)國(guó)際移動(dòng)用戶識(shí)別碼(International Mobile Subscriber Identity，IMSI)，并通過(guò)MS提供到外地網(wǎng)絡(luò)的接入。圖4-33是一個(gè)使用了GMSC的國(guó)內(nèi)呼叫圖解。圖4-34是一個(gè)國(guó)際呼叫圖解。

圖4-33GMSC對(duì)國(guó)內(nèi)呼叫的關(guān)鍵作用

圖4-34國(guó)際呼叫中MSRN的提供過(guò)程圖解
2. 切換雖然GSM切換算法并沒(méi)有指定一個(gè)具體標(biāo)準(zhǔn)，但它具有移動(dòng)臺(tái)輔助切換(Mobile Assistance Handover，MAHO)的特點(diǎn)，并在移動(dòng)臺(tái)設(shè)備中完成。MS在基站的指導(dǎo)下掃描另一個(gè)無(wú)線載波。它監(jiān)視除為接收信號(hào)而分配給它自己的時(shí)隙之外的那些時(shí)隙。在這種情況下，通過(guò)基站的請(qǐng)求，移動(dòng)臺(tái)在一個(gè)時(shí)間幀里測(cè)量指定無(wú)線載波的強(qiáng)度，并且在請(qǐng)求下將這些測(cè)量值轉(zhuǎn)發(fā)給基站以便在切換處理中起輔助作用。這就叫作MAHO。MSC使用兩路信息來(lái)決定是否要啟動(dòng)切換以及為切換選用哪個(gè)BTS作為候選BTS。而這兩路信息是在相鄰BTS上接收到的MS信號(hào)強(qiáng)度和在MS上接收到的相鄰BTS信號(hào)強(qiáng)度。后一個(gè)信息來(lái)自于MAHO。
3. 輔助業(yè)務(wù)管理(SSM)CC提供如呼叫等待、呼叫轉(zhuǎn)移和自動(dòng)應(yīng)答之類的輔助業(yè)務(wù)。SSM(Supplementary Service Management)是一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)管理業(yè)務(wù)。SSM業(yè)務(wù)中心(SSM Service Center，SSM-SC)可以連接幾個(gè)GSM網(wǎng)絡(luò)。
4. 短消息業(yè)務(wù)CC提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)短消息業(yè)務(wù)(Point-to-Point Short Message Service，SMS-PP)。將GSM連接到短消息業(yè)務(wù)中心。信令傳輸采用數(shù)字音頻音(數(shù)字多頻音，DTMF)去控制話音郵箱、應(yīng)答設(shè)備、召開(kāi)會(huì)議等。
4.2.10網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)管理(Network Management，NM)中心監(jiān)視下面的管理任務(wù)：
1) 用戶管理——簽約管理
2) 賬單與結(jié)算
3) 維護(hù)
(1) 最小化失敗
(2) 監(jiān)視運(yùn)營(yíng)及非正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)告警指示
4) 用戶管理任務(wù)在國(guó)際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別(International Mobile Equipment Identity，IMEI)碼中給ME(移動(dòng)設(shè)備)提供已選擇的批準(zhǔn)碼。這個(gè)號(hào)碼總長(zhǎng)15位數(shù)字，包括類型批準(zhǔn)碼(TAC)、最后裝配廠家號(hào)碼(FAC)和存儲(chǔ)在EIR中的序列號(hào)。
5) 在GSM通信管理網(wǎng)絡(luò)(Telecommunication Management Network，TMN)中，所有的操作和維護(hù)設(shè)備組成一個(gè)鏈接到所有業(yè)務(wù)處理設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)。GSM Q3是一個(gè)有關(guān)操作系統(tǒng)功能和業(yè)務(wù)處理設(shè)備的管理協(xié)議。使用GSM Q3協(xié)議有兩方面的重要意義：
① 在應(yīng)用級(jí)上的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)通信協(xié)議，例如文件傳輸。
② 在GSM Q3協(xié)議中具體化網(wǎng)絡(luò)模型。
4.2.11GSM總結(jié)1. 物理層性能參數(shù)小結(jié)傳輸速率260kbps(200kHz以上的載波)
TDMA結(jié)構(gòu) 每個(gè)無(wú)線載波8個(gè)時(shí)隙
時(shí)隙 0.577ms
每時(shí)隙比特?cái)?shù)156
幀間隔8個(gè)時(shí)隙=4.615ms
無(wú)線載波數(shù) 124對(duì)載波(935～960MHz下行鏈路，890～915MHz上行鏈路)
調(diào)制方案BT=0.3的高斯濾波最小頻移鍵控
跳頻 慢速跳頻(217跳/秒)
均衡 均衡16μs以內(nèi)的色散
2. GSM的技術(shù)特征GSM最先應(yīng)用TDMA方案來(lái)發(fā)展移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)。它具有以下幾個(gè)顯著特征：
1) 在歐洲國(guó)家范圍內(nèi)漫游
2) 通過(guò)RA盒連接ISDN
3) 使用SIM卡
4) 控制發(fā)射功率
5) 跳頻
6) 不連續(xù)傳輸
7) 移動(dòng)臺(tái)輔助切換